JP5090048B2 - ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物に関し、更に詳しくはタイヤ用ゴム組成物として好適なゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。

最近の空気入りタイヤの開発においては、低燃費化を図るために、ゴム組成物にシリカを配合することが多い。すなわち、シリカは、ゴム組成物の発熱を抑えることにより、転がり抵抗を低減して燃費性の改良に寄与することができる。

しかしながら、シリカは、親水性であることから、親油性のゴムポリマー中で分散しにくく、凝集塊を作りやすい。そのため、シリカの特徴を最大限に生かすためには、分散性を確保することが重要である。

そこで、シリカの分散性を向上するために、親水性のシリカと親油性のゴムポリマーをつなげる薬剤として、各種のシランカップリング剤が用いられている（例えば、下記特許文献１、２参照）。
特開２００５−２８１６２１号公報 特開２００５−２２６００１号公報

上記のようにシランカップリング剤を配合することでシリカの分散性を向上することができるが、更なる改善が求められている。そこで、本発明は、シリカの分散性を更に向上することができるゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題に鑑みて鋭意検討していく中で、高級アルコールを添加することによりシリカの分散性が改良されることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分１００重量部に対して、シリカ２０〜１２０重量部と、炭素数が１０〜１５である第１級の飽和の一価アルコール０．５〜８重量部を含有するものである。

該ゴム組成物は、タイヤ用ゴム組成物として使用されることが好ましく、すなわち、本発明は、また、該ゴム組成物を用いてなる空気入りタイヤをも提供するものである。

シリカ表面のシラノール基は極性が強く、シリカが凝集塊を形成する要因となっている。これに対し、炭素数が１０〜１５である第１級の飽和アルコールを添加することで、水素結合によりシリカのシラノール基とアルコールのヒドロキシル基が物理的に結合し、シリカ表面にアルコールの炭化水素部位による有機層が形成される。これにより、シリカの凝集性が低減されるとともに、有機層によるゴム成分との親和性向上が図られ、よって、ゴム成分中でのシリカの分散性を向上することができる。そのため、例えばタイヤ用ゴムに用いた場合に、転がり抵抗を低減して低燃費化を図ることができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明に係るゴム組成物において、ゴム成分としては、親水性であるシリカの分散性が問題となりやすい親油性（疎水性）のポリマーであれば特に限定されない。かかる親油性のゴム成分であれば、高級アルコールにより形成される有機層との間での親和性向上により、上記作用効果を奏することができる。ゴム成分として、具体的には、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）、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などのジエン系ゴムや、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＲ、ＥＰＤＭ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。

タイヤ用ゴム組成物として用いる場合、上記ゴム成分として、好ましくは、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムなどのジエン系ゴムであり、より好ましくは、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを用いることである。より詳細には、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの単独、又はスチレン−ブタジエン共重合体ゴム５０重量％以上と他のジエン系ゴム５０重量％以下のブレンドゴムからなるゴム成分が好ましい。

上記ゴム組成物に配合されるシリカとしては、特に限定されないが、含水珪酸を主成分とする湿式シリカを用いることが好ましい。シリカの比表面積（ＩＳＯ ５７９４／１に準じて測定されるＢＥＴ法）は、特に限定されないが、５０〜３００ｍ^２／ｇであることが好ましい。

シリカは、ゴム成分１００重量部に対して２０〜１２０重量部配合されることが好ましく、より好ましくは３０〜１００重量部であり、更には５０〜１００重量部である。シリカの配合量が少なすぎると、耐摩耗性が不十分となり、逆に多すぎると、加工性が損なわれる。

本発明のゴム組成物には、炭素数５以上の一価アルコールが配合される。従来、このような高級アルコールをゴム組成物に配合することは知られておらず、本発明によって始めてシリカの分散性を向上するという上記特有の優れた作用効果が見い出されたものである。炭素数が４以下のアルコールでは、シリカの分散性改良効果は得られない。また、二価以上の多価アルコールでは、シリカ表面に疎水性の有機層が形成されにくく、有機層によるゴム成分との親和性向上効果が得られない。

該アルコールの炭素数は５〜１５であることが好ましい。炭素数１６以上のアルコールでも分散性の改良効果は得られるが、炭素数が大きすぎるものは元々固形であることから、加硫成形後にブルーミングの要因となる。該アルコールの炭化水素部位は、親油性のゴム成分との間での親和性向上に寄与する親油性部位であり、不飽和結合のあるものでもないものでもよく、また、分岐鎖を有しても直鎖でもよい。また、第１級アルコールでも、第２級アルコールでも、第３級アルコールでもよい。好ましくは、非環式の飽和アルコールであり、特に好ましくは、直鎖の第１級の飽和アルコールである。

該アルコールとしては、具体的には、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、１−オクタノール、２−オクタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、１−ノナノール、１−デカノール、２−デカノール、１−ウンデカノール、１−ドデカノール、１−テトラデカノール、３−ヘキセン−１−オールなどが好ましい例として挙げられる。

該アルコールは、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜８重量部で配合されることが好ましく、より好ましくは１〜７重量部である。アルコールの配合量が多すぎると、湿潤路面でのグリップ性（ウエット性）や強度などの他の特性を損なう傾向にある。

本発明に係るゴム組成物には、シリカとゴム成分の結合を促進するために各種シランカップリング剤を配合することができる。シランカップリング剤としては、特に限定されず、例えば、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（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）テトラスルフィド、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、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤は、シリカ１００重量部に対して、通常５〜２０重量部配合され、より好ましくは６〜１０重量部である。

本発明に係るゴム組成物には、上記の各成分の他に、カーボンブラック等の他の充填材、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤など、タイヤ用、その他一般ゴム用組成物に通常配合される各種添加剤を配合することができる。

