JP2011046775A - タイヤトレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ゴム成分100質量部に対し、ゴム中個数平均粒径が1μm以上100μm以下でゴム中粒度分布index(PDI)が1.50以下となるように、中空微粒子1質量部以上30質量部以下を少なくとも配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物である。
【選択図】なし
Description
上記トレッドゴムに発泡ゴムを用いることで、氷上性能やロードノイズ性能を向上させることができるが、このタイヤでは氷上路における摩擦力は良好であるが発泡ゴムのブロック剛性が低いため、独立気泡によるエッジ効果と排水効果とが十分でなく、耐摩耗性や一般路における走行性能が低下するという問題があった。
<1> ゴム成分100質量部に対し、ゴム中個数平均粒径が1μm以上100μm以下でゴム中粒度分布index(PDI)が1.50以下となるように、中空微粒子1質量部以上30質量部以下を少なくとも配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物である。
nM・xSiOy・zH2O・・・・・・・・(I)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムから選ばれる金属、並びに、これらの金属の酸化物または水酸化物、それらの水和物及び前記金属の炭酸塩の中から選ばれる少なくとも一種であり、n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数及び0〜10の整数である。]
で表される無機充填剤から選択される少なくとも1種を含む<1>〜<9>のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物である。
<タイヤトレッド用ゴム組成物>
本実施形態のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分100質量部に対し、ゴム中個数平均粒径が1μm以上100μm以下でゴム中粒度分布index(PDI)が1.50以下となるように、中空微粒子1質量部以上30質量部以下を少なくとも配合してなる。
本実施形態における中空微粒子は、大きな圧縮強度を有するので、ゴム成分に配合された後、混練等の操作が行われた場合でも破壊されない状態でゴム中あるいはゴム表面に存在する。
ゴム中の中空微粒子の粒度分布がブロードになり、PDIが1.5を超えると、タイヤに入力された歪みを均一に分散させることができずに、耐摩耗性が低下する。さらに、トレッド表面にできる凹穴の径分布もブロードとなり、タイヤ接地面内で効果的に排水することができなくなるため、ウエット性能や氷上摩擦性能も低下する。
また、ゴム中個数平均粒径は、ここで得られたゴム中個数粒度分布から、個数基準で50%の値として求めた。
さらに、ゴム中粒度分布index(「PDI」と略す)は、ここで得られた粒度分布の半価幅Wと、ゴム中個数平均粒径Mを用いて、以下の式(1)から算出した。
PDI=W/M ・・・ 式(1)
本実施形態に用いるグラスマイクロバブルとしては、例えば、ガラス組成におけるアルカリ金属酸化物質量に対するアルカリ土類金属酸化物の質量の比(アルカリ土類金属酸化物/アルカリ金属酸化物質量)を1.2/1〜3.0/1の範囲としたものが好ましく、アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物の合わせた質量の少なくとも97質量%において、SiO2が70〜80質量%、CaOが8〜15質量%、Na2Oが3〜8質量%、及びB2O3が2〜6質量%含まれることが望ましい。また、グラスマイクロバブルは、米国特許第3,230,064号明細書または米国特許第3,129,086号明細書に記載されるものなどの装置において調製することができる。
前記配合量は1質量部以上20質量部以下とすることが好ましく、3質量部以上10質量部以下とすることがより好ましい。
本実施形態のゴム組成物に使用可能なゴム成分としては、天然ゴム(NR)及び種々の合成ゴムから選択される少なくとも1種が挙げられる。上記合成ゴムの具体例としては、ポリイソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、Cl−IIR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、架橋ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム及びニトリルゴム等が挙げられる。これらのゴム成分は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。
第1のタイヤトレッド用ゴム組成物は、タイヤとしたときの乾燥路面での操縦安定性に加え、湿潤路面(ウエット路面)での制動性、特にウエットブレーキ性能等のウエット性能の向上を目的とするものであり、ゴム成分としては、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(以下、単に「SBR」を称する場合がある)を50質量%以上含むものを用いる。
比較的ガラス転移温度の高いSBRは、湿潤路面におけるウエットスキッド性や操縦安定性を重視するために用いられるが、これに前記中空微粒子を組み合わせることにより、ウエット路面でのブレーキ性能をも向上させることができる。
スチレン−ブタジエン共重合体は、市販品を使用することができ、油展されていてもよい。
第2のタイヤトレッド用ゴム組成物は、タイヤとしたときに、耐摩耗性を犠牲にせずに、氷雪路、特に氷上における摩擦力の向上を目的とするものであり、ゴム成分としては、天然ゴムと特定のジエン系合成ゴムとの混合物を用いる。
トレッドゴムのゴム成分を、天然ゴム及びジエン系合成ゴムとした場合、乾燥路面走行温度領域での複素弾性率の低下が抑制されることに加え、氷上路面走行温度領域でトレッドゴムが十分なしなやかさを有するため、氷上性能と耐摩耗性とを両立し易い。これに前記中空微粒子を組み合わせることにより、特に氷上での摩擦力を向上させることができる。
特にゴム成分としては、ポリブタジエンゴム(BR)が、低発熱性、耐摩耗性、耐亀裂成長性、耐引裂き性などの点で好ましい。
上記天然ゴムラテックスとしては、フィールドラテックス、アンモニア処理ラテックス、遠心分離濃縮ラテックス、酵素で処理した脱蛋白ラテックス、官能基を導入したラテックス、前記のものを組み合わせたものなど、いずれも使用することができる。天然ゴムラテックスはゴム炭化水素の微粒子を分散質とするコロイドゾルであり、電気的に負に帯電している。通常安定剤としてアンモニアその他アルカリをくわえてpH9〜10として保存する。ラテックスには約30%のゴム分がふくまれており、前記濃縮ラテックスは60%に濃縮されている。
合成ゴムラテックスとしては、例えばスチレン−ブタジエン重合体ゴム、ニトリルゴム、ポリクロロプレンゴムなどのラテックスを使用することができる。
第3のタイヤトレッド用ゴム組成物は、タイヤとしたときに、耐摩耗性を犠牲にせずに、氷雪路、特に氷上における摩擦力の向上を目的とするものであり、ゴム成分としては、天然ゴム及びジエン系合成ゴムから選択される少なくとも1種を用い、独立発泡を有する。
トレッド表面に粗さを付与することにより、氷上における融解した水を排水し、氷上の摩擦力を向上できることが知られており、トレッドとして発泡ゴムが用いられてきた。これの発泡ゴムに、前記中空微粒子を組み合わせることにより、トレッド表面を狙った表面粗さに制御することが可能になり、さらに中空微粒子の引っかき効果によって、より前記摩擦力を向上させることができる。
なお、上記タイヤトレッド用ゴム組成物をタイヤのトレッド等に用いる場合には、前記ゴム成分としては、−60℃以下のガラス転移温度を有するものが好ましい。このようなガラス転移温度を有するゴム成分を用いると、該トレッド等は、低温域においても十分なゴム弾性を維持し、良好な前記氷上性能を示す点で有利である。
本実施形態のタイヤトレッド用ゴム組成物は充填剤を含んでもよい。該充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等を挙げることができる。これら充填剤の種類としては特に制限なく、従来ゴムの充填剤として慣用されているものの中から任意のものを選択して用いることができる。また、シリカ等の無機充填剤を用いる場合には、シランカップリング剤を併用しても良い。
nM・xSiOy・zH2O ・・・(I)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムから選ばれる金属、並びに、これらの金属の酸化物または水酸化物、それらの水和物及び前記金属の炭酸塩の中から選ばれる少なくとも一種であり、n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数、及び0〜10の整数である。]
で表される無機充填剤の中から選ばれる少なくとも一種であることが好適である。
カーボンブラック及びシリカに加えて、上記一般式(I)で表される無機充填剤を用いることにより、補強効果を効率的に高めることができ、タイヤとしたときの耐摩耗性及び低発熱性(低燃費性)の両立を図ることができる。
前記シリカは特に限定されないが、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカが好ましい。これらは単独に又は混合して使用することができる。
なお、前記第3のタイヤトレッド用ゴム組成物にカーボンブラックを用いる場合、配合量はゴム成分100質量部に対し20質量部以上60質量部以下とすることが望ましい。配合量を上記範囲とすることにより、耐摩耗性と氷上性能との両立を図ることができる。
また、一般式(I)で表される無機充填剤としては、Mがアルミニウム金属、アルミニウムの酸化物又は水酸化物、それらの水和物、及びアルミニウムの炭酸塩から選ばれる少なくとも一種のものが好ましい。中でも充填剤としてはカーボンブラック、シリカ及び水酸化アルミニウムが好ましい。
上記含有量は、好ましくは15質量部以上95質量部以下、より好ましくは20質量部以上90質量部以下である。
本実施形態のタイヤトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分、カーボンブラック等の充填剤の他、プロセスオイル等の油分、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、酸化亜鉛、オゾン劣化防止剤、着色剤、帯電防止剤、滑剤、酸化防止剤、カップリング剤、発泡剤、発泡助剤及びステアリン酸等のゴム業界で通常使用されるゴム用配合材料を、本実施形態の目的を害しない範囲内で適宜選択し配合することができる。これら配合剤は、市販品を好適に使用できる。
上記発泡剤としては、例えば、ジニトロソペンタメチレンテトラミン(DPT)、アゾジカルボンアミド(ADCA)、ジニトロソペンタスチレンテトラミンやベンゼンスルホニルヒドラジド誘導体、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド(OBSH)、二酸化炭素を発生する重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、窒素を発生するニトロソスルホニルアゾ化合物、N,N’−ジメチル−N,N’−ジニトロソフタルアミド、トルエンスルホニルヒドラジド、p−トルエンスルホニルセミカルバジド、p,p’−オキシービス(ベンゼンスルホニルセミカルバジド)等が挙げられる。
前記発泡剤の含有量としては、目的に応じて適宜決定すればよいが、一般にはゴム成分100質量部に対して1〜10質量部程度が好ましい。
シランカップリング剤としては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシ−エトキシ)シラン、β−(3,4−エポキシシクロへキシル)−エチルトリメトキシシラン、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−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメチルジメトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロ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、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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、γ−トリメトキシシリルプロピルジメチルチオカルバミルテトラスルフィド、γ−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアジルテトラスルフィド等が挙げられる。
なお、発泡率(Vs)は、下記式(2)により求めることができる。
Vs=(ρ0/ρ1−1)×100(%) ・・・ 式(2)
(式中、ρ1は発泡ゴム密度(g/cm3)であり、ρ0は発泡ゴムの固相部の密度(g/cm3)である)。
本実施形態の空気入りタイヤは、トレッド部を備え、該トレッド部に上述のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いたことを特徴とする。上記タイヤのトレッド部の構造は特に制限されず、用途に応じ、一層構造、多層構造をとることができる。トレッド部が多層からなる場合、少なくとも一層に上記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いることで、所期の効果が発揮される。なお、トレッド部が、トレッド表面部に位置するキャップゴム層とベルト被覆ゴムに隣接するベースゴム層との二層構造(キャップ・ベース構造)からなる場合、ベースゴム層が上記タイヤトレッド用ゴム組成物で構成されているのが好ましい。この場合、ベースゴム層露出時の溝高さが減少する分、ブロック剛性が高くなる。
上記Raは10μm以上30μm以下とすることがより好ましく、Rskは−0.4以上−0.1以下とすることがより好ましい。
また、上記Ra、Rskについては、前記第1のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッドとして用いたタイヤにおいて、特に好ましく適用されるものである。
まず、以下の各例で得られたタイヤトレッド用ゴム組成物を用いて得られたタイヤについて、下記の方法によりタイヤ性能を評価した。
(耐摩耗性能)
試験用のタイヤ(タイヤサイズ195/65R15)を試作し、実車にて舗装路面を2万km走行後、残溝を測定し、トレッドが1mm摩耗するのに要する走行距離を相対比較し、比較例1を100として指数表示した。指数が大きい程、耐摩耗性が良好なことを示す。
前記試験用のタイヤ(タイヤサイズ195/65R15)を、排気量2000ccの乗用車に4本装着し、テストコースの湿潤アスファルト路面にて、初速度70km/hrからの制動距離を測定した。比較例1の測定値を100とし、他例の値については、比較例1の制動距離÷供試タイヤの制動距離×100にて指数を求め指数表示した。従って、数値が大なる程良好である。
前記試験用のタイヤ(タイヤサイズ195/65R15)を、排気量2000ccの乗用車に4本装着し、氷温−1℃の氷上制動性能を確認した。比較例1のタイヤをコントロールタイヤとして、氷上性能=(コントロールタイヤの制動距離/その他の例の制動距離)×100とした。数値の大きい方が氷上性能が優れていることを示す。
第1表に示す配合組成の8種類のタイヤトレッド用ゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて調製した。次いで、各ゴム組成物について、加硫温度145℃、加硫時間45分間の条件で加硫ゴムサンプルを作製した。
上記各々作製した8種のゴム組成物をトレッドゴムに用いたサマータイヤ(タイヤサイズ:195/65R15)を試作し、前記のタイヤ性能を評価した。その結果を第1表にまとめて示す。
*1)SL563(JSR社製、スチレン含量:20質量%)
*2)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S60」(ゴム中個数平均粒径:30μm、PDI:1.33、平均肉厚:1.5μm)
*3)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S32」(ゴム中個数平均粒径:35μm、PDI:1.43、平均肉厚:0.89μm)
*4)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S15」(ゴム中個数平均粒径:30μm、PDI:1.83)
*5)東海カーボン(株)製、商品名「シースト7HM」
*6)日本シリカ工業(株)製、商品名「ニップシールAQ」
*7)デグッサ社製、商品名「Si75」
*8)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、大内新興化学工業社製、商品名「ノクラック6C」
*9)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、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーCZ」
*10)1,3−ジフェニルグアニジン、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーD」
第2表に示す配合組成の10種類のタイヤトレッド用ゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて調製した。次いで、各ゴム組成物について、加硫温度145℃、加硫時間45分間の条件で加硫ゴムサンプルを作製した。
上記各々作製した10種のゴム組成物をトレッドゴムに用いたスノータイヤ(タイヤサイズ:195/65R15)を試作し、前記のタイヤ性能を評価した。その結果を第2表にまとめて示す。
*1)宇部興産社製シス−1,4−ポリブタジエンゴム、商品名「UBEPOL 150L」
*2)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S60」(ゴム中個数平均粒径:30μm、PDI:1.33、平均肉厚:1.5μm)
*3)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S32」(ゴム中個数平均粒径:35μm、PDI:1.43、平均肉厚:0.89μm)
*4)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S15」(ゴム中個数平均粒径:30μm、PDI:1.83)
*5)旭硝子社製グラスバルーン、商品名「セルスター」(ゴム中個数平均粒径:29μm、PDI:1.85、平均肉厚:3μm、平均比重:0.68g/cc)
*6)旭硝子社製グラスバルーン、商品名「セルスター」(ゴム中個数平均粒径:25μm、PDI:1.60、平均肉厚:2μm、平均比重:0.90g/cc)
*7)松本油脂社製膨張製マイクロカプセル、商品名「マイクロスフィアF100D」(ゴム中個数平均粒径:26μm、PDI:1.54)
*8)UCAR製膨張黒鉛、商品名「GRAFGuard160−50N」(ゴム中個数平均粒径:250μm、PDI:2.3)
*9)旭カーボン(株)製、商品名「N134」(N2SA:146m2/g)
*10)日本シリカ工業(株)製、商品名「ニップシールAQ」
*11)デグッサ社製、商品名「Si69」
*12)N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、大内新興化学工業社製、商品名「ノクラック6C」
*13)ジ−2−ベンゾチアジル-ジスルフィド、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーDM」
*14)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、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーCZ」
第3表に示す配合組成の13種類のタイヤトレッド用ゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて調製した。次いで、各ゴム組成物について、加硫温度145℃、加硫時間45分間の条件で加硫ゴムサンプルを作製した。
上記各々作製した13種のゴム組成物をトレッドゴムに用いたスノータイヤ(タイヤサイズ:195/65R15)を試作し、前記のタイヤ性能を評価した。その結果を第3表にまとめて示す。
*1)宇部興産社製シス−1,4−ポリブタジエンゴム、商品名「UBEPOL 150L」
*2)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S60」(ゴム中個数平均粒径:30μm、PDI:1.33、平均肉厚:1.5μm)
*3)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S32」(ゴム中個数平均粒径:35μm、PDI:1.43、平均肉厚:0.89μm)
*4)住友3M社製グラスバブルス、商品名「Scotchlite S15」(ゴム中個数平均粒径:30μm、MDI:1.83)
*5)旭カーボン(株)製、商品名「N134」(N2SA:146m2/g)
*6)日本シリカ工業(株)製、商品名「ニップシールAQ」
*7)デグッサ社製、商品名「Si69」
*8)N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、大内新興化学工業社製、商品名「ノクラック6C」
*9)ジ−2−ベンゾチアジル-ジスルフィド、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーDM」
*10)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、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーCZ」
*11)ジニトロソペンタメチレンテトラミン
Claims (15)
- ゴム成分100質量部に対し、ゴム中個数平均粒径が1μm以上100μm以下でゴム中粒度分布index(PDI)が1.50以下となるように、中空微粒子1質量部以上30質量部以下を少なくとも配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記ゴム中粒度分布index(PDI)が、1.35以下である請求項1に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記ゴム成分が、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを50質量%以上含んでなる請求項1または2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記スチレン−ブタジエン共重合体ゴムにおけるスチレン量が10質量%以上50質量%以下である請求項3に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記ゴム成分が、天然ゴムと、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム及びアクリロニリトル−ブタジエンゴムから選択される1種以上のジエン系合成ゴムと、の混合物である請求項1または2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記混合物における天然ゴム及びジエン系合成ゴムの質量比(天然ゴム/ジエン系合成ゴム)が、80/20〜40/60の範囲である請求項5に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記ゴム成分が天然ゴム及びジエン系合成ゴムから選択される少なくとも1種であり、独立気泡を有する請求項1または2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 加硫後の発泡率が5%以上40%以下である請求項7に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記中空微粒子の配合量が、ゴム成分100質量部に対し3質量部以上10質量部以下である請求項1〜8のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 充填剤として、カーボンブラック、シリカ及び一般式(I)
nM・xSiOy・zH2O・・・・・・・・(I)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムから選ばれる金属、並びに、これらの金属の酸化物または水酸化物、それらの水和物及び前記金属の炭酸塩の中から選ばれる少なくとも一種であり、n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数及び0〜10の整数である。]
で表される無機充填剤から選択される少なくとも1種を含む請求項1〜9のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。 - 前記充填剤含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して10質量部以上100質量部以下である請求項10に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記中空微粒子及び充填剤の総配合量が、前記ゴム成分100質量部に対して1質量部以上130質量部以下である請求項10または11に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- さらにシランカップリング剤を配合してなる請求項1〜12のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- トレッド部を備え、該トレッド部に請求項1〜13のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。
- 前記トレッド表面の算術平均粗さRaが5μm以上50μm以下であり、粗さの偏り度Rskが−0.5以上0未満である請求項14に記載の空気入りタイヤ。
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