JP2004002622A

JP2004002622A - ゴム組成物

Info

Publication number: JP2004002622A
Application number: JP2002263972A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kono; 河野　昌次; Kohei Takemura; 竹村　光平
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】耐摩耗性を向上させつつ、かつ低転がり抵抗化を実現するゴム組成物であり、とくにタイヤ用として好ましいゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴムと補強剤とを含むゴム組成物において、該補強剤がシリカおよびカーボンブラックからなり、かつ該カーボンブラックの量が補強剤の６０〜９５重量％であり、ジエン系ゴム１００重量部に対してスチレンモノマーユニットのブロックセグメントおよびゴムモノマーユニットのブロックセグメントから構成されるトリブロック共重合体を５〜３５重量部配合してなるゴム組成物。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物に関する。詳細には、耐摩耗性と低転がり特性を両立させたゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤを使用する上で、経済性向上の目的から、タイヤの摩耗寿命は長い方が望ましい。また、燃費向上の目的から、タイヤの転がり抵抗は低い方が望ましい。
【０００３】
摩耗寿命向上のためには
▲１▼ハードカーボンを使用する
▲２▼カーボン量を多くする
▲３▼ポリブタジエンを多くする
▲４▼硫黄を多くする
▲５▼伸展油を少なくする
▲６▼補強剤をカーボン系にする
ことが好ましい。
【０００４】
一方、低転がり抵抗化のためには
▲１▼ソフトカーボンを使用する
▲２▼カーボン量を減少する
▲３▼天然ゴムを多くする
▲４▼硫黄を多くする
▲５▼伸展油を少なくする
▲６▼補強剤をシリカ系にする
ことが好ましい。
【０００５】
前記のとおり、耐摩耗性および低転がり特性を向上させるためには、補強剤の種類（▲６▼）、カーボンの種類（▲１▼）および量（▲２▼）などの補強剤系の面において、それぞれ相反性があり、両立は難しい。
【０００６】
さらに、ポリマー系（▲３▼）では、耐摩耗性向上のためにブタジエンゴムを多く使用することが好ましいが、３０ｐｈｒ以上使用すると悪路でのフレーキング性能が低下するため、特に４０ｐｈｒ以上は使用できない。
【０００７】
また、前記耐摩耗性および低転がり特性を向上させるために、伸展油を少なくする（▲５▼）、あるいは硫黄量を多くする（▲４▼）と、ゴム硬度が上昇してしまい、悪路での外傷性が低下する。
【０００８】
なお、ゴム組成物における加工性の改善および高硬度を目的として、ゴム組成物にスチレン系熱可塑性エラストマーを配合する技術は知られているが（たとえば、特許文献１参照）、耐摩耗性および低転がり特性の向上を目的として該技術を適用した例は、見当たらない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−２２０２５６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記課題を解決するものであり、耐摩耗性を向上させつつ、かつ低転がり抵抗化を実現するゴム組成物を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために検討した結果、ゴム組成物にシリカおよびカーボンブラックからなる補強剤および特定のトリブロック共重合体を配合することにより、耐摩耗性を向上させながら、かつ転がり抵抗を低減させることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、ジエン系ゴムと補強剤とを含むゴム組成物において、該補強剤がシリカおよびカーボンブラックからなり、かつ該カーボンブラックの量が補強剤の６０〜９５重量％であり、ジエン系ゴム１００重量部に対してスチレンモノマーユニットのブロックセグメントおよびゴムモノマーユニットのブロックセグメントから構成されるトリブロック共重合体を５〜３５重量部配合してなるゴム組成物に関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム、補強剤および特定のトリブロック共重合体からなる。
【００１４】
ジエン系ゴムとしては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などがあげられる。これらを単独でまたは任意に組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
本発明のゴム組成物に配合される補強剤は、シリカおよびカーボンブラックからなり、かつ前記カーボンブラックの量が補強剤の６０〜９５重量％を占める。好ましくは、６０〜８５重量％である。すなわち、シリカの量が補強剤に対して、５〜４０重量％含まれる。シリカの量が５重量％より少ないと、シリカを併用することによる引裂き抗力の向上が認められなくなる。また、４０重量％をこえると、シリカによる耐摩耗性の低下が大きくなる。
【００１６】
本発明で使用されるカーボンブラックとしては、特に限定されず、たとえばＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどがあげられる。
【００１７】
本発明で使用されるシリカとしては、特に限定されず、たとえば乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などがあげられる。
【００１８】
