JP2008174608A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】特定のゴム組成物をベーストレッドに用いて低燃費性を実現させた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】トレッド部のタイヤ半径方向外側に配置されているキャップトレッド及びタイヤ半径方向内側に配置されているベーストレッドを有する空気入りタイヤであって、前記ベーストレッドゴムが、ゴム成分１００重量部中に、ジエン系ゴムと、ポリマー分子末端基が少なくとも１種の官能基により変性された変性スチレンブタジエンゴム及び／又は変性ブタジエンゴムを１５重量部以上含み、前記ゴム成分１００重量部に対して、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル基を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子を１〜４０重量部含むゴム組成物からなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、より詳しくは、低燃費性能に優れた空気入りタイヤに関するものである。

近年、自動車の低燃費化に対する要請が高まり、タイヤの転がり抵抗を低減させ低燃費化に対応する技術開発が進められているなかで、タイヤのトレッド構造や該トレッドに用いられるゴム材料などについて多くの検討がなされている。

例えば、トレッドをキャップ部およびベース部からなる２層構造を有するものとし、かかるベース部に特定のカーボンブラックと、四塩化スズによりカップリングされたスター型溶液重合のブタジエンゴムやスチレンブタジエンゴムを含むゴム組成物を用いてタイヤの低燃費化を図ることが提案されている（例えば、特許文献１）。

また、燃費性能とウェット性能などとの両立を図るために、ゴム組成物にゲル化ゴムを配合した技術が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献２に記載のように、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１５以上のゲルゴムは、ゴムとしての性能を有し、適度なガラス転移温度Ｔｇを持つゲルゴムを選択することによって、比較的容易にタイヤ性能を向上させることは可能であるが、ゲルゴムが互いに絡み合っている場合には、ゲルゴムを均一に分散させることが困難であり、得られるゴムの加工性やゴム物性に影響を与えることがあった。

上記問題点である加工性及びゴム物性を改良するものとして、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１６〜７０のゲル化ゴム５〜５０重量部、リビングアニオン重合で合成したジエン系ゴム５〜９０重量部及びその他のジエン系ゴム０〜４５重量部のゴム分１００重量部、シリカ５〜１００重量部並びにその他の充填剤０〜１００重量部を含んでなるタイヤトレッド用ゴム組成物が提案されている（特許文献３）。
特開平７−１０９３８４号公報 特開２００１−１３９７２９号公報 特開２００５−１４６０５３号公報

上記特許文献３の技術によれば、加工性（ムーニー粘度）及びトレッド部に該ゴム組成物を使用したタイヤのウェット性能は優れるものとされているが、ゲル化ゴム（架橋されたゴム粒子）はゴム中でゲル化ゴム同士が凝集しやすくゴム中での分散性が不十分となり、その効果を十分発揮できないという問題が残されていた。

そこで本発明の目的は、ゴム組成物の加工性や強度などのゴム物性に優れることはもちろんのこと、該ゴム組成物をタイヤのベーストレッドに用いて低燃費性を実現させた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は、上記従来技術に鑑みて、架橋されたゴム粒子の凝集を抑えてゴム中での分散性を改善することで、その効果を十分発揮させることを見出した。

すなわち、本発明は、トレッド部のタイヤ半径方向外側に配置されているキャップトレッド及びタイヤ半径方向内側に配置されているベーストレッドを有する空気入りタイヤであって、前記ベーストレッドゴムが、ゴム成分１００重量部中に、ジエン系ゴムと、ポリマー分子末端基が少なくとも１種の官能基により変性された変性スチレンブタジエンゴム及び／又は変性ブタジエンゴムを１５重量部以上含み、前記ゴム成分１００重量部に対して、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル基を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子を１〜４０重量部含むゴム組成物からなることを特徴とする空気入りタイヤである。

