JP5079447B2 - タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物及び空気入りタイヤに関し、より詳しくは、グリップ性、操縦安定性などの走行性能を損なうことなく走行後のトレッド表面のゴム粒の発生を抑え、外観性能を向上することができるタイヤ用ゴム組成物及びそのゴム組成物をトレッドゴムに用いた空気入りタイヤに関する。

高速走行で使用される高性能タイヤには、ドライ及びウェット路面でのグリップ性、制動性、及び操縦安定性などの走行性能が高いレベルで要求される。

上記性能を満足させるには、カーボンブラックなどの補強性フィラーやオイルを増量する手法があるが、発熱性や耐摩耗性が低下する問題があり、またフィラーの増量はゴムの未加硫粘度の上昇により作業性が低下する欠点がある。

また、ウェット路面でのグリップ性を改良するためにシリカが用いられるが、作業性の低下を引き起こし、このため加工助剤を使用すると加工性は改善できるがトレッド剛性の低下を来たし操縦安定性を悪化させる。

また、特定のフェノール系樹脂を使用することで、グリップ性や操縦安定性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１、２）。

しかし、樹脂を高充填したゴム組成物をトレッドゴムに適用すると、樹脂の影響によって、タイヤの温度に対する性能変化が大きくなり、特に高速走行で使用されるタイヤでは、熱によるトレッドゴムの硬化現象、いわゆる熱ダレによってゴムが脆くなり、トレッド表面に粒子状のゴム粒が発生し、外観品質を低下させるという問題がある。
特開２００６−２４９１８８号公報 特開２００５−３０７１６６号公報

本発明は、タイヤのグリップ性、制動性、操縦安定性などの走行性能を損なうことなく走行後のトレッド表面のゴム粒の発生を抑えて外観性能を向上することができるタイヤ用ゴム組成物及びそのゴム組成物をトレッドゴムに用いた空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、特定のスチレンブタジエンゴムを含むシリカ配合系ゴム組成物に、従来はタイヤ用ゴム組成物に用いられることのなかったシリコーン変性フェノール樹脂を配合することで、グリップ性、操縦安定性などの走行性能を損なうことなく走行後のトレッド表面状態を改善できることを見出し本発明に至った。

すなわち、本発明は、ガラス転移温度が−４０℃以上の溶液重合スチレンブタジエンゴムを５０重量部以上含むジエン系ゴム成分１００重量部に対して、シリカを２０〜１００重量部、カーボンブラックを０〜１００重量部、シランカップリング剤、及びシリコーン変性フェノール樹脂１〜２０重量部を配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物である。

本発明のタイヤ用ゴム組成物においては、前記シリカとカーボンブラックの合計配合量が、前記ゴム成分１００重量部に対して７０〜１５０重量部であることが好ましい。

本発明によれば、タイヤのグリップ性、制動性、操縦安定性などの走行性能を損なうことなく走行後のトレッド表面のゴム粒の発生を抑え、タイヤの走行性能と外観性能を両立させる空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分として、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−４０℃以上の溶液重合スチレンブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）をゴム成分１００重量部中に５０重量部以上含んで用いられる。

本発明では、ゴム成分としては上記ＳＢＲを単独で用いても、他のジエン系ゴムの５０重量部未満とブレンドし用いてもよい。他のジエン系ゴムとしては、上記以外のＳＢＲ（Ｔｇが−４０℃より低いＳ−ＳＢＲ、乳化重合ＳＢＲ）、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴムなどが挙げられ、これらの２種以上を用いてもよい。

上記Ｓ−ＳＢＲは、Ｔｇが−４０℃以上であれば、特にそのミクロ構造は限定されないが、結合スチレン量が３０〜５０％であるものが好ましい。

Ｔｇが−４０℃より低いと、常温以上の使用温度で、適度なゴム弾性率や剛性が得られずグリップ性が低下する。Ｔｇの上限は特に制限されないが、−１０℃程度であり、Ｔｇが高くなると耐摩耗性が低下する。ここで、Ｔｇは、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて測定される値（昇温速度２０℃／分）である。

また、結合スチレン量が３０％未満では必要とするグリップ性能が得らず、５０％を超えると転がり抵抗、耐摩耗性が悪化する傾向にある。

本発明では、上記Ｓ−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。Ｓ−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、Ｓ−ＳＢＲのＭｗは２２０万以下が好ましく、２００万以下がより好ましい。Ｓ−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、期待されるゴム特性を発揮することができないことがある。

このＳ−ＳＢＲにより、グリップ性、操縦安定性をゴム組成物に付与することができ、該ＳＢＲの含有率が５０重量部未満では、充分なグリップ性能を発揮することができない。

本発明においては、ゴム成分１００重量部に対して、補強性フィラーとしてシリカを２０〜１００重量部、カーボンブラックを０〜１００重量部配合される。好ましくは、その合計配合量が７０〜１５０重量部である。

