JP2007332246A - ゴム組成物及びそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤに優れたグリップ性能と破壊特性とを付与することが可能なゴム組成物と、該ゴム組成物をトレッドに用いたタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分１００質量部に対して、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体１〜５０質量部と、ポリスチレンと非相溶である軟化剤とを配合してなるゴム組成物である。ここで、軟化剤としては、液状ジエン系ポリマーであることが好ましく、ポリスチレン換算重量平均分子量が１０,０００以下のスチレン−ブタジエン共重合体であることが特に好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物及び該ゴム組成物を用いたタイヤに関し、特にタイヤのトレッドに用いることで、タイヤに優れたグリップ性能と破壊特性とを付与することが可能なゴム組成物に関するものである。

近年、乗用自動車は、エンジン技術の改良によって、エンジン出力が著しく増大する傾向にある。例えば、排気量２０００ｃｃの乗用自動車において、２０年前には１２０ｐｓｉ程度であったエンジン出力が、現状では１５０ｐｓｉを超えるものも少なくない。このように高出力化されたエンジンパワーを安全かつ効率的に路面に伝える性能が、これまで以上にタイヤに要求されている。このような要求に対応するため、タイヤ用トレッドゴムに関する様々な技術が開発され、それらの中でも、高ヒステリシスロスの確保が現在最も一般的な方法として行われている。

一般に、高ヒステリシスロスのゴム組成物をタイヤのトレッドに用いた場合、タイヤに入力される運動エネルギーが効率的に熱エネルギーに変換されるため、タイヤの制動力や加速力が顕著に高まることが確認されている。従って、高性能乗用自動車用タイヤのトレッドに用いるゴム組成物の開発項目としては、ヒステリシスロスの増大が重要な位置を占めるのである。

ゴム組成物のヒステリシスロスを増大させる技術としては、ゴム成分に対する高充填系配合の適応、即ち多量の充填剤及び軟化剤の配合の適応がなされ、これによりタイヤのグリップ性能の向上を確実なものとしている。

しかしながら、上記高充填系配合の充填率を増大させた場合、破壊特性、特に耐摩耗性が低下するというような問題が生じてしまう。これは、高充填系配合によって軟化剤の配合部数が増加し、その結果、ゴム組成物全体としての平均分子量が低下することが主な原因となる。ゴム成分として用い得る重合体の平均分子量が一定の限界を有する限りこの問題を避けることは困難である。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、タイヤに優れたグリップ性能と破壊特性とを付与することが可能なゴム組成物と、該ゴム組成物をトレッドに用いたタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、従来用いられてきた高充填系の配合に加えて、自己補強性ポリマーであるスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体を配合し、更に従来の軟化剤に代えてポリスチレンと非相溶である軟化剤を用いたゴム組成物をタイヤのトレッドに適用することで、グリップ性能と破壊特性とを両立し得るタイヤが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体１〜５０質量部と、ポリスチレンと非相溶である軟化剤とを配合してなる。なお、非相溶とは、ポリスチレンと軟化剤とをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶媒に溶解して乾燥した後、１５０℃の温度でプレスし白濁したものを意味する。

本発明のゴム組成物の好適例において、前記軟化剤の配合量は、前記ゴム成分１００質量部に対して１０〜２００質量部である。

本発明のゴム組成物の他の好適例において、前記軟化剤の配合量は、前記スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の配合量の１／２〜１／１０の範囲である。

本発明のゴム組成物の好適例において、前記軟化剤は液状ジエン系ポリマーである。ここで、液状ジエン系ポリマーとしては、ポリスチレン換算重量平均分子量が１０,０００以下のスチレン−ブタジエン共重合体が好ましい。

本発明のタイヤは、上記ゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする。

本発明によれば、ゴム成分に対して、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体と、ポリスチレンと非相溶である軟化剤とを配合した、タイヤに高度なグリップ性能及び破壊特性を付与することが可能なゴム組成物を提供することができる。また、該ゴム組成物をトレッドに用いて、優れたグリップ性能及び破壊特性を発揮できるタイヤを提供することができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体１〜５０質量部と、ポリスチレンと非相溶である軟化剤とを配合してなる。

