JP2017222817A - ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】氷上性能、雪上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上するようにしたゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム１００質量部に、平均粒子径が１〜５０μｍである粒子を１〜２０質量部配合してなり、前記粒子を構成する材料の表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下、ゴム表面の算術平均粗さＲａが５〜３０μｍことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を向上するようにしたゴム組成物に関する。

空気入りタイヤの氷上性能、雪上性能、ウェット性能をなどのタイヤ性能を向上するには、タイヤを構成するゴムの貯蔵弾性率（Ｅ′）や損失正接（ｔａｎδ）などの物理的特性を改質し摩擦係数を大きくしたり、親水性／撥水性などの化学的特性を改質し水膜除去や排水性を改良したりすることがある。ゴムの化学的特性を改質するため、改質に用いる物質をゴム表面に塗布したり、表面に化学的な処理を施したり、ゴムに添加剤を配合すると行った手法がとられることが多い。

特許文献１は、末端変性スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、シリカおよびカーボンブラックを配合したゴム組成物により、雪上性能、ウェット性能および耐摩耗性を改良することを提案している。しかし、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を向上させることに寄せる需要者の期待はより大きく、これら特性を一層改善することが求められている。

特開２０１５−２２９７０１号公報

本発明の目的は、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上するようにしたゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に、平均粒子径が１〜５０μｍである粒子を１〜２０質量部配合してなり、前記粒子を構成する材料の表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下、ゴム表面の算術平均粗さＲａが５〜３０μｍであることを特徴とする。

本発明のゴム組成物は、平均粒子径が１〜５０μｍで、構成材料の表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である粒子を配合し、ゴム組成物の表面の算術平均粗さＲａを５〜３０μｍにしたので、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上させることができる。

本発明において、更に熱膨張性マイクロカプセルを前記ジエン系ゴム１００質量部に対し２．５質量部以上配合することができる。これによりゴム表面の算術平均粗さＲａを調節し、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を一層向上することができる。

本発明のゴム組成物からなるトレッド部を有する空気入りタイヤは、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上させることができる。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムからなり、例えば天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム等を挙げることができる。これらのジエン系ゴムは、単独又は複数のブレンドとして含有することができる。

本発明のゴム組成物は、平均粒子径が１〜５０μｍで、構成材料の表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である粒子を、ジエン系ゴムに配合する。粒子を構成する材料の表面自由エネルギーは２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下、好ましくは１５〜２２ｄｙｎｅ／ｃｍである。表面自由エネルギーを２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下にすることにより粒子の表面を疎水性にし、ゴム組成物に配合することにより疎水性能を高くすることができる。

本発明で配合する粒子を構成する材料は、その表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下であれば特に制限されるものではないが、例えばポリテトラフルオロエチレンおよびその誘導体、シリコーンおよびその誘導体、等を挙げることができる。本明細書において、表面自由エネルギーはＪＩＳ Ｋ６７８８に準拠して測定される値とする。

粒子の平均粒子径は１〜５０μｍ、好ましくは１０〜４０μｍである。粒子の平均粒子径が１μｍ未満であると、ゴム組成物の表面を適切に粗くすることができない。また平均粒子径が５０μｍを超えると、雪上性能およびウェット性能が却って低下する。粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により粒子の直径を観察し、それらの算術平均とする。

本発明のゴム組成物において、上述した粒子は、ジエン系ゴム１００質量部に対し１〜２０質量部、好ましくは２〜１５質量部配合する。粒子の配合量が１質量部未満であると、ゴム組成物の表面を適切に粗くすることができない。また粒子の配合量が２０質量部を超えると、雪上性能が却って低下する。

ゴム組成物の表面の算術平均粗さＲａは５〜３０μｍ、好ましくは７〜２５μｍである。ゴム表面の算術平均粗さＲａが５μｍ未満であると、雪上性能を改良することができない。またゴム表面の算術平均粗さＲａが３０μｍを超えると、氷上性能、雪上性能およびウェット性能が却って低下する。本明細書において、ゴム表面とはゴム組成物を加硫した加硫ゴムの表面である。また空気入りタイヤを例にすると、接地面に限定されるものではなく、氷面、雪面およびウェット面に存在ある水分と接触するゴム表面であるものとする。ゴム表面の算術平均粗さＲａは、後述する熱膨張性マイクロカプセルを配合することおよびその配合量の増減、発泡剤を配合することおよびその量の増減、表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である粒子の粒子径およびその量の増減、等により調節することができる。またゴム表面を通常の方法で物理的に荒らすことにより算術平均粗さＲａを適当な範囲に調整することもできる。なおゴム表面の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に記載された「算術平均粗さＲａ」である。

