JP2009249594A - ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】氷雪面での摩擦性能を低下させることなく優れた氷上性能を維持しつつ、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供する。
【解決手段】天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分１００質量部に対して、シリカ５〜１２０質量部、ならびに数平均分子量が５００００以下であるスチレン−イソプレン共重合体５〜８０質量部を含有するゴム組成物、およびそれを用いたタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関し、とりわけ氷雪面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させた空気入りタイヤに関する。

氷雪路面走行を目的として、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、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これにか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開発された。スタッドレスタイヤは、氷雪路面では一般路面に比べ、著しく摩擦係数が低下し滑りやすくなるので、材料面および設計面での工夫がなされている。

氷雪面における摩擦性能を向上させるため、例えば、ゴムを低硬度にする手法がとられている。ゴムを低硬度にする手法としては、充填剤や硫黄の配合量を少なくしたり、オイルなどの軟化剤を多量に配合することが挙げられる。しかし、いずれの方法でも氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能との両立が困難であった。

また、近年では、シリカを補強剤として配合することにより、低燃費化が図られるようになった。しかし、シリカを配合すると、転がり抵抗の低減とウェットグリップ性能の向上を両立できるが、ゴム練り中にポリマーと結合してゲルを作りやすい。ゲルが生成されると、シリカの分散性が低下するので、押出しゴム生地の加工性が悪化するという工程上の問題が多発し、生産性が大きく低下するという問題があった。

そこで、特許文献１ではジエン系ゴム、シリカおよびカーボンブラックを特定量配合し、さらに軟化剤としてエポキシ化液状ポリイソプロピレンゴムを配合することにより、加工性および低温における硬度が改善されたゴム組成物、ならびに該ゴム組成物からなるキャップトレッド部を有することで、氷雪路面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤが提案されている。

しかし、上記の技術によっても、氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能の向上効果が十分ではなかった。
特開２００６−１９９７８５号公報

本発明は、氷雪面での摩擦性能を低下させることなく優れた氷上性能を維持しつつ、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分１００質量部に対して、シリカ５〜１２０質量部、ならびに数平均分子量が５００００以下であるスチレン−イソプレン共重合体５〜８０質量部を含有するゴム組成物に関する。

前記スチレン−イソプレン共重合体のスチレン含有率が２〜２０質量％であることが好ましい。

前記ゴム組成物のアセトン抽出量が１５％以下であることが好ましい。
前記ゴム成分がブタジエンゴムを４０質量％以上含有することが好ましい。

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたタイヤに関する。

本発明によれば、天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムのうち少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分およびシリカを特定量配合し、さらに軟化剤として数平均分子量が５００００以下であるスチレン−イソプレン共重合体を配合するゴム組成物を用いることにより、氷雪路面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供することができる。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分、シリカおよびスチレン−イソプレン共重合体からなる。

＜ゴム成分＞
本発明のゴム成分は、加工性、耐摩耗性、氷雪路面での摩擦性能の面から天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムのうち少なくとも１種のゴムを含有することが好ましい。

氷雪路面での摩擦性能に優れるという観点から、ブタジエンゴムの含有量はゴム成分中、好ましくは４０質量％以上、さらに好ましくは５０質量％である。ブタジエンゴムの含有量が４０質量％未満では氷雪路面での摩擦性能が十分でない傾向にある。またブタジエンゴムの含有量は９０質量％以下であることが好ましい。９０質量％を超えると、ゴム組成物の加工性が低下する傾向にある。

ゴム成分が天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを含有する場合は、該含有量はゴム成分中、好ましくは１０質量％以上である。１０質量％未満では、ゴム組成物の加工性の向上が不十分である。

その他のゴム成分として、一般的に使用されているゴム成分、たとえば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）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、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る。

＜シリカ＞
本発明では充填剤として、シリカを配合することが好ましい。シリカの含有量はゴム成分１００質量部に対して５〜１２０質量部、好ましくは１０〜９０質量部、より好ましくは１５〜６０質量部である。シリカの含有量が５質量部未満では、氷上性能に劣る傾向がある。また、該含有量が１２０質量部を超えると加工性に劣る傾向がある。