上述のように、タイヤのグリップ性能を十分に確保するためには、多量の充填剤及び軟化剤を配合させることが好ましいとされる一方で、このような高充填系配合のゴム組成物においては、耐摩耗性のような破壊特性が低下するおそれがある。ゴムの耐久性が低下する主たる要因としては、軟化剤の配合部数が増大することにより、ゴム組成物全体としての平均分子量の低下が挙げられる。そこで、本発明者は、グリップ性能を維持しつつ破壊特性を向上させるため、自己補強性ポリマーであるスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）の使用について検討したところ、高充填系配合のゴム組成物に用いる軟化剤としては、アロマオイル等の油分であることが多く、かかる油分を多量に含む配合にＳＢＳを加えても、十分な補強効果が得られないことが分かった。これは、ＳＢＳのハードドメインであるスチレンブロックをオイル成分が膨潤させてしまうためだと考えられる。従って、これまで用いられてきたオイル成分の代わりに、ポリスチレンと非相溶である軟化剤を用いることで、ＳＢＳの補強効果が十分に発揮され、高度なグリップ性能及び破壊特性の両立が可能となる。

本発明のゴム組成物に用いるゴム成分は、天然ゴム(ＮＲ)及び合成ジエン系ゴムの少なくとも一種からなる。ここで、合成ジエン系ゴムとしては、乳化重合又は溶液重合で合成されたものが好ましく、具体的には、ポリイソプレンゴム(ＩＲ)、ブチルゴム(ＩＩＲ)、ハロゲン化ブチルゴム、ポリブタジエンゴム(ＢＲ)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(ＳＢＲ)、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等が挙げられる。これらゴム成分は一種単独でも、ブレンドでもよい。上記ゴム成分の中でも、タイヤトレッドにおける各種性能のバランスを考慮すると、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムが好ましい。また、ゴム成分としてスチレン−ブタジエン共重合体ゴムを用いる場合、スチレン含量及びブタジエン部分のビニル結合量に関しては特に制限されず、タイヤトレッドへの適用の観点から、ガラス転移点（Ｔｇ）が高いＳＢＲが特に好ましい。更に、上記スチレン−ブタジエン共重合体ゴムとしては、市販品を利用することができ、例えば、乳化重合系ゴムとして商品名「ＪＳＲ１７１２」[ＪＳＲ（株）製]、並びに溶液重合系ゴムとして商品名「ＶＳＬ５０２５」[Ｂａｙｅｒ社製]、「Ｔ３３３５」[旭化成（株）製]等が挙げられる。なお、これら市販品のＳＢＲはいずれもアロマオイルで油展されているため、本発明において、ゴム組成物を調製する際には、ＳＢＲに含まれるアロマオイルをアセトン等の有機溶剤で除去してから使用する必要がある。

本発明のゴム組成物は、自己補強性ポリマーとしてスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）を上記ゴム成分１００質量部に対して１〜５０質量部含有することを要し、２〜２０質量部含有することが好ましい。ＳＢＳの配合量が１質量部未満では、自己補強性ポリマーとしての実質的な補強効果が得られず、一方、５０質量部を超えると、ゴム組成物の硬度が必要以上に高まり、良好なグリップ性能を得ることが困難となる。

上記スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）は、ハードドメイン（スチレンブロック）とソフトドメイン（ブタジエンブロック）とで構成され、常法に従って容易に合成できる。また、上記スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体としては、一般的にＳＢＳ樹脂として知られる市販のＳＢＳを用いることができ、具体的には、クレイトン社製の「Ｄ１１０１」及び「Ｄ１４０１」等が挙げられる。これらＳＢＳの中でも、分子量が比較的大きなものや油展を目的としたものが好ましい。

