JP5073254B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

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本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
レースに使用される競技用タイヤなどの高性能タイヤに要求される性能としては、主として高いレベルの耐摩耗性、グリップ性能などが挙げられる。タイヤの耐摩耗性を改良する方法としては、一般的に充填剤としてカーボンブラックを配合することが行われている。また、タイヤのグリップ性能を改良する方法としては、一般的にガラス転移温度の高いゴムをタイヤ用ゴム組成物に配合する方法、または表面積の大きいカーボンブラックなどの充填剤をタイヤ用ゴム組成物に配合する方法が行われている。
特許文献1には、チッ素吸着比表面積および圧縮ジブチルフタレート吸油量が小さく、950℃における揮発分が2重量%以下で、さらに、凝集体分布の小さいカーボンブラックを配合したタイヤトレッド用ゴム組成物が開示されているが、充分なグリップ性能および耐摩耗性が得られなかった。
このように、耐摩耗性およびグリップ性能をともに高いレベルまで向上したタイヤトレッド用ゴム組成物はいまだに得られていないのが現状である。
特開2001−81239号公報
本発明は、高レベルまで耐摩耗性およびグリップ性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。
本発明は、スチレン量が20〜50%のスチレン−ブタジエンゴムを含有するゴム成分、およびチッ素吸着比表面積が180m2/g以上、ヨウ素吸着量が150mg/g以上、臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積が120〜250m2/g、ジブチルフタレート吸油量が120ml/100g以上、圧縮ジブチルフタレート吸油量が108ml/100g以上、ヨウ素吸着量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積の比が0.4〜0.8、ならびに遠心沈降法による凝集体ストークス相当径(Dst)に対する該凝集体分布の半値幅(ΔDst)の比(ΔDst/Dst)が0.85〜1.5であるカーボンブラックを配合するタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
前記タイヤトレッド用ゴム組成物は、さらに、ゴム成分100重量部に対して、軟化剤を20〜160重量部配合し、カーボンブラックの配合量が30〜190重量部であり、軟化剤の配合量に対するカーボンブラックの配合量の比が1〜1.2であることが好ましい。
前記スチレン−ブタジエンゴムはカップリングされておらず、重量平均分子量が90万以上であることが好ましい。
本発明によれば、特定のカーボンブラックおよびスチレン量が20〜50%のスチレンブタジエンゴムを組み合わせて配合することにより、高速走行におけるアブレージョン摩耗の発生を抑制し、常に良好な接地状態や摩耗係数を維持でき、さらに、耐摩耗性、グリップ性能、外乱吸収性および操縦安定性を高レベルまで向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することができる。また、スチレンブタジエンゴムとして、カップリングされておらず、重量平均分子量が90万以上のものを使用すれば、高歪における弾性率を高くして操縦性能を向上させ、低歪における弾性率を低減して外乱吸収性を向上させることができ、結果として、優れた操縦安定性を有するトレッド用ゴム組成物を提供することもできる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)を含有するゴム成分および特定のカーボンブラックを含む。
SBRのスチレン量は20%以上、好ましくは30%以上である。スチレン量が20%未満では、必要とするグリップ性能が得られない。また、SBRのスチレン量は50%以下、好ましくは45%以下である。スチレン量が50%をこえると、低温における硬度が大きいため、低温時における充分なグリップ性能が得られない。
本発明では、SBRは、カップリングされていないことが好ましい。カップリングされたSBRを使用すると、高歪での弾性率が低下し、操縦安定性が損なわれる傾向がある。
SBRの重量平均分子量(Mw)は90万以上が好ましく、100万以上がより好ましい。SBRのMwが90万未満では、高歪での弾性率が低下し、操縦安定性が損なわれる傾向がある。また、SBRのMwは220万以下が好ましく、200万以下がより好ましい。SBRのMwが220万をこえると、混合工程において、SBRの分散不良を引き起こし、期待される性能を発揮することができない傾向がある。
なお、本発明では、カップリングされておらず、スチレン量が20〜50%であり、Mwが90万以上のSBRを使用すれば、高歪における弾性率を低減することなく、低歪における弾性率を効果的に低減することができ、外乱吸収性を向上させることができる。また、本発明では、カップリングされておらず、スチレン量が20〜50%であり、Mwが90万以上のSBRと、それ以外のSBRを組み合わせて配合することもできる。
カップリングされておらず、スチレン量が20〜50%であり、Mwが90万以上のSBRを使用する場合、ゴム成分中における該SBRの含有率は20重量%以上が好ましく、25重量%以上がより好ましい。該SBRの含有率が20重量%未満では、粘弾性におけるtanδが不充分となり、充分なグリップ性能を発揮することができない傾向がある。また、該SBRの含有率は50重量%以下が好ましく、45重量%以下がより好ましい。該SBRの含有率が50重量%をこえると、混合工程において、SBRの分散不良を引き起こし、期待される性能を発揮することができない傾向がある。
ゴム成分中におけるSBRの合計含有率は60重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましい。合計含有率が60重量%未満では、必要とする充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、合計含有率は100重量%であることがもっとも好ましい。
ゴム成分としては、天然ゴム、ブタジエンゴムなどの一般的なジエン系ゴムをスチレン−ブタジエンゴムと併用してもよい。
本発明では、ゴム成分として前記SBRを使用したうえで、さらに、以下のカーボンブラックを使用することによりはじめて、得られたゴム組成物のグリップ性能および耐摩耗性能を大幅に向上することができる。また、前記条件を満たすカーボンブラックは、低歪における弾性率を増大させることなく、高歪における弾性率のみを効果的に高し、操縦性能を向上させることが可能なので、カップリングされておらず、スチレン量が20〜50%であり、Mwが90万以上のSBRとともに使用すれば、操縦性能および外乱吸収性をともに向上させ、操縦安定性を向上させることができる。
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(N2SA)は180m2/g以上、好ましくは185m2/g以上である。N2SAが180m2/g未満では、充分なグリップ性能が得られない。また、カーボンブラックのN2SAは300m2/g以下が好ましく、280m2/g以下がより好ましい。N2SAが300m2/gをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。
カーボンブラックのヨウ素吸着量(IA)は150mg/g以上、好ましくは190mg/g以上である。IAは150mg/g未満では、充分なグリップ性能が得られない。また、カーボンブラックのIAは350mg/g以下が好ましく、330mg/g以下がより好ましい。IAが350mg/gをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。
カーボンブラックの臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積(CTAB)は120m2/g以上、好ましくは140m2/g以上、より好ましくは155m2/g以上である。CTABが120m2/g未満では、必要とする充分なグリップ性能が得られない。また、CTABは250m2/g以下、好ましくは230m2/g以下である。CTABが250m2/gをこえると、硬度が大きいため充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練りにおける加工性や充填剤の分散性が低下する。
ヨウ素吸着量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積の比(CTAB/IA)は0.4以上、好ましくは0.6以上である。CTAB/IAが0.4未満では、耐摩耗性能が悪化する。また、CTAB/IAは0.8以下、好ましくは0.7以下である。CTAB/IAが0.8をこえると、充分なグリップ性能が得られない。
カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量(DBP)は120ml/100g以上、好ましくは125ml/100g以上である。DBPが120ml/100g未満では必要とする耐摩耗性が得られない。また、カーボンブラックのDBPは150ml/100g以下が好ましく、140ml/100g以下がより好ましい。DBPが150ml/100gをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能を得られない傾向がある。
カーボンブラックの圧縮ジブチルフタレート吸油量(24M4DBP)は108ml/100g以上、好ましくは110ml/100g以上である。24M4DBPが108ml/100g未満では、必要とする耐摩耗性が得られない。また、カーボンブラックの24M4DBPは130ml/100g以下が好ましく、125ml/100g以下がより好ましい。24M4DBPが130ml/100gをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。
本発明で使用するカーボンブラックは、特定の遠心沈降法による凝集体ストークス相当径(Dst)および凝集体分布の半値幅(ΔDst)を有することが好ましい。ここで、本発明におけるDstおよびΔDstの測定法の一例を以下に示す。