シリカとしては、特に制限はなく、湿式法シリカ（無水ケイ酸）または乾式法シリカ（含水ケイ酸）などが挙げられ、シラノール基が多く、耐破断性能の改良効果、ウェットグリップ性および転がり抵抗性能の両立効果がもっとも顕著である湿式法シリカが好ましい。

本発明で使用するシリカは、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が２０ｍ²／ｇ以上、好ましくは４０ｍ²／ｇ以上、より好ましくは８０ｍ²／ｇ以上、さらに好ましくは１２０ｍ²／ｇ以上、特に好ましくは２００ｍ²／ｇ以上、もっとも好ましくは２５０ｍ²／ｇ以上である。シリカのＮ₂ＳＡは２０ｍ²／ｇ以上で十分な補強性を発揮する。また、シリカのＮ₂ＳＡは５００ｍ²／ｇ以下、好ましくは４８０ｍ²／ｇ以下、より好ましくは４５０ｍ²／ｇ以下である。シリカのＮ₂ＳＡが５００ｍ²／ｇを超えると発熱が大きくなり、またゴム混練りの加工性が低下する。

＜シランカップリング剤＞
本発明では、シリカの分散性を高めるためにシランカップリング剤を用いることが好ましい。シランカップリング剤の添加量はシリカ１００質量部に対して２〜２０質量部、好ましくは４〜１２質量部である。シランカップリング剤が２質量部未満ではシリカの分散性が悪いため、該ゴム組成物を用いたタイヤの転がり抵抗性能、耐摩耗性能およびグリップ性能が劣る傾向がある。一方、２０質量部を超える場合、ゴム組成物の硬さが増大し、グリップ性能が十分でなく、またカップリング剤が過多でコスト高になるため好ましくない。

シランカップリング剤としては、従来からシリカ充填剤と併用される任意のシランカップリング剤を用いることができる。たとえば、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（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド等が特に好ましく用いられる。これらのシランカップリング剤は、単独で用いても２種以上を組み合わせて用いても良い。

＜スチレン−イソプレン共重合体＞
本発明では、軟化剤としてスチレンとイソプレンからなる共重合液状ポリマー（以下、スチレン−イソプレン共重合体ともいう、本発明においてはゴム成分としない）を配合することが好ましい。該スチレン−イソプレン共重合体の数平均分子量（Ｍｎ）は５００００以下、好ましくは４００００以下である。該数平均分子量が５００００を超えるとゴム組成物の硬さが増大し、軟化剤としての効果が減少する傾向にある。また、数平均分子量（Ｍｎ）は５００以上、好ましくは１０００以上である。該数平均分子量が５００未満では耐摩耗性能が低下する傾向にある。

前記スチレン−イソプレン共重合体の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して５〜８０質量部、好ましくは１０〜５０質量部である。該配合量が５質量部未満では、ゴム組成物の硬度が過剰に増大するため耐摩耗性能が低下する。また該含有量が８０質量部を超えると、ゴム組成物の強度が低下し、耐摩耗性能などの耐久性が低下するため好ましくない。

前記スチレン−イソプレン共重合体のスチレン含有率は２〜２０質量％、好ましくは２〜１５質量％である。該スチレン含有率が２質量％未満では、耐摩耗性能の向上効果が小さくなる。また、該含有率が２０質量％を越えるとゴム組成物の硬さが増大し、グリップ性能が悪化する傾向にある。

前記スチレン−イソプレン共重合体は、スチレンとイソプレンを公知のアニオンリビング重合の手法により得ることができる。

＜カーボンブラック＞
本発明のゴム組成物は補強剤としてカーボンブラックを配合することが可能である。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、好ましくは５〜８０質量部、より好ましくは３０〜５５質量部である。カーボンブラックの配合量が５質量部未満では十分な補強性、剛性が得られず、８０質量部をこえると発熱しやすくなる。

