JP2008106113A

JP2008106113A - タイヤサイドウォール用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2008106113A
Application number: JP2006289142A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tohori; 博行戸堀; Hirofumi Hayashi; 浩文林; Hiroaki Narita; 博昭成田; Takashi Miyasaka; 孝宮坂
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-24
Also published as: JP5138918B2

Abstract

【課題】破壊特性、剛性（操縦安定性）を悪化させることなく、低燃費性を改善する。
【解決手段】天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム及びエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーよりなる群から選択される少なくとも一種のジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が５０〜１８０ｍ^２／ｇであり、かつ、単位表面積当たりのシラノール基量が１４個／ｎｍ^２以上であるシリカ１０〜６０重量部と、カーボンブラック０〜５０重量部を、両者の合計量で２０〜８０重量部配合し、更に、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して１〜２０重量部配合してなるタイヤサイドウォール用ゴム組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、空気入りタイヤのサイドウォール部に用いられるタイヤサイドウォール用ゴム組成物、及び空気入りタイヤに関するものである。

最近、環境あるいは安全への関心が高まるにつれ、タイヤにも低燃費性、湿潤路面におけるグリップ性、操縦安定性の向上や、摩耗寿命の延長が強く要請されるようになった。

一般に、これらのタイヤ性能に対する各部材の寄与率は、トレッドゴム部で約５０％、サイドウォール部で約１５％であり、トレッドゴム部での寄与率が大きい。そのため、最近の環境性の要請に応えるべく、トレッドゴム部について、ポリマーやカーボンブラック等の改良により低燃費化、即ちヒステリシスロスの低減化が進められている。しかしながら、タイヤ全体としての低燃費化は未だ十分であるとは言えず、トレッドゴム部だけでなく、サイドウォール部でも低燃費化が要求されている。

そこで、サイドウォール部により低燃費化を図るために、下記特許文献１には、特定のコロイダル特性を有するカーボンブラックと、ＤＢＰ吸油量が２００ｍｌ／１００ｇ以上でＢＥＴ比表面積が１８０ｍ^２／ｇ以下であるシリカとを特定量配合したサイドウォール用ゴム組成物が提案されている。

また、下記特許文献２には、サイドウォール用ゴム組成物に澱粉及び可塑剤を配合して低燃費化を図ることが提案されている。

なお、下記特許文献３には、ＢＥＴ比表面積４５〜４００ｍ^２／ｇであり、かつ単位表面積当たりのシラノール基量が規定されたシリカを配合することで、シリカの分散性を改良して、転がり抵抗性と耐摩耗性が両立させることが開示されている。しかしながら、この特許文献３は、比表面積が１３０ｍ^２／ｇよりも大きい比較的小粒径のシリカを主にその対象としており、即ち本来は分散しにくい小粒径シリカの分散性を向上することを主としており、また、シラノール基量についてもこれを少なくすることを意図しており、本発明の特徴を何等示唆するものではない。
特開平１０−３６５５９号公報特開２００５−５３９４４号公報特表２００５−５００４２０号公報

サイドウォール部で低燃費化を図るための手法としては、（１）ゴム組成物中のカーボンブラック又はシリカの量を少なくする手法、（２）カーボンブラック又はシリカを大粒径化する手法、（３）カーボンブラック又はシリカの分散性を高める分散剤又はカップリング剤を使用する手法、などがある。このうち、（１）及び（２）が最も容易に低燃費化可能であるが、破壊特性が悪化したり、剛性の不足による操縦安定性の低下を招いてしまい、破壊特性及び剛性と低燃費性を両立させることは難しい。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、破壊特性、剛性を悪化させることなく、低燃費性を改善することができるサイドウォール用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係るタイヤサイドウォール用ゴム組成物は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム及びエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーよりなる群から選択される少なくとも一種のジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が５０〜１８０ｍ^２／ｇであり、かつ、単位表面積当たりのシラノール基量が１４個／ｎｍ^２以上であるシリカ１０〜６０重量部と、カーボンブラック０〜５０重量部を、両者の合計量で２０〜８０重量部配合し、更に、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して１〜２０重量部配合してなるものである。

また、本発明に係る空気入りタイヤは、上記ゴム組成物からなるサイドウォール部を有するものである。

本発明によれば、タイヤのサイドウォール部に、比較的大粒径でありながら、シラノール基量の多い特定のシリカを配合したゴム組成物を用いることにより、シリカとゴムポリマー間の結合力を維持して、破壊特性、剛性を悪化させることなく、低燃費性を実現することができる。

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。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム及びエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーよりなる群から選択される少なくとも一種のジエン系ゴムからなる。ゴム成分は、より好ましくは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム３０〜８０重量％と、他のジエン系ゴム７０〜２０重量％とのブレンドゴムからなることであり、他のジエン系ゴムとしてはブタジエンゴムが好ましい。

本発明のゴム組成物に使用されるシリカ（含水珪酸）は、
（１）ＢＥＴ比表面積：５０〜１８０ｍ^２／ｇ、
（２）単位表面積当たりのシラノール基（ＳｉＯＨ）量：１４個／ｎｍ^２以上、
の特性を持つものである。このように比較的大粒径でありながらシラノール基量を多いシリカを用いることにより、シラノール基量を確保して、シリカとゴムポリマー間の結合力を維持することができる。上記特性は、シリカを一種のみ単独で用いる場合にはそのシリカが、また、複数のシリカを組合せて用いる場合には組合せたシリカ混合物が、満足すればよい。

ＢＥＴ比表面積は５０〜１１０ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは５０〜９０ｍ^２／ｇであり、このような大粒径でありながらシラノール基量の多いシリカを用いることが、本発明の効果をより高める上で好ましい。また、単位表面積当たりのシラノール基量は１６個／ｎｍ^２以上であることが好ましい。なお、該シラノール基量の上限は特に限定されないが、通常は３５個／ｎｍ^２以下である。

ここで、ＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳＺ８８３０の１点法により測定されるものである。また、単位表面積当たりのシラノール基量（個／ｎｍ^２）は、ＢＥＴ比表面積とＱactualとから下記式（１）により算出されるものである。なお、Ｑactualは、単位重量当たりのシラノール基量（mmol／ｇ）であり、"Journal of the American Chemical Society"、１１４巻６４１２頁（１９９２年）に記載されたＳｉ−ＮＭＲにより算出される。
シラノール基量[個/nm²]＝（Ｑactual[mmol/g]×N_A）／Ｓ[m²/g] …（１）
式中、N_Aはアボガドロ定数であり、ＳはＢＥＴ比表面積である。

上記シリカは、また、ＣＴＡＢ比表面積（セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積）が１８０ｍ^２／ｇ以下である大粒径シリカであることが好ましく、より好ましくはＣＴＡＢ比表面積が８０〜１８０ｍ^２／ｇの範囲にあることである。ここで、ＣＴＡＢ比表面積は、ＡＳＴＭＤ３７６５−９２記載の方法に準拠して測定されるものである。但し、同方法はカーボンブラックについての測定法であるため、変更を加えて行う。すなわち、カーボンブラックの標品であるＩＴＲＢ（８３．０ｍ^２／ｇ）を使用せず、別途にＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロミド）標準液を調製し、これによってエアロゾルＯＴ（ジ−２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム）溶液の標定を行い、シリカ表面に対するＣＴＡＢ１分子当たりの吸着断面積を３５平方オングストロームとしてＣＴＡＢの吸着量から比表面積を算出する。

また、上記シリカは、ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量が２００ｍｌ／１００ｇ未満であることが好ましく、より好ましくは１８０ｍｌ／１００ｇ以下である。ＤＢＰ吸油量が上記範囲より大きいと、分散性と耐摩耗性を両立させることが難しくなる。ＤＢＰ吸油量の下限は特に限定されないが、通常１３０ｍｌ／１００ｇ以上である。ここで、ＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳＫ−５１０１に準拠して測定されるものである。

上記シリカは、また、細孔面積が５〜５０ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは５〜３０ｍ^２／ｇ、更に好ましくは５〜２０ｍ^２／ｇである。このような範囲が、比較的大粒径のシリカにおいて、分散性を改良するとともに、転がり抵抗性および耐摩耗性の両立を図る上で有利である。ここで、細孔面積は、ＢＥＴ比表面積から外部比表面積を差し引くことにより求められ、外部比表面積は、ＡＳＴＭＤ６５５６に準拠した多点式窒素吸着により測定されるものである。

上記シリカとしてはまた、下記式（２）を満足するものであることが好ましい。
Ｑactual ≧ Ｑcal＝0.015×Ｓ＋1.3 …（２）
式中、ＱactualとＳは、上記定義の通りであり、Ｑcalは、種々の汎用シリカについてＢＥＴ比表面積と単位重量当たりのシラノール基量とを測定し、両者の関係から導き出したシラノール基量の計算値を表すものであり、かかる計算値以上のシラノール基量を持つシリカを用いることが、低燃費性と破壊特性、硬度を両立させる上でより好ましい。

本発明において、シリカは、上記ゴム成分１００重量部に対し、１０〜６０重量部配合されることが好ましい。シリカの配合量が１０重量部未満では、上記した本発明の効果を充分に発揮することができなくなる。

本発明のゴム組成物には、シリカとともに、必須ではないが充填剤としてカーボンブラックを配合してもよく、カーボンブラックは、ゴム成分１００重量部に対して０〜５０重量部配合されることが好ましい。また、シリカとカーボンブラックは両者の合計量で２０〜８０重量部配合されることが好ましい。

本発明のゴム組成物に用いられるシランカップリング剤は、シリカとジエン系ゴムとを結合させるものであり、例えば、スルフィド、アミノ基、メルカプト基、ビニル基、メタクリル基、エポキシ基などのポリマーと反応し得る有機部と、ハロゲンやアルコキシ基などを有する有機シラン化合物が挙げられる。具体的には、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、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）テトラスルフィド、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、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤は、シリカ１００重量部に対して、１〜２０重量部配合される。

