JP2009029884A - タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】引張物性、耐摩耗性（補強性）を損なうことなく、低燃費特性に優れたタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ゴム成分１００重量部に対して、平均粒子径が２００ｎｍ以下であり、真円度が１〜１．２５である真球状シリカ３〜１００重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物である。真球状シリカ１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有することが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物および該組成物から作製された空気入りタイヤに関する。

近年、低燃費特性に対する要求が強くなっており、とくにトレッド配合には転がり抵抗の小さいゴム配合とすることが望まれている。ゴムの転がり抵抗を小さくする方法としては、カーボンブラックの充填量を減量させる方法や、大粒径カーボンブラックを使用する方法などが知られているが、補強性能やウエットグリップ性能が低下するという問題があった。

そこで、比較的粒径の小さなシリカ（数十ｎｍ以下）を配合することにより、補強性能、ウエットグリップ性能および転がり抵抗を両立する技術が開発されているが、未だ充分ではないという問題があった。

一方、粒径の大きな球状シリカを使用する方法も知られているが（特許文献１参照）、耐摩耗性が低下するという問題があった。
特開平６−１１６４４０

本発明は、引張物性、耐摩耗性（補強性）を損なうことなく、低燃費特性に優れたゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分１００重量部に対して、平均粒子径が２００ｎｍ以下であり、真円度が１〜１．５である真球状シリカ３〜１００重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物に関する。

真球状シリカ１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有することが好ましい。

また、本発明は、前記タイヤ用ゴム組成物から構成された空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、特定の真球状シリカを配合するので、タイヤの引張物性、耐摩耗性（補強性）を損なうことなく、低燃費特性に優れた性能を向上させることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分１００重量部に対して、平均粒子径が２００ｎｍ以下であり、真円度が１〜１．２５である真球状シリカ３〜１００重量部を含有する。

ゴム成分としては、とくに限定されず、任意のジエン系ゴムまたは非ジエン系を使用することができる。これらのゴム成分には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどをブレンドすることができる。

ジエン系ゴムとしては、たとえば天然ゴム（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）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレン−イソプレン−ブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレ−スチレン（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン（ＳＥＰＳ）などが挙げられる。これらのジエン系ゴムは、単独で使用してもよく、二種以上を組合せて使用してもよい。

非ジエン系ゴムとしては、たとえば、エチレン−プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、炭素数が４〜７の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をハロゲン化したものが挙げられる。

真球状シリカを配合すると、通常のシリカと比較して隣接シリカと凝集しても接触面積が小さいため、Ｐａｙｎｅ効果を小さくすることができ、ウエットグリップ性能および氷上性能を向上させることができる。さらに、通常のシリカでは粒子径を大きくすると、耐摩耗性が低下するが、真球シリカの場合、隣接シリカ粒子間のポリマーへの応力集中が少なく、シリカ界面での剥離を防ぐことができ、耐摩耗性を維持することができる。ここで、Ｐａｙｎｅ効果とは、歪量を大きくしていくと弾性率が低下するという現象である。

真球状シリカの平均粒径は、２００ｎｍ以下である。２００ｎｍを超えると、転がり抵抗は優れているが、耐摩耗性が低下する傾向にある。平均粒径は、１８０ｎｍ以下が好ましく、１６０ｎｍ以下がより好ましい。

真球状シリカの真円度は、１〜１．２５である。１．２５を超えると、転がり抵抗と耐摩耗性の両立が困難となる。真円度の下限は１．１が、上限は１．２がより好ましい。

真球状シリカの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して３〜１００重量部である。配合量の下限は５重量部が好ましく、１０重量部がより好ましい。上限は７０重量部が好ましく、６０重量部がより好ましい。真球状シリカの配合量が３重量部未満では、真球状シリカを配合する効果が得られず、逆に１００重量部を超えると、加工性が著しく低下する。

本発明のでは、シランカップリング剤を含有することが好ましい。シランカップリング剤としては、従来からシリカ充填材と併用される任意のシランカップリング剤を好適に使用することができるが、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−トリメトキシシリルエチル）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−トリメ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ー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、１種で、または２種以上組み合わせて用いてもよい。カップリング剤添加効果とコストの両立から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）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などがとくに好適に用いられる。

前記シランカップリング剤の配合量は、真球状シリカ１００重量部に対して１〜２０重量部が好ましい。シランカップリング剤の配合量が１重量部未満ではシランカップリング剤を入れた効果が充分でない傾向があり、２０重量部をこえると、コストが上がる割にカップリング効果が得られず、補強性、耐摩耗性が低下する傾向がある。分散効果、カップリング効果の面から、シランカップリング剤の配合量は、上限で１５重量部、下限で２重量部がより好ましい。

