JP2006321827A

JP2006321827A - ゴム組成物及び空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2006321827A
Application number: JP2005143600A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kojima; 正章小島
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】耐久性、安全性、操縦安定性等を損なうことなく、転がり抵抗を改善することができるゴム組成物、及びこれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム成分１００重量部に対し、粒径が０．００５〜５０μｍの有機物又は無機物からなる芯剤に、ゴム分子と非架橋性である熱可塑性高分子からなる被覆層を形成した微粒子剤を５〜３０重量部配合したゴム組成物。前記芯剤は、植物性物質の粉砕物、及びゴム用無機充填剤の粉砕物の少なくとも１種類からなり、また、前記熱可塑性高分子が、炭素と水素とを主とする鎖状構造からなり、分子量が２００００以上、軟化点が２００℃以下である熱可塑性高分子の少なくとも１種類からなることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に空気入りタイヤに用いられるゴム組成物に関し、より詳しくはトレッド部に好適な転がり抵抗を改善したゴム組成物、及びこのゴム組成物を用いた空気入りタイヤに関する。

近年、タイヤトレッド用のゴム組成物に対して、破壊特性、耐摩耗性、ウェット路面及びドライ路面でのグリップ特性を高レベルに維持し、タイヤの耐久性、安全性、操縦安定性等をバランスさせながら転がり抵抗を低減して自動車の燃費性を向上させることが強く要求されている。

このような要求に対応するものとして、ゴム組成物にシリカを補強剤と配合し用いることで、タイヤの転がり抵抗を下げることが従来から知られている（特許文献１）。

また、ゴム組成物にポリエチレン粉末を配合すること（特許文献２）、シリカとポリオキシアルキレングリコール化合物などの界面活性剤を併用すること（特許文献３）で、加工性や耐久性を損なわずに転がり抵抗を改善することが提案されている。
特開平１０−１２０８２７号公報特開２００４−３１５７４６号公報特開２００１−９８１１１号公報

しかし、上記のポリエチレン粉末や界面活性剤を含むゴム組成物は、変形時にゴムと添加物との間に生じる摩擦力を低下させることで発熱性を下げて転がり抵抗を改良することができるが、ゴム硬度や引張強度等のゴム特性の低下を招きタイヤの操縦安定性や耐久性を低下させるものとなり、転がり抵抗性と他のタイヤ特性とをバランス良く両立させることが困難であった。

このように、タイヤの転がり抵抗を低減するために、シリカなどのゴム補強剤に各種添加剤を併用することが種々検討されているが、これらの技術による改良効果は認められるものの、さらなる高い要求を満足することが社会的に求められている。

本発明は、上記の要求に鑑みて、主にタイヤのトレッドに用いられるゴム組成物を改良することにより、タイヤの耐久性、安全性、操縦安定性等を損なうことなく、転がり抵抗を改善することができるゴム組成物、及びこれを用いた高性能の空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

本発明者は、補強性を有する粒子にゴムと非共架橋であるが界面相溶性に優れる高分子層を被覆した微粒子をゴム組成物に配合することで、ゴム分子と前記微粒子との物理的吸着性をよわめることでゴム組成物の変形時にゴムと補強剤との間に発生する摩擦力を低下させて発熱を下げ、その結果転がり抵抗を改善することができ、しかも、ゴム硬度や引張強度等のゴム特性の低下を招くことがないことを見出し本発明を完成させた。

すなわち、本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対し、粒径が０．００５〜５０μｍの有機物又は無機物からなる芯剤に、ゴム分子と非架橋性である熱可塑性高分子からなる被覆層を形成した微粒子剤を５〜３０重量部配合することを特徴とする。

上記本発明のゴム組成物においては、前記芯剤が、植物性物質の粉砕物、及びゴム用無機充填剤の粉砕物の少なくとも１種類からなり、また、前記熱可塑性高分子が、炭素と水素とを主とする鎖状構造からなり、分子量が２００００以上、軟化点が２００℃以下である熱可塑性高分子の少なくとも１種類からなるものが好ましい。

本発明のゴム組成物に用いられる前記微粒子剤は、前記熱可塑性高分子１００重量部に対し、前記芯剤を１０〜２００重量部混合し得ることができる。

さらに、本発明のゴム組成物は、補強性充填剤を配合してなることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物をトレッド部に用いたことを特徴とする空気入りタイヤにある。

