JP4472101B2

JP4472101B2 - Rubber composition for tread

Info

Publication number: JP4472101B2
Application number: JP2000101411A
Authority: JP
Inventors: 鉄也国澤
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2020-04-03
Also published as: JP2001288299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトレッド用ゴム組成物、くわしくは、タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤのウェット（Ｗｅｔ）性能（操縦安定性におけるグリップや制動距離）を向上させるには、トレッド用ゴム組成物に充填剤としてシリカを用いることや低温でのヒステリシスを増加させることが一般に知られている。その効果的な手法の１つに、ガラス転移点（Ｔｇ）の高いゴム組成物を使用することがある。しかし、高Ｔｇのゴム組成物ではウェット性能を向上させることができるが、同時に高温でのヒステリシスも増加して転がり抵抗が悪化するという問題がある。
【０００３】
この問題を解決する手法として特開平１０−２５３６９号公報でゴム組成物に３，４付加イソプレンゴムを使用することが知られている。これによると、転がり抵抗を保ちつつ湿潤けん引力をわずかに改善することができるが、ウェット性能と転がり抵抗の高次元での両立は困難である。一方、ゴム組成物に充填剤としてシリカを多用した場合、混練り時のシリカ分散がわるくなり加工性に問題が残る。
【０００４】
このように加工性も含めてウェット性能と転がり抵抗の高次元での両立は二律背反であるが、雨天時の自動車走行における安全性確保と環境改善の観点から早急な改善手法が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこでシリカを配合したゴム組成物においてウェット性能と転がり抵抗を高次元で満足させ、かつ混練り時の加工性を改善するということが本発明の課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、充填剤であるシリカ４０〜９０重量部およびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）３〜２０重量部を配合してなり、かつ前記ジエン系ゴム１００重量部のうち１０〜７５重量部が３，４付加イソプレンゴム（３，４ＩＲ）であるトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００７】
この場合、ＰＥＧの数平均分子量は２００〜６０００のであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として、３，４付加イソプレンゴム（３，４ＩＲ）と、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，４付加イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）などの３，４ＩＲ以外のジエン系ゴムの少なくとも１種類を含む。３，４付加イソプレンゴムは下記構造式で表すことができる。下記構造式中、ｎはイソプレンの重合度を示す。ｎは１０００〜８５０００が好ましい。ｎが１０００以下では、耐磨耗性能が低下する傾向があり、ｎが８５０００以上では、混練り時の粘度が高くなる傾向がある。
【０００９】
【化１】

【００１０】
３，４付加イソプレンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部のうち１０〜７５重量部である。３，４付加イソプレンゴムの配合量が１０重量部未満では、ウェット性能を向上させることが困難であり、７５重量部をこえると転がり抵抗が悪化し、耐磨耗性能が低下する傾向がある。
【００１１】
本発明のゴム組成物は、充填剤としてシリカを含む。
【００１２】
シリカとしては、たとえば、窒素吸着比面積（Ｎ₂ＳＡ）が５０〜３００ｍ²/ｇのシリカを含有することができる。窒素吸着比面積（Ｎ₂ＳＡ）が５０ｍ²/ｇ未満のシリカでは分散改良効率や補強効果が小さくなる傾向があり、３００ｍ²/ｇをこえるシリカでは分散性がわるく、発熱性が増大する傾向がある。
【００１３】
シリカとしては、とくに制限はないが、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などを使用することができ、湿式法シリカが好ましい。湿式法シリカの好適例としては、デグッサ製ＵｌｔｒａｓｉｌＶＮ３（商品名）、日本シリカ（株）製ニップシールＶＮ３ＡＱ（商品名）などがあげられる。本発明のゴム組成物中に含まれるシリカの配合量は、本発明に使用されるジエン系ゴム１００重量部に対して、４０〜９０重量部である。シリカの配合量が４０重量部未満では、ウェット性能や補強性がわるくなる傾向があり、９０重量部をこえると混練り時の粘度が高くなり、作業性が低下する傾向がある。
【００１４】
本発明のゴム組成物中に含まれるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して３〜２０重量部である。ポリエチレングリコールの配合量が３重量部未満では、ウェット性能、転がり抵抗、粘度低減の面で性能向上の期待ができず、２０重量部をこえるとスコーチタイムが短くなる傾向がある。
【００１５】
ポリエチレングリコールの数平均分子量は、２００〜６０００が好ましい。ポリエチレングリコールの数平均分子量が２００未満では、耐磨耗性能が低下する傾向があり、６０００をこえると転がり抵抗の低減が小さくなる傾向がある。
【００１６】
本発明のゴム組成物は、前記シリカ以外にも充填剤として、カーボンブラックを含むことができる。カーボンブラックとしては、たとえば、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどがあげられるが、とくに限定されるものではない。
【００１７】
本発明のゴム組成物は、シリカおよびカーボンブラック以外の無機充填剤を含むことができる。シリカおよびカーボンブラック以外の無機充填剤としては、たとえば、クレー、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、アルミナなどがあげられる。
【００１８】
本発明のゴム組成物は、前記ジエン系ゴム、充填剤（シリカおよびカーボンブラックなどの無機充填剤）、ポリエチレングリコール以外に、必要に応じて、柔軟材、他の老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤などの通常のゴム工業で使用される配合剤を適宜含むことができる。
【００１９】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、前記ジエン系ゴム、充填剤、ポリエチレングリコールを通常の加工装置、たとえばロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどにより混練することにより得られる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例をもとにして本発明を説明するが、本発明はこれらのみに制限されるものではない。
【００２１】
実施例１〜７および比較例１〜３
神戸製鉄（株）製１．７Ｌバンバリーを用いて各成分を約１５０℃で４分間混練りした後、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を加えて二軸ローラーにて８０℃で約４分間練り込んだ混合物を１７０℃で１０分間加硫することによりタイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。実施例において用いた各成分を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
測定項目
１ムーニー粘度およびスコーチタイム
ＪＩＳＫ６３００にしたがって、島津製作所（株）製のＭＶ２０２を用いて、１３０℃で測定した。ムーニー粘度は値が低いほど加工性に優れている。また、スコーチタイムは１０分以下であるとゴム焼けが発生して好ましくない。
【００２４】
２粘弾性測定
岩本製作所（株）製のＶＥＳ−Ｆ−３を用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み２％で６０℃におけるｔａｎδを測定した。このｔａｎδ値が小さいほど転がり抵抗に有利となる。
【００２５】
３摩耗試験
岩本製作所（株）製の測定装置で荷重２．０ｋｇ、スリップ比５０％で摩耗性能を測定した。評価は後述する比較例１の場合を１００として指数で表わした。指数が大きいほど耐摩耗性に優れている。
【００２６】
４ウェット性能
１８５／７０Ｒ１４サイズのタイヤを常法で作製し、当該タイヤを装着した普通乗用車で、水が散布されているアスファルト路面のテストコースにおいて円旋回し、スリップするときの最高速度を測定し、後述の比較例１の場合を１００として指数でウェット性能を評価した。指数が大きいほどウェット性能に優れて好ましい。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【表３】

【００２９】
テスト結果を表２、３に示す。表２では、３，４ＩＲおよびＰＥＧ６００の配合量を変えたときのテスト結果を、表３にはＰＥＧの数平均分子量を変えたときのテスト結果を示す。比較例１〜４において摩耗性能をある程度維持しつつウェット性能を向上させるのは、３，４ＩＲを３０重量部配合した比較例３である。３，４ＩＲが１０重量部未満である比較例１，２ではウェット性能の向上は望めない。また、７５重量部をこえる比較例４だとウェット性能を向上させることはできるが耐摩耗性能が悪化する。しかしながら、比較例３でウェット性能を向上させることができるが、同時に転がり抵抗を低減させることはできない。
【００３０】
一方、比較例５〜７において加工性と転がり抵抗の面で最もバランスがとれているのは、ＰＥＧ６００を１０重量部配合している比較例６である。ＰＥＧはシリカをコーティングし、加硫促進剤のシリカへの吸着を防止すると考えられる。その結果、効果的な加硫が行なわれて架橋密度が増加してｔａｎδが減少すると考えられる。また、ＰＥＧがシリカをコーティングしているのでシリカ同士の凝集を防ぎ、ムーニー粘度が低下する。比較例５のＰＥＧ６００が３重量部未満であるとｔａｎδは低減せず、ムーニー粘度もあまり低減しない。また、２０重量部をこえるＰＥＧを配合した比較例７では、ｔａｎδおよびムーニー粘度は低減しているが、スコーチタイムがかなり短くなり加工性の面で好ましくない。ムーニー粘度とｔａｎδを低減させ、かつスコーチタイムが実用レベルにある配合は、ＰＥＧ６００が１０重量部の比較例６である。しかしながら、ＰＥＧ６００を１０重量部配合しただけではウェット性能向上はあまり期待できない。
【００３１】
実施例１〜３から３，４ＩＲとＰＥＧ６００を同時に配合することによりウェット性能、転がり抵抗、加工性を高次元で向上させることができることがわかる。そのなかでも実施例２が最もバランスがとれて効果的であることがわかる。
【００３２】
表３の実施例２，４，５，６，７から、用いるＰＥＧの数平均分子量は２００〜６０００が好ましい。この場合数平均分子量６００のＰＥＧ６００が最もバランスがとれている。ＰＥＧ１００では摩耗性能が悪化し、また分子量が小さいことからブルームを起こしやすい傾向がある。一方、数平均分子量１００００のＰＥＧ１００００ではｔａｎδが低減しにくく転がり抵抗が低減しにくい傾向がある。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ウェット性能と転がり抵抗を高次元で両立させたシリカを配合したトレッド用ゴム組成物を得ることができ、さらに混練り時の加工性も良好なゴム組成物を得ることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rubber composition for a tread, and more particularly to a rubber composition for a tire tread.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the wet performance (grip and braking distance in steering stability) of a tire, it is generally known to use silica as a filler in a rubber composition for a tread and to increase hysteresis at a low temperature. Yes. One effective technique is to use a rubber composition having a high glass transition point (Tg). However, a high Tg rubber composition can improve wet performance, but at the same time, there is a problem that hysteresis at high temperatures also increases and rolling resistance deteriorates.
[0003]
As a technique for solving this problem, it is known in Japanese Patent Laid-Open No. 10-25369 to use a 3,4-added isoprene rubber in a rubber composition. According to this, the wet traction force can be slightly improved while maintaining the rolling resistance, but it is difficult to achieve both wet performance and rolling resistance at a high level. On the other hand, when a large amount of silica is used as a filler in the rubber composition, silica dispersion during kneading becomes troubled and a problem remains in processability.
[0004]
Thus, the balance between wet performance and rolling resistance, including workability, at a high level is a trade-off, but an urgent improvement method is required from the viewpoint of ensuring safety and improving the environment when driving in the rain.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, it is an object of the present invention to satisfy wet performance and rolling resistance at a high level in a rubber composition containing silica and to improve workability during kneading.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, 40 to 90 parts by weight of silica as a filler and 3 to 20 parts by weight of polyethylene glycol (PEG) are blended with 100 parts by weight of diene rubber, and 100 parts by weight of the diene rubber. It relates to a rubber composition for a tread in which 10 to 75 parts by weight is 3,4-added isoprene rubber (3,4 IR).
[0007]
In this case, it is preferable that the number average molecular weight of PEG is 200-6000.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The rubber composition of the present invention comprises, as rubber components, 3,4-added isoprene rubber (3,4 IR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), 1,4-added isoprene rubber (IR), ethylene -It contains at least one kind of diene rubber other than 3, 4 IR such as propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR). The 3,4-added isoprene rubber can be represented by the following structural formula. In the following structural formula, n represents the degree of polymerization of isoprene. n is preferably 1000 to 85000. When n is 1000 or less, the wear resistance performance tends to decrease, and when n is 85000 or more, the viscosity during kneading tends to increase.
[0009]
[Chemical 1]

