JP2000313771A - トレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

トレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ

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JP2000313771A
JP2000313771A JP11123962A JP12396299A JP2000313771A JP 2000313771 A JP2000313771 A JP 2000313771A JP 11123962 A JP11123962 A JP 11123962A JP 12396299 A JP12396299 A JP 12396299A JP 2000313771 A JP2000313771 A JP 2000313771A
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silica
tread
rubber composition
weight
silane coupling
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Takeshi Ota
武 太田
Naohiko Kikuchi
尚彦 菊地
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法安定性、加工性および低燃費性能のバラ
ンスに優れたトレッド用ゴム組成物およびユニフォーミ
ティに優れた空気入りタイヤを提供する。 【解決手段】 ゴム成分100重量部に対して、シリカ
5〜150重量部、シリカに対して、(a)硫黄を含ん
だシランカップリング剤1〜9重量%および(b)一般
式(1): (SiO2a2(a+1) (式中、XはO1/2[(CH32SiO]b1またはO
1/21で、各Xは同じでも異なっていてもよい、ただし
Xの1つ以上はO1/2[(CH32SiO]b1でなく
てはならない、R1は水素原子または炭素数5以下の1
価の炭化水素基である、bは1〜100の整数、aは1
〜20の整数である)を満足するオルガノポリシロキサ
ン1〜9重量%を(a)を(b)より先に配合する順序
で配合したトレッド用ゴム組成物および該組成物を用い
た空気入りタイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリカならびに特
定のシランカップリング剤および特定のオルガノポリシ
ロキサンを特定量配合した寸法安定性、加工性(ムーニ
ー粘度)および低燃費性能(tanδ)のバランスに優
れたトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたユニフォ
ーミティに優れた空気入りタイヤに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、地球温暖化防止などの観点から、自動車の低燃費化
の要求に対応して転がり抵抗を低減した低燃費タイヤの
開発が進められている。また、転がり抵抗を低減する技
術としては、トレッドゴムの補強剤として用いられてい
るカーボンブラックを、相反する低燃費性能とウェット
グリップ性能とのバランスがよいシリカに置き換えるこ
とが行なわれている。
【0003】しかし、シリカを配合したゴム組成物は、
従来のカーボンブラックを配合したものに比べ、未加硫
物の粘度上昇が高く焼け易い、押出し後の寸法安定性が
よくないなどの問題を有する。これは、カーボンブラッ
クに比べてシリカがその表面に、極性の高いシラノール
基を多数有していること、およびシラノール基の極性が
高いため、シリカ同士の凝集が生じやすく、また、シラ
ノール基は親水性であるため、疎水性の原料ゴムとの親
和性が低いことが、原因になっていると考えられてい
る。
【0004】前記問題を解決するために、ジエチレング
リコールや脂肪酸を添加する技術(ゴム工業便覧〈第四
版〉P.517〜518 平成6年発行)、カルボン酸
金属塩を添加する技術(たとえばTire Technology Inte
rnational 1995,p107-108)、シリカをあらかじめシリ
コーンオイルで処理する技術(特開平6−24811号
公報)などが提案されているが、充分な効果は得られて
いない。また、アルコキシシリル基を有するポリシロキ
サンやシリコーンオイルを添加する技術などが、特開平
9−194641号公報、特開平9−111044号公
報、特開平10−25364号公報、特開平10−15
2581号公報などに記載されているが、配合量が多い
