JP7013674B2 - タイヤ - Google Patents

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Description

本発明は所定のトレッド用ゴム組成物により構成されたトレッドを有するタイヤに関する。
一般的にタイヤトレッドに用いられるゴム組成物には優れた耐摩耗性が求められる。ゴム組成物の耐摩耗性に影響する要因として、ゴム組成物のガラス転移温度、硬度、フィラー分配性などが挙げられる。例えば、特許文献1にはガラス転移温度の低いゴム成分を用いることで耐摩耗性などを向上させる技術が記載されているが、耐摩耗性については改善の余地がある。
特開2004-137463号公報
本発明は、耐摩耗性に優れたタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、スチレン含量が35~45質量%、ビニル含量が35~45質量%、重量平均分子量が100万~140万の直鎖状スチレンブタジエンゴムを含むゴム成分100質量部に対し、窒素吸着比表面積が100~290m2/gのカーボンブラックを70~130質量部含有するトレッド用ゴム組成物により構成されたトレッドを有するタイヤに関する。
前記直鎖状スチレンブタジエンゴムの5質量%トルエン溶液粘度が350mPa・s以上であることが好ましい。
本発明の所定のトレッド用ゴム組成物により構成されたトレッドを有するタイヤは、耐摩耗性に優れる。
本発明の一実施形態であるタイヤは、スチレン含量が35~45質量%、ビニル含量が35~45質量%、重量平均分子量が100万~140万の直鎖状スチレンブタジエンゴムを含むゴム成分100質量部に対し、窒素吸着比表面積が100~290m2/gのカーボンブラックを70~130質量部含有するトレッド用ゴム組成物により構成されたトレッドを有することを特徴とする。
本実施形態に係るトレッド用ゴム組成物は、スチレン含量が35~45質量%、ビニル含量が35~45質量%、重量平均分子量が100万~140万の直鎖状スチレンブタジエンゴム(直鎖状SBR)と、窒素吸着比表面積が100~290m2/gのカーボンブラックとを併用することにより、分岐が少ない直鎖状SBRを用いることによりカーボンブラックとの相互作用が大きくなり、その結果、耐摩耗性が向上すると考えられる。
前記直鎖状SBRは、スチレン含量が35~45質量%、ビニル含量が35~45質量%、重量平均分子量が100万~140万の直鎖状スチレンブタジエンゴムである。本実施形態の直鎖状SBRは、5質量%トルエン溶液粘度(Tcp)が350mPa・s以上であることが好ましく、370mPa・s以上であることがより好ましく、390mPa・s以上であることがさらに好ましい。5質量%トルエン溶液粘度は、ゴム成分2.28gをトルエン50mLに溶解させた後、標準液として粘度計校正用標準液(JIS Z8809)を用い、キャノンフェンスケ粘度計No.400を使用して、25℃で測定した値とする。
直鎖状SBRのスチレン含量は、35質量%以上であり、37質量%以上が好ましい。35質量%未満の場合は、ピークグリップ性能が低下する傾向がある。また、スチレン含量は、45質量%以下であり、43質量%以下が好ましい。45質量%を超える場合は、走行初期段階でのグリップ性能が低下する傾向がある。
直鎖状SBRのビニル含量は、35質量%以上であり、37質量%以上が好ましい。35質量%未満の場合は、ピークグリップ性能が低下する傾向がある。また、ビニル含量は、45質量%以下であり、43質量%以下が好ましい。45質量%を超える場合は、走行初期段階でのグリップ性能が低下する傾向がある。
直鎖状SBRの重量平均分子量は、100万以上であり、105万以上が好ましく、110万以上がより好ましい。100万未満の場合は、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、重量平均分子量は、140万以下であり、135万以下が好ましく、130万以下がより好ましい。140万を超える場合は、耐摩耗性が向上するが、グリップ性能が著しく低下する傾向がある。
SBRとしては特に限定はなく、溶液重合SBR(S-SBR)、乳化重合SBR(E-SBR)、これらの変性SBR(変性S-SBR、変性E-SBR)などが挙げられる。変性SBRとしては、末端および/または主鎖が変性されたSBR、スズ、ケイ素化合物などでカップリングされた変性SBR(縮合物、分岐構造を有するものなど)、水素添加されたSBR(水添S-SBR、水添E-SBR)などが挙げられる。なかでもS-SBRが好ましい。
SBRのゴム成分中の含有量は、ドライグリップ性能および耐摩耗性の観点から、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、100質量%がさらに好ましい。
本実施形態に係るゴム成分は、直鎖状SBR以外のゴム成分(他のゴム成分)を含有してもよい。他のゴム成分としては、天然ゴム(NR)およびポリイソプレンゴム(IR)を含むイソプレン系ゴム、直鎖状SBR以外のSBR、ブタジエンゴム(BR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)などのSBR以外のジエン系ゴムやブチル系ゴムが挙げられる。ゴム成分は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。低燃費性や耐摩耗性、耐久性、ウェットグリップ性能のバランスの観点からNR、BRを含有することが好ましい。
前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が100~290m2/gのカーボンブラックである。直鎖状SBRと当該カーボンブラックを併用することで、相互作用が大きくなり、耐摩耗性が向上すると考えられる。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、100m2/g以上が好ましく、105m2/g以上がより好ましく、110m2/g以上がさらに好ましい。100m2/g未満の場合は、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックのN2SAは、290m2/g以下であり、270m2/g以下が好ましく、250m2/g以下がより好ましい。なお、本明細書におけるカーボンブラックのN2SAは、JIS K 6217-2:2001に準拠して測定される値である。
カーボンブラックのゴム成分100質量部に対する含有量は、70質量部以上であり、80質量部以上が好ましい。70質量部未満の場合は、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、130質量部以下であり、120質量部以上が好ましく、110質量部以下がより好ましい。130質量部を超える場合は、耐摩耗性が向上するが、グリップ性能が低下する傾向がある。
前記ゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される他の成分、例えば、カーボンブラック以外の補強用充填剤、シランカップリング剤、軟化剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、各種老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
カーボンブラック以外の補強用充填剤としては、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、クレー、タルクなどが挙げられる。ウェットグリップ性能の観点から、シリカを含有することが好ましい。カーボンブラックの含有による補強性を維持するという点からはカーボンブラック以外の補強用充填剤は含有しないことが好ましい。
前記シリカとしては特に限定されず、例えば、乾式法シリカ(無水ケイ酸)、湿式法シリカ(含水ケイ酸)等が挙げられるが、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。
シリカの窒素吸着比表面積(N2SA)は、80m2/g以上であることが好ましく、100m2/g以上であることがより好ましく、110m2/g以上であることがさらに好ましい。シリカのN2SAが80m2/g未満の場合は、破断時伸びが低下し、耐久性が低下する傾向がある。また、シリカのN2SAは、250m2/g以下であることが好ましく、235m2/g以下であることがより好ましく、220m2/g以下であることがさらに好ましい。250m2/gを超えると、低燃費性、加工性(シート圧延性)が低下する傾向がある。なお、シリカの窒素吸着比表面積は、ASTM D3037-81に準じてBET法で測定される値である。
シリカを含有する場合の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、シリカを含有することの効果が十分に得られるという理由から、5質量部以上であることが好ましく、7質量部以上であることがより好ましい。また、加工性の観点から、40質量部以下が好ましく、35質量部以下がより好ましい。
シリカは、シランカップリング剤と併用することが好ましい。シランカップリング剤としては、ゴム工業において、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができ、例えば、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドなどのスルフィド系、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Momentive社製のNXT-Z100、NXT-Z45、NXTなどのメルカプト系(メルカプト基を有するシランカップリング剤)、ビニルトリエトキシシランなどのビニル系、3-アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミノ系、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのグリシドキシ系、3-ニトロプロピルトリメトキシシランなどのニトロ系、3-クロロプロピルトリメトキシシランなどのクロロ系などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シランカップリング剤を含有する場合のシリカ100質量部に対する含有量は、十分なフィラー分散性の改善効果や、粘度低減等の効果が得られるという理由から、4.0質量部以上であることが好ましく、6.0質量部以上であることがより好ましい。また、十分なカップリング効果、シリカ分散効果が得られず、補強性が低下するという理由から、シランカップリング剤の含有量は、12質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましい。
