JP2010116556A - ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ - Google Patents

ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】低燃費性とウェットグリップ性能に優れたタイヤを供することができるゴム組成物を提供する。
【解決手段】ゴム成分１００質量％中に、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と特定の窒素含有化合物とを共重合して得られた重合体を５質量％以上含み、
該ゴム成分１００質量部に対してカーボンブラックを１〜２０質量部、シリカを５質量部以上含むことを特徴とするゴム組成物である。
【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する。
近年、省資源、省エネルギー、加えて、環境保護の立場から排出炭酸ガスの低減の社会的要求が強まっている。自動車に対しても排出炭酸ガスの低減を目的として、自動車の軽量化・電気エネルギーの利用等の様々な対応策が検討されている。自動車の共通の課題として、タイヤの転がり抵抗改善による燃費性能の向上が必要とされており、更に自動車に対しては、走行時の安全性向上の要求も強まっている。これら自動車の燃費性能及び安全性は使用されるタイヤの性能に負うところが大きく、自動車用のタイヤに対しては、省燃費性、操縦安定性、耐久性の改善要求が強まっている。これらのタイヤ特性は、タイヤの構造・使用材料等種々の要素に左右されるが、特に路面に接するトレッド部分に用いるゴム組成物の性能が低燃費性・安全性・耐久性等のタイヤ特性への寄与が大きい。このため、タイヤ用ゴム組成物の技術的改良が多く検討・提案され、実用化されている。
例えば、タイヤトレッドのゴム性能として、低燃費性向上にはヒステリシスロスが小さいこと、ウェットグリップ性能向上にはウェットスキッド抵抗性が高いことが要求されている。しかしながら、低ヒステリシスロスとウェットスキッド抵抗性との関係は相反するものであり、一つだけの性能向上では問題点の解決は難しいのが現状である。タイヤ用ゴム組成物の改良の代表的な手法は、使用する原材料の改良であり、ＳＢＲやＢＲに代表される原料ゴムの構造の改良、カーボンブラック・シリカ等の補強充填剤、加硫剤、可塑剤等の構造や組成の改良が行われている。
ヒステリシスロスの小さいゴムを得るために、特許文献１では、１，２−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むポリブタジエンゴムおよびスズ変性ポリブタジエンゴムを含むゴム成分が開示されている。また、特許文献２では、（Ａ）コバルト化合物、（Ｂ）有機アルミニウム化合物および（Ｃ）水からなる触媒を用いて、共役二重結合を有するジオレフィンを重合して得られたジエン系ゴムを、変性剤であるアミノ基とアルコキシ基とを含有する有機ケイ素化合物を用いて変性したジエン系重合体が開示されている。しかしながら、近年では、環境問題からタイヤの低燃費性に対する要求はますます厳しくなっており、上記の方法では低燃費性に対する要求を充分に満たすことができていない。
特開２００６−６３１４３号公報 特開２０００−３４４９５５号公報
本発明は、前記課題を解決するものであって、低燃費性とウェットグリップ性能に優れたタイヤを供することができる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質量％中に、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と下記一般式
Figure 2010116556
 （式中、Ｒ１及びＲ２は水素、
Figure 2010116556
 又は
Figure 2010116556
 であり、少なくともＲ１及びＲ２のいずれかは水素ではない。Ｒ３は水素又は炭素数１〜４の炭化水素基を表す。Ｘは（ＣＲ８Ｒ９）ｌ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−ＮＲ１２−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｏ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、又は、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｓ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎからなる飽和形環形成部を表す。Ｘは
Figure 2010116556
 又は
Figure 2010116556
 で置換されていてもよい。Ｚは（ＣＲ８Ｒ９）ｌ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−ＮＲ１２−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｏ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、又は、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｓ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎからなる飽和形環形成部を表す。Ｒ４〜Ｒ７は水素、炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基、炭素数３〜３０の脂環族炭化水素基、炭素数５〜３０の芳香族炭化水素基、又は環構成原子数３〜３０の複素環基を表す。Ｒ４〜Ｒ７は同じであっても異なっていてもよい。Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は水素、炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基、炭素数３〜３０の脂環族炭化水素基又は炭素数５〜３０の芳香族炭化水素基を表す。Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は同じであっても異なっていてもよい。ｌは３〜１０の整数を表す。ｍ及びｎは１〜９の整数を表す。）
