JP5904233B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、低転がり抵抗性、ウェット性能および耐摩耗性を従来レベルよりも向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
近年、乗用車用空気入りタイヤには、JATMAによるラベリング(表示方法)制度が開始され、低転がり抵抗性とウェットグリップ性能をより高次元で両立させることが求められている。同時に空気入りタイヤを長寿命にし経済性を向上するため耐摩耗性が優れることが求められる。
従来、低転がり抵抗性およびウェットグリップ性能のバランスを改善するため、空気入りタイヤのトレッド部を構成するゴム組成物にシリカを配合することが知られている。しかし低転がり抵抗性およびウェットグリップ性能を改良するためシリカを多量に配合すると耐摩耗性が悪化するという問題があった。またウェットグリップ性能を高くするため、ガラス転移温度が高いスチレンブタジエンゴムや粒子径が小さい無機充填剤の配合量を多くすると転がり抵抗が悪化するため低転がり抵抗性およびウェットグリップ性能を両立するのが困難であった。
特許文献1は、末端をポリオルガノシロキサン等で変性した末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムによりシリカの分散性を改良して、低発熱性、耐摩耗性およびウェットグリップ性に優れるゴム組成物を提案している。しかし、ラベリング制度の普及に伴い需要者が低転がり抵抗性およびウェットグリップ性能、並びに耐摩耗性の向上に期待する要求レベルはより高く、これらのバランスを一層改善することが求められていた。
特開2009−91498号公報
本発明の目的は、低転がり抵抗性、ウェット性能および耐摩耗性を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
上記目的を達成する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムを50重量%以上、天然ゴムを10〜30重量%含むジエン系ゴム100重量部に対し、2種類のシリカXおよびシリカY並びにカーボンブラックからなる無機充填剤を70〜95重量部、炭素数7〜20のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを配合し、前記シリカXの配合量をx重量部、前記シリカYの配合量をy重量部とするとき、前記アルキルトリエトキシシランを前記シリカXおよびシリカYの合計(x+y)の0.1〜20重量%配合し、前記シリカの合計(x+y)が前記無機充填剤中の85重量%以上、前記シリカXおよびシリカYの重量比(x/y)が1/3〜2/1であり、かつ前記シリカXの窒素吸着比表面積が160m2/g±10%の範囲、前記シリカYの窒素吸着比表面積が200m2/g±10%の範囲であることを特徴とする。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムを50重量%以上、天然ゴムを10〜30重量%含むジエン系ゴムに、上述した特定の粒子性状を有するシリカXおよびシリカYの重量比および無機充填剤に対するシリカの割合を限定し、かつ無機充填剤の合計を70〜95重量部にしたので、低転がり抵抗性、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を従来レベル以上に向上することができる。
また炭素数7〜20のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを、前記シリカの合計量(x+y)の0.1〜20重量%配合することにより、低転がり抵抗性およびウェットグリップ性能をより高いレベルで両立することができる。
前記末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムはガラス転移温度が−35℃以上であるとよく、ウェットグリップ性能をより高くすることができる。また末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムはスチレン単位含有量が35重量%以上であるとよく、ゴム強度を高くして耐摩耗性およびウェットグリップ性能を改良することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、低転がり抵抗性、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を従来レベルよりも向上することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムからなり、末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴム(以下、「変性S−SBR」という。)および天然ゴムを必ず含む。
本発明において、変性S−SBRは、スチレンブタジエンゴムの主鎖末端の両方又は片方をシリカ表面のシラノール基と反応性を有する官能基で変性した溶液重合スチレンブタジエンゴムである。シラノール基と反応する官能基としては、好ましくはヒドロキシル基含有ポリオルガノシロキサン構造、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボキシル基、アミノ基、イミノ基、エポキシ基、アミド基、チオール基、エーテル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。なかでもヒドロキシル基含有ポリオルガノシロキサン構造、ヒドロキシル基、アミノ基がより好ましい。
変性S−SBRは、ガラス転移温度が好ましくは−35℃以上、より好ましくは−30℃〜−15℃である。変性S−SBRのガラス転移温度が−35℃より低いと、ウェットグリップ性能が不足する虞がある。変性S−SBRのガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により20℃/分の昇温条件によりサーモグラムを測定し。転移域の中点の温度とする。また変性S−SBRが油展品であるときは、油展成分(オイル)を含まない状態における変性S−SBRのガラス転移温度とする。
変性S−SBRは、スチレン単位含有量が好ましくは35重量%以上、より好ましくは35〜40重量%である。変性S−SBRのスチレン単位含有量が35重量%未満であると、ゴム組成物の剛性および強度が不足し耐摩耗性およびウェットグリップ性能を十分に改良することができない。なお変性S−SBRのスチレン単位含有量は赤外分光分析(ハンプトン法)により測定するものとする。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム100重量%中、変性S−SBRの含有量が50重量%以上、好ましくは55〜90重量%、より好ましくは60〜85重量%である。変性S−SBRの含有量が50重量%未満であると、耐摩耗性が悪化するとともに、転がり抵抗を低減することができない。変性S−SBRの含有量の上限は、ジエン系ゴム100重量%中90重量%である。変性S−SBRの含有量が90重量%を超えると耐摩耗性が悪化する。
本発明において、ジエン系ゴム100重量%中、天然ゴムを10〜30重量%含有する。天然ゴムを配合することにより、耐摩耗性を大幅に改良するとともに、転がり抵抗を一層低減することができる。天然ゴムの含有量が10重量%未満であると、耐摩耗性および転がり抵抗を改良する効果が十分に得られない。また天然ゴムの含有量が30重量%を超えると転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性も低下する。天然ゴムの含有量は、好ましくは10〜20重量%、より好ましくは15〜20重量%であるとよい。タイヤトレッド用ゴム組成物は、低転がり抵抗性、ウェットグリップ性能および耐摩耗性をより優れたものにするため、変性S−SBRおよび天然ゴムの合計でジエン系ゴム100重量%にするとよい。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、上述した変性S−SBR、天然ゴムを除く他のジエン系ゴムを任意に含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えばイソプレンゴム、ブタジエンゴム、変性されていない溶液重合又は乳化重合スチレンブタジエンゴム、上述した変性S−SBR以外の末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴム、末端変性乳化重合スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、イソブチレン/p−メチルスチレン共重合体ゴムの臭素化物、エチレン−プロピレン−ジエンゴム等を例示することができる。なかでもブタジエンゴム、変性または未変性の乳化重合スチレンブタジエンゴム、未変性の溶液重合スチレンブタジエンゴム、上述した変性S−SBR以外の末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴム、イソブチレン/p−メチルスチレン共重合体ゴムの臭素化物が好ましい。なお変性S−SBR以外の末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムとは、ガラス転移温度が−35℃未満および/又はスチレン単位含有量が35重量%未満である末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムをいう。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、窒素吸着比表面積が160m2/g±10%の範囲であるシリカX、および窒素吸着比表面積が200m2/g±10%の範囲であるシリカYという2種類のシリカを配合する。シリカXおよびシリカYを配合することによりゴム組成物の発熱性を抑制しタイヤにしたときの転がり抵抗を低減すると共に、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を向上可能にする。
