JP2008156593A - トレッド用ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】グリップ性能および転がり抵抗特性をともにバランスよく向上させることができるトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供する。
【解決手段】エポキシ化天然ゴムを含有するゴム成分１００重量部に対して、シリカを水に分散させて５％水性分散液としたときのｐＨが７．１〜１２．０であるシリカを３０〜８０重量部、およびカーボンブラックを１０重量部以下含有するトレッド用ゴム組成物、ならびにそれを用いたトレッドを有するタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、トレッド用ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤに関する。

従来、天然ゴムのみを含有するゴム成分を使用したゴム組成物が、トレッド用ゴム組成物として使用されていた。しかし、その場合、得られたタイヤのグリップ力が低いためゴム成分として天然ゴムに加えてスチレンブタジエンゴムのような石油資源由来の合成ゴムを使用することによりグリップ性能の向上を図ってきた。

しかし、近年、環境問題が重視されるようになり、ＣＯ₂排出抑制の規制が強化され、また、石油資源は有限であって、その供給量が年々減少していることから、将来的に石油価格の高騰が予測され、スチレンブタジエンゴムなどの石油資源由来の原材料の使用には限界がみられる。そのため、将来、石油が枯渇した場合を想定すると、天然ゴムやシリカ、炭酸カルシウム等の白色充填剤のような石油外資源を使用することが必要となる。

しかし、石油外資源を使用した場合であっても、従来用いていた石油資源の使用により得られるトレッド性能（たとえば、タイヤのグリップ性能など）と同等、あるいはそれ以上の性能が必要となってくる。

特許文献１には、石油外資源を使用してタイヤのトレッド部の性能を向上させるために、石油外資源であるエポキシ化天然ゴムをゴム成分として含有したタイヤ用ゴム組成物の製造方法が開示されている。しかし、グリップ性能は石油資源を使用したタイヤに劣らないものの、転がり抵抗を充分に低減させることができてはおらず、環境に与える影響を考慮すると、さらに転がり抵抗の低減を図る必要がある。

特表２００２−５３３２３４号公報

本発明は、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、グリップ性能を向上させることができるトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、エポキシ化天然ゴムを含有するゴム成分１００重量部に対して、シリカを水に分散させて５％水性分散液としたときのｐＨが７．１〜１２．０であるシリカを３０〜８０重量部、およびカーボンブラックを１０重量部以下含有するトレッド用ゴム組成物に関する。

前記ゴム成分において、エポキシ化天然ゴムの含有率は５０重量％以上であることが好ましい。

また、本発明は、前記トレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤに関する。

本発明によれば、所定のゴム成分、所定のシリカおよびカーボンブラックを所定量含有することにより、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、グリップ性能を向上させることができるトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤ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、シリカおよびカーボンブラックを含有する。

前記ゴム成分は、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を含有する。

ＥＮＲとしては、とくに制限されるわけではないが、天然ゴム（ＮＲ）のエマルジョンに過酢酸などのエポキシ化剤を添加して反応させることにより製造されたものを用いることができる。

ＥＮＲのエポキシ化率は１５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１５モル％未満では、グリップ性能が不充分である傾向がある。また、ＥＮＲのエポキシ化率は８５モル％以下が好ましく、５０モル％以下がより好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が８５モル％をこえると、転がり抵抗が増大してしまう傾向がある。

ゴム成分中のＥＮＲの含有率は５０重量％以上が好ましく、７０重量％以上がより好ましく、８０重量％以上がさらに好ましい。ＥＮＲの含有率が５０重量％未満では、グリップ性能が低下する傾向がある。なお、ＥＮＲの含有率は１００重量％が最も好ましい。

ゴム成分としては、ＥＮＲ以外にも、タイヤ工業において一般的に使用されているゴム成分、たとえば、ＮＲ、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体のハロゲン化物などを使用することができ、これらのＥＮＲ以外のゴム成分は、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。なかでも、石油外資源であるため、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、グリップ性能を向上させることができることから、ＮＲが好ましい。

ＮＲを含有する場合、ゴム成分のＮＲの含有率は５０重量％以下が好ましく、３０重量％以下がより好ましく、２０重量％以下がさらに好ましい。ＮＲの含有率が５０重量％をこえると、グリップ性能が低下する傾向がある。