本発明のゴム組成物に用いる軟化剤としては、ポリスチレンと非相溶である軟化剤であれば特に制限なく用いることができる。ここで、非相溶とは、ポリスチレンと軟化剤とをＴＨＦ溶媒に溶解して乾燥した後に１５０℃の温度でプレスし白濁したものを意味するが、これはポリスチレンとの関係を示す指標であって、上記軟化剤としては、本発明のゴム組成物におけるポリマーマトリクスに対する相溶性が良好であるのが好ましい。かかる軟化剤として、具体的には、パラフィンオイル、ナフテンオイル等の石油系軟化剤、トリス(２-エチルヘキシル)ホスフェート（ＴＯＰ）、フタル酸エステル、長鎖脂肪酸エステル、液状ジエン系ポリマー等が好適に挙げられ、これらの中でも、液状ジエン系ポリマーが特に好ましい。ここで、液状ジエン系ポリマーとしては、ポリスチレン換算重量平均分子量が１０,０００以下であるのが好ましく、具体的には、液状のスチレン−ブタジエン共重合体が好適に挙げられる。このような液状ジエン系ポリマーを用いた場合には、他の一般的な軟化剤と異なり一定の分子量を有するため、ゴム組成物中で絡み合いが生じ、グリップ性能及び破壊特性を高度に維持することが一層可能となる。また、上記液状ジエン系ポリマーとしては、市販品を利用することができ、例えば、サートマー社で市販されている一連の液状ジエン系ポリマーや、出光興産（株）製のオゾン分解型液状ジエン系ポリマー等が挙げられる。なお、上記軟化剤の配合量としては、特に制限されず、上記ゴム成分１００質量部に対し１０〜２００質量部であるのが好ましい。また、上述したＳＢＳの配合量は上記軟化剤の配合量と相関があり、該ＳＢＳの配合量は、軟化剤の配合量の１／２〜１／１０の範囲であるのが好ましい。ここで、軟化剤に対するＳＢＳの割合が１／２を超えると、ゴム組成物が硬化してしまい良好なゴム弾性の確保が困難となり、一方、１／１０未満では、補強効果が損なわれることになる。

本発明のゴム組成物においては、グリップ性能を高める観点から、更に充填剤を配合させることができる。ここで、充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、無機充填剤が挙げられる。なお、上記充填剤は、一種単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。これら充填剤の配合量の合計は、ゴム成分１００質量部に対し６０質量部以上であることが好ましく、７０質量部以上であることが更に好ましい。

上記カーボンブラックとしては、特に制限はなく、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦグレードのもの等が挙げられる。また、カーボンブラックを配合することで、ゴム組成物の諸物性を改善することができるが、更に破壊特性を向上させる観点からは、ＨＦＡグレード以上の高級グレードのものが好ましく、具体的には、ＡＳＴＭ名でＮ３３０、Ｎ２２０、Ｎ１１０グレードのもの等が挙げられる。

上記シリカとしては、特に制限はなく、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、これらの中でも、破壊特性の改良効果に優れる点で、湿式シリカが好ましい。上記シリカとして、具体的には、「Ｎｉｐｓｉｌ ＡＱ」[日本シリカ工業（株）製]、「ＶＮ−６」[デグッサ社製]等の市販品を使用することができる。

上記無機充填剤としては、アルミニウムを含む無機充填剤が好ましく、具体的には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミナ一水和物（Ａｌ₂Ｏ₃・Ｈ₂Ｏ）、水酸化アルミニウム［Ａｌ(ＯＨ)₃］、酸化アルミニウムマグネシウム（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、クレー（Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、カオリン（Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂・２Ｈ₂Ｏ）、パイロフィライト（Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂・Ｈ₂Ｏ）、ベントナイト（Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂・２Ｈ₂Ｏ）、ケイ酸アルミニウム（Ａｌ₂ＳｉＯ₅、Ａｌ₄・３ＳｉＯ₄・５Ｈ₂Ｏ）、ケイ酸アルミニウムカルシウム（Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＯ・２ＳｉＯ₂）、及び結晶性アルミノケイ酸塩等が挙げられる。

本発明のゴム組成物には、上記ゴム成分、ＳＢＳ、軟化剤、充填剤の他、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、スコーチ防止剤、老化防止剤、シランカップリング剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。上記加硫剤としては、硫黄及び硫黄化合物が挙げられる。また、上記加硫促進剤としては、グアニジン系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、スルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤等が挙げられ、具体的には、ジフェニルグアニジン（ＤＰＧ）、ジ-２-ベンゾチアゾリルジスルフィド（ＤＭ）、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（ＣＺ）、テトラキス(２-エチルヘキシル)チウラムジスルフィド（ＴＯＴ）、テトラベンジルチウラムジスルフィド（ＴＢＺＴＤ）等が挙げられる。更に、老化防止剤としては、ヒンダードフェノール系老化防止剤及びジアミン系老化防止剤等が挙げられる。なお、これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分に、ＳＢＳ、軟化剤、充填剤と、必要に応じて適宜選択した各種配合剤とを配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。

本発明のタイヤは、上記ゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする。ここで、本発明のタイヤは、上記ゴム組成物をトレッドに用いているため、グリップ性能及び破壊特性に優れている。なお、本発明のタイヤは、上述のゴム組成物をトレッドに用いる以外特に制限はなく、常法に従って製造することができる。また、該タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

表１に示す配合処方に従って、バンバリーミキサーを用いて混練し、ゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物の破壊特性及びグリップ性能を下記の方法で評価した。結果を表１に示す。

なお、実施例及び比較例３においては、ゴム成分として市販品の乳化重合ＳＢＲを用いる際に、アセトンを用いて市販品に含まれるアロマオイルの除去を行った。

（１）破壊特性
各ゴム組成物を加硫して得られた加硫ゴムに対して、岩本製作所（株）製ランボーン試験機を用い、負荷荷重２ｋｇ、スリップ率２０％、落砂量２０ｇ／分、試験時間５分間の条件で、容積損失を測定し、表１における比較例１の損失量を１００として、下記式にて指数化した。指数値が大きい程、損失量が少なく、破壊特性に優れることを示す。
摩耗指数＝（比較例１記載の加硫ゴムの損失量／各加硫ゴムの損失量）×１００

（２）グリップ性能
粘弾性測定装置を用いて、温度３０℃におけるｔａｎδを測定し、表１における比較例１のｔａｎδを１００として指数表示した。指数値が大きい程、グリップ性能に優れることを示す。

＊１ ＪＳＲ（株）製，「ＪＳＲ１７１２」，但しアセトンを用いて油分を除去したもの．
＊２ 上記ＪＳＲ１７１２に含まれる油分．
＊３ 旭カーボン（株）製，Ｎ１１０．
＊４ 日本シリカ工業（株）製，「Ｎｉｐｓｉｌ ＡＱ」．
＊５ クレイトン社製，「Ｄ１１０１」，スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体．
＊６ サートマー社製，「Ｒｉｃｏｎ １００」，重量平均分子量９,０００．
＊７ デグッサ社製，「Ｓｉ６９」．
＊８ 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．
＊９ ジフェニルグアニジン．
＊１０ 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．

表１から明らかなように、軟化剤として液状スチレン−ブタジエン共重合体又はパラフィンオイルを用い、更にＳＢＳを配合した実施例のゴム組成物は、上記軟化剤及びＳＢＳの併用による相乗効果により、軟化剤としてアロマオイルを用いた比較例１のゴム組成物に比べて、グリップ性能及び破壊特性が向上していることが分かる。なお、実施例１と実施例２との比較から、パラフィンオイルに比べて分子量が大きい液状スチレン−ブタジエン共重合体を用いた方が、高度なグリップ性能及び破壊特性を発揮することが分かる。

また、ＳＢＳ及び液状スチレン−ブタジエン共重合体を含むものの、ＳＢＳの割合が高い比較例３のゴム組成物では、ゴムが硬化してしまい、グリップ性能が悪化していることが分かる。更に、比較例１と比較例２の結果から、従来の高充填系配合（比較例１）に自己補強性ポリマーであるＳＢＳを加えるだけでは、ＳＢＳの効果が得られないことが分かる。

Claims (6)

1. ゴム成分１００質量部に対して、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体１〜５０質量部と、ポリスチレンと非相溶である軟化剤とを配合してなるゴム組成物。
2. 前記軟化剤の配合量が、前記ゴム成分１００質量部に対して１０〜２００質量部であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
3. 前記軟化剤の配合量が、前記スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の配合量の１／２〜１／１０の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
4. 前記軟化剤が液状ジエン系ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
5. 前記液状ジエン系ポリマーは、ポリスチレン換算重量平均分子量が１０,０００以下のスチレン−ブタジエン共重合体であることを特徴とする請求項２に記載のゴム組成物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のゴム組成物をトレッドに用いたこと特徴とするタイヤ。