JP2000129038A

JP2000129038A - スタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP2000129038A
Application number: JP10305699A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mizuno; 洋一水野
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】過酷な条件下での耐摩耗性ならびに雪氷路面
上での優れたコーナーリング特性、前後方向のトラクシ
ョン特性およびブレーキ特性を両立させたスタッドレス
タイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。【解決手段】カーボンブラックとシリカとが１つの粒
子中で３次元的に混ざりあっているシリカを含有するカ
ーボンブラックをタイヤトレッド用ゴム組成物の成分と
してある一定量配合し、さらにセルロース物質を含有す
る粉体加工品を併用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はスタッドレスタイヤ
トレッド用ゴム組成物に関する。さらに詳しくは、過酷
な条件下での耐摩耗性ならびに雪氷路面上での優れたコ
ーナーリング特性、前後方向のトラクション特性および
ブレーキ特性を両立させたスタッドレスタイヤトレッド
用ゴム組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】スパ
イクタイヤによる粉塵公害を防止するためにスパイクタ
イヤの禁止が法制化され、寒冷地ではスパイクタイヤに
代わってスタッドレスタイヤが使用されるようになって
きている。スタッドレスタイヤは改良の結果、スパイク
タイヤに近いグリップ性を有するものが開発され、現に
使用されている。

【０００３】スタッドレスタイヤのグリップ性などの雪
氷上性能に影響を与えるトレッドゴムと路面との摩擦を
支配する因子として、粘着摩擦、掘り起こし摩擦、
ヒステリシス摩擦がある。

【０００４】粘着摩擦力を高めるためにはゴム質そのも
のが影響を及ぼすので、たとえばゴム質を柔らかくして
路面との接触面積を増加させることも有効な方法であ
る。このために、充填剤の量を減らしたり、低温でも硬
化しにくいブタジエンゴムやイソプレンゴムを用いた
り、軟化剤を添加したりすることが行なわれているが、
操縦安定性や耐摩耗性の観点から極端に柔らかくするこ
とはできず、不充分な対策である。

【０００５】そこでカーボンブラックの代替としてシリ
カとシランカップリング剤を用いることによって低温時
のモジュラスを低下させ、粘着摩擦力を向上させてウェ
ット、アイスグリップ性を改善させる手法が多用されて
いる。実際、左右方向のコーナーリング特性は大幅に改
善される。しかし、高荷重時の耐摩耗性が低下し、前後
方向のトラクション特性およびブレーキ特性の改善は不
充分なレベルである。

【０００６】他の対策として、カーボンブラックおよび
シリカの両者の特徴を併せもつと考えられる、シリカを
カーボンブラックの表面に付着させたシリカ表面処理カ
ーボンブラックが開発され、ゴム成分と配合したタイヤ
トレッド用ゴム組成物が開示されているが（特許第２７
８８２１２号公報）、充分満足のいく性能がでないとい
う問題がある。

【０００７】本発明は前記問題に鑑みてなされたもので
あり、高過酷条件下の耐摩耗性、雪氷上において優れた
コーナーリング特性、トラクション特性、ブレーキ特性
を発揮することのできるスタッドレスタイヤに用いられ
るトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前述のごと
き課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、前記公
報に記載の組成物に使用されているシリカ表面処理カー
ボンブラックの場合、カーボンブラックの表面にシリカ
が付着したものであるため、付着したシリカによりカー
ボンブラックが覆われており、シリカを単独で使用した
場合に近くなり、カーボンブラックの活性点が失われ、
カーボンブラックを用いることによる特徴が充分に発揮
されていないことが原因ではないかと考えた。そこで、
カーボンブラックとシリカとが１つの粒子内で３次元的
に混ざりあい、粒子表面が、シリカ領域とカーボンブラ
ック領域の２領域が混在した状態となっているものを使
用した場合には、カーボンブラックの表面にシリカが付
着したものよりも改善効果を大きくすることができるの
ではないかと考えた。