シリカとしては、乾式法または湿式法により調製されたものがあげられるが、とくに制限はない。

シリカのＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）は３０ｍ²／ｇ以上が好ましく、４５ｍ²／ｇ以上がより好ましい。シリカのＢＥＴが３０ｍ²／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、混練り時の加工性が低下し、シリカを分散させることが困難になる傾向がある。

シリカを水に分散させて５％水性分散液としたときのｐＨ（５％ｐＨ）は７．１以上、好ましくは７．４以上である。５％ｐＨが７．１未満では、転がり抵抗が増大する。また、５％ｐＨは１２．０以下、好ましくは１１．０以下である。５％ｐＨが１２．０をこえるシリカを製造することは困難であり、コストが増大してしまう。

シリカとして、タイヤ工業において一般的に使用されるシリカを用いることができる。５％ｐＨが本願発明を満たすものとしては、例えばデグッサ社製のＣａｒｐｌｅｘ＃１１２０（５％ｐＨ：１０．６）、デグッサ社製のＣａｒｐｌｅｘ＃６７（５％ｐＨ：７．９）、デグッサ社製のＵｌｔｒａｓｉｌ３６０（５％ｐＨ：９．０）、ローディア社製のＺＥＯＳＩＬ４０（５％ｐＨ：８．１）などがあげられる。

また、５％ｐＨが本願発明を満たさないものとしては、例えばデグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（５％ｐＨ：６．２）、日本シリカ（株）製のニップシールＶＮ３ ＡＱ（５％ｐＨ：６．０）、ローン−ポウレック社製のＺｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ（５％ｐＨ：６．２）、デグッサ社製のＣａｒｐｌｅｘＣＳ−７（５％ｐＨ：６．１）などがあげられる。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して３０重量部以上、好ましくは５０重量部以上である。シリカの含有量が３０重量部未満では、タイヤのグリップ性能を向上させるために代わりとなる充填剤であるカーボンブラックの配合量が多くせざるを得なくなるため環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでなく、またカーボンブラックを配合しない場合はタイヤに充分なグリップ性能が得られない。また、シリカの含有量は８０重量部以下、好ましくは７０重量部以下である。シリカの含有量が８０重量部をこえると、加工性およびグリップ性能をバランスよく向上させることができない。

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、とくに限定されるわけではないが、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（２−トリエトキシシリルエチル）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−トリメトキシシシルエチル）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（３−トリメトキシシリルプロピル）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(３−トリメトキシシリルプロピル）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、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る。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。

シリカとともにシランカップリング剤を併用する場合、シランカップリング剤の含有量は、シリカ１００重量％に対して２重量％以上が好ましく、４重量％以上がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が２重量％未満では、耐摩耗性が不充分となる傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は２０重量％以下が好ましく、１２重量％以下がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が２０重量％をこえると、コストに対する性能の改善効果がつりあわない傾向がある。

カーボンブラックとしては、とくに限定されるわけではないが、Ｎ１１０、Ｎ２２０、Ｎ２３４、Ｎ３２６、Ｎ３３０、Ｎ３５１、Ｎ５５０のように、タイヤ工業において一般的に使用されるカーボンブラックを用いることができる。なかでも、タイヤを適当に黒色化することができ、さらに、耐候性を向上させられることから、Ｎ２２０が好ましい。

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１０重量部以下、好ましくは６重量部以下である。カーボンブラックの含有量が１０重量部をこえると、石油資源の含有率が増大するため、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもできない。また、カーボンブラックの含有量は２重量部以上が好ましく、４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２重量部未満では、タイヤを充分に黒色化することができないうえに、耐候性が低下する傾向がある。

本発明では、所定のゴム成分、所定のシリカおよびカーボンブラックを所定量含有することで、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、グリップ性能を向上させることができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、軟化剤としてオイルを含有してもよい。

オイルとしては、プロセスオイル、植物油脂またはこれらの混合物があげられるが、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもできるという理由から、植物油脂が好ましい。

プロセスオイルとしては、具体的には、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイルなどがあげられる。

植物油脂としては、具体的には、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、バーム油、ヤシ油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、バーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、サフラワー油、桐油などがあげられる。

