JP2009263456A - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性率を高くしながらヒステリシスロスの低減を図ることにより走行時の転がり抵抗を小さくすることを可能にするタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム６０〜９５重量％と熱可塑性ポリエステルエラストマー５〜４０重量％からなるゴム成分１００重量部に対し、シリカを１０〜１００重量部と共に、シランカップリング剤を前記シリカ配合量の６〜１０重量％配合することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、弾性率を高くしながら走行時の転がり抵抗を小さくするようにしたタイヤ用ゴム組成物に関する。

近年、地球環境を保護する観点から、空気入りタイヤにも環境への配慮が求められ、具体的には燃費を向上させる性能が望まれている。燃費を改善するためには、走行時の転がり抵抗が小さいゴム組成物を用いると共に、弾性率が高いタイヤ用ゴム組成物を使用することにより走行時の繰り返し変形を小さくすることが望ましい。ゴム組成物の弾性率を高くするためには、カーボンブラック等の補強性充填剤の配合量を多くすればよいが、この場合にはヒステリシスロスが大きくなり低転がりにすることができない。

補強性充填剤の増量以外に、ゴム組成物の弾性率を高くする方法として、熱可塑性エラストマーを使用することが考えられる。例えば、特許文献１は、ジエン系ゴムに、熱可塑性エラストマーとカーボンブラックを配合したゴム組成物を提案している。しかし、熱可塑性エラストマーはカーボンブラックとの親和性が低いため、弾性率を高くすることができても、やはりヒステリシスロスが大きくなり転がり抵抗が悪化するという問題があり、本質的な解決をするものではなかった。
特開昭６０−７２９４０号公報

本発明の目的は、上述した問題を解消し、弾性率を高くしながらヒステリシスロスの低減を図ることにより走行時の転がり抵抗を小さくすることを可能にするタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム６０〜９５重量％と熱可塑性ポリエステルエラストマー５〜４０重量％からなるゴム成分１００重量部に対し、シリカを１０〜１００重量部と共に、シランカップリング剤を前記シリカ配合量の６〜１０重量％配合することを特徴とする。

前記熱可塑性ポリエステルエラストマーは、融点が１７０〜２００℃であるとよく、前記ジエン系ゴムは、その末端にアミド基を有する変性ゴムを含むとよい。また、この前記タイヤ用ゴム組成物は、さらに、エステル系可塑剤を含有するとよい。このタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのアンダートレッド、ビードフィラー、リムクッション、ランフラット用サイド補強層から選ばれる少なくとも１つの部材を形成するのに好適である。

本発明のタイヤ用ゴム組成物によれば、ジエン系ゴム６０〜９５重量％と熱可塑性ポリエステルエラストマー５〜４０重量％からなるゴム成分１００重量部に対し、シリカを１０〜１００重量部と共に、シランカップリング剤を前記シリカ配合量の６〜１０重量％配合するようにしたことにより、熱可塑性ポリエステルエラストマーとシリカとの親和性が良いため弾性率を高くすると共に、ヒステリシスロスを悪化させないようにすることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ジエン系ゴムは、特に制限されるものではなく、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられる天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブチルゴム等が挙げられる。なかでも、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。これらジエン系ゴムは、単独又は任意のブレンドとして使用することができる。

また、ジエン系ゴムは、その一部が変性ゴムであっても良いし、全部が変性ゴムであってもよい。変性ゴムとしては、ジエン系ゴムの分子末端に例えばエポキシ基、アミド基、アミノ基、カルボキシル基、有機ケイ素化合物の残基を有するものが挙げられる。ジエン系ゴムの分子末端とは、ゴム分子の主鎖、側鎖の末端の少なくとも１つであればよい。すなわち、変性ゴムは、ジエン系ゴムの主鎖、側鎖の末端の少なくとも１つに、上述した少なくとも１つの官能基或いはその官能基をもつ置換基を有していればよい。

変性ゴムとしては、末端にアミド基を有する変性ゴムが好ましい。アミド基を有する変性ゴムを使用することにより、ジエン系ゴムと熱可塑性ポリエステルエラストマーとの親和性を向上し、低いヒステリシスロスを維持しながら弾性率を高くすることができる。末端にアミド基を有する変性ゴムとしては、特に制限されるものではないが、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブチルゴムから選ばれるジエン系ゴムをベースにした変性ゴムを例示することができる。

ジエン系ゴムの配合量は、ジエン系ゴムと熱可塑性ポリエステルエラストマーとを合計したゴム成分１００重量％中６０〜９５重量％であり、好ましくは６５〜８０重量％にするとよい。ジエン系ゴムの配合量が６０重量％未満であると、タイヤ用ゴム組成物の混合性、加工性が悪化する。また、ジエン系ゴムの配合量が９５重量％を超えると、弾性率を高くする効果が十分に得られない。また、ジエン系ゴムの一部が変性ゴムである場合、変性ゴムの配合量は、ゴム成分１００重量％中、好ましくは２０〜１００重量％、より好ましくは５０〜１００重量％にするとよい。変性ゴムが２０重量％未満であると、弾性率を高くする効果が十分に得られない。