シリカを配合することで、ウェット路面でのグリップ性を向上するとともに、発熱を抑えて転がり抵抗を低減することができる。シリカが２０重量部未満では、その効果が得られず、１００重量部を超えると未加硫粘度が上昇し加工性が悪化する。

使用されるシリカとしては、例えば、ＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）が２５０ｍ^２／ｇ以下であり、かつＣＴＡＢ表面積が２００ｍ^２／ｇ以下のコロイダル特性を有するものが挙げられる。このようなシリカは加工性を維持することができるとともに、タイヤの発熱性を低減させ転がり抵抗を改善することができる。

上記シリカは、例えば、湿式シリカ（含水ケイ酸），乾式シリカ（無水ケイ酸），ケイ酸カルシウム，ケイ酸アルミニウム等が挙げられるが、中でも破壊特性と低転がり抵抗の両立する湿式シリカが好ましく、また生産性に優れる点からも好ましい。市販品として、東ソー・シリカ（株）のニップシールＡＱ、トクヤマ（株）のトクシール、デグサ社のＵｌｕｔｒａｓｉｌなどが使用できる。

さらに、シリカとしてはアミン類や有機高分子などで表面処理しポリマーとの親和性を改善した表面処理シリカなどを用いてもよい。

また、前記シリカ量に対して２〜２５重量％のシランカップリング剤を使用する。より好ましくは５〜１５重量％の範囲で使用される。

シランカップリング剤としては、例えば、下記式（１）で表されるスルフィド結合を有するシランカップリング剤が挙げられる。
（Ｃ_ａＨ_２ａ＋１Ｏ）_３−Ｓｉ−（ＣＨ_２）_ｂ−Ｓ_ｃ−（ＣＨ_２）_ｂ−Ｓｉ−（ＯＣ_ａＨ_２ａ＋１）_３ ……（１）
式（１）中、ａは１〜３の整数、ｂは１〜４の整数である。ｃはスルフィド部の硫黄数を表し、平均値は２〜４である。

このような式（１）で表される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）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（４−トリエトキシシリルブチル）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（２−トリメトキシシリルエチル）ポリスルフィドなどが挙げられる。中でも、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドやビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドなどが好ましく、市販品としては、デグサ社の「Ｓｉ−６９」、「Ｓｉ−７５」などを使用することができる。

また、下記式（２）で表されるシランカップリング剤を使用することもできる。
（Ｃ_ｘＨ_２ｘ＋１Ｏ）_３Ｓｉ−（ＣＨ_２）_ｙ−Ｓ−ＣＯ−Ｃ_ｚＨ_２ｚ＋１ ……（２）
式（２）中、ｘは１〜３の整数、ｙは１〜５の整数、ｚは５〜９の整数である。

上記式（２）で表されるシランカップリング剤は保護化メルカプトシランであり、式（２）において、ｘ＝２、ｙ＝３、ｚ＝７である、ＧＥシリコーンズ社の「ＮＸＴ」が市販品として挙げられる。

本発明のゴム組成物は、シリカにカーボンブラックを併用することで、補強性を維持しつつ加工性を改善することができ、さらにグリップ性の改良効果を向上させることができる。

上記カーボンブラックとしては、特に制限はないが、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が６０ｍｇ／ｇ以上、かつＤＢＰ吸油量が８０ｍｌ／１００ｇ以上のカーボンブラックが好ましい。具体的には、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ等のグレードのものを用いることができる。

本発明のゴム組成物には、シリコーン変性フェノール樹脂がゴム成分１００重量部に対して１〜２０重量部配合し用いられる。

このシリコーン変性フェノール樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂にポリシロキサン構造を有する化合物を導入した構造を有するものであり、例えば、特開２００３−２６８０６２号公報に記載のシリコーン変性ノボラック型フェノール樹脂を使用することができる。市販品としては、住友ベークライト（株）製シリコーン変性フェノール樹脂「スミライトレジンＰＲ−５４５２９」が利用できる。

シリコーン変性フェノール樹脂がゴム成分１００重量部に対して１重量部未満では、走行後トレッド表面に発生するゴム粒を抑える効果が発揮できず、２０重量部を超えるとトレッドゴム硬度が上昇しグリップ性が低下し、走行後のトレッド表面状態も悪化するようになる。

このフェノール樹脂はシリカとの相溶性に優れるとともに、高速走行に伴う熱によるトレッドゴムの硬化現象を抑制し、従来のフェノール系樹脂配合の場合に生じるトレッド表面に粒子状のゴム粒が発生するのを防止し、外観品質を向上させることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、上記成分の他に、ゴム工業において通常に用いられる軟化剤、可塑剤、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、樹脂類などの各種配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じ適宜配合し用いることができる。該ゴム組成物は、バンバリーミキサー、ニーダ等のゴム用混練機を用いて常法により調製される。

