JP4628670B2 - ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物に関し、とりわけ、氷雪路面での摩擦性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

氷雪路面走行用として、スパイクタイヤの使用やタイヤへのチェーンの装着がなされてきたが、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これに代わる氷雪路面走行用タイヤとしてスタッドレスタイヤが開発された。

スタッドレスタイヤは、一般路面にくらべ氷雪路面では著しく摩擦係数が低下し、滑りやすくなるので、材料面および設計面での工夫がされている。たとえば、低温特性に優れたジエン系ゴムを配合したゴム組成物の開発や、タイヤ表面の凹凸を変え表面エッジ成分を増す工夫や、引っ掻き効果のある無機フィラーや繊維を配合することが行なわれてきた（特許文献１参照）。しかしながら、依然、スタッドレスタイヤは、スパイクタイヤに比べて氷雪路面での摩擦性能が充分とはいえず、さらなる改善が求められている。また、スタッドレスタイヤは、氷雪路面を走行すると、タイヤと氷雪路面との摩擦熱により水が発生し、摩擦係数を著しく低下させてしまうという問題があった。

特開２００２−２２０４９１号公報

本発明は、氷雪路面での摩擦性能を向上させたゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴムおよびブタジエンゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴムを含むゴム成分１００重量部に対して、少なくとも１種の熱伝導性材料３〜１５０重量部、および、ヨウ素吸着量が３０〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを含有するゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物は、さらに、ゴム成分１００重量部に対して、シリカ５〜１５０重量部を含有することが好ましい。

本発明によれば、ジエン系ゴムをゴム成分として、熱伝導性材料およびカーボンブラックをゴム中に分散させることにより、熱伝導性に優れたゴム組成物が得られ、これをタイヤトレッドゴムに用いて、走行中に発生するタイヤ表面と氷雪路面の摩擦熱を除去することにより、水の発生を抑制し、氷雪路面での摩擦性能を向上させることができる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分、熱伝導性材料およびカーボンブラックからなる。

一般に、氷雪路面を走行する際、タイヤと路面とのあいだで摩擦熱が発生し、その熱により氷雪が融解し、摩擦係数を著しく低下させてしまう。本発明では、この摩擦熱を取り除くために、ゴム成分中に熱伝導性材料を分散させることにより、これをタイヤトレッドに用いて氷雪の融解を抑制することができ、したがって氷雪路面での摩擦係数を向上させることができる。

前記ゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなる群より選ばれた少なくとも１種のジエン系ゴムを必須成分とし、ゴム成分中に好ましくは５重量％以上含有する。これらのジエン系ゴムが５重量％未満では低温特性が悪い傾向がある。

なお、前記ゴム成分は、前記ジエン系ゴムのほかにも、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴムなどを含むことができる。

本発明において、熱伝導性材料とは、熱伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・秒以上、好ましくは０．０３ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・秒以上の化合物をいう。熱伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・秒未満の化合物では、充分な熱伝導性ゴムが得られない傾向がある。

前記熱伝導性材料としては、たとえば、チッ化ホウ素、チッ化アルミニウム、炭化ケイ素、チッ化ケイ素などがあげられる。

前記熱伝導性材料は、平均粒子径が５００μｍ以下、さらには３００μｍ以下、とくには１００μｍ以下の粒子状であることが好ましい。平均粒子径が５００μｍをこえると摩擦性能が著しく低下する傾向がある。

前記熱伝導性材料の配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して３〜１５０重量部である。配合量の下限としては５重量部であることが好ましく、上限としては７０重量部であることが好ましい。熱伝導性材料が３重量部未満では充分な熱伝導性が得られず、１５０重量部をこえると加工性が悪化する。

前記カーボンブラックとしては、ヨウ素吸着量が３０〜３００ｍｇ／ｇである。ヨウ素吸着量の下限としては６０ｍｇ／ｇであることが好ましく、上限としては２００ｍｇ／ｇであることが好ましい。カーボンブラックのヨウ素吸着量が３０ｍｇ／ｇ未満では補強性が悪化し、３００ｍｇ／ｇをこえると、加工性が悪化する。

前記カーボンブラックの配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して、５〜２００重量部であることが好ましい。配合量の上限として、さらには１００重量部であることが好ましく、とくには８０重量部であることが好ましい。カーボンブラックの配合量が５重量部未満では補強効果が得られにくく、２００重量部をこえると加工性が悪化する傾向がある。

さらに、本発明のゴム組成物は、シリカを含有することが好ましい。シリカとしては、チッ素吸着比表面積が１００〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。チッ素吸着比表面積の下限としては、１２０ｍ²／ｇであることがさらに好ましく、１５０ｍ²／ｇであることがとくに好ましい。また、上限としては、２７０ｍ²／ｇであることがさらに好ましく、２５０ｍ²／ｇであることがとくに好ましい。シリカのチッ素吸着比表面積が１００ｍ²／ｇ未満では耐摩耗性が悪化する傾向があり、３００ｍ²／ｇをこえると加工性が悪化する傾向がある。

前記シリカの配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して、５〜１５０重量部であることが好ましい。配合量の上限としては１００重量部であることがさらに好ましく、８０重量部であることがとくに好ましい。シリカの配合量が５重量部未満では氷上摩擦性能の改善効果がみられない傾向があり、１５０重量部をこえると、加工性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物は、前記シリカと同時にシランカップリング剤を含有することが好ましい。前記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）ポリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）ポリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ポリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ポリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）ポリスルフィドなどがあげられる。

前記シランカップリング剤の配合量は、前記シリカに対して２０重量％以下、さらには１〜１５重量％であることが好ましい。シランカップリング剤の配合量が１重量％未満では、シランカップリング剤配合効果がみられない傾向があり、２０重量％をこえると配合量に対してシランカップリング剤を配合した効果がなく、コストもかかる傾向がある。

また、本発明のゴム組成物は、カーボンブラック、シリカのほかにも、一般式：
ｍＭ・ｘＳｉＯｙ・ｚＨ₂Ｏ
（Ｍは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウムおよびジルコニウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物、水酸化物、ならびに、炭酸塩から選ばれる少なくとも１種である。ｍ、ｘ、ｙおよびｚは定数である。）
で表される無機充填剤を含有することができる。

本発明のゴム組成物は、前記の成分のほかにも、その他の補強剤、加硫剤（架橋剤）、加硫促進剤（架橋促進剤）、各種オイル、老化防止剤、充填剤、軟化剤、可塑剤、その他のカップリング剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物用に配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の配合量も一般的な量とすることができる。

本発明のゴム組成物は、熱伝導率が０．０００６ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・秒以上であることが好ましく、０．０００７５ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・秒以上であることがより好ましい。熱伝導率が０．０００６ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・秒未満では、氷とゴムとの摩擦熱が充分に除去できなく、氷上性能の向上がみられない傾向がある。

本発明のゴム組成物は、タイヤトレッドに用いられることが好ましく、氷雪路面での摩擦係数を向上させた空気入りタイヤを提供することができる。

以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。

実施例１〜６および比較例１
＜材料＞
天然ゴム：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウワブラックＮ２２０（ヨウ素吸着量：１１９ｍｇ／ｇ）
シリカ：デグサ社製のウルトラシル ＶＮ３（チッ素吸着比表面積：２１０ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：デグサ社製のＳｉ６９
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
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）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
チッ化ホウ素：昭和電工（株）製のショウビーエヌＵＨＰ−１（平均粒子径：７〜１０μｍ）
炭化ケイ素：昭和電工（株）製のデンシックウルトラファイＤＵ Ａ−４（平均粒子径：４μｍ）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤１：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−ベンゾチアジル−スルフェンアミド）
加硫促進剤２：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（ジフェニルグアニジン）

＜加工方法＞
表１に示す配合内容にしたがって、まず、硫黄および加硫促進剤を除く配合成分を、容量１．７リットルの密閉型バンバリーミキサーで３〜５分間混練りし、温度が１５０℃以上に達した時点で配合ゴムを排出することにより、ベース練りゴムを調製した。つぎに、ベース練りゴムと硫黄および加硫促進剤をオープンロールで混練りし、ゴム組成物（ゴム試験片）を得た。

＜試験方法＞
硬度
比較例１の硬度を１００とし、指数表示を行った。数値が高いほど、硬度が高いことを示す。

熱伝導率
京都電子工業（株）製のＫｅｍｔｈｅｒｍ ＱＴＭ−Ｄ３を用い、非定常熱線法を用いてゴム試験片の熱伝導率を測定した。比較例１を１００（基準）として指数表示した。数値が大きいほど熱伝導性が高いことを示す。

氷上摩擦係数
温度制御された恒温室内に設置された氷面上に、ゴム試験片を一定加重で押しつけ、一定速度で滑らせるときの抵抗（摩擦力）を検出することにより、氷上摩擦試験を行なった。試験条件は、氷温および恒温室温度を−２℃および−５℃とし、ゴム試験片の設置圧力が２ｋｇ／ｃｍ²となるように加重をかけ、速度２０ｋｍ／時間で滑らせた。なお、結果は、比較例１を１００（基準）とし指数表示で行なった。数値が大きいほど、摩擦力が高いことを示す。

実施例１〜６より、ゴム成分に熱伝導性材料を配合することで、熱伝導率および硬度を向上することができ、かつ氷上摩擦性能にも優れたゴム組成物を得ることができた。

Claims (1)

1. 天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴムおよびブタジエンゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴムを含むゴム成分１００重量部に対して、炭化ケイ素である熱伝導性材料３〜１０重量部、および、ヨウ素吸着量が３０〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを含有するゴム組成物。