JP3587480B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車用タイヤのトレッドに使用されるゴム組成物に関し、詳しくは、ゴム成分とカーボンブラックを特定することによって耐湿潤路面スキッド性を維持しながら耐摩耗性を改良した主としてタクシーに装着されるタイヤのトレッドに使用されるゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タクシーは、一般乗用車が備えているのと同等以上の低燃費性、低発熱性、高速耐久性等の性能を具えることは勿論であるが、それに加えて一般乗用車に比較して走行距離が長いため特に優れた耐摩耗性が要求され、またお客を乗せて走行するため安全確保の上から優れた耐湿潤路面スキッド性が要求される。しかし、耐摩耗性と耐湿潤路面スキッド性は共にトレッドと路面の間の摩擦に関係し、耐摩耗性を大きくすれば耐湿潤路面スキッド性が低下し、両特性の間には二律背反の関係がある。
【０００３】
一般に、乗用車用タイヤのトレッドゴムには、スチレンブタジエンゴム（以下スチレンブタジエンゴムをＳＢＲと言う）とブタジエンゴム（以下ブタジエンゴムをＢＲと言う）をブレンドしたゴム成分にカーボンブラックの４０〜１００重量部を補強剤として配合したゴム組成物が用いられている。ガラス転移点の低いゴムは耐摩耗性が優れているので、耐摩耗性を大きくするにはガラス転移点の低いゴム、特にＢＲのブレンド比率を大きくし、高補強性のカーボンブラックが使用され、耐湿潤路面スキッド性を大きくするにはガラス転移点の高いゴム、特にＳＢＲのブレンド比率を大きく、オイルとカーボンブラックが多く配合されていた。ＢＲのブレンド比率を大きくして耐摩耗性を大きくすれば耐湿潤路面スキッド性が低下し、耐湿潤路面スキッド性を維持しながら耐摩耗性を高めることは困難であった。カーボンブラックとしてはＮ３３９、Ｎ２２０、Ｎ２３４、Ｎ１１０等の高補強性カーボンブラックが使用されていた。また、上記の両特性を同時に改良するためにゴムの分子構造に起因する特性及びカーボンブラックのコロイダル特性に注目して検討が行われており、例えば特開平６−２７０６０２号公報には、ガラス転移点が−９０℃より低いＢＲの１０〜３０重量部とガラス転移点が−５０℃より低いＳＢＲの９０〜７０重量部でなるゴム成分１００重量部に対し、ＣＴＡＢが１３０〜１５０ｍ^２／ｇ、ΔＤＢＰが１５ｃｍ^３／１００ｇであるカーボンブラックの５５〜８０重量部と１．７重量部未満の硫黄を配合したゴム組成物が提案されている。しかし、上記提案のゴム組成物は、従来から広く使用されている市販の原料ゴムに新規なカーボンブラックを配合したものであり、耐摩耗性と耐湿潤路面スキッド性に強く影響するゴム成分については従来のものを使用し、改良がなされておらないため、耐湿潤路面スキッド性を損なわずに耐摩耗性を大幅に改良する迄には至っておらず、なお検討の余地が残されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐湿潤路面スキッド性を維持しながら耐摩耗性が大幅に改良されたタイヤのトレッドに使用されるゴム組成物を提供することを課題にして、ＢＲの分子構造に起因する特性とゴム物性の関係、カーボンブラックのコロイダル特性と摩耗と耐湿潤路面スキッドの関係に検討を加えてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ムーニー粘度が４５以上、キャノンフェンスケ型粘度計を用いて温度２５℃で測定した５重量％トルエン溶液粘度が１００ｃｐ以上、数平均分子量に対する重量平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）の比が３未満である高シス１，４ブタジエンゴムを４０〜６０重量％の範囲にし、ガラス転移点が−５０℃以下である溶液重合スチレンブタジエンゴムの１種または２種以上を６０〜４０重量％の範囲にしてスチレン含有量が１０〜１５重量％になるように調整ブレンドしたゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１２５〜１５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１１５〜１４０ｃｍ^３／１００ｇであるカーボンブラックを６０〜８０重量部配合したタイヤトレッド用ゴム組成物である。
【０００６】
本発明に使用されるＢＲは、ジエチルアルミニウムクロライド−コバルト系触媒を用いてベンゼン等の有機溶媒の中で、従来の重合温度より低い温度、例えば０〜１０℃で１，３ブタジエンを重合して得られ、ＳＢＲは従来からタイヤのゴム組成物用として一般に使用されている溶液重合で得られたガラス転移点が−５０℃以下のものである。本発明に使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積が１２５〜１５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１１５〜１４０ｃｍ^３／１００ｇの要件を満たせばゴム用に調整されたものであれは任意のものが使用できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