本発明において、表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である粒子を配合することにより、ゴム組成物に撥水性を付与することができる。しかし粒子を単に配合しただけでは、ゴム組成物の表面の化学的特性を改質する作用は限定的に得られるだけである。このため本発明では、ゴム表面の算術平均粗さＲａを特定の範囲内にし、適切な表面積を有するようにしたので表面自由エネルギー２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下の粒子による表面改質作用をより大きくすることができる。このことは、Ｗｅｎｚｅｌの式に代表されるように、材料表面の化学的特性がその材料の表面積に影響を受けることからに裏付けられる。

本発明のゴム組成物は、熱膨張性マイクロカプセルをジエン系ゴム１００質量部に対し、好ましくは２．５質量部以上、より好ましくは３．５〜２０質量部配合することができる。熱膨張性マイクロカプセルを２．５質量部以上配合することにより、ゴム組成物の表面を適切に粗くすることができる。また熱膨張性マイクロカプセルの配合量が２０質量部を超えると氷上性能、雪上性能およびウェット性能が却って低下する虞がある。

熱膨張性マイクロカプセルは、例えばポリアクリロニトリル等の熱可塑性樹脂で形成された殻材中に、熱膨張性物質を内包した構成のものが挙げられる。この熱膨張性マイクロカプセルが加熱されると、殻材に内包された熱膨張性物質が膨張して殻材の粒径を大きくし、トレッドゴム中に多数の樹脂被覆気泡を形成する。このような熱膨張性マイクロカプセルとしては、例えばスェーデン国エクスパンセル社製の商品名「ＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９１ＤＵ−８０」又は「ＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９２ＤＵ−１２０」等、或いは松本油脂製薬社製の商品名「マイクロスフェアー Ｆ−８５」又は「マイクロスフェアー Ｆ−１００」等を挙げることができる。

本発明のゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等から選ばれる充填剤を配合することができる。充填剤を配合することによりゴム強度を高くすることができる。充填剤はジエン系ゴム１００質量部に対し好ましくは２０〜１００質量部、より好ましくは４０〜８０質量部配合するとよい。充填剤の配合量をこのような範囲にすることにより、ゴム組成物の氷上性能、雪上性能およびウェット性能をより高いレベルでバランスさせることができる。

ゴム組成物には、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、テルペン系樹脂、熱硬化性樹脂などのゴム組成物に一般的に使用される各種配合剤を配合することができる。このような配合剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫成形するのに使用することができる。これらの配合剤の配合量は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。ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部に好適に使用することができる。このゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下の粒子を配合しゴム表面に疎水性を付与すると共に、算術平均粗さＲａを５〜３０μｍにしたので疎水性の作用を最大にし、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上することができる。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜７
表３に記載した組成物１を共通配合とし、表１〜２に示す配合からなる１８種類のゴム組成物（標準例１、実施例１〜７、比較例１〜１０）を調製するに当たり、それぞれ硫黄、加硫促進剤、発泡剤および熱膨張性マイクロカプセルを除く成分を秤量し、５Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、そのマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを同５Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、硫黄、加硫促進剤、発泡剤および熱膨張性マイクロカプセルを加え、混合しゴム組成物を得た。表１，２に示す成分の配合量は、表３に示すジエン系ゴム１００質量部に対する質量部として記載した。

得られた１８種類のゴム組成物をキャップトレッドに用いたサイズ（１９５／６５Ｒ１５）の空気入りタイヤを加硫成形した。なお実施例４の空気入りタイヤは、下記の条件で摩耗試験を行った。それぞれの空気入りタイヤを用いて、ゴム表面の算術平均粗さＲａ、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を下記に示す方法により評価した。

摩耗試験
上記で得られた実施例４の空気入りタイヤを、リムサイズ１５×６Ｊのホイールのホイールに組付け、国産２．０リットルクラスの試験車両に装着し、空気圧２１０ｋＰａの条件で、散水した半径３０ｍのアスファルト周回円上を、左回り右回りともに１０周ずつ周回することにより、ゴム表面を荒らした、実施例４の空気入りタイヤを得た。

ゴム表面の算術平均粗さＲａ
各空気入りタイヤのトレッド部を構成するゴム表面について、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠し、レーザー顕微鏡を用いて算術平均粗さＲａ（μｍ）を測定した。得られた結果を表１，２の「算術平均粗さＲａ」の欄に記載する。

氷上性能
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１５×６Ｊのホイールのホイールに組付け、国産２．０リットルクラスの試験車両に装着し、空気圧２１０ｋＰａの条件で気温−６℃〜−１０℃、氷温−７℃〜−９℃の氷上試験路を速度４０ｋｍ／時で走行している状態からブレーキをかけて制動（ロック状態）したとき、制動距離（停止するまでの走行距離）を５回測定しその平均を求めた。得られた結果は、標準例の制動距離の逆数を１００とする指数として表わし、表１，２の「氷上性能」の欄に示した。この指数が大きいほど制動距離が短く氷上性能が優れることを意味する。

雪上性能
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１５×６Ｊのホイールのホイールに組付け、国産２．０リットルクラスの試験車両に装着し、空気圧２１０ｋＰａの条件でテストコース上の雪上路面を速度４０ｋｍ／時で走行している状態からブレーキをかけて制動（ロック状態）したとき、制動距離（停止するまでの走行距離）を５回測定しその平均を求めた。得られた結果は、標準例の制動距離の逆数を１００とする指数として表わし、表１，２の「雪上性能」の欄に示した。この指数が大きいほど制動距離が短く雪上性能が優れることを意味する。

ウェット性能
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１５×６Ｊのホイールのホイールに組付け、国産２．０リットルクラスの試験車両に装着し、空気圧２１０ｋＰａの条件で水深１０ｍｍの水膜を有する路面上を速度１００ｋｍ／時の速度からフルブレーキ状態で制動したときの制動距離を５回測定し、その平均を求めた。得られた結果は、標準例の制動距離の逆数を１００とする指数として表わし、表１，２の「ウェット性能」の欄に示した。この指数が大きいほど制動距離が短く、ウェット性能が優れることを意味する。

なお、表１〜２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＰＴＥＦ−１：ポリテトラフルオロエチレン粒子、平均粒子径が５μｍ、表面自由エネルギーが１９ｄｙｎｅ／ｃｍ、スリーエムジャパン社製。
・ＰＴＥＦ−２：ポリテトラフルオロエチレン粒子、平均粒子径が２５μｍ、表面自由エネルギーが１９ｄｙｎｅ／ｃｍ、スリーエムジャパン社製。
・ＰＴＥＦ−３：ポリテトラフルオロエチレン粒子、平均粒子径が１００μｍ、表面自由エネルギーが１９ｄｙｎｅ／ｃｍ、スリーエムジャパン社製。
・ＰＴＥＦ−４：ポリテトラフルオロエチレン粒子、平均粒子径が約２ｍｍ、表面自由エネルギーが１９ｄｙｎｅ／ｃｍ、スリーエムジャパン社製。
・シリコーン粒子：平均粒子径が３０μｍ、表面自由エネルギーが２０ｄｙｎｅ／ｃｍ、信越化学工業社製 ＫＭＰ−６０２。
・ＰＥ粒子：ポリエチレン粒子、平均粒子径が２５μｍ、表面自由エネルギーが３１ｄｙｎｅ／ｃｍ、三井化学社製。
・ＰＳ粒子：ポリスチレン粒子、平均粒子径が３０μｍ、表面自由エネルギーが３３ｄｙｎｅ／ｃｍ、標準ポリスチレン粒子。
・熱膨張性カプセル：熱膨張性マイクロカプセル、松本油脂製薬社製マツモトマイクロスフェアＦ−１００。
・発泡剤：アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を主成分とした化学発泡剤、永和化成工業社製。

なお、表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
・ＢＲ：ブタジエンゴム、宇部興産社製ＵＢＥＰＯＬ ＢＲ１５０
・ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製 ＮＩＰＯＬ１５０２、非油展品
・カーボンブラック：キャボットジャパン社製 Ｎ３３９
・シリカ：エボニック社製 ＶＮ３
・シランカップリング剤：エボニック社製 Ｓｉ６９
・プロセスオイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤：フレキシス社製６ＰＰＤ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５．２４質量％）
・加硫促進剤１：加硫促進剤ＣＢＳ、大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
・加硫促進剤２：加硫促進剤ＤＰＧ、大内新興化学工業社製ノクセラーＤ−Ｇ

表１，２から明らかなように実施例１〜７の空気入りタイヤは、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を標準例のレベル以上に向上させることが確認された。

比較例１の空気入りタイヤは、熱膨張性マイクロカプセルを配合したが、特定の粒子を配合していないので、雪上性能およびウェット性能が劣る。

比較例２，３の空気入りタイヤは、ゴム表面の算術平均粗さＲａが５μｍ未満であるので、雪上性能が劣る。

比較例４の空気入りタイヤは、ゴム表面の算術平均粗さＲａが３０μｍを超えるので、氷上性能、雪上性能およびウェット性能が劣る。

比較例５の空気入りタイヤは、特定の粒子の配合量が１質量部未満なので、雪上性能およびウェット性能が劣る。

比較例６の空気入りタイヤは、特定の粒子の配合量が２０質量部を超えるので、雪上性能が劣る。

比較例７，８の空気入りタイヤは、粒子ＰＴＦＥ−３，ＰＴＦＥ−４の平均粒子径が５０μｍを超えるので、雪上性能およびウェット性能が劣る。また比較例８の空気入りタイヤは、氷上性能も劣る。

比較例９，１０の空気入りタイヤは、ＰＥ粒子、ＰＳ粒子の表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍを超えるので、氷上性能、雪上性能およびウェット性能が劣る。

実施例８〜１０
表３に記載した組成物２を共通配合とし、表４に示す配合からなる８種類のゴム組成物（標準例２、実施例８〜１０、比較例１１〜１４）を実施例１と同様にして調製した。得られたゴム組成物をキャップトレッドに用いた空気入りタイヤを実施例１と同様に加硫成形した。その空気入りタイヤを用いて、ゴム表面の算術平均粗さＲａ、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を上述した方法により評価した。なお氷上性能、雪上性能およびウェット性能の評価は、標準例２の逆数を１００とする指数として、表４に記載する。

表４から明らかなように実施例８〜１０の空気入りタイヤは、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を標準例のレベル以上に向上させることが確認された。

比較例１１の空気入りタイヤは、熱膨張性マイクロカプセルを配合したが、特定の粒子を配合していないので、雪上性能およびウェット性能が劣る。

比較例１２，１３の空気入りタイヤは、ゴム表面の算術平均粗さＲａが５μｍ未満であるので、雪上性能が劣る。

比較例１４の空気入りタイヤは、ゴム表面の算術平均粗さＲａが３０μｍを超えるので、氷上性能、雪上性能およびウェット性能が劣る。

実施例１１〜１４
表３に記載した組成物３を共通配合とし、表５に示す配合からなる１８種類のゴム組成物（標準例３、実施例１１〜１３、比較例１５〜１８）を実施例１と同様にして調製した。得られたゴム組成物をキャップトレッドに用いた空気入りタイヤを実施例１と同様に加硫成形した。その空気入りタイヤを用いて、ゴム表面の算術平均粗さＲａ、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を上述した方法により評価した。なお氷上性能、雪上性能およびウェット性能の評価は、標準例３の逆数を１００とする指数として、表５に記載する。

表５から明らかなように実施例１１〜１３の空気入りタイヤは、氷上性能、雪上性能およびウェット性能を標準例のレベル以上に向上させることが確認された。

比較例１５の空気入りタイヤは、熱膨張性マイクロカプセルを配合したが、特定の粒子を配合していないので、雪上性能およびウェット性能が劣る。

比較例１６，１７の空気入りタイヤは、ゴム表面の算術平均粗さＲａが５μｍ未満であるので、雪上性能が劣る。

比較例１８の空気入りタイヤは、ゴム表面の算術平均粗さＲａが３０μｍを超えるので、氷上性能、雪上性能およびウェット性能が劣る。

Claims (3)

1. ジエン系ゴム１００質量部に、平均粒子径が１〜５０μｍである粒子を１〜２０質量部配合してなり、前記粒子を構成する材料の表面自由エネルギーが２５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下、ゴム表面の算術平均粗さＲａが５〜３０μｍであることを特徴とするゴム組成物。
2. 更に熱膨張性マイクロカプセルを前記ジエン系ゴム１００質量部に対し２．５質量部以上配合してなることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
3. 請求項１または２に記載のゴム組成物からなるトレッドを有する空気入りタイヤ。