JP5082571B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、より詳細には、加硫時間の短縮により生産性を向上し、しかも加硫後の強度特性に優れたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

近年の省エネ、省資源、環境問題への取り組みなどの社会的要請下、特に自動車の燃料消費節約のために、タイヤトレッド用ゴム組成物にシリカを配合して転がり抵抗およびウェット性能を向上させることが知られている。しかしながら、ゴム組成物へのシリカの配合割合が高くなるほど、加硫促進剤がシリカ粒子により吸着される量が多くなり、その結果、加硫に有効な加硫促進剤が減少するために、生産性に関係する加硫時間の増加や、加硫後の引張強さなどの強度特性の低下が起こるという問題があることが知られており、これらの問題を解決すべく、従来から様々な提案がある。例えば、特許文献１には、ゴムにアルコキシシリル基またはアシロキシシリル基を含有するポリシロキサンとシランカップリング剤とを特定の割合で配合することが提案されており、特許文献２には、ジエン系ゴムにシリカおよびチウラム系化合物を配合することが提案されており、特許文献３には、ジエン系ゴムにシリカおよび有機アンモニウム化合物を配合することが提案されており、特許文献４には、天然ゴムなどのエラストマーにシリカおよびシランカップリング剤とともに酸化マグネシウムを配合することが提案されている。しかしながら、これらの提案にもかかわらず、タイヤトレッド用ゴム組成物について、加硫時間の短縮により生産性を向上させること、および加硫後の強度特性を向上させることが依然として望まれている。

特開平９−１９４６４１号公報 特開２００１−１７２４３２号公報 特開２００５−２４７９６２号公報 特開２００６−２８２８５１号公報

従って、本発明は、加硫時間の短縮により生産性を向上し、しかも加硫後の強度特性に優れ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。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ジエン系ゴムに対して特定量のシリカに加えて特定量のポリビニルピロリドンを配合すると、加硫時間が短縮（または加硫速度が増加）し、加硫後に優れた強度特性を示すゴム組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、
（Ａ）ガラス転移温度（Ｔｇ）が−４０℃〜０℃の範囲内にある硫黄加硫可能な１種または２種以上のジエン系ゴムを５０〜１００重量％含むジエン系ゴム成分と、
（Ｂ）前記ジエン系ゴム１００重量部に対して１０〜１５０重量部のシリカと、
（Ｃ）前記ジエン系ゴム１００重量部に対して０．４〜２０重量部のポリビニルピロリドンと、
を含んで成るタイヤトレッド用ゴム組成物が提供される。

本発明のゴム組成物に配合されるジエン系ゴム成分（成分（Ａ））は、Ｔｇが−４０℃〜０℃である硫黄加硫可能な１種または２種以上のジエン系ゴムを５０〜１００重量％含む。すなわち、ジエン系ゴム成分（Ａ）は、Ｔｇが−４０℃〜０℃である１種または２種以上の硫黄加硫可能なジエン系ゴムから成るものであっても、Ｔｇが−４０℃〜０℃である１種または２種以上の硫黄加硫可能なジエン系ゴムを５０重量％以上１００重量％未満の量で含むものであってもよい。好ましくは、ジエン系ゴム成分（Ａ）は、Ｔｇが−４０℃〜０℃である硫黄加硫可能な１種または２種以上のジエン系ゴムから成る。Ｔｇが０℃を超えるゴムは、低温で硬くなり、その結果、低温でのグリップ力が低いため、好ましくない。Ｔｇが−４０℃未満でも、グリップ力が不足するため好ましくない。ジエン系ゴム成分（Ａ）には、Ｔｇが−４０℃〜０℃である１種または２種以上の硫黄加硫可能なジエン系ゴムが上記の割合で含まれる限り、−４０℃未満または０℃を超えるＴｇを有する他の硫黄加硫可能なジエン系ゴムが含まれてもよい。ただし、Ｔｇが−４０℃〜０℃の範囲内にあるジエン系ゴムが、全ジエン系ゴム、すなわちジエン系ゴム成分（Ａ）の総量の５０重量％未満である場合には、加硫後にタイヤトレッド用ゴムとして必要な摩擦力が得られない。硫黄加硫可能なジエン系ゴムの具体例としては、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−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、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）、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴムなどが挙げられる。

本発明のゴム組成物に配合されるシリカ（成分（Ｂ））は、ゴム業界で一般的に使用されているものから適宜選択することができ、その製造方法に特に限定されないが、シリカは、５０〜２５０ｍ²／ｇの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）を有することが好ましい。Ｎ₂ＳＡが５０ｍ²／ｇ未満では、充填量を高めることができるが、補強性向上効果は乏しい。Ｎ₂ＳＡが２５０ｍ²／ｇを超えるシリカは、凝集性が高いことからゴム成分に分散させるのが困難である。なお、本明細書の記載において、「窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）」とは、ＡＴＳＭ Ｄ３０３７に準じて測定される比表面積（単位ｍ²／ｇ）を意味する。シリカは、ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは１０〜１５０重量部、より好ましくは２０〜１２０重量部配合される。シリカの配合量が、ジエン系ゴム１００重量部に対して１０重量部未満では、転がり抵抗およびウェット性能の向上の程度が不十分であり、１５０重量部を超えると、加工性が低下する。

本発明のゴム組成物は、シリカ以外の補強用充填剤を含んでもよく、かかる補強用充填剤としては、カーボンブラック、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。本発明のゴム組成物において使用できるカーボンブラックの例としては、タイヤトレッド用ゴム組成物で通常使用されるＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦグレードのものが挙げられる。これらの補強用充填剤は、当該技術分野で使用される一般的な配合量で配合することができる。

本発明のゴム組成物に配合されるポリビニルピロリドン（成分（Ｃ））は、好ましくは８．０×１０⁴ 〜２．０×１０⁶ の範囲内にある重量平均分子量（Ｍｗ）を有し、より好ましくは８．０×１０⁴ 〜１．２×１０⁶ の範囲内にある重量平均分子量を有する。一般的に、ポリビニルピロリドンは、下記一般式：

により表される。上記の重量平均分子量を有するポリビニルピロリドンは、例えば日本触媒（株）から「ポリビニルピロリドンＫ−３０」および「ポリビニルピロリドンＫ−９０」の商品名で入手できる。ポリビニルピロリドンの重量平均分子量が８．０×１０⁴ 未満であると、加硫後のゴム組成物の引張強さが低下し、２．０×１０⁶ を超えると、加硫時間を短縮する効果が不十分である。ポリビニルピロリドン（Ｃ）の配合量は、１００重量部のジエン系ゴム成分（Ａ）に対して０．４〜２０重量部であり、好ましくは０．５〜１０重量部であり、更に好ましくは０．６〜５重量部である。ポリビニルピロリドン（Ｃ）の配合量が１００重量部のジエン系ゴム成分（Ａ）に対して０．４重量部未満では、加硫時間を短縮する効果が不十分であり、２０重量部を超えるとスコーチが早くなりすぎるため、好ましくない。

本発明のゴム組成物には、ジエン系ゴム成分に対して、上記のシリカおよびポリビニルピロリドンに加えて、必要に応じて、当該技術分野で一般的に使用されている任意の配合剤、例えば加硫促進剤、加硫剤、シランカップリング剤、加工助剤、老化防止剤等を一般的な配合量で適宜添加することができる。添加剤の配合に際して用いられる混合方法としては、一般的な方法を用いることができ、一般的には塊状、ペレット状又は粉体状の配合剤を適切な混合機、例えばニーダー、インターナルミキサー、バンバリーミキサー、ロール等を用いて混合することができる。各種配合剤を混合してゴム組成物を調製した後、一般的な加圧成形方法によりタイヤのトレッドを形成することができる。

以下に示す実施例及び比較例を参照して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の技術的な範囲は、これらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。

比較例及び実施例１〜７のゴム組成物の調製
下記表１の配合に従って、１．７リットル密閉式バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤を除く配合剤を約５分間混合し、１５０℃でミキサーから放出後、室温まで冷却した。その後、ロールを用いて硫黄および加硫促進剤を約３分間混合し、比較例および実施例１〜７の各未加硫ゴム組成物を得た。

表１脚注：
(1): ランクセス社製のBuna（商標）VSL 5025-0 HM（ビニル量６７重量％、スチレン量２５重量％、Ｔｇ＝−２３℃、油展量３７．５phr）
(2): 日本ゼオン（株）製のNipol 1220（非油展、Ｔｇ＝−１００℃）
(3): 日本触媒（株）製のポリビニルピロリドンK-30（Ｍｗ＝１０万）
(4): 日本触媒（株）製のポリビニルピロリドンK-90（Ｍｗ＝１１０万）
(5): ローディア社製のZEOSIL 1165MP（Ｎ₂ＳＡ＝１６０ｍ²／ｇ）
(6): デグサ社製の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）
(7): 東海カーボン（株）製のシースト７ＨＭ（Ｎ２３４）
(8): 正同化学工業（株）製の酸化亜鉛３種
(9): 日本油脂（株）製のビーズステアリン酸
(10): フレキシス社製のSantoflex 6PPD（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）
(11) ジャパンエナジー（株）製のプロセスX-140
(12) 鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
(13): 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）
(14): 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）
試験法
比較例および実施例１〜７のゴム組成物の性能は、以下に示す各試験法により求めた。各試験の結果は、表１に示したとおりである。
（１）加硫試験：
上記のように調製された比較例及び実施例１〜７の各未加硫ゴム組成物について、ＪＩＳ Ｋ６３００の「（３）振動式加硫試験機による加硫試験」に従って、温度１６０℃、振幅角度１度にて、粘度の経時変化を、縦軸をトルク（荷重）および横軸を加硫時間（分）としたトルク−時間曲線（加硫曲線）で記録し、この曲線を解析して最大トルク値の３０％に達するまでの時間３０と、最大トルク値の９５％に達するまでの時間Ｔ９５とを求めた。Ｔ３０およびＴ９５の数値が小さいほど加硫時間がより短く（すなわち加硫速度がより速く）、生産性により優れていることを示す。
（２）引張特性：
比較例および実施例１〜７の未加硫ゴム組成物を、金型を用いて１６０℃で２０分間プレス加硫して縦１５ｃｍ×横１５ｃｍ×厚さ２ｍｍの加硫ゴムシートを得、次に、加硫ゴムシートからＪＩＳ３号ダンベル形状の試験片を打ち抜いた。次いで、ＪＩＳ Ｋ６２５１に従って、引張強さ（Ｔ_B ）を求めた。

上記表１の結果から明らかなように、実施例１〜７のゴム組成物は比較例のゴム組成物に比べて、加硫時間が短いにもかかわらず、ほぼ同等または比較例を上回る引張特性を示すことが判る。

Claims (2)

1. （Ａ）ガラス転移温度が−４０℃〜０℃の範囲内にある硫黄加硫可能な１種または２種以上のジエン系ゴムを５０〜１００重量％含むジエン系ゴム成分と、
   （Ｂ）前記ジエン系ゴム１００重量部に対して１０〜１５０重量部のシリカと、
   （Ｃ）前記ジエン系ゴム１００重量部に対して０．４〜２０重量部のポリビニルピロリドンと、
   を含んで成るタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. ポリビニルピロリドン（Ｃ）が８．０×１０⁴ 〜２．０×１０⁶ の範囲内にある重量平均分子量を有する請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。