JP2018090668A - タイヤトレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】スノー性能とウェット性能を向上することができるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。【解決手段】天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、ガラス転移温度が−７０〜−２０℃でありかつ分子量分布が３．０未満であるポリマーからなり吸油量が１００〜１５００ｍｌ／１００ｇである吸油性ポリマー粒子と、オイルと、シリカとを含み、吸油性ポリマー粒子の含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して０．５〜２５質量部であるタイヤトレッド用ゴム組成物である。また、該ゴム組成物からなるトレッドゴムを備えた空気入りタイヤである。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

従来、例えばヨーロッパなどで冬期に使用されるタイヤとして雪道タイヤ（ウインタータイヤとも称される）がある。雪道タイヤにおいては、雪道での走行性能（即ち、スノー性能）とともに、湿潤路面での走行性能（即ち、ウェット性能）も求められ、両性能をバランス良く向上するべく、提案がなされている（特許文献１参照）。

ところで、特許文献２には、老化防止剤に油ゲル化剤（例えば、Ｎ−ラウロイル−Ｌ−グルタミン酸−α，γ−ジ−ｎ−ブチルアミド）を添加してゲル化させたものをゴム組成物に配合することが開示されている。しかしながら、老化防止剤による耐オゾンクラック性を向上するために油ゲル化剤を用いる技術であり、スノー性能やウェット性能の点から吸油性ポリマー粒子を用いることは開示されていない。

一方、特許文献３，４には、タイヤの走行に起因するゴムの硬化を抑制するために、プロセスオイルに対して２倍以上の吸油力を有する吸油剤をプロセスオイルとともにゴム組成物に配合することが開示され、該吸油剤として、プロセスオイルと高い親和力を持つポリマーを低架橋重合してなる多孔性ビニル系ポリマーゲル粒子を用いることが開示されている。しかしながら、これらの文献において、吸油剤はプロセスオイルをゴム組成物中に長期間にわたって保持する機能を持つものであり、吸油したポリマーゲル粒子によりスノー性能とウェット性能を改良することについては開示されていない。

特開２０１０−２０９１７４号公報 特開平１−１６３２２８号公報 特開平１１−１７２０４８号公報 特開２０００−２４７１０５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、スノー性能とウェット性能を向上することができるタイヤトレッド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トレッド用ゴム組成物は、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、ガラス転移温度が−７０〜−２０℃でありかつ吸油量が１００〜１５００ｍｌ／１００ｇである吸油性ポリマー粒子と、オイルと、シリカとを含み、吸油性ポリマー粒子の含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して０．５〜２５質量部であるものである。

本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トレッドゴムを備えたものである。

本実施形態によれば、スノー性能とウェット性能を向上することができる。

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、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、吸油性ポリマー粒子と、オイルと、シリカとを配合してなるものである。

上記ゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びポリブタジエンゴム（ＢＲ）を含むものである。これら３成分の比率は、特に限定されない。例えば、一実施形態として、ゴム成分１００質量部は、天然ゴム５〜４０質量部、スチレンブタジエンゴム２０〜９０質量部、及びポリブタジエンゴム５〜４５質量部を含んでもよく、また、天然ゴム５〜３５質量部、スチレンブタジエンゴム４０〜８０質量部、及びポリブタジエンゴム１５〜４５質量部を含んでもよく、あるいはまた、天然ゴム１０〜３５質量部、スチレンブタジエンゴム４５〜６０質量部、及びポリブタジエンゴム２０〜４０質量部を含んでもよい。

スチレンブタジエンゴムとしては、溶液重合スチレンブタジエンゴム（ＳＳＢＲ）を用いることが、スノー性能とウェット性能を両立させる上で好ましい。また、スチレンブタジエンゴムとしては、シリカ表面のシラノール基と相互作用のある官能基で変性された変性スチレンブタジエンゴム（変性ＳＢＲ）を用いてもよく、一実施形態として変性ＳＳＢＲを用いてもよい。変性ＳＢＲの官能基としては、例えば、アミノ基、アルコキシル基、水酸基などが挙げられる。これらはそれぞれ１種のみ導入されてもよく、あるいはまた２種以上組み合わせて導入されてもよい。また、官能基は、分子末端に導入されてもよく、あるいはまた分子鎖中に導入されてもよい。

