JP2014070131A - ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを50質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、シリカを5〜100質量部および特定の有機酸塩を前記シリカに対し0.7〜15.0質量%配合してなるゴム組成物と、該ゴム組成物をキャップトレッドに使用した空気入りタイヤにより上記課題を解決した。
【選択図】なし
Description
一方、燃費性能を向上するためには走行時の転がり抵抗を低減する必要があり、タイヤトレッドを構成するゴム組成物にシリカを配合する技術が知られている。しかし、シリカはジエン系ゴムに対する親和性が低く、分散性が悪化し所望の物性が得られないという問題点がある。そこでシリカの分散性を改良するために、例えばシランカップリング剤を配合したり、ジエン系ゴムとして変性ゴムを使用したりする手法が採られているが、ゴム組成物の粘度が増大して加工性が低下したり、タイヤ剛性が低下して操縦安定性が損なわれたりするという問題があった。さらにシリカは加硫促進剤を吸着し、加硫遅延を起こすという問題点もある。
このように、高硬度および高強度と、発熱性、加工性および加硫特性とを同時に改善することは、従来技術において非常に困難な課題であった。
すなわち本発明は以下の通りである。
1.スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを50質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、シリカを5〜100質量部および分子中に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸のナトリウム塩またはカリウム塩を前記シリカに対し0.7〜15.0質量%配合してなることを特徴とするゴム組成物。
2.前記分子中に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸のナトリウム塩またはカリウム塩が、シュウ酸またはコハク酸のナトリウム塩またはカリウム塩であることを特徴とする前記1または2に記載のゴム組成物。
3.前記ジエン系ゴム100質量部に対し、さらにシランカップリング剤を0.5〜10質量部配合してなることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
4.前記1〜3のいずれかに記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用した空気入りタイヤ。
(ジエン系ゴム)
本発明で使用されるジエン系ゴムは、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)を主成分とする。なお、その他のジエン系ゴムを併用することもでき、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)等が併用可能である。ジエン系ゴムは、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。
本発明で使用されるジエン系ゴムは、全体量を100質量部としたときに、SBRを50質量部以上、好ましくは60質量部以上配合するのが好ましい。また、本発明の効果の点からSBRとBRとを併用するのが好ましい。
本発明で使用されるシリカは、特に限定されるものではなく、通常ゴム組成物に配合されるものを使用することができ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカ、表面処理シリカ等のシリカが挙げられる。シリカのBET比表面積(JIS K6430付属書Eに準拠して測定)は、本発明の効果の点から、例えば50〜400m2/g、好ましくは150〜250m2/gであるのがよい。
本発明で使用される分子中に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸のナトリウム塩またはカリウム塩(以下、特定有機酸塩と言う)は、例えば、シュウ酸、HOOC−R−COOHで表されるジカルボン酸(式中、Rはアルキレン基またはアリーレン基を表す)等のナトリウム塩またはカリウム塩;クエン酸等のトリカルボン酸のナトリウム塩またはカリウム塩;ピロメリット酸等のテトラカルボン酸のナトリウム塩またはカリウム塩等が挙げられ、中でも本発明の効果の点から、シュウ酸、上記式でRが1〜7を表す脂肪族ジカルボン酸、例えばマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸またはアゼライン酸のナトリウム塩またはカリウム塩が好ましく、とくにシュウ酸またはコハク酸のナトリウム塩またはカリウム塩が好ましい。
特定有機酸塩の作用効果は現時点では明確ではないが、本発明者の検討によれば、特定有機酸塩がシリカ表面に吸着し、シリカの凝集を抑制しつつ、適度なネットワークを形成するとともに、ゴムとの親和性が高まり補強性を向上させ、本発明の効果が奏されるものと推測している。そしてこのような作用効果は、シュウ酸、上記式でRが1〜7を表す脂肪族ジカルボン酸のナトリウム塩またはカリウム塩でとくに顕著となることが判明した。
本発明で使用するシランカップリング剤は、その効果向上の観点から、硫黄含有シランカップリング剤を使用するのが好ましい。シランカップリング剤としては、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、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジサルファイド、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−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。