本発明において、前記官能基が、アミノ基、エポキシ基、ヒドロキシル基、アルキルシリル基、ポリシロキサン基、カルボキシル基、ラクタム基であることが好ましい。

また、前記ゴム粒子は、トルエン膨潤指数Ｑｉが１〜１５であることが好ましい。

本発明によると、官能基で末端変性された変性ポリマーをゴム成分として用いることで、架橋されたゴム粒子と変性ポリマーとの親和性を向上させてゴム粒子のゴム中への分散性を良好にしてゴム組成物の加工性や強度などの物性に優れるとともに、これを空気入りタイヤのベーストレッドゴムに用いることでタイヤの燃費性能を向上することができる。

本発明にかかるベーストレッド用のゴム組成物おいて用いられるゴム成分はジエン系ゴムである。ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）などが挙げられ、それらの単独あるいは２種以上のブレンドゴムで使用することができる。

本発明においては、ゴム成分として、ゴム成分１００重量部中に、ポリマー分子末端基が少なくとも１種の官能基により変性された変性スチレンブタジエンゴム（Ｍ−ＳＢＲ）及び／又は変性ブタジエンゴム（Ｍ−ＢＲ）を１５重量部以上含む。

上記変性ポリマーは、トレッドのベーストレッドゴムに適用されることから、強度、低発熱性、低転がり抵抗などタイヤ特性、耐久性を維持、向上することからＭ−ＳＢＲ、Ｍ−ＢＲが用いられるが、低転がり抵抗の観点ではＭ−ＢＲが望ましい。これら変性ポリマーはタイヤサイズや用途により上記ジエン系ゴムとの組み合わせによりブレンド使用することができる。

変性ポリマーは、ポリマー鎖の分子末端に反応性の高い官能基を導入し、ポリマーを変性させるもので、これらの好ましい官能基としてはアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシル基、アルキルシリル基、ポリシロキサン基、カルボキシル基、ラクタム基などが挙げられる。これらの官能基の２種以上を導入し変性したものでもよい。

変性ポリマーはリチウム開始剤などを使用して重合されたリビングポリマーに官能基を持つ化合物を反応させ末端変性されるもので、末端変性の方法は公知の方法によることができる。

変性ポリマーは、分子末端に導入された官能基がゴム粒子表面のヒドロキシル基との親和性を向上し、ゴム粒子同士の凝集を抑えてゴム中での分散性を良好にし、ゴム粒子の持つ低燃費性能の優れた特長をゴム組成物に発現させることができる。ゴム成分中の変性ポリマーの量が１５重量部未満では、低燃費性の改良効果が不十分となる。変性ポリマーの含有量は、好ましくは３０重量部以上である。

本発明において用いられるゴム粒子は、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル基（ＯＨ基）を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子である。

かかるゴム粒子を上記変性ポリマーと組み合わせて配合することで、ゴム中でのゴム粒子同士の凝集を抑えて分散性を良好にし、補強効果を向上し強度、耐疲労性などのゴム物性を損なわずに燃費性能を向上することができる。

該ゴム粒子は、平均粒子径（ＤＩＮ５３２０６によるＤＶＮ値）が５〜２０００ｎｍであり、好ましくは２０〜６００ｎｍ、より好ましくは４０〜２００ｎｍである。平均粒子径が上記範囲にあると、ゴム組成物の加工性や補強効果を維持して、低燃費性能を発現することができる。

上記ゴム粒子は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−１００〜−６５℃のものが用いられる。Ｔｇが−１００℃未満では変性ポリマーとの相容性が低下し分散性が改善されず、強度が低下傾向を示し、−６５℃を超えると燃費性能が悪化する。Ｔｇは、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して測定される。

さらに、ゴム粒子は、トルエン膨潤指数Ｑｉが１〜１５であることが好ましい。より好ましくは、Ｑｉが１〜１０である。Ｑｉが１未満では強度や弾性率などゴム物性が確保し難く、１５を超えると粒子が柔らかくなり補強効果が失われ強度や耐疲労性が低下する。

