JP2017052874A - タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】転がり抵抗を低減することができるタイヤ用ゴム組成物を提供する。【解決手段】ジエン系ゴムと、シリカ及びカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも１種の補強性充填剤と、ショ糖安息香酸エステル及びショ糖酢酸エステルからなる群から選択される少なくとも１種のショ糖誘導体と、を含み、ショ糖誘導体の配合量がジエン系ゴム１００質量部に対して１〜２５質量部である、タイヤ用ゴム組成物である。また、該ゴム組成物からなるゴム部分を備えた空気入りタイヤである。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。

従来、タイヤ用ゴム組成物においては、タイヤの転がり抵抗を低減して低燃費性を向上するため、様々な添加剤を配合することが提案されている。例えば、特許文献１には、ウェット性能の向上と転がり抵抗の低減を目的として、スチレンブタジエンゴムを主体とするジエン系ゴムを含むゴム組成物に、シクロデキストリン又はスクロースと、硫黄含有シランカップリング剤を配合することが提案されている。

このように従来、糖類をゴム組成物に配合することは知られていたが、ショ糖安息香酸エステルやショ糖酢酸エステルを配合することは知られていなかった。

なお、特許文献２には、転がり抵抗性を悪化させることなく耐摩耗性を向上するために、特定のジエン系ゴムに対し、特定のカーボンブラック及びシリカとともに、茶抽出物を配合したタイヤ用ゴム組成物が提案されている。特許文献２には、該抽出物を処理する界面活性剤としてショ糖脂肪酸エステルが開示されているが、ショ糖安息香酸エステルやショ糖酢酸エステルについては開示されていない。

また、特許文献３には、自動車の内装用皮革様組成物において、ポリ塩化ビニル及びゴム状重合体とともに配合する可塑剤として、スクロースベンゾエートのようなショ糖誘導体が用いられることが開示されている。しかしながら、特許文献３は、タイヤ用ゴム組成物に関するものではない。しかも、特許文献３においてゴム状重合体としてはアクリレート系エラストマーが用いられており、ジエン系ゴムを用いることは開示されておらず、従って、ショ糖誘導体をジエン系ゴム及び補強性充填剤に組み合わせることも開示されていない。

特開２００４−２０４１７６号公報 特開２０１０−０３１２６１号公報 特開平１１−３４３３０２号公報

本発明は、転がり抵抗を低減することができるタイヤ用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本実施形態に係るタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴムと、シリカ及びカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも１種の補強性充填剤と、ショ糖安息香酸エステル及びショ糖酢酸エステルからなる群から選択される少なくとも１種のショ糖誘導体と、を含むものであり、前記ショ糖誘導体の配合量が前記ジエン系ゴム１００質量部に対して１〜２５質量部である。

本実施形態の好ましい態様に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物からなるゴム部分を備えたものである。

本実施形態によれば、ジエン系ゴムに、シリカ及び／又はカーボンブラックとともに、ショ糖安息香酸エステル及び／又はショ糖酢酸エステルを配合したことより、発熱性の低下による転がり抵抗の低減を図ることができる。また、硬度の向上効果も得られる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本実施形態に係るゴム組成物は、（Ａ）ジエン系ゴムと、（Ｂ）補強性充填剤と、（Ｃ）ショ糖誘導体を含有するものである。

（Ａ）ジエン系ゴム
ゴム成分としてのジエン系ゴムについては、特に限定されない。使用可能なジエン系ゴムとしては、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ゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン−イソプレンゴム、及び、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上混合して用いることができる。より好ましくは、天然ゴム、ブタジエンゴム、及びスチレンブタジエンゴムよりなる群から選択される少なくとも一種である。

一実施形態として、ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴム単独、又はスチレンブタジエンゴムと他のジエン系ゴム（例えば、ブタジエンゴム及び／又は天然ゴム）とのブレンドでもよい。ブレンドの場合、ジエン系ゴム１００質量部中にＳＢＲを５０質量部以上含むことが好ましい。例えば、ジエン系ゴム１００質量部は、５０〜９０質量部のＳＢＲと、１０〜５０質量部のＢＲ及び／又はＮＲからなるものでもよい。

一実施形態として、ジエン系ゴムは、天然ゴム単独、又は天然ゴムと他のジエン系ゴム（例えば、ブタジエンゴム）とのブレンドでもよい。ブレンドの場合、ジエン系ゴム１００質量部中にＮＲを５０質量部以上含むことが好ましい。例えば、ジエン系ゴム１００質量部は、５０〜９０質量部のＮＲと、１０〜５０質量部のＢＲからなるものでもよい。