本発明のゴム組成物には、上記した各成分の他に、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、活性剤、滑剤等の各種添加剤を必要に応じて添加することができる。

以上よりなる本発明のタイヤサイドウォール用ゴム組成物は、空気入りラジアルタイヤのサイドウォール部のためのゴム組成物として用いられ、常法に従い加硫成形することにより、サイドウォール部を形成することができる。

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。

バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合に従い、サイドウォール用ゴム組成物を調製した。表１の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３、
・ＢＲ：ブタジエンゴム、宇部興産製「ＢＲ１５０Ｂ」、
・シリカ１：トクヤマ社製「ＵＳＧ−Ａ」、
・シリカ２：東ソーシリカ社製「ニップシールＡＱ」、
・シリカ３：ローディア社製「シロア７２Ｘ」、
・シリカ４：ローディア社製「ゼオシル１１１５ＭＰ」、
・シリカ５：デグサ社製「ウルトラジル７０００」、
・シリカ６，シリカ７：特許第３３０４０９７号に準拠して、ケイ酸ナトリウムと硫酸ナトリウムを含む初期底部生成物を形成し、該底部生成物に硫酸を加えてｐＨ７以上の反応生成物を得て、得られた反応生成物にケイ酸ナトリウムと硫酸を同時に加えて反応させた後、硫酸アルミニウム及び次いで水酸化ナトリウム溶液を加えて熟成させて、沈降シリカの懸濁液を調製し、得られた懸濁液を分離し、乾燥することにより調製したシリカ。但し、硫酸アルミニウムの添加量を減らし、かつｐＨ７〜１０で熟成することで、ＢＥＴ比表面積及びシラノール基量を調整して表１に示す特性のシリカを得た。

・カーボンブラック：三菱化学社製「ダイアブラックＮ５５０」、
・シランカップリング剤：デグサ社製「Ｓｉ６９」。

各キャップ用ゴム組成物には、共通配合として、ゴム成分１００重量部に対して、オイル（ジャパンエナジー製「ＪＯＭＯプロセスＸ１４０」）２０重量部、亜鉛華（三井金属鉱業製「亜鉛華３号」）５重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２５」）２重量部、老化防止剤（住友化学製「アンチゲン６Ｃ」）２重量部、ワックス（日本精蝋製「オゾエース０３５５」）４重量部、加硫促進剤（住友化学製「ソクシノールＣＺ」）１．５重量部、硫黄（鶴見化学工業製「５％油入微粉末硫黄」）２重量部を配合した。

上記で得られた各ゴム組成物について、硬度を測定した。また、各ゴム組成物をサイドウォール用ゴム組成物として用いて、２０５／６５Ｒ１５９４Ｈの乗用車用ラジアルタイヤを、定法に従い加硫成形することにより製造した。そして、得られた各タイヤについて、低燃費性、操縦安定性、破壊特性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・硬度：ＪＩＳＫ６２５３に準拠してタイプＡデュロメーターを使用して２３℃で測定し、比較例１のゴム組成物での値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど硬度（剛性）が高いことを示す。

・低燃費性：使用リムを１５×６．５ＪＪとしてタイヤを装着し、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定ドラムにて２３℃で８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、よって低燃費性に優れることを示す。

・操縦安定性：使用リムを１５×６．５ＪＪとして２０００ｃｃのＦＦ車に装着し、テストコースにてスラローム走行時のタイムを測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数が小さいほどタイムが短く、ハンドリング性、即ち操縦安定性に優れることを示す。

・破壊特性：ＪＩＳＫ６３５２に準拠した引張試験による引裂強さにおいて、比較例１を１００とした指数表示し、数値が大きいほど良好であることを示す。

表１に示すように、実施例１〜５であると、比較例１に比べて、硬度や操縦安定性を悪化させることなく、また、破壊特性も損なうことなく、低燃費性が改善されていた。これに対し、比較例２では、小粒径でありかつシラノール基量の少ないシリカを用いたため、低燃費性が大幅に劣っていた。また、比較例４では、大粒径ではあるがシラノール基量の少ないシリカを用いたため、やはり低燃費性が発現しにくいものであった。

上記のように、本発明によれば、破壊特性、剛性と低燃費性を高度に改良することができるので、乗用車用ラジアルタイヤを始めとして各種空気入りタイヤに利用することができる。

Claims

天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム及びエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーよりなる群から選択される少なくとも一種のジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、
ＢＥＴ比表面積が５０〜１８０ｍ^２／ｇであり、かつ、単位表面積当たりのシラノール基量が１４個／ｎｍ^２以上であるシリカ１０〜６０重量部と、カーボンブラック０〜５０重量部を、両者の合計量で２０〜８０重量部配合し、
更に、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して１〜２０重量部配合してなるタイヤサイドウォール用ゴム組成物。
請求項１記載のゴム組成物からなるサイドウォール部を有する空気入りタイヤ。