で表される窒素含有化合物とを共重合して得られた重合体を５質量％以上含み、該ゴム成分１００質量部に対してカーボンブラックを１〜２０質量部、シリカを５質量部以上含むことを特徴とするゴム組成物に関する。
前記重合体における窒素含有化合物の含有量が０．０５〜３０質量％であることが好ましい。
また、本発明は、前記ゴム組成物を用いて作製したタイヤに関する。
本発明によれば、特定の窒素化合物含有重合体、特定量のカーボンブラックおよびシリカを含有するので、低燃費性とウェットグリップ性能に優れたタイヤを供することができるゴム組成物を提供することができる。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００質量％中に、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と下記一般式
Figure 2010116556
 （式中、Ｒ１及びＲ２は水素、
Figure 2010116556
 又は
Figure 2010116556
 であり、少なくともＲ１及びＲ２のいずれかは水素ではない。Ｒ３は水素又は炭素数１〜４の炭化水素基を表す。Ｘは（ＣＲ８Ｒ９）ｌ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−ＮＲ１２−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｏ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、又は、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｓ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎからなる飽和形環形成部を表す。Ｘは
Figure 2010116556
 又は
Figure 2010116556
 で置換されていてもよい。Ｚは（ＣＲ８Ｒ９）ｌ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−ＮＲ１２−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｏ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、又は、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｓ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎからなる飽和形環形成部を表す。Ｒ４〜Ｒ７は水素、炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基、炭素数３〜３０の脂環族炭化水素基、炭素数５〜３０の芳香族炭化水素基、又は環構成原子数３〜３０の複素環基を表す。Ｒ４〜Ｒ７は同じであっても異なっていてもよい。Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は水素、炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基、炭素数３〜３０の脂環族炭化水素基又は炭素数５〜３０の芳香族炭化水素基を表す。Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は同じであっても異なっていてもよい。ｌは３〜１０の整数を表す。ｍ及びｎは１〜９の整数を表す。）
で表される窒素含有化合物とを共重合して得られた重合体を５質量％以上含み、
該ゴム成分１００質量部に対してカーボンブラックを１００〜１８０質量部、軟化剤を５０質量部以上含む。
Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４が脂肪族炭化水素基である場合、炭素数は１〜３０であり、好ましくは１〜５である。また、Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４が脂環族炭化水素基である場合、炭素数は３〜３０であり、好ましくは３〜１０である。更に、Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４が芳香族炭化水素基である場合、炭素数は５〜３０であり、好ましくは５〜１０である。
また、Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は、水素又は炭素数１〜２の脂肪族炭化水素基であることが好ましい。
Ｒ３は、水素又は炭素数１〜２の炭化水素基であることが好ましい。
Ｒ４〜Ｒ７が脂肪族炭化水素基である場合、炭素数は１〜３０であり、好ましくは１〜１０である。また、Ｒ４〜Ｒ７が脂環族炭化水素基である場合、炭素数は３〜３０であり、好ましくは３〜１０である。更に、Ｒ４〜Ｒ７が芳香族炭化水素基である場合、炭素数は５〜３０であり、好ましくは５〜１０である。そして、Ｒ４〜Ｒ７が複素環基（芳香族複素環基を含む）である場合、環構成原子数は３〜３０であり、好ましくは３〜１０である。
また、Ｒ４〜Ｒ７は、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基又は複素環基であることが好ましく、脂肪族炭化水素基であることがより好ましい。
ｌの値は、３〜１０であり、好ましくは３〜７である。ｍ及びｎの値は、１〜９であり、好ましくは１〜６である。
ｌの値は３〜１０であるため、（ＣＲ８Ｒ９）は複数存在する。複数の（ＣＲ８Ｒ９）のそれぞれは同じであっても異なってもよい。同様に、ｍが２以上の場合、複数の（ＣＲ１０Ｒ１１）のそれぞれは同じであっても異なってもよく、ｎが２以上の場合、複数の（ＣＲ１３Ｒ１４）のそれぞれは同じであっても異なってもよい。
本明細書において、飽和形環形成部とは、飽和環基の一部であることを意味する。すなわち、上記一般式において、ＸとＮとは飽和環基を構成し、ＺとＮとは飽和環基を構成する。
前記重合体は、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と、前記一般式で表される窒素含有化合物とを共重合して得られた重合体である。前記一般式で表される窒素含有化合物を共重合すると、窒素とフィラーとの相互作用が生じ、フィラーの分散性が向上し、またポリマーの動きが拘束されることで、ヒステリシスロスが低減するという効果が得られる。
前記共役ジエン化合物としては、例えば１，３−ブタジエン、イソプレン、１，３−ペンタジエン、２，３−ジメチルブタジエン、２−フェニル−１，３−ブタジエン、１，３−ヘキサジエンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で、モノマーの入手容易性などの実用面の観点から１，３−ブタジエン、イソプレンが特に好ましい。
前記芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、１−ビニルナフタレン、３−ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼン、４−シクロヘキシルスチレン、２，４，６−トリメチルスチレンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で、モノマーの入手容易性などの実用面からスチレンが特に好ましい。
前記一般式で表される窒素含有化合物としては、例えば３−または４−（２−アゼチジノエチル）スチレン、３−または４−（２−ピロリジノエチル）スチレン、３−または４−（２−ピペリジノエチル）スチレン、３−または４−（２−ヘキサメチレンイミノエチル）スチレン、３−または４−（２−ヘプタメチレンイミノエチル）スチレン、３−または４−（２−オクタメチレンイミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（２，５−ジメチルピロリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２−メチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（３−メチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−メチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２−エチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−（１−ピロリジニル）ピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−ピペリジノピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２，６−ジメチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（３，３−ジメチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（３，５−ジメチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２，２，６，６−テトラメチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−ジメチルアミノ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１−メチルピペラジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１−エチルピペラジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１−メチルホモピペラジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−モルホリノエチル）スチレン、３−または４−（２−（２，６−ジメチルモルホリノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−チアゾリジリノエチル）スチレン、３−または４−（２−トオモルホリノエチル）スチレン、３−または４−（２−ジメチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−エチルメチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジエチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルプロピルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルイソプロピルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−エチルイソプロピルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジプロピルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−ジイソプロピルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルブチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−エチルブチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチル−ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルイソプロピルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジブチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（ジ−ｓｅｃ−ブチル）アミノエチル）スチレン、３−または４−（２−ジイソブチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（ｔｅｒｔ−アミル−ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジペンチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルヘキシルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジヘキシルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（ｔｅｒｔ−アミル−ｔｅｒｔ−オクチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジオクチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−ビス（２−エチルヘキシルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジデシルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルオクタデシルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルアニリノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジフェニルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−フェニルベンジルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−フェニル−１−ナフチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−フェニル−２−ナフチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−ベンジルメチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−エチルベンジルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−イソプロピルベンジルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−ブチルベンジルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−（ｔｅｒｔ−ブチル）ベンジルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−ジベンジルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−メチルフェネチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（Ｎ−ベンジル−２−フェネチルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−ベンジルピペリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１−フェニルピペラジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１−ベンジルピペラジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−インドリノエチル）スチレン、３−または４−（２−（２−メチルインドリノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１，２，３，４−テトラヒドロキノリノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（１，２，３，４−テトラヒドロイソキノリノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−フェノキサジノエチル）スチレン、３−または４−（２−フェノチアジノエチル）スチレン、３−または４−（２−アニリノピリジノエチル）スチレン、３−または４−（２−（２−ベンジルアミノピリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２，２’−ジピリジルアミノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２−メチルアミノ）ピリジノエチル）スチレン、３−または４−（２−（１−（２−ピリジル）ピペラジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（２−（２−メチルアミノエチル）ピリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−（エチルアミノメチル）ピリジノ）エチル）スチレン、３−または４−（２−（４−（エチルアミノメチル）ピリジノ）エチル）スチレンなどがあげられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。これらの中では、性能改善の点で、３−または４−（２−ジメチルアミノエチル）スチレン、３−または４−（２−ピロリジノエチル）スチレン、３−または４−（２−ピペリジノエチル）スチレン、３−または４−（２−ヘキサメチレンイミノエチル）スチレン、３−または４−（２−モルホリノエチル）スチレン、３−または４−（２−チアゾリジリノエチル）スチレンなどが好ましい。
本発明で使用する前記重合体は、前記窒素化合物を、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と共重合させることにより製造することができる。重合方法については特に制限はなく、溶液重合法、気相重合法、バルク重合法のいずれも用いることができるが、特に重合体の設計の自由度、加工性等の観点から溶液重合法が好ましい。また、重合形式は、回分式及び連続式のいずれであってもよい。溶液重合法においては、例えばリチウム化合物を重合開始剤とし、前記窒素化合物を、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物とアニオン重合させることにより、目的の重合体を製造することができる。
溶液重合法を用いた場合には、溶液中のモノマー濃度は、５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましい。溶液中のモノマー濃度が５質量％未満では、得られる重合体の量が少なく、コストが高くなる傾向がある。また、溶液中のモノマー濃度は５０質量％以下が好ましく、３０質量％以下がより好ましい。溶液中のモノマー濃度が５０質量％をこえると、溶液粘度が高くなりすぎて撹拌が困難となり、重合しにくくなる傾向がある。
アニオン重合を行う場合、重合開始剤としては特に制限はないが、有機リチウム化合物が好ましく用いられる。前記有機リチウム化合物としては、炭素数２〜２０のアルキル基を有するものが好ましく、例えばエチルリチウム、ｎ−プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、ｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔｅｒｔ−ブチルリチウム、ｔｅｒｔ−オクチルリチウム、ｎ−デシルリチウム、フェニルリチウム、２−ナフチルリチウム、２−ブチルーフェニルリチウム、４−フェニル−ブチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、シクロペンチルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとブチルリチウムとの反応生成物などが挙げられるが、これらの中で、入手容易性、安全性等の観点からｎ−ブチルリチウムまたはｓｅｃ−ブチルリチウムが好ましい。
前記有機リチウム化合物を重合開始剤として用い、アニオン重合によって重合体を製造する方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。
具体的には、反応に不活性な有機溶剤、例えば脂肪族、脂環族、芳香族炭化水素化合物などの炭化水素系溶剤中において、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と一般式で表される窒素含有化合物を、前記リチウム化合物を重合開始剤として、必要に応じてランダマイザーの存在下でアニオン重合させることにより、目的の重合体が得られる。
前記炭化水素系溶剤としては、炭素数３〜８のものが好ましく、例えばプロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、プロペン、１−ブテン、イソブテン、トランス−２−ブテン、シス−２−ブテン、１−ペンテン、２−ペンテン、１−ヘキセン、２−ヘキセン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
また、前記ランダマイザーとは、重合体中の共役ジエン部分のミクロ構造制御、例えばブタジエンにおける１、２−結合、イソプレンにおける３、４−結合の増加など、あるいは重合体におけるモノマー単位の組成分布の制御、例えばブタジエン−スチレン重合体におけるブタジエン単位、スチレン単位のランダム化などの作用を有する化合物のことである。このランダマイザーとしては、特に制限はなく、従来ランダマイザーとして一般に使用されている公知の化合物の中から任意のものを用いることができる。例えば、ジメトキシベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ビステトラヒドロフリルプロパン、トリエチルアミン、ピリジン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、１，２−ジピペリジノエタンなどのエーテル類及び第三級アミン類などを挙げることができる。また、カリウム−ｔ−アミレート、カリウム−ｔ−ブトキシドなどのカリウム塩類、ナトリウム−ｔ−アミレートなどのナトリウム塩類も用いることができる。これらのランダマイザーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ランダマイザーの使用量は、有機リチウム化合物１モル当たり、０．０１モル当量以上が好ましく、０．０５モル当量以上がより好ましい。ランダマイザーの使用量が０．０１モル当量未満では、添加効果が小さく、ランダム化しにくい傾向がある。また、ランダマイザーの使用量は、有機リチウム化合物１モル当たり１０００モル当量以下が好ましく、５００モル当量以下がより好ましい。ランダマイザーの使用量が１０００モル当量をこえると、モノマーの反応速度が大きく変化してしまい、逆にランダム化しにくくなる傾向がある。
本発明においては、この反応後に、必要に応じて、公知の老化防止剤や重合反応を停止する目的でアルコールなどを加えることができる。
前記重合体における窒素含有化合物の含有量は０．０５〜３０質量％が好ましく、特に下限は０．１質量％が、上限は２０質量％がより好ましい。窒素含有化合物の含有量が０．０５質量％未満では低燃費性およびウェットグリップ性能の改善効果が得られにくく、一方、３０質量％を超えると高コストになってしまう傾向がある。
前記重合体の重量平均分子量Ｍｗは１．０×１０５〜２．０×１０６が好ましく、特に下限は２．０×１０５が、上限は１．５×１０６がより好ましい。重量平均分子量が１．０×１０５未満ではヒステリシスロスが大きく十分な低燃費性が得られにくいだけでなく、耐摩耗性も低下する傾向がある。一方、２．０×１０６を超えると加工性が低下する傾向がある。
前記重合体は、貯蔵安定性が良好でフローしにくく、混練中、後述するカーボンブラックとの反応性にすぐれ、低燃費性に適しているという点から、カップリング剤を用いてカップリングし、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が二山形状を有するスター型溶液重合ゴムにして使用することもできる。カップリング剤としては、四塩化スズ、四塩化ケイ素などが挙げられる。カップリング率は２５％以上、好ましくは３０〜６０％である。かかるカップリング率が２５％未満では、得られる重合体の貯蔵安定性が低下し、フローしやすくなる。なお、カップリング率とは、反応活性末端にスズまたはケイ素−ブタジエニル結合を有する重合体の全重合体に対する割合のことをいう。
前記カップリングした重合体は、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．１〜３であることが好ましく、１．５〜２．５がより好ましい。分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．１よりも小さい場合には、得られるベーストレッド用ゴム組成物が呈する加工性が低下するようになり、また３よりも大きい場合には、ベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤの転動抵抗が大きくなるようになる。また、該分子量分布が二山形状を有するというのは、分子量分布曲線中に２つのピークがあることをいい、２つのピークのうち、分子量分布が小さいほうに現れたピークが、分子量分布が大きいほうに現れたピークよりも低いほど前記カップリング率が高いことを示す。なお、本発明においては、かかる２つのピークについて、その間隔（分子量分布の値の差）や高低差などにはとくに限定がない。
