JP4883172B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、氷雪路面及び湿潤路面におけるグリップ性能を共に従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物に関する。
氷雪路用空気入りタイヤ(スタッドレスタイヤ)は、トレッドゴムの硬度を低温でも柔軟に維持することにより氷雪路面に対する凝着性を高め、グリップ性能を向上するようにしている。また、近年スタッドレスタイヤには、上述した氷雪路面での走行性能と共に、氷雪に覆われていない湿潤路面(ウェット路面)においても走行性能を向上することが求められている。このウェットグリップ性能を高くするため、一般にガラス転移温度(Tg)が高いスチレンブタジエンゴムを配合することが行われている。しかし、Tgが高いスチレンブタジエンゴムを配合すると、ゴム組成物全体のTgが高くなり、低温でのゴム硬度が大きくなるため氷雪路面に対する凝着性が悪化するという問題があった。
このため特許文献1は、天然ゴム及び/又はイソプレンゴム20〜80重量%とブタジエンゴム80〜20重量%からなるジエン系ゴム100重量部に対しガラス転移温度が−10℃以下のテルペン系樹脂を配合することにより、湿潤路面及び氷上での制動性能を向上することを提案している。しかし、このゴム組成物は、氷雪路面での走行性能と湿潤路面での走行性能とを更に高いレベルで両立させたいとする要望には十分とは言えず、未だ改善の余地があった。
特開2007−321093号公報
本発明の目的は、氷雪路面及び湿潤路面におけるグリップ性能を共に従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。
上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、末端変性スチレンブタジエンゴムを30〜80重量%、ブタジエンゴムを10〜50重量%、前記末端変性スチレンブタジエンゴム及びブタジエンゴムの合計を60〜100重量%含むジエン系ゴム100重量部に対し、CTAB比表面積が80〜1702/gであるシリカを60〜120重量部、テルペンフェノール樹脂を除く芳香族変性テルペン樹脂を3〜20重量部配合すると共に、前記末端変性スチレンブタジエンゴムの末端官能基が、水酸基又はN-メチルピロリドン基であり、前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度を−55〜−70℃、前記ジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及びオイル成分を含む可塑剤からなる成分の平均ガラス転移温度を−45〜−60℃し、かつ前記芳香族変性テルペン樹脂の水酸基価を0〜25KOHmg/g、ガラス転移温度を20〜80℃にしたことを特徴とする。
記可塑剤として、水酸基価が0〜20KOHmg/gであるテルペンフェノール樹脂を配合するときは、このテルペンフェノール樹脂の配合量(B)を、前記芳香族変性テルペン樹脂の配合量(A)との関係で、重量比B/(A+B)が0.9以下になるようにするとよい。
また、本発明のタイヤ用ゴム組成物は、氷雪路用空気入りタイヤ(スタッドレスタイヤ)のトレッド部に好ましく使用することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、末端変性スチレンブタジエンゴムを30〜80重量%、ブタジエンゴムを10〜50重量%、末端変性スチレンブタジエンゴム及びブタジエンゴムの合計を60〜100重量%含むジエン系ゴム100重量部に対し、CTAB比表面積が80〜1702/gであるシリカを60〜120重量部、テルペンフェノール樹脂を除く芳香族変性テルペン樹脂を3〜20重量部配合したことにより、末端変性スチレンブタジエンゴムが、シリカに作用してその分散性を改良するので、ウェットグリップ性能を向上することができる。また、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度を−55〜−70℃にしたことにより、低温でのゴム硬度の増大を抑制するため氷雪路面に対する凝着性を高めて氷雪グリップ性能を確保すると共に、ジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤からなる成分の平均ガラス転移温度を−45〜−60℃にしたことにより、0℃のtanδを高くしウェットグリップ性能を確保するため、氷雪路面及び湿潤路面におけるグリップ性能を共に従来レベル以上に向上することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、そのジエン系ゴムは末端変性スチレンブタジエンゴム(以下、「変性SBR」という。)及びブタジエンゴムを必ず含む。変性SBRを含有することにより、ゴム組成物中のシリカの分散性を改良し、ウェットグリップ性能(0℃のtanδ)を高くする。また、ブタジエンゴムを含有することにより、低温でのゴム硬度を柔軟に維持して氷雪路面に対する凝着性を高くする。