熱可塑性ポリエステルエラストマーは、ジエン系ゴムに比べ弾性率が高いことに加え、空気入りタイヤの使用温度領域において、ヒステリシスロスが非常に小さいという特性を有している。このため、タイヤ用ゴム組成物に配合したときに、弾性率を高くすることにより走行時の繰り返し変形を小さくすると共に、ヒステリシスロスを小さくし低転がり性を達成する。

熱可塑性ポリエステルエラストマーとしては、結晶性ポリエステル系重合体単位をハードセグメントとし、脂肪族ポリエステル系重合体単位あるいはポリオキシアルキレン系重合体単位をソフトセグメントとするブロック共重合体が好ましい。なかでもポリオキシアルキレン系重合体単位をソフトセグメントとするものが好ましく、適度な柔軟性を有し、ジエン系ゴムとの混合加工性に優れる。

ハードセグメント成分である結晶性ポリエステル系重合体単位としては、例えばポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート等を例示することができる。なかでもポリブチレンテレフタレート、ポリブチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレートが好ましい。

ソフトセグメント成分である脂肪族ポリエステル系重合体単位としては、例えばポリ（１，４−ブチレンアジペート）、ポリ（１，６−ヘキサンアジペート）、ポリカプロラクトン等が挙げられ、ポリオキシアルキレン系重合体単位としては、例えばポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシテトラメチレン等が挙げられる。

また、熱可塑性ポリエステルエラストマーは、融点が好ましくは１７０〜２００℃、より好ましくは１７０〜１９０℃のものがよい。熱可塑性ポリエステルエラストマーの融点が１７０℃未満であると、得られるタイヤ用ゴム組成物が弾性率の温度依存性が大きくなり、高温領域で弾性率が低下しやすくなる。また、融点が１７０〜２００℃のものを使用することにより、ゴム組成物のムーニー粘度を低くし、混合性及び加工性を向上することができる。なお、本発明において、熱可塑性ポリエステルエラストマーの融点は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）により昇温速度１０℃／分の条件で測定する融解ピーク温度とする。

熱可塑性ポリエステルエラストマーの配合量は、ゴム成分１００重量％中５〜４０重量％であり、好ましくは２０〜３５重量％にする。熱可塑性ポリエステルエラストマーの配合量が５重量％未満であると、弾性率を高くしヒステリシスロスを小さくする効果が不十分になる。また、熱可塑性ポリエステルエラストマーの配合量が４０重量％を超えると、タイヤ用ゴム組成物の混合性、加工性が悪化する。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、シリカを主成分とする補強性充填剤を用いる。シリカは、熱可塑性ポリエステルエラストマーとの親和性が高いので弾性率を高くしながら、ヒステリシスロスを悪化させることがない。シリカの種類は特に制限されるものではなく、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるものの中から選ぶことができる。

シリカの配合量は、ジエン系ゴムと熱可塑性ポリエステルエラストマーとを合計したゴム成分１００重量部に対し、１０〜１００重量部であり、好ましくは４０〜７０重量部にするとよい。シリカの配合量が１０重量部未満の場合、ゴム組成物の弾性率が不十分になる。また、シリカの配合量が１００重量部を超えると、ゴム組成物の混合性、加工性が悪化する。

タイヤ用ゴム組成物は、シランカップリング剤をシリカ配合量の６〜１０重量％、好ましくは６〜８重量％配合するとよい。シランカップリング剤の配合量が６重量％未満の場合、シリカの分散性が悪化すると共に、シリカとジエン系ゴムとの架橋が不十分になり、ゴム組成物の弾性率が低下する。シランカップリング剤の配合量が１０重量％を超えると、材料コストが高くなると共に、ゴム組成物の引張り破断伸びが悪化する。

シランカップリング剤は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであればよく、例えばビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、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サルファイド、γ−グリシドオキシプロピル−トリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン等を例示することができる。

本発明において、シリカ以外の補強性充填剤としては、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるものを任意成分として使用することができ、例えば、カーボンブラック、クレー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、珪藻土、タルク、アルミナ、マイカ等を例示することができる。ただし、カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対し、０〜４０重量部、好ましくは５〜２０重量部にする。カーボンブラックの配合量が４０重量部を超える場合には、ゴム組成物のヒステリシスロスが悪化し低転がり性を実現することができない。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、エステル系可塑剤を配合することにより、ジエン系ゴムと熱可塑性ポリエステルエラストマーと間の親和性を向上し分散性が改善され、高温領域における弾性率の低下を抑制し、組成物のムーニー粘度を低くして加工性を向上することができる。

エステル系可塑剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステル、トリメリット酸エステル、正リン酸エステル等を例示することができる。好ましくは、炭素数が６〜２０の長鎖のアルキル基、アラルキル基、アルケニル基を有するものがよい。これらエステル系可塑剤は、単独又は複数で使用することができる。