ゴム成分としては、前記重合体は、他のゴム成分とともに使用することができる。他のゴム成分としては、特に限定されないが、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、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）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）などがあげられる。なかでも、グリップ性能および耐摩耗性をバランスよく示すことから、ＮＲ、ＢＲ、ＳＢＲが好ましい。これらのゴムは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせてもよい。とくに、ＮＲ、ＢＲおよびＳＢＲと前記重合体を組み合わせることが、低燃費性、ウェットグリップ性能および耐摩耗性のバランスの点で好ましい。ＮＲ、ＢＲおよびＳＢＲを組み合わせる場合には、ＮＲ、ＢＲおよびＳＢＲのゴム成分中での含有量は、１０〜９５質量％であることが好ましい。
前記重合体は、ゴム成分１００質量％中、５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましい。５質量％未満であると低燃費性およびウェットグリップ性能の改善効果が得られにくい傾向がある。上限は特に限定されないが、９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。９０質量％を超えると、コストが高くなる傾向がある。
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）は、８０〜２８０ｍ２／ｇが好ましく、特に下限は１００ｍ２／ｇが、上限は２５０ｍ２／ｇがより好ましい。カーボンブラックのＮ２ＳＡが８０ｍ２／ｇ未満では十分なウェットグリップ性能が得られず、また耐摩耗性が低下する傾向がある。カーボンブラックのＮ２ＳＡが２８０ｍ２／ｇをこえると、分散性に劣り、耐摩耗性が低下する傾向がある。
カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して１〜２０質量部であるが、下限は３質量部が好ましく、上限は１５質量部が好ましい。カーボンブラックの含有量が１質量部未満では、耐摩耗性が低下する傾向にある。一方、２０質量部をこえると、燃費性能が低下する傾向がある。カーボンブラックは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明で使用するシリカは、チッ素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が５０〜３００ｍ２／ｇであることが好ましく、特に下限は８０ｍ２／ｇが、上限は２５０ｍ２／ｇがより好ましい。チッ素吸着比表面積が５０ｍ２／ｇ未満のシリカでは補強効果が小さく耐摩耗性が低下する傾向があり、３００ｍ２／ｇをこえるシリカでは分散性が悪く、ヒステリシスロスが増大し燃費性能が低下する傾向がある。
シリカの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、５質量部以上であるが、１０質量部以上がより好ましい。シリカの配合量が５質量部未満であると耐摩耗性が十分でない傾向がある。一方、配合量の上限は、１５０質量部以下が好ましく、１００質量部以下がより好ましい。シリカの配合量が１５０質量部をこえると、加工性が悪化する傾向がある。シリカは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
シリカを配合する場合には、シランカップリング剤を併用しても良い。シランカップリング剤としては、例えば、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）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（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、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、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−トリエ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リ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、ビス（３−ジエトキシメチルシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、ジメトキシメチルシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィドなどがあげられる。なかでも、補強性改善効果などの点から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドおよび３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィドが好ましい。これらのシランカップリング剤は単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
シランカップリング剤の配合量は、前記シリカ１００質量部に対して１質量部以上であることが好ましく、２質量部以上であることがより好ましい。シランカップリング剤の配合量が１質量部未満では、未加硫ゴム組成物の粘度が高く加工性が悪くなる傾向がある。また、シランカップリング剤の配合量は、前記シリカ１００質量部に対し、２０質量部以下であることが好ましく、１５質量部以下であることがより好ましい。シランカップリング剤の配合量が２０質量部をこえると、その配合量ほどのシランカップリング剤の配合効果が得られず、コストが高くなる傾向がある。