一般に、ゴムの平均分子量が大きくなればムーニー粘度が高くなり、耐摩耗性が大きくなる。ＢＲのトルエン溶液粘度はポリマー分子の分岐と関係があり、分岐が小さいほどルエン溶液粘度は大きくなり、数平均分子量に対する重量平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）の比は分子量分布の幅の大きさを示す指標であって比が小さいほどシヤープな分子量分布をしている。本発明においては、ムーニー粘度が４５以上、トルエン溶液粘度が１００ｃｐ以上、Ｍｗ／Ｍｎの比が３未満の高シスＢＲ、言い換えれば分岐が少なく、狭い分子量分布をした平均分子量の大きい高シスＢＲを使用することにより耐摩耗性を大幅に向上することができ、ＳＢＲにＢＲを加えたゴム成分中のスチレン量を１０〜１５重量％に維持すれば、ＳＢＲに高い比率でブレンドしても耐湿潤路面スキッド性の低下を来さなくなる。しかし、ＢＲのブレンド比率が６０重量％より多くなると、ＳＢＲの特徴の発現が小さくなり、耐湿潤路面スキッド性を維持できなくなる。
【０００８】
本発明に使用するＢＲはムーニー粘度が４５以上、トルエン溶液粘度が１００ｃｐ以上、Ｍｗ／Ｍｎの比が３未満の特性で特徴付けられるが、この３要件の何れか１つが満たされない場合には、耐摩耗性の向上が小さくなる。タイヤの性能上はムーニー粘度及びトルエン溶液粘度は高い方が好ましいのであるが、高くなればタイヤ製造工程での混合、押し出し等の加工性が悪くなるので、ムーニー粘度は６０以下、トルエン溶液粘度は１５０ｃｐ以下が好ましい。Ｍｗ／Ｍｎは小さいほどタイヤの性能面では好ましいが、小さくなればタイヤ製造工程における接着性、ロールへの巻き付き性等の作業性が悪くなるので、１．５〜３が好適である。
【０００９】
市販されているＳＢＲには、ブタジエン及びスチレンを乳化してレドックス触媒を用いて重合する乳化重合ＳＢＲと有機溶媒に溶解したブタジエン及びスチレンを有機金属化合物を触媒にして重合する溶液重合ＳＢＲがある。乳化重合ＳＢＲには、重合反応終了後酸を加えて沈降させた反応生成物中に含有される硫黄との架橋反応が実質行われない低分子量セグメントが有意量混入しており、この低分子量セグメントの混入量が多くなると耐摩耗性が低下するので、本発明に使用されるＳＢＲは、低分子量セグメントが殆ど含有されていない溶液重合ＳＢＲであって、しかもガラス転移点（以下ガラス転移点をＴｇと言う）が低いＢＲとの相溶性を良くするためＴｇが−５０℃以下のものである。Ｔｇが−５０℃より高くなれば、ＢＲをブレンドしてもホモジニアスに相溶しないので耐摩耗性を大きく向上させることができない。
【００１０】
カーボンブラックは窒素吸着比表面積（以下窒素吸着比表面積をＮ_２ ＳＡと言う）が大きくなれば、それに伴って補強性が大になるとともに一次粒子凝集力が大になり、ゴムに混合されるとき凝集体が一次粒子に破壊されて分散する作用、所謂分散性が悪くなり、通常、ＢＲがブレンドされているゴム、特に分子量分布が狭いＢＲがブレンドされているゴムは、カーボンブラックを分散させるために加えられた剪断応力を緩和する作用が大きいので、凝集体に作用する一次粒子に破壊し、ゴム中に分散させる剪断力が弱くなり、Ｎ１１０クラスのＮ_２ ＳＡが１４０ｍ^２／ｇ以上のカーボンブラックを混合した場合、分散不良の影響が強く現れ、Ｎ_２ ＳＡから予測される耐摩耗性は得られず、１ランク下のＮ２２０と同等またはそれ以下の耐摩耗性を示す。本発明に使用するカーボンブラックは、Ｎ_２ ＳＡを１２５〜１５０ｍ^２／ｇと大きくして高耐摩耗性にし、凝集体をストラクチャーが発達したものにし、言い換えればストラクチャーの発達の指標であるＤＢＰ吸油量（ＤＢＰ吸油量をＤＢＰと略称する）を粒子径によるクラス分けの基準になるＮ２２０、Ｎ１１０より大きくしたものである。大きくすることにより、混合中素早くゴムに混入して混合途中のゴムの粘度を高め、凝集体破壊応力が有効に作用する状態にしてから一次粒子になって分散するようにし、分散不良による耐摩耗性低下を防止して、高Ｎ_２ ＳＡカーボンブラックが本来具えている高耐摩耗性を発現させるものである。ＤＢＰが１１５ｃｍ^３／１００ｇ未満では分散性改良効果が小さく、１４０ｃｍ^３／１００ｇより大きくなればタイヤ製造工程における混合、押し出し等の加工時に発熱が高く、スコーチしやいので好ましくない。尚、Ｎ_２ ＳＡが１２５ｍ^２／ｇ未満の場合は耐摩耗性の改良効果が小さく、１５０ｍ^２／ｇより大きくなればタイヤ製造工程における加工性が悪くなるので好ましくない。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に従って本発明を詳しく説明するが、本発明の技術的範囲をこれらの実施例に限定するものでないことは言うまでもない。