本発明のトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、カーボンブラックおよび軟化剤以外にも、タイヤ工業において通常使用される配合剤、たとえば、ワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを適宜配合することができる。

本発明のタイヤは本発明のトレッド用ゴム組成物を用いて、通常の方法により製造される。すなわち、前記配合剤を必要に応じて配合した本発明のトレッド用ゴム組成物を未加硫の段階でタイヤのトレッドの形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧して本発明のタイヤを製造することができる。

本発明のタイヤは、本発明のトレッド用ゴム組成物をトレッドに用いることで、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもできるエコタイヤとすることができる。

さらに、本発明のトレッド用ゴム組成物は、転がり抵抗を低減させ、グリップ性能を向上させることができるという利点から、特にキャップトレッド用ゴム組成物として用いることが好ましい。

実施例にもとづいて、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使用した各種薬品について、まとめて説明する。
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社（Ｋｕｍｐｕｌａｎ Ｇｕｔｈｒｉｅ Ｂｅｒｈａｄ）（マレーシア）製のエポキシ化天然ゴム（エポキシ化率：２５モル％）
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０
シリカＡ１：デグッサ社製のＣａｒｐｌｅｘ＃１１２０（ｐＨ：１０．６）
シリカＡ２：ローディア社製のＺＥＯＳＩＬ４０（５％ｐＨ：８．１）
シリカＡ３：デグッサ社製のＵｌｔｒａｓｉｌ３６０（５％ｐＨ：９．０）
シリカＢ１：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（ｐＨ：６．２）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ７５（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
オイル：日清オイリオグループ（株）製の大豆油
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック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）製のステアリン酸
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ＣＺ（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）

実施例１〜１１および比較例１〜７
表１に示す配合処方にしたがい、（株）神戸製鋼所製の１．７Ｌバンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を約１５０℃の条件下で４分間混練りし、混練り物を得た。次に、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、８０℃の条件下で３分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物をトレッド形状に成形し、他のタイヤ部材と貼りあわせ、１５０℃の条件下で３０分間加硫することにより、実施例１〜１１および比較例１〜７の乗用車用試験タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を作製した。

（転がり抵抗試験）
２５℃の条件下で、前記乗用車用試験タイヤをドラム上で走行させて転がり抵抗を測定した。そして、比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、下記計算式により、各配合の転がり抵抗を指数表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど転がり抵抗が低減され、転がり抵抗特性に優れることを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１の転がり抵抗）
÷（各配合の転がり抵抗）×１００

（グリップ性能）
アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）評価試験により得られた制動性能をもとにして、グリップ性能を評価した。すなわち、１８００ｃｃ級のＡＢＳが装備された乗用車に前記タイヤを装着して、アスファルト路面（ウェット路面状態、スキッドナンバー約５０）を実車走行させ、時速１００ｋｍ／ｈの時点でブレーキをかけ、乗用車が停止するまでの減速度を算出した。ここで、本発明でいう減速度とは、乗用車が停止するまでの距離である。そして、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、各配合の減速度をグリップ性能指数として示した。なお、グリップ性能指数が大きいほど制動性能が良好であり、グリップ性能に優れることを示す。
（グリップ性能指数）＝（比較例１の減速度）
÷（各配合の減速度）×１００

上記試験の評価結果を表１および表２に示す。

実施例１〜１１では、ＥＮＲ、所定のシリカおよびカーボンブラックを所定量含有しており、転がり抵抗を低減させ、グリップ性能を向上させることができる。

比較例１、２、４および５では、シリカのｐＨが低いため、グリップ性能の改善効果が不充分であり、転がり抵抗が増大してしまう。

比較例３では、ＥＮＲを含有しないため、グリップ性能が低下してしまう。

比較例６および７では、シリカを所定量含有しないため、グリップ性能の改善効果と転がり抵抗の低減効果のバランスが悪い。

Claims (3)

1. エポキシ化天然ゴムを含有するゴム成分１００重量部に対して、
   シリカを水に分散させて５％水性分散液としたときのｐＨが７．１〜１２．０であるシリカを３０〜８０重量部、および
   カーボンブラックを１０重量部以下含有するトレッド用ゴム組成物。
2. ゴム成分中のエポキシ化天然ゴムの含有率が５０重量％以上である請求項１記載のトレッド用ゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤ。