JP4818989B2 - キャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、キャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

従来、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、これらを使用すると、道路表面がスパイクタイヤの金属製のピンやタイヤに巻いたチェーンにより削られ、削られた路面材料が空中に舞う粉塵問題などの問題が発生するため、これら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提案されている。

通常のタイヤでは、一般路面にくらべ氷雪路面で著しく摩擦係数が低下し滑りやすくなるので、スタッドレスタイヤは、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が報告されている。しかし、スパイクタイヤに比べ、氷雪路面での摩擦性能に劣るという問題があった。また、引っ掻き効果のある無機短繊維などを配合することも知られている。しかし、走行などの刺激や摩耗により、短繊維が脱落することで、引っ掻き効果が失われるという問題があった。

特許文献１には、ジエン系ゴム、ガラス繊維、カーボンブラック、シリカおよびシリコーンゴム粉末を所定量含有させることで、耐摩耗性能、氷上性能を向上させ、かつ経時によるゴムの硬度上昇を抑制したタイヤ用トレッドゴム組成物が開示されている。しかし、雪上性能（雪上における操縦安定性）については考慮されておらず改善の余地がある。

特許文献２には、ジエン系ゴム、カーボンブラック、シリカおよびシリコーンゴム粉末または液状シリコーンゴムに例示されるシリコーン系高分子を所定量含有させることで、ウェットグリップ性能を向上させた主にレースタイヤ用トレッドゴム組成物が開示されている。しかし、雪上性能ついては考慮されておらず改善の余地がある。

特開２００２−４７３７８号公報 特開平１０−１６８２３４号公報

本発明は、雪上路面での操縦安定性を向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的としている。

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１００重量部に対して、ヨウ素吸着量が１００〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを５〜２００重量部、およびシリコーンオイルを２〜５０重量部含有し、該シリコーンオイル１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物に関する。

さらに、本発明は、前記キャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、所定のゴム成分に、所定のカーボンブラック、シリコーンオイルおよびシランカップリング剤を所定量含有することで、雪上路面での操縦安定性を向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物ならびにそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム成分、カーボンブラック、シリコーンオイルおよびシランカップリング剤を含む。

前記ジエン系ゴム成分としては、スタッドレスタイヤのトレッドには、優れた低温特性が要求されるという理由から、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）からなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴムを使用する。

なかでも、柔らかいスタッドレスタイヤのトレッドにおいても、優れた補強性を有するという理由から、ＮＲおよび／またはＢＲが好ましく、ＮＲおよびＢＲがより好ましい。

ＮＲを用いる場合、ジエン系ゴム成分中のＮＲの含有率は１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上がより好ましい。ＮＲの含有率が１０重量％未満では、加工性が悪化する傾向がある。また、ＮＲの含有率は９０重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましい。ＮＲの含有率が９０重量％をこえると、スタッドレスタイヤのトレッドに必要な低温特性を保つことができず、スノー性能が大幅に悪化する傾向がある。

ＢＲとしては、通常ゴム工業で使用される１，４−シスＢＲ、１，４−トランスＢＲなどを使用することができる。

ＢＲを用いる場合、ジエン系ゴム成分中のＢＲの含有率は１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上がより好ましい。ＢＲの含有率が１０重量％未満では、スタッドレスタイヤのトレッドに必要な低温特性を保つことができず、スノー性能が大幅に悪化する傾向がある。また、ＢＲの含有率は９０重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましい。ＢＲの含有率が９０重量％をこえると、加工性が悪化する傾向がある。

ジエン系ゴム成分としては、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲおよびＢＲ以外にも、通常ゴム工業で使用されるジエン系ゴム、たとえば、ブチルゴム（ＩＩＲ）、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）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などがあげられるが、加工性が悪化するという理由から、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲおよびＢＲ以外のジエン系ゴムを用いないことが好ましい。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物において使用するカーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は、補強性を向上させることができる理由から１００ｍｇ／ｇ以上であることが必要であり、１１０ｍｇ／ｇ以上であることが好ましい。また、カーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は、低発熱性、耐久性および加工性を向上させることができるという理由から３００ｍｇ／ｇ以下であることが必要であり、２５０ｍｇ／ｇ以下あることが好ましい。

これら物性および効果を示すものであれば特に限定されないが、例えば、キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０（ＩＡ：１２１ｍｇ／ｇ）を用いることができる。

カーボンブラックの含有量は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上、好ましくは１０重量部以上である。カーボンブラックの含有量が５重量部未満では、補強効果が得られない。また、カーボンブラックの含有量は、２００重量部以下、好ましくは１００重量部以下である。カーボンブラックの含有量が２００重量部をこえると、加工性が悪化する。

本発明は、シリコーンオイルおよびシランカップリング剤を併用することを特徴の１つとする。

本発明は、本発明で使用するシリコーンオイルの低温特性に着目して、タイヤの雪上性能を向上させることを目的としている。つまり、本発明は、シリコーンゴムの親油性（撥水性）に着目して、タイヤの氷上性能を向上さることを目的とした前記特許文献１や前記特許文献２の発明とは異なるものである。

シリコーンオイルとしては、従来からゴム組成物中に配合されるものであればとくに制限されるわけではなく、タイヤ工業において一般的に使用されるものがあげられる。例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルなどがあげられ、これらのシリコーンオイルは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、加工性に優れるという理由から、ジメチルシリコーンオイルが好ましい。

ジメチルシリコーンオイルとしては、例えば信越化学工業（株）製のＫＦ−９６５−１００ｃｓを用いることができる。

シリコーンオイルの含有量は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して２重量部以上、好ましくは５重量部以上、特に好ましくは１０重量部以上である。シリコーンオイルの含有量が２重量部未満では、シリコーンオイルを配合することによる効果が見込めない。また、シリコーンオイルの含有量は５０重量部以下、好ましくは４０重量部以下、特に好ましくは２０重量部以下である。シリコーンオイルの含有量が５０重量部をこえると、分散性が低下し耐摩耗性が低下する。

本発明で使用するシリコーンオイルは、軟化剤として配合され、シランカップリング剤と併用することにより、低温特性を向上させることができる点で、前記特許文献１または前記特許文献２記載のシリコーンゴム、加硫前は液状である液状シリコーンゴムに代表されるシリコーン系高分子とは異なるものである。

シランカップリング剤としては、従来からゴム組成物中に配合されるものであればとくに制限されるわけではないが、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス(２−トリエトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス(４−トリメトキシシリルブチル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリメトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ系、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられる。

スルフィド系としては、例えばデグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）を用いることができる。

シランカップリング剤の含有量は、シリコーンオイル１００重量部に対して１重量部以上、好ましくは２重量部以上である。シランカップリング剤の含有量が１重量部未満では、シランカップリング剤を配合することによる効果がみられず、耐摩耗性が低下する。また、シランカップリング剤の含有量は２０重量部以下、好ましくは１５重量部以下である。シランカップリング剤の含有量が２０重量部をこえると、コストが増大する割にはシランカップリング剤を増量することによる効果が得られず、補強性および耐摩耗性が低下する。

本発明は、シリコーンオイルおよびシランカップリング剤を併用することを特徴の１つとし、シリコーンオイルとシランカップリング剤を併用することで、シリコーンオイルがゴムのポリマーと結合することができ、ゴム中でブリードすることなく軟化剤として作用することができるという効果が得られる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分、カーボンブラック、シリコーンオイルおよびシランカップリング剤以外にも、従来ゴム工業に使用される配合剤、たとえば、シリカなどのカーボンブラック以外の充填剤、オイル、ワックスなどの各種軟化剤、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを、必要に応じて適宜配合することができる。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のキャップトレッド用ゴム組成物を用いて、通常の方法により製造することができる。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のキャップトレッド用ゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのキャップトレッドの形状にあわせて押出し加工し、タイヤの他の部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを成形する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより本発明の空気入りタイヤを得る。

このようにして得られた本発明の空気入りタイヤは、トレッドが低温特性に優れ、スノー性能の向上が期待できるという理由から、スタッドレスタイヤとすることが好ましい。また、本発明の空気入りタイヤは、ベーストレッドおよびキャップトレッドからなる２層構造のトレッドを有することで、柔らかいゴムを使用しながらパターン剛性を保つことができるという効果が得られる。

実施例にもとづいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

次に実施例および比較例で使用した各種薬品についてまとめて説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０（ＩＡ：１２１ｍｇ／ｇ）
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
シリコーンオイル：信越化学工業（株）製のＫＦ−９６５−１００ｃｓ（ジメチルシリコーンオイル）
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
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
酸性加硫促進剤：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）
塩基性加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（１，３−ジフェニルグアニジン）

実施例１〜３および比較例１〜２
表１に示す配合処方にしたがって、まず、硫黄および加硫促進剤を除く配合剤を、容量１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーを用いて、温度が１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練り物を得た。得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、７０℃の条件下で２分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を所定のサイズに成形し、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することで、実施例１〜３および比較例１〜２の加硫ゴム試験片を得た。

（低温硬度測定）
加硫ゴム組成物から所定のサイズの加硫ゴム試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ ６２５３「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」に準じて、スプリング式タイプＡにて−１０℃の条件下で硬度を測定した。

（粘弾性試験）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪１０％、動歪０．５％の条件下で、−６０℃から７０℃までの加硫ゴム試験片の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、ｔａｎδ―温度カーブから、加硫ゴム試験片のガラス転移点（Ｔｇ）を算出した。数値が小さいほど、低温での動的な特性に優れていることを示す。

（雪上操縦安定性）
前記未加硫ゴム組成物を、通常用いられる方法でカレンダーロールによってキャップトレッドの形状に成形し、他のタイヤ部材と貼り合わせて、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することにより、スタッドレスタイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造し、圧雪路面のテストコースにおいて該タイヤを装着した車による実車走行をおこなった。そして、その際における操舵時のコントロールの安定性をテストドライバーが、比較例１の雪上操縦安定性指数を１００として官能評価した。なお、雪上操縦安定性指数が大きいほど、雪上路面における操縦安定性に優れていることを示す。

上記評価結果を表１に示す。

Claims (3)

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１００重量部に対して、
   ヨウ素吸着量が１００〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを５〜２００重量部、および
   ジメチルシリコーンオイルを２〜５０重量部含有し、
   該ジメチルシリコーンオイル１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物。
2. ジエン系ゴム１００重量部に対するジメチルシリコーンオイルの含有量が、５〜５０重量部である請求項１記載のキャップトレッド用ゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のキャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤ。