JP2005206673A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリカなどの水酸基を有する無機充填剤を配合したゴム組成物において、配合時の加工性とタイヤ性能を高次元でバランスさせることのできるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】 ジエン系ゴム、水酸基を有する無機充填剤、シランカップリング剤、脂肪酸カルシウム及び脂肪酸カリウムから選択される少なくとも一種の脂肪酸金属塩、並びに、脂肪酸アミド及び脂肪酸エステルから選択される少なくとも一種の脂肪酸誘導体、を含有するタイヤトレッド用ゴム組成物である。前記脂肪酸金属塩と前記脂肪酸誘導体は両者の合計で前記ジエン系ゴム１００重量部に対し０．５〜１０重量部添加されることが好ましい。

Description

本発明は、シリカなどの水酸基を有する無機充填剤が配合されたタイヤトレッド用ゴム組成物に関するものである。

水酸基を有する無機充填剤配合のゴム組成物は、シランカップリング剤と組み合わせることにより、一般的なカーボンブラック配合のゴム組成物に近い又はそれ以上の摩耗性などの補強性を発揮し、また、湿潤時のグリップ性を向上させると共に転がり抵抗を低減して、安全性と低燃費性を発揮する。特に、該無機充填剤としてシリカを配合した場合、補強性と湿潤時グリップ性と転がり抵抗とのバランスに優れるので、乗用車用タイヤのトレッドゴム配合として利用されている。

このようなシリカを始めとする水酸基含有無機充填剤は、カーボンブラックに比べて極性が高く、そのため、ゴム組成物の配合時に粘度が高くなって加工性が劣り、あるいはまた分散が悪いため、シランカップリング剤がシリカ表面の極性を低減し、加工性や分散性を改良する役割を持っている。しかしながら、それでも加工性や分散性は不十分であり、上記したタイヤ性能を依然十分に引き出せないという問題がある。この問題を解決するため、一般的には、加工助剤を添加することによりゴム組成物の粘度を低下させて加工性を改善することがなされているが、加工性と上記したタイヤ性能を高次元でバランスさせるという点で未だ不十分なものであった。

例えば、特許文献１には、シリカ及びゴム成分を含む混合物に炭素数１０〜２０の脂肪酸金属塩を添加すること、及び該脂肪酸金属塩として脂肪酸亜鉛や脂肪酸カリウムを使用することが提案されている。しかしながら、加工助剤として脂肪酸亜鉛を用いた場合、粘度低減効果は大きく加工性には優れるものの、摩耗性や高歪み時での弾性率などの補強性に劣り、加工性とタイヤ性能の両立が不十分である。また、脂肪酸カリウムを用いた場合、加工性の改良効果という点で不十分である。

また、特許文献２には、シリカを配合したゴム組成物に加工助剤としてポリペンタエリスリトールの脂肪酸エステルを添加することが提案され、特許文献３には、極性基含有ジエン系ゴムを主成分とするゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、及びシリル化剤を含有するゴム組成物に、加工助剤としてポリエーテル系重合体を添加することが提案され、更に、特許文献４には、シリカを配合したゴム組成物に、加工助剤としてアルコキシシロキサンなどのポリシロキサンを添加することが提案されているが、これらはいずれも加工性の改良効果という点で不十分である。
特開２００１−２３３９９７号公報。 特開平１１−３４９７３８号公報。 特開平１１−２８６５７５号公報。 特開平９−１１１０４４号公報。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、水酸基を有する無機充填剤配合のゴム組成物において、配合時の加工性とタイヤ性能を高次元でバランスさせることのできるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、水酸基を有する無機充填剤配合のゴム組成物に対し、加工助剤として、脂肪酸カルシウム及び／又は脂肪酸カリウムと、脂肪酸アミド及び／又は脂肪酸エステルとの混和物からなるものを用いることにより、配合時の加工性とタイヤ性能とを高次元でバランスさせることができるのを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム、水酸基を有する無機充填剤、シランカップリング剤、脂肪酸カルシウム及び脂肪酸カリウムから選択される少なくとも一種の脂肪酸金属塩、並びに、脂肪酸アミド及び脂肪酸エステルから選択される少なくとも一種の脂肪酸誘導体、を含有するものである。

また、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物においては、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、前記脂肪酸金属塩と前記脂肪酸誘導体を合計量で０．５〜１０重量部含有することが好ましい。

