JP2008201944A - タイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】芳香族系オイルに代えて、環境への負荷が小さく、トール油エステル系オイルを用いて、耐摩耗性及び氷上性能の優れたタイヤトレッド用ゴム組成物を得る。
【解決手段】（ｉ）天然ゴム（ＮＲ）及び／もしくはポリイソプレンゴム（ＩＲ）２０〜８０重量部、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）及び／もしくはスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を８０〜２０重量部含むジエン系ゴム１００重量部並びに（ii）ＤＳＣによるガラス転移温度Ｔｇが０℃以下のトール油エステル系オイル１〜５０重量部を含んでなるタイヤトレッド用ゴム組成物並びにそれを用いたタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明はタイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関し、更に詳しくはアロマオイルに代えて環境への負荷の小さいトール油エステル系オイルを配合した寒冷用空気入りタイヤに使用するのに好適なタイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関する。

ジエン系ゴムを主体としたスタッドレスタイヤなどの寒冷用空気入りタイヤ用ゴム組成物の氷上摩擦性能などの氷上性能を向上させる手法が種々提案されているが、未だに改善の余地がある。

一方、ジエン系ゴムなどのゴム用可塑剤又は軟化剤としては、配合物性に優れる芳香族系オイルが一般的に用いられているが、芳香族系オイルは多環芳香族成分を含み、環境への負荷が高いという問題がある。このため、Ｔ−ＤＡＥ等の環境対応芳香族系オイルを使用することも提案されているが、従来のゴム配合用芳香族系オイルと比較して、得られるゴム組成物の耐摩耗性や氷上性能などの物性的に劣るという問題がある。また、従来より、種々の目的の下に、ゴム組成物に対してトール油、トール油脂肪酸又はトール油ロジン等を配合したものが特許文献１、特許文献２及び特許文献３等に記載されているが、いずれも従来の芳香族系オイルと同等又はそれ以上の配合物性を示すには至っていない。

再公表０１／０７７２２１号公報 特開平６−１０７８６６号公報 特開平１０−２８７７６８号公報

従って、本発明の目的は、芳香族系オイルに代えて、天然系のトール油エステル系オイルを用い、環境にやさしく、従来のＴ−ＤＡＥ等の環境対応芳香族系オイルに比較して、耐摩耗性や氷上性能等の物性に優れたタイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することにある。

本発明に従えば、（ｉ）天然ゴム（ＮＲ）及び／もしくはポリイソプレンゴム（ＩＲ）２０〜８０重量部、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）及び／もしくはスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を８０〜２０重量部含むジエン系ゴム１００重量部並びに（ii）ＤＳＣによるガラス転移温度Ｔｇが０℃以下のトール油エステル系オイル１〜５０重量部を含んでなるタイヤトレッド用ゴム組成物並びにそれを用いたタイヤが提供される。

本発明によれば、ゴム組成物に、芳香族系オイルに代えて、トール油エステル系オイルを用いることにより、環境にやさしく、耐摩耗性や氷上性能等の物性に優れたタイヤトレッド用ゴム組成物を得ることができる。

本発明者らは前記課題を解決すべく研究を進めた結果、従来の芳香族系オイルに代えて、ガラス転移温度Ｔｇが０℃以下のトール油エステル系オイルを用いることにより、環境にやさしく、耐摩耗性や氷上性能などの物性に優れたゴム組成物を得ることに成功した。

本発明によれば、天然ゴム（ＮＲ）及び／又はポリイソプレンゴム（ＩＲ）を２０〜８０重量部と、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）及び／もしくはスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を８０〜２０重量部を含むジエン系ゴム１００重量部に対し、Ｔｇが０℃以下のトール油エステル系オイル１〜５０重量部、好ましくは２〜４０重量部を配合する。このトール油エステル系オイルの配合量が多いと、ゴムとの親和性が低くなり、ブリードしやすくなり、逆に少ないと所望の効果が得られないので好ましくない。

本発明に係るゴム組成物に配合されるジエン系ゴムは、配合される天然ゴム（ＮＲ）及び／又はポリイソプレンゴム（ＩＲ）と、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）及び／もしくはスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）とを含み、その他各種ゴム組成物に配合することができる他の任意のジエン系ゴム、例えばアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）などを単独又は任意のブレンドとして使用することもできる。ＢＲ及び／又はＳＢＲの配合量が少ないと低温性能がわるくなるので好ましくない。

本発明において配合するトール油エステル系オイルはＴｇ（ＤＳＣ法に準拠して測定）が０℃以下、好ましくは−８０℃〜−３０℃であるＴｇが高いと充分な可塑化効果が得られず、またウェット性能及び氷上性能が低下するので好ましくない。また本発明において使用するトール油エステル系オイルは酸価（ＫＯＨ滴定法にて測定）が２０以下であるのが好ましい。酸価が高いと、ゴムとの親和性が低くなり、加工上好ましくなく、またブリードしてしまうおそれがある。