カーボンブラックは、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が好ましくは２０〜１２０ｍ²／ｇであり、より好ましくは３０〜８０ｍ²／ｇである。チッ素吸着量が２０ｍ²／ｇより低いと補強性、剛性（操縦安定性）が不充分であり、１２０ｍ²／ｇを超えると発熱しやすくなり好ましくない。

＜軟化剤＞
所望により練り加工性を一層向上させるために軟化剤を併用することもできる。この様な軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、石油アスファルト、ワセリンなどの石油系軟化剤；ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油などの脂肪油系軟化剤；トール油；サブ；蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリンなどのワックス類；リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸などが挙げられる。

＜老化防止剤＞
老化防止剤（劣化防止剤）としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。

＜加硫剤＞
加硫剤としては、有機過酸化物もしくは硫黄系加硫剤を使用することが可能であり、有機過酸化物としては、たとえば、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゼンおよびジ−ｔ−ブチルパーオキシ−ジイソプロピルベンゼンを使用することができる。また、硫黄系加硫剤としては、たとえば、硫黄、モルホリンジスルフィド、アルキルフェノールジスルフィドレジンなどを使用することができる。これらの中では硫黄が好ましい。

＜加硫促進剤＞
加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくは、キサンテート系加硫促進剤のうち少なくとも一つを含有するものを使用することが可能である。これらの中では亜鉛華（酸化亜鉛）が好ましい。

＜その他の配合成分＞
本発明のゴム組成物には、さらに前記成分のほかにゴム工業で一般的に使用される配合剤、たとえば、クレーなどの充填剤を必要に応じて適宜含有することができる。

＜ゴム組成物＞
このようにして得られる本発明のゴム組成物のアセトン抽出量は１５質量％以下、好ましくは１２質量％以下である。アセトン抽出量が１５質量％を超えるとゴムの強度が低下し、耐摩耗性能の低下をもたらす傾向にある。

本発明のゴム組成物は、氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能をバランスよく向上させることから、タイヤトレッド用ゴム組成物とすることが好ましい。

＜タイヤ＞
本発明のタイヤは、氷雪路表面において必要とされる特性を満足することが可能であるため、とくにスタッドレスタイヤとすることが好ましい。

本発明のタイヤにおけるトレッド部は、キャップトレッド部およびベーストレッド部の２層構造からなり、該キャップトレッド部が本発明のゴム組成物からなることが好ましい。本発明のゴム組成物をキャップトレッド部に用いることで、氷雪路面における摩擦性能が大幅に低下することなく、さらに耐摩耗性能が良好なタイヤを提供できる。

本発明の空気入りタイヤは、前記ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、スチレン−イソプレン共重合体、ならびに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、得られた混練物をタイヤ成型機上にてキャップ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されることが好ましい。

実施例に基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１〜２、比較例１〜７＞
（ゴム試験片およびタイヤの作製）
ゴム試験片の作製は次の方法で行った。表１に示す配合に基づき、硫黄および加硫促進剤以外の配合成分をバンバリーミキサーを用いて、１５０℃で５分間混練りした。その後、得られた混練物に対して硫黄および加硫促進剤を表１に示す配合量添加し、２軸オープンロールを用いて８０℃で５分間混練りし、未加硫ゴムシートを調製し、該ゴムシートを１７０℃で１５分間プレス加硫した。得られた加硫物、すなわちゴム組成物を用いてアセトン抽出量を測定した。

また、表１の配合に基づき得られたゴム組成物からなるキャップトレッド部を有する１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを作製し、摩擦試験および耐摩耗試験を行った。評価結果を表１に示す。