ジエン系ゴムとしては、また、上記で列挙したものの分子末端又は分子鎖中において、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルコキシシリル基、及びエポキシ基からなる群から選択された少なくとも１種の官能基が導入されることで、当該官能基により変性された変性ジエン系ゴムを用いてもよい。ここで、アミノ基としては、１級アミノ基だけでなく、２級もしくは３級アミノ基でもよい。カルボキシル基には、−ＣＯＯＨだけでなく、酸無水物基も含まれる。アルコキシル基としては、−ＯＲ（ここで、Ｒは例えば炭素数１〜４のアルキル基）として表させるメトキシ基、エトキシ基などが挙げられる。アルコキシシリル基としては、トリアルコキシシリル基、アルキルジアルコキシシリル基などの、シリル基の３つの水素のうち少なくとも１つがアルコキシル基で置換されたものが挙げられる。これらの官能基は、例えばシリカ表面のシラノール基のような補強性充填剤の表面と相互作用（反応性、親和性）があり、補強性充填剤の分散性向上に寄与する。変性ジエン系ゴムとしては、変性ＳＢＲ及び／又は変性ＢＲが好ましい。一実施形態において、ジエン系ゴムは、変性ジエン系ゴム単独でもよく、変性ジエン系ゴムと未変性のジエン系ゴムとのブレンドでもよい。一実施形態において、ジエン系ゴム１００質量部中、変性ＳＢＲを３０質量部以上含んでもよく、変性ＳＢＲを５０〜９０質量部と未変性ジエン系ゴム（例えば、ＢＲ及び／又はＮＲ）を５０〜１０質量部含むものでもよい。

（Ｂ）補強性充填剤
補強性充填剤としては、シリカ、カーボンブラック、又はシリカとカーボンブラックの併用が挙げられる。

シリカとしては、特に限定されないが、湿式沈降法シリカや湿式ゲル法シリカなどの湿式シリカが好ましく用いられる。シリカのコロイダル特性は特に限定しないが、ＢＥＴ法による窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が９０〜２５０ｍ²／ｇであるものが好ましく用いられ、より好ましくは１５０〜２３０ｍ²／ｇである。なお、シリカのＢＥＴはＩＳＯ ５７９４に記載のＢＥＴ法に準拠し測定される。

カーボンブラックとしては、特に限定されず、公知の種々の品種を用いることができる。例えば、タイヤトレッドゴムに用いる場合、ＳＡＦ級（Ｎ１００番台）、ＩＳＡＦ級（Ｎ２００番台）、ＨＡＦ級（Ｎ３００番台）、ＦＥＦ級（Ｎ５００番台）（ともにＡＳＴＭグレード）のものが好ましく用いられる。これら各グレードのカーボンブラックは、いずれか１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。

補強性充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、１０〜１５０質量部でもよく、２０〜１２０質量部でもよく、３０〜１００質量部でもよく、３０〜８０質量部でもよい。ここで、補強性充填剤としてシリカを配合する場合、その配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、１０〜１２０質量部でもよく、２０〜１００質量部でもよく、２０〜８０質量部でよい。カーボンブラックを配合する場合、その配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、５〜１２０質量部でもよく、１０〜１００質量部でもよく、２０〜８０質量部でもよい。なお、シリカ配合において、カーボンブラックを主として着色目的に用いる場合、カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、５〜１０質量部でもよい。

（Ｃ）ショ糖誘導体
ショ糖誘導体としては、ショ糖安息香酸エステル、ショ糖酢酸エステル、又はショ糖安息香酸エステルとショ糖酢酸エステルの併用が挙げられる。本実施形態によれば、このようなショ糖誘導体を配合することによって、発熱性の低下により転がり抵抗を低減することができるとともに、硬度の上昇効果も得られる。その理由は、次のように推測されるが、これにより限定することを意図するものではない。すなわち、ショ糖誘導体に含まれる安息香酸エステル基や酢酸エステル基、及び水酸基により、補強性充填剤であるシリカやカーボンブラックの表面との反応が活性化されると考えられる。この作用により、補強性充填剤の分散性が向上し、ヒステリシスロスが小さくなることで、転がり抵抗が低減すると考えられる。また、ショ糖誘導体が補強性充填剤と結合することで、ショ糖誘導体の結晶性が補強性充填剤の補強性を向上させ、硬度が改良すると考えられる。