一般に、トール油は、クラフトパルプ製造時の副産物として回収され、非常に複雑な組成を有しており、トール油中の酸性成分としては、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、エライジン酸、オレイン酸、リノール酸、共役リノール酸、α−リノレン酸、エイコサジエン酸等の炭素数１６〜２２までの飽和及び不飽和脂肪酸、アビエチン酸、バラストリン酸、ネオアビエチン酸、ピマル酸、サンダラコピマル酸、イソピマル酸、デヒドロアビエチン酸等の炭素数２０のジテルペンモノカルボン酸である樹脂酸（ロジン）から構成されている。トール油は、市場より容易に入手することが可能であり、例えば、ハートールＲ−２０、ハートールＲ−３０、ハートールＳＲ−２０及びハートールＳＲ−３０（以上、ハリマ化成製）が挙げられるが、これらに限定されない。

前記トール油のエステル化に用いられるアルコールとしては、例えばｎ−オクタノール、２−エチルヘキサノール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール等の一価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール等の二価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、トリエタノールアミン等の三価アルコール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン等の四価アルコール等が挙げられるが、本発明に関して好適に用いられるアルコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコールである。

トール油とアルコールとのエステル化は、例えば公知の方法により実施することができる。トール油のカルボキシル基に対するアルコールの水酸基の仕込み当量比は任意であるが、一般的に１．０〜２．０であることが好ましい。エステル化は、１５０〜２５０℃の温度で、不活性ガス気流下に、パラトルエンスルホン酸、リン酸、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酢酸カルシウム、ジブチル錫オキシド等の触媒存在下に、生成する反応水を系外に除去しながら、約５〜２０時間かけて行われる。反応終了後に、反応物から未反応物を減圧下に除去する。また、この際に、当該トール油エステル混合物の酸化安定性を改善するために、フェノール系及び亜リン酸エステル系酸化防止剤を添加してもよい。本発明で使用するトール油エステルの製造方法をこの方法に限定するものでないことはいうまでもない。

また、本発明では、上記トール油エステル混合物に代えて、トール油脂肪酸及びトール油ロジンをそれぞれ任意の比率で配合し、前記アルコールでエステル化したものを使用することも可能である。当該方法でのトール油脂肪酸とトール油ロジンとの配合比は、２:８〜６:４の範囲であることが好ましい。

更に、本発明では、上記トール油エステル混合物に代えて、トール油脂肪酸を予め前記アルコールでエステル化したものと、トール油ロジンを予め前記アルコールでエステル化したものを任意の割合で配合して得られるものを使用することも可能である。当該方法でのトール油脂肪酸エステルとトール油ロジンエステルとの配合比は、１:９〜７:３の範囲であることが好ましい。

入手可能なトール油脂肪酸としては、ハートールＦＡ−１、ハートールＦＡ−１Ｐ、ハートールＦＡ−３Ｓ等（以上、ハリマ化成製）が挙げられ、またトール油ロジンとしては、ハートールＲ−ＷＷ、ハートールＲ−Ｘ等（以上、ハリマ化成製）が挙げられるが、これらに限定されない。また、当該脂肪酸としては、大豆油、亜麻仁油、綿実油、米糠油、ヤシ油、ヒマシ油等の植物油脂から得られる脂肪酸、牛脂、豚脂、魚油等の動物性油脂から得られる脂肪酸、大豆油脂肪酸、トール油脂肪酸等の不飽和脂肪酸の二量化で副生する分岐脂肪酸を使用することが可能であり、また、他方、当該ロジンとしては、ガムロジン、ウッドロジンの使用も可能であり、更に、トール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジンの水添物、不均化物、マレイン化物、フマル化物、アクリル化物、二量化物等を用いることも可能である。

本発明に係るゴム組成物には、前記した成分に加えて、カーボンブラックやシリカなどの補強剤（フィラー）、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、老化防止剤、可塑剤などのタイヤ用、その他のゴム組成物用に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうまでもない。

以下の例で用いたトール油エステル系オイル−１及び２は以下のようにして調製した。
合成例１：トール油エステル系オイル−１の合成
攪拌機、窒素導入管、温度計、ディーン・スターク分水器を備えた四つ口フラスコに、トール油（脂肪酸４５％、ロジン３８％、酸価１５７、商品名：ハートールＳＲ−３０、ハリマ化成製）１５００ｇ、ジエチレングリコール２６５ｇ（ＯＨ／ＣＯＯＨ＝１．２）、酸化マグネシウム１．８ｇを加えた。攪拌して均一化した後、２００℃まで昇温し、同温度にて１０時間エステル化を行った。その後、減圧下で未反応アルコール等を除去して得た。
（ＰＣＡ：０％、酸価：９．１及びＴｇ＝−７２℃）