本発明のゴム組成物には、その他の補強剤、加硫剤、加硫促進剤、各種オイル、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、カップリング剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物用に配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の含有量も一般的な量とすることができる。
また、本発明は、前記ゴム組成物を用いて作製したタイヤに関し、該タイヤは、本発明のゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて前記各種薬品を配合した本発明のゴム組成物を未加硫の段階でタイヤの各部材の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、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してタイヤを得る。このようにして得られた本発明のタイヤは、グリップ性能に優れ、かつその性能が低下しにくいものである。タイヤの部材の中でも、特にトレッド部に使用することが好ましい。
実施例に基づいて、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。
以下に、モノマー（１）〜（１０）の合成で用いた各種薬品について説明する。
シクロヘキサン：関東化学（株）製シクロヘキサン
ピロリジン：関東化学（株）製ピロリジン
ヘキサメチレンイミン：関東化学（株）製ヘキサメチレンイミン
モルホリン：関東化学（株）製モルホリン
チアゾリジン：東京化成工業（株）製のチアゾリジン
４−ピペリジノピペリジン：関東化学（株）製の４−ピペリジノピペリジン
４−ジメチルアミノ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン：シグマアルドリッチ社製の４−ジメチルアミノ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン
ジプロピルアミン：シグマアルドリッチ社製のジプロピルアミン
ジフェニルアミン：シグマアルドリッチ社製のジフェニルアミン
２，２’−ジピリジルアミン：シグマアルドリッチ社製の２，２’−ジピリジルアミン
ジビニルベンゼン：シグマアルドリッチ社製のジビニルベンゼン
１，３−ジイソプロペニルベンゼン：シグマアルドリッチ社製の１，３−ジイソプロペニルベンゼン
１．６Ｍ ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液：関東化学（株）製の１．６Ｍ ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液
イソプロパノール：関東化学（株）製のイソプロパノール
製造例１（モノマー（１）の合成）
十分に窒素置換した１００ｍｌ容器に、シクロヘキサン５０ｍｌ、ピロリジン４．１ｍｌ（３．６ｇ）、ジビニルベンゼン８．９ｍｌ（６．５ｇ）を加え、０℃にて１．６Ｍ ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液０．７ｍｌを加えて攪拌した。１時間後、イソプロパノールを加えて反応を停止させ、抽出・精製を行うことでモノマー（１）を得た。
製造例２〜１０（モノマー（２）〜（１０）の合成）
表１に示す処方に従って、モノマー（１）と同様の処方にてモノマー（２）〜（１０）を得た。
Figure 2010116556
以下に、重合体（１）〜（１２）の合成で用いた各種薬品について説明する。
シクロヘキサン：関東化学（株）製のシクロヘキサン
スチレン：関東化学（株）製のスチレン
ブタジエン：高千穂化学工業（株）製の１，３−ブタジエン
テトラメチルエチレンジアミン：関東化学（株）製のＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン
１．６Ｍ ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液：関東化学（株）製の１．６Ｍ ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液
１．０Ｍ 四塩化ケイ素：シグマアルドリッチ社製の四塩化ケイ素をシクロヘキサンで１．０Ｍに希釈したもの
イソプロパノール：関東化学（株）製のイソプロパノール
製造例１１
重合体（１）の合成
十分に窒素置換した１０００ｍｌ耐圧製容器に、シクロヘキサン６００ｍｌ、スチレン１２．６ｍｌ（１１．４ｇ）、ブタジエン７１．０ｍｌ（４１．０ｇ）、モノマー（１）０．２９ｇ、テトラメチルエチレンジアミン０．１１ｍｌを加え、４０℃で１．６Ｍ ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液０．２ｍｌを加えて撹拌した。３時間後、１．０Ｍ四塩化ケイ素を０．１ｍｌ添加して重合体をカップリングさせた。３０分後、イソプロパノール２ｍｌを加えて重合を停止させた。反応溶液に２，６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール１ｇを添加後、メタノールで再沈殿処理を行い、加熱乾燥させて重合体（１）を得た。
製造例１２〜２２
重合体（２）〜（１２）の合成
表２に示す処方に従って、重合体（１）と同様の処方により重合体（２）〜（１２）を得た。
Figure 2010116556
（重量平均分子量Ｍｗの測定）
重量平均分子量Ｍｗは、ゲルパーミエーションクロマトグラフ（ＧＰＣ）（東ソー（株）製ＧＰＣ−８０００シリーズ、検出器：示差屈折計、カラム：東ソー（株）製のＴＳＫＧＥＬ ＳＵＰＥＲＭＡＬＴＰＯＲＥ ＨＺ−Ｍ）を用い、分子量は標準ポリスチレンにより校正した。低分子量側のピークをピーク１とし、高分子量側のピークをピーク２として重量平均分子量を算出した。また、ピーク１と２の面積比より、カップリング率を算出した。
（重合体中の窒素含有化合物誘導体モノマー量の測定）
重合体中の窒素含有化合物誘導体モノマー量は、日本電子（株）製ＪＮＭ−ＥＣＡシリーズの装置を用いて測定した。
実施例１〜１２および比較例１〜３
以下に、実施例および比較例で用いた各種薬品について説明する。
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＢＲ：宇部興産（株）製のウベポールＢＲ１５０Ｌ
