JP2022075140A - ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
シリカの含有量/シリコーン樹脂の含有量≦20
シリコーン樹脂の含有量/発泡剤の含有量≧2.0
HO-Si(CH3)2-(O-SiXCH3)m-H (1)
X-Si(CH3)2-[O-Si(CH3)2]mX (2)
CH3-[Si(CH3)2O]m-Si(CH3)2X (3)
(式中、mは整数を示す。Xは、同一若しくは異なって、変性基又は変性基を有する有機残基を示す。)
ゴム組成物で使用されるシリコーン樹脂はゴムから析出しやすいものの、発泡剤によりゴム内部に空隙が形成されることで、その空隙部分にシリコーン樹脂が蓄えられ、充填材のように機能するため、ゴム内部に良好な剛性が付与される。また、ゴム組成物の表面は、発泡剤により形成された空隙からシリコーン樹脂が脱離し、シリコーン樹脂が存在しない状態となるため、空隙により表面積が増加し、路面との実接触面積が増えることで、氷上での操縦安定性が向上する。更にイソプレン系ゴム及びブタジエンゴムのゴム成分を用いることで、ガラス転移温度(Tg)が低くなり、低温でもポリマー分子鎖の運動性が高く、硬化し難いため、ポリマー分子鎖間をシリコーン樹脂が移動し易くなり、ゴム内部の空隙へのシリコーン樹脂の析出が促進される状況になることから、ゴム内部は、シリコーン樹脂の存在により良好な剛性が担保される。このようにイソプレン系ゴム及びブタジエンゴムのゴム成分により低温で柔軟な状態がゴム表面に保持される共に、ゴム内部はシリコーン樹脂により剛性が担保されることから、良好な氷上での操縦安定性が付与される。シリコーン樹脂は、一般にゴムとの相性が悪く、分散しにくい傾向があるものの、シリカと共に使用すると、シリカ表面に結合し、シリカと共にゴム中に分散され易くなる。このようにシリコーン樹脂の分散が向上することで、発泡剤により生成したゴム内部の空隙の一部分のみではなく、概ね全体にシリコーン樹脂が満たされる状態が形成されるため、良好な剛性が担保されると共に、前述のゴム表面における空隙により接触面積が高まることから、良好な氷上での操縦安定性が付与される。以上の作用機能により、氷上での操縦安定性が顕著に改善されると推察される。
ゴム組成物は、ゴム成分として、イソプレン系ゴム、ブタジエンゴム(BR)を含有する。
変性BRとしては、シリカ等の充填材と相互作用する官能基を有するBRであればよく、例えば、BRの少なくとも一方の末端を、上記官能基を有する化合物(変性剤)で変性された末端変性BR(末端に上記官能基を有する末端変性BR)や、主鎖に上記官能基を有する主鎖変性BRや、主鎖及び末端に上記官能基を有する主鎖末端変性BR(例えば、主鎖に上記官能基を有し、少なくとも一方の末端を上記変性剤で変性された主鎖末端変性BR)や、分子中に2個以上のエポキシ基を有する多官能化合物により変性(カップリング)され、水酸基やエポキシ基が導入された末端変性BR等が挙げられる。
なお、本明細書において、スチレン含有量は、1H-NMR測定によって測定できる。
なお、本明細書において、ビニル結合量(1,2-結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定できる。
ゴム組成物には、充填材としてシリカが配合される。使用可能なシリカとしては、乾式法シリカ(無水シリカ)、湿式法シリカ(含水シリカ)などが挙げられる。なかでも、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。市販品としては、デグッサ社、ローディア社、東ソー・シリカ(株)、ソルベイジャパン(株)、(株)トクヤマ等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、シリカのN2SAは、ASTM D3037-93に準じてBET法で測定される値である。
ゴム組成物は、氷上での操縦安定性の観点から、シランカップリング剤を含むことが好ましい。
シリカ以外の他の充填材としては特に限定されず、ゴム分野で公知の材料を使用でき、例えば、カーボンブラック、炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレイ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、マイカなどの無機フィラー等が挙げられる。なかでも、氷上での操縦安定性の観点から、カーボンブラックが好ましい。
なお、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217-2:2001によって求められる。
ゴム組成物は、発泡剤を含む。ここで、発泡剤とは、ゴム組成物内に空隙を形成させることが可能な材料である。発泡剤は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱膨張性マイクロカプセルとして、熱により気化又は膨張して気体を発生させる物質を内包した熱可塑性樹脂粒子からなる材料などが挙げられる。ここで、熱膨張性マイクロカプセルは、上記物質の気化又は膨張開始温度以上の温度(例えば、130~190℃)で加熱することにより、熱可塑性樹脂からなる外殻中に気体が封入されたマイクロカプセルとなる。
シリコーン樹脂としては、例えば、オルガノポリシロキサンを主鎖とする化合物などが挙げられる。具体的には、ポリジメチルシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、ジメチルシリコーン生ゴム、メチルビニルシリコーン生ゴム、メチルフェニルシリコーン生ゴム、フルオロシリコーン生ゴム等が挙げられる。なかでも、氷上での操縦安定性の観点から、ポリジメチルシロキサンが好ましい。シリコーン樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
HO-Si(CH3)2-(O-SiXCH3)m-H (1)
X-Si(CH3)2-[O-Si(CH3)2]mX (2)
CH3-[Si(CH3)2O]m-Si(CH3)2X (3)
(式中、mは整数を示す。Xは、同一若しくは異なって、変性基又は変性基を有する有機残基を示す。)
ゴム組成物には、可塑剤を配合してもよい。可塑剤とは、ゴム成分に可塑性を付与する材料であり、例えば、液体可塑剤(常温(25℃)で液体状態の可塑剤)、樹脂(常温(25℃)で固体状態の樹脂)等が挙げられる。なお、本明細書において、前記シリコーン樹脂は、可塑剤に含まれないとする。
ゴム組成物は、耐クラック性、耐オゾン性等の観点から、老化防止剤を含有することが好ましい。
ゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は特に制限はなく、要望する加硫速度や架橋密度に合わせて自由に決定すれば良いが、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1.0質量部以上、更に好ましくは1.5質量部以上である。上限は、好ましくは8.0質量部以下、より好ましくは6.0質量部以下、更に好ましくは5.0質量部以下である。
シリカの含有量/シリコーン樹脂の含有量≦20
シリコーン樹脂量に対してシリカ量が多量であると、シリカ表面に吸着してしまい、ゴム内部の空隙に析出しにくくなるが、該シリカ量を所定量以下に調整することで、このような現象を抑制できると考えられる。従って、前記式を充足することで、ゴム内部へのシリコーンの空隙への析出が進行し、ゴム内部の剛性が向上するため、氷上での操縦安定性が向上すると推察される。
シリコーン樹脂の含有量/発泡剤の含有量≧2.0
シリコーン樹脂を発泡剤に対して2.0倍以上配合すると、多量のシリコーン樹脂の存在により、発泡剤により形成されるゴム内部の空隙にシリコーン樹脂が析出しやすくなると考えられる。従って、前記式を充足することで、ゴム内部へのシリコーンの空隙への析出が進行し、ゴム内部の剛性が向上するため、氷上での操縦安定性が向上すると推察される。
Vs=(ρ0/ρ1-1)×100(%) (I)
(式(I)中、ρ1は加硫後ゴム組成物(発泡ゴム)の密度(g/cm3)を示し、ρ0は加硫後ゴム組成物(発泡ゴム)における固相部の密度(g/cm3)を示す。)
NR:RSS#3
BR:日本ゼオン(株)製のNipol BR1220(シス含量97質量%)
カーボンブラック:三菱ケミカル(株)製のシーストN220(N2SA114m2/g)
シリカ:エボニックデグッサ社製のウルトラジルVN3(N2SA175m2/g)
発泡剤1:マツモトマイクロスフェアーFシリーズ(F-80DE、松本油脂製薬社製熱膨張性マイクロカプセル、平均粒子径90~130μm)
発泡剤2:マツモトマイクロスフェアーFシリーズ(F-100SS、松本油脂製薬社製熱膨張性マイクロカプセル、平均粒子径6~11μm)
発泡剤3:馬居化成工業(株)製のMN-00(硫酸マグネシウム、平均粒子径50~150μm、中央値粒度(メジアン径)75μm)
シリコーン樹脂1:未変性シリコーン1(信越シリコーン社製KF-96L(メチル基)、ジメチルシリコーンオイル)
シリコーン樹脂2:変性シリコーンオイル(信越シリコーン社製X-21-5841(水酸基変性)、主鎖はジメチルシリコーン、両末端変性)
シランカップリング剤:エボニックデグッサ社製のSi266(ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
オイル:出光興産(株)製のPS-32(ミネラルオイル)
樹脂:Arizona chemical社製のSYLVARES SA85(α-メチルスチレンとスチレンとの共重合体、Tg43℃、軟化点85℃)
ワックス:日本精鑞(株)製のオゾエースワックス
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック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))
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
ステアリン酸:日油(株)製の桐
硫黄:細井化学工業社製のHK-200-5(5%オイル含有粉末硫黄)
加硫促進剤CZ:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
加硫促進剤DPG:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD
各表に示す配合処方に従い、1.7Lバンバリーミキサーを用いて、ポリマーや配合薬品添加し、150℃の条件下で3分間混練りし、混練り物を得た。硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、100℃の条件下で2分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた各未加硫ゴム組成物をそれぞれキャップトレッドの形状に成型し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて170℃で15分間加硫することにより、試験タイヤ(タイヤサイズ:195/65R15)を製造した。
試験用タイヤを国産2000ccのFR車に装着し、下記の条件において、氷上の実車性能(操縦安定性)を評価した(氷上気温:-1~-6℃)。
ハンドリング性能(フィーリング評価):上記車両を用いて発進、加速、停止について、10人のドライバーによるフィーリングによる評価を行った。1人につき10点満点で評価し、その合計点を求め、基準比較例の点数を100として指数化した。指数が大きいほど、氷上での操縦安定性が良好であることを示す。
Claims (11)
- イソプレン系ゴム及びブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカを含む充填材と、発泡剤と、シリコーン樹脂とを含有し、
前記充填材100質量%中のシリカ含有率が90質量%以上であり、
前記ゴム成分100質量部に対する前記発泡剤の含有量が0.5質量部以上、前記シリコーン樹脂の含有量が1.0質量部以上であるゴム組成物。 - 前記シリカ及び前記シリコーン樹脂の含有量が下記式を満たす請求項1記載のゴム組成物。
シリカの含有量/シリコーン樹脂の含有量≦20 - 前記シリコーン樹脂及び前記発泡剤の含有量が下記式を満たす請求項1又は2記載のゴム組成物。
シリコーン樹脂の含有量/発泡剤の含有量≧2.0 - 加硫後ゴム組成物内における発泡径が10~1000μmである請求項1~3のいずれかに記載のゴム組成物。
- 加硫後ゴム組成物内における発泡率が5.0~10.0%である請求項1~4のいずれかに記載のゴム組成物。
- 前記シリコーン樹脂は、変性基を有するシリコーン樹脂である請求項1~5のいずれかに記載のゴム組成物。
- 前記充填材がカーボンブラックを含む請求項1~6のいずれかに記載のゴム組成物。
- 前記発泡剤は、熱膨張性マイクロカプセル、水溶性無機塩、及び水溶性有機物からなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項1~7のいずれかに記載のゴム組成物。
- 前記シリコーン樹脂は、下記一般式(1)~(3)で表される化合物の少なくとも1種を含む請求項1~8のいずれかに記載のゴム組成物。
HO-Si(CH3)2-(O-SiXCH3)m-H (1)
X-Si(CH3)2-[O-Si(CH3)2]mX (2)
CH3-[Si(CH3)2O]m-Si(CH3)2X (3)
(式中、mは整数を示す。Xは、同一若しくは異なって、変性基又は変性基を有する有機残基を示す。) - トレッド用ゴム組成物である請求項1~9のいずれかに記載のゴム組成物。
- 請求項1~10のいずかに記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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