JP2014214206A - タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な耐摩耗性及び低燃費性を維持しながらウェットグリップ性能を改善できるタイヤ用ゴム組成物、及びこれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分と、シリカと、結晶系が六方晶である無機化合物とを含有し、上記ゴム成分１００質量部に対する上記シリカの含有量が５〜１５０質量部であり、上記シリカ１００質量部に対する上記無機化合物の含有量が２〜１０質量部であるタイヤ用ゴム組成物に関する。
【選択図】なし
【解決手段】ゴム成分と、シリカと、結晶系が六方晶である無機化合物とを含有し、上記ゴム成分１００質量部に対する上記シリカの含有量が５〜１５０質量部であり、上記シリカ１００質量部に対する上記無機化合物の含有量が２〜１０質量部であるタイヤ用ゴム組成物に関する。
【選択図】なし
Description
本発明は、タイヤ用ゴム組成物、及びこれを用いて作製した空気入りタイヤに関する。
近年、環境問題への関心の高まりから、自動車に対して低燃費化の要求が強くなっており、自動車用タイヤに用いるゴム組成物に対しても、低燃費性に優れることが求められている。
低燃費性を改善する方法として、カーボンブラックやシリカなどの充填剤を減量する方法が知られているが、充填剤を減量すると、ウェットグリップ性能や耐摩耗性が低下するという点で改善の余地がある。このように、通常、低燃費性はウェットグリップ性能や耐摩耗性と背反する関係にあり、これらの性能を兼ね備えたゴム組成物を調製することは困難であった。
低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性をバランス良く改善する方法として、特許文献１には、アミノ基及びアルコキシ基を含有する有機ケイ素化合物で変性されたジエン系ゴムを配合する方法が開示され、特許文献２には、無水シリカ及び含水シリカを併用する方法が開示されている。しかし、近年では、低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性について、更なる改善が求められている。
本発明は、前記課題を解決し、良好な耐摩耗性及び低燃費性を維持しながらウェットグリップ性能を改善できるタイヤ用ゴム組成物、及びこれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、ゴム成分と、シリカと、結晶系が六方晶である無機化合物とを含有し、上記ゴム成分１００質量部に対する上記シリカの含有量が５〜１５０質量部であり、上記シリカ１００質量部に対する上記無機化合物の含有量が２〜１０質量部であるタイヤ用ゴム組成物に関する。
上記タイヤ用ゴム組成物は、上記シリカ１００質量部に対して、メルカプト基を有するシランカップリング剤を０．２質量部以上含有することが好ましい。
上記無機化合物は、下記式（１）の組成式で表される化合物であることが好ましい。
Ａα（Ｂ）β（Ｃ）γ・・・（１）
（式（１）中、ＡはＨ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｋ及びＣａからなる群より選択される少なくとも１種の１価又は２価の原子であり、ＢはＰＯ４ ３−及び／又はＣＯ３ ２−であり、ＣはＯＨ−、Ｆ−又はＣｌ−である。αは０〜５、βは０〜３、γは０〜１で表される数である。）
Ａα（Ｂ）β（Ｃ）γ・・・（１）
（式（１）中、ＡはＨ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｋ及びＣａからなる群より選択される少なくとも１種の１価又は２価の原子であり、ＢはＰＯ４ ３−及び／又はＣＯ３ ２−であり、ＣはＯＨ−、Ｆ−又はＣｌ−である。αは０〜５、βは０〜３、γは０〜１で表される数である。）
本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製した空気入りタイヤに関する。
本発明によれば、ゴム成分に対し、シリカと、結晶系が六方晶である無機化合物とを所定量配合したタイヤ用ゴム組成物であるので、低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く改善された空気入りタイヤを提供できる。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、シリカと、結晶系が六方晶である無機化合物（以下、六方晶系無機化合物とも言う。）とを含有する。六方晶系無機化合物がシリカと相互作用することにより、シリカの分散性を改善させ、良好な耐摩耗性及び低燃費性を維持しながら、ウェットグリップ性能を改善することができる。
ゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）など、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。これらは、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なかでも、低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く得られるという点から、ＳＢＲ、ＢＲを用いることが好ましい。
ゴム成分１００質量％中のＳＢＲの含有量は、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上である。４０質量％未満であると、良好なウェットグリップ性能を確保できないおそれがある。ゴム成分１００質量％中のＳＢＲの含有量は、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは８０質量％以下である。９０質量％を超えると、良好な低燃費性を確保できないおそれがある。
