JP2014034646A - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】空気入りタイヤの操縦安定性および燃費性能を改善すべく、ゴム組成物中のカーボンブラックおよび／またはシリカの分散性を向上させ、高剛性、高強度および低発熱性を達成したタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカを５〜１００質量部、およびリン酸のナトリウム塩溶液を０．５〜１０質量部（但し該質量部は溶液に溶解前のリン酸のナトリウム塩の質量を基準とする）配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物と、該タイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤによって、上記課題を解決した。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、高剛性、高強度および低発熱性を達成したタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤには、優れた操縦安定性、燃費性能が求められている。とくに、空気入りタイヤの操縦安定性は、タイヤトレッド部を構成するゴム組成物の剛性および強度を高くすることが有効であり、これにより乾燥または湿潤路面走行時の操縦安定性が優れたものになる。一方、空気入りタイヤの燃費性能を向上するには転がり抵抗を小さくすればよく、例えばゴム組成物の発熱性を低減することが考えられる。このためキャップトレッドやアンダートレッド等のタイヤトレッド部を構成するゴム組成物には、操縦安定性を確保するためにゴム剛性および強度が高いこと、燃費性能を高くするために低発熱性であることが要求されている。

タイヤ用ゴム組成物のゴム強度および剛性を高くするためには、ゴム組成物に配合するカーボンブラックの粒子径を小さくしたり配合量を多くしたりすること、ゴム成分のガラス転移温度を高くすることが一般に知られている。しかし、カーボンブラックを小粒径にしたり増量したりするとゴム組成物の発熱性が増大するという問題があった。一方で、低発熱化を達成すべく、シリカを配合する技術も知られているが、シリカはカーボンブラックと比較してジエン系ゴムに対する親和性および補強性が小さく、硬度が低下するという問題が生じる。

下記特許文献１は、燃費特性および耐摩耗性を改善すべくリン酸のナトリウム塩をゴム組成物に配合する技術を開示しているが、下記で説明する本発明の要件である、リン酸のナトリウム塩を溶液の形態でゴム組成物に導入することを何ら開示または示唆していない。

特許第４５４９４７９号公報

したがって本発明の目的は、空気入りタイヤの操縦安定性および燃費性能を改善すべく、ゴム組成物中のカーボンブラックおよび／またはシリカの分散性を向上させ、高剛性、高強度および低発熱性を達成したタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに特定量のカーボンブラックおよび／またはシリカ、および特定量のリン酸のナトリウム塩溶液を配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下のとおりである。

１．ジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカを５〜１００質量部、およびリン酸のナトリウム塩溶液を０．５〜１０質量部（但し該質量部は溶液に溶解前のリン酸のナトリウム塩の質量を基準とする）配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
２．前記リン酸のナトリウム塩が、ヘキサメタリン酸ナトリウムであることを特徴とする前記１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
３．前記１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。

本発明は、ジエン系ゴムに対し、特定量のカーボンブラックおよび／またはシリカおよび特定量のリン酸のナトリウム塩溶液を配合しているので、ゴム組成物中のカーボンブラックおよび／またはシリカの分散性が向上し、高剛性、高強度および低発熱性を獲得でき、これにより空気入りタイヤの操縦安定性および燃費性能を著しく改善することができる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（ジエン系ゴム）
本発明で使用されるジエン系ゴムは、タイヤ用ゴム組成物に配合することができる任意のゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
これらの中でも、本発明の効果が高まるという観点から、シリカを配合しない系ではＮＲが好ましく、シリカを配合する系では、ＢＲ、ＳＢＲが好ましい。