【０００９】前記考え方にしたがって、さらに鋭意研究
を重ねた結果、カーボンブラックとシリカとが１つの粒
子中で３次元的に混ざりあっている、シリカを含有する
カーボンブラックをスタッドレスタイヤトレッド用ゴム
組成物、とくに雪氷上、高過酷条件下で使用されるトラ
ック、バスなどのスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組
成物の成分としてある一定量配合すると、高過酷条件下
での耐摩耗性、雪氷上でのコーナーリング特性などをい
ずれも良好にすることができ、さらにセルロース物質を
含有する粉体加工品を併用すると、摩耗性能の低下を最
低限に抑えながら前後方向のトラクション特性を向上さ
せることができることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【００１０】すなわち、本発明は、ゴム成分１００重量
部（以下、部という）に対して、シリカを含有するカー
ボンブラック５〜５０部を配合してなるスタッドレスタ
イヤトレッド用ゴム組成物（請求項１）、セルロース物
質を含有する粉体加工品を含有する請求項１記載の組成
物（請求項２）、セルロース物質を含有する粉体加工品
の平均粒径が２０〜６００μｍである請求項２記載の組
成物（請求項３）、およびセルロース物質を含有する粉
体加工品の含有量がゴム成分１００部に対して３〜８部
である請求項２記載の組成物（請求項４）に関する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に使用されるゴム成分は、
一般にタイヤトレッド用ゴム組成物のゴム成分として使
用されるものである限り、とくに限定なく使用すること
ができる。

【００１２】前記ゴム成分の具体例としては、たとえば
天然ゴム（ＮＲ）、各種ブタジエンゴム（ＢＲ）、各種
スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリイ
ソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリ
ロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレ
ン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−
ジエン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴ
ム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、
イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、クロロスルホン
化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴ
ム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタ
ンゴムなどがあげられる。これらは単独で用いてもよ
く、２種以上をブレンドして用いてもよい。ブレンドす
る場合のブレンド比もとくに限定はない。これらのうち
ではＮＲ、ＢＲ、ＩＲなどが、低温でも硬化しにくい、
雪氷上性能に優れるなどの点から好ましい。

【００１３】前記ゴム成分の分子量、分子量分布、Ｔｇ
などにもとくに限定はないが、重量平均分子量が１万〜
５００万、分子量分布（重量平均分子量／数平均分子
量）が１．１〜５、Ｔｇが−５０〜０℃のものが一般に
使用される。

【００１４】本発明に使用されるシリカを含有するカー
ボンブラック（以下、シリカ含有ＣＢともいう）とは、
前述のごとく、カーボンブラックとシリカとが１つの粒
子内で３次元的に混ざりあい、シリカとカーボンブラッ
クとがいずれも粒子表面に露出しているものである。こ
のような構成にすることによって、高過酷条件下での耐
摩耗性に優れるが、表面に存在する官能基の数が少な
く、ポリマーとの化学結合能が低いカーボンブラックの
欠点を、表面に存在する官能基の数が多く、結合剤を介
することによってポリマーと充分に結合することができ
るシリカによって改善することができる。その結果、カ
ーボンブラックによる高過酷条件下での耐摩耗性に加
え、シリカにより低温時のモジュラスが低下し、雪氷上
路走行中は柔軟になって粘着摩擦が向上し、高過酷条件
下での摩耗性能と雪氷上性能との両立をはかることがで
きる。

【００１５】前記カーボンブラックとシリカとが１つの
粒子内で３次元的に混ざりあっている状態を図１に模式
的に示す。図１中、１はカーボン部、２はシリカ部を表
わす。シリカ含有ＣＢでは、カーボン部とシリカ部とが
ともに粒子の表面に露出した部分を有するため、シリカ
表面処理カーボンブラックのようにカーボンブラック部
分のほとんどがシリカに覆われて、カーボンブラックの
ほとんどが隠されてしまうことがない。また、シリカを
含有するためシリカ含有ＣＢの表面活性点は通常のカー
ボンブラックと同等以上であり、表面酸素官能基の量や
表面活性水素の量との相関が高く、ゴムに配合した際補
強性の尺度となるバウンドラバーが多くなる。

【００１６】シリカ含有ＣＢの製造方法にはとくに限定
はないが、たとえば有機シロキサンを原料油と同時に反
応させて製造するなどの方法があげられる。これらのう
ちでは、有機シロキサンを原料油と同時に反応させ、一
段階で製造する方法が好ましい。前記好ましい製造方法
については、たとえばＷＯ９６／３７５４７に詳しく
開示されている。