本発明で使用するシリカXは、窒素吸着比表面積が160m2/g±10%の範囲、好ましくは145〜175m2/g、より好ましくは150〜170m2/gである。シリカXを配合することにより、転がり抵抗を低減することができる。シリカXの窒素吸着比表面積が144m2/g未満であると、ウェットグリップ性が不足する。なお、シリカXおよびシリカYの窒素吸着比表面積はASTM D3037−81のBET法に準拠して求めるものとする。
またシリカYは、窒素吸着比表面積が200m2/g±10%の範囲、好ましくは185〜215m2/g、より好ましくは200〜215m2/gである。シリカYを配合することにより、ウェットグリップ性を向上することができる。シリカYの窒素吸着比表面積が180m2/g未満であると、ウェットグリップ性を確保することができない。またシリカYの窒素吸着比表面積が220m2/gを超えると、転がり抵抗が大きくなる。
本発明において、ジエン系ゴム100重量部に対するシリカXの配合量をx重量部、シリカYの配合量をy重量部にするとき、シリカXおよびYの配合量の合計(x+y)を無機充填剤中の85重量%以上、好ましくは90〜95重量%にする。シリカXおよびシリカYの合計量(x+y)が無機充填剤中85重量%未満であると、低転がり抵抗性およびウェットグリップ性能のバランスを改良することができない。なおシリカXおよびYの配合量の合計(x+y)は、特に制限されるものではないが、好ましくは70〜90.25重量部、より好ましくは75〜85重量部であるとよい。シリカ配合量の合計(x+y)を90.25重量部以下にすることにより、耐摩耗性を確保しながら、転がり抵抗性およびウェットグリップ性能のバランスを改良することができる。
また、シリカXの配合量xおよびシリカYの配合量yの重量比(x/y)は、1/3〜2/1、好ましくは1/2〜2/1である。シリカYの配合量y(重量部)がシリカXの配合量x(重量部)の2分の1未満(x/2未満)であると転がり抵抗性が大きくなる。またシリカYの配合量y(重量部)がシリカXの配合量x(重量部)の3倍(3x)を超えると、ウェットグリップ性能が悪化する。
本発明で使用するシリカXおよびシリカYは、上述した特性を有するシリカであればよく、製品化されたもののなかから適宜選択することができる。また通常の方法で上述した特性を有するように製造してもよい。シリカの種類としては、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、上述したシリカXおよびシリカYとともにカーボンブラックを必ず配合する。シリカX、シリカYおよびカーボンブラックからなる無機充填剤の配合量はジエン系ゴム100重量部に対し70〜95重量部、好ましくは80〜95重量部である。無機充填剤の配合量が70重量部未満であると、ウェットグリップ性能および耐摩耗性が悪化する。また無機充填剤の配合量が95重量部を超えると、転がり抵抗が大きくなる。
本発明において、カーボンブラックを配合することにより、ゴム強度を高くして耐摩耗性を改良することができる。カーボンブラックの配合量は、上述した無機充填剤の総量および無機充填剤中のシリカ量(x+y)の割合を満たすように設定するものとする。
さらにシリカX、シリカYおよびカーボンブラック以外の他の無機充填剤を配合することができる。他の無機充填剤としては、例えばクレー、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、水酸化アルミニウム等を例示することができる。ただし他の無機充填剤の配合量は、本発明の課題を解決するのを阻害しない範囲内であるものとする。
本発明のゴム組成物において、シリカX,シリカYと共にシランカップリング剤を配合することが好ましく、シリカの分散性を向上しジエン系ゴムに対する補強性をより高くすることができる。シランカップリング剤は、シリカ配合量に対して好ましくは3〜15重量%、より好ましくは5〜12重量%配合するとよい。シランカップリング剤がシリカ重量の3重量%未満の場合、シリカの分散性を向上する効果が十分に得られないことがある。また、シランカップリング剤が15重量%を超えると、シランカップリング剤同士が縮合してしまい、所望の効果が得られないことがある。
シランカップリング剤としては、特に制限されるものではないが、硫黄含有シランカップリング剤が好ましく、例えばビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラサルファイド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジサルファイド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシランおよびこれらの誘導体等を例示することができる。誘導体としては、例えばNXT−Z(モメンティブパフォーマンス社製)が挙げられる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、炭素数7〜20のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを配合することにより、シリカの凝集や、ゴム組成物の粘度上昇を抑制し、低転がり抵抗性、ウェット性能および耐摩耗性をより優れたものにすることができる。
アルキルトリエトキシシランは、炭素数7〜20、好ましくは炭素数8〜10のアルキル基を有する。炭素数7〜20のアルキル基として、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基が挙げられる。なかでもジエン系ゴムとの相溶性の観点から、オクチル基、ノニル基がより好ましい。
アルキルトリエトキシシランの配合量は、シリカXおよびYの配合量の合計(x+y)に対0.1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%である。アルキルトリエトキシシランの配合量が0.1重量%未満であると、耐摩耗性を確保しながら転がり抵抗を小さくする効果が得られない虞がある。またアルキルトリエトキシシランの配合量が20重量%を超えると、転がり抵抗が大きくなり耐摩耗性が低下する虞がある。
タイヤトレッド用ゴム組成物には、上述した充填剤以外にも、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤などのタイヤトレッド用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。このようなゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤ、特にタイヤトレッド部に好適に使用することができる。このゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることに加え、ウェットグリップ性能が優れる。さらに耐摩耗性が優れタイヤ耐久性を向上することができる。
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
表3に示す配合剤を共通配合とし、表1〜2に示す配合からなる18種類のタイヤトレッド用ゴム組成物(実施例1〜5、参照例1、比較例1〜12)を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を1.7Lの密閉型ミキサーで5分間混練し放出して室温冷却したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えて1.7Lの密閉型ミキサーで混練することにより調製した。なお、表1〜2中、変性S−SBR1は25重量部、未変性SBRは37.5重量部の油展オイルを含むため、それぞれの配合量の欄に実際の配合量と共に、括弧内に油展オイルを除いたSBR正味の配合量を示した。またアロマオイルの配合量は、ゴム組成物中の総オイル量および/又はゴム硬度が対比可能なレベルになるように適宜調節した。なお表3に記載した配合剤の量は、表1〜に記載したジエン系ゴム100重量部(正味のゴム量)に対する重量部で示した。
シリカX、シリカYおよびカーボンブラックからなる無機充填剤の合計を「無機充填剤 合計」の欄に示した。シリカとカーボンブラックの総量に対するシリカの比率を「シリカ(x+y)割合」の欄に示した。またシリカXおよびシリカYの重量比(x/y)を「シリカ比(x/y)」の欄に示した。
得られた18種類のタイヤトレッド用ゴム組成物について、所定形状の金型中で、160℃、20分間プレス加硫して加硫ゴムサンプルを作製した。得られた加硫ゴムサンプルを使用し、耐摩耗性、ウェット性能および転がり抵抗を下記に示す方法で評価した。
耐摩耗性
得られた加硫ゴムサンプルをJIS K6264に準拠して、ランボーン摩耗試験機(岩本製作所社製)を使用して、温度20℃、荷重39N、スリップ率30%、時間4分の条件で摩耗量を測定した。得られた結果は比較例1の逆数を100にする指数とし、表1の「耐摩耗性」の欄に示した。この指数が大きいほど耐摩耗性がが優れることを意味する。
ウェット性能および転がり抵抗
得られた加硫ゴムサンプルのウェット性能および転がり抵抗を、それぞれの指標であることが知られている損失正接tanδ(0℃)およびtanδ(60℃)により評価した。損失正接tanδは、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み10%、振幅±2%、周波数20Hz、温度0℃および60℃の条件下で測定した。
得られたtanδ(0℃)の結果は比較例1の値を100とする指数として、表1,2の「ウェット性能」の欄に示した。ウェット性能の指数が大きいほど、tanδ(0℃)が大きくウェットグリップ性能が優れることを意味する。
得られたtanδ(60℃)の結果は比較例1の値の逆数を100とする指数として、表1,2の「転がり抵抗」の欄に示した。転がり抵抗の指数が大きいほど、tanδ(60℃)が小さく低発熱で、空気入りタイヤにしたとき転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることを意味する。
Figure 0005904233
Figure 0005904233
なお、表1〜2において使用した原材料の種類を下記に示す。
・NR:天然ゴム、SIR20
・変性S−SBR1:末端にグリシジルアミン基を有する溶液重合スチレンブタジエンゴム、旭化成ケミカルズ社製タフデンF3420、スチレン単位含有量が36重量%、ガラス転移温度が−27℃、ゴム成分100重量部に対しオイル分25重量部を含む油展品
・変性S−SBR2:末端にヒドロキシル基を有する溶液重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol NS612、スチレン単位含有量が16重量%、ガラス転移温度が−63℃、非油展品
・未変性SBR:JSR社製HPR755、スチレン単位含有量が40重量%、ガラス転移温度が−20℃、ゴム成分100重量部に対しオイル分37.5重量部を含む油展品
・シリカX1:ローディア社製Zeosil 165GR、窒素吸着比表面積が165m2/g
・シリカY1:ローディア社製Zeosil 200MP、窒素吸着比表面積が200m2/g
・シリカZ:ローディア社製Zeosil 115GR、窒素吸着比表面積が110m2/g
・カーボンブラック:東海カーボン社製シーストKHP
・シランカップリング剤:硫黄含有シランカップリング剤、エボニクデグサ社製Si69
・アルキルシラン:オクチルトリエトキシシラン、信越化学工業社製KBE−3083
・アロマオイル:昭和シェル石油社製エキストラクト4号S
Figure 0005904233
表3において使用した原材料の種類を下記に示す。
・酸化亜鉛:正同化学工業社製酸化亜鉛3種
・硫黄:軽井沢製錬所社製油処理硫黄
・加硫促進剤:大内新興化学工業社製ノクセラーCZ−G
表2から明らかなように実施例1〜のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ウェットグリップ性能(0℃のtanδ)、低転がり抵抗性(60℃のtanδ)および耐摩耗性が維持・向上することが確認された。
比較例1のゴム組成物は、シリカYを配合せずにシリカXだけを配合した従来例となるゴム組成物である。
比較例2のゴム組成物は、シリカXを配合せずにシリカYだけを配合したので転がり抵抗が悪化した。
比較例3のゴム組成物は、シリカX、シリカYおよびカーボンブラックからなる無機充填剤の合計が95重量部を超えるので、転がり抵抗が悪化した。
比較例4のゴム組成物は、シリカX、シリカYおよびカーボンブラックからなる無機充填剤の合計が70重量部未満で、無機充填剤中のシリカの比率が85重量%未満であるので、ウェットグリップ性能および耐摩耗性が悪化した。
比較例5のゴム組成物は、変性S−SBRの含有量が50重量%未満であるので、耐摩耗性および転がり抵抗が悪化した。
比較例6のゴム組成物は、天然ゴムを配合していないので耐摩耗性が悪化した。
比較例7のゴム組成物は、天然ゴムの含有量が30重量%を超えるのでウェットグリップ性能が悪化した。
比較例8のゴム組成物は、無機充填剤中のシリカの比率が85重量%未満であるので、転がり抵抗およびウェットグリップ性能が悪化した。
比較例9のゴム組成物は、カーボンブラックを配合しないので、耐摩耗性が悪化した。
比較例10のゴム組成物は、シリカYの代わりに窒素吸着比表面積が144m2/g未満のシリカZ1を配合したので、ウェットグリップ性能が悪化した。
比較例11のゴム組成物は、シリカXの代わりに窒素吸着比表面積が144m2/g未満のシリカZ1を配合したので、転がり抵抗が悪化した。
比較例12のゴム組成物は、シリカX、シリカYおよびカーボンブラックからなる無機充填剤の合計が95重量部を超えるので、転がり抵抗が悪化した。

Claims (4)

  1. 末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムを50重量%以上、天然ゴムを10〜30重量%含むジエン系ゴム100重量部に対し、2種類のシリカXおよびシリカY並びにカーボンブラックからなる無機充填剤を70〜95重量部、炭素数7〜20のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを配合し、前記シリカXの配合量をx重量部、前記シリカYの配合量をy重量部とするとき、前記アルキルトリエトキシシランを前記シリカXおよびシリカYの合計(x+y)の0.1〜20重量%配合し、前記シリカの合計(x+y)が前記無機充填剤中の85重量%以上、前記シリカXおよびシリカYの重量比(x/y)が1/3〜2/1であり、かつ前記シリカXの窒素吸着比表面積が160m2/g±10%の範囲、前記シリカYの窒素吸着比表面積が200m2/g±10%の範囲であることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
  2. 前記末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−35℃以上であることを特徴とする請求項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
  3. 前記末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴムのスチレン単位含有量が35重量%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
  4. 請求項1,2または3に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。
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