ゴム成分１００質量％中のＢＲの含有量は、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは２０質量％以上である。１０質量％未満であると、良好な耐摩耗性を確保できないおそれがある。ゴム成分１００質量％中のＢＲの含有量は、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは４０質量％以下である。６０質量％を超えると、良好な低燃費性を確保できないおそれがある。
六方晶系無機化合物の例としては、ベリリウムを含有する珪酸塩鉱物やリン酸塩鉱物などが挙げられる。低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く得られるという点から、六方晶系無機化合物としては、下記式（１）で表される化合物を使用することが好ましい。
Ａα（Ｂ）β（Ｃ）γ・・・（１）
（式（１）中、ＡはＨ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｋ及びＣａからなる群より選択される少なくとも１種の１価又は２価の原子であり、ＢはＰＯ４ ３−及び／又はＣＯ３ ２−であり、ＣはＯＨ−、Ｆ−又はＣｌ−である。またαは０〜５、βは０〜３、γは０〜１で表される数である。）
Ａα（Ｂ）β（Ｃ）γ・・・（１）
（式（１）中、ＡはＨ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｋ及びＣａからなる群より選択される少なくとも１種の１価又は２価の原子であり、ＢはＰＯ４ ３−及び／又はＣＯ３ ２−であり、ＣはＯＨ−、Ｆ−又はＣｌ−である。またαは０〜５、βは０〜３、γは０〜１で表される数である。）
低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く得られるという点から、上記式（１）において、Ａで表される原子としては、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｋ、Ｈのいずれか１つが好ましく、Ｃａがより好ましい。ＢはＰＯ４ ３−が好ましい。ＣはＯＨ−が好ましい。αは１〜５が好ましく、３〜５が更に好ましい。βは１〜３が好ましく、２〜３が更に好ましい。γは１が好ましい。
式（１）で表される六方晶系無機化合物の例としては、フッ素燐灰石（Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｆ）、塩素燐灰石（Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ）、水酸燐灰石（Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ））、炭酸フッ素燐灰石（Ｃａ５（ＰＯ４、ＣＯ３）３Ｆ）、炭酸水酸燐灰石（Ｃａ５（ＰＯ４、ＣＯ３）３（ＯＨ））などが挙げられる。これらは１種を単独で使用しても良いし、２種以上を併用してもよい。なかでも、水酸燐灰石（Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ））を好適に使用できる。
六方晶系無機化合物の平均粒子径は、耐摩耗性の点から、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、更に好ましくは２５μｍ以下である。平均粒子径の下限は特に限定されず、耐摩耗性の点からは小粒径であるほど好ましい。
なお、本明細書において、平均粒子径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察にて測定した値である。具体的には、透過型電子顕微鏡で写真撮影し、微粒子の形状が球形の場合は球の直径、針状又は棒状の場合は短径、不定型の場合は中心部からの平均粒径を粒子径とし、１００個の平均値を平均粒子径とする。
なお、本明細書において、平均粒子径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察にて測定した値である。具体的には、透過型電子顕微鏡で写真撮影し、微粒子の形状が球形の場合は球の直径、針状又は棒状の場合は短径、不定型の場合は中心部からの平均粒径を粒子径とし、１００個の平均値を平均粒子径とする。
六方晶系無機化合物の含有量は、シリカ１００質量部に対して、２質量部以上、好ましくは３質量部以上である。２質量部未満であると、ウェットグリップ性能が充分に発揮されないおそれがある。六方晶系無機化合物の含有量は、１０質量部以下、好ましくは８質量部以下である。１０質量部を超えると、良好な耐摩耗性を確保できないおそれがある。
シリカとしては特に限定されず、例えば、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などが挙げられるが、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。
シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）は、好ましくは３０ｍ２／ｇ以上、より好ましくは１００ｍ２／ｇ以上、更に好ましくは１５０ｍ２／ｇ以上である。３０ｍ２／ｇ未満では、補強効果が小さく、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、シリカのＮ２ＳＡは、好ましくは３００ｍ２／ｇ以下、より好ましくは２５０ｍ２／ｇ以下である。３００ｍ２／ｇを超えると、シリカの分散性が低下し、充分な低燃費性、耐摩耗性が得られないおそれがある。
なお、シリカの窒素吸着比表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８１に準じてＢＥＴ法で測定される値である。
なお、シリカの窒素吸着比表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８１に準じてＢＥＴ法で測定される値である。
シリカの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、５質量部以上、好ましくは３０質量部以上、より好ましくは５０質量部以上である。５質量部未満では、充分な低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性が得られない傾向がある。また、シリカの含有量は、１５０質量部以下、好ましくは１００質量部以下である。１５０質量部を超えると、シリカが分散しにくくなり、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
本発明のゴム組成物は、メルカプト基を有するシランカップリング剤（以下、メルカプト系シランカップリング剤とも言う。）を含有することが好ましい。メルカプト系シランカップリング剤を更に配合することで、反応性の高いメルカプト系シランカップリング剤が六方晶系無機化合物と相互作用することにより、シリカの分散性を相乗的に改善させることができ、これにより、各性能の改善効果を顕著に向上することができる。メルカプト系シランカップリング剤としては、メルカプト基を有するシランカップリング剤であれば特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できるが、低燃費性、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く得られるという点から、下記式（２）で表される化合物、及び／又は、下記式（３）で示される結合単位Ａと下記式（４）で示される結合単位Ｂとを含む化合物を好適に使用できる。
（式（２）中、Ｒ１０１〜Ｒ１０３は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２のアルコキシ基、又は−Ｏ−（Ｒ１１１−Ｏ）ｚ−Ｒ１１２（ｚ個のＲ１１１は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０の２価の炭化水素基を表す。ｚ個のＲ１１１はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Ｒ１１２は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニル基、炭素数６〜３０のアリール基、又は炭素数７〜３０のアラルキル基を表す。ｚは１〜３０の整数を表す。）で表される基を表す。Ｒ１０１〜Ｒ１０３はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Ｒ１０４は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜６のアルキレン基を表す。）
（式（３）及び（４）中、Ｒ２０１は水素、ハロゲン、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニル基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルキニル基、又は前記アルキル基の末端の水素が水酸基若しくはカルボキシル基で置換されたものを表す。Ｒ２０２は分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキレン基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニレン基、又は分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルキニレン基を表す。Ｒ２０１とＲ２０２とで環構造を形成してもよい。）
以下、式（２）で表される化合物について説明する。式（２）で表される化合物を使用することで、フィラーが良好に分散し、低燃費性、耐摩耗性を顕著に改善できる。
Ｒ１０１〜Ｒ１０３は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２のアルコキシ基、又は−Ｏ−（Ｒ１１１−Ｏ）ｚ−Ｒ１１２で表される基を表す。なかでも、Ｒ１０１〜Ｒ１０３は、少なくとも１つが−Ｏ−（Ｒ１１１−Ｏ）ｚ−Ｒ１１２で表される基であることが好ましく、２つが−Ｏ−（Ｒ１１１−Ｏ）ｚ−Ｒ１１２で表される基であり、かつ、１つが分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２のアルコキシ基であることがより好ましい。
Ｒ１０１〜Ｒ１０３の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２（好ましくは炭素数１〜５）のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、へキシル基、へプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基などがあげられる。
Ｒ１０１〜Ｒ１０３の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜１２（好ましくは炭素数１〜５）のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトシキ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉｓｏ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトシキ基、ｔｅｒｔ−ブトシキ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、へプチルオキシ基、２−エチルヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基などがあげられる。
Ｒ１０１〜Ｒ１０３の−Ｏ−（Ｒ１１１−Ｏ）ｚ−Ｒ１１２において、Ｒ１１１は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０（好ましくは炭素数１〜１５、より好ましくは炭素数１〜３）の２価の炭化水素基を表す。前記炭化水素基としては、例えば、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキレン基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニレン基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルキニレン基、炭素数６〜３０のアリーレン基などがあげられる。中でも、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキレン基が好ましい。
Ｒ１１１の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０（好ましくは炭素数１〜１５、より好ましくは炭素数１〜３）のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基、トリデシレン基、テトラデシレン基、ペンタデシレン基、ヘキサデシレン基、ヘプタデシレン基、オクタデシレン基などがあげられる。
Ｒ１１１の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０（好ましくは炭素数２〜１５、より好ましくは炭素数２〜３）のアルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、１−プロペニレン基、２−プロペニレン基、１−ブテニレン基、２−ブテニレン基、１−ペンテニレン基、２−ペンテニレン基、１−ヘキセニレン基、２−ヘキセニレン基、１−オクテニレン基などがあげられる。
Ｒ１１１の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０（好ましくは炭素数２〜１５、より好ましくは炭素数２〜３）のアルキニレン基としては、例えば、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基、ペンチニレン基、ヘキシニレン基、へプチニレン基、オクチニレン基、ノニニレン基、デシニレン基、ウンデシニレン基、ドデシニレン基などがあげられる。
Ｒ１１１の炭素数６〜３０（好ましくは炭素数６〜１５）のアリーレン基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、ナフチレン基などがあげられる。
ｚは１〜３０（好ましくは２〜２０、より好ましくは３〜７、さらに好ましくは５〜６）の整数を表す。
Ｒ１１２は、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニル基、炭素数６〜３０のアリール基又は炭素数７〜３０のアラルキル基を表す。中でも、分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキル基が好ましい。
Ｒ１１２の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０（好ましくは炭素数３〜２５、より好ましくは炭素数１０〜１５）のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、へキシル基、へプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基などがあげられる。
Ｒ１１２の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０（好ましくは炭素数３〜２５、より好ましくは炭素数１０〜１５）のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、１−プロペニル基、２−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基、１−ペンテニル基、２−ペンテニル基、１−ヘキセニル基、２−ヘキセニル基、１−オクテニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、オクタデセニル基などがあげられる。
Ｒ１１２の炭素数６〜３０（好ましくは炭素数１０〜２０）のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基などがあげられる。
Ｒ１１２の炭素数７〜３０（好ましくは炭素数１０〜２０）のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基などがあげられる。
−Ｏ−（Ｒ１１１−Ｏ）ｚ−Ｒ１１２で表される基の具体例としては、例えば、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１１Ｈ２３、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１２Ｈ２５、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１３Ｈ２７、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１４Ｈ２９、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１５Ｈ３１、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）３−Ｃ１３Ｈ２７、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）４−Ｃ１３Ｈ２７、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）６−Ｃ１３Ｈ２７、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）７−Ｃ１３Ｈ２７などがあげられる。中でも、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１１Ｈ２３、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１３Ｈ２７、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）５−Ｃ１５Ｈ３１、−Ｏ−（Ｃ２Ｈ４−Ｏ）６−Ｃ１３Ｈ２７が好ましい。
Ｒ１０４の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜６（好ましくは炭素数１〜５）のアルキレン基としては、例えば、Ｒ１１１の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキレン基と同様の基をあげることができる。
上記式（２）で表される化合物としては、例えば、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や、下記式（５）で表される化合物（ＥＶＯＮＩＫ−ＤＥＧＵＳＳＡ社製のＳｉ３６３）などがあげられ、下記式で表される化合物を好適に使用できる。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。
次に、式（３）で示される結合単位Ａと式（４）で示される結合単位Ｂとを含む化合物について説明する。式（３）で示される結合単位Ａと式（４）で示される結合単位Ｂとを含む化合物は、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドなどのポリスルフィドシランに比べ、加工中の粘度上昇が抑制される。これは結合単位Ａのスルフィド部分がＣ−Ｓ−Ｃ結合であるため、テトラスルフィドやジスルフィドに比べ熱的に安定であることから、ムーニー粘度の上昇が少ないためと考えられる。
また、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシランに比べ、スコーチ時間の短縮が抑制される。これは、結合単位Ｂはメルカプトシランの構造を持っているが、結合単位Ａの−Ｃ７Ｈ１５部分が結合単位Ｂの−ＳＨ基を覆うため、ポリマーと反応しにくく、スコーチが発生しにくいためと考えられる。
上述した加工中の粘度上昇を抑制する効果や、スコーチ時間の短縮を抑制する効果を高めることができるという点から、上記構造のシランカップリング剤において、結合単位Ａの含有量は、好ましくは３０モル％以上、より好ましくは５０モル％以上であり、また、好ましくは９９モル％以下、より好ましくは９０モル％以下である。結合単位Ｂの含有量は、好ましくは１モル％以上、より好ましくは５モル％以上、さらに好ましくは１０モル％以上であり、また、好ましくは７０モル％以下、より好ましくは６５モル％以下、さらに好ましくは５５モル％以下である。
また、結合単位Ａ及びＢの合計含有量は、好ましくは９５モル％以上、より好ましくは９８モル％以上、特に好ましくは１００モル％である。なお、結合単位Ａ、Ｂの含有量は、結合単位Ａ、Ｂがシランカップリング剤の末端に位置する場合も含む量である。結合単位Ａ、Ｂがシランカップリング剤の末端に位置する場合の形態は特に限定されず、結合単位Ａ、Ｂを示す式（３）、（４）と対応するユニットを形成していればよい。
Ｒ２０１のハロゲンとしては、塩素、臭素、フッ素などがあげられる。
Ｒ２０１の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、へキシル基、へプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などがあげられる。前記アルキル基の炭素数は、好ましくは１〜１２である。
Ｒ２０１の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニル基としては、ビニル基、１−プロペニル基、２−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基、１−ペンテニル基、２−ペンテニル基、１−ヘキセニル基、２−ヘキセニル基、１−オクテニル基などがあげられる。前記アルケニル基の炭素数は、好ましくは２〜１２である。
Ｒ２０１の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルキニル基としては、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基、へプチニル基、オクチニル基、ノニニル基、デシニル基、ウンデシニル基、ドデシニル基などがあげられる。前記アルキニル基の炭素数は、好ましくは２〜１２である。
Ｒ２０２の分岐若しくは非分岐の炭素数１〜３０のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基、トリデシレン基、テトラデシレン基、ペンタデシレン基、ヘキサデシレン基、ヘプタデシレン基、オクタデシレン基などがあげられる。前記アルキレン基の炭素数は、好ましくは１〜１２である。
Ｒ２０２の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルケニレン基としては、ビニレン基、１−プロペニレン基、２−プロペニレン基、１−ブテニレン基、２−ブテニレン基、１−ペンテニレン基、２−ペンテニレン基、１−ヘキセニレン基、２−ヘキセニレン基、１−オクテニレン基などがあげられる。前記アルケニレン基の炭素数は、好ましくは２〜１２である。
Ｒ２０２の分岐若しくは非分岐の炭素数２〜３０のアルキニレン基としては、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基、ペンチニレン基、ヘキシニレン基、へプチニレン基、オクチニレン基、ノニニレン基、デシニレン基、ウンデシニレン基、ドデシニレン基などがあげられる。前記アルキニレン基の炭素数は、好ましくは２〜１２である。
式（３）で示される結合単位Ａと式（４）で示される結合単位Ｂとを含む化合物において、結合単位Ａの繰り返し数（ｘ）と結合単位Ｂの繰り返し数（ｙ）の合計の繰り返し数（ｘ＋ｙ）は、３〜３００の範囲が好ましい。この範囲内であると、結合単位Ｂのメルカプトシランを、結合単位Ａの−Ｃ７Ｈ１５が覆うため、スコーチタイムが短くなることを抑制できるとともに、シリカやゴム成分との良好な反応性を確保することができる。