ショ糖安息香酸エステルは、ショ糖の水酸基に安息香酸をエステル結合させたものであり、ショ糖ベンゾエートとも称される。ショ糖安息香酸エステルは、一般に、ショ糖と塩化ベンゾイルのエステル化反応により製造されるものであり、ショ糖１分子中に８つの水酸基があることから、平均エステル化度は０を超えて８以下である。ショ糖安息香酸エステルの平均エステル化度は、特に限定されず、１〜８でもよく、５〜８でもよい。ショ糖安息香酸エステルは、公知の合成方法により調製したものを用いてもよく、また市販されているものを使用してもよく、一例として、第一工業製薬（株）製「モノペットＳＢ」を使用することができる。

ここで、平均エステル化度とは、ショ糖安息香酸エステルを構成する各エステルの質量比による、エステル化度（安息香酸による置換度）の平均値である。例えば、モノエステル１００質量％の場合、平均エステル化度は１であり、モノエステル５０質量％とジエステル５０質量％の場合、平均エステル化度は１．５である。ショ糖酢酸エステルの場合も同様である。

ショ糖酢酸エステルは、ショ糖の水酸基に酢酸をエステル結合させたものであり、ショ糖アセテートとも称される。ショ糖酢酸エステルは、ショ糖１分子中に８つの水酸基があることから、平均エステル化度は０を超えて８以下である。ショ糖酢酸エステルの平均エステル化度は、特に限定されず、１〜８でもよく、５〜８でもよい。ショ糖酢酸エステルは、公知の合成方法により調製したものを用いてもよく、また市販されているものを使用してもよく、一例として、第一工業製薬（株）製「モノペットＳＯＡ」を使用することができる。

ショ糖誘導体の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して１〜２５質量部であり、より好ましくは１〜１５質量部であり、３〜１５質量部でよく、３〜１０質量部でもよい。ショ糖誘導体の配合量が１質量部以上であることにより、転がり抵抗の低減効果と硬度上昇効果を高めることができる。ショ糖誘導体の配合量が２５質量部以下であることにより、転がり抵抗の低減効果を高めることができる。

（Ｄ）その他の成分
本実施形態に係るゴム組成物には、上記の成分の他に、シランカップリング剤、プロセスオイル、ステアリン酸、亜鉛華、老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤など、ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

シランカップリング剤としては、スルフィドシランやメルカプトシランなどが挙げられ、シリカの分散性を向上することができる。シランカップリング剤の配合量は、特に限定されないが、シリカ配合量に対して２〜２０質量％であることが好ましい。

上記加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などの硫黄が挙げられ、特に限定するものではないが、その配合量はジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。すなわち、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し、補強性充填剤及びショ糖誘導体とともに、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の添加剤を添加混合し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合してゴム組成物を調製することができる。

本実施形態に係るゴム組成物は、タイヤ用ゴム組成物として用いることができる。タイヤとしては、乗用車用タイヤ、トラックやバスの重荷重用タイヤなど各種用途及び各種サイズの空気入りタイヤが挙げられる。一実施形態に係る空気入りタイヤは、上記ゴム組成物からなるゴム部分を備えたものである。タイヤの適用部位としては、例えば、トレッドゴム、サイドウォールゴムなどが挙げられ、好ましくはトレッドゴムに用いることである。空気入りタイヤのトレッドゴムには、キャップゴムとベースゴムとの２層構造からなるものと、両者が一体の単層構造のものがあるが、接地面を構成するゴムに好ましく用いられる。すなわち、単層構造のものであれば、当該トレッドゴムが上記ゴム組成物からなり、２層構造のものであれば、キャップゴムが上記ゴム組成物からなることが好ましい。

空気入りタイヤの製造方法は、特に限定されない。例えば、上記ゴム組成物を、常法に従い、押出加工によって所定の形状に成形し、他の部品と組み合わせて未加硫タイヤ（グリーンタイヤ）を作製した後、例えば１４０〜１８０℃で加硫成型することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［原材料］
下記実施例で用いた原材料は以下の通りである。