本発明により得られるゴム組成物は、ドライ及びウェット路面でのグリップ性、制動性、操縦安定性など走行性能と走行後のトレッド表面状態を良好に両立させることができるので、トレッド用ゴム組成物として用いられる。特に、高速道路を多用する高性能乗用車、サーキットなどの競技用車両に装着される空気入りタイヤに好適に用いられる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

下記表１に示す配合処方に従い、容量２０リットルの密閉式バンバリーミキサーを用いて混練することにより、各ゴム組成物を調製した。表１中の各成分は次の通りである。

・ＳＢＲ−１：バイエル社製、溶液重合ＳＢＲ「ＶＳＬ５０２５−ＯＨＭ」（Ｔｇ＝−１５℃）
・ＳＢＲ−２：ＪＳＲ（株）製、乳化重合ＳＢＲ「ＳＢＲ１５０２」（Ｔｇ＝−６６℃）
・カーボンブラック（Ｎ２３４）：三菱化学（株）製「ダイヤブラックＮ２３４」
・シリカ：デグサ社製「Ｕｌｔｒａｓｉｌ ７０００ＧＲ」（ＢＥＴ比表面積＝１７０ｍ^２／ｇ、ＣＴＡＢ表面積＝１６０ｍ^２／ｇ）
・カップリング剤：上記式（１）で表されるシランカップリング剤、デグサ社製「Ｓｉ７５」
・オイル：ジャパンエナジー（株）製「ＪＯＭＯプロセスＮＣ−１４０」
・樹脂−１：住友ベークライト（株）製ストレート変性フェノール樹脂「スミライトレジンＰＲ−５０７３１」
・樹脂−２：住友ベークライト（株）製シリコーン変性フェノール樹脂「スミライトレジンＰＲ−５４５２９」

各ゴム組成物には、共通配合として、ゴム成分１００重量部に対して、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２０」）２重量部、亜鉛華（三井金属鉱業製「亜鉛華１種」）３重量部、老化防止剤（フレキシス社製「サントフレックス６ＰＰＤ」）２重量部、ワックス（日本精蝋（株）製「オゾエース０３５５」）２重量部、加硫促進剤（大内新興化学（株）製「ノクセラーＣＺ−Ｇ」）１．５重量部、硫黄（細井化学工業（株）製「粉末硫黄１５０メッシュ」）２．１重量部を配合した。

［評価］
得られた各ゴム配合組成物を用いてキャップ／ベース構造のトレッドを有するタイヤのキャップトレッドに適用し、２２５／４５ＺＲ１７の空気入りラジアルタイヤを定法に従い製造した。そして、得られた各タイヤについて、ウェット性能、操縦安定性、走行後のトレッド表面状態を評価した。各評価方法は次の通りである。

［ウェット性能］
各試験タイヤ４本を標準リムにて空気圧２２０ｋＰａに調整し、ＢＭＷ製「３２５ｉ」に装着し、２〜３ｍｍの水深で水をまいたアスファルト路面上を走行し、時速１００ｋｍにて摩擦係数を測定し、ウェットグリップ性能を評価した。比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が大きいほどウェット性能に優れることを示す。

［操縦安定性］
各試験タイヤ４本を標準リムにて空気圧２２０ｋＰａに調整し、ＢＭＷ製「３２５ｉ」に装着し、３名の官能テスト担当ドライバーが操舵安定性、走行安定性等に注意しながらテストコース（アスファルト舗装路）を高速走行し、操縦安定性を評価した。３名の平均をとり、比較例１を基準にし、優れているものを＋２、やや優れているものを＋１、同等のものを±０、やや劣っているものを−１、劣るものを−２として表に示した。

［走行後のトレッド表面状態］
各試験タイヤ４本を標準リムにて空気圧２２０ｋＰａに調整し、ＢＭＷ製「３２５ｉ」に装着し、テストコース（アスファルト舗装路）を２万ｋｍ走行し、走行後のトレッド表面のゴム粒発生状態（ゴム粒の大きさ、発生量、分布状態など）を目視で評価した。比較例１を基準にし、優れているものを＋２、やや優れているものを＋１、同等のものを±０、やや劣っているものを−１、劣るものを−２として表に示した。

表１から知られるように、本発明に係る実施例は、グリップ性、操縦安定性を維持しながら走行後のトレッド表面状態を改善することができ、タイヤの走行性能と外観性能を両立させることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッドゴムに用いることができ、特に高速道路を多用する高性能乗用車、サーキットなどの競技用車両に装着される空気入りタイヤに好適に用いることができる。

Claims (3)

1. ガラス転移温度が−４０℃以上の溶液重合スチレンブタジエンゴムを５０重量部以上含むジエン系ゴム成分１００重量部に対して、
   シリカを２０〜１００重量部、カーボンブラックを０〜１００重量部、シランカップリング剤、及びシリコーン変性フェノール樹脂１〜２０重量部を配合してなる
   ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記シリカとカーボンブラックの合計配合量が、前記ゴム成分１００重量部に対して７０〜１５０重量部である
   ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 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ゴムに用いた
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。