本発明のゴム組成物によれば、ジエン系ゴム成分に、粒径が０．００５〜５０μｍの有機物又無機物からなる芯剤に、ゴム分子と非架橋性である熱可塑性高分子からなる被覆層を形成した微粒子剤を５〜３０重量部配合することで、ゴム硬度や引張強度等のゴム特性を維持しつつ、転がり抵抗を大幅に改善することができる。

これは、上記微粒子剤が、ゴム組成物の低伸張領域では前記芯剤が補強性充填剤の役割を果たし、高伸張領域ではゴムとは非架橋であるが界面相溶性に優れる高分子被覆層によって微粒子剤が塑性変形することで硬度や引張強度を維持しながら、変形時のゴムと微粒子剤との摩擦力を低下させ発熱を下げることによるものである。

従って、本発明に係る空気入りタイヤは、低燃費性と耐久性、安全性、操縦性能等とを両立し満足することができるものとなる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明に係るゴム組成物は、ジエン系ゴム成分に、粒径が０．００５〜５０μｍの有機物又無機物からなる芯剤に、ゴム分子と非架橋性である熱可塑性高分子からなる被覆層を形成した微粒子剤を５〜３０重量部配合したものである。

前記ゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）等のジエン系ゴムの単独またはこれらのブレンドゴムが好適に使用される。

本発明に用いられる微粒子剤を構成する芯剤は、有機物又は無機物からなる粒径０．００５〜５０μｍの材料が使用される。

有機物としては、植物性物質の粉砕物が好適であり、穀物や果実の実又は殻の粉砕物が挙げられ、具体的には、米、麦、あわ、ひえ、トウモロコシ、豆類などの穀物の粉砕物、桃、梅、胡桃、銀杏、落花生、栗などの果実の実や殻の粉砕物が使用できる。

また、無機物としては、ゴム用の無機充填剤が好適であり、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタン、シリカ、亜鉛華、クレイ、珪藻土、タルク、軽石粉、ガラス粉などを例示することができる。また、塩化ナトリウムでもよい。

上記の芯剤は、融点が１６０℃以上、さらに１７０℃以上であることが好ましい。これは被覆層とする熱可塑性高分子を被覆調整する際に芯剤を溶解させず所定の粒径を維持し、またゴム組成物の混練中の昇温や加硫成形での加硫温度に耐えるようにするためである。

これらの芯剤は、ボールミルなどの通常に用いられる粉砕機により粉砕された粉砕物を篩い分けし粒径が０．００５〜５０μｍの範囲に分級され、これら芯剤の１種類又は複数を併用することができる。

上記芯剤に被覆される熱可塑性高分子は、ゴム分子と非架橋性であり、界面相溶性に優れる高分子が使用され、炭素と水素とを主とする鎖状構造からなるものが好ましく、これによりゴム分子との共架橋を起こし難くする。しかし、酸素や窒素を一部分であれば含んでいてもよい。

この熱可塑性高分子の分子量は２００００以上であり、軟化点が２００℃以下、好ましくは６０〜２００℃である。この高分子の分子量が２００００未満であるとゴムとの界面相溶性が低下し、ゴムとの摩擦力が大きくなり発熱性が悪化する。また、軟化点を２００℃以下とするのは、芯剤への被覆層形成の容易性を確保するためである。

上記熱可塑性高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニルエーテル等が挙げられ、これらの１種類又は複数を併用することができる。

上記微粒子剤は、熱可塑性高分子１００重量部に対して芯剤を１０〜２００重量部の比率にあることが好ましく、芯剤が１０重量部より少ないと補強効果が不十分となり、また２００重量部より多くなると熱可塑性高分子の被覆層形成が不均一となりゴムとの相溶効果が得られず発熱性が改善されない。

本発明において、上記芯剤に熱可塑性高分子からなる被覆層を形成する方法は、特に制限されることはない。例えば、溶解した熱可塑性高分子中に芯剤を投入し撹拌混合し、ペレット状に冷却固化させたものを得て、これをゴム成分や配合剤と共にバンバリーミキサーなどの混合機中で混合することで、微粒子化させることができる。また、このペレットを再粉砕して所定の粒径範囲に分級して使用することもできる。