合成例２：トール油エステル系オイル−２の合成
上記と同様のフラスコに、トール油（脂肪酸４５％、ロジン３８％、酸価１５７、商品名：ハートールＳＲ−３０、ハリマ化成製）１２００ｇ、２−エチルヘキサノール５００ｇ（ＯＨ／ＣＯＯＨ＝１．１）、ジブチル錫オキシド１．７ｇを加えた。攪拌して均一化した後、２００℃まで昇温し、同温度にて２０時間エステル化を行った。その後、減圧下で未反応アルコール等を除去して得た。
（ＰＣＡ：０％、酸価：５．１及びＴｇ＝−５３℃）

実施例１〜２及び比較例１〜５
サンプルの調製
表Ｉに示す配合において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉型ミキサーで５分間混練し、室温まで冷却させてマスターバッチを得た。このマスターバッチに加硫促進剤と硫黄をオープンロールで混練し、未加硫ゴム組成物を得た。

次に得られたゴム組成物を所定の金型（サイズ：１５×１５×０．２cm）中で１６０℃で２０分間加硫して加硫ゴムを調製し、以下に示す試験法で加硫ゴムの物性を測定した。結果は表Ｉに示す。

ゴム物性評価試験法
１）耐摩耗性：ＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠して、ランボーン摩耗試験機（岩本製作製）を使用し、試験温度２０℃、スリップ率５０％、荷重１５Ｎで測定した。それぞれの比較例１の値を１００として指数で評価した。数値が大きい程、耐摩耗性が良好であることを示す。

２）ウェットグリップ性…粘弾性スペクトロメーター（東洋精機製作所製）を用いて、周波数：２０Hz、初期歪：１０％、動歪：±２％の条件で、０℃におけるｔａｎδを測定し、比較例を１００とする指数で表示した。数値が大であるほどＷｅｔグリップ性が優れていることを示す。

３）氷上摩擦力…インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度：−３℃、荷重：５．５kg／cm³、ドラム回転速度：２５km／ｈの条件で氷上摩擦係数を測定し、比較例１を１００とする指数で表示した。数値が大であるほど氷上摩擦力に優れていることを示す。

表Ｉ脚注
＊１：タイ国製ＳＴＲ２０
＊２：日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ １２２０
＊３：キャボットジャパン（株）製ショウブラックＮ２２０
＊４：東ソー・シリカ（株）製Ｎｉｐｓｉｌ ＡＱ
＊５：Ｄｅｇｕｓｓａ製Ｓｉ６９
＊６：（株）ジャパンエナジー製プロセスＸ−１４０（ＰＣＡ：２２％、酸価：２．０及びＴｇ：−３６℃）
＊７：Ｈ＆Ｒ製Ｖｉｖａ−Ｔｅｃ ５００（ＰＣＡ：２．５％、酸価：２．３及びＴｇ：−４５℃）
＊８：合成例１参照
＊９：合成例２参照
＊１０：ハリマ化成（株）製ハートールＳＲ−３０（ＰＣＡ：０％、酸価１５７及びＴｇ＝−３２℃）
＊１１：荒川化学工業（株）製中国ロジンＷＷ（ＰＣＡ：０％、酸価：１０２及びＴｇ：３０℃）
＊１２：正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種
＊１３：日本油脂（株）製ビーズステアリン酸 桐
＊１４：Ｆｌｅｘｓｙｓ製Ｓａｎｔｏｆｌｅｘ ６ＰＰＤ
＊１５：鶴見化学工業（株）製金華印微粉硫黄
＊１６：大内新興化学（株）製加硫促進剤 ノクセラーＣＺ−Ｇ
＊１７：大内新興化学（株）製加硫促進剤 ノクセラーＤ

本発明に従ったゴム組成物は、従来の芳香族系オイルに代えて、天然系の特定のトール油エステル系オイルを用いるので環境にやさしく、耐摩耗性や氷上性能に優れるので、タイヤトレッド用ゴム組成物、特に寒冷地用空気入りタイヤのタイヤトレッド、その他のパーツ用などをはじめ、各種ゴム製品に使用することができる。

Claims (4)

1. （ｉ）天然ゴム（ＮＲ）及び／もしくはポリイソプレンゴム（ＩＲ）２０〜８０重量部、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）及び／もしくはスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を８０〜２０重量部含むジエン系ゴム１００重量部並びに（ii）ＤＳＣによるガラス転移温度Ｔｇが０℃以下のトール油エステル系オイル１〜５０重量部を含んでなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. トール油エステル系オイルの酸価が２０以下である請求項１に記載のゴム組成物。
3. トール油エステル系オイルのＴｇが−８０℃〜−３０℃である請求項１又は２に記載のゴム組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物をタイヤトレッドに用いたタイヤ。