本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、真球状シリカ、シランカップリング剤の他に、さらにタイヤゴム工業で通常使用されている各種薬品、たとえば、カーボンブラックなどの補強材、加硫または加硫促進剤、オイル、軟化剤、老化防止剤、充填剤、可塑剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤などの添加剤を配合することができる。

本発明の空気入りタイヤは、前記ゴム成分、真球状シリカ、シランカップリング剤および任意成分をミキサーまたはロールなどにより混練りして、得られた混練り物をタイヤ成型機上にて、たとえばトレッド部の形状とし、それを他のタイヤ部材と貼り合わせて加熱加圧することにより製造することができる。

実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

実施例１〜７および比較例１〜４
実施例および比較例で使用した各種薬品を以下に示す。なお、真球状シリカの真円度は、透過型電子顕微鏡写真を撮影し、少なくとも１００個以上の粒子に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて真円度を算出した。真円の場合は１であり、真円性が小さくなると１よりも大きな値となる。

（真円度）＝（粒子の周囲長）^２／（４π×（面積））

ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２
シリカＡ：シリカ球状微粒子（試作品）（平均粒子径０．０４〜０．０６μｍ、真円度１．１１）
シリカＢ：日本触媒（株）製のシリカ球状微粒子シーホスターＫＥ−Ｐ１０（平均粒子径０．０８〜０．１４μｍ、真円度１．１０）
シリカＣ：日本触媒（株）製のシリカ球状微粒子シーホスターＫＥ−Ｐ３０（平均粒子径０．２７〜０．３５μｍ、真円度１．０９）
シリカＤ：日本触媒（株）製のシリカ球状微粒子シーホスターＫＥ−Ｐ５０（平均粒子径０．４７〜０．６１μｍ、真円度１．１５）
シリカＥ：日本触媒（株）製のシリカ球状微粒子シーホスターＫＥ−Ｐ１００（平均粒子径０．９５〜１．２５μｍ、真円度１．１６）
シリカＦ：日本触媒（株）製のシリカ球状微粒子シーホスターＫＥ−Ｐ１５０（平均粒子径１．３３〜１．８３μｍ、真円度１．１３）
シリカＧ：日本触媒（株）製のシリカ球状微粒子シーホスターＫＥ−Ｐ２５０（平均粒子径２．２５〜２．７５μｍ、真円度１．１４）
シリカＨ：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（平均粒子径１５ｎｍ、平均真円度１．２９）
シリカＩ：デグッサ社製のウルトラシル３６０（平均粒子径２８ｎｍ、平均真円度１．２６）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＮＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（ジフェニルグアニジン）

表１に示す配合内容のうち、ＳＢＲ、シリカ、シランカップリング剤、ステアリン酸、酸化亜鉛を１．７Ｌの密閉式バンバリーミキサーを用いて混練し、配合ゴムを排出して、ベース練りゴムとした。つぎに、ベース練りゴムと、硫黄および加硫促進剤を、２軸オープンロールで混練し、未加硫ゴムシートを得た。該未加硫ゴムシートを、１７０℃で２０分間プレス加硫し、加硫ゴムサンプルを得た。これらのサンプルを、以下に示す試験方法により評価した。

＜引張試験＞
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準じ、加硫ゴム組成物からなる３号ダンベル型試験片を用いて引張り試験を実施し、破断時伸びが１００％、２００％、３００％の時の引張強度を、それぞれＭ１００、Ｍ２００、Ｍ３００として、比較例１のシートの引張強度を１００として、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、引張強度が高い。

（引張強度）＝（各配合の引張強度）／（比較例１の引張強度）×１００

＜硬度＞
室温で、ＪＩＳ−Ａ硬度計を用いて加硫ゴム組成物の硬度（Ｈｓ）を測定した。

＜転がり抵抗試験＞
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度７０℃、初期歪１０％、動歪２％の条件下で、ｔａｎδを測定し、比較例１のシートのｔａｎδを１００として、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、転がり抵抗性が優れている。

（転がり抵抗指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００

＜摩耗試験＞
ランボーン摩耗試験機にて、温度２０℃、スリップ率２０％、試験時間５分間の条件でランボーン摩耗量を測定して、各配合の容積損失を計算し、比較例１のシートの損失量を１００として、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れている。

（摩耗指数）＝（比較例１の損失量）／（各配合の損失量）×１００

測定結果を表１に示す。

表１の結果からわかるように、特定の真球状シリカを使用した実施例では、転がり抵抗が大きく向上し、耐摩耗性も低減でき、転がり抵抗と耐摩耗性のバランスに優れていることがわかる。

Claims (3)

1. ゴム成分１００重量部に対して、平均粒子径が２００ｎｍ以下であり、真円度が１〜１．２５である真球状シリカ３〜１００重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物。
2. 真球状シリカ１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有する請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のタイヤ用ゴム組成物から構成された空気入りタイヤ。