JP2016044270A - トレッド用ゴム組成物およびタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】低燃費性および耐久性を両立させることができるトレッド用ゴム組成物、ならびに該ゴム組成物で構成されるトレッドを備えるタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分１００質量部に対し、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物である加硫戻り防止剤を１〜１０質量部含有し、加硫温度１６０〜１８０℃で加硫量が２５〜４５ＥＣＵとなるように加硫されたトレッド用ゴム組成物に関する。
【選択図】なし

Description

本発明はトレッド用ゴム組成物および該ゴム組成物で構成されるトレッドを備えるタイヤに関する。

従来、タイヤの転がり抵抗を低減することにより（転がり抵抗性能の向上）、車の低燃費化が行われてきたが、近年、車の低燃費化への要求はますます強くなっており、タイヤ部材の中でもタイヤにおける占有比率の高いトレッド部を構成するゴム組成物（トレッド用ゴム組成物）に対して、優れた低燃費性が要求されている。

ゴム組成物において低燃費性を向上させる手段として、ゴム組成物におけるフィラーの配合量を減量する方法が知られている。しかし、この場合、ゴム組成物の破壊強度が低下し、十分な耐久性の確保が難しくなるという問題がある。

特許文献１には、所定のゴム成分、シリカ、脂肪族カルボン酸と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物を含有することで、加硫戻りを抑制させつつ、転がり抵抗を低減させ、加工性、耐摩耗性およびウェットスキッド性能を向上させたゴム組成物が開示されている。また、特許文献２には、所定のゴム成分、硫黄、カーボンブラックを含有することで、低発熱性を維持したまま、耐ゴム欠け性、耐摩耗性を向上させたゴム組成物が開示されている。しかし、いずれも低燃費性および耐久性を両立させる点については検討されていない。

特開２００７−３２１０４１号公報 特開２００７−１３１７３０号公報

本発明は、低燃費性および耐久性を両立させることができるトレッド用ゴム組成物、ならびに該ゴム組成物で構成されるトレッドを備えるタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分１００質量部に対し、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物である加硫戻り防止剤を１〜１０質量部含有し、加硫温度１６０〜１８０℃で加硫量が２５〜４５ＥＣＵとなるように加硫されたトレッド用ゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物は、さらに、カーボンブラックを３５〜７５質量部含有し、キャップトレッド用ゴム組成物とすることが好ましい。

また、前記ゴム組成物は、さらに、カーボンブラックを１５〜５５質量部含有し、ベーストレッド用ゴム組成物とすることが好ましい。

さらに、本発明は、前記トレッド用ゴム組成物で構成されるトレッドを備えるタイヤに関する。

また、本発明は、前記キャップトレッド用ゴム組成物で構成されるキャップトレッドを備えるタイヤに関する。

また、本発明は、前記ベーストレッド用ゴム組成物で構成されるベーストレッドを備えるタイヤに関する。

本発明によれば、ゴム成分、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物である加硫戻り防止剤を特定量含有し、所定の加硫温度で加硫量が所定の範囲内となるように加硫されたゴム組成物とすることで、低燃費性および耐久性を両立させたトレッド用ゴム組成物を提供することができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分に対し、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物である加硫戻り防止剤を特定量含有し、加硫温度１６０〜１８０℃で加硫量が２５〜４５ＥＣＵとなるように加硫されたゴム組成物である。

前記ゴム成分としては特に限定されず、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、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）などのジエン系ゴム成分が挙げられる。これらのジエン系ゴム成分は、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。なかでも、ゴム強度に優れ、本発明の効果を得られやすいという理由から、ＮＲを含有することが好ましい。

また、本発明のゴム組成物を後述のようなキャップトレッドに適用する場合は、グリップ性能に優れるという理由からＳＢＲを含有することが好ましく、本発明のゴム組成物を後述のようなベーストレッドに適用する場合は、より低燃費性、耐摩耗性、および耐屈曲性に優れるという理由からＢＲを含有することが好ましい。

前記ＮＲとしては特に限定されず、例えばＳＩＲ２０、ＲＳＳ３、ＴＳＲ２０など、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。