変性SBRの配合量は、ジエン系ゴム中30〜80重量%、好ましくは35〜75重量%にする。変性SBRの配合量が30重量%未満では、シリカの分散性を改良しウェットグリップ性能を向上することができない。また、変性SBRの配合量が80重量%を超えると、ジエン系ゴムのガラス転移温度が高くなり氷雪性能が悪化する。変性SBRとしては、スチレンブタジエンゴムの分子末端部分に水酸基、N−アルキル置換アミノケトン基、N−アルキル置換アミノチオケトン基、カルボキシル基、アルコキシシリル基から選ばれる末端官能基を導入した末端変性SBRが好ましく使用される。特に末端官能基として、水酸基、N−アルキル置換アミノケトン基又はN−アルキル置換アミノチオケトン基を導入することにより、シリカ表面のシラーノール基との相互作用を高くするため、シリカの分散性を一層向上することができる。
変性SBRとしては、スチレン含有量が好ましくは14〜40重量%、より好ましくは20〜35重量%、ビニル含有量が好ましくは10〜75重量%、より好ましくは30〜70重量%にするとよい。変性SBRにおけるスチレン含有量及びビニル含有量をこのような範囲内にすることにより、変性SBRのガラス転移温度を好適には−20〜−70℃、より好適には−20〜−65℃の範囲にすることができる。このような変性SBRは、通常の方法により製造することができる。また、市販品の中から適宜選択して使用してもよい。
ブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム中10〜50重量%、好ましくは15〜45重量%にする。ブタジエンゴムの配合量が10重量%未満では、低温でのゴム硬度を柔軟に維持することができない。また、ブタジエンゴムの配合量が50重量%を超えると、ウェットグリップ性能が低下する。ブタジエンゴムとしては、ビニル含有量が好ましくは80重量%以下、より好ましくは1〜75重量%にするとよい。ブタジエンゴムのビニル含有量をこのような範囲内にすることにより、ウェットグリップと氷雪性能とを両立することが可能になる。
本発明のゴム組成物は、変性SBR、ブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを配合してもよい。他のジエン系ゴムを配合することにより、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度及びジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤からなる成分の平均ガラス転移温度を後述するように好適な範囲に調整するのが容易になる。他のジエン系ゴムの配合量は、ジエン系ゴム中0〜40重量%、好ましくは5〜35重量%にする。他のジエン系ゴムとしては、例えば天然ゴム、イソプレンゴム、未変性のスチレンブタジエンゴム、ブチルゴム等を例示することができる。好ましくは天然ゴム、未変性のスチレンブタジエンゴムがよい。これら他のジエン系ゴムは、単独又は複数のブレンドとして配合することができる。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度(以下、「平均Tg1」という。)が−55〜−70℃である。平均Tg1を−55℃以下にすることにより、低温でのゴム硬度を柔軟に維持して氷雪路面に対する凝着性を高くし氷雪グリップ性能を確保することができる。ここで、ジエン系ゴムの平均Tg1とは、ジエン系ゴムを構成する変性SBR、ブタジエンゴム、任意成分である他のジエン系ゴムのそれぞれのTgと各ゴム成分の配合割合との積の合計として算出したガラス転移温度の平均値である。すなわち、n種類(nは2以上の整数)からなるジエン系ゴムにおいて、変性SBRのTgをT1[℃]、配合割合をW1[重量%]、ブタジエンゴムのTgをT2[℃]、配合割合をW2[重量%]、任意成分である他のジエン系ゴムのTgをTi[℃](i=3〜nの整数)、その配合割合をWi[重量%](i=3〜nの整数)とするとき、このジエン系ゴムの平均Tg1は、下記式(1)により算出する。
平均Tg1[℃]=Σ(Ti×Wi)/ΣWi (1)
(ただし、ΣWi=100[重量%]とする。)
また、各ジエン系ゴムのTgは、示差走査熱量測定(DSC)により10℃/分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。なお、各ジエン系ゴムが油展オイルを含む場合には、油展オイルを除いた状態のガラス転移温度とする。
本発明において、ジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤からなる成分の平均ガラス転移温度(以下、「平均Tg2」という。)は−45〜−60℃である。平均Tg2を−45℃以下にすることにより、ウェットグリップ性能と氷雪性能を両立することが可能になる。ここで、ジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤からなる成分の平均Tg2とは、ジエン系ゴム、後述するテルペンフェノール樹脂を除く芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤からなる成分のガラス転移温度の平均値である。平均Tg2は、上述した平均Tg1と同様の計算方法により、各成分のTgとその配合割合との積の合計として算出するものとする。すなわち、ジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤から選ばれたm種類(mは2以上の整数)から構成される成分において、j番目の成分のTgをTj[℃](j=1〜mの整数)、その配合割合をWj[重量部](Wjはジエン系ゴム100重量部に対する配合量、j=1〜mの整数)とするとき、平均Tg2は、下記式(2)により算出する。
平均Tg2[℃]=Σ(Tj×Wj)/ΣWj (2)
なお、ジエン系ゴムは、上述の通り、変性SBR、ブタジエンゴム、任意成分である他のジエン系ゴムから構成され、その平均Tg1は上記式(1)により求められる。よって、式(2)において、j=1のときジエン系ゴムを表し、W1=100、T1=Tg1である。また、任意成分である可塑剤は、各ジエン系ゴムが含有する油展オイル、ゴム組成物に任意に配合するオイル成分、樹脂成分及びテルペンフェノール樹脂から構成されるものとする。なお、芳香族変性テルペン樹脂及び可塑剤のガラス転移温度は、上述したジエン系ゴムのガラス転移温度と同様の方法で測定するものとする。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、芳香族変性テルペン樹脂を配合することにより氷雪路面及び湿潤路面におけるグリップ性能を共に改良する。なお、本明細書において、芳香族変性テルペン樹脂とは、テルペンフェノール樹脂を除くものとする。すなわち、芳香族変性テルペン樹脂を配合せずに、テルペンフェノール樹脂だけを配合すると、低温時のゴム硬度を柔軟に維持することができず氷雪路面におけるグリップ性能が悪化する。芳香族変性テルペン樹脂は、テルペンとフェノールを除く芳香族化合物とを重合することにより得られる。テルペンとしては、例えばα−ピネン、β−ピネン、ジペンテン、リモネンなどが例示される。芳香族化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、インデンなどが例示される。このような芳香族変性テルペン樹脂は、ジエン系ゴムとの相溶性が良好であるため、ゴム組成物の0℃のtanδを高くし、ウェットグリップ性能が向上する。
芳香族変性テルペン樹脂の水酸基価は、0〜25KOHmg/gにする。芳香族変性テルペン樹脂の水酸基価を25KOHmg/g以下にすることにより、0℃のtanδが増加し、ウェットグリップ性能が向上する。なお、芳香族変性テルペン樹脂の水酸基価は、JIS K1557−1に準拠して測定するものとする。
芳香族変性テルペン樹脂のガラス転移温度は、20〜80℃にする。芳香族変性テルペン樹脂のガラス転移温度を20℃以上にすることにより、0℃のtanδが増加し、ウェットグリップ性能が向上する。
芳香族変性テルペン樹脂の配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し3〜20重量部、好ましくは5〜20重量部である。芳香族変性テルペン樹脂の配合量が3重量部未満であると、湿潤路面でのグリップ性能を十分に高くすることができない。また、芳香族変性テルペン樹脂の配合量が20重量部を超えると、湿潤路面でのグリップ性能は向上するが、氷雪性能が低下するため好ましくない。
本発明のゴム組成物において、可塑剤としてテルペンフェノール樹脂を配合することができる。テルペンフェノール樹脂を配合することにより、湿潤路面でのグリップ性能は向上する。テルペンフェノール樹脂としては、水酸基価が好ましくは0〜20KOHmg/gのものを使用する。テルペンフェノール樹脂の水酸基価を20KOHmg/g以下にすることにより、湿潤路面でのグリップ性能と氷雪性能を高次にバランスできる。
テルペンフェノール樹脂を配合するときは、上述した芳香族変性テルペン樹脂の配合量(A)とテルペンフェノール樹脂の配合量(B)との関係において、重量比(B/A+B)が好ましくは0.9以下、より好ましくは0.1〜0.7になるようにする。重量比(B/A+B)を0.9以下にすることにより、湿潤路面でのグリップ性能と氷雪性能を高次にバランスできる。
本発明のゴム組成物は、シリカを配合することによりウェットグリップ性能(0℃のtanδ)を高くする。シリカとしては、CTAB比表面積が80〜170m2/gのものを使用する。シリカのCTAB比表面積が802/g未満であると、ゴム組成物に対する補強性が不十分となる。また、シリカのCTAB比表面積が1702/gを超えると、氷雪性能が低下するため好ましくない。なお、本発明において、シリカのCTAB比表面積は、JIS K6221に準拠して測定するものとする。シリカの種類としては、通常タイヤ用ゴム組成物に配合されるシリカであればよく、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。
シリカの配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し60〜120重量部、好ましくは60〜100重量部である。シリカの配合量が、60重量部未満であるとウェットグリップ性能(0℃のtanδ)を高くすることができない。また、シリカの配合量が、120重量部を超えるとゴムの加工性が著しく悪化する。