【００１７】シリカ含有ＣＢにおけるカーボンブラック
とシリカとの割合は、カーボンブラックに対してシリカ
が０．１〜２５重量％（以下％という）、さらには０．
５〜１０％、とくには２〜６％であるのが、カーボンブ
ラックおよびシリカの両者の特徴がバランスよく発揮さ
れるという点から好ましい。

【００１８】前記ゴム成分に対するシリカ含有ＣＢの配
合量は、ゴム成分１００部に対してシリカ含有ＣＢ５
〜５０部、さらには１０〜４０部である。シリカ含有Ｃ
Ｂが少なすぎる場合には、高過酷条件下の耐摩耗性、雪
氷上でのコーナーリング特性が低下しやすくなるなど
し、多すぎる場合には、トレッド硬度が高くなり、雪氷
上性能が低下しやすくなる。

【００１９】本発明のトレッド用ゴム組成物には、凹凸
を増やし、掘り起こし摩擦力を高め、雪氷上でのトラク
ション性能、制動性能を向上させるために、さらにセル
ロース物質を含有する粉体加工品（以下、単に粉体加工
品ともいう）を配合してもよい。粉体加工品を用いるこ
とにより、耐摩耗性の低下を最低限に抑え、実用上充分
なレベルの耐摩耗性を維持しながら前記性能を確保でき
る。

【００２０】前記粉体加工品は、セルロース物質および
セルロース物質以外の成分を含んでもよい。セルロース
物質としては米殻のもみがら、麦殻、コルク片、おがく
ずなどがあげられ、セルロース物質以外の成分としては
シリカ、クレー、木質素、脂肪酸、水分などがあげられ
る。

【００２１】前記粉体加工品の製法としてはとくに限定
はないが、たとえば特許第２５５４５３６号公報記載の
方法などがあげられる。

【００２２】また、前記粉体加工品におけるセルロース
物質の割合は、５０％以上であるのが掘り起こし摩擦力
の点から好ましく、平均粒径が２０〜６００μｍである
のが雪氷上での実車性能と耐摩耗性とのバランスのよい
トレッドが得られるなどの点から好ましい。平均粒径が
６００μｍをこえると耐摩耗性が低下する傾向が生じ、
２０μｍより小さくてもとくに問題はないが、雪氷上で
の実車性能が若干低下する傾向が生じることがある。

【００２３】前記粉体加工品の前記ゴム成分に対する配
合量は、ゴム成分１００部に対して１〜１２部、さらに
は３〜８部が好ましい。１部より少ないと粉体加工品を
用いることによる前記効果が充分に得られず、１２部よ
り多いと耐摩耗性が低下する傾向が生じやすい。

【００２４】本発明のトレッド用ゴム組成物には、一般
にトレッド用ゴム組成物の添加剤として使用される添加
剤を一般に使用される範囲で添加してもよい。

【００２５】前記添加剤として、加工性や耐摩耗性を向
上させることができる補強剤としてカーボンブラックを
併用してもよい。

【００２６】前記カーボンブラックにはとくに制限はな
いが、たとえば、汎用ゴムの配合用に一般に用いられる
ものが使用される。具体的には、ファーネスブラック、
アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブ
ラック、グラファイトなどが例示される。

【００２７】前記カーボンブラックの使用量は、前記ゴ
ム成分１００部に対して５０部以下、さらには４５部以
下が好ましい。該使用量が５０部をこえるとシリカ含有
ＣＢを用いることによる効果がうすめられ、雪氷上での
コーナーリング特性が低下するなどの傾向が生じる。

【００２８】また、前記添加剤として、通常のシリカ配
合で使用されているようなシランカップリング剤を併用
してもよい。

【００２９】前記シランカップリング剤にはとくに限定
はないが、たとえばビニルトリクロルシラン、ビニルト
リエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシ−エト
キシ）シラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシ
ル）−エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピ
ルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエ
チル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、
Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メル
カプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピ
ルトリエトキシシランや、ビス−（３−（トリエトキシ
シリル）プロピル）テトラスルフェン、特開平６−２４
８１１６号公報に記載されるγ−トリメトキシシリルプ
ロピルジメチルチオカルバミルテトラスルフェン、γ−
トリメトキシシリルプロピルベンゾチアジルテトラスル
フェンなどのテトラスルフェン類などがあげられる。こ
れらのうちでは、ビス−（３−（トリエトキシシリル）
−プロピル）−テトラスルフェンが好ましい。