ＮＲを含有する場合のゴム成分中のＮＲの含有量は、５０質量％以上が好ましく、５５質量％以上がより好ましく、６０質量％以上がさらに好ましい。ＮＲの含有量が５０質量％未満の場合は、ゴム強度が低下し、耐久性が低下する恐れがある。また、ＮＲの含有量は、９０質量％以下が好ましく、８５質量％以下がより好ましく、８０質量％以下がさらに好ましい。ＮＲの含有量が９０質量％を超える場合は、グリップ性能が劣る傾向がある。

前記ＳＢＲとしては、乳化重合により得られる乳化重合ＳＢＲ（Ｅ−ＳＢＲ）、溶液重合により得られる溶液重合ＳＢＲ（Ｓ−ＳＢＲ）、およびこれらのＳＢＲを変性した変性ＳＢＲ（変性Ｅ−ＳＢＲ、変性Ｓ−ＳＢＲ）などの各種ＳＢＲを用いることができる。

ＳＢＲを含有する場合のゴム成分中のＳＢＲの含有量は、１０質量％以上が好ましく、１５質量％以上がより好ましく、２０質量％以上がさらに好ましい。ＳＢＲの含有量が１０質量％未満の場合は、グリップ性能が劣る傾向がある。また、ＳＢＲの含有量は、５０質量％以下が好ましく、４５質量％以下がより好ましく、４０質量％以下がさらに好ましい。ＳＢＲの含有量が５０質量％を超える場合は、ゴム強度が低下する傾向がある。

前記ＢＲとしては、ハイシス１，４−ポリブタジエンゴム（ハイシスＢＲ）、低シス１，４−ポリブタジエンゴム（低シスＢＲ）、１，２−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴム（ＳＰＢ含有ＢＲ）、変性ブタジエンゴム（変性ＢＲ）などの各種ＢＲを用いることができる。

ＢＲを含有する場合のゴム成分中のＢＲの含有量は、１０質量％以上が好ましく、１５質量％以上がより好ましく、２０質量％以上がさらに好ましい。ＢＲの含有量が１０質量％未満の場合は、耐摩耗性が劣る傾向がある。また、ＢＲの含有量は、５０質量％以下が好ましく、４５質量％以下がより好ましく、４０質量％以下がさらに好ましい。ＢＲの含有量が５０質量％を超える場合は、グリップ性能、および耐久性が低下する傾向がある。

本発明のゴム組成物は加硫戻り防止剤として脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物を含有する。

前記脂肪族カルボン酸の亜鉛塩における脂肪族カルボン酸としては、やし油、パーム核油、ツバキ油、オリーブ油、アーモンド油、カノーラ油、落花生油、米糖油、カカオ脂、パーム油、大豆油、綿実油、胡麻油、亜麻仁油、ひまし油、菜種油などの植物油由来の脂肪族カルボン酸、牛脂などの動物油由来の脂肪族カルボン酸、アロマオイルなどの石油系オイル由来の脂肪族カルボン酸などが挙げられるが、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、加硫戻りを十分に抑制できることから、植物油由来の脂肪族カルボン酸が好ましく、やし油、パーム核油またはパーム油由来の脂肪族カルボン酸がより好ましい。

脂肪族カルボン酸の炭素数は４以上が好ましく、６以上がより好ましい。脂肪族カルボン酸の炭素数が４未満の場合は、分散性が悪化する傾向がある。また、脂肪族カルボン酸の炭素数は１６以下が好ましく、１４以下がより好ましく、１２以下がさらに好ましい。脂肪族カルボン酸の炭素数が１６を超える場合は、加硫戻りを十分に抑制できない傾向がある。

なお、脂肪族カルボン酸中の脂肪族としては、アルキル基などの鎖状構造でも、シクロアルキル基などの環状構造でもよい。

前記芳香族カルボン酸の亜鉛塩における芳香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、フタル酸、メリト酸、ヘミメリト酸、トリメリト酸、ジフェン酸、トルイル酸、ナフトエ酸などが挙げられる。なかでも、加硫戻りを十分に抑制できることから、安息香酸、フタル酸またはナフトエ酸が好ましい。

前記混合物中の脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との含有モル比率（脂肪族カルボン酸の亜鉛塩／芳香族カルボン酸の亜鉛塩、以下、含有比率とする）は１／２０以上が好ましく、１／１５以上がより好ましく、１／１０以上がさらに好ましい。含有比率が１／２０未満の場合は、混合物の分散性および安定性が悪化する傾向がある。また、含有比率は２０／１以下が好ましく、１５／１以下がより好ましく、１０／１以下がさらに好ましい。含有比率が２０／１を超える場合は、加硫戻りを十分に抑制できない傾向がある。

混合物中の亜鉛含有率は３質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。混合物中の亜鉛含有率が３質量％未満の場合は、加硫戻りを十分に抑制できない傾向がある。また、混合物中の亜鉛含有率は３０質量％以下が好ましく、２５質量％以下がより好ましい。混合物中の亜鉛含有率が３０質量％を超える場合は、加工性が悪化する傾向がある。

混合物の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上であり、２質量部以上が好ましく、３質量部以上がより好ましい。混合物の含有量が１質量部未満の場合は、加硫戻りの抑制効果が十分ではなく、転がり抵抗低減の改善効果が得られにくい傾向がある。また、混合物の含有量は１０質量部以下であり、８質量部以下が好ましく、５質量部以下がより好ましい。混合物の含有量が１０質量部を超える場合は、ゴムの粘度が大幅に下がり、加工性の悪化、ブルームの恐れがある。

本発明のゴム組成物は加硫温度１６０〜１８０℃で加硫量が２５〜４５ＥＣＵとなる加硫条件で加硫されたゴム組成物である。

前記加硫温度は、１６０℃以上である。加硫温度が１６０℃未満の場合は、生産性が大きく悪化する傾向がある。また、加硫温度は、１８０℃以下であり、１７０℃以下が好ましい。加硫温度が１８０℃を超える場合は、低燃費性が悪化する傾向がある。

加硫量を適正化することで、ゴム中に含まれる分子鎖の切断を抑制し、発熱を抑えることができるが、架橋が密となり、破断伸びが低下し、耐久性が悪化してしまう。これに対して、本発明では、加硫量を最適化するとともに脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物を特定量配合しているので、優れた低燃費性を得ながら、耐久性の改善効果も発揮され、これらの性能の両立が可能となる。特に、ゴム成分としてＮＲを配合した場合に顕著な改善効果が発揮され、低燃費性および耐久性を高次元に両立できる。

本発明のゴム組成物（加硫ゴム組成物）は、加硫量が２５〜４５ＥＣＵとなるように加硫されたゴム組成物である。ゴムを加硫する場合、加硫に必要な熱量を与える必要があり、このことは日本ゴム協会誌第５９巻第３号（１９８６）１２９ページなどに記載されている。

具体的には、加硫量（ＥＣＵ）は下記式により算出される。

Ｅ（kJ/mol K）：活性化エネルギー（83.7 kJ/mol K）
Ｒ（kJ/mol K）：一般ガス定数（8.314×10^-3 kJ/mol K）
Ｔ₀（℃）：基準温度（141.7 ℃）
Ｔ（℃）：加硫温度（℃）
ｔ（s）：加硫時間（s）
ｔ₀（s）：基準時間（60 s）

前記加硫量は、低発熱性を改善し、タイヤの低燃費性を改善できるという理由から２５〜４５ＥＣＵであり、３０〜４０ＥＣＵが好ましい。加硫量が２５ＥＣＵ未満の場合は、低燃費性および耐久性が悪化する傾向がある。また、４５ＥＣＵを超える場合は、低燃費性が悪化する傾向がある。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、さらにカーボンブラックを含有することが好ましい。これにより、補強性を高めるとともに、耐久性も向上させることができる。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、６０ｍ²／ｇ以上が好ましく、６５ｍ²／ｇ以上がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが６０ｍ²／ｇ未満の場合は、補強効果が小さく、ゴム強度が低下する傾向がある。また、該Ｎ₂ＳＡは１５０ｍ²／ｇ以下が好ましく、１４５ｍ²／ｇ以下がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが１５０ｍ²／ｇを超える場合は、粘度上昇が大きく、加工性が悪化する傾向がある。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。

特に、１層構造のトレッド用ゴム組成物とする場合のカーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、１００ｍ²／ｇ以上が好ましく、１１０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満の場合は、補強効果が小さく、ゴム強度が低下する傾向がある。また、該Ｎ₂ＳＡは１５０ｍ²／ｇ以下が好ましく、１４０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが１５０ｍ²／ｇを超える場合は、粘度上昇が大きく、加工性が悪化する傾向がある。

特に、キャップトレッド用ゴム組成物とする場合のカーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、１００ｍ²／ｇ以上が好ましく、１１０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満の場合は、ゴム強度が低下する傾向がある。また、該Ｎ₂ＳＡは１５０ｍ²／ｇ以下が好ましく、１４０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが１５０ｍ²／ｇを超える場合は、加工性が悪化する傾向がある。

また特に、ベーストレッド用ゴム組成物とする場合のカーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、６０ｍ²／ｇ以上が好ましく、６５ｍ²／ｇ以上がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが６０ｍ²／ｇ未満の場合は、ゴム強度が低下する傾向がある。また、該Ｎ₂ＳＡは９０ｍ²／ｇ以下が好ましく、８０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが９０ｍ²／ｇを超える場合は、加工性が悪化する傾向がある。

カーボンブラックを含有する場合の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、１５質量部以上が好ましく、２０質量部以上がより好ましい。含有量が１５質量部未満の場合は、耐久性が低下する傾向がある。また、該含有量は、８０質量部以下が好ましく、７５質量部以下がより好ましい。含有量が８０質量部を超える場合は、発熱性が高くなる傾向、加工性が悪化する傾向がある。

特に、１層構造のトレッド用ゴム組成物とする場合のカーボンブラックを含有する場合の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、３０質量部以上が好ましく、４０質量部以上がより好ましい。含有量が３０質量部未満の場合は、破壊強度が低下し耐久性が低下する傾向がある。また、該含有量は、８０質量部以下が好ましく、７０質量部以下がより好ましい。含有量が８０質量部を超える場合は、発熱性が高くなる傾向、加工性が悪化する傾向がある。

特に、キャップトレッド用ゴム組成物とする場合の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、３５質量部以上が好ましく、４５質量部以上がより好ましい。含有量が３５質量部未満の場合は、破壊強度が低下し耐久性が低下する傾向がある。また、該含有量は、７５質量部以下が好ましく、６０質量部以下がより好ましい。含有量が７５質量部を超える場合は、発熱性が高くなる傾向がある。

また特に、ベーストレッド用ゴム組成物とする場合の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、１５質量部以上が好ましく、２５質量部以上がより好ましい。含有量が１５質量部未満の場合は、破壊強度が低下し耐久性が低下する傾向がある。また、該含有量は、５５質量部以下が好ましく、４５質量部以下がより好ましい。含有量が５５質量部を超える場合は、発熱性が高くなる傾向がある。

本発明のゴム組成物は、前記の成分以外にも、従来からゴム工業で使用される配合剤や添加剤、例えば、カーボンブラック以外の各種補強用充填剤、カップリング剤、オイル、ワックス、酸化防止剤、老化防止剤、加硫促進助剤（ステアリン酸、酸化亜鉛など）、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを、必要に応じて適宜含有することができる。

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造できる。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法などにより製造できる。

本発明のゴム組成物はタイヤのトレッド用ゴム組成物として最適に使用できる。また、キャップトレッドおよびベーストレッドからなる２層構造のトレッドである場合は、キャップトレッド用ゴム組成物および／またはベーストレッド用ゴム組成物として最適に使用できる。ここで、キャップトレッドとは、２層構造からなるトレッドの表面層であり、ベーストレッドとは内面層である。

さらに、本発明のタイヤは、前記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造できる。未加硫の段階で１層構造のトレッド、またはキャップトレッドおよび／もしくはベーストレッドの形状に成形した前記ゴム組成物を、他のタイヤ部材と貼りあわせて未加硫タイヤを成形し、加硫することで本発明のタイヤを製造できる。

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。

以下に実施例および比較例において用いた各種薬品をまとめて示す。
ＮＲ：ＴＳＲ２０
ＳＢＲ：日本ゼオン（株）製のＮｉｐｏｌ１５０２（Ｅ−ＳＢＲ）
ＢＲ：日本ゼオン（株）製のＢＲ１２５０Ｈ（スズ変性ＢＲ）
カーボンブラック１：キャボットジャパン(株)製のショウブラックＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１１ｍ²／ｇ）
カーボンブラック２：三菱化学（株）製のダイアブラックＮ３５１Ｈ（Ｎ₂ＳＡ：６９ｍ²／ｇ）
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
ステアリン酸：日油（株）製のステアリン酸「椿」
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
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）製のノクセラーＣＺ
加硫戻り防止剤：ストラクトール社製のアクチベーター７３Ａ（脂肪族カルボン酸の亜鉛塩：やし油由来の脂肪酸（炭素数：８〜１２）の亜鉛塩、芳香族カルボン酸の亜鉛塩：安息香酸亜鉛塩、含有モル比率：１／１、亜鉛含有率：１７質量％）

実施例１〜３および比較例１〜１５（キャップトレッド用ゴム組成物）
実施例４〜６および比較例１６〜３０（ベーストレッド用ゴム組成物）
表１および２に示す配合内容に従い、１．７Ｌバンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の材料を１６０℃の条件下で５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および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、１０５℃の条件下で３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、表１および２に示した加硫温度および加硫時間で、２ｍｍ厚の金型でプレス加硫し、試験用加硫ゴム組成物を得た。

得られた試験用加硫ゴム組成物を用いて以下に示す方法により評価を行った。評価結果を表１および２に示す。

＜ゴム発熱性能指数＞
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、７０℃、初期歪１０％、動歪み２％の条件下で、各試験用加硫ゴム組成物のｔａｎδを測定した。比較例１（表１）および比較例１６（表２）のｔａｎδを１００とし、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほどゴム発熱性能に優れることを示す。なお、ゴム発熱性能指数は１２４以上を性能目標値とし、１２８以上がより好ましい。
（ゴム発熱性能指数）
＝（比較例１または１６のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００

＜引張試験＞
各試験用加硫ゴム組成物からなる３号ダンベル型試験片を用いて、ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて、引張試験を実施し、破断時伸び（ＥＢ）（％）を測定した。比較例１（表１）および比較例１６（表２）のＥＢを１００とし、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど耐久性に優れることを示す。なお、ＥＢ指数は９４以上を性能目標値とし、９６以上がより好ましい。
（ＥＢ指数）＝（各配合のＥＢ）／（比較例１または１６のＥＢ）×１００

表１および２の結果より、ゴム成分１００質量部に対し、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物である加硫戻り防止剤を所定量含有し、所定の加硫温度で加硫量が所定の範囲内となるように加硫されたトレッド用ゴム組成物とすることで、低燃費性および耐久性を両立させたトレッド用ゴム組成物が得られることがわかる。

Claims (6)

1. ゴム成分１００質量部に対し、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物である加硫戻り防止剤を１〜１０質量部含有し、
   加硫温度１６０〜１８０℃で加硫量が２５〜４５ＥＣＵとなるように加硫されたトレッド用ゴム組成物。
2. さらに、カーボンブラックを３５〜７５質量部含有し、キャップトレッド用である請求項１記載のゴム組成物。
3. さらに、カーボンブラックを１５〜５５質量部含有し、ベーストレッド用である請求項１記載のゴム組成物。
4. 請求項１記載のトレッド用ゴム組成物で構成されるトレッドを備えるタイヤ。
5. 請求項２記載のキャップトレッド用ゴム組成物で構成されるキャップトレッドを備えるタイヤ。
6. 請求項３記載のベーストレッド用ゴム組成物で構成されるベーストレッドを備えるタイヤ。