本発明において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性を改良することができ好ましい。シランカップリング剤の配合量は、シリカの配合量に対し、好ましくは3〜15重量%、より好ましくは4〜10重量%にするとよい。シランカップリング剤の配合量が3重量%未満であると、シリカの分散性を十分に改良することができない。また、シランカップリング剤の配合量が15重量%を超えると、シランカップリング剤同士が凝集・縮合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。
シランカップリング剤の種類としては、特に制限されるものではないが、硫黄含有シランカップリング剤が好ましい。硫黄含有シランカップリング剤としては、例えばビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラサルファイド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジサルファイド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合することによりゴムの強度を高くする。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し好ましくは2〜70重量部、より好ましくは3〜60重量部にするとよい。カーボンブラックの配合量が2重量部未満の場合には、ゴム強度を十分に高くすることができない。また、カーボンブラックの配合量が70重量部を超えると転がり抵抗が悪化する。
また、シリカ、カーボンブラック以外の他の無機充填剤を配合してもよい。他の無機充填剤としては、例えばクレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム等が例示される。
タイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、カップリング剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。このようなゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、スタッドレスタイヤのトレッド部として好適に使用することができる。また、このスタッドレスタイヤは、氷雪路面及び湿潤路面におけるグリップ性能が共に従来レベル以上に優れる。
以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
表1,2に示す配合に、表3に示す配合剤(ジエン系ゴム100重量部に対する配合量[重量部]を記載)を共通配合として処方した15種類のタイヤ用ゴム組成物(実施例1〜7、比較例1〜8)を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を1.8Lの密閉型ミキサーで5分間混練し、140℃に達したときに放出し室温冷却しマスターバッチを得た。このマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混合することにより、タイヤ用ゴム組成物を調製した。なお、各タイヤ用ゴム組成物におけるジエン系ゴムの平均ガラス転移温度(平均Tg1)及びジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及び任意成分である可塑剤からなる成分の平均ガラス転移温度(平均Tg2、表1,2中「ジエン系ゴムに可塑剤等を加えた成分の平均Tg2」と表した)をそれぞれ前述した方法で求め表1,2に示した。
得られた15種類のタイヤ用ゴム組成物を15×15×0.2cmの金型中で、160℃、15分間加硫して加硫ゴムシートを作製し、下記に示す方法でウェットグリップ性能及び氷雪グリップ性能を評価した。
ウェットグリップ性能
得られた加硫ゴムシートの動的粘弾性をJIS K6394に準拠して、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、伸長変形歪率10%±2%、振動数20Hzの条件で、温度0℃のtanδを測定した。得られた結果は、比較例1の値を100とする指数として、表1,2の「ウェットグリップ性能」欄に示した。この指数が大きいほど0℃のtanδが大きくウェットグリップ性能が優れることを意味する。
氷雪グリップ性能
得られた加硫ゴムシートのゴム硬度をJIS K6253に準拠して、デュロメータのタイプAにより温度−10℃で測定した。得られた結果は、比較例1の値の逆数を100とする指数として、表1,2の「氷雪グリップ性能」欄に示した。この指数が大きいほど−10℃のゴム硬度が小さく、氷雪グリップ性能が優れることを意味する。
Figure 0004883172
Figure 0004883172
なお、表1,2において使用した原材料の種類を下記に示す。
