JP5006617B2 - ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤに関する。

従来より、タイヤの転がり抵抗の低減（転がり抵抗性能の向上）により、車の低燃費化がおこなわれてきた。近年、車の低燃費化への要求がますます強くなってきており、タイヤ部材のなかでも、とくにタイヤにおける占有比率の高いトレッドを製造するためのゴム組成物に対して、より優れた低発熱性が要求されている。

トレッドに使用されるゴム組成物の低発熱性を向上させる手法としては、補強用充填剤の配合量を減量する方法が知られている。しかし、その場合、ゴム組成物の硬度が低下するためタイヤが軟化し、車のハンドリング性能（操縦安定性）およびタイヤのウェットスキッド性能が低下するという問題があった。

ウェットスキッド性能を向上させる手法としては、無水シリカと含水シリカとを配合する手法（たとえば、特許文献１参照）も知られている。しかし、転がり抵抗を充分に低減させることができず、低燃費化の要求を満たせないという問題があった。

特開２００３−１９２８４２号公報

本発明は、転がり抵抗を低減させ、ウェットスキッド性能、耐摩耗性および操縦安定性を向上させることができるゴム組成物ならびにそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分１００重量部に対して、チッ素吸着比表面積が１００ｍ²／ｇ以下であるシリカ（１）１種類以上、およびチッ素吸着比表面積が１８０ｍ²／ｇ以上であるシリカ（２）１種類以上を合計３０〜１５０重量部、ならびに平均１次粒子径が２００ｎｍ以下である微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有し、シリカ（１）の配合量およびシリカ（２）の配合量が以下の式を満たすゴム組成物。
〔シリカ（１）の配合量〕×０．２≦〔シリカ（２）の配合量〕
≦〔シリカ（１）の配合量〕×６．５

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤに関する。

本発明によれば、ゴム成分、２種類以上のシリカおよび微粒子状酸化亜鉛を所定量配合し、２種類のシリカの配合比を所定の範囲内に設定することで、転がり抵抗を低減させ、ウェットスキッド性能、耐摩耗性および操縦安定性を向上させることができるゴム組成物ならびにそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供することができる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分、シリカおよび微粒子状酸化亜鉛を配合する。

ゴム成分としては、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）、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）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などがあげられ、これらのゴム成分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。なかでも、転がり抵抗特性およびウェットスキッド性能をバランスよく向上させられることから、ＳＢＲが好ましい。

シリカとしては、とくに制限されるわけではないが、乾式法により調製されたシリカ（無水シリカ）や湿式法により調製されたシリカ（含水シリカ）などがあげられ、表面のシラノール基が多く、シランカップリング剤との反応店が多いという理由から、湿式法により調製されたシリカが好ましい。

本発明では、シリカとしては、転がり抵抗の低減とウェットスキッド性能の向上を両立できるという理由から、下記条件を満たすシリカ（１）およびシリカ（２）を使用する。

シリカ（１）のチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１００ｍ²／ｇ以下、好ましくは８０ｍ²／ｇ以下、より好ましくは６０ｍ²／ｇ以下である。シリカ（１）のＮ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇをこえると、シリカ（２）とブレンドすることによる効果が小さい。また、シリカ（１）のＮ₂ＳＡは２０ｍ²／ｇ以上が好ましく、３０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。シリカ（１）のＮ₂ＳＡが２０ｍ²／ｇ未満では、得られるゴム組成物の破壊強度が低下し、耐摩耗性や操縦安定性にも劣る傾向がある。

このシリカ（１）は、とくに制限されるわけではないが、たとえば、デグッサ社製のウルトラジル３６０、ローディア社製のＺ４０、ローディア社製のＲＰ８０などとして入手できる。

シリカ（１）としては、１種のみを用いてもよいが、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

シリカ（１）の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１０重量部以上が好ましく、２０重量部以上がより好ましい。シリカ（１）の配合量が１０重量部未満では、転がり抵抗を充分に低減させられない傾向がある。また、シリカ（１）の配合量は１２０重量部以下が好ましく、８０重量部以下がより好ましい。シリカ（１）の配合量が１２０重量部をこえると、転がり抵抗を低減させることはできても、破壊強度が低下する傾向がある。

シリカ（２）のＮ₂ＳＡは１８０ｍ²／ｇ以上、好ましくは１９０ｍ²／ｇ以上、より好ましくは２００ｍ²／ｇ以上である。シリカ（２）のＮ₂ＳＡが１８０ｍ²／ｇ未満では、シリカ（１）とブレンドすることによる転がり抵抗の低減とウェットスキッド性能の向上の両立ができない。また、シリカ（２）のＮ₂ＳＡは３００ｍ²／ｇ以下が好ましく、２４０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。シリカ（２）のＮ₂ＳＡが３００ｍ²／ｇをこえると、加工性が悪化するだけでなく、転がり抵抗も充分に低減させられない傾向がある。

このシリカ（２）は、とくに制限されるわけではないが、たとえば、ローディア社製のゼオシル１２０５ＭＰなどとして入手できる。

シリカ（２）としては、１種のみを用いてもよいが、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

シリカ（２）の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上が好ましく、１０重量部以上がより好ましい。シリカ（２）の配合量が５重量部未満では、充分な操縦安定性が得られない傾向がある。また、シリカ（２）の配合量は１００重量部以下が好ましく、６０重量部以下がより好ましい。シリカ（２）の配合量が１００重量部をこえると、操縦安定性は向上しても、加工性が悪化する傾向がある。

シリカ（１）とシリカ（２）の合計配合量は、ゴム成分１００重量部に対して３０重量部以上、好ましくは４０重量部以上、より好ましくは５０重量部以上である。シリカ（１）とシリカ（２）の合計配合量が３０重量部未満では、シリカ（１）とシリカ（２）をブレンドすることによる充分な補強効果が得られない。また、シリカ（１）とシリカ（２）の合計配合量は１５０重量部以下、好ましくは１２０重量部以下、より好ましくは１００重量部以下である。シリカ（１）とシリカ（２）の合計配合量が１５０重量部をこえると、ゴム組成物中において、シリカが均一に分散することが困難となり、ゴム組成物の加工性が悪化するだけでなく、転がり抵抗も増大する。

シリカ（１）の配合量およびシリカ（２）の配合量は、以下の式を満たす。
〔シリカ（１）の配合量〕×０．２≦〔シリカ（２）の配合量〕
≦〔シリカ（１）の配合量〕×６．５

シリカ（２）の配合量は、シリカ（１）の配合量の０．２倍以上、好ましくは０．５倍以上である。シリカ（２）の配合量がシリカ（１）の配合量の０．２倍未満では、操縦安定性が低下する。また、シリカ（２）の配合量は、シリカ（１）の配合量の６．５倍以下、好ましくは４倍以下、より好ましくは等倍（１倍）以下である。シリカ（２）の配合量がシリカ（１）の配合量の６．５倍をこえると、転がり抵抗が増大する。

本発明で使用する微粒子状酸化亜鉛は、平均１次粒子径が２００ｎｍ以下のものである。

微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径は２００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以下である。微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径が２００ｎｍをこえると、クラックの基点となる可能性が大きく、カットチップ性能に劣り、耐摩耗性が低下する。また、微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径は１ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。微粒子状酸化亜鉛の平均１次粒子径が１ｎｍ未満では、微粒子すぎて、酸化亜鉛の分散性に劣り、転がり抵抗が増大してしまう傾向がある。

微粒子状酸化亜鉛の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して０．１重量部以上、好ましくは０．５重量部以上である。微粒子状酸化亜鉛の配合量が０．１重量部未満では、微粒子状酸化亜鉛の配合による加硫促進助剤としての効果が得られず、適切な加硫ができない。また、微粒子状酸化亜鉛の配合量は１０重量部以下、好ましくは８重量部以下である。微粒子状酸化亜鉛の配合量が１０重量部をこえると、耐摩耗性が悪化する。

本発明のゴム組成物には、シリカとともに通常使用されるシランカップリング剤を配合することが好ましい。

シランカップリング剤としては、従来からゴム工業で使用されるものであれば、とくに限定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、これらのシランカップリング剤は、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

シランカップリング剤の配合量は、シリカ１００重量部に対して２重量部以上が好ましく、５重量部以上がより好ましい。シランカップリング剤の配合量が２重量部未満では、シリカの分散性が悪化する傾向がある。また、シランカップリング剤の配合量は２０重量部以下が好ましく、１５重量部以下がより好ましい。シランカップリング剤の配合量が２０重量部をこえると、ブリードする傾向がある。なお、本発明では、シランカップリング剤の配合量は、シリカの合計配合量に対するものをいう。

本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、シリカ、微粒子状酸化亜鉛およびシランカップリング剤以外にも、従来から、ゴム組成物の製造に一般的に使用される配合剤、たとえば、カーボンブラック、クレーなどの充填剤、各種老化防止剤、プロセスオイル、ステアリン酸、ワックス、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤、加工助剤などを必要に応じて通常使用される量を配合することができる。

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどでゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、微粒子酸化亜鉛、必要に応じて前記配合剤を混練りし、その後加硫することにより、本発明のゴム組成物を製造することができる。

本発明のゴム組成物は、タイヤ用として使用されるものであり、耐摩耗性を向上させることができるという理由から、タイヤ部材のなかでも、トレッドとして使用することが好ましい。

本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物をトレッドに用いて通常の方法により製造される。すなわち、本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドの形状にあわせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて他のタイヤ部材と貼り合わせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによって、本発明のタイヤを製造できる。

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

以下、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。
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：旭化成（株）製のＥ１５
シリカ（１）：デグッサ社製のウルトラジル３６０（Ｎ₂ＳＡ：５０ｍ²／ｇ）
シリカ（２）：ローディア社製のゼオシル１２０５ＭＰ（Ｎ₂ＳＡ：２００ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ７５（ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
アロマチックオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ−２４
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛（平均１次粒子径：２９０ｎｍ）
微粒子状酸化亜鉛：ハクスイテック（株）製のジンコックススーパーＦ−２（平均１次粒子径：６５ｎｍ）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸「椿」
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン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）
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
硫黄：軽井沢硫黄（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＣＺ：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）
加硫促進剤ＤＰＧ：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）

実施例１〜５および比較例１〜２
表１に示す配合処方にしたがい、バンバリー型ミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を１５０℃の条件下で３分間混練りし、混練り物を得た。つぎに、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、ロールを用いて、８０℃の条件下で３分間練り込み、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トレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材と貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１６０℃の条件下で２０分間プレス加硫し、実施例１〜５および比較例１〜２の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

（転がり抵抗）
転がり抵抗試験機を用いて、製造した試験用タイヤをリム（１５×６ＪＪ）、内圧（２３０ｋＰａ）および荷重（３．４３ｋＮ）の条件下で速度（８０ｋｍ／ｈ）で走行させたときの転がり抵抗を測定し、比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、以下に示す計算式により、各配合の転がり抵抗を指数表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗を低減でき、好ましいことを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１の転がり抵抗）／（各配合の転がり抵抗）×１００

（ウェットスキッド性能）
製造した試験用タイヤを、試験車（国産ＦＦ２０００ｃｃ）の全輪に装着させ、湿潤アスファルト路面にて、初速度１００ｋｍ／ｈで走行中にブレーキを踏み、制動距離を測定した。そして、比較例１のウェットスキッド性能指数を１００とし、以下に示す計算式により、各配合の制動距離を指数表示した。なお、ウェットスキッド性能指数が大きいほど、ウェットスキッド性能が良好であることを示す。
（ウェットスキッド性能指数）＝（比較例１の制動距離）
÷（各配合の制動距離）×１００

（耐摩耗性）
製造した試験用タイヤを試験車（国産ＦＦ２０００ｃｃ）の全輪に装着させて実車走行させ、３００００ｋｍ走行前後のトレッドパターンの溝深さの変化を算出した。そして、比較例１の耐摩耗性指数を１００とし、以下に示す計算式により、各配合の溝深さの変化を指数表示した。なお、耐摩耗性指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
（耐摩耗性指数）＝（比較例１の溝深さの変化）
÷（各配合の溝深さの変化）×１００

（操縦安定性）
製造した試験用タイヤを試験車（国産ＦＦ２０００ｃｃ）の全輪に装着させてテストコースを実車走行させ、ドライバーの官能評価により操縦安定性を評価した。評価は、比較例１の操縦安定性を６点とし、１０点満点で相対評価を行なった。なお、操縦安定性の評点が大きいほど、操縦安定性に優れることを示す。

前記評価結果を表１に示す。

Claims (4)

1. スチレンブタジエンゴムおよび／またはブタジエンゴムを含んでなるゴム成分１００重量部に対して、
   チッ素吸着比表面積が２０ｍ ² ／ｇ以上１００ｍ²／ｇ以下であるシリカ（１）１種類以上、およびチッ素吸着比表面積が１８０ｍ²／ｇ以上３００ｍ ² ／ｇ以下であるシリカ（２）１種類以上を合計３０〜１５０重量部、ならびに
   平均１次粒子径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有し、
   シリカ（１）の配合量およびシリカ（２）の配合量が以下の式を満たすゴム組成物。
   〔シリカ（１）の配合量〕×０．２≦〔シリカ（２）の配合量〕
   ≦〔シリカ（１）の配合量〕×６．５
2. ゴム成分が、スチレンブタジエンゴムを含んでなる請求項１記載のゴム組成物。
3. ゴム成分が、スチレンブタジエンゴムからなるものである請求項１記載のゴム組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤ。