JP2009073887A - キャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】適切な低温硬度およびガラス転移温度を有し、氷上制動性能および耐摩耗性をともに向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物ならびにそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびブタジエンゴムよりなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを５〜２００重量部、および平均１次粒子径が２００ｎｍ以下である超微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物、ならびにそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤまたはスタッドレスタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、キャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

従来、氷雪路面走行用としてスパイクタイヤの使用やタイヤへのチェーンの装着がなされてきたが、これらを使用すると、道路表面がスパイクタイヤの金属製のピンやタイヤに巻いたチェーンにより削られ、削られた路面材料が空中に舞う粉塵問題などの問題が発生するため、これらに代わる氷雪路面走行用タイヤとしてスタッドレスタイヤが提案されている。

通常のタイヤでは、一般路面にくらべ氷雪路面で著しく摩擦係数が低下し滑りやすくなるので、スタッドレスタイヤは、材料面および設計面での工夫がされている。たとえば、低温特性に優れたジエン系ゴムを配合したゴム組成物の開発や、タイヤ表面の凹凸を変え表面エッジ成分を増す工夫が報告されている。しかし、依然として、スタッドレスタイヤの氷雪上における操縦安定性は充分とはいえない。また、引っ掻き効果のある無機短繊維などを配合すること（例えば、特許文献１参照）も知られている。しかし、走行などの刺激や摩耗により、短繊維が脱落することで、引っ掻き効果が失われるという問題があった。これらの問題から、スタッドレスタイヤには、さらなる性能の向上が求められている。

特開２００２−４７３７８号公報

本発明は、適切な低温硬度およびガラス転移温度を有し、氷上制動性能および耐摩耗性をともに向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物ならびにそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびブタジエンゴムよりなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを５〜２００重量部、および平均１次粒子径が３００ｎｍ以下である超微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物に関する。

また、本発明は、前記キャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

さらに、本発明は、前記キャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有するスタッドレスタイヤに関する。

本発明によれば、所定のゴム成分、所定のカーボンブラックおよび所定の超微粒子酸化亜鉛を所定量含有することで、適切な低温硬度およびガラス転移温度を有し、氷上制動性能および耐摩耗性をともに向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物ならびにそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム、カーボンブラックおよび超微粒子状酸化亜鉛を含有する。

ジエン系ゴムは、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）およびブタジエンゴム（ＢＲ）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する。なかでも、低温特性に優れるという理由から、ＮＲおよびＢＲが好ましい。

ジエン系ゴムとしては、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲおよびＢＲ以外にも、例えば、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）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、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があげられ、これらのなかから、１種または２種以上を選択して、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲ、ＢＲと併用することもできるが、これらのゴム成分は低温特性が大幅に低下するという理由から、含まないことが好ましい。

カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、グラファイトなどがあげられ、これらのカーボンブラックは単独で用いてもよく、２種以上を組合せて用いてもよい。なかでも、低温特性と摩耗性能をバランスよく向上させることができるという理由から、ファーネスブラックが好ましい。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、充分な補強性および耐摩耗性が得られる点から、７０ｍ²／ｇ以上が好ましく、９０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。また、カーボンブラックのＮ₂ＳＡは、分散性に優れ、発熱しにくい点から、３００ｍ²／ｇ以下が好ましく、２５０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。なお、Ｎ₂ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−２「ゴム用カーボンブラック−基本特性−第２部：比表面積の求め方−窒素吸着法−単点法」に準じて測定することができる。

カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は、充分な耐摩耗性および低発熱性が得られる点から、５ｍｌ／１００ｇ以上が好ましく、５０ｍｌ／１００ｇ以上がより好ましく、８０ｍｌ／１００ｇ以上がさらに好ましい。また、カーボンブラックのＤＢＰは、伸びなどの疲労特性に優れる点から、３００ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、２００ｍｌ／１００ｇ以下がより好ましく、１６０ｍｌ／１００ｇ以下がさらに好ましい。なお、ＤＢＰは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−４「ゴム用カーボンブラック−基本特性−第４部：ＤＢＰ吸収量の求め方」に準じて測定することができる。

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５重量部以上、好ましくは１０重量部以上である。カーボンブラックの含有量が５重量部未満では、充分な補強性が得られない。また、カーボンブラックの含有量は２００重量部以下、好ましくは１５０重量部以下、より好ましくは６０重量部以下である。カーボンブラックの含有量が２００重量部をこえると、加工性が悪化し、発熱しやすくなるだけでなく、耐摩耗性が低下する。

超微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径は３００ｎｍ以下、好ましくは２５０ｎｍ以下である。超微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径が３００ｎｍをこえると、耐摩耗性が低下する。また、超微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径は、分散性に優れる点から、１００ｎｍ以上が好ましく、１５０ｎｍ以上がより好ましい。

超微粒子酸化亜鉛の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して０．１重量部以上、好ましくは０．５重量部以上である。超微粒子酸化亜鉛の含有量が０．１重量部未満では、超微粒子酸化亜鉛の含有量が少なすぎて、氷上制動性能および耐摩耗性の改善効果が得られないだけでなく、加硫助剤としての効果も得られない。また、超微粒子酸化亜鉛の含有量は１０重量部以下、好ましくは８重量部以下である。超微粒子酸化亜鉛の含有量が１０重量部をこえると、超微粒子酸化亜鉛同士が凝集し、耐摩耗性および耐屈曲亀裂性能が大幅に悪化する。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物には、ジエン系ゴム、カーボンブラックおよび超微粒子状酸化亜鉛以外にも、従来からタイヤ工業で使用される配合剤、例えば、各種軟化剤、ワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを、必要に応じて適宜配合することができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物の−１０℃における硬度は、雪上性能や耐摩耗性に優れる点から、４０以上が好ましく、４４以上がより好ましい。また、本発明のキャップトレッド用ゴム組成物の硬度は、氷上性能に優れる点から、５５以下が好ましく、５３以下がより好ましい。

本発明のゴム組成物は、耐摩耗性と氷上性能を両立させることができるという理由から、キャップトレッドに好適に使用されるものである。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のキャップトレッド用ゴム組成物を用いて、通常の方法により製造することができる。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のキャップトレッド用ゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのキャップトレッドの形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、通常の方法にて成形することにより、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することにより、本発明の空気入りタイヤを得る。

本発明の空気入りタイヤは、耐摩耗性と氷上性能を両立させることができるという理由から、スタッドレスタイヤとして好適に用いられるものである。

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。

以下、実施例および比較例で使用した各種薬品をまとめて説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：テックビーハング社製のＲＳＳ♯３
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
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（ＩＡ：１２１ｍｇ／ｇ、Ｎ₂ＳＡ：１１５ｍ²／ｇ、ＤＢＰ：１１４ｍｌ／１００ｇ、ＣＴＡＢ：１１１ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ：１００ｍｌ／１００ｇ）
オイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイルＰＳ３２３
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
超微粒子酸化亜鉛：ハクスイテック（株）製のジンコックスーパーＦ−２（平均１次粒子径：２００ｎｍ）
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛１号（平均１次粒子径：４００ｎｍ）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤（１）：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）
加硫促進剤（２）：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）

実施例１〜３および比較例１〜３
表１に示す配合処方にしたがい、１．７Ｌの密閉型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１５０℃に達するまで３〜５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、７０℃の条件下で２分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫し、実施例１〜３および比較例１〜３の加硫ゴム組成物を得た。

（低温硬度）
ＪＩＳ Ｋ ６２５３「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」に準じて、タイプＡ硬度計を用いて、低温（−１０℃）における加硫ゴム組成物の硬度を測定した。

（粘弾性試験）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪１０％、動歪２％および振動周波数１０Ｈｚの条件下で、−６０〜７０℃の範囲内の温度分散を測定し、そのときのｔａｎδピーク温度を求めた。

（氷上制動性能）
温度制御された恒温室内（恒温室温度：−５℃）に設置された氷面上（氷温：−５℃）にゴム試験片を一定荷重（２ｋｇ／ｃｍ²）で押しつけ、一定速度（２０ｋｍ／ｈ）で滑らせたときの抗力（摩擦力）を検出し、氷上制動性能を評価した。その際、比較例１の氷上制動性能指数を１００とし、下記計算式により、各配合の摩擦力をそれぞれ指数表示した。なお、氷上制動性能指数が大きいほど摩擦力が高く、氷上性能に優れることを示す。
（氷上制動性能指数）＝（各配合の摩擦力）／（比較例１の摩擦力）×１００

（耐摩耗性）
前記未加硫ゴム組成物をキャップトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することにより、スタッドレスタイヤ（サイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

前記タイヤを装着した車により、８０００ｋｍ走行させ、タイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤトレッド部の溝深さが１ｍｍ減少するときの走行距離を算出した。そして、比較例１の耐摩耗性能指数を１００とし、下記計算式により、各配合の走行距離を指数表示した。なお、耐摩耗性指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合の走行距離）／（比較例１の走行距離）×１００

前記評価結果を表１に示す。

Claims (3)

1. 天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびブタジエンゴムよりなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴム１００重量部に対して、
   カーボンブラックを５〜２００重量部、および
   平均１次粒子径が３００ｎｍ以下である超微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物。
2. 請求項１記載のキャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤ。
3. 請求項１記載のキャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有するスタッドレスタイヤ。