また、ゴム粒子のゲル含量が９４重量％以上であることが好ましい。ゲル含量が９４重量％未満ではゴム粒子の弾性率が低下する傾向にあり、これを配合するゴム組成物にも影響する。

ここで、Ｑｉは、例えば、ゴム粒子２５０ｍｇをトルエン２５ｍｌ中で２４時間振とうしながら膨潤させた後、遠心分離しゲルを溶剤から分離し秤量し（濡れ重量）、次いで７０℃で恒量になるまで乾燥し乾燥重量を秤量し、次式から求められる値である。
Ｑｉ＝濡れ重量／乾燥重量
また、ゲル含量は、使用されたゴム粒子に対する乾燥ゴム粒子の重量比（％）である。

該ゴム粒子は、未加硫ゴム分散液を架橋することにより得られるゲル化ゴムである。ゴム分散液としては、乳化重合により製造されるゴムラテックス、天然ゴムラテックス、或いは溶液重合されたゴムを水中に乳化させて得られるゴム分散液が挙げられる。構成ゴム成分としては、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲ、ＢＲ、ニトリルゴム、クロロプレンゴムなどのジエン系ゴムが挙げられ、好ましくはＮＲ、ＢＲ、ＳＢＲ、又はこれらと他のジエン系ゴムとのブレンドゴムである。

ゴム粒子の架橋剤としては、硫黄、有機硫黄化合物などの硫黄系架橋剤が挙げられるが、有機パーオキシド、有機アゾ化合物などの架橋剤を併用してもよい。

また、上記ゴム粒子は、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル（ＯＨ）基を有する化合物で変性されたものである。すなわち、ジエン系ゴムをベースとして硫黄架橋されたゴム粒子を、変性剤としてＯＨ基を有する化合物を用いて変性してなる。かかる変性については、例えば特表２００４−５０６０５８号公報に記載されており、変性剤としては、ヒドロキシブチルアクリレート又はメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート又はメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート又はメタクリレートなどが挙げられる。ＯＨ基変性により、上記のように変性ポリマーとの親和性を向上することでゴム中への分散性を良好にし燃費性能をより向上させることができる。

上記ゴム粒子はゴム成分１００重量部に対して、１〜４０重量部で配合される。配合量が１重量部未満では、ゴム粒子による効果がゴム組成物に発現されず、４０重量部を超えるとゴム粒子が異物化し強度が低下する傾向にある。かかるゴム粒子は、ラインケミー社製の商品名「マイクロモフ」シリーズが市販品としてあり、使用することができる。

また、前記ゴム組成物の補強性充填剤としては、カーボンブラックやシリカなどの無機充填剤が挙げられる。

カーボンブラックとしては、特に制限されないが、強度、低発熱性、加工性などからヨウ素吸着量が４０〜１００ｇ／ｋｇのカーボンブラックが好ましく、具体的にはＦＥＦ、ＨＡＦ級のカーボンブラックがあり、その配合量はゴム成分１００重量部に対し２０〜５５重量部程度である。

また、シリカとしては、種類は特に制限されないが、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００〜２５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１００ｍｌ／１００ｇ以上の湿式シリカが補強効果と加工性の点から好ましく、その配合量はゴム成分１００重量部に対し０〜５０重量部程度である。この場合、ビス（トリエトキシシリルプロピル）−テトラスルフィド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドなどのシランカップリング剤の併用が好ましい。

また、ゴム組成物には、そのほかに、一般にタイヤトレッドゴムで使用される添加剤、例えば、プロセスオイル、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、ワックス、樹脂類、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。

本発明の空気入りタイヤは、通常の方法により製造される。すなわち、前記ゴム組成物は、それぞれ通常の加工方法、例えば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練される。得られたゴム組成物は別途準備されたキャップゴム用ゴム組成物と共に、キャップ／ベースの２層構造トレッドの形状に押し出し加工し、タイヤ成形機上で通常の方法により未加硫タイヤを成形し、加硫機中で加硫成形してタイヤを製造することができる。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用、ライトトラック用、トラック・バス用の大型車両用タイヤなど各種用途のタイヤに適用することができる。