ため経済的でなく、押出し成形後の寸法安定性に関する
効果については述べられておらず、これらの問題を解決
できるものではない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリカならび
に特定のシランカップリング剤および特定のオルガノポ
リシロキサンを特定量配合したトレッド用ゴム組成物を
用いることにより前記問題を解決したものである。
【0006】すなわち、本発明は、ゴム成分100重量
部に対して、シリカ5〜150重量部、ならびにシリカ
重量に対して、(a)硫黄を含んだシランカップリング
剤1〜9重量%および(b)一般式(1): (SiO2a2(a+1) (1) (式中、XはO1/2[(CH32SiO]b1またはO
1/21で、各Xは同じでも異なっていてもよい、ただし
Xの1つ以上はO1/2[(CH32SiO]b1でなく
てはならない、R1は水素原子または炭素数5以下の1
価の炭化水素基である、bは1〜100の整数、aは1
〜20の整数である) を満足するオルガノポリシロキサン1〜9重量%を
(a)を(b)より先に配合する順序で配合したトレッ
ド用ゴム組成物(請求項1)、前記(a)成分の添加量
をWa、(b)成分の添加量をWbおよびシリカ重量を
Wsとしたとき、0.02Ws≦Wa+Wb≦0.1W
sの関係を満たす請求項1記載のゴム組成物(請求項
2)および請求項1または2記載のゴム組成物をトレッ
ドに用いた空気入りタイヤ(請求項3)に関する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のトレッド用ゴム組成物の
ゴム成分には、各種ゴム組成物に一般に用いられている
天然ゴム(NR)や合成ゴムを用いることができる。前
記合成ゴムとしては、たとえばポリイソプレンゴム(I
R)、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SB
R)、各種ポリブタジエンゴム(BR)、アクリロニト
リル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、ブチルゴム
(IIR)などをあげることができる。これらの天然ゴ
ムや合成ゴムは単独で用いてもよく、2種以上を任意の
割合でブレンドして用いてもよい。これらのうちではN
R、IR、SBR、BRが好ましい。
【0008】本発明のトレッド用ゴム組成物に用いられ
るシリカとしては、汎用ゴムの配合用として一般的に用
いられているものが使用できる。また、シリカのCTA
B吸着表面積(以下、CTABという)は、100〜2
00m2/g、さらには100〜170m2/g、BET
窒素吸着比表面積(以下、BETという)が100〜2
50m2/g、さらには150〜250m2/gのものが
好ましい。前記特性を有するシリカとしては、たとえば
デグッサ社製のウルトラシールVN3(CTAB:16
5m2/g、BET:172m2/g)、日本シリカ
(株)製のニプシルVN3(CTAB:144m2
g、BET:210m2/g)、日本シリカ(株)製の
ニプシルAQ(CTAB:150m2/g、BET:2
27m2/g)などがあげられる。これらは単独で用い
てもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0009】前記シリカの配合量は、前記ゴム成分10
0重量部に対して5〜150重量部、好ましくは5〜1
00重量部である。前記配合量が5重量部未満になる
と、転がり抵抗の低減が不充分となり、150重量部を
こえると、ゴム組成物の粘度があがりすぎて加工性が低
下する。
【0010】本発明のトレッド用ゴム組成物には、
(a)成分として硫黄を含んだシランカップリング剤
が、前記シリカ重量に対して1〜9重量%、好ましくは
1〜7重量%配合される。
【0011】硫黄を含んだシランカップリング剤(a)
は、シリカの分散性を向上させる効果および配合物の発
熱性を低減させる効果を奏するため、ゴム組成物に汎用
されている。しかし、高価であり、硫黄が含まれている
ため高温でゲル化しやすく、組成物が焼けやすいという
欠点がある。本発明によれば、かかる欠点を有する硫黄
を含んだシランカップリング剤の配合量を減らすことが
でき、かつ押出し加工が容易となる。前記配合量が1重
量%未満になると、配合物の発熱性の低減効果が小さく
なる。一方、9重量%をこえると、使用量を低減できる
ことによる前記効果が小さくなる。
【0012】硫黄を含んだシランカップリング剤(a)
としては、たとえばビス(3−(トリエトキシシリル)
プロピル)テトラスルフィド、ビス(3−(トリエトキ
シシリル)プロピル)ジスルフィド、特開平6−248
