JP2007246712A - トレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】原材料の石油資源の依存性を低減させ、石油資源由来の原材料を主成分とするトレッド用ゴム組成物と比較しても、さらに、グリップ性能、転がり抵抗および耐摩耗性を改善させたトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴム２０〜８０重量％およびエポキシ化天然ゴム２０〜８０重量％を含むゴム成分１００重量部に対して、シリカを５０〜１３０重量部含み、該シリカ１００重量部に対して、下記一般式
（Ｘ）_n−Ｓｉ−Ｙ_(4-n)
（式中、Ｘはエトキシ基またはメトキシ基、ならびにＹはフェニル基またはアルキル基を示す。また、ｎは１〜３の整数を表す。）
で表されるシラン化合物を４〜１６重量部含有するトレッド用ゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、トレッド用ゴム組成物に関する。

従来、タイヤのトレッド用ゴム組成物としては、ブタジエンゴム（ＢＲ）などの合成ゴム、カーボンブラックなどの石油資源由来の原材料の依存性が高かった。しかし、近年環境問題が重視されるようになり、二酸化炭素の排出量の規制が強化され、また、石油現存量は有限であり、石油資源由来の原材料の使用には限界があるため、現在使用されている石油資源由来の原材料の一部または全てを石油外資源由来の原材料で代替したトレッド用ゴム組成物の開発が求められている。さらに、トレッド用ゴム組成物中に石油資源由来の原材料に代わり、天然ゴムやシリカなどの石油外資源由来の原材料を含有した場合、転がり抵抗を低減させることはできるが、グリップ性能、耐摩耗性などを向上させることができないという問題がある。

特許文献１には、石油外資源由来の原材料として、天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、シリカなどを使用したトレッドを有することで、石油資源の依存性を低減させたエコタイヤが開示されている。しかし、耐摩耗性については考慮されておらず、グリップ性能および転がり抵抗においても、いまだ改善の余地がある。

特開２００３−６３２０６号公報

本発明は、原材料の石油依存性を低減させ、石油資源由来の原材料を主成分とするトレッド用ゴム組成物と比較しても、さらに、グリップ性能、転がり抵抗および耐摩耗性を改善させたトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム２０〜８０重量％およびエポキシ化天然ゴム２０〜８０重量％を含むゴム成分１００重量部に対して、シリカを５０〜１３０重量部含み、該シリカ１００重量部に対して、下記一般式
（Ｘ）_n−Ｓｉ−Ｙ_(4-n)
（式中、Ｘはエトキシ基またはメトキシ基、ならびにＹはフェニル基またはアルキル基を示す。また、ｎは１〜３の整数を表す。）
で表されるシラン化合物を４〜１６重量部含有するトレッド用ゴム組成物に関する。

本発明によれば、天然ゴムおよびエポキシ天然ゴムを所定含有率含むゴム成分に、シリカおよび所定のシラン化合物を所定量含有することで、石油資源の依存性を低減し、石油資源由来の原材料を主成分とするトレッド用ゴム組成物と比較しても、さらに、グリップ性能、転がり抵抗および耐摩耗性を改善したトレッド用ゴム組成物を提供することができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分、シリカおよびシラン化合物を含有する。

前記ゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）およびエポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を含む。

ゴム成分中のＮＲの含有率は２０重量％以上、好ましくは４０重量％以上である。ＮＲの含有率が２０重量％未満では、ゴム強度および耐摩耗性が悪化する。また、ＮＲの含有率は８０重量％以下、好ましくは６０重量％以下である。ＮＲの含有率が８０重量％をこえると、ウェットグリップ性能が低下する。

ＥＮＲとしては、市販のＥＮＲを用いてもよいし、ＮＲをエポキシ化して用いてもよい。ＮＲをエポキシ化する方法としては、とくに限定されるものではないが、クロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法などの方法を用いて行うことができる。過酸法としてはたとえば、ＮＲに過酢酸や過蟻酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。

ＥＮＲのエポキシ化率は１０モル％以上が好ましく、２０モル％以上がより好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が１０モル％未満では、ＥＮＲがＮＲと相溶することによるウェットグリップ性能の改善効果が減少する傾向がある。また、ＥＮＲのエポキシ化率は６０モル％以下が好ましく、５５モル％以下がより好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が６０モル％をこえると、ゴム強度が充分ではなく、さらに、汎用ゴムとの接着性が低下する傾向がある。

ゴム成分中のＥＮＲの含有率は２０重量％以上、好ましくは４０重量％以上である。ＥＮＲの含有率が２０重量％未満では、ウェットグリップ性能が低下する。また、ＥＮＲの含有率は、８０重量％以下、好ましくは６０重量％以下である。ＥＮＲの含有率が８０重量％をこえると、ゴム強度が充分ではなく、さらに、汎用ゴムとの接着性が低下する。

ＥＮＲは、ＮＲと混合することで、石油外資源由来の原材料を用いた海島構造を形成し、グリップ性能および転がり抵抗を向上させることができる。

ゴム成分としては、ＮＲおよびＥＮＲ以外にも、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、イソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体のハロゲン化物などのゴムを含むこともできるが、これらのゴム成分は石油資源から得られるため、石油外資源の含有率を高めることで地球に優しく、将来の石油の供給量の減少に備えることができるという理由から、ＮＲおよびＥＮＲ以外のゴム成分は含まないことが好ましい。

シリカとしてはとくに制限はなく、湿式法または乾式法により調製されるものを用いることができる。

シリカのＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）は５０ｍ²／ｇ以上が好ましく、１００ｍ²／ｇ以上がより好ましい。シリカのＢＥＴが５０ｍ²／ｇ未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、シリカのＢＥＴは２５０ｍ²／ｇ以下が好ましく、２００ｍ²／ｇ以下がより好ましい。シリカのＢＥＴが２５０ｍ²／ｇをこえると、加工性が悪化する傾向がある。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して５０重量部以上、好ましくは７０重量部以上である。シリカの含有量が５０重量部未満では、補強性および耐摩耗性が悪化する。また、シリカの含有量は、１３０重量部以下、好ましくは１００重量部以下である。シリカの含有量が１３０重量部をこえると、低発熱性が悪化する。

本発明のトレッド用ゴム組成物に含有されるシラン化合物は、ゴム強度および耐摩耗性を向上させるために配合され、下記一般式で表される。
（Ｘ）_n−Ｓｉ−Ｙ_(4-n)
（式中、Ｘはエトキシ基またはメトキシ基、ならびにＹはフェニル基またはアルキル基を示す。また、ｎは１〜３の整数を表す。）

式中、Ｘは、エトキシ基またはメトキシ基が好ましく、ゴムとの相溶性に優れるという理由から、エトキシ基がより好ましい。Ｙは、フェニル基またはアルキル基が好ましく、ゴムとの相溶性に優れるという理由から、フェニル基がより好ましい。また、ｎは、１〜３の整数が好ましい。ｎが０ではＸが存在せず、反応性が増大しすぎる傾向があり、ｎが４では、Ｙが存在せず、反応性が低下する傾向がある。

前記条件を満たす化合物としては、たとえば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランなどがあげられ、これらのシラン化合物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が、コストを低減できるという理由から、フェニルトリエトキシシランが好ましい。

シラン化合物の含有量は、シリカ１００重量部に対して、４重量部以上、好ましくは１０重量部以上である。シラン化合物の含有量が４重量部未満では、ゴム強度および耐摩耗性が悪化する。また、シラン化合物の含有量は、１６重量部以下、好ましくは１３重量部以下である。シラン化合物の含有量が１６重量部をこえると、未反応のシラン化合物が存在し、コストが増大してしまう。

本発明では、前記ゴム成分、シリカおよびシラン化合物を含有することで、耐摩耗性を向上させ、転がり抵抗を低減させられるという効果が得られる。

本発明では、シリカとともにシランカップリング剤を併用することが好ましい。シランカップリング剤としては特に制限はなく、従来、タイヤ工業においてシリカと併用して用いられるものとすることができ、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（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス(２−トリエトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス(４−トリメトキシシリルブチル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリメトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノ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、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ系、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられ、これらのシランカップリング剤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。

シランカップリング剤を含有する場合、シランカップリング剤の含有量は、シリカ１００重量部に対して５重量部以上が好ましく、８重量部以上がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が５重量部未満では、ゴム強度および耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は１５重量部以下が好ましく、１３重量部以下がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が１５重量部をこえると、シランカップリング剤の配合によるゴム強度および耐摩耗性の改善効果がみられず、コストが増大してしまう傾向がある。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、さらに、カーボンブラックを含有してもよい。

カーボンブラックの種類としては、とくに制限はなく、たとえば、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦなどがあげられる。

カーボンブラックを含有する場合、カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して３重量部以上が好ましく、５重量部以上がより好ましい。カーボンブラックの含有量が３重量部を未満では、耐候性および耐オゾン性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、１０重量部以下が好ましい。カーボンブラックの含有量が１０重量部をこえると、石油資源由来の原材料を増量させることになり、環境に配慮できなくなる傾向がある。