式（３）で示される結合単位Ａと式（４）で示される結合単位Ｂとを含む化合物としては、例えば、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＮＸＴ−Ｚ３０、ＮＸＴ−Ｚ４５、ＮＸＴ−Ｚ６０などを使用することができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
本発明のゴム組成物は、メルカプト系シランカップリング剤以外に、他のシランカップリング剤を併用してもよい。他のシランカップリング剤としては、例えば、スルフィド系、ビニル系、アミノ系、グリシドキシ系、ニトロ系、クロロ系シランカップリング剤などが挙げられる。
メルカプト系シランカップリング剤の含有量は、シリカ１００質量部に対して、好ましくは０．２質量部以上、より好ましくは５質量部以上である。０．２質量部未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、メルカプト系シランカップリング剤の含有量は、好ましくは１２質量部以下、より好ましくは１１質量部以下、更に好ましくは１０質量部以下である。１２質量部を超えると、メルカプト系シランカップリング剤を添加することによる耐摩耗性の向上や転がり抵抗低減などの効果が充分に得られない傾向がある。
なお、スルフィド系などの他のシランカップリング剤を使用する場合においても、配合するシランカップリング剤の合計含有量は上記範囲内であることが好ましい。
なお、スルフィド系などの他のシランカップリング剤を使用する場合においても、配合するシランカップリング剤の合計含有量は上記範囲内であることが好ましい。
本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、カーボンブラック、クレー、タルクなどの補強用充填剤、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、加工助剤、各種老化防止剤、オイルなどの軟化剤、ワックス、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。
カーボンブラックとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
ウェットグリップ性能、耐摩耗性及びゴム補強性などの観点から、カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）は、４０ｍ２／ｇ以上が好ましく、５０ｍ２／ｇ以上がより好ましく、また、２５０ｍ２／ｇ以下が好ましく、２００ｍ２／ｇ以下がより好ましい。同様の観点から、カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は、５０ｍｌ／１００ｇ以上が好ましく、６０ｍｌ／１００ｇ以上がより好ましく、また、２００ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、１８０ｍｌ／１００ｇ以下がより好ましい。
なお、カーボンブラックのＮ２ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−２：２００１によって求められる。また、カーボンブラックのＤＢＰは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−４：２００１に準拠して測定される。
なお、カーボンブラックのＮ２ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−２：２００１によって求められる。また、カーボンブラックのＤＢＰは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−４：２００１に準拠して測定される。
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、好ましくは１質量部以上、より好ましくは５質量部以上である。１質量部未満であると、充分な補強性が得られないおそれがある。カーボンブラックの含有量は、好ましくは１５０質量部以下、より好ましくは１３０質量部以下、更に好ましくは１０質量部以下である。１５０質量部を超えると、加工性が低下するおそれがある。
本発明のタイヤ用ゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、前記各成分をオープンロール、バンバリーミキサー、密閉式混練機などのゴム混練装置を用いて混練し、その後加硫する方法などにより製造できる。該ゴム組成物は、タイヤのトレッド（キャップトレッド）に好適に使用できる。
本発明の空気入りタイヤは、上記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、必要に応じて各種添加剤を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤ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、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成した後、加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造できる。
本発明の空気入りタイヤは任意のタイヤに適用可能であり、なかでも、乗用車用タイヤとして好適に使用できる。
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、実施例及び比較例で使用した各種薬品について説明する。
ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２（スチレン単位量：２３．５質量％）
ＢＲ：宇部興産（株）製のウベポールＢＲ１５０Ｂ