116号公報記載の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ィド、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ィドな
どがあげられる。これらは単独で用いてもよく、2種以
上を組み合わせて用いてもよい。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
フィド、ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)
ジスルフィドなどが好ましい。
【0013】また、本発明のトレッド用ゴム組成物に
は、(b)成分として一般式(1): (SiO2a2(a+1) (1) (式中、XはO1/2[(CH32SiO]b1またはO
1/21で、各Xは同じでも異なっていてもよい、ただし
Xの1つ以上はO1/2[(CH32SiO]b1でなく
てはならない、R1は水素原子または炭素数5以下の1
価の炭化水素基、好ましくは水素原子、メチル基、エチ
ル基である、bは1〜100、好ましくは1〜50の整
数、aは1〜20、好ましくは1〜15の整数である)
を満足するオルガノポリシロキサンが、前記シリカに対
して1〜9重量%、好ましくは1〜8重量%配合され
る。前記配合量が1重量%未満になると、押出し加工性
や押出し後の寸法安定性が低下し、9重量%をこえる
と、不経済となり、また、添加量の割に押出し加工性や
押出し後の寸法安定性の向上効果が小さくなる。
【0014】一般式(1)を満足するオルガノポリシロ
キサンを具体的に示せば、たとえば一般式(1)におい
てa=1、b=1、XがすべてO1/2[(CH32Si
O]b1でR1がすべてエチル基の場合、
【0015】
【化1】
【0016】となり、a=2、b=2、XがすべてO
1/2[(CH32SiO]b1でR1がすべてエチル基の
場合、
【0017】
【化2】
【0018】となり、a=3、b=20、XがすべてO
1/2[(CH32SiO]b1でR1がすべてエチル基の
場合、
【0019】
【化3】
【0020】となる。
【0021】なお、オルガノポリシロキサン(b)の分
子量は、組成物の押出し加工性や押出し後の寸法安定性
の点から200〜10000、さらには200〜500
0が好ましい。
【0022】オルガノポリシロキサン(b)は、たとえ
ば特開昭58−67728号公報に記載の方法で製造す
ることができる。
【0023】オルガノポリシロキサン(b)の具体例と
しては、前記構造式で示したもののほか、たとえば特公
平3−17764号公報に記載のオルガノポリシロキサ
ンなどがあげられる。
【0024】硫黄を含んだシランカップリング剤(a)
とオルガノポリシロキサン(b)の合計の配合量は、
(a)成分の添加量をWa、(b)成分の添加量をWb
およびシリカ重量をWsとしたとき、0.02Ws≦W
a+Wb≦0.1Ws、好ましくは0.02Ws≦Wa
+Wb≦0.09Wsの関係を満たすことが好ましい。
前記合計の配合量がWa+Wb<0.02Wsになる
と、配合物の粘度が高くなりすぎ、かつ組成物の寸法安
定性が低下する傾向があり、Wa+Wb>0.1Wsに
なると、配合物の焼けを抑制する効果が小さくなり、寸
法安定性が向上しない割に価格が上昇し、経済的、実用
的でなくなる傾向がある。
【0025】本発明のトレッド用ゴム組成物は、前記ゴ
ム成分、シリカ、硫黄を含んだシランカップリング剤
(a)およびオルガノポリシロキサン(b)からなる
が、一般にトレッド用ゴム組成物として使用されるカー
ボンブラック、クレーなどの補強剤、プロセスオイル、
酸化防止剤、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、ワ
ックスなどの添加剤、また当然ながら硫黄、加硫促進剤
などの加硫剤を配合してもよい。
【0026】本発明のトレッド用ゴム組成物の製造方法
としては、硫黄を含んだシランカップリング剤が先にシ
リカと反応することで、シランカップリング剤の効果が
最大限に発揮できる点から、硫黄を含んだシランカップ
リング剤(a)をオルガノポリシロキサン(b)より先
の混合段階で配合して混練りしたのち、オルガノポリシ
ロキサン(b)を配合し、加硫剤を配合しない混練段階
で120〜170℃で排出する方法が好ましい。オルガ
ノポリシロキサンを先に投入すると、オルガノポリシロ
キサンとシリカとが反応し、シランカップリング剤とシ
リカとの反応サイトが減少し、シランカップリング剤の
効果が充分発揮できなくなる。
【0027】具体的には、全混練段階を3段階とし、第
1段階でゴム成分、シリカおよび硫黄を含んだシランカ