本発明のゴム組成物では、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して、上記微粒子剤が５〜３０重量部に範囲で配合される。この配合量が５重量部未満であると、発熱性を低下させるという本発明の目的が達成されず、３０重量部を超えるとゴム硬度や引張強度などのゴム特性が低下傾向を示すようになり好ましくない。

本発明のゴム組成物においては、カーボンブラックやシリカなどの補強性充填剤を同時に配合し用いることが好ましく、硬度や引張強度の維持が容易となり、特にシリカを配合することでゴム組成物のｔａｎδを低減させ転がり抵抗の改善にさらなる効果が現れる。

このようなカーボンブラックとしては、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が７０〜１３０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が９０〜１６０ｍｌ／１００ｇにあるものが好ましい。Ｎ_２ＳＡが７０ｍ^２／ｇ未満では十分な補強効果や耐摩耗性が確保できず、１３０ｍ^２／ｇを超えると分散性が低下し加工性（混合、押出性）が悪化する傾向にあり、発熱も上昇する。また、ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ未満では耐摩耗性が低下し、１６０ｍｌ／１００ｇを超えると破壊特性が低下する。すなわち、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ級のカーボンブラックが実用に適し、これらの２種以上を併用してもよい。

また、シリカとしては、湿式シリカ（含水ケイ酸），乾式シリカ（無水ケイ酸），ケイ酸カルシウム，ケイ酸アルミニウム等が挙げられるが、中でも破壊特性及び転がり抵抗の改良効果が良好である湿式シリカが好ましい。さらに、シリカとしてはアミン類や有機高分子など処理しゴムとの親和性を改善した表面処理シリカなどを用いることもできる。

上記シリカは、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００〜３００ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１５０〜３００ｍｌ／１００ｇにあるものが好ましく、ＢＥＴが１００ｍ^２／ｇ未満であるとシリカの補強効果が得られ難くなり、３００ｍ^２／ｇを越えるとシリカの分散性が著しく低下し、加工性（混合、押出性）が悪化する傾向にある。また、ＤＢＰ吸油量を１５０〜３００ｍｌ／１００ｇとすることで分散性を良好に維持することができる。

上記カーボンブラックとシリカはそれぞれを単独での配合し使用してもよいし、カーボンブラックとシリカを同時に使用してもよく、また他の充填剤併用してもよい。

カーボンブラック及びシリカの配合量は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して両者の合計量で３０〜９０重量部であり、配合量が３０重量部未満では充填剤による補強効果が得られず強度や耐摩耗性を維持できず、９０重量部を越えると充填剤の分散性が悪化して加工性や耐摩耗性が低下する。

シリカを配合し使用する場合は、従来よりゴム用に使用されるシランカップリング剤を配合することが好ましい。シランカップリング剤としては、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などのメルカプト系、３−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、ビニルトリエトキシシランなどのビニル系等のシランカップリング剤が挙げられ、その１種類又は複数を併用することができる。

このシランカップリング剤の配合量は、シリカ配合量の１〜２０重量％であり、シランカップリング剤が１重量％未満ではそのカップリング効果が十分得られずシリカ配合の長所が発揮されず、２０重量％を越えるとコストの上昇の割にそれ以上のカップリング効果が得られず、逆に補強性、耐摩耗性が低下し加工性も悪くなる傾向にある。

本発明のゴム組成物には、タイヤ用ゴム組成物において通常に用いられる硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、プロセスオイル、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、加硫助剤などの各種配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じ適宜配合し用いることができる。

本発明のゴム組成物は、原料ゴムと上記微粒子剤にカーボンブラック、シリカなどの補強性充填剤、他の各種配合剤を配合しバンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどの各種混練機を使用して常法に従い作製することができる。ここで、ゴム組成物の最高混合温度は微粒子剤の形状維持の点から、芯剤の融点未満に抑えることが望ましい。

このゴム組成物は、タイヤのトレッド部を始めとして、サイドウォール、ビード部などのタイヤ各部位に使用することができるが、特に転がり抵抗に優れることからトレッド部に適用することで、低燃費性と耐久性、安全性、操縦安定性等をバランスさせる高性能タイヤを提供することができる。

以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。

下記方法により本発明に係る微粒子剤を調整し、原料ゴム（スチレンブタジエンゴム）、各種配合剤と共に表１に記載の配合量（重量部）で配合、混合し各ゴム組成物を作製した。