ブタジエンゴム：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１０５Ｂ（シス１，４結合含有量９６％）
天然ゴム：ＲＳＳ＃３
スチレン−イソプレン共重合体：（株）クラレ製のＬＩＲ−３１０（Ｍｎ＝３１０００、スチレン含有量１０質量％）
ポリスチレン：十分にチッ素置換した５００ｍｌ容器に、トルエン１５０ｍｌ、スチレン４０ｍｌ、ｎ−ブチルリチウム２８００ｍｇを投入し、０℃で１時間重合した後、メタノール−塩酸（２％）溶液を入れて反応を停止させることで合成し、作製した。（Ｍｎ＝８００、スチレン含有量１００質量％）
ポリイソプレン：（株）クラレ製のＬＩＲ−５０（Ｍｎ＝４７０００、スチレン含有量０質量％）
シリカ：デグサ製のウルトラシルＶＮ３（Ｎ₂ＳＡ １７５ｍ²／ｇ）
カーボンブラック：東海カーボン（株）製のシースト９（ＳＡＦ）
シランカップリング剤：デグサ製のＳｉ７５
プロセスオイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＷ３２
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
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：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
実施例および比較例で行った測定および評価の方法は次に示すとおりである。

（アセトン抽出量）
ＪＩＳ Ｋ６２２９に準拠したアセトン抽出量の測定方法にしたがい、ゴム組成物中に含まれる、アセトンにより抽出される物質の量を測定し、質量％で表わした。該アセトン抽出量は、ゴム組成物に含有される有機低分子化合物の濃度の指標となるものである。なお、ＪＩＳＫ ６２２９（１９９８年）には、Ａ法とＢ法の２法が規定されているが、本願でいうＪＩＳ Ｋ６２２９によるアセトン抽出量とはＡ法を採用して得られる質量％を意味するものとする。

（氷上性能）
前記タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＦ車に装着して実車走行をおこない、時速３０ｋｍ／時間からの氷盤上での制動停止距離を求めた。比較例１の制動停止距離の値を１００としてそれぞれ指数で示した。指数が大きいほど氷上摩擦性能に優れることを示す。

（耐摩耗性能）
前記タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＦ車に装着して実車走行をおこない、３００００ｋｍ走行後の摩耗量を測定した。比較例１の摩耗量を値を１００として指数で示した。指数が大きいほど耐摩耗性能に優れている。

（評価結果）
実施例１はスチレン−イソプレン共重合体１５質量部とシリカ４０質量部を配合したゴム組成物である。実施例２はスチレン−イソプレン共重合体２６質量部とシリカ４０質量部を配合したゴム組成物である。これらの実施例はいずれも基準となる比較例１と比べて、氷上性能はほぼ同等で、耐摩耗性能は大幅に向上している。

比較例１は基準として液状ゴム（スチレン−イソプレン共重合体、ポリスチレン、ポリイソプレン）を含まないゴム組成物である。

比較例２はスチレン−イソプレン共重合体２質量部とシリカ４０質量部を配合したゴム組成物であり、氷上性能、耐摩耗性能とも比較例１と同等である。比較例３および５は、それぞれスチレン−イソプレン共重合体９０質量部、７０質量部とシリカ６０質量部、１５０質量部を配合したゴム組成物であり、氷上性能、耐摩耗性能とも比較例１と比べて劣る。比較例４はスチレン−イソプレン共重合体１５質量部とシリカ２質量部を配合したゴム組成物であり、比較例１と比べて耐摩耗性能は向上しているが、氷上性能が低下している。比較例６はポリスチレン２６質量部とシリカ４０質量部を配合したゴム組成物であり、氷上性能、耐摩耗性能とも比較例１と同等である。比較例７はポリイソプレン２６質量部とシリカ４０質量部を配合したゴム組成物であり、氷上性能、耐摩耗性能とも比較例１と同等である。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (5)

1. 天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分１００質量部に対して、シリカ５〜１２０質量部、ならびに数平均分子量が５００００以下であるスチレン−イソプレン共重合体５〜８０質量部を含有するゴム組成物。
2. 前記スチレン−イソプレン共重合体のスチレン含有率が２〜２０質量％である請求項１記載のゴム組成物。
3. アセトン抽出量が１５％以下である請求項１または２記載のゴム組成物。
4. 前記ゴム成分がブタジエンゴムを４０質量％以上含有する請求項１〜３いずれかに記載のゴム組成物。
5. 請求項１〜４いずれか記載のゴム組成物を用いたタイヤ。