無機化合物Ａ：太平化学産業（株）製のＨＡＰ２００（Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）、平均粒子径：５〜２０μｍ、結晶系：六方晶）
無機化合物Ｂ：太平化学産業（株）製の球形ＨＡＰ（Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）、平均粒子径：１５〜２０μｍ、結晶系：六方晶）
無機化合物Ｃ：白石カルシウム（株）製のホワイトンＳＢ（炭酸カルシウム、平均粒子径：２．２μｍ、結晶系：三方晶又は斜方晶）
無機化合物Ｄ：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＰＴＸ−２５（窒化ホウ素、平均粒子径：２５μｍ、結晶系：六方晶）
シリカ：デグッサ社製のＵＬＴＲＡＳＩＬ ＶＮ３（Ｎ２ＳＡ：１７５ｍ２／ｇ）
シランカップリング剤Ａ：デグッサ社製のＳｉ２６６（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
シランカップリング剤Ｂ：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＮＸＴ−Ｚ４５（結合単位Ａと結合単位Ｂとの共重合体（結合単位Ａ：５５モル％、結合単位Ｂ：４５モル％））
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（Ｎ２ＳＡ：９８ｍ２／ｇ、ＤＢＰ：１２４ｍｌ／１００ｇ）
オイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＸ−１４０
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
ステアリン酸：日油（株）製の椿
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：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラ−ＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２（スチレン単位量：２３．５質量％）
ＢＲ：宇部興産（株）製のウベポールＢＲ１５０Ｂ
無機化合物Ａ：太平化学産業（株）製のＨＡＰ２００（Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）、平均粒子径：５〜２０μｍ、結晶系：六方晶）
無機化合物Ｂ：太平化学産業（株）製の球形ＨＡＰ（Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）、平均粒子径：１５〜２０μｍ、結晶系：六方晶）
無機化合物Ｃ：白石カルシウム（株）製のホワイトンＳＢ（炭酸カルシウム、平均粒子径：２．２μｍ、結晶系：三方晶又は斜方晶）
無機化合物Ｄ：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＰＴＸ−２５（窒化ホウ素、平均粒子径：２５μｍ、結晶系：六方晶）
シリカ：デグッサ社製のＵＬＴＲＡＳＩＬ ＶＮ３（Ｎ２ＳＡ：１７５ｍ２／ｇ）
シランカップリング剤Ａ：デグッサ社製のＳｉ２６６（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
シランカップリング剤Ｂ：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＮＸＴ−Ｚ４５（結合単位Ａと結合単位Ｂとの共重合体（結合単位Ａ：５５モル％、結合単位Ｂ：４５モル％））
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（Ｎ２ＳＡ：９８ｍ２／ｇ、ＤＢＰ：１２４ｍｌ／１００ｇ）
オイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＸ−１４０
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
ステアリン酸：日油（株）製の椿
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：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラ−ＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
＜実施例及び比較例＞
表１〜３に示す配合処方に従い、バンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を１６０℃の条件下で３分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、２軸オープンロールを用いて、８０℃の条件下で５分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃で１５分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
また、得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で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た後、１７０℃で１２分間加硫し、試験用タイヤを製造した。
表１〜３に示す配合処方に従い、バンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を１６０℃の条件下で３分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、２軸オープンロールを用いて、８０℃の条件下で５分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃で１５分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