シランカップリング剤を使用する場合、その配合量は、前記ジエン系ゴム100質量部に対して例えば0.5〜10質量部、好ましくは1.0〜8.0質量部である。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム100質量部に対し、シリカを5〜100質量部および特定有機酸塩をシリカに対し0.7〜15.0質量%配合してなることを特徴とする。
シリカの配合量が5質量部未満であると、補強性が低下し、所望の物性を得られないので好ましくなく、逆に100質量部を超えると、充填剤の分散が悪化し物性低下を引き起こす。
前記特定有機酸塩の配合量が0.7質量%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15.0質量%を超えると、またシリカが凝集し加工性が悪化する。
さらに好ましい前記特定有機酸塩の配合量は、シリカに対し、3.0〜14.5質量%である。
サンプルの調製
表1に示す配合(質量部)において、加硫系(加硫促進剤、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、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物をオープンロールで、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で160℃で20分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られたゴム組成物または加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。
加硫速度:得られたゴム組成物をJIS K6300−2に準拠し、ロータレス加硫試験機を使用し、温度160℃に得られるトルクと加硫時間との加硫曲線から求めた最大トルクの90%に達する迄の加硫時間(T90)を測定した。結果は、比較例1の値を100として指数表示した。指数が大きいほど加硫速度が速いことを示す。
硬度:JIS 6253に準拠して、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。指数が大きいほど硬度が高く、操縦安定性に優れることを示す。
破断強度および破断伸び:JIS 3号ダンベル試料を用いてJIS K6251に準拠し、破断強度および破断伸びを測定した。結果は、比較例1の値を100として指数表示した。指数が大きいほど破断強度または破断伸びが高く、すなわち強度が高く、良好であることを示す。
tanδ(60℃):(株)東洋精機製作所製、粘弾性スペクトロメーターを用い、伸張変形歪率10±2%、振動数20Hz、温度60℃の条件にて測定した。結果は、比較例1の値を100として指数表示した。指数が小さいほど低発熱性であることを示す。
結果を表1に併せて示す。
*2:BR(日本ゼオン(株)製BR1220)
*3:シリカ(東ソー・シリカ(株)製ニップシールAQ、BET比表面積=200m2/g)
*4: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N339M)
*5:酸化亜鉛(正同化学工業(株)製酸化亜鉛3種)
*6:ステアリン酸(日油(株)製ステアリン酸)
*7:シュウ酸ナトリウム(関東化学(株)製)
*8:シュウ酸カリウム一水和物(関東化学(株)製)
*9:ステアリン酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製)
*10:シュウ酸二水和物(関東化学(株)製)
*11:老化防止剤(住友化学(株)製アンチゲン6C)
*12:シランカップリング剤(エボニック・デグサ社製Si69)
*13:オイル(昭和シェル石油(株)製エクストラクト4号S)
*14:硫黄(軽井沢精錬所社製油処理硫黄)
*15:加硫促進剤−1(三新化学工業(株)製サンセラーCM−PO)
*16:加硫促進剤−2(三新化学工業(株)製サンセラーD−G)
比較例2は、特定有機酸塩の替わりに、分子中に1個のカルボキシル基を有する有機酸のナトリウム塩を配合した例であり、破断強度および破断伸びが悪化している。
比較例3は、特定有機酸塩の替わりに、シュウ酸二水和物を配合した例であり、加工性および発熱性が悪化している。
比較例4は、特定有機酸塩の配合量が本発明で規定する下限未満であるので、本発明の効果が確認できなかった。
比較例5は、特定有機酸塩の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、シリカが凝集し、加工性が悪化した。
Claims (4)
- スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを50質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、シリカを5〜100質量部および分子中に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸のナトリウム塩またはカリウム塩を前記シリカに対し0.7〜15.0質量%配合してなることを特徴とするゴム組成物。
- 前記分子中に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸のナトリウム塩またはカリウム塩が、シュウ酸またはコハク酸のナトリウム塩またはカリウム塩であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴム100質量部に対し、さらにシランカップリング剤を0.5〜10質量部配合してなることを特徴とする請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用した空気入りタイヤ。
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