また、前記補強剤は、ジエン系ゴム１００重量部に対して４５〜１１０重量部、とくには５０〜１１０重量部配合されることが好ましい。前記補強剤の配合量が４５重量部より少ないと、補強効果が充分でなく耐摩耗性が低下する傾向にある。また、前記補強剤の配合量が１１０重量部をこえると、補強剤による発熱性が高くなる傾向にある。
【００１９】
本発明に使用されるトリブロック共重合体は、スチレンモノマーユニットのブロックセグメントおよびゴムモノマーユニットのブロックセグメントから構成されるトリブロック共重合体である。すなわち、該トリブロック共重合体は、スチレンモノマーユニットからなる重合体ブロックとゴムモノマーユニットからなる重合体ブロックを含有する共重合体であり、スチレンモノマーからなるブロック（Ａ）とゴムモノマーからなるブロック（Ｂ）とが、（Ａ−Ｂ）_ｎ−Ａまたは（Ｂ−Ａ）_ｎ−Ｂ（ｎは１以上の整数）の形で共重合体となったものである。
【００２０】
前記ゴムモノマーユニットのモノマーの種類としては、たとえばビニル−イソプレン、ブタジエン、イソプレンなどがあげられる。なかでも、耐摩耗性と低転がり抵抗化を両立させる点から、ビニル−イソプレンまたはブタジエンが好ましい。
【００２１】
前記トリブロック共重合体は、数平均分子量が５，０００〜２５０，０００の範囲であることが好ましい。分子量が５，０００より小さいと、固形ゴムと混合して得られる加硫物において発熱性改善効果が得られない傾向があり、２５０，０００よりも大きいと固形ゴムとの相溶性が乏しくなり、加工性が低下する傾向がある。
【００２２】
前記トリブロック共重合体は、スチレンモノマーユニットの含有量が１０〜３０％の範囲であることが好ましい。含有量が１０％より低いと、固形ゴムと混合して得られる加硫物において湿潤路面でのグリップ性能が低下する傾向があり、３０％よりも高いと固形ゴムと混合して得られる加硫物の発熱性を悪化させる傾向がある。
【００２３】
かかるトリブロック共重合体の好適な例として、ポリスチレンとビニル−ポリイソプレンとが結合したトリブロック共重合体（ハイブラー５１２５（ＶＳ−３、（株）クラレ製））、ポリスチレンとポリブタジエンとが結合したトリブロック共重合体（クレイトンＤ−ＫＸ４０１（クレイトンポリマージャパン（株）製））があげられる。
【００２４】
前記トリブロック共重合体は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、５〜３５重量部配合されてなる。好ましくは１０〜３０重量部、さらに好ましくは１０〜２５重量部である。トリブロック共重合体の配合量が５重量部より少ないと、摩耗および転がり抵抗ともに顕著な改善が見られない。また、トリブロック共重合体の配合量が３５重量部をこえると、加硫ゴムの圧縮セットが大きくなり、トレッド部に使用した場合にパターンつぶれなどが発生する。
【００２５】
従来、自動車のビードおよびその周辺部に用いるゴム組成物として、トリブロック共重合体を配合したゴム組成物が知られているが、本発明のように低転がり抵抗化を目的としてトレッドに使用するものではなく、そのためシリカを配合していない。
【００２６】
本発明のゴム組成物は、シリカおよび前記トリブロック共重合体を所定の範囲で配合することにより、耐摩耗性を向上させると同時に、転がり抵抗を低減することができたものである。
【００２７】
本発明のゴム組成物には、前記シリカと併用してシランカップリング剤を配合することができる。
【００２８】
シランカップリング剤としては、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフイド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフイド、トリエトキシシリルプロピルイソシアネート、ビニルトリエトキシシラン、ビニ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、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−（ポリエチレンアミノ）−プロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ’−ビニルベンジル−Ｎ−トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン塩などがあげられる。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、カップリング剤添加効果とコストの両立の点から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフイドなどが好ましい。
【００２９】
シランカップリング剤は、前記シリカの配合量の３〜２０重量％を配合することが好ましい。シランカップリング剤の配合量が３重量％未満であるとシリカとのカップリング量が少なくなり、練ゴムの粘度低下が不足し、加工が困難となる傾向があり、２０重量％をこえるとカップリング剤が高価格であり、経済的にみて使用できなくなる。
【００３０】
本発明のゴム組成物には、ゴム成分、補強剤およびトリブロック共重合体のほかに、通常ゴム組成物として使用される配合剤、たとえば、ワックス、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、伸展油、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
【００３１】
本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分、補強剤、トリブロック共重合体および必要に応じてそのほかの配合剤を、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りすることにより得られる。
【００３２】
このようにして得られた本発明のゴム組成物は、たとえば、タイヤトレッドに使用すると、耐摩耗性を向上させると同時に低転がり抵抗化を両立できるタイヤが得られる。したがって、本発明のゴム組成物は、とくにタイヤトレッド用ゴム組成物として好適である。