・変性SBR1:水酸基で末端を変性したスチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol NS530、ゴム成分100重量部に対し油展オイル20重量部を含む油展品、スチレン含有量30重量%、ビニル含有量60重量%、油展オイルを除いた状態のガラス転移温度−25℃、油展オイルを含む状態のガラス転移温度−31℃
・変性SBR2:N−メチルピロリドン基で末端を変性したSBR、日本ゼオン社製Nipol NS116、スチレン含有量23重量%、ビニル含有量70重量%、油展オイルを除いた状態のガラス転移温度−21℃
・SBR:スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol 1502、スチレン含有量25重量%、ビニル含有量15重量%、ガラス転移温度−54℃
・BR:ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol BR1220、シス含有量98重量%、ビニル含有量2重量%、ガラス転移温度−105℃
・NR:天然ゴム、RSS#3、ガラス転移温度−65℃
・シリカ1:Rhodia社製Zeosil 1165MP、CTAB比表面積152m2/g
・シリカ2:Rhodia社製Zeosil 1115MP、CTAB比表面積115m2/g
・シリカ3:東ソーシリカ社製NIPSIL AQ、CTAB比表面積180m2/g
・オイル:アロマ系オイル、昭和シェル石油社製エキストラクト4号S、ガラス転移温度−36℃
・芳香族変性テルペン樹脂1:スチレン変性テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製YSレジンTO−125、ガラス転移温度65℃、水酸基価≒0KOHmg/g(極微量のため検出不可能)
・芳香族変性テルペン樹脂2:スチレン変性テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製YSレジンTO−085、ガラス転移温度25℃、水酸基価3KOHmg/g
・テルペンフェノール樹脂:ヤスハラケミカル社製YSポリスターU115、ガラス転移温度56℃、水酸基価6KOHmg/g
Figure 0004883172
表1に示した本発明のタイヤ用ゴム組成物(実施例1〜7)は、ウェットグリップ性能及び氷雪グリップ性能が共に優れることが確認された。また表2において、比較例2は、CTAB比表面積が180m/gであるシリカ3を配合したためウェットグリップ性能及び氷雪グリップ性能が共に劣る。また、ゴムの加工性が悪化した。比較例3は、変性SBRの代わりに未変性のSBRを配合したためウェットグリップ性能が劣る。比較例4は、芳香族変性テルペン樹脂の代わりにテルペンフェノール樹脂を配合したため氷雪グリップ性能が劣る。比較例5は、ジエン系ゴムに芳香族変性テルペン樹脂、可塑剤等を加えた成分の平均Tg2が−45℃より高いため氷雪グリップ性能が劣る。比較例6は、変性SBRの配合量が下限値、ブタジエンゴムの配合量が上限値であると共に平均Tg2が−45℃より高いためウェットグリップ性能及び氷雪グリップ性能が共に劣る。比較例7は、芳香族変性テルペン樹脂を配合せず、かつジエン系ゴムの平均Tg1が−55℃より高いため氷雪グリップ性能が劣る。比較例8は、平均Tg2が−45℃より高いため氷雪グリップ性能が劣る。

Claims (3)

  1. 末端変性スチレンブタジエンゴムを30〜80重量%、ブタジエンゴムを10〜50重量%、前記末端変性スチレンブタジエンゴム及びブタジエンゴムの合計を60〜100重量%含むジエン系ゴム100重量部に対し、CTAB比表面積が80〜1702/gであるシリカを60〜120重量部、テルペンフェノール樹脂を除く芳香族変性テルペン樹脂を3〜20重量部配合すると共に、前記末端変性スチレンブタジエンゴムの末端官能基が、水酸基又はN-メチルピロリドン基であり、前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度を−55〜−70℃、前記ジエン系ゴム、芳香族変性テルペン樹脂及びオイル成分を含む可塑剤からなる成分の平均ガラス転移温度を−45〜−60℃し、かつ前記芳香族変性テルペン樹脂の水酸基価を0〜25KOHmg/g、ガラス転移温度を20〜80℃にしたタイヤ用ゴム組成物。
  2. 前記可塑剤として、水酸基価が0〜20KOHmg/gであるテルペンフェノール樹脂を含み、該テルペンフェノール樹脂の配合量(B)を、前記芳香族変性テルペン樹脂の配合量(A)との関係で、重量比B/(A+B)が0.9以下になるようにした請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。
  3. た請求項1又は2に記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に使用したスタッドレスタイヤ。
JP2009280831A 2009-12-10 2009-12-10 タイヤ用ゴム組成物 Active JP4883172B2 (ja)

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