JP2020100700A

JP2020100700A - スタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物及びスタッドレスタイヤ

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Publication number: JP2020100700A
Application number: JP2018238744A
Authority: JP
Inventors: 佳祐岩國; Keisuke Iwakuni
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: JP7225500B2

Abstract

【課題】スタッドレスタイヤにおける氷上性能とウェットグリップ性能と耐摩耗性を改善する。【解決手段】実施形態に係るスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、シリカと、−４０℃〜２０℃の範囲内のガラス転移温度を有する炭化水素樹脂とを含むものであり、ゴム成分１００質量部に対して、カーボンブラックとシリカの含有量の合計が４０〜６０質量部であり、シリカの含有量が５質量部以上４０質量部未満であり、炭化水素樹脂の含有量が０．５〜５０質量部である。実施形態に係るスタッドレスタイヤは、該ゴム組成物からなるトレッドを備えたものである。【選択図】なし

Description

本発明は、スタッドレスタイヤのトレッドに用いられるゴム組成物、及びそれを用いたスタッドレスタイヤに関するものである。

氷雪路面を走行するための空気入りタイヤとしてスタッドレスタイヤがある。スタッドレスタイヤにおいては、氷雪路面での優れた走行性能（氷上性能）が求められる。また、氷上性能とともに、湿潤路面でのグリップ性能（ウェットグリップ性能）や耐摩耗性を同時に改善することが望ましい。

ところで、従来、タイヤ用ゴム組成物に炭化水素樹脂を配合することが知られている。例えば、特許文献１には、特定の溶液重合スチレンブタジエンゴムとポリブタジエンゴムを含むゴム成分１００質量部に対し、−４０℃〜２０℃の範囲のガラス転移温度を有する炭化水素樹脂５〜５０質量部と、シリカ７０〜１３０質量部を配合することが提案されている。特許文献２には、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００質量部に対し、軟化点が−２０〜４５℃の液状樹脂０．５〜２０質量部と、シリカ４０〜１２０質量部を配合することが提案されている。これらはトレッドへの適用によるウェットグリップ性能と耐摩耗性の改善について開示しているものの、スタッドレスタイヤへの適用については開示されておらず、氷上性能を改善できるものではない。

また、特許文献３には、タイヤ用ゴム組成物において、イソプレン系ゴムとスチレンブタジエンゴムを含むゴム成分１００質量部に対し、カーボンブラック２０〜１００質量部と、軟化点が−２０℃〜２０℃の液状樹脂１〜１２質量部を配合することが提案されている。しかしながら、カーカスやビードエイペックス、チェーファーに用いられるものであり、スタッドレスタイヤのトレッドへの適用については記載されておらず、氷上性能、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性を改善できるものではない。

特開２０１７−１３２９８４号公報特開２０１３−０５３２９６号公報特開２０１１−１９５８０４号公報

本発明の実施形態は、氷上性能とウェットグリップ性能と耐摩耗性を改善することができるスタッドレス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。

本発明の実施形態に係るスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、シリカと、−４０℃〜２０℃の範囲内のガラス転移温度を有する炭化水素樹脂とを含み、前記ゴム成分１００質量部に対して、前記カーボンブラックと前記シリカの含有量の合計が４０〜６０質量部であり、前記シリカの含有量が５質量部以上４０質量部未満であり、前記炭化水素樹脂の含有量が０．５〜５０質量部であるものである。

本発明の実施形態に係るスタッドレスタイヤは、該スタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物からなるトレッドを備えたものである。

本発明の実施形態によれば、スタッドレスタイヤにおいて、氷上性能とウェットグリップ性能と耐摩耗性を改善することができる。

本実施形態に係るスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物（以下、単にゴム組成物という。）は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、シリカと、炭化水素樹脂とを含むものである。

上記ゴム成分において、天然ゴム（ＮＲ）及びポリブタジエンゴム（ＢＲ）としては、特に限定されず、一般にスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物に用いられる各種の天然ゴム及びポリブタジエンゴムを用いることができ、未変性ゴムでも変性ゴムでもよい。

天然ゴムとポリブタジエンゴムとの比率は、特に限定されないが、氷上性能と加工性及び耐引き裂き抵抗性等のバランスを考慮して、ゴム成分１００質量部が、天然ゴム２０〜８０質量部及びポリブタジエンゴム２０〜８０質量部を含むことが好ましく、より好ましくは、天然ゴム３０〜７０質量部とポリブタジエンゴム３０〜７０質量部を含むことであり、また、天然ゴム４０〜６０質量部とポリブタジエンゴム４０〜６０質量部を含むものでもよい。

ゴム成分には、天然ゴム及びポリブタジエンゴムの他に、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。他のジエン系ゴムとしては、例えば、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴムなどが挙げられる。

本実施形態では、補強性充填剤として、カーボンブラック及びシリカが用いられる。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、氷上性能、耐摩耗性能やゴムの補強性などの観点から、カーボンブラックとしては、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）（ＪＩＳＫ６２１７−２）が７０〜１５０ｍ^２／ｇであるものが好ましく用いられる。具体的にはＳＡＦ級（Ｎ１００番台），ＩＳＡＦ級（Ｎ２００番台），ＨＡＦ級（Ｎ３００番台）（ともにＡＳＴＭグレード）のカーボンブラックが例示される。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。

シリカとしては、特に限定されず、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を用いてもよい。シリカのＢＥＴ比表面積（ＪＩＳＫ６４３０に記載のＢＥＴ法に準じて測定）は、特に限定されず、例えば９０〜２５０ｍ^２／ｇでもよく、１５０〜２２０ｍ^２／ｇでもよい。

本実施形態に係るゴム組成物において、カーボンブラックとシリカの含有量の合計は、４０〜６０質量部であり、より好ましくは４５〜５５質量部である。

シリカの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、５質量部以上４０質量部未満であり、より好ましくは１０〜３５質量部である。シリカの配合量が５質量部以上であることにより、ウェットグリップ性能を向上することができる。また４０質量部未満であることにより、氷上性能を向上することができる。

カーボンブラックの配合量は、特に限定されないが、ゴム成分１００質量部に対して、例えば１０〜５５質量部でもよく、１５〜５０質量部でもよく、２５〜４５質量部でもよい。なお、カーボンブラックの配合量は、耐摩耗性の観点からはシリカの配合量よりも多いことが好ましく、ウェットグリップ性能の観点からはシリカの配合量よりも少ないことが好ましい。

本実施形態に係るゴム組成物には、−４０℃〜２０℃の範囲内のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する炭化水素樹脂（以下、炭化水素樹脂（Ａ）という。）が配合される。このようなガラス転移温度の炭化水素樹脂（Ａ）を配合することにより、上記ゴム成分の組成、並びにカーボンブラック及びシリカの配合量の設定と相俟って、氷上性能とウェットグリップ性能と耐摩耗性を改善することができる。その理由は、特に限定するものではないが、次のように推測される。すなわち、炭化水素樹脂（Ａ）が軟化剤として作用するとともに、特定のガラス転移温度を持つことにより、ウェットグリップ性能と氷上性能をバランス良く改善し、また上記特定量のシリカの分散性を極大化して、耐摩耗性と氷上性能を改善できると考えられる。

炭化水素樹脂（Ａ）のガラス転移温度が−４０℃以上であることにより、ウェットグリップ性能を向上することができ、また２０℃以下であることにより、氷上性能と耐摩耗性を向上することができる。炭化水素樹脂（Ａ）のガラス転移温度は、−３５℃以上であることが好ましく、より好ましくは−３０℃以上であり、また０℃以下であることが好ましく、より好ましくは−１０℃以下であり、更に好ましくは−１５℃以下である。ここで、ガラス転移温度は、ＪＩＳＫ７１２１に準拠して示差走査熱量測定（ＤＳＣ）法により、昇温速度：２０℃／分にて測定される（測定温度範囲：−１５０℃〜５０℃）。

炭化水素樹脂（Ａ）は、炭素及び水素を基本的にベースとする樹脂である。炭化水素樹脂（Ａ）としては、例えば、石油系炭化水素樹脂、スチレン系炭化水素樹脂などが挙げられ、これらはいずれか１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。

石油系炭化水素樹脂は、石油留分を重合して得られる樹脂であり、例えば、Ｃ５系の脂肪族系炭化水素樹脂、Ｃ９系の芳香族系炭化水素樹脂、Ｃ５／Ｃ９系の脂肪族／芳香族共重合系炭化水素樹脂が挙げられる。脂肪族系炭化水素樹脂は、炭素数４〜５個相当の石油留分（Ｃ５留分）を重合して得られる樹脂であり、水添したものであってもよい。芳香族系炭化水素樹脂は、炭素数８〜１０個相当の石油留分（Ｃ９留分）を重合して得られる樹脂であり、水添したものであってもよい。脂肪族／芳香族共重合系炭化水素樹脂は、Ｃ５留分とＣ９留分とを共重合して得られる樹脂であり、水添したものであってもよい。

スチレン系炭化水素樹脂は、スチレン及びその誘導体（例えば、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、４−ｔｅｒｔ−ブチルスチレンなど）であるスチレン系モノマーを重合して得られる樹脂であり、スチレン系モノマーと他の芳香族モノマー又は脂肪族モノマーとの共重合体でもよい。スチレン系炭化水素樹脂としては、例えば、スチレン／α−メチルスチレン共重合体、α−メチルスチレン単独重合体、スチレン／脂肪族モノマー共重合体、α−メチルスチレン／脂肪族モノマー共重合体、スチレン／α−メチルスチレン／脂肪族モノマー共重合体などを挙げることができる。

以上例示した炭化水素樹脂は、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。

炭化水素樹脂（Ａ）としては、液状樹脂であることが好ましい。液状樹脂とは、常温（２３℃）で流動性を持つ樹脂である。

一実施形態において、炭化水素樹脂（Ａ）としては、ガラス転移温度が−４０℃〜２０℃であるスチレン系液状炭化水素樹脂を用いることが好ましく、より好ましくはガラス転移温度が−４０℃〜２０℃であるスチレン／α−メチルスチレン共重合体である。そのような市販品としては、例えば、ＲＵＴＧＥＲ社製の「ＰＵＲＥ２０ＡＳ」、「ＴＬ１０」などが挙げられる。

炭化水素樹脂（Ａ）の配合量としては、ゴム成分１００質量部に対して、０．５〜５０質量部であることが好ましく、より好ましくは１〜４０質量部、更に好ましくは３〜３０質量部であり、３〜２０質量部でもよい。炭化水素樹脂（Ａ）は、軟化剤、即ちオイルの代替品として用いてもよく、例えば、基準となる配合においてオイルに置き換えて配合してもよい。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記炭化水素樹脂（Ａ）とともに、より高いガラス転移温度（即ち、２０℃超）を持つ樹脂（以下、高Ｔｇ樹脂という。）を配合してもよい。高Ｔｇ樹脂のガラス転移温度は、３０℃以上であることが好ましく、より好ましくは４０〜８０℃であり、５０〜７０℃でもよい。高Ｔｇ樹脂としては、例えば、上記と同様の炭化水素樹脂が挙げられ、より具体的には、例えば、石油系炭化水素樹脂、スチレン系炭化水素樹脂などが挙げられる。

高Ｔｇ樹脂の配合量としては、特に限定されず、例えば、ゴム成分１００質量部に対して、０．５〜２０質量部でもよく、１〜１０質量部でもよく、３〜１０質量部でもよい。高Ｔｇ樹脂の配合量は、上記炭化水素樹脂（Ａ）の配合量以下であることが好ましい。高Ｔｇ樹脂は、軟化剤、即ちオイルの代替品として用いてもよく、例えば、炭化水素樹脂（Ａ）とともに、基準となる配合においてオイルに置き換えて配合してもよい。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記成分の他に、シランカップリング剤、オイル、ステアリン酸、酸化亜鉛、ワックス、老化防止剤、防滑材、加工助剤、加硫剤、加硫促進剤など、スタッドレスタイヤトレッド用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等の公知のシランカップリング剤を用いることができる。シランカップリング剤の配合量は、特に限定されないが、シリカの配合量の２〜２０質量％であることが好ましく（すなわち、シリカ１００質量部に対してシランカップリング剤２〜２０質量部）、より好ましくは５〜１５質量％である。

オイルとしては、一般に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。例えば、鉱物油、即ちパラフィンオイル、ナフテンオイル、及びアロマオイルからなる群から選択される少なくとも１種の鉱物油を用いてもよい。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０〜３０質量部でもよく、０〜２０質量部でもよい。

防滑材としては、植物性粒状体、及び、植物の多孔質性炭化物の粉砕物からなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。防滑材を配合することにより、氷上性能を更に向上することができる。植物性粒状体としては、種子の殻、果実の核、穀物及びその芯材からなる群から選択された少なくとも１種を粉砕してなる粉砕物が挙げられ、例えば、胡桃（クルミ）の粉砕物などが挙げられる。多孔質性炭化物の粉砕物は、木、竹などの植物を材料として炭化して得られる炭素を主成分とする固体生成物からなる多孔質性物質を粉砕してなるものであり、例えば、竹炭の粉砕物（竹炭粉砕物）などが挙げられる。防滑材の平均粒径は、特に限定されず、例えば９０％体積粒径（Ｄ９０）が１０〜６００μｍでもよい。ここで、Ｄ９０は、レーザ回折・散乱法により測定される粒度分布（体積基準）における積算値９０％での粒径を意味する。防滑材の含有量は、特に限定されず、例えば、ゴム成分１００質量部に対して０〜１０質量部でもよく、１〜５質量部でもよい。

加硫剤としては、硫黄が好ましく用いられる。加硫剤の配合量は、特に限定されず、例えば、ゴム成分１００質量部に対して０．１〜５質量部でもよく、０．５〜３質量部でもよい。

加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系、チウラム系、チアゾール系、及びグアニジン系などの各種加硫促進剤が挙げられ、いずれか１種単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。加硫促進剤の配合量は、特に限定されず、例えば、ゴム成分１００質量部に対して０．１〜５質量部でもよく、０．５〜３質量部でもよい。