【００３０】前記シランカップリング剤を使用する場合
の使用量は、前記ゴム成分１００部に対して０．２〜５
部、さらには０．２〜２部が好ましい。該使用量が０．
２部未満だと、カップリング剤を用いることによる効果
が充分でなく、一方、５部をこえて添加しても効果があ
がらず、不経済である。

【００３１】前記添加剤のその他の具体例としては、た
とえばプロセスオイル（パラフィン系プロセスオイル、
ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイ
ル）、加硫剤（イオウ、塩化イオウ化合物、有機イオウ
化合物など）、加硫促進剤（グアジニン系、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）、架
橋剤（有機パーオキサイド化合物、アゾ化合物などのラ
ジカル発生剤や、オキシム化合物、ニトロソ化合物、ポ
リアミン化合物など）、補強剤（ハイスチレン樹脂、フ
ェノール−ホルムアルデヒド樹脂など）、酸化防止剤な
いし老化防止剤（ジフェニルアミン系、ｐ−フェニレン
ジアミン系などのアミン誘導体、キノリン誘導体、ハイ
ドロキノン誘導体、モノフェノール類、ジフェノール
類、チオビスフェノール類、ヒンダードフェノール類、
亜リン酸エステル類など）、ワックス、ステアリン酸、
酸化亜鉛などがあげられる。

【００３２】本発明の組成物の製造方法にはとくに限定
はなく、前記ゴム成分およびシリカ含有ＣＢを用い、常
法にしたがって製造すればよい。

【００３３】

【実施例】つぎに本発明の組成物を実施例に基づいてさ
らにくわしく説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。

【００３４】なお、実施例および比較例で使用した原料
および評価方法を以下にまとめて示す。

【００３５】ＮＲ一般に使用されているＲＳＳの＃３グレードのものＢＲＢＲ１５０Ｂ：宇部興産（株）製シリカ含有ＣＢＣＲＸ２０００：キャボット（株）製、Ｎ２３４カーボ
ン中にシリカを約４．７％含有しているカーボンブラックダイヤブラックＮ２２０：三菱化学（株）製シリカウルトラシルＶＮ３：デグッサ社製シランカップリング剤Ｓｉ６９：デグッサ社製、ビス−（３−トリエトキシシ
リルプロピル）テトラスルフェン粉体加工品（１）スミセルコ：住友精化（株）製、平均粒径１００〜１２
０μｍ粉体加工品（２）スミセルコ：住友精化（株）製、平均粒径４００〜６０
０μｍ粉体加工品（３）スミセルコ：住友精化（株）製、平均粒径４０〜６０μ
ｍプロセスオイルダイアナプロセスＰＳ３２：出光興産（株）製ワックスサンノックワックス：大内新興化学（株）製老化防止剤オゾノン６Ｃ：精工化学（株）製ステアリン酸桐：日本油脂（株）製酸化亜鉛銀嶺Ｒ：東邦亜鉛（株）製硫黄鶴見化学（株）製加硫促進剤ノクセラーＮＳ：大内新興化学（株）製

【００３６】（ゴム硬度）所定のタイヤトレッド用グリ
ーンゴム組成物から加硫ゴムを作成し、２５℃における
硬度をＪＩＳＫ６３０１に規定された方法に従って測
定した。

【００３７】（耐摩耗性）所定のタイヤトレッド用グリ
ーンゴム組成物から加硫ゴムを作成し、ランボーン摩擦
試験機（岩本製作所（株）製）を用いて、表面回転速度
５０ｍ／分、負荷荷重４．５ｋｇおよび落砂量１５ｇ／
分で、スリップ率５０％として試験を実施した。いずれ
も比較例１を１００として指数で示した。指数が大きい
程、耐摩耗性に優れることを示す。

【００３８】（実車性能）所定のタイヤを１０ｔトラッ
クに装着し、下記の条件で北海道名寄テストコースにて
雪氷上での実車性能（トラクション特性、コーナーリン
グ特性、制動性能）を評価した。

【００３９】

【表１】

【００４０】・トラクション特性（登坂タイム）：前後
方向のトラクションを確認すべくテストコース内の登坂
路の走行タイムを測定した。いずれも比較例１を１００
として指数で示した。指数が大きい程、トラクション特
性が良好であることを示す。