以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。

表１に記載の配合処方（重量部）に従い、実施例及び比較例のベースゴム用ゴム組成物を容量２００リットルのバンバリーミキサーを使用し常法により混練し調製した。使用したゴム成分、配合剤は下記である。なお、共通の配合成分、配合量は下記の通りである。

［ゴム成分］
・天然ゴム（ＮＲ）：タイ製、ＲＳＳ＃３
・末端ＯＨ基変性ブタジエンゴム（変性ＢＲ）：旭化成（株）、「タフデンＥ４０」
・ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）、「ＢＲ１５０」
・ゴム粒子−Ａ：ラインケミー社、「マイクロモフ３０Ｂ」、ＢＲをベースとするゲルゴム粒子、平均粒子径＝１３０ｎｍ、Ｔｇ＝−８０℃、Ｑｉ＝５．９、ゲル含量＝９７重量％
・ゴム粒子−Ｂ：ラインケミー社、「マイクロモフ３Ｂ」、ＳＢＲをベースとするゲルゴム粒子、平均粒子径＝６０ｎｍ、Ｔｇ＝−６０℃，Ｑｉ＝５．９、ゲル含量＝９７重量％
・ゴム粒子−Ｃ：三洋貿易（株）より供給、「ＶＰ６０１」、シリコンゴムをベースとするゲルゴム粒子、平均粒子径＝１００ｎｍ、Ｔｇ＝−１１５〜−１２０℃

［共通成分］
・カーボンブラック（Ｎ５５０）：変量（東海カーボン（株）、シーストＳＯ）
・アロマオイル：３重量部（ジャパンエナジー（株）、Ｘ−１４０）
・老化防止剤６Ｃ：１重量部（大内新興化学工業（株）、ノクラック６Ｃ）
・ステアリン酸：２重量部（花王（株）、ルナックＳ−２０）
・酸化亜鉛：３重量部（三井金属鉱業（株）、亜鉛華１号）
・硫黄：２重量部（細井化学工業（株）、５％オイル処理粉末硫黄）
・加硫促進剤ＮＳ：１．５重量部（大内新興化学工業（株）ノクセラーＮＳ−Ｐ）

各ゴム組成物の動的粘弾特性（損失係数ｔａｎδ）、強度を下記試験方法に従い評価した。結果を表１に示す。

［ｔａｎδ］
動的粘弾性測定装置（上島製作所（株）製）を使用し、ＪＩＳ Ｋ６３９４に準じて、周波数５０Ｈｚ、動歪み１．０％、温度５０℃の条件で損失係数ｔａｎδを測定した。比較例１を１００とする指数で示し、値が小さいほどｔａｎδが低く燃費性が良好である。

［強度］
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて、引張試験を行い、破断時引っ張り強さを測定した。比較例１を１００とする指数で示し、値が小さいほど強度が劣る。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用を始めとし、ライトトラック用、トラック・バス用の大型車両用タイヤなどタイヤサイズに関わらず各種用途の車両に装着し使用することができる。

Claims (3)

1. トレッド部のタイヤ半径方向外側に配置されているキャップトレッド及びタイヤ半径方向内側に配置されているベーストレッドを有する空気入りタイヤであって、
   前記ベーストレッドゴムが、
   ゴム成分１００重量部中に、ジエン系ゴムと、ポリマー分子末端基が少なくとも１種の官能基により変性された変性スチレンブタジエンゴム及び／又は変性ブタジエンゴムを１５重量部以上含み、
   前記ゴム成分１００重量部に対して、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル基を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子を１〜４０重量部含むゴム組成物からなる
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記官能基が、アミノ基、エポキシ基、ヒドロキシル基、アルキルシリル基、ポリシロキサン基、カルボキシル基、ラクタム基である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ゴム粒子は、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１〜１５である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。