本発明に係るゴム組成物は、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ローラーなどの混練機を用いて混練りすることにより得られ、常法に従い加硫成形することにより、各種ゴム製品を製造することができる。本発明のゴム組成物は、空気入りタイヤにおけるゴム部材（トレッドやサイドウォールなど）を形成するために用いられることが好ましく、特に好ましくは、空気入りタイヤのトレッドに用いられることである。

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。

（第１実施例）
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合に従い、実施例及び比較例の各タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した（但し、実施例１、６〜１０は参考例である）。表１中の各成分は以下の通りである。

・ＳＢＲ：旭化成株式会社製スチレン−ブタジエン共重合体ゴム「Ｔｕｆ３３３０」（スチレン量＝３１重量％、ゴムポリマー１００重量部に対して３７．５重量部のオイルを含有する油展ポリマー、表中の括弧内がゴム成分の重量部）、
・シリカ：東ソー・シリカ社製「ニップシールＡＱ」、ＢＥＴ比表面積＝２１５ｍ^２／ｇ）、
・シランカップリング剤：デグッサ社製「Ｓｉ６９」。

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、亜鉛華（三井金属鉱業株式会社製「亜鉛華１号」）３重量部、ステアリン酸（花王株式会社製「ルナックＳ−２０」）１重量部、老化防止剤６Ｃ（大内新興化学工業株式会社製「ノクラック６Ｃ」）２重量部、ワックス（大内新興化学工業株式会社製「サンノック」）１重量部、硫黄（細井化学工業株式会社製「ゴム用粉末硫黄１５０メッシュ」）２重量部、加硫促進剤ＣＺ（大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーＣＺ」）１．５重量部、及び、加硫促進剤ＤＰＧ（大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーＤ」）１重量部を配合した。

得られた各ゴム組成物について、粘度とモジュラスを測定した。また、各ゴム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、２０５／６５Ｒ１５ ９４Ｈの空気入りラジアルタイヤを常法に従い製造し、転がり抵抗性とウエット性能を評価した。各評価方法は、以下の通りである。いずれの評価も、比較例１の値を１００とした指数で表示した。

・粘度：ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して（Ｌ形ロータ）、予熱１分、測定４分、温度１００℃にてムーニー粘度を測定した。指数が小さいほど、粘度が低く、加工性、分散性に優れることを示す。

・モジュラス（Ｍ３００）：１６０℃×１５分間で加硫した試験片について、ＪＩＳ Ｋ−６２５１に準拠して、島津製作所製「オートグラフＳＥＳ１０００」にて測定を行った。

・転がり抵抗性：使用リムを１５×６．５ＪＪとしてタイヤを装着し、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定用の１軸ドラム試験機にて２３℃で８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、従って燃費性に優れることを示す。

・ウエット性能：２０００ｃｃの国産ＦＦ車に各タイヤを４本装着し、２〜３ｍｍの水深で水をまいたアスファルト路面上を走行し、９０ｋｍ／ｈでＡＢＳを作動させて２０ｋｍ／ｈまで減速時の制動距離を測定した。指数が大きいほどウエット性能に優れることを示す。

表１に示すように、高級アルコールを添加した実施例１〜１０では、ゴム組成物の粘度が低く、加工性に優れるともに、転がり抵抗性が改良されていた。特に、実施例１〜６及び８〜１０では、強度などの物性やウエット性を実質的に損なうことなく、加工性、転がり抵抗性が改良されていた。なお、ステアリルアルコールを用いた実施例６では、加硫成形後のゴム表面にブルームが発生した。また、高級アルコールの配合量が多すぎる実施例７では、加工性、転がり抵抗性には優れるものの、物性とウエット性が低下していた。

これに対し、低級アルコールであるイソブタノールを配合した比較例２では、転がり抵抗性の改良効果は認められなかった。

（第２実施例）
シリカを増量した例として、下記表２に示す配合に従い、実施例及び比較例の各タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。表２中の各成分及び共通成分は第１実施例と同じである。

得られた各ゴム組成物について、粘度、モジュラス、転がり抵抗性、ウエット性能を、第１実施例と同様にして、評価した。評価は、比較例３の値を１００とした指数で表示した。

（第３実施例）
ジエン系ゴムを変更した例として、下記表３に示す配合に従い、実施例及び比較例の各タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。表３中の「ＢＲ」は、ＪＳＲ株式会社製の高シスブタジエンゴム「ＢＲ０１」であり、「オイル」はジャパンエナジー株式会社製「ＪＯＭＯプロセスＸ−１４０」である。表３中のその他の成分及び共通成分は第１実施例と同じである。

得られた各ゴム組成物について、粘度、モジュラス、転がり抵抗性、ウエット性能を、第１実施例と同様にして、評価した。評価は、比較例４の値を１００とした指数で表示した。

本発明によれば、シリカ配合において高級アルコールを添加することで、シリカ同士の凝集力を低下させるとともに、ゴム成分との親和性を向上させることができるので、シリカの分散性を向上することができ、よって、シリカの特性を有効に発揮させることができる。そのため、例えば、乗用車用ラジアルタイヤを始めとする各種空気入りタイヤに用いることで、転がり抵抗を低減させて、燃費性を向上することができる。

Claims (3)

1. ゴム成分１００重量部に対して、シリカ２０〜１２０重量部と、炭素数が１０〜１５である第１級の飽和の一価アルコール０．５〜８重量部を含有するゴム組成物。
2. 前記一価アルコールが直鎖の飽和アルコールである請求項１記載のゴム組成物。
3. 請求項１又は２に記載のゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。