本発明によれば、加工助剤として上記した特定の脂肪酸金属塩と脂肪酸誘導体とを併用したことにより、カーボンブラックよりも極性の高い水酸基含有無機充填剤を、かかる比較的極性の高い官能基を有する脂肪酸金属塩及び脂肪酸誘導体により親和性を高めて分散させることができ、そのため配合時におけるゴム組成物の粘度上昇を抑えて、加工性を改善することができる。また、該無機充填剤の分散性を向上させることで十分なタイヤ性能を引き出すことができ、特に加工助剤として亜鉛を使用しないので加硫特性の低下を防ぐことができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、（Ａ）ジエン系ゴム、（Ｂ）水酸基を有する無機充填剤、（Ｃ）シランカップリング剤、及び、（Ｄ）特定の脂肪酸金属塩及び脂肪酸誘導体からなる加工助剤を含有するものである。

（Ａ）ジエン系ゴム
ジエン系ゴムとしては、特に限定はなく、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−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、ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。なお、本発明の効果を損なわない範囲内で、ジエン系ゴム以外のゴムを配合してもよく、そのようなゴムとしては、例えば、ハロゲン化イソブチレン−パラメチルスチレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エピクロルヒドリンゴムなどが挙げられる。

（Ｂ）水酸基を有する無機充填剤
水酸基を有する無機充填剤としては、特に限定はなく、例えば、シリカ、クレー、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が挙げられ、これらは単独で用いても二種以上併用してもよい。ここで、シリカとは、含水ケイ酸のことであり、湿式法シリカ、乾式法シリカなどがある。特には湿式法シリカが好適である。かかる水酸基含有無機充填剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜１２０重量部であることが好ましい。

（Ｃ）シランカップリング剤
シランカップリング剤としては、特に限定はなく、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、γ−グリシドキシ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、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挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、上記の水酸基を有する無機充填剤（Ｂ）に対して１〜２０重量％であることが好ましい。

（Ｄ）加工助剤
加工助剤としては、（Ｄ１）脂肪酸カルシウム及び脂肪酸カリウムから選択される少なくとも一種の脂肪酸金属塩と、（Ｄ２）脂肪酸アミド及び脂肪酸エステルから選択される少なくとも一種の脂肪酸誘導体と、を併用して配合する。これらの脂肪酸金属塩及び脂肪酸誘導体を構成する脂肪酸としては、炭素数８〜２４の飽和又は不飽和脂肪酸が好ましく、具体的には、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、オレイン酸、ヒドロキシオレイン酸、リノール酸、エルカ酸、ベヘニン酸などが挙げられる。

これらの脂肪酸の金属塩（Ｄ１）については、カルシウム塩とカリウム塩を併用してもよく、また、カルシウム塩又はカリウム塩のいずれか一方を用いることもできる。

脂肪酸誘導体（Ｄ２）につき、脂肪酸アミドとしては、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸残基を１つのみ持つものだけでなく、アルキレンビス脂肪酸アミドでもよく、アルキレンビス脂肪酸アミドの場合、上記脂肪酸の炭素数はアミド基１つ当たりの炭素数であり、また、アルキレンとしてはメチレン又はエチレンが好適である。また、脂肪酸エステルのアルコールとしては、２価以上のアルコール、例えば、グリコール、グリセリン、エリスリトール、ソルビトールなどが好ましく、脂肪酸エステルは、これらのアルコールと２つ以上の脂肪酸とをエステル化反応させた生成物を５０重量％以上含むものであることが好ましい。

これら脂肪酸金属塩及び脂肪酸誘導体の配合量は、両者の合計量で、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜１０重量部であることが好ましい。０．５重量部未満では加工性の改善効果が不十分であり、一方、１０重量部を越えると、加工性は優れるものの、タイヤ性能が悪化する傾向にあり、よって、加工性とタイヤ性能を高次元でバランスさせることが難しくなる。

上記の脂肪酸金属塩（Ｄ１）と脂肪酸誘導体（Ｄ２）との比率は、特に限定されないが、重量比で、Ｄ１／Ｄ２＝２／８〜８／２であることが好ましい。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、上記した各成分の他に、カーボンブラックなどの他の補強性充填剤、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤など、タイヤトレッド用ゴム組成物に一般に用いられている各種添加剤を配合することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（ゴム組成物の調製）
バンバリーミキサーを使用し、一般的方法に従って、下記表１に示す実施例１〜６および比較例１〜９のゴム組成物を調製した。表中の各配合剤は以下の通りである。