【００３３】
【実施例】
つぎに、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例では、以下の各原料を用いた。
【００３４】
（原料）
ＳＢＲ１（乳化重合ＳＢＲ）：住友化学工業（株）製の１５００
（結合スチレン量：２３．５重量％、ムーニー粘度５２（ＭＬ_１＋４＠１００℃））
ＳＢＲ２（溶液重合油展ＳＢＲ）：旭化成工業（株）製のタフデン３３３０
（結合スチレン量：３１．０重量％、ムーニー粘度６５（ＭＬ_１＋４＠１００℃）、油展比率：ゴム成分１００に対し３７．５重量％のオイルからなる）
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
シリカ：日本シリカ（株）製のニプシルＶＮ３
カーボンブラック１（ＩＳＡＦ）：三菱化学（株）製のＮ２２０
カーボンブラック２（ＳＡＦ）：三菱化学（株）製のＮ１１０
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤６Ｃ：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の亜鉛華
芳香族伸展油：出光興産（株）製のＡＨ−１６
シランカップリング剤：デグサ製のＳｉ６９
トリブロック共重合体１
（ポリスチレン−ビニルポリイソプレントリブロック共重合体）：（株）クラレ製のハイブラー５１２５（ＶＳ−３）（スチレンユニット含有量：２０％、ｔａｎδピーク温度：−３℃、ガラス転移温度Ｔｇ：−１７℃、溶液粘度（３０重量％トルエン溶液、３０℃）：７１０ｃＰｓ）
トリブロック共重合体２
（ポリスチレン−ポリブタジエントリブロック共重合体）：
クレイトンポリマージャパン（株）製のクレイトンＤ−ＫＸ４０１（スチレンユニット含有量：２２％、比重：０．９３、ＭＦＲ：１．５ｇ／１０分（２００℃、５．０ｋｇ（Ｇ））、硬度：５２（ショアＡ））
硫黄：鶴見化学工業（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−Ｇ
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ
【００３５】
実施例１〜３および比較例１〜２
（加工方法）
表１に記載の原料および配合割合にしたがい、硫黄および加硫促進剤以外の成分をバンバリー型インターナルミキサーを用いて１６０℃で３．５分間混合し、得られたマスターバッチに硫黄および加硫促進剤をオープンロール上で添加し、８９℃で３分間混練りしてゴム組成物を得た。ついで、得られたゴム組成物を、１７０℃で１５分間加硫した。
【００３６】
実施例１〜３および比較例１〜２の加硫したゴム組成物を使用して、以下に示す各特性の評価試験を行なった。
【００３７】
（耐摩耗性）
（株）岩本製作所製のランボーン式摩耗試験機により、表面回転速度５０ｍ／分、負荷荷重２．５ｋｇｆ、落砂量１６．０ｇ／分、スリップ率４０％の条件で、加硫した各ゴム組成物の摩耗減量を測定した。この測定値の逆数を求め、比較例１を基準値（１００）とした指数で示した。この指数値が大きいほど耐摩耗性が優れている。
【００３８】
（損失正接）
試験片は厚さ２ｍｍ、幅５ｍｍのスラブシートを用い、試料挟み間距離２ｃｍとして、初期伸張率１０％とした。（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを使用し、引張り動歪２％、周波数１０Ｈｚ、７０℃の条件で損失正接（ｔａｎδ）を測定し、比較例１を基準値（１００）とした指数で示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費である。
【００３９】
（クリープ量）
上島製作所製のフレクソメータにより静荷重２５ｋｇｆ、動荷重６０ｋｇｆ、試験周波数２０Ｈｚ、試験開始温度３５℃の条件で、加硫したゴム組成物の２５分後のクリープ量を測定した。試験片の測定開始時の高さに対して２５分後の高さを測定し、低くなった高さを元の試験片の高さで割った量を％で表示した。数字が大きい方がクリープ量が大きい。
試験片寸法：直径３０ｍｍ、高さ２５．４ｍｍの円柱状
【００４０】
結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
実施例４〜６および比較例３〜４
（加工方法）
表２に記載の原料および配合割合にしたがい、実施例１〜３および比較例１〜２と同様の加工方法、加工条件にて各種供試加硫ゴム組成物を得た。各ゴム組成物について、前述の各特性の評価試験を同様に行なった。なお、耐摩耗性およびｔａｎδの評価結果については、比較例３の値を基準（１００）にした。
【００４３】
結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
特定のトリブロック共重合体を特定量配合した実施例１〜６では、トリブロック共重合体を配合しなかった比較例１、３と比べて、耐摩耗性が向上し、転がり抵抗（ｔａｎδ）は低減した。
【００４６】
一方、トリブロック共重合体を３５重量部をこえて配合した比較例２、４では、クリープ量が３５％をこえ、パターンつぶれなどが懸念される結果となった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のゴム組成物をタイヤのトレッドゴムに採用した場合、パターンつぶれなどが生じることなく、耐摩耗性を向上させると同時に、転がり抵抗を低減できる。

Claims

ジエン系ゴムと補強剤とを含むゴム組成物において、該補強剤がシリカおよびカーボンブラックからなり、かつ該カーボンブラックの量が補強剤の６０〜９５重量％であり、ジエン系ゴム１００重量部に対してスチレンモノマーユニットのブロックセグメントおよびゴムモノマーユニットのブロックセグメントから構成されるトリブロック共重合体を５〜３５重量部配合してなるゴム組成物。