[0010]
The compounding amount of the 3,4-added isoprene rubber is 10 to 75 parts by weight out of 100 parts by weight of the diene rubber. If the blending amount of the 3,4-added isoprene rubber is less than 10 parts by weight, it is difficult to improve the wet performance, and if it exceeds 75 parts by weight, the rolling resistance tends to deteriorate and the wear resistance performance tends to decrease.
[0011]
The rubber composition of the present invention contains silica as a filler.
[0012]
As silica, for example, silica having a nitrogen adsorption specific area (N ₂ SA) of 50 to 300 m ² / g can be contained. Silica having a nitrogen adsorption specific area (N ₂ SA) of less than 50 m ² / g tends to decrease the dispersion improvement efficiency and the reinforcing effect, and silica exceeding 300 m ² / g tends to have poor dispersibility and increase heat generation. There is.
[0013]
Although there is no restriction | limiting in particular as a silica, A dry process silica (anhydrous silicic acid), a wet process silica (hydrous silicic acid), etc. can be used, A wet process silica is preferable. Preferable examples of the wet method silica include Ultrasil VN3 (trade name) manufactured by Degussa, Nipsil VN3 AQ (trade name) manufactured by Nippon Silica Co., Ltd., and the like. The compounding quantity of the silica contained in the rubber composition of this invention is 40-90 weight part with respect to 100 weight part of diene rubbers used for this invention. If the amount of silica is less than 40 parts by weight, wet performance and reinforcing properties tend to be impaired, and if it exceeds 90 parts by weight, the viscosity during kneading tends to be high, and workability tends to be reduced.
[0014]
The blending amount of polyethylene glycol (PEG) contained in the rubber composition of the present invention is 3 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the diene rubber. If the blending amount of polyethylene glycol is less than 3 parts by weight, improvement in performance cannot be expected in terms of wet performance, rolling resistance and viscosity reduction, and if it exceeds 20 parts by weight, the scorch time tends to be shortened.
[0015]
The number average molecular weight of polyethylene glycol is preferably 200 to 6000. When the number average molecular weight of the polyethylene glycol is less than 200, the wear resistance performance tends to decrease, and when it exceeds 6000, the reduction in rolling resistance tends to be small.
[0016]
The rubber composition of the present invention can contain carbon black as a filler in addition to the silica. Examples of carbon black include, but are not limited to, HAF, ISAF, and SAF.
[0017]
The rubber composition of the present invention can contain an inorganic filler other than silica and carbon black. Examples of inorganic fillers other than silica and carbon black include clay, aluminum hydroxide, calcium carbonate, and alumina.
[0018]
In addition to the diene rubber, fillers (inorganic fillers such as silica and carbon black) and polyethylene glycol, the rubber composition of the present invention includes a softener, other anti-aging agent, a vulcanizing agent, if necessary. A compounding agent used in a normal rubber industry such as a vulcanization accelerator can be appropriately contained.
[0019]
The rubber composition for a tire tread of the present invention can be obtained by kneading the diene rubber, filler, and polyethylene glycol with an ordinary processing device such as a roll, a Banbury mixer, and a kneader.
[0020]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not restrict | limited only to these.
[0021]
Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3
Each component was kneaded at about 150 ° C. for 4 minutes using a 1.7 L Banbury manufactured by Kobe Steel, Ltd., and sulfur and a vulcanization accelerator were added to the obtained kneaded product at 80 ° C. with a biaxial roller. A rubber composition for a tire tread was prepared by vulcanizing the mixture kneaded for about 4 minutes at 170 ° C. for 10 minutes. Table 1 shows each component used in the examples.
[0022]
[Table 1]

[0023]
Measurement item 1 Mooney viscosity and scorch time Measured at 130 ° C. using MV202 manufactured by Shimadzu Corporation in accordance with JIS K6300. The lower the Mooney viscosity, the better the processability. Further, if the scorch time is 10 minutes or less, rubber scorch occurs, which is not preferable.
[0024]
2 Viscoelasticity Measurement Using a VES-F-3 manufactured by Iwamoto Seisakusho Co., Ltd., tan δ at 60 ° C. was measured at a frequency of 10 Hz, an initial strain of 10%, and a dynamic strain of 2%. A smaller tan δ value is advantageous for rolling resistance.
[0025]
3 Wear test The wear performance was measured with a measuring device manufactured by Iwamoto Seisakusho Co., Ltd. under a load of 2.0 kg and a slip ratio of 50%. The evaluation was expressed as an index with the case of Comparative Example 1 described later as 100. The higher the index, the better the wear resistance.
[0026]
4 Wet performance 185 / 70R14 size tires are made in the usual way, and the maximum speed at which a normal passenger car fitted with the tires makes a circular turn and slips on a test course on an asphalt road surface where water is sprayed is measured. The wet performance was evaluated by an index with the case of Comparative Example 1 described later as 100. The larger the index, the better the wet performance.
[0027]
[Table 2]

[0028]
[Table 3]

[0029]
The test results are shown in Tables 2 and 3. Table 2 shows test results when the blending amounts of 3,4IR and PEG600 are changed, and Table 3 shows test results when the number average molecular weight of PEG is changed. In Comparative Examples 1 to 4, the wet performance is improved while maintaining the wear performance to some extent in Comparative Example 3 in which 30 parts by weight of 3,4 IR is blended. In Comparative Examples 1 and 2 where 3,4 IR is less than 10 parts by weight, improvement in wet performance cannot be expected. In Comparative Example 4 exceeding 75 parts by weight, the wet performance can be improved, but the wear resistance is deteriorated. However, the wet performance can be improved in Comparative Example 3, but the rolling resistance cannot be reduced at the same time.
[0030]
On the other hand, in Comparative Examples 5 to 7, the most balanced in terms of workability and rolling resistance is Comparative Example 6 in which 10 parts by weight of PEG 600 is blended. PEG is believed to coat silica and prevent adsorption of the vulcanization accelerator to silica. As a result, it is considered that effective vulcanization is performed and the crosslinking density increases and tan δ decreases. In addition, since PEG is coated with silica, aggregation of silica is prevented and Mooney viscosity is reduced. If the PEG 600 of Comparative Example 5 is less than 3 parts by weight, tan δ will not be reduced, and the Mooney viscosity will not be reduced much. In Comparative Example 7 in which PEG exceeding 20 parts by weight is blended, tan δ and Mooney viscosity are reduced, but the scorch time is considerably shortened, which is not preferable in terms of workability. The blending in which the Mooney viscosity and tan δ are reduced and the scorch time is at a practical level is Comparative Example 6 in which PEG 600 is 10 parts by weight. However, improvement in wet performance cannot be expected with only 10 parts by weight of PEG600.
[0031]
It turns out that wet performance, rolling resistance, and workability can be improved in a high dimension by simultaneously blending Examples 3 to 3 and 4IR and PEG600. Among these, it can be seen that Example 2 is most balanced and effective.
[0032]
From Examples 2, 4, 5, 6, and 7 in Table 3, the number average molecular weight of PEG used is preferably 200 to 6000. In this case, PEG 600 having a number average molecular weight of 600 is most balanced. PEG100 tends to cause wear due to poor wear performance and low molecular weight. On the other hand, PEG 10000 having a number average molecular weight of 10000 tends to hardly reduce tan δ and rolling resistance.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a rubber composition for treads containing silica in which wet performance and rolling resistance are balanced at a high level, and further, it is possible to obtain a rubber composition having good workability during kneading. it can.

Claims

100 to 100 parts by weight of diene rubber, 40 to 90 parts by weight of silica as a filler and 3 to 20 parts by weight of polyethylene glycol having a number average molecular weight of 200 to 6000 , and 100 weights of the diene rubber The rubber composition for treads whose 10-75 weight part is 3, 4- addition isoprene rubber among parts.