・ＳＳＢＲ（溶液重合スチレン−ブタジエン共重合体ゴム）：バイエル社製「ＶＳＬ５０２５−１」
・ＢＲ（ポリブタジエンゴム）：ジェイエスアール社製「ＢＲ０１」
・シリカ：日本シリカ工業社製「ニップシールＡＱ」
・クレー：Ｊ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ社製「Ｐｏｌｙｆｉｌ ＤＬ」
・シランカップリング剤：デグサ社製「Ｓｉ６９」
・加工助剤１：ラインケミー社製「アフラックス１６」（脂肪酸カルシウムと脂肪酸アミドの混和物）
・加工助剤２：Ｓｃｈｉｌｌ＋Ｓｅｉｌａｃｈｅｒ社製「ＳＴＲＵＫＴＯＬ ＷＢ１６」（脂肪酸カルシウムと脂肪酸アミドの混和物）
・脂肪酸亜鉛：Ｓｃｈｉｌｌ＋Ｓｅｉｌａｃｈｅｒ社製「ＳＴＲＵＫＴＯＬ Ａ５０Ｐ」
・脂肪酸エステル：Ｓｃｈｉｌｌ＋Ｓｅｉｌａｃｈｅｒ社製「ＳＴＲＵＫＴＯＬ ＷＢ２１２」
・ポリエチレングリコール：三洋化成社製「ＰＥＧ４００」
・脂肪酸カルシウム：堺化学社製ステアリン酸カルシウム
・脂肪酸アミド：日本化成社製ステアリン酸アマイド
・脂肪酸カリウム：花王社製「ＫＳソープ」
なお、各実施例及び比較例には、下記の共通配合剤をそれぞれ配合した。

・オイル：ＪＯＭＯ社製「プロセスＸ１４０」 ３５重量部
・酸化亜鉛２種：三井金属工業社製 ２．０重量部
・ステアリン酸：花王社製 ２．０重量部
・老化防止剤：大内新興化学工業社製６ＰＰＤ（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） ２．０重量部
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ＤＰＧ（ジフェニルグアニジン） ２．０重量部
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ＣＢＳ（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） １．８重量部
・加硫剤：鶴見化学工業社製硫黄 ２．０重量部
・ワックス：新日本石油社製１３５°パラフィン １．０重量部
（加工性及びタイヤ性能の評価）
各ゴム組成物のムーニー粘度を測定した。また、各ゴム組成物を通常のキャップ／ベース構造のトレッドを有するサイズが１８５／７０Ｒ１４試験用ラジアルタイヤのキャップトレッドに適用し、各タイヤを常法に従い製造してタイヤ性能を評価した。その結果を表１に示した。なお、測定・評価方法は以下の通りである。

・ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）：ＪＩＳ Ｋ ６３００に準拠して１００℃での粘度を測定した。各データは、加工助剤を無添加の比較例１の値を１００として指数で示した。指数が小さいほど粘度が低いこと、即ち加工性が良好であることを示す。

・耐摩耗性：試験タイヤを規定リムを用いて、空気圧１８０ｋＰａに調整しタクシーに装着し、走行５，０００ｋｍ毎にローテーションを行い、２０，０００ｋｍ走行後の残溝深さからトレッドゴムの摩耗量を求め、耐摩耗性を評価した。比較例１を１００として指数表示し、数値が大きいほど良好である。

・ＲＲ性（燃費性能）：米国自動車技術者協会規格 ＳＡＥ Ｊ１２６９に準拠して測定し、評価した。比較例１を１００として指数表示し、数値が小さいほど良好である。

・操縦安定性：試験タイヤを装着したテスト車を実車フィーリング試験担当ドライバーが運転して乾燥路面を走行したときの直進性及びレーンチェンジ性をフィーリングで判定し、比較例１のタイヤよりも優れるものを「５」、やや優れるものを「４」、同等のものを「３」、やや劣るものを「２」、劣るものを「１」の５点法で評価した。

表１に示すように、加工助剤として脂肪酸亜鉛を用いた比較例２では、加工性には優れるものの、補強性が劣っていた。また、他の従来の加工助剤である脂肪酸エステルやポリエチレングリコールなどを用いた比較例２〜６では、加工性の改善効果が不十分であり、加工性とタイヤ性能を高次元でバランスさせることのできないものであった。これに対し、実施例１〜６では、タイヤ性能を実質的に損なうことなく、ゴム組成物の粘度を低下させることで加工性が大幅に改善されており、よって、加工性とタイヤ性能を高次元でバランスさせることができるものであった。

Claims (2)

1. ジエン系ゴム、
   水酸基を有する無機充填剤、
   シランカップリング剤、
   脂肪酸カルシウム及び脂肪酸カリウムから選択される少なくとも一種の脂肪酸金属塩、
   並びに、脂肪酸アミド及び脂肪酸エステルから選択される少なくとも一種の脂肪酸誘導体、
   を含有するタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、前記脂肪酸金属塩と前記脂肪酸誘導体を合計量で０．５〜１０重量部含有することを特徴とする請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。