本発明で使用するエステル系可塑剤は、フタル酸ジオクチル、シクロへキシルジカルボン酸イソノニル、オクチルフォスフェート、セバシン酸ジオクチル、アジピン酸ジオクチルが好ましく、なかでもセバシン酸ジオクチル、アジピン酸ジオクチルがよい。

エステル系可塑剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対し３〜２０重量部であり、好ましくは５〜１０重量部にするとよい。エステル系可塑剤の配合量が３重量部未満では、加工性を向上することができない。また、エステル系可塑剤が２０重量部を超えると、ブリードが発生する。

タイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に使用され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ゴム組成物とし、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。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は空気入りタイヤのトレッド部、サイドウォール部、ビード部等のケーシングコンパウンドや、各種被覆ゴム等に適用が可能である。特にアンダートレッド、ビードフィラー、リムクッション、ランフラット用サイド補強層として使用するとき低転がり性の優れた効果を発揮し、走行中の発熱を抑制し、燃費性能に優れた空気入りタイヤを得ることができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１，２に示す配合からなる１５種類のゴム組成物（実施例１〜１０、従来例１，２、比較例１〜３）を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く成分を秤量し、バンバリータイプミキサーで、混合、混練してマスターバッチを得た。得られたマスターバッチをオープンロールに供し、硫黄及び加硫促進剤を加えた後、左右各１０回切り返しすることにより、各ゴム組成物を得た。

得られた１５種類のゴム組成物（実施例１〜１０、従来例１，２、比較例１〜３）を１５×１５×０．２ｃｍの金型中で１６０℃で２０分間加硫して加硫ゴムシートを調製し、下記に示す方法により動的弾性試験を行ない貯蔵弾性率（Ｅ′）、損失正接（ｔａｎδ）を測定した。また、加工性の指標として６種類のゴム組成物（実施例２，６〜１０）のムーニー粘度試験を下記に示す方法により行なった。
動的弾性（Ｅ′、ｔａｎδ）

東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、静的歪み１０％、動的歪み±２％、周波数２０Ｈｚで動的弾性を測定し、温度２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ′）及び温度６０℃における損失正接（ｔａｎδ）を測定した。得られた結果は、従来例１の値をそれぞれ１００とする指数で表わし表１，２に示した。Ｅ′の指数が大きいほど弾性率が高く、ｔａｎδの指数が小さいほどヒステリシスロスが小さく低転がり性に優れることを意味する。
加工性（ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４））

ゴム組成物をＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して、上島製作所社製ムーニー粘度計にてＬ型ロータ（３８．１ｍｍ系、５．５ｍｍ厚）を使用し、１００℃、予熱時間１分、ロータ回転時間４分、角速度０．２０９ｒａｄ／ｓの条件で測定した。得られた結果は、実施例２の値を１００とする指数で表わし表２に示した。この指数が小さいほど粘度が低く加工性に優れることを意味する。

なお、表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ １５０２
末端変性ＳＢＲ１：末端にアミド基を有する変性スチレンブタジエンゴム（Ｎ−メチル−２−ピロリドンで末端変性した高ビニルＳＢＲ）、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＮＳ１１６Ｒ
末端変性ＳＢＲ２：末端にアミド基を有する変性スチレンブタジエンゴム、Ｎ−メチル−ε−カプロラクタムで末端変性した高ビニルＳＢＲの試作品（日本ゼオン社製）
ＴＰＥＥ１：熱可塑性ポリエステルエラストマー、東レ・デュポン社製ハイトレル ４０４７（融点１８２℃）
ＴＰＥＥ２：熱可塑性ポリエステルエラストマー、東レ・デュポン社製ハイトレル ５０７７（融点２０２℃）
シリカ：デグサ社製ＶＮ−３
カーボンブラック：東海カーボン社製シースト３
シランカップリング剤：デグサ社製ＳＩ６９
エステル系可塑剤：セバシン酸ジオクチル、大八化学工業社製ＤＯＳ
アロマオイル：昭和シェル石油社製アロマ油４号
亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日本油脂社製ビーズステアリン酸
硫黄：細井化学社製油処理硫黄
加硫促進剤１：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ-Ｇ
加硫促進剤２：大内新興化学工業社製ノクセラーＤ

Claims (5)

1. ジエン系ゴム６０〜９５重量％と熱可塑性ポリエステルエラストマー５〜４０重量％からなるゴム成分１００重量部に対し、シリカを１０〜１００重量部と共に、シランカップリング剤を前記シリカ配合量の６〜１０重量％配合するタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記熱可塑性ポリエステルエラストマーの融点が１７０〜２００℃である請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 前記ジエン系ゴムが、その末端にアミド基を有する変性ゴムを含む請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. さらに、エステル系可塑剤を含有する請求項１，２又は３に記載のタイヤ用ゴム組成物。
5. アンダートレッド、ビードフィラー、リムクッション、ランフラット用サイド補強層から選ばれる少なくとも１つの部材を、請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物により形成する空気入りタイヤ。