ップリング剤(a)、さらに必要に応じてプロセスオイ
ルなどを配合して110〜140℃で3〜5分間混練り
し、第2段階でオルガノポリシロキサン(b)、必要に
応じてカーボンブラック、クレーなどの補強剤、加硫剤
以外の添加剤(たとえばワックス、ステアリン酸、酸化
亜鉛など)を配合して120〜170℃で2〜5分間混
練し、第3段階で加硫剤(硫黄および加硫促進剤)を配
合し、80〜100℃で3〜4分間混練するのが好まし
いが、オルガノポリシロキサンとシランカップリング剤
とは、オルガノポリシロキサンがシランカップリング剤
よりあとに添加されるならば、同一混練段階で添加して
もよい。第1段階の混練温度が110〜140℃の場
合、シリカと硫黄を含んだシランカップリング剤(a)
との反応が充分におこる点から望ましい。また、第2段
階の混練温度が120℃未満になると、オルガノポリシ
ロキサン(b)がシリカと充分に反応しない傾向があ
り、170℃をこえると、焼けが生じ、最終製造物の粘
度が上昇し、耐摩耗性が低下するため適当ではない。
【0028】本発明のトレッド用ゴム組成物は、押出し
加工後の寸法安定性に優れるため、タイヤのユニフォー
ミティが向上することから、空気入りタイヤ、とくに高
性能タイヤに好適に使用することができる。オルガノポ
リシロキサンをゴム組成物に配合する技術は従来から行
なわれているが、なかでも一般式(1)で表わされるオ
ルガノポリシロキサン(b)を使用した本発明のゴム組
成物を空気入りタイヤに適用すると、タイヤのユニフォ
ーミティが顕著に向上する効果を得ることができる。
【0029】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【0030】実施例および比較例で用いた原料および評
価方法をまとめて以下に説明する。
【0031】NR:一般的なRSS#3グレード SBR:住友化学工業(株)製のSBR1502 SBR:日本ゼオン(株)製のN9521、37.5
PHR油展品 BR:宇部興産(株)製のBR 150B シリカ:デクッサ社製のウルトラシールVN3(CTA
B:165m2/g、BET:172m2/g) カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイヤブラック
I(N220) シランカップリング剤(a):デグッサ社製のSi69
(ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)テトラ
スルフィド) オルガノポリシロキサン(b):一般式(1)におい
て、aが3≦a≦5、bが1≦b≦3、Xの70%以上
がO1/2[(CH32SiO]b1であり、R1がエチル
基で、分子量1200のもの アロマオイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスP
S32 老化防止剤:精工化学(株)製のオゾノン6C WAX:大内新興化学工業(株)製のサンノックワック
ス ステアリン酸:日本油脂(株)製の桐 酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種 硫黄:軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄 加硫促進剤CZ:大内新興化学工業(株)製のノクセラ
ーCZ 加硫促進剤DPG:住友化学工業(株)製のソクシノー
ルD
【0032】(寸法安定性)厚さ3mm、幅200mm
で押出した直後の未加硫組成物ゴムシートを500mm
長さにカットし、3時間後、ゴムシートの長さを再度測
定し、長手方向の寸法変化を求める。通常、長手方向は
最初の長さより短くなるので、その変化率を比較例1を
100とした指数で示した。指数の大きいものほど、寸
法変化が小さく、寸法安定性が良好なことを示す。
【0033】(ムーニー粘度)JIS K6300に準
じて、130℃で所定の未加硫組成物のムーニー粘度を
測定する。測定結果を、比較例1を100とした指数で
示した。指数が大きいほど粘度が低く、加工が容易であ
ることを示す。
【0034】(低燃費性能)所定の組成物を2mm厚に
加硫したゴムシートより試験片を作成し、岩本製作所
(株)製の粘弾性スペクトロメーターで周波数10H
z、動歪1.0%の条件下で60℃の損失正接(tan
δ)の測定する。測定結果を、比較例1を100とした
指数で示した。指数が小さいほどtanδが低く、性能
が良好であり、低燃費化が可能であることを示す。
【0035】(タイヤのユニフォーミティ)所定の組成
物をトレッドに用い、常法により205/65R15サ
イズの乗用車用タイヤを作製し、自動車規格JASO
C607−87に準じ、(株)神戸製鋼所製のFV試験
機を用いて、内圧200kPa、荷重4.9kN、回転
速度60RPMでラジアルフォースバリエーション(R
FV)を測定し、タイヤのユニフォーミティを評価す
る。測定結果を、比較例1を100とした指数で示し
た。指数が大きいほどRFV値が低く、ユニフォーミテ
ィが良好なことを示す。
【0036】実施例1および比較例1〜5 表1記載の原料を表1記載の組成と順序で配合し、一般
的な1.7Lバンバリーおよびオープンロールで混練し
た。混練は3段階で行ない、第1段階でゴム成分、シリ
カ、シランカップリング剤(a)、アロマオイルを、第
2段階でカーボンブラック、オルガノポリシロキサン
(b)、WAX、ステアリン酸、老化防止剤、酸化亜鉛
を、第3段階目で硫黄、加硫促進剤を加えた。第1段階
はバンバリーで110〜140℃で3〜5分間、第2段
階はバンバリーで120〜170℃で2〜3分間混練
し、第3段階はオープンロールで80〜100℃で3〜
4分間混練した。
【0037】得られた未加硫組成物およびこれを170
℃、20kg/cm2で15分間加硫した加硫物を用い
て評価した。結果を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】表1から、硫黄を含んだシランカップリン
グ剤(a)とオルガノポリシロキサン(b)を併用して
いない比較例1〜4および両成分の配合量がシリカの1
重量%未満の比較例5の場合には、寸法安定性、ムーニ
ー粘度、低燃費性能のバランスがわるいことがわかる。
【0040】実施例2および比較例6〜7 シランカップリング剤(a)とオルガノポリシロキサン
(b)の混合の時期を検討するために、表2記載の配合
順序で実施例1と同様の方法で組成物を製造し、トレッ
ドに用い、205/65R15サイズの乗用車用タイヤ
を製作し、評価した。結果は比較例6を100とした指
数で示した。
【0041】比較例6はシランカップリング剤(a)の
みを第1段階で混入した例であり、比較例7はシランカ
ップリング剤(a)およびオルガノポリシロキサン
(b)を第1段階で同時に混入した例である。
【0042】
【表2】
【0043】表2から、シランカップリング剤(a)を
オルガノポリシロキサン(b)よりあとで混入すること
により、良好な結果が得られることがわかる。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、シリカならびにシラン
カップリング剤(a)およびオルガノポリシロキサン
(b)を特定量特定の順序で配合することにより、寸法
安定性、加工性および低燃費性能のバランスに優れたト
レッド用ゴム組成物を得ることができ、さらにそれを用
いた空気入りタイヤは優れたユニフォーミティを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) //(C08L 21/00 83:04) Fターム(参考) 4J002 AC011 AC031 AC061 AC071 AC081 AE035 AE055 BB181 BC051 CP032 DA030 DA040 DE100 DJ016 EF050 EX038 EX087 FD010 FD016 FD030 FD070 FD150 GN01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゴム成分100重量部に対して、シリカ
    5〜150重量部、ならびにシリカ重量に対して(a)
    硫黄を含んだシランカップリング剤1〜9重量%および
    (b)一般式(1): (SiO2a2(a+1) (1) (式中、XはO1/2[(CH32SiO]b1またはO
    1/21で、各Xは同じでも異なっていてもよい、ただし
    Xの1つ以上はO1/2[(CH32SiO]b1でなく
    てはならない、R1は水素原子または炭素数5以下の1
    価の炭化水素基である、bは1〜100の整数、aは1
    〜20の整数である)を満足するオルガノポリシロキサ
    ン1〜9重量%を(a)を(b)より先に配合する順序
    で配合したトレッド用ゴム組成物。
  2. 【請求項2】 前記(a)成分の添加量をWa、(b)
    成分の添加量をWbおよびシリカ重量をWsとしたと
    き、0.02Ws≦Wa+Wb≦0.1Wsの関係を満
    たす請求項1記載のゴム組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のゴム組成物をト
    レッドに用いた空気入りタイヤ。
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