［微粒子剤の調整］
１７０℃で溶融状態にあるポリプロピレン（住友化学製、融点１６０℃）１００重量部中に、トウモロコシの粉砕物（平均粒径０．１μｍ）１００重量部を添加し、撹拌混合させた後、冷却固化し微粒子剤の集合体からなるペレットを作製した。このペレットの所定量を原料ゴム、各種配合剤と共に配合し、１．７リットルのバンバリーミキサーを使用して混練し、混練中にペレットを微粒子に再粉砕してゴム組成物中に微粒子剤を分散させ、排出温度（最高温度）１５０℃で排出してゴム組成物を作製した。

［原料ゴム、配合剤］
・スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：溶液重合ＳＢＲ（ＪＳＲ製、ＨＰ７５２）
・シリカ：湿式シリカ（日本シリカ工業製、ニップシールＡＱ）
・シランカップリング剤：デグサ社製Ｓｉ６９
・オイル：アロマオイル（ジャパンエナジー製、プロセスＸ−１４０）
・亜鉛華：亜鉛華１号（三井金属鉱業製、亜鉛華１号）
・ステアリン酸：ゴム用ステアリン酸（花王製、ステアリン酸Ｔ）
・老化防止剤：６Ｃ（大内新興化学工業製、ノクラック６Ｃ）
・硫黄：ゴム用粉末硫黄（細井化学工業製、ゴム用粉末硫黄１５０メッシュ）
・加硫促進剤：ＣＺ（大内新興化学工業製、ノクセラーＣＺ）
次ぎに、各ゴム組成物をトレッド部に適用したサイズ２０５／６０Ｒ１４のラジアルタイヤを製造し、各タイヤの転がり抵抗、操縦安定性を下記の方法に従い評価し、その結果を比較例１のタイヤを１００とする指数で表１に示した。いずれも数値が大きいほど良好である。

［転がり抵抗］
１軸ドラム試験機を用い、内圧２００ｋＰａ、負荷荷重４００Ｋｇ、速度８０Ｋｍ／ｈでドラム上を走行する時の転がり抵抗を測定し、次式により各試験タイヤの転がり抵抗指数を計算した。転がり抵抗（指数）＝（各試験タイヤの転がり抵抗）×１００／（比較例１のタイヤの転がり抵抗）

［操縦安定性］
排気量２０００ｃｃの国産乗用車に同種の試験タイヤ４本を内圧２００ｋＰａに調整し取り付け、操縦安定性評価用のテストコースを使用し、５名のテストドライバーにより直進性、ハンドル応答性、レーンチェンジ性、スラローム走行性について官能評価し、５名の平均点により操縦安定性を評価した。

表１に示す通り、本発明に係るゴム組成物はモジュラス、引張強度、伸びと硬度を向上し、それを用いたタイヤの操縦安定性を良好に維持し、転がり抵抗を大幅に改善することができ、シリカとの併用によりその効果が大きく現れる。これに対して、微粒子剤の配合量が少ない比較例２では実施例ほどの満足な効果が得られなかった。

本発明のゴム組成物は、タイヤのトレッド部に適用することで低燃費性と耐久性、安全性、操縦安定性等をバランスさせるので、特に乗用車用タイヤのトレッド部に用いることで高性能な空気入りタイヤを提供することができる。

Claims

ジエン系ゴム成分１００重量部に対し、粒径が０．００５〜５０μｍの有機物又は無機物からなる芯剤に、ゴム分子と非架橋性である熱可塑性高分子からなる被覆層を形成した微粒子剤を５〜３０重量部配合した
ことを特徴とするゴム組成物。
前記芯剤が、植物性物質の粉砕物、及びゴム用無機充填剤の粉砕物の少なくとも１種類からなる
ことを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
前記熱可塑性高分子が、炭素と水素とを主とする鎖状構造からなり、分子量が２００００以上、軟化点が２００℃以下である熱可塑性高分子の少なくとも１種類からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム組成物。
前記微粒子剤が前記熱可塑性高分子１００重量部に対し、前記芯剤を１０〜２００重量部混合し得られるものである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物。
さらに、補強性充填剤を配合してなる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のゴム組成物。
請求項１〜５のいずれかに記載のゴム組成物をトレッド部に用いた
ことを特徴とする空気入りタイヤ。