JP2020152744A - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】近年、地球環境を保護する観点から、空気入りタイヤには高い強度を維持しながら燃費を向上させる性能が望まれている。燃費を改善するためには、走行時の発熱を抑制可能なゴム組成物を用いて空気入りタイヤを製作すればよいが、そのためにゴム組成物に配合するカーボンブラックの粒子径を大きくしたり、配合量を減らしたり、加硫系配合剤を増加したりすると、発熱は抑制されるがゴム組成物の硬さや破断伸びが悪化するという問題があった。【解決手段】スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカを２０質量部以上配合し、かつ平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなるタイヤ用ゴム組成物によって上記課題を解決した。【選択図】なし
Description
本発明は、タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、破断強度を維持しつつ、発熱性を向上させ得るタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。
近年、地球環境を保護する観点から、空気入りタイヤにも環境への配慮が求められ、具体的には高い強度を維持しながら燃費を向上させる性能が望まれている。燃費を改善するためには、走行時の発熱を抑制可能なゴム組成物を用いて空気入りタイヤを製作すればよく、特に、走行時に路面に接するキャップトレッドや走行時の繰り返し変形が大きいサイドウォールの発熱を低減することにより、燃費を改善することができると考えられる。
しかし、発熱を抑えるために、ゴム組成物に配合するカーボンブラックの粒子径を大きくしたり、配合量を減らしたり、加硫系配合剤を増加したりすると、発熱は抑制されるがゴム組成物の破断伸びが悪化するという問題があった。また、無機充填剤を配合すると発熱が抑制される反面、破断伸びが悪化するという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
したがって本発明の目的は、破断強度を維持しつつ、発熱性を向上させ得るタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するジエン系ゴムに対し、シリカおよび特定形状の塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を特定量でもって配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。
すなわち本発明は以下の通りである。
１．スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、
シリカを２０質量部以上配合し、かつ
平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなる
ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
２．前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維のアスペクト比が、５以上であることを特徴とする前記１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
３．前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径が０．５μｍ以上１μｍ未満であり、かつ平均長さが５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする前記２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
４．前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の、０℃の水に対する溶解度が、０．０５ｇ／ｌ以下であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物。
５．前記１〜４のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
シリカを２０質量部以上配合し、かつ
平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなる
ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
２．前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維のアスペクト比が、５以上であることを特徴とする前記１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
３．前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径が０．５μｍ以上１μｍ未満であり、かつ平均長さが５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする前記２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
４．前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の、０℃の水に対する溶解度が、０．０５ｇ／ｌ以下であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物。
５．前記１〜４のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカを２０質量部以上配合し、かつ平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなることを特徴としているので、破断強度を維持しつつ、発熱性を向上させることができる。
また、本発明のゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤは、優れた発熱性を有し、また十分な破断強度も維持できることから、耐摩耗性にも優れる。
また、本発明のゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤは、優れた発熱性を有し、また十分な破断強度も維持できることから、耐摩耗性にも優れる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（ジエン系ゴム）
本発明で使用されるジエン系ゴムは、転がり抵抗性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を含み、該ジエン系ゴムの全体を１００質量部としたときに、ＳＢＲが３０質量部以上を占めることが必要である。なお、ＳＢＲはジエン系ゴム１００質量部中、５０質量部以上であることが好ましい。
本発明で使用されるジエン系ゴムは、転がり抵抗性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を含み、該ジエン系ゴムの全体を１００質量部としたときに、ＳＢＲが３０質量部以上を占めることが必要である。なお、ＳＢＲはジエン系ゴム１００質量部中、５０質量部以上であることが好ましい。
なおＳＢＲ以外にも、必要に応じてゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）等を配合してもよい。本発明で使用されるジエン系ゴムにおいて、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
なお、合成イソプレンゴム（ＩＲ）は、本発明でいうＮＲに含まれるものとする。
なお、合成イソプレンゴム（ＩＲ）は、本発明でいうＮＲに含まれるものとする。
（シリカ）
本発明で使用するシリカは特に限定されず、例えばタイヤ用途でゴム組成物に配合されている従来公知の任意のシリカを用いることができる。
シリカの具体例としては、湿式シリカ、乾式シリカ、ヒュームドシリカ等が挙げられる。シリカは、１種のシリカを単独で用いても、２種以上のシリカを併用してもよい。
なお、本発明の効果向上の観点から、シリカのＣＴＡＢ比表面積は、１００〜３００ｍ２／ｇであることが好ましく、１５０〜２５０ｍ２／ｇであることがさらに好ましい。なおシリカのＣＴＡＢ比表面積は、ＩＳＯ５７９４／１に準拠して測定される。
本発明で使用するシリカは特に限定されず、例えばタイヤ用途でゴム組成物に配合されている従来公知の任意のシリカを用いることができる。
シリカの具体例としては、湿式シリカ、乾式シリカ、ヒュームドシリカ等が挙げられる。シリカは、１種のシリカを単独で用いても、２種以上のシリカを併用してもよい。
なお、本発明の効果向上の観点から、シリカのＣＴＡＢ比表面積は、１００〜３００ｍ２／ｇであることが好ましく、１５０〜２５０ｍ２／ｇであることがさらに好ましい。なおシリカのＣＴＡＢ比表面積は、ＩＳＯ５７９４／１に準拠して測定される。
（塩基性硫酸マグネシウム無機繊維）
本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、例えば、海水から製造した水酸化マグネシウムと硫酸マグネシウムとを原料として、水熱合成で得ることができ、公知である。
本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、例えば、海水から製造した水酸化マグネシウムと硫酸マグネシウムとを原料として、水熱合成で得ることができ、公知である。
塩基性硫酸マグネシウムは、次の構造を有することができる。
ＭｇＳＯ４・５Ｍｇ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ
ＭｇＳＯ４・５Ｍｇ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ
本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、平均径が１μｍ未満であることが必要である。該平均径が１μｍ以上であると、発熱性を改善することができない。該平均径は、０．５μｍ以上１μｍ未満であるのが好ましい。
また本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、本発明の効果向上の観点から、アスペクト比（平均長さ／平均径）が５以上であるウィスカ状であることが好ましい。さらに好ましい該アスペクト比は、８〜９０である。このアスペクト比を有する形態においても、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径は、０．５μｍ以上１μｍ未満が好ましい。また平均長さは、５μｍ〜５０μｍであることが好ましく、７μｍ〜３５μｍがさらに好ましい。
なお、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径と平均長さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大画像から測定した１００個の粒子の長径と短径のそれぞれの平均値から算出することができる。
また本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、本発明の効果向上の観点から、アスペクト比（平均長さ／平均径）が５以上であるウィスカ状であることが好ましい。さらに好ましい該アスペクト比は、８〜９０である。このアスペクト比を有する形態においても、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径は、０．５μｍ以上１μｍ未満が好ましい。また平均長さは、５μｍ〜５０μｍであることが好ましく、７μｍ〜３５μｍがさらに好ましい。
なお、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径と平均長さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大画像から測定した１００個の粒子の長径と短径のそれぞれの平均値から算出することができる。
本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、ポリマーとの相互作用が良好になるということから、低発熱性を提供できるものであると推測される。
この観点から、本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、水に難溶性であることが好ましい。具体的には、本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、０℃の水に対する溶解度が、０．０５ｇ／ｌ以下であることが好ましく、０．０４ｇ／ｌ以下であることがさらに好ましい。
この観点から、本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、水に難溶性であることが好ましい。具体的には、本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、０℃の水に対する溶解度が、０．０５ｇ／ｌ以下であることが好ましく、０．０４ｇ／ｌ以下であることがさらに好ましい。
本発明で使用される塩基性硫酸マグネシウム無機繊維は、公知の方法にしたがい合成してもよいが、宇部マテリアルズ株式会社からモスハイジシリーズとして商業的に入手可能である。
（ゴム組成物の配合割合）
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカを２０質量部以上配合し、かつ平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなることを特徴とする。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカを２０質量部以上配合し、かつ平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなることを特徴とする。
前記シリカの前記配合量が２０質量部未満であると、発熱性が悪化する。
前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の前記配合量が前記シリカに対し１０質量％未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に４０質量％を超えると発熱性および破断強度が悪化する。
前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の前記配合量が前記シリカに対し１０質量％未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に４０質量％を超えると発熱性および破断強度が悪化する。
前記シリカの配合量は、前記ジエン系ゴムに対し、３０〜１５０質量部が好ましく、５０〜１３０質量部がさらに好ましい。
前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の配合量は、前記シリカに対し１２〜３５質量％が好ましい。
前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の配合量は、前記シリカに対し１２〜３５質量％が好ましい。
（その他成分）
本発明におけるゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、シランカップリング剤、カーボンブラック、酸化亜鉛、クレー、タルク、炭酸カルシウムのような各種充填剤、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、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。
本発明におけるゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、シランカップリング剤、カーボンブラック、酸化亜鉛、クレー、タルク、炭酸カルシウムのような各種充填剤、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、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。
また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに適しており、空気入りタイヤのトレッド、とくにキャップトレッドに適用するのがよい。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
実施例１〜３および比較例１〜４
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、混練物をミキサー外に放出させて室温冷却させた。その後、同バンバリーミキサーにおいて加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、混練物をミキサー外に放出させて室温冷却させた。その後、同バンバリーミキサーにおいて加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。
発熱性：ＪＩＳ Ｋ６３９４に準拠して、（株）東洋精機製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚの条件で６０℃におけるｔａｎδを測定した。結果は比較例１の値を１００として指数で示した。この値が低いほど低発熱性であることを示す。
破断強度：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、上記加硫ゴム試験片から３号ダンベル状のサンプル片を打ち抜き、５００ｍｍ／分の引張速度にて引張試験を行い、破断伸び（％）を測定した。結果は比較例１の値を１００として指数表示した。この指数が大きいほど破断強度に優れることを示す。
結果を表１に併せて示す。
破断強度：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、上記加硫ゴム試験片から３号ダンベル状のサンプル片を打ち抜き、５００ｍｍ／分の引張速度にて引張試験を行い、破断伸び（％）を測定した。結果は比較例１の値を１００として指数表示した。この指数が大きいほど破断強度に優れることを示す。
結果を表１に併せて示す。
＊１：ＳＢＲ（日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ １５０２）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０）
＊３：シリカ（ローディア社製Zeosil 1165MP、ＣＴＡＢ比表面積＝１５９ｍ２／ｇ）
＊４：塩基性硫酸マグネシウム無機繊維（宇部マテリアルズ株式会社製モスハイジ、０．４μｍ〜１．５μｍの径の繊維を含む。平均径＝０．９μｍ、平均長さ＝２０μｍ、アスペクト比＝２２、０℃の水に対する溶解度＝０．０３ｇ／ｌ）
＊５：水溶性硫酸マグネシウム無機繊維（富士フイルム和光純薬(株)製商品名硫酸マグネシウム、アスペクト比＝３、０℃の水に対する溶解度＝２５．５ｇ／１００ｍｌ、粉末）
＊６：シランカップリング剤（Evonik Degussa社製Si69）
＊７：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊８：ステアリン酸（日油（株）製ビーズステアリン酸）
＊９：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１０：加硫促進剤ＤＰＧ（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＤ）
＊１１：加硫促進剤ＤＺ（大内新興化学工業（株）製ＤＺ）
＊１２：無機繊維（東邦チタニウム製商品名チタン酸カリウム繊維、種類＝ガラス繊維、平均径＝０．２〜０．６μｍ、平均長さ＝１０〜２０μｍ、アスペクト比＝３０、０℃の水に対する溶解度＝０ｇ／ｌ）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０）
＊３：シリカ（ローディア社製Zeosil 1165MP、ＣＴＡＢ比表面積＝１５９ｍ２／ｇ）
＊４：塩基性硫酸マグネシウム無機繊維（宇部マテリアルズ株式会社製モスハイジ、０．４μｍ〜１．５μｍの径の繊維を含む。平均径＝０．９μｍ、平均長さ＝２０μｍ、アスペクト比＝２２、０℃の水に対する溶解度＝０．０３ｇ／ｌ）
＊５：水溶性硫酸マグネシウム無機繊維（富士フイルム和光純薬(株)製商品名硫酸マグネシウム、アスペクト比＝３、０℃の水に対する溶解度＝２５．５ｇ／１００ｍｌ、粉末）
＊６：シランカップリング剤（Evonik Degussa社製Si69）
＊７：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊８：ステアリン酸（日油（株）製ビーズステアリン酸）
＊９：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１０：加硫促進剤ＤＰＧ（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＤ）
＊１１：加硫促進剤ＤＺ（大内新興化学工業（株）製ＤＺ）
＊１２：無機繊維（東邦チタニウム製商品名チタン酸カリウム繊維、種類＝ガラス繊維、平均径＝０．２〜０．６μｍ、平均長さ＝１０〜２０μｍ、アスペクト比＝３０、０℃の水に対する溶解度＝０ｇ／ｌ）
表１の結果から、実施例のゴム組成物は、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、無機充填剤を２０質量部以上配合し、かつ平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を０．５質量部以上配合してなるので、比較例１と比べると、破断強度を維持しつつ、発熱性が向上している（低発熱性を示している）ことが分かる。
比較例２は、平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維以外の水溶性硫酸マグネシウム無機繊維を使用した例であるので、比較例１と比べると破断強度および発熱性が悪化した。
比較例３は、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の配合量が本発明の上限を超えた例であるので、比較例１と比べると破断強度および発熱性が悪化した。
比較例４は、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維以外の無機繊維を使用した例であるので、比較例１と比べると破断強度が悪化した。
比較例２は、平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維以外の水溶性硫酸マグネシウム無機繊維を使用した例であるので、比較例１と比べると破断強度および発熱性が悪化した。
比較例３は、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の配合量が本発明の上限を超えた例であるので、比較例１と比べると破断強度および発熱性が悪化した。
比較例４は、塩基性硫酸マグネシウム無機繊維以外の無機繊維を使用した例であるので、比較例１と比べると破断強度が悪化した。
Claims (5)
- スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、
シリカを２０質量部以上配合し、かつ
平均径が１μｍ未満である塩基性硫酸マグネシウム無機繊維を前記シリカに対し１０〜４０質量％配合してなる
ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。 - 前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維のアスペクト比が、５以上であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の平均径が０．５μｍ以上１μｍ未満であり、かつ平均長さが５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 前記塩基性硫酸マグネシウム無機繊維の、０℃の水に対する溶解度が、０．０５ｇ／ｌ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
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|---|---|---|---|---|
| WO2021095448A1 (ja) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 住友ゴム工業株式会社 | ゴム組成物およびタイヤ |
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-
2019
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| JP7081709B2 (ja) | 2020-09-04 | 2022-06-07 | 横浜ゴム株式会社 | スタッドレスタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤ |
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