（カーボンブラックおよびシリカ）
本発明で使用されるカーボンブラックは、分散性向上の観点から、例えば窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０〜１６０ｍ²／ｇであることが好ましい。カーボンブラックのＮ₂ＳＡが３０ｍ²／ｇより小さいと、ゴムの補強性が不十分になるおそれがあり、１６０ｍ²／ｇを超えると混合性が悪化するおそれがあるので好ましくない。
また本発明で使用されるシリカとしては、乾式シリカ、湿式シリカ、コロイダルシリカおよび沈降シリカなど、従来からタイヤ用ゴム組成物において使用することが知られている任意のシリカを単独でまたは２種以上組み合わせて使用でき、分散性向上の観点から、例えば窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０〜４００ｍ^２／ｇであることが好ましい。
なお、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）はＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めた値である。
なお、シリカを使用する場合、シランカップリング剤を併用するのが好ましい。本発明で使用されるシランカップリング剤は、とくに制限されないが、含硫黄シランカップリング剤が好ましく、例えば３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン、３−プロピオニルチオプロピルトリメトキシシラン、ビス−（３−ビストリエトキシシリルプロピル）−テトラスルフィド、ビス−（３−ビストリエトキシシリルプロピル）−ジスルフィド、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、シリカに対して２〜２０質量％が好ましい。

（リン酸のナトリウム塩）
本発明で使用するリン酸のナトリウム塩としては、例えばヘキサメタリン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸水素二ナトリウム、二リン酸二水素二ナトリウム等が挙げられる。また、含水塩としては、リン酸水素二ナトリウム・７水和物、リン酸水素二ナトリウム・１２水和物、リン酸二水素ナトリウム・２水和物、リン酸三ナトリウム・１２水和物、亜リン酸水素二ナトリウム・５水和物等が挙げられる。
これらの中でも、ゴム組成物中のカーボンブラックおよび／またはシリカの分散性を向上させ、高剛性、高強度および低発熱性を得るという観点から、ヘキサメタリン酸ナトリウムが好ましい。

本発明において、リン酸のナトリウム塩は溶液の状態で配合される。リン酸のナトリウム塩を溶解する溶媒としては、例えば水等が挙げられる。該溶媒は、リン酸のナトリウム塩濃度が２０〜６０質量％となるように使用するのがよい。

（充填剤）
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、無機充填剤等の各種充填剤を配合することができる。無機充填剤としては、例えばクレー、タルク、炭酸カルシウム等を挙げることができる。

（タイヤ用ゴム組成物の配合割合）
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカを５〜１００質量部、およびリン酸のナトリウム塩溶液を０．５〜１０質量部配合してなることを特徴とする。但し、リン酸のナトリウム塩溶液の配合量は、溶液に溶解前のリン酸のナトリウム塩の質量を基準とする。
カーボンブラックおよび／またはシリカが５質量部未満であると、ゴムの補強性が低下し、１００質量部を超えると、混合性や加工性が悪化する。
リン酸のナトリウム塩溶液の配合量、すなわちリン酸のナトリウム塩の配合量が０．５質量部未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に１０質量部を超えると、破断強度が悪化する。

なお、カーボンブラックおよび／またはシリカのさらに好ましい配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、４０〜９０質量部である。
特定化合物のさらに好ましい配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、０．５〜５質量部である。

なお、シリカを配合しない系において、カーボンブラックは、ジエン系ゴム１００質量部に対し４０〜８０質量部配合するのが好ましい。
また、シリカを配合する系において、カーボンブラックは、ジエン系ゴム１００質量部に対し５〜５０質量部配合するのが好ましく、シリカは、ジエン系ゴム１００質量部に対し１０〜１００質量部配合するのが好ましい。

本発明に係るタイヤ用ゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、老化防止剤、可塑剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に配合されてい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も、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。また本発明のタイヤ用ゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに適しており、とくにトレッド、好ましくはキャップトレッドやアンダートレッドに適用するのがよい。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

比較例１〜４、実施例１〜２
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、約１５０℃でミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物に加硫促進剤および硫黄を加えてオープンロールにて混練し、タイヤ用ゴム組成物を得た。次に得られたタイヤ用ゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。