本発明では、前記ゴム成分、シリカ、シラン化合物およびカーボンブラックのほかにも、シリカおよびカーボンブラック以外の補強剤、脂肪酸、酸化亜鉛、オイル、ワックスなどの軟化剤、老化防止剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、グリップ性能、転がり抵抗および耐摩耗性に優れているという理由からトレッドとして使用される。

また、本発明のトレッド用ゴム組成物を用いてタイヤを製造する場合、該タイヤは該ゴム組成物を未加硫の状態で、タイヤのトレッドの形状に押し出し加工し、他の部材とともに貼り合わせ、加硫することにより製造される。

このようにして製造したタイヤは、本発明のトレッド用ゴム組成物を用いることで、環境に配慮したエコタイヤとすることができる。

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

次に、実施例および比較例で用いた各種薬品をまとめて示す。
天然ゴム（ＮＲ）：ＴＳＲ２０
エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）：クンプーランガスリー製のＥＮＲ５０（エポキシ化率：５０モル％）
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（Ｎ₂ＳＡ：１１４ｍ²／ｇ）
シリカ：ローディア製の１１１５Ｍｐ
シランカップリング剤：デグサ製の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）
オイル：（株）ジャパンエナジー製のアロマプロセスオイルＸ−１４０
ワックス：日本精蝋（株）製のオゾエース０３５５
老化防止剤：住友化学工業（株）製のアンチゲン６Ｃ（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））
ステアリン酸：日本油脂（株）製の「つばき」
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
シラン化合物：信越化学（株）製のＫＢＥ−１０３（フェニルトリエトキシシラン）

実施例１〜３および比較例１〜３
表１に示す配合処方にしたがい、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を、容量１．７リットルのバンバリーミキサー（（株）神戸製鋼所製）を用いて、６０ｒｐｍで１５０℃で混練した。次に、得られた混練り物に、硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、８０℃の条件下で５分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を１５０℃の条件下で３０分間プレス加硫し、実施例１〜３および比較例１〜３の加硫ゴム組成物を得た。

（転がり抵抗試験）
（株）上島製作所製スペクトロメーターを用いて、初期歪１０％、動歪２％、周波数１０Ｈｚ、温度７０℃の条件で、表１の条件で加硫した加硫ゴムシートのｔａｎδを測定し、比較例１の転がり抵抗指数を１００として、各配合のｔａｎδを指数表示した。転がり抵抗指数が大きいほど転がり抵抗が低く良好であることを示す

（摩耗試験）
前記ゴム組成物を用いて、ランボーン摩耗試験機（岩本製作所製）により、試験時間５分で、試験表面速度８０ｍ／分、落砂量１５ｇ／分、加重３．０ｋｇｆおよびスリップ率２０％の条件にて、各試験片の容積損失量を測定した。そして、比較例１の耐摩耗性指数を１００とし、下記計算式により、各配合の容積損失量を指数表示した。耐摩耗性指数が大きいほど耐摩耗性に優れている。
（耐摩耗性指数）
＝（比較例１の容積損失量）／（各配合の容積損失量）×１００

（グリップ性能試験）
実施例１〜３および比較例１〜３の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を、得られた前記未加硫混練物をタイヤ成型機上にてトレッドの形状に成形し、他のタイヤ各部材と貼りあわせたのち、１５０℃の条件下で３０分間、加硫することにより製造した。

製造した試験用タイヤを排気量１８００ｃｃ級のＡＢＳが装備された国産乗用車に装着し、スキッドナンバーが約５０の湿潤アスファルト路面を時速１００ｋｍ／ｈで走行中にロックブレーキを踏み、車が停止するまでに距離（停止距離）を測定し、ロックブレーキ中の減速度を算出した。さらに、比較例１のグリップ性能指数を１００とし、下記計算式により、各配合の減速度を指数表示した。なお、グリップ性能指数が大きいほど、湿潤ＡＢＳ制動性能に優れ、グリップ性能に優れることを示す。
（グリップ性能指数）＝（各配合の減速度）／（比較例１の減速度）×１００

上記の測定試験結果を表１に示す。

Claims (1)

1. 天然ゴム２０〜８０重量％およびエポキシ化天然ゴム２０〜８０重量％を含むゴム成分１００重量部に対して、
   シリカを５０〜１３０重量部含み、
   該シリカ１００重量部に対して、
   下記一般式
   （Ｘ）_n−Ｓｉ−Ｙ_(4-n)
   （式中、Ｘはエトキシ基またはメトキシ基、ならびにＹはフェニル基またはアルキル基を示す。また、ｎは１〜３の整数を表す。）
   で表されるシラン化合物を４〜１６重量部含有するトレッド用ゴム組成物。