・ＳＢＲ：アルコキシル基及びアミノ基末端変性溶液重合ＳＢＲ、ＪＳＲ（株）製「ＨＰＲ３５０」
・ＮＲ：ＲＳＳ３号
・ＢＲ：宇部興産（株）製「ＢＲ１５０Ｂ」（Ｔｇ：−１０４℃）
・シリカ：東ソー・シリカ（株）製「ニップシールＡＱ」（ＢＥＴ：２０５ｍ²／ｇ、ＣＴＡＢ：１７５ｍ²／ｇ、ＤＢＰ：１５０ｃｍ³／１００ｇ）
・カーボンブラック：三菱化学（株）製「ダイアブラックＮ３４１」、ＨＡＦ
・オイル：ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＮＣ１４０」
・亜鉛華：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華１号」
・老化防止剤：大内新興化学工業（株）製「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、６ＰＰＤ
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・ワックス：日本精鑞（株）製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・シランカップリング剤：エボニック社製「Ｓｉ７５」
・ショ糖安息香酸エステル：第一工業製薬（株）製「モノペットＳＢ」
・ショ糖酢酸エステル：第一工業製薬（株）製「モノペットＳＯＡ」、ショ糖オクタアセテート
・ショ糖脂肪酸エステル：第一工業製薬（株）製「ＤＫエステルＦ−１６０」、ショ糖の長鎖脂肪酸エステル
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「粉末硫黄」
・加硫促進剤：住友化学（株）製「ソクシノールＣＺ」

［評価方法］
下記実施例におけるゴム組成物の評価方法は以下の通りである。

・転がり抵抗：ＪＩＳ Ｋ６３９４に準じて、東洋精機（株）製粘弾性試験機を用いて、温度６０℃、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％の条件で、損失係数ｔａｎδを測定し、第１実施例では比較例１の値を、第２実施例では比較例１１の値、第３実施例では比較例２１の値を、それぞれ１００とした指数で表示した。６０℃でのｔａｎδは、タイヤ用ゴム組成物において、低発熱性能の指標として一般に用いられているものである。該指数が小さいほどｔａｎδが小さく、従って、発熱しにくく、タイヤとして転がり抵抗が低く、低燃費性能に優れることを示す。

・硬度：ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したタイプＡデュロメータを使用し、２３℃で硬度を測定し、第１実施例では比較例１の値、第２実施例では比較例１１の値、第３実施例では比較例２１の値を、それぞれ１００とした指数で表示した。該指数が大きいほど硬度が大きいことを示す。

［第１実施例］
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従って、まず、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し硫黄及び加硫促進剤を除く他の配合剤を添加し混練し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混練物に、最終混合段階で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物について、１６０℃で３０分間加硫した所定形状の試験片を用いて、転がり抵抗と硬度を評価した。

結果は、表１に示す通りである。コントロールである比較例１に対し、ショ糖脂肪酸エステルを配合した比較例２では、転がり抵抗と硬度に改善効果はみられなかった。これに対し、ショ糖安息香酸エステル又はショ糖酢酸エステルを配合した実施例１〜６では、転がり抵抗が低減するとともに、硬度の向上効果がみられた。

［第２実施例］
バンバリーミキサーを使用し、下記表２に示す配合（質量部）に従い、第１実施例と同様の第一混合段階及び最終混合段階を実施して、ゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物について、１６０℃で３０分間加硫した所定形状の試験片を用いて、転がり抵抗と硬度を評価した。

結果は、表２に示す通りである。ＮＲ／ＢＲ系でカーボンブラック配合の第２実施例の場合も、ＳＢＲ／ＢＲ系でシリカ配合の第１実施例と同様、ショ糖安息香酸エステル又はショ糖酢酸エステルを配合した実施例１１〜１６では、コントロールである比較例１１に対して、転がり抵抗が低減するとともに、硬度の向上効果がみられた。

［第３実施例］
バンバリーミキサーを使用し、下記表３に示す配合（質量部）に従い、第１実施例と同様の第一混合段階及び最終混合段階を実施して、ゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物について、１６０℃で３０分間加硫した所定形状の試験片を用いて、転がり抵抗と硬度を評価した。

結果は、表３に示す通りである。シリカとカーボンブラックを同量配合した場合でも、シリカ配合の第１実施例と同様、ショ糖安息香酸エステル又はショ糖酢酸エステルを配合した実施例２１，２２では、コントロールである比較例２１に対して、転がり抵抗が低減するとともに、硬度の向上効果がみられた。

Claims (3)

1. ジエン系ゴムと、シリカ及びカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも１種の補強性充填剤と、ショ糖安息香酸エステル及びショ糖酢酸エステルからなる群から選択される少なくとも１種のショ糖誘導体と、を含み、前記ショ糖誘導体の配合量が前記ジエン系ゴム１００質量部に対して１〜２５質量部である、タイヤ用ゴム組成物。
2. 請求項１記載のゴム組成物からなるゴム部分を備えた、空気入りタイヤ。
3. 前記ゴム部分がトレッドゴムである、請求項２記載の空気入りタイヤ。