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（チッ素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）：１２５ｍ２／ｇ）
シリカ：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（チッ素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）：２１０ｍ２／ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９
オイル：（株）ジャパンエナジー製のＪＯＭＯプロセスＸ１４０
ステアリン酸：日油（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
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）
硫黄：鶴見化学（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ＮＳ
加硫促進剤２：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ
表３に示す配合処方にしたがって、混練り配合し、各種供試ゴム組成物を得た。これらの配合物を１７０℃で２０分間プレス加硫して加硫物を得て、これらについて以下に示す試験方法により低燃費性およびウェットグリップ性能を評価した。
（低燃費性）
（株）上島製作所製スペクトロメーターを用いて、動的歪振幅１％、周波数１０Ｈｚ、温度６０℃でｔａｎδを測定した。ｔａｎδの逆数の値について比較例１を１００として指数表示した。数値が大きいほど低燃費であることを示している。
（ウェットグリップ性能（１））
（株）上島製作所製フラットベルト式摩擦試験機（ＦＲ５０１０型）を用いてグリップ性能を評価した。幅２０ｍｍ、直径１００ｍｍの円筒形のゴム試験片を用い、速度２０ｋｍ／時間、荷重４ｋｇｆ、路面温度２０℃の条件で、路面に対するサンプルのスリップ率を０〜５０％まで変化させ、その際に検出される摩擦係数の最大値を読みとった。比較例１を１００として指数表示した。指数が大きいほどウェットグリップ性能が高いことを示す。
（ウェットグリップ性能（２））
前記未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、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１０分間プレス加硫し、タイヤ（サイズ１９５／６５Ｒ１５）を製造した。水を撒いて湿潤路面としたテストコースにて、タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着し、速度７０ｋｍ／ｈで制動し、タイヤに制動をかけてから停車するまでの走行距離（制動距離）を測定し、その距離の逆数の値を比較例１を１００として、それぞれ指数表示した。数値が大きいほどウェットグリップ性能が高いことを示す。
Figure 2010116556
表３に示すように、窒素含有化合物を含んだ重合体を含有し、特定量のカーボンブラックおよびシリカを含有した実施例１〜１２のゴム組成物は、比較例１〜３のゴム組成物に比べて、低燃費性とウェットグリップ性能のバランスに優れたタイヤを提供できることができる。

Claims (3)

  1. ゴム成分１００質量％中に、共役ジエン化合物および／または芳香族ビニル化合物と下記一般式
    Figure 2010116556
     （式中、Ｒ１及びＲ２は水素、
    Figure 2010116556
     又は
    Figure 2010116556
     であり、少なくともＲ１及びＲ２のいずれかは水素ではない。Ｒ３は水素又は炭素数１〜４の炭化水素基を表す。Ｘは（ＣＲ８Ｒ９）ｌ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−ＮＲ１２−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｏ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、又は、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｓ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎからなる飽和形環形成部を表す。Ｘは
    Figure 2010116556
     又は
    Figure 2010116556
     で置換されていてもよい。Ｚは（ＣＲ８Ｒ９）ｌ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−ＮＲ１２−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｏ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎ、又は、（ＣＲ１０Ｒ１１）ｍ−Ｓ−（ＣＲ１３Ｒ１４）ｎからなる飽和形環形成部を表す。Ｒ４〜Ｒ７は水素、炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基、炭素数３〜３０の脂環族炭化水素基、炭素数５〜３０の芳香族炭化水素基、又は環構成原子数３〜３０の複素環基を表す。Ｒ４〜Ｒ７は同じであっても異なっていてもよい。Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は水素、炭素数１〜３０の脂肪族炭化水素基、炭素数３〜３０の脂環族炭化水素基又は炭素数５〜３０の芳香族炭化水素基を表す。Ｒ０及びＲ８〜Ｒ１４は同じであっても異なっていてもよい。ｌは３〜１０の整数を表す。ｍ及びｎは１〜９の整数を表す。）
    で表される窒素含有化合物とを共重合して得られた重合体を５質量％以上含み、
    該ゴム成分１００質量部に対してカーボンブラックを１〜２０質量部、シリカを５質量部以上含むことを特徴とするゴム組成物。
  2. 前記重合体における窒素含有化合物の含有量が０．０５〜３０質量％である請求項１に記載のゴム組成物。
  3. 請求項１または２に記載のゴム組成物を用いて作製したタイヤ。
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