また、得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で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た後、１７０℃で１２分間加硫し、試験用タイヤを製造した。
得られた加硫ゴム組成物及び試験用タイヤを使用して、以下の評価を行った。それぞれの結果を表１〜３に示す。
＜評価項目及び試験方法＞
（ウェットグリップ性能）
試験用タイヤを車両の全輪に装着し、湿潤アスファルト路面にて、初速度４０、６０、８０ｋｍ／ｈからの制動距離をそれぞれ測定し、各速度で比較例１を１００とし、他の配合については下記計算式にて指数を求めた。表１〜３では、三つの指数の平均値を表示している。数値が大きいほど、ウェットグリップ性能が優れることを示す。
（ウェットグリップ性能指数）＝（比較例１の制動距離）／（各配合の制動距離）×１００
（ウェットグリップ性能）
試験用タイヤを車両の全輪に装着し、湿潤アスファルト路面にて、初速度４０、６０、８０ｋｍ／ｈからの制動距離をそれぞれ測定し、各速度で比較例１を１００とし、他の配合については下記計算式にて指数を求めた。表１〜３では、三つの指数の平均値を表示している。数値が大きいほど、ウェットグリップ性能が優れることを示す。
（ウェットグリップ性能指数）＝（比較例１の制動距離）／（各配合の制動距離）×１００
（耐摩耗性）
試験用タイヤを車両の全輪に装着し、舗装路面を１万ｋｍ走行後の残溝を測定し、トレッドが１ｍｍ摩耗するのに要する走行距離を算出し、比較例１を１００として、他の配合については、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、耐摩耗性が良好なことを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合の走行距離）／（比較例１の走行距離）×１００
試験用タイヤを車両の全輪に装着し、舗装路面を１万ｋｍ走行後の残溝を測定し、トレッドが１ｍｍ摩耗するのに要する走行距離を算出し、比較例１を１００として、他の配合については、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、耐摩耗性が良好なことを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合の走行距離）／（比較例１の走行距離）×１００
（低燃費性）
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度５０℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で加硫ゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、比較例１のｔａｎδを１００として、他の配合については、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど転がり抵抗特性（低燃費性）が優れることを示す。
（低燃費性指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度５０℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で加硫ゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、比較例１のｔａｎδを１００として、他の配合については、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど転がり抵抗特性（低燃費性）が優れることを示す。
（低燃費性指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００
（総合性能）
ウェットグリップ性能指数、耐摩耗性指数及び低燃費性指数を平均した値である。指数が大きいほど総合性能が優れていることを示す。
ウェットグリップ性能指数、耐摩耗性指数及び低燃費性指数を平均した値である。指数が大きいほど総合性能が優れていることを示す。
表１〜３に示すように、六方晶系無機化合物である無機化合物Ａ、Ｂ又はＤを所定量含有する実施例は、比較例に比べて、シリカの分散性が改善し、良好な耐摩耗性及び低燃費性を維持しながら、ウェットグリップ性能が改善され、これらの性能がバランス良く得られた。特に、六方晶系無機化合物に加えて、メルカプト系シランカップリング剤であるシランカップリング剤Ｂを所定量配合した実施例で、優れた改善効果が得られた。
Claims (4)
- ゴム成分と、シリカと、結晶系が六方晶である無機化合物とを含有し、
前記ゴム成分１００質量部に対する前記シリカの含有量が５〜１５０質量部であり、
前記シリカ１００質量部に対する前記無機化合物の含有量が２〜１０質量部であるタイヤ用ゴム組成物。 - 前記シリカ１００質量部に対して、メルカプト基を有するシランカップリング剤を０．２質量部以上含有する請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 前記無機化合物が下記式（１）で表される化合物である請求項１又は２記載のタイヤ用ゴム組成物。
Ａα（Ｂ）β（Ｃ）γ・・・（１）
（式（１）中、ＡはＨ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｋ及びＣａからなる群より選択される少なくとも１種の１価又は２価の原子であり、ＢはＰＯ４ ３−及び／又はＣＯ３ ２−であり、ＣはＯＨ−、Ｆ−又はＣｌ−である。αは０〜５、βは０〜３、γは０〜１で表される数である。） - 請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物を用いて作製した空気入りタイヤ。
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