なお、ゴム成分は、上記のＮＲ、ＳＢＲ及びＢＲのみで構成されてもよいが、本発明の効果が損なわれない限り、他のジエン系ゴムが含まれてもよい。

上記吸油性ポリマー粒子としては、ガラス転移温度が−７０〜−２０℃であり、吸油量が１００〜１５００ｍｌ／１００ｇであるポリマー粒子が用いられる。ＮＲ／ＳＢＲ／ＢＲを含むゴム成分に対し、シリカ及びオイルとともに、かかる吸油性ポリマー粒子を配合することにより、スノー性能とウェット性能をバランス良く向上することができるが、その理由は次のように考えられる。すなわち、吸油性ポリマー粒子がオイルによりゲル化（即ち、膨潤）し、ゲル化した吸油性ポリマー粒子が、ゴム成分からなるマトリックス（連続相）中に分散した分散相として、フィラーを含まないフィラー非偏在相を形成する。そのため、ゴム組成物のヒステリシスロスを増大させることができるので、ウェット性能が向上すると考えられる。また、該フィラー非偏在相は、ミクロに柔軟な相でもあり、路面に吸着しやすくなる。さらに、該フィラー非偏在相は、ガラス転移温度が低いことから、低温領域での路面への吸着性が高くなる。そのため、スノー性能を向上すると考えられる。

吸油性ポリマー粒子の吸油量は１００〜１５００ｍｌ／１００ｇであり、このような吸油量の高い吸油性ポリマー粒子を用いることにより、スノー性能とウェット性能をバランス良く向上することができる。また、吸油量が１５００ｍｌ／１００ｇ以下であることにより、耐摩耗性の低下を抑えることができる。吸油性ポリマー粒子の吸油量は、３００〜１３００ｍｌ／１００ｇであることが好ましく、より好ましくは５００〜１２００ｍｌ／１００ｇであり、８００〜１２００ｍｌ／１００ｇでもよい。ここで、吸油量とは、上記吸油性ポリマー粒子１００ｇ当たりに吸収可能なオイルの最大量（飽和状態での吸油量）であり、ＪＩＳ Ｋ５１０１−１３−１によって測定される値である。

吸油性ポリマー粒子のガラス転移温度（Ｔｇ）は−７０〜−２０℃である。このようにガラス転移温度の低い吸油性ポリマー粒子を用いることにより、低温領域での路面への吸着性を高めてスノー性能を向上することができる。また、ガラス転移温度が−７０℃以上であることにより、ウェット性能の向上に有利である。吸油性ポリマー粒子のガラス転移温度は、−６０〜−４０℃であることが好ましく、−６０〜−５０℃でもよい。ここで、ガラス転移温度は、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて測定される値（昇温速度２０℃／分）である。

吸油性ポリマー粒子としては、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０未満であるポリマーからなるものを用いることが好ましい。分子量分布が３．０未満であることにより、低発熱性能の悪化を抑えることができ、タイヤの転がり抵抗性能の悪化を抑えることができる。分子量分布は、２．０以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以下であり、１．２以下でもよい。分子量分布の下限は特に限定されず、１以上であればよく、１．１以上でもよい。ここで、分子量分布は、ポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）に対する重量平均分子量（Ｍｗ）の比である。Ｍｎ及びＭｗは、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）を用い、標準ポリスチレンより換算した値であり、例えば、測定試料０．２ｍｇをＴＨＦ１ｍＬに溶解させたものについて、（株）島津製作所製「ＬＣ−２０ＤＡ」を使用し、フィルター透過後、温度４０℃、流量０．７ｍＬ／分でカラム（Polymer Laboratories社製「PL Gel３μm Guard×２」）を通し、Spectra System社製「RI Detector」で検出することができる。

吸油性ポリマー粒子の平均粒径（吸油していない状態での平均粒径）は、特に限定されず、例えば１０〜１０００μｍでもよく、１００〜８００μｍでもよく、３００〜７００μｍでもよい。ここで、平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して画像を得て、この画像を用いて、無作為抽出された５０個の粒子の直径を計測することにより、その相加平均として求められる。粒子の直径は、例えば、MediaCybernetics社の画像処理ソフト「Image-Pro Plus」を用いて、粒子の外周の２点を結び、かつ重心を通る径を、２度刻みに測定した値の平均値とすることができる。

一実施形態において、吸油性ポリマー粒子は、その繰り返し単位としてスチレン単位とエチレン単位を含有するコポリマーからなるものでもよい。また、一実施形態において、吸油性ポリマー粒子は、多孔性の粒子であってもよい。

以上のような特性を持つ吸油性ポリマー粒子としては、名東化製（株）から「アクアＮ−キャップ」として市販されており、好ましく用いることができる。アクアＮ−キャップは、熱可塑性ブロックコポリマーからなる顆粒状パウダーであり、吸油性熱可塑性ポリマー粒子である。アクアＮ−キャップは、オイルは吸収するが水は吸収しない親油疎水性を持ち、オイルをマイクロカプセル封入することができる。

上記ゴム組成物中における吸油性ポリマー粒子の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して０．５〜２５質量部であることが好ましい。含有量が０．５質量部以上であることにより、スノー性能とウェット性能を向上することができ、また、２５質量部以下であることにより耐摩耗性の低下を抑えることができる。吸油性ポリマー粒子の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、１〜２０質量部であることが好ましく、より好ましくは２〜１５質量部である。

上記オイルとしては、ゴム組成物に配合される各種オイルを用いることができる。好ましくは、オイルとしては、炭化水素を主成分とする鉱物油を用いることである。すなわち、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、及びアロマ系オイルからなる群から選択される少なくとも１種の鉱物油を用いることが好ましい。

オイルと吸油性ポリマー粒子との含有比は、スノー性能とウェット性能の両立効果を高める上で、次のように設定されることが好ましい。すなわち、オイルの含有量（Ａ）は吸油性ポリマー粒子の含有量（Ｂ）に対して質量比で２〜１５倍（（Ａ）／（Ｂ）＝２〜１５）であることが好ましい。（Ａ）／（Ｂ）は、より好ましくは３〜１２である。

一実施形態において、吸油性ポリマー粒子とオイルは、吸油性ポリマー粒子にオイルを吸収させたオイル−ポリマー複合体として配合してもよい。すなわち、吸油性ポリマー粒子とオイルを予め混合して、吸油性ポリマー粒子にオイルを吸収させ、これにより得られたオイルを含む吸油性ポリマー粒子を、ゴム成分に添加し混合するようにしてもよい。

なお、ゴム組成物中に含まれるオイルの含有量は、特に限定されず、例えば、ゴム成分１００質量部に対して、２０〜５０質量部でもよく、２５〜４０質量部でもよい。

本実施形態に係るゴム組成物には、補強性充填剤（即ち、フィラー）としてシリカが配合される。シリカとしては、例えば、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。シリカの含有量は、特に限定されないが、ゴム成分１００質量部に対して７０〜１３０質量部であることが好ましく、より好ましくは８０〜１００質量部である。なお、シリカとともに、スルフィドシラン、メルカプトシランなどのシランカップリング剤を併用してもよく、その配合量はシリカ配合量に対して２〜２０質量％であることが好ましい。

本実施形態に係るゴム組成物において、補強性充填剤としては、シリカを主成分とすることが好ましく、すなわち、補強性充填剤の５０質量％超がシリカであることが好ましい。より好ましくは補強性充填剤の８０質量％以上がシリカである。ゴム組成物中における補強性充填剤の含有量は、特に限定されないが、ゴム成分１００質量部に対して７０〜１５０質量部でもよく、８０〜１３０質量部でもよい。なお、補強性充填剤としては、シリカとともにカーボンブラックを含有してもよい。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記した各成分に加え、通常のゴム工業で使用されている亜鉛華、ステアリン酸、ワックス、老化防止剤（アミン−ケトン系、芳香族第２アミン系、フェノール系、イミダゾール系等）、加硫剤、加硫促進剤（グアニジン系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系等）などの配合薬品類を通常の範囲内で適宜配合することができる。

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、その配合量はゴム成分１００質量部に対して０．１〜５質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜３質量部である。また、加硫促進剤の配合量としては、ゴム成分１００質量部に対して０．１〜５質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜３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。例えば、ノンプロ練り工程で、ゴム成分に対し、吸油性ポリマー粒子、オイル、及びシリカとともに、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、プロ練り工程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。

このようにして得られるゴム組成物は、空気入りタイヤの接地面を構成するトレッドゴムに用いられる。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。好ましくは、雪道タイヤ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て未加硫のトレッドゴム部材を作製し、該トレッドゴム部材を他の部材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。

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、ノンプロ練り工程で、ゴム成分に対し、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、プロ練り工程で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。表１中の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
・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」
・ＢＲ：宇部興産（株）製「ＢＲ１５０Ｂ」
・カーボンブラック：東海カーボン（株）製「シーストＫＨ（Ｎ３３９）」
・シリカ：東ソー・シリカ（株）製「ニップシールＡＱ」
・パラフィン系オイル：ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＰ２００」
・アロマ系オイル：ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＮＣ１４０」
・シランカップリング剤：エボニック社製「Ｓｉ６９」
・吸油性ポリマー粒子：名東化製（株）製「アクアＮ−キャップ」（吸油量：１０００ｍｌ／１００ｇ、Ｔｇ：−５１℃、平均粒径：５００μｍ、Ｍｗ：９９０００、Ｍｎ：８５０００、Ｍｗ／Ｍｎ：１．２）
・ポリメタクリル酸メチル：東京化成工業（株）製「ポリメタクリル酸メチル」（吸油量：４６．８ｍｌ／１００ｇ、Ｔｇ：９０℃）
・シリコーン樹脂粉末：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「トスパール２０００Ｂ」（吸油量：１０．０ｍｌ／１００ｇ、平均粒径：７μｍ）
・油ゲル化剤：Ｎ−ラウロイル−Ｌ−グルタミン酸−α，γ−ジ−ｎ−ブチルアミド、味の素（株）製「コアギュランＧＰ−１」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・亜鉛華：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華１号」
・ワックス：日本精鑞（株）製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・老化防止剤：大内新興化学工業（株）製「ノクラック６Ｃ」
・加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製「ノクセラーＤ」
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「粉末硫黄」。

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、耐摩耗性を評価した。また、各ゴム組成物を用いて乗用車用空気入りラジアルタイヤを作製した。タイヤサイズは２１５／４５ＺＲ１７とし、トレッドゴムに各ゴム組成物を適用し、常法に従い加硫成型することにより、タイヤを作製した。得られたタイヤについて、転がり抵抗性能とスノー性能とウェット性能を評価した。各評価方法は以下の通りである。

・耐摩耗性：ＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠し、岩本製作所（株）製のランボーン摩耗試験機を用いて、荷重４０Ｎ，スリップ率３０％の条件で摩耗減量を測定し、摩耗減量の逆数について比較例１の値を１００とした指数で示した。指数が大きいほど、摩耗減量が少なく、耐摩耗性に優れることを示す。

・転がり抵抗性能：転がり抵抗測定ドラム試験機を用いて、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４４１０Ｎ、温度２３℃、８０ｋｍ／ｈの条件で各タイヤの転がり抵抗を測定し、転がり抵抗の逆数について比較例１の値を１００として指数で示した。指数が大きいほど、転がり抵抗が小さく、低燃費性に優れることを示す。

・スノー性能：タイヤ４本を乗用車に装着し、雪道（気温−１５±３℃）上で６０ｋｍ／ｈ走行からＡＢＳ作動させて２０ｋｍ／ｈまで減速時の制動距離を測定し（ｎ＝１０の平均値）、制動距離の逆数について比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど制動距離が短く、スノー性能に優れることを示す。

・ウェット性能：タイヤ４本を乗用車に装着し、２〜３ｍｍの水深で水をまいた路面上を走行した。時速１００ｋｍにて摩擦係数を測定して、ウェットグリップ性能を評価し、比較例１を１００として指数表示した。指数が大きいほど摩擦係数が大きく、ウェットグリップ性に優れることを示す。

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、アミノ酸系油ゲル化剤を配合した比較例２では、スノー性能及びウェット性能が悪化した。比較例３，４では、添加したポリメタクリル酸メチルやシリコーン樹脂粉末の吸油量が低いものであり、スノー性能及びウェット性能が悪化した。比較例５では、吸油性ポリマー粒子の配合量が多すぎて耐摩耗性が損なわれていた。

これに対し、実施例１〜７であると、耐摩耗性を損なうことなく、スノー性能とウェット性能がバランス良く向上しており、また、転がり抵抗性能についても改善されていた。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその省略、置き換え、変更などは、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (5)

1. 天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、ガラス転移温度が−７０〜−２０℃でありかつ吸油量が１００〜１５００ｍｌ／１００ｇである吸油性ポリマー粒子と、オイルと、シリカとを含み、吸油性ポリマー粒子の含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して０．５〜２５質量部である、タイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記吸油性ポリマー粒子は、分子量分布が３．０未満であるポリマーからなる、請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 前記オイルの含有量が前記吸油性ポリマー粒子の含有量に対して質量比で２〜１５倍である、請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4. 前記シリカの含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して７０〜１３０質量部である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴム組成物からなるトレッドゴムを備えた空気入りタイヤ。