１００％モジュラス（Ｍ１００）：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して引張試験にて評価した。結果は比較例１の値を１００として指数表示した。この指数が高いほどモジュラスが高く、操縦安定性に優れ、また、ゴム成分中へのカーボンブラックの分散性も良好であると判断できる。
ｔａｎδ（６０℃）：東洋精機製作所（株）製粘弾性スペクトロメーターを用いて初期歪１０％、振幅±２％、周波数２０Hz、雰囲気温度６０℃で測定した。結果は比較例１の値を１００として指数表示した。この指数が低いほど転がり抵抗性が低く、燃費性能が良好であると判断できる。
硬度（２０℃）：ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定した。結果は比較例１の値を１００として指数表示した。この指数が高いほど硬度が高く、操縦安定性に優れると判断できる。
結果を表１に併せて示す。

＊１：ＮＲ（ＳＴＲ２０）
＊２：カーボンブラック（キャボットジャパン（株）製ショウブラックＮ３３９、Ｎ_２ＳＡ＝８８ｍ^２／ｇ）
＊３：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊４：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊５：オイル（昭和シェル石油（株）製エキストラクト４号Ｓ）
＊６：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＮＳ−Ｐ）
＊７：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊８：ヘキサメタリン酸ナトリウム（関東化学（株）製）

上記の表１から明らかなように、実施例１〜２で調製されたタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴムに特定量のカーボンブラックおよび／またはシリカ、および特定量のリン酸のナトリウム塩溶液を配合したので、従来の代表的な比較例１に比べて、ゴム中へのカーボンブラックの分散性が高まり、硬度（２０℃）を向上させながら、Ｍ１００およびｔａｎδ（６０℃）を同時に改善している。
これに対し、比較例２〜４は、リン酸のナトリウム塩溶液を配合せず、単にリン酸のナトリウム塩を配合したものであるので、硬度や破断物性の改善が見られなかった。

標準例、実施例３〜６、比較例５〜６
サンプルの調製
表２に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、約１５０℃でミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物に加硫促進剤および硫黄を加えてオープンロールにて混練し、タイヤ用ゴム組成物を得た。次に得られたタイヤ用ゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。

破断強度（ＴＢ）および破断伸び（ＥＢ）：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定した。結果は標準例の値を１００として指数表示した。この指数が高いほどゴム成分中へのシリカおよびカーボンブラックの分散性が向上し、破断強度および破断伸びが良好であり、操縦安定性に優れると判断できる。
結果を表２に併せて示す。

＊１：ＳＢＲ（旭化成ケミカルズ社製タフデン Ｅ５８１、ＳＢＲ１００重量部に対しオイル３７．５質量部添加の油展品）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製ＮＩＰＯＬ ＢＲ１２２０）
＊３：カーボンブラック（キャボットジャパン（株）製ショウブラックＮ２３４、Ｎ_２ＳＡ＝１２３ｍ^２／ｇ）
＊４：シリカ（ＲＨＯＤＩＡ社製商品名ＺＥＯＳＩＬ１６５ＧＲ、Ｎ_２ＳＡ＝１６５ｍ^２／ｇ）
＊５：シランカップリング剤（エボニックデグッサジャパン（株）製Ｓｉ６９、化合物名＝ビス−トリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド）
＊６：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊７：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊８：オイル（昭和シェル石油（株）製エキストラクト４号Ｓ）
＊９：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＮＳ−Ｐ）
＊１０：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１１：ヘキサメタリン酸ナトリウム（関東化学（株）製）

上記の表２から明らかなように、実施例３〜６で調製されたタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴムに特定量のカーボンブラックおよび／またはシリカ、および特定量のリン酸のナトリウム塩溶液を配合したので、従来の代表的な標準例に比べて、ゴム中へのカーボンブラックおよびシリカの分散性が高まり、ＴＢおよびＥＢが向上している。
これに対し、比較例５は、リン酸のナトリウム塩溶液を配合せず、単にリン酸のナトリウム塩を配合したものであるので、ＴＢおよびＥＢの改善が見られなかった。
比較例６は、リン酸のナトリウム塩の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、ＴＢが低下した。

Claims (3)

1. ジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカを５〜１００質量部、およびリン酸のナトリウム塩溶液を０．５〜１０質量部（但し該質量部は溶液に溶解前のリン酸のナトリウム塩の質量を基準とする）配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記リン酸のナトリウム塩が、ヘキサメタリン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。