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、例えば、第一混合段階（ノンプロ練り工程）で、ゴム成分に対し、カーボンブラック、シリカ及び炭化水素樹脂（Ａ）とともに、加硫剤及び加硫促進剤以外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（プロ練り工程）で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合して未加硫の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、スタッドレスタイヤの接地面を構成するトレッドゴムに用いられる。スタッドレスタイヤとしては、乗用車用タイヤでもよく、トラックやバスなどの重荷重用タイヤでもよい。スタッドレス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。

スタッドレスタイヤの製造方法は、特に限定されず、公知の空気入りタイヤの製造方法に従い製造することができる。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、スタッドレスタイヤを製造することができる。

以下、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、第一混合段階で、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、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。表１中の各成分の詳細は、以下の通りである。

・ＮＲ：ＲＳＳ＃３
・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）」（Ｎ_２ＳＡ：９３ｍ^２／ｇ）
・シリカ：東ソー・シリカ（株）製「ニップシールＡＱ」（ＢＥＴ：２０５ｍ^２／ｇ）
・パラフィンオイル：ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＰ２００」
・シランカップリング剤：スルフィドシラン、エボニック社製「Ｓｉ６９」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製「酸化亜鉛２種」
・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」
・樹脂１：スチレン系液状炭化水素樹脂（スチレン／α−メチルスチレン共重合体）、ＲＵＴＧＥＲ社製「ＰＵＲＥ２０ＡＳ」（ガラス転移温度：−２０℃）
・樹脂２：スチレン系液状炭化水素樹脂（スチレン／α−メチルスチレン共重合体）、ＲＵＴＧＥＲ社製「ＴＬ１０」（ガラス転移温度：−３０℃）
・樹脂３：Ｃ５／Ｃ９系の脂肪族／芳香族共重合系炭化水素樹脂、東ソー（株）製「ペトロタック９０」（ガラス転移温度：６５℃、軟化点：９５℃）
・樹脂４：クマロン・インデン系樹脂、日塗化学（株）製「エスクロンＧ９０」（ガラス転移温度：６４℃、軟化点：９０℃）
・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」。

得られた各ゴム組成物について、１６０℃で３０分間加硫した試験片を用いて、耐摩耗性を評価した。また、各ゴム組成物をトレッドゴムに用いて、常法に従い加硫成型することにより空気入りスタッドレスタイヤ（タイヤサイズ：１９５/６５Ｒ１５）を作製した。得られたタイヤについて、氷上性能とウェットグリップ性能を評価した。各測定・評価方法は以下の通りである。

・耐摩耗性：ＪＩＳＫ６２６４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。

・ウェットグリップ性能：試験タイヤ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、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど摩擦係数が大きく、ウェットグリップ性能に優れることを示す。

・氷上性能：試験タイヤ４本を２０００ｃｃの４ＷＤ車に装着し、氷盤路（気温−３±３℃）上で４０ｋｍ／ｈ走行からＡＢＳ作動させて制動距離を測定し（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、氷上路面での制動性能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、比較例２，３では、パラフィンオイルの一部を置換して高Ｔｇ樹脂（樹脂３，４）を配合しており、ウェットグリップ性能は改善したが、ガラス転移温度が高い樹脂であったため、耐摩耗性及び氷上性能が低下した。

これに対し、パラフィンオイルの一部を置換してガラス転移温度が−４０〜２０℃の範囲内の炭化水素樹脂（Ａ）を用いた実施例１〜５では、比較例１に対し、耐摩耗性とウェットグリップ性能と氷上性能の全てにおいて改善効果がみられた。炭化水素樹脂（Ａ）と高Ｔｇ樹脂を併用した実施例６〜８についても、比較例１に対し、耐摩耗性とウェットグリップ性能と氷上性能の全てにおいて改善効果がみられた。

比較例６では、ガラス転移温度が−４０〜２０℃の範囲内の炭化水素樹脂（Ａ）を配合したものの、シリカの配合量が４５質量部と多すぎたため、比較例１に対して、氷上性能及び耐摩耗性に劣っており、実施例１〜８でみられたような、耐摩耗性とウェットグリップ性能と氷上性能との三性能の全てにおける改善効果は得られなかった。

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

天然ゴム及びポリブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、シリカと、−４０℃〜２０℃の範囲内のガラス転移温度を有する炭化水素樹脂とを含み、
前記ゴム成分１００質量部に対して、前記カーボンブラックと前記シリカの含有量の合計が４０〜６０質量部であり、前記シリカの含有量が５質量部以上４０質量部未満であり、前記炭化水素樹脂の含有量が０．５〜５０質量部である、
スタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記炭化水素樹脂はスチレン系液状炭化水素樹脂である、請求項１に記載のスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１又は２に記載のスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物からなるトレッドを備えたスタッドレスタイヤ。