表１に示す特性を具えた高シス１，４ＢＲ、表２に示すコロイダル特性を具えたカーボンブラック、ＳＢＲ及びアロマ系オイルを表３に示す重量部比率で配合し、更に亜鉛華３部、ステアリン酸２部、老化防止剤（Ｎ−１，３ ジメチル−Ｎ− フェニル−ｐ− フェニレンジアミン）２部を追加して試験用バンバリーミキサーを用いて３分間混合し、一旦冷却した後硫黄１．８部と加硫促進剤（Ｎ−シクロヘキシル−２− ベンゾチアジルスルフェンアミド）１．５部を加えて１分間再混合し、ゴム組成物を得た。これらのゴム組成物を加硫成形して試験片を調整し、下記条件で耐摩耗性と耐湿潤スキッド性の試験を行った。結果を表３に示す。
【００１２】
耐摩耗性：ランボーン摩耗試験機を用いて、ＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠してスリップ率５０％の条件で摩耗量を測定し、摩耗量の逆数を耐摩耗性として比較例１を１００として各試料の結果を指数表示した。値が大きいほど耐摩耗性が良好である。
耐湿潤スキッド性：Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３８巻 ８４０頁（１９６５）記載に従い、英国スタンレー社製ポータブルスキッドテスターを用い、水で濡らした住友３Ｍ社製のセイフティウオークタイプＢを路面にしてスキッド量を測定し、スキッド量の逆数を耐湿潤スキッド性として比較例１を１００とし、各試料の結果を指数表示した。値が大きいほど耐湿潤路面スキッド性が良好である。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
【表３】

【００１６】
表３の脚注
＊３：油展ゴムは、ゴム成分のみを配合比率とし、オイルは追加オイルに加算して表示した。
＊４：３７．５部油展溶液重合ＳＢＲ、Ｔｇ＝−５６ ℃、スチレン含量＝２５％、旭化成社製 タフデン２５３０
＊５：３７．５部油展溶液重合ＳＢＲ、Ｔｇ＝−６５ ℃、スチレン含量＝１８％、旭化成社製 タフデン１５３４
＊６：３７．５部油展溶液重合ＳＢＲ、Ｔｇ＝−４３ ℃、スチレン含量＝１８％、旭化成社製 タフデン１３３５
＊７：３７．５部油展乳化重合ＳＢＲ、Ｔｇ＝−４９ ℃、スチレン含量＝２３．５％、日本合成ゴム社製 ＪＳＲ１７１２
＊８：乳化重合ＳＢＲ、Ｔｇ＝−４９ ℃、スチレン含量＝２３．５％、日本合成ゴム社製 ＪＳＲ１５０２
【００１７】
実施例は、比較例１に比して耐湿潤路面スキッド性を損なうことなく、耐摩耗性が大幅に改良されている。比較例１と比較して、トルエン溶液粘度、ムーニー粘度及びＭｗ／Ｍｎが特定範囲外にあるＢＲを用いた比較例２は耐摩耗性が改良されておらず、ゴム成分中のスチレン含有量が１０％より少ない例である比較例３は、耐摩耗性は改良されるが耐湿潤路面スキッド性が低下している。ＢＲのブレンド比率が４０％より少ない比較例４は耐湿潤スキッド性は好いが、耐摩耗性が劣る。比較例５及び６はＮ_２ ＳＡ及びＤＢＰが特定範囲より小さいカーボンブラックを用いた例であり、耐摩耗性が好くない。Ｔｇが−５０℃より高い溶液重合ＳＢＲを用いた比較例７は耐摩耗性が改良されない。比較例８はＢＲのブレンド比率が６０％より多い例であり、耐摩耗性は改良されるが耐湿潤スキッド性が低下している。
【００１８】
【発明の効果】
乗用車タイヤのトレッドに、ムーニー粘度が４５以上、トルエン溶液粘度が１００ｃｐ以上、Ｍｗ／Ｍｎの比が３未満の高シスＢＲを４０〜６０重量％、Ｔｇが−５０℃以下の溶液重合ＳＢＲを６０〜４０重量％ブレンドしたゴム成分に、Ｎ_２ ＳＡが１２５〜１５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰが１１５〜１４０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラックを６０〜８０重量部配合したゴム組成物を用いることにより、耐湿潤路面スキッド性を維持しながら優れた耐摩耗性を大幅に改良することができる。

Claims (1)

1. ムーニー粘度が４５以上、キャノンフェンスケ型粘度計を用いて温度２５℃で測定した５重量％トルエン溶液粘度が１００ｃｐ以上、数平均分子量に対する重量平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）の比が３未満である高シス１，４ブタジエンゴムを４０〜６０重量％の範囲にし、ガラス転移点が−５０℃以下である溶液重合スチレンブタジエンゴムの１種または２種以上を６０〜４０重量％の範囲にしてスチレン含有量が１０〜１５重量％になるように調整ブレンドしたゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１２５〜１５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１１５〜１４０ｃｍ^３／１００ｇであるカーボンブラックを６０〜８０重量部配合したことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。