【００４１】・コーナーリング特性（タイム）：全長数
百ｍの八の字周回路のタイムを測定した。いずれも比較
例１を１００として指数で示した。指数が大きい程、コ
ーナーリング特性が良好であることを示す。

【００４２】・制動性能（氷上制動停止距離）：時速３
０km／hでロックブレーキを踏み、停止させるまでに要
した氷上の停止距離を測定した。いずれも比較例１の距
離を１００として指数で示した。指数が大きい程、制動
性能に優れることを示す。実施例１〜１３および比較例
１〜７表２記載の成分を表２記載の割合で配合し、さらにＮＲ
６０部、ＢＲ４０部、老化防止剤２部、ワックス２
部、ステアリン酸２部および酸化亜鉛５部を配合した組
成物をバンバリーで約１５０℃で５分間混練した。得ら
れた混練物に硫黄１部および加硫促進剤１．５部を加え
て２軸オープンローラーにより８０℃で約５分間練りこ
んだ組成物（タイヤトレッド用グリーンゴム組成物）を
１５０℃で４５分間加硫することにより加硫ゴムを得、
ゴム硬度、耐摩耗性を評価した。

【００４３】また、前記タイヤトレッド用グリーンゴム
組成物をトレッドに用いて１５０℃で４５分間加硫を行
ない、１１Ｒ２２．５のトラック・バス用のスタッド
レスタイヤを製造して実車性能を評価した。

【００４４】結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】なお、実施例１〜６および比較例１〜６に
おける耐摩耗性とコーナーリング特性との関係を図２に
示す。図２において、プロットの位置が右上にあるほど
耐摩耗性とコーナーリング特性とのバランスがよく、タ
イヤトレッドとして優れていることを示す。

【００４７】また、実施例７〜１１における耐摩耗性と
トラクション特性との関係を図３に示す。図３におい
て、プロットの位置が右上にあるほど耐摩耗性とトラク
ション特性とのバランスがよく、タイヤトレッドとして
優れていることを示す。

【００４８】比較例１〜６から、カーボンブラックの代
替としてシリカおよびシランカップリング剤を配合する
と、コーナーリング特性が向上し、トラクション特性、
制動性能も不充分ながら改善されるが、耐摩耗性におい
ては低下することがわかる。

【００４９】一方、実施例１〜６、比較例１〜６および
図２から、シリカ含有ＣＢをシリカの代替として等量用
いると、シリカの場合とほぼ同程度のコーナーリング特
性を示し、さらに耐摩耗性が大幅に向上することがわか
る。

【００５０】また、実施例７〜１１、実施例４および比
較例４の比較から、さらに粉体加工品を添加することに
より、耐摩耗性の低下を最低限に抑えながら、トラクシ
ョン特性、制動性能を大幅に改善できることがわかる。
このことは図３からも示されている。また、粉体加工品
を添加することで若干コーナーリング特性も向上してい
るのがわかる。

【００５１】また、実施例９、１２、１３より、実施例
の範囲内ではいずれも性能のバランスは良好であるが、
粉体加工品の粒径が大きくなると雪氷上での実車性能が
より良好になり、粒径が小さくなると耐摩耗性の点で有
利となる傾向があることがわかる。

【００５２】

【発明の効果】本発明のトレッド用ゴム組成物を用いる
ことにより、高過酷条件下での耐摩耗性および雪氷上で
の実車性能に優れた性能のバランスのよいスタッドレス
タイヤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カーボンブラックとシリカとが１つの粒子内で
３次元的に混ざりあっている状態を模式的に示す説明図
である。

【図２】実施例１〜６および比較例１〜６における耐摩
耗性とコーナーリング特性との関係を表わす図である。

【図３】実施例７〜１１における耐摩耗性とトラクショ
ン特性との関係を表わす図である。

【符号の説明】

１カーボン部２シリカ部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゴム成分１００重量部に対して、シリカ
を含有するカーボンブラック５〜５０重量部を配合して
なるスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物。
【請求項２】セルロース物質を含有する粉体加工品を
含有する請求項１記載の組成物。
【請求項３】セルロース物質を含有する粉体加工品の
平均粒径が２０〜６００μｍである請求項２記載の組成
物。
【請求項４】セルロース物質を含有する粉体加工品の
含有量がゴム成分１００重量部に対して３〜８重量部で
ある請求項２記載の組成物。