軟化剤としては、従来からタイヤ用ゴム組成物に用いられているものであれば特に限定されないが、例えばオイル、粘着樹脂、液状ポリマーが挙げられる。
オイルとしては、ナフテンオイル、アロマオイル、プロセスオイル、パラフィンオイルなどの鉱物油などが挙げられる。
オイルを含有する場合の含有量は、オイルを含有することの効果が十分に得られるという理由から、ジエン系ゴム成分100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、15質量部以上がより好ましい。また、耐摩耗性の観点から、50質量部以下が好ましく、45質量部以下がより好ましい。
粘着樹脂としては、芳香族石油樹脂などの従来タイヤ用ゴム組成物で慣用される樹脂が挙げられる。芳香族石油樹脂としては例えば、フェノール系樹脂、クマロンインデン樹脂、テルペン樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ロジン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂(DCPD樹脂)などが挙げられる。フェノール系樹脂としては例えばコレシン(BASF社製)、タッキロール(田岡化学工業(株)製)などが挙げられる。クマロンインデン樹脂としては例えばエスクロン(新日鉄化学(株)製)、ネオポリマー(JX日鉱日石エネルギー(株)製)などが挙げられる。スチレン樹脂としては例えばSylvatraxx 4401(Arizona chemical社製)などが挙げられる。テルペン樹脂としては例えばTR7125(Arizona chemical社製)、TO125(ヤスハラケミカル(株)製)などが挙げられる。これらの粘着樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、走行中のグリップ性能に優れるという理由から、フェノール系樹脂、クマロンインデン樹脂、テルペン樹脂、およびアクリル樹脂を用いることが好ましい。
粘着樹脂を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、走行中のグリップ性能の観点から、20質量部以上が好ましく、25質量部以上がより好ましく、30質量部以上がさらに好ましい。また、加工性の観点から、90質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましい。
液状ポリマーとしては、例えば、液状スチレンブタジエンポリマー、液状ブタジエンポリマー、液状イソプレンポリマー、液状スチレンイソプレンポリマー等が挙げられる。なかでも、特に耐久性能とグリップ性能とをバランスよく向上できるという理由からスチレンブタジエンポリマーが好ましい。
前記スチレンブタジエンポリマーの重量平均分子量は、耐摩耗性およびグリップ性能に優れるという理由から、3万以下が好ましく、1万以下がより好ましい。また、重量平均分子量の下限は特に限定されないが、耐摩耗性とグリップ性能とのバランスの観点から、4000以上が好ましい。
スチレンブタジエンポリマーは水素添加された水添スチレンブタジエンポリマーとすることが、耐摩耗性およびグリップ性能の観点から好ましい。スチレンブタジエンポリマーの水添率は50%以上が好ましい。
前記老化防止剤としては特に限定されず、ゴム分野で使用されているものが使用可能であり、例えば、キノリン系、キノン系、フェノール系、フェニレンジアミン系老化防止剤などが挙げられる。
老化防止剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、0.5質量部以上が好ましく、0.8質量部以上がより好ましい。また、老化防止剤の含有量は、充填剤等の分散性、破断時伸び、混練効率の観点から、2.0質量部以下が好ましく、1.5質量部以下がより好ましく、1.2質量部以下がより好ましい。
前記加硫剤としては、硫黄やカプロラクタムジスルフィドなどの硫黄含有化合物が用いられる。加硫剤としての硫黄としては、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、オイル処理硫黄などが挙げられる。これらはそれぞれ単独または2種以上を混合して用いることができる。
加硫剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、良好な加硫反応の観点から、0.5質量部以上が好ましく、0.6質量部以上がより好ましい。また、硫黄の含有量は、グリップ性能、耐摩耗性の観点から、3質量部以下が好ましく、2質量部以下がより好ましい。