カーボンブラックを少量の界面活性剤を含む20容量%のエタノール水溶液と混合して、超音波により充分に分散させることで分散液を作成する。次に、スピン液として蒸留水13mlを加えた回転ディスクの回転数を8000rpmとし、前記分散液を0.5mlを加え、それと同時に記録計を作動させて、回転ディスクの外周近傍の一定点を通過するカーボンブラックの一次凝集体(アグリゲート)の量を光学的に測定し、吸光度を時間に対する連続曲線として記録し、沈降時間からストークスの相当径を換算して分布曲線を作成する。分布曲線において、Dstは、その分布曲線における最大吸光度(最大頻度)を与えるストークス相当径をいい、また、ΔDstは、最大頻度の50%の頻度が得られる2つのストークス相当径の絶対値をいう。なお、ここで記載した回転数などの条件は一具体例にすぎないことは言うまでもない。
Dstに対するΔDstの比(ΔDst/Dst)は0.85以上、好ましくは0.95以上である。ΔDst/Dstが0.85未満では、ゴムの硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する。また、ΔDst/Dstは1.5以下、好ましくは1.35以下である。ΔDst/Dstが1.5をこえると、耐アブレージョン摩耗性能を含む耐摩耗性能が充分に得られない。Dstに対するΔDstの比が小さいほど、カーボンブラックのアグリゲートの分布が小さいことをいう。なお、アブレージョン摩耗とは、硬く、鋭い突起(アスファルト舗装における骨材など)が、ゴム表面を引っかくときに生じる摩耗のことであり、滑り方向に対して直角に、波状の摩耗痕が発生する。
本発明において使用するカーボンブラックは、表面活性が低く、ストラクチャーが改善され、さらに、カーボンブラックの凝集体分布が最適化されており、該カーボンブラックおよびSBRを含有する本発明のゴム組成物は、ヒステリシスロスを増加してグリップ性能が向上するとともに、さらに、耐摩耗性をも著しく改善することができる。そのため、近年における車両の高速化および運動性能の向上にも適応し、優れたグリップ性能および耐摩耗性を示す空気入りタイヤを本発明のゴム組成物から作製することが可能である。
カーボンブラックの配合量は、ゴム成分100重量部に対して30重量部以上が好ましく、50重量部以上がより好ましい。カーボンブラックの配合量が30重量部未満では、充分な耐摩耗性が得られず、さらに、持続したグリップ性能の維持ができない傾向がある。また、カーボンブラックの配合量は、ゴム成分100重量部に対して190重量部以下が好ましく、170重量部以下がより好ましい。カーボンブラックの配合量が190重量部をこえると、発熱が著しく、それによるグリップ性能の低下が著しい傾向がある。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分およびカーボンブラックのほかに、軟化剤を配合することが好ましい。軟化剤としては、アロマチックオイルなどが挙げられる。
軟化剤の配合量は、ゴム成分100重量部に対して20重量部以上が好ましく、40重量部以上がより好ましい。軟化剤の配合量が20重量部未満では、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。また、軟化剤の配合量は、ゴム成分100重量部に対して160重量部以下が好ましく、140重量部以下がより好ましい。軟化剤の配合量が160重量部をこえると、硬度が小さいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。
軟化剤の配合量に対するカーボンブラックの配合量の比は1〜1.2であることが好ましい。1未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、1.2をこえると、得られたゴム組成物について適当な硬度が得られず、グリップ性能が低下する傾向がある。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ほかに、通常タイヤ用ゴム組成物に用いられる配合剤、例えば、シリカなどの補強剤、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、グリップ性能および耐摩耗性をとくに大きく向上させることが可能であるため、タイヤ部材のなかでもとくにトレッドとして好適に使用される。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物から得られるタイヤは、レースなどの競技に使用される高性能タイヤとされることが好ましい。該タイヤは、サーキット走行において周回時間(ラップタイム)の安定が実現でき、過度の摩耗を抑制でき、タイヤの寿命をのばすことが可能であり、使用者のタイヤにかかるコストを低減できる。
実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
次に、実施例において使用した薬品をまとめて示す。
試作SBR(1):試作溶液重合SBR(スチレン量:40%、カップリング:SiCl4、Mw:95万)
試作SBR(2):試作品(スチレン量:30%、カップリング:なし、Mw:120万)
アロマチックオイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−260
ステアリン酸:日本油脂(株)製のステアリン酸「桐」
亜鉛華:三菱金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
カーボンブラックN110:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN110
試作カーボンブラックA〜D(CB A〜D):試作品
亜鉛華:三菱金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド)
CB A〜Dの物性値をそれぞれ表1に示す。
Figure 0005073254
(試作SBRの作製)
充分にチッ素置換した拌翼つきの2Lオートクレーブに、シクロヘキサン1000g、テトラヒドロフラン(THF)20g、1,3−ブタジエンおよびスチレンを導入し、オートクレーブ内の温度を25℃に調整した。つぎに、n−ブチルリチウムを加えて昇温条件下で60分間重合し、モノマーの転化率が99%であることを確認した。その後、老化防止剤として2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾールを1.5g加えた。なお、分子量を調製する際には、モノマー比と触媒量を調整した。
実施例1〜2および比較例1〜3
(ゴム組成物の作製)
硫黄および加硫促進剤以外の薬品を表2に示す配合量にしたがって添加し、バンバリーミキサーで混練りした。その後、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を表2に示す配合量にしたがって添加して、2軸オープンロールで練り込んで、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を加硫することで、実施例1〜2および比較例1〜3のゴム組成物を作製し、以下の測定試験において使用した。
(Tanδの測定)
粘弾性スペクトロメーター((株)岩本製作所製)を用いて、温度50℃、初期歪率10±0.5%、周波数10Hz、動的歪5%の条件にて、前記ゴム組成物からなる試験片のTanδをそれぞれ測定した。Tanδの値が大きいほどグリップ性能は良好であることを示す。
(300%伸長時のモジュラス(M300)の測定)
JIS K6251に基づき、前記ゴム組成物からなるダンベル3号型試験片にて引張試験を23℃で実施し、M300を測定した。この値が大きいほど耐アブレージョン摩耗性能が良好であることを示す。
実施例1〜2および比較例1〜3の試験結果を表2に示す。
Figure 0005073254
実施例3〜4および比較例4〜5
(ゴム組成物の作製)
薬品の配合量について、表2ではなく、表3に示す配合量にしたがって添加したこと以外は実施例1〜2および比較例1〜3と同様に、実施例3〜4および比較例4〜5のゴム組成物を作製し、以下の測定試験において使用した。
(低歪弾性率の測定)
前記Tanδの測定において、動的歪を5%にし、各ゴム組成物の弾性率(E*(MPa、5%))を測定した。なお、E*(MPa、5%)が小さいほど、外乱吸収性に優れることを示す。
(高歪弾性率の測定)
前記Tanδの測定において、動的歪を20%にし、各ゴム組成物の弾性率(E*(MPa、20%))を測定した。なお、E*(MPa、20%)が大きいほど、操縦性能に優れることを示す。
実施例3〜4および比較例4〜5の試験結果を表3に示す。
Figure 0005073254

Claims (5)

  1. スチレン量が20〜50%のスチレン−ブタジエンゴムを含有するゴム成分、および
    チッ素吸着比表面積が180m2/g以上、ヨウ素吸着量が150mg/g以上、臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積が120〜250m2/g、ジブチルフタレート吸油量が120ml/100g以上、圧縮ジブチルフタレート吸油量が108ml/100g以上、ヨウ素吸着量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積の比が0.4〜0.8、ならびに遠心沈降法による凝集体ストークス相当径(Dst)に対する該凝集体分布の半値幅(ΔDst)の比(ΔDst/Dst)が0.85〜1.5であるカーボンブラックを配合するタイヤトレッド用ゴム組成物。
  2. さらに、ゴム成分100重量部に対して、
    軟化剤を20〜160重量部配合し、
    カーボンブラックの配合量が30〜190重量部であり、
    軟化剤の配合量に対するカーボンブラックの配合量の比が1〜1.2である請求項1記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
  3. スチレン−ブタジエンゴムが、カップリングされておらず、重量平均分子量が90万以上であるスチレン−ブタジエンゴムを含むものである請求項1または2記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
  4. カップリングされておらず、重量平均分子量が90万以上であるスチレン−ブタジエンゴムの、ゴム成分中における含有率が20重量%〜50重量%である請求項3記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
  5. ゴム成分中におけるスチレン−ブタジエンゴムの合計含有率が60重量%以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載にタイヤトレッド用ゴム組成物。
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