JP4028762B2

JP4028762B2 - ゴム組成物

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Publication number: JP4028762B2
Application number: JP2002167090A
Authority: JP
Inventors: 昌次河野; 光平竹村
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: JP2004010781A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物に関する。詳細には、耐摩耗性と低転がり抵抗を両立させたゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤを使用する上で、経済性向上の目的から、タイヤの摩耗寿命は長い方が望ましい。また、燃費向上の目的から、タイヤの転がり抵抗は低い方が望ましい。
【０００３】
摩耗寿命向上のためには
▲１▼ハードカーボンを使用する
▲２▼カーボン量を多くする
▲３▼ポリブタジエンを多くする
▲４▼硫黄を多くする
▲５▼伸展油を少なくする
▲６▼補強剤をカーボン系にする
ことが好ましい。
【０００４】
一方、低転がり抵抗化のためには
▲１▼ソフトカーボンを使用する
▲２▼カーボン量を減少する
▲３▼天然ゴムを多くする
▲４▼硫黄を多くする
▲５▼伸展油を少なくする
▲６▼補強剤をシリカ系にする
ことが好ましい。
【０００５】
前記のとおり、耐摩耗性および低転がり特性を向上させるためには、補強剤の種類（▲６▼）、カーボンの種類（▲１▼）および量（▲２▼）などの補強剤系の面において、それぞれ相反性があり、両立は難しい。
【０００６】
さらに、ポリマー系（▲３▼）では、耐摩耗性向上のために、ブタジエンゴムを多く使用することが好ましいが、ゴム成分中に３０重量％以上使用すると悪路でのフレーキング性能が低下するため、とくに４０重量％以上は使用できない。
【０００７】
また、前記耐摩耗性および低転がり抵抗を向上させるために、伸展油を少なくする（▲５▼）、あるいは硫黄量を多くする（▲４▼）と、ゴム硬度が上昇してしまい、悪路での耐外傷性が低下する。
【０００８】
このように、耐摩耗性と低転がり抵抗化を両立させる手法は、未だない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記課題を解決するものであり、耐摩耗性を向上させ、かつ低転がり抵抗化を実現するゴム組成物を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために検討した結果、シリカリッチの補強剤を含むジエン系ゴム組成物に、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体を配合することにより、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、（ａ）ジエン系ゴムと（ｂ）補強剤とを含むゴム組成物において、補強剤（ｂ）がシリカおよびカーボンブラックからなり、かつ、シリカおよびカーボンブラックに占めるシリカの比率が６０重量％以上であり、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して、（ｃ）ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体１４〜２８重量部、および（ｄ）多価アルコールの脂肪酸エステル１〜６重量部を含有するゴム組成物に関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のゴム組成物は、（ａ）ジエン系ゴム、（ｂ）補強剤および（ｃ）ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体からなる。
【００１４】
ジエン系ゴム（ａ）としては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などがあげられる。これらを単独でまたは任意に組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
たとえば、ジエン系ゴム（ａ）中にＮＲを含有させると、転がり抵抗が低減される。本発明のゴム組成物は、シリカの配合比率が高い（シリカリッチ）補強剤（ｂ）を使用することにより、さらに転がり抵抗が低減される。従来技術では、ゴム組成物にこれらの配合を行なうと、耐摩耗性の低下が避けられなかったが、本発明のゴム組成物は、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）を配合することにより、前記ゴム組成物の耐摩耗性を向上し得る。
【００１６】
本発明のゴム組成物に配合される補強剤（ｂ）は、シリカおよびカーボンブラックからなり、かつシリカおよびカーボンブラックに占めるシリカの比率は、６０重量％以上を占める。前記シリカの比率は、６０〜８５重量％であることが好ましい。シリカおよびカーボンブラックに占めるシリカの比率が６０重量％より少ないと、シリカを併用することによる引裂き抗力の向上が認められなくなる。また、８５重量％をこえると、シリカによる耐摩耗性の低下が大きくなる傾向がある。
【００１７】
本発明で使用されるカーボンブラックとしては、とくに限定されず、たとえばＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどがあげられる。
【００１８】
本発明で使用されるシリカとしては、とくに限定されず、たとえば乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などがあげられる。
【００１９】
また、補強剤（ｂ）は、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して５５〜１００重量部配合されることが好ましい。補強剤（ｂ）の配合量が５５重量部より少ないと、補強効果が充分でなく耐摩耗性が低下する傾向にある。また、１００重量部をこえると、発熱が高くなり、転がり抵抗が増大する傾向にある。
【００２０】
本発明で使用されるポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）は、スチレンからなる重合体ブロックとビニルイソプレンからなる重合体ブロックを含有する共重合体であり、スチレンからなるブロック（Ａ）とビニルイソプレンモノマーからなるブロック（Ｂ）とが、（Ａ−Ｂ）_n−Ａまたは（Ｂ−Ａ）_n−Ｂ（ｎは１以上の整数）の形で共重合体となったものである。
【００２１】
ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）は、数平均分子量が５，０００〜２５０，０００の範囲であることが好ましい。分子量が５，０００より小さいと、固形ゴムと混合して得られる加硫物において発熱性改善効果が得られない傾向があり、２５０，０００よりも大きいと固形ゴムとの相溶性が乏しくなり、加工性が低下する傾向がある。
【００２２】
ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）は、スチレンユニットの含有量が１０〜３０％の範囲であることが好ましい。含有量が１０％より低いと、固形ゴムと混合して得られる加硫物において湿潤路面でのグリップ性能が低下する傾向があり、３０％よりも高いと固形ゴムと混合して得られる加硫物の発熱性を悪化させる傾向がある。
【００２３】
かかるポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体の好適な例としては、ハイブラー５１２５（ＶＳ−３、（株）クラレ製）があげられる。
【００２４】
ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）は、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して、５〜３５重量部配合されてなる。好ましくは１０〜３０重量部、より好ましくは１０〜２８重量部、さらに好ましくは１４〜２８重量部、さらに好ましくは１４〜２５重量部、とくに好ましくは１６〜２５重量部である。ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）の配合量が５重量部より少ないと、摩耗および転がり抵抗ともに顕著な改善が見られない。また、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体の配合量が３５重量部をこえると、熱可塑性エラストマーとしての特性が出て、配合ゴムのクリープが過大となる。また、加硫ゴムの圧縮セットが大きくなり、トレッド部に使用した場合にパターンつぶれなどが発生する。
【００２５】
また、本発明のゴム組成物は、さらに（ｄ）多価アルコールの脂肪酸エステルを含有することが好ましい。
【００２６】
多価アルコールの脂肪酸エステル（ｄ）としては、とくに限定されず、たとえば、旭電化工業（株）製の商品名アデカプルーバーシリーズ（Ｎ−３３、Ｎ−５５、Ｎ−８０、Ｈ−１５０、Ｈ−３３３、Ｈ−４２３、Ｈ−４５０）、三新化学工業（株）製の商品名サンエイドＰＡ−ＦＥなどがあげられる。なかでも、サンエイドＰＡ−ＦＥが、多価アルコールとしてポリペンタエリスリトールを使用しているため、分子量が非常に大きく、各種ポリマーと相溶性がよい点で、好ましい。
【００２７】
多価アルコールの脂肪酸エステル（ｄ）は、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して、１〜６重量部配合されることが好ましく、とくに好ましくは１〜５重量部である。多価アルコールの脂肪酸エステル（ｄ）の配合量が１重量部より少ないと、低発熱化の改善効果が不充分となる傾向がある。また、多価アルコールの脂肪酸エステルの配合量が６重量部をこえると、配合ゴムに気泡が残り、試料作製ができない傾向がある。なかでも、本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して、補強剤（ｂ）、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）１４〜２８重量部および多価アルコールの脂肪酸エステル（ｄ）１〜６重量部を含有することが好ましい。
【００２８】
従来、自動車のビードおよびその周辺部に用いるゴム組成物として、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体を配合したゴム組成物が知られているが、本発明のように低転がり抵抗化を目的としてトレッドに使用するものではなく、そのためシリカを配合していない。
【００２９】
本発明のゴム組成物は、シリカおよび前記ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体を所定の範囲で配合することにより、耐摩耗性を向上させると同時に、転がり抵抗を低減することができたものである。
【００３０】
本発明のゴム組成物には、前記シリカと併用してシランカップリング剤を配合することができる。
【００３１】
シランカップリング剤としては、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフイド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフイド、トリエトキシシリルプロピルイソシアネート、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−（ポリエチレンアミノ）−プロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ’−ビニルベンジル−Ｎ−トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン塩などがあげられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、カップリング剤添加効果とコストの両立の点から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフイドなどが好ましい。
【００３２】
シランカップリング剤は、前記シリカの配合量の３〜２０重量％を配合することが好ましい。シランカップリング剤の配合量が３重量％未満であるとシリカとのカップリング量が少なくなり、練ゴムの粘度低下が不足し、加工が困難となる傾向があり、２０重量％をこえるとカップリング剤が高価格であり、経済的にみて使用できなくなる。
【００３３】
本発明のゴム組成物には、ジエン系ゴム（ａ）、補強剤（ｂ）、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）、多価アルコールの脂肪酸エステル（ｄ）、シランカップリング剤のほかに、通常ゴム組成物として使用される配合剤、たとえば、ワックス、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、伸展油、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
【００３４】
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム（ａ）、補強剤（ｂ）、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体（ｃ）、多価アルコールの脂肪酸エステル（ｄ）および必要に応じてそのほかの配合剤を、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りすることにより得られる。
【００３５】
このようにして得られた本発明のゴム組成物は、たとえば、タイヤトレッドに使用すると、耐摩耗性を向上させると同時に低発熱化を両立できるタイヤが得られる。また、２層トレッドゴム構造の下層部分に使用した場合、タイヤの寿命末期まで、良好な耐摩耗性を維持することができる。
【００３６】
【実施例】
つぎに、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
実施例１〜３および比較例１〜１１
以下の各原料を用いた。
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＳＢＲ：住友化学工業（株）製のＳＢＲ１５０２
シリカ：日本シリカ（株）製のニプシルＶＮ３
カーボンブラックＩＳＡＦ：三菱化学（株）製のＮ２２０
シランカップリング剤：デグサ製のＳｉ６９
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤６Ｃ：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の亜鉛華
芳香族伸展油：出光興産（株）製のＡＨ−１６
ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体：
（株）クラレ製のハイブラー５１２５（ＶＳ−３）（スチレンユニット含有量：２０％、ｔａｎδピーク温度：−３℃、ガラス転移温度Ｔｇ：−１７℃、溶液粘度（３０重量％トルエン溶液、３０℃）：７１０ｃＰｓ）
多価アルコールの脂肪酸エステル：三新化学工業（株）製のサンエイドＰＡ−ＦＥ（ポリペンタエリスリトールステアリン酸ハーフエステル、酸価：２以下、軟化点：５５℃以上、みかけ比重：１．９２ｍｌ／ｇ）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＮＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ
【００３８】
（加工方法）
表１の配合割合にしたがい、硫黄および加硫促進剤以外の成分をバンバリー型インターナルミキサーを用いて１６０℃で３．５分間混合し、得られたマスターバッチに硫黄および加硫促進剤をオープンロール上で添加し、８０〜９０℃で３分間混練りしてゴム組成物を得た。ついで、得られたゴム組成物を、１７０℃で１５分間加硫した。
【００３９】
得られた加硫したゴム組成物を使用して、以下に示す各特性の評価試験を行なった。
【００４０】
（耐摩耗性）
（株）岩本製作所製のランボーン式摩耗試験機により、表面回転速度５０ｍ／分、負荷荷重２．５ｋｇｆ、落砂量１６．０ｇ／分、スリップ率４０％の条件で、加硫した各ゴム組成物の摩耗減量を測定した。この測定値の逆数を求め、比較例１を基準値（１００）とした指数で示した。この指数値が大きいほど耐摩耗性が優れている。
【００４１】
（損失正接）
試験片は厚さ２ｍｍ、幅５ｍｍのスラブシートを用い、試料挟み間距離２ｃｍとして、初期伸張率１０％とした。（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを使用し、引張り動歪２％、周波数１０Ｈｚ、７０℃の条件で損失正接（ｔａｎδ）を測定し、比較例１を基準値（１００）とした指数で示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費である。
【００４２】
（クリープ量）
上島製作所製のフレクソメータにより静荷重２５ｋｇｆ、動荷重６０ｋｇｆ、試験周波数２０Ｈｚ、試験開始温度３５℃の条件で、加硫したゴム組成物の２５分後のクリープ量を測定した。試験片の測定開始時の高さに対して２５分後の高さを測定し、低くなった高さを元の試験片の高さで割った量を％で表示した。数値が大きい方が、クリープ量が大きい。
試験片寸法：直径３０ｍｍ、高さ２５．４ｍｍの円柱状
【００４３】
結果を表１に示す。
【００４４】
表１において、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体を特定量配合した実施例１〜９では、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体を配合しなかった比較例１と比べて、耐摩耗性が向上し、転がり抵抗（ｔａｎδ）は低減した。なかでも、さらに多価アルコールの脂肪酸エステルを特定量配合した実施例２、３、５〜７および９では、転がり抵抗（ｔａｎδ）がさらに低下するとともに、耐摩耗性は、比較例１に比べて良好な結果となった。
【００４５】
一方、多価アルコールの脂肪酸エステルのみ配合した比較例２〜４では、低転がり抵抗化は実現できたが、耐摩耗性が低下した。
【００４６】
また、ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体を３５重量部をこえて配合した比較例５では、クリープ量が高く、パターンつぶれの発生などが懸念され、実用化できない。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【発明の効果】
本発明のゴム組成物をタイヤのトレッドゴムに採用した場合、耐摩耗性を向上させると同時に低転がり抵抗化を両立できる。

Claims

（ａ）ジエン系ゴムと（ｂ）補強剤とを含むゴム組成物において、補強剤（ｂ）がシリカおよびカーボンブラックからなり、かつ、シリカおよびカーボンブラックに占めるシリカの比率が６０重量％以上であり、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して、（ｃ）ポリスチレン−ビニルイソプレントリブロック共重合体１４〜２８重量部、および（ｄ）多価アルコールの脂肪酸エステル１〜６重量部を含有するゴム組成物。