前記加硫促進剤としては、グアニジン系、アルデヒド-アミン系、アルデヒド-アンモニア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チオ尿素系、チウラム系、ジチオカルバメート系、ザンデート系の化合物などが挙げられる。なかでも、本発明の効果が好適に得られるという理由から、ベンゾチアゾリルスルフィド基を有する加硫促進剤が好ましい。
ベンゾチアゾリルスルフィド基を有する加硫促進剤としては、N-tert-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(TBBS)、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CBS)、N,N-ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DCBS)、N,N-ジイソプロピル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N-ジ(2-エチルヘキシル)-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(BEHZ)、N,N-ジ(2-メチルヘキシル)-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(BMHZ)、N-エチル-N-t-ブチルベンゾチアゾール-2-スルフェンアミド(ETZ)等のスルフェンアミド系加硫促進剤や、N-tert-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンイミド(TBSI)、ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド(DM)等が挙げられる。
加硫促進剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、十分な加硫速度を確保するという観点から、0.5質量部以上が好ましく、1.0質量部以上が好ましい。また、加硫促進剤の含有量は、ブルーミングを抑制するという観点から、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
本実施形態に係るトレッド用ゴム組成物は、一般的な方法で製造できる。例えば、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどの一般的なゴム工業で使用される公知の混練機で、前記各成分のうち、架橋剤および加硫促進剤以外の成分を混練りした後、これに、架橋剤および加硫促進剤を加えてさらに混練りし、その後加硫する方法などにより製造できる。
本実施形態のタイヤは、前記トレッド用ゴム組成物を用いて、通常の方法により製造できる。すなわち、ゴム成分に対して前記の配合剤を必要に応じて配合した前記ゴム組成物を、トレッドの形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、通常の方法にて成型することにより、未加硫タイヤを形成し、この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより、タイヤを製造することができる。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
実施例および比較例で使用した各種薬品について説明する。
SBR1:後述のSBR1の製造方法により調製した直鎖状SBR、スチレン含量:40質量%、ビニル含量:40質量%、重量平均分子量:120万、5質量%トルエン溶液粘度:390mPa・s
SBR2:後述のSBR2の製造方法により調製した分岐状SBR、スチレン含量:40質量%、ビニル含量:40質量%、重量平均分子量:120万、5質量%トルエン溶液粘度:340mPa・s
カーボンブラック1:N2SA:231m2/g
カーボンブラック2:N2SA:280m2/g
カーボンブラック3:N2SA:80m2/g
ナフテンオイル:JXエネルギー(株)製
液状ポリマー:液状スチレンブタジエンポリマー、スチレン量:50質量%、重量平均分子量:6000、水添率:70%
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン)
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース355
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸「椿」
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
加硫剤1:細井化学工業(株)製のHK200-5(5%オイル含有粉末硫黄)
加硫剤2:ラインケミー社製のレノグランCLD80(カプロラクタムジスルフィド)
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーDM(ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド)
加硫促進剤2:大内新興化学工業(株)製のノクセラーTOT-N(テトラキス(2-エチルヘキシル)チウラムジスルフィド)
以下、SBR1および2の製造方法において用いた各種薬品をまとめて示す。
シクロヘキサン:関東化学(株)製のシクロヘキサン
ピロリジン:関東化学(株)製のピロリジン
ジビニルベンゼン:シグマアルドリッチ社製のジビニルベンゼン
1.6Mのn-ブチルリチウムヘキサン溶液:関東化学(株)製の1.6M n-ブチルリチウムヘキサン溶液
イソプロパノール:関東化学(株)製のイソプロパノール
スチレン:関東化学(株)製のスチレン
ブタジエン:高千穂化学工業(株)製の1,3-ブタジエン
テトラメチルエチレンジアミン:関東化学(株)製のN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン
SBR1の製造方法
十分に窒素置換した3Lの耐圧ステンレス容器にヘキサン1000g、ブタジエン60g、スチレン40g、およびTMEDA20mmolを投入した。次に、重合開始剤の失活に作用する不純物をあらかじめ無毒化させるためにスカベンジャーとして少量のn-ブチルリチウム/ヘキサン溶液を重合容器に投入した。更にn-ブチルリチウム/ヘキサン溶液(n-ブチルリチウムの含有量として0.083mmol)を加えた後、50℃で3時間重合反応を行った。3時間後、1Mイソプロパノール/ヘキサン溶液を1500mL滴下し、反応を終了させた。次に重合液を24時間室温で蒸発させ、さらに80℃で24時間減圧乾燥し、SBR1を得た。
SBR2の製造方法
十分に窒素置換した3Lの耐圧ステンレス容器にヘキサン1000g、ブタジエン60g、スチレン40g、およびTMEDA20mmolを投入した。次に、重合開始剤の失活に作用する不純物をあらかじめ無毒化させるためにスカベンジャーとして少量のn-ブチルリチウム/ヘキサン溶液を重合容器に投入した。更にn-ブチルリチウム/ヘキサン溶液(n-ブチルリチウムの含有量として0.332mmol)を加えた後、50℃で3時間重合反応を行った。テトラクロロシランを0.083mmol加えた。その後、1Mイソプロパノール/ヘキサン溶液を1500mL滴下し、反応を終了させた。次に重合液を24時間室温で蒸発させ、さらに80℃で24時間減圧乾燥し、SBR2を得た。
実施例および比較例
表1に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型バンバリーミキサーを用いて、加硫剤および加硫促進剤以外の薬品を排出温度170℃になるまで5分間混練りし、混練物を得た。さらに、得られた混練物を前記バンバリーミキサーにより、排出温度150℃で4分間、再度混練りした(リミル)。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を所定の形状の口金を備えた押し出し機でタイヤトレッドの形状に押し出し成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃の条件下で12分間プレス加硫することにより、試験用タイヤ(サイズ:195/65R15)を製造した。
得られた試験用タイヤについて下記の評価を行った。評価結果を表1に示す。
耐摩耗性
各試験用タイヤを排気量2000ccの国産FR車の全輪に装着し、走行距離8000km後のタイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤ溝深さが1mm減るときの走行距離を求めた。結果は比較例2のタイヤ溝が1mm減るときの走行距離を100とする指数で示す。指数が大きいほど耐摩耗性が良好であることを示す。
グリップ性能
各試験用タイヤを排気量2000ccの国産FR車の全輪に装着し、ドライアスファルト路面のテストコースにて10周の実車走行を行った。その際のコントロールの安定性をテストドライバーが評価し、比較例1を100として指数表示をした。指数が大きいほどグリップ性能が高いことを示す。
Figure 0007013674000001
表1の結果より、所定のトレッド用ゴム組成物により構成されたトレッドを有する本発明のタイヤは、耐摩耗性に優れることがわかる。また、水添率50%以上、重量平均分子量3万以下の液状SBR30部以上と併用することで、耐摩耗性を維持しつつ、グリップ性能を向上できていると考えられる。

Claims (1)

  1. スチレン含量が35~45質量%、ビニル含量が35~45質量%、重量平均分子量が100万~140万の直鎖状スチレンブタジエンゴムを含むゴム成分100質量部に対し、窒素吸着比表面積が100~290m2/gのカーボンブラックを70~130質量部含有するトレッド用ゴム組成物により構成されたトレッドを有し、
    前記直鎖状スチレンブタジエンゴムの5質量%トルエン溶液粘度が350mPa・s以上である、タイヤ。
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