JP5117035B2 - タイヤ用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、タイヤ用ゴム組成物およびトレッドを有するタイヤに関する。

近年、自動車用タイヤに要求される特性は、低燃費性のほか、ウェットスキッド性能、耐摩耗性、操縦安定性など多岐にわたり、これらの性能を向上させるために、様々な工夫がなされている。

たとえば、高速走行時のウェットスキッド性能や操縦安定性などの諸性能を向上させるために、スチレン含有量の多いスチレンブタジエンゴム（ハイスチレンＳＢＲ）に、シリカを配合したゴム組成物が知られている。しかし、走行を重ねるとゴムの剛性が低下し、大幅にグリップ性能が低下という問題がある。また、シリカは表面にシラノール基を有するため、シリカ同士が凝集しやすく、シリカのゴム中への分散が不充分となり、押し出しなどの加工性に劣るなどの問題もある。さらに、ジエン系ゴムに、カーボンブラックまたはシリカと共に無機化合物粉体を配合したゴム組成物も知られている。しかし、無機化合物粉体は、シリカと同様にゴム中への分散が困難であり、とくにシリカと併用する場合においては、ウェットスキッド性能が充分に改善されないなどの問題がある。

また、ゴム組成物の低燃費性を向上させる方法として、補強剤であるフィラーの含有量を減少させる方法があるが、ゴム硬度を減少させてしまい、操縦安定性およびウェットスキッド性能が低下するという問題がある。

特許文献１には、ゴム組成物を所定の方法で作製することで、加工性、低燃費性およびウェットスキッド性能を向上させたゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有する空気入りタイヤが開示されているが、それらの改善効果は充分なものではなく、操縦安定性に優れたゴム組成物については開示されていない。

特開２００５−２１３３５３号公報

本発明は、低燃費性、ウェットスキッド性能、耐摩耗性および操縦安定性をバランスよく向上させたタイヤ用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、窒素吸着比表面積が２０〜２００ｍ²／ｇ、および水に分散させて５％水性分散液としたときのｐＨが７．０〜１２．０であるシリカを３０〜１５０重量部含有するタイヤ用ゴム組成物に関する。

前記タイヤ用ゴム組成物は、一般式（１）
−（Ｒ−Ｓ_x）_n− （１）
（式中、Ｒは（ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）_m−ＣＨ₂−ＣＨ₂、ｘは３〜６の整数、ｎは１０〜４００の整数であり、ｍは２〜５の整数を表す。）
を満足する有機加硫剤を１〜３０重量部含有することが好ましい。

また、本発明は、前記タイヤ用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、ゴム成分に、所定のシリカを所定量配合することで、ウェットスキッド性能および操縦安定性を維持したまま、低燃費性を向上させたタイヤ用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を提供することができる。とくに、加硫剤として、所定の有機加硫剤を所定量配合することで、優れた低燃費性を維持したまま、ウェットスキッド性能、耐摩耗性および操縦安定性をバランスよく向上させることができる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分およびシリカを含有する。

前記ゴム成分としては、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、低燃費性とウェットスキッド性能とをバランスよく向上させられることから、ＳＢＲが好ましい。

ゴム成分中にＳＢＲを含有する場合、ＳＢＲの含有率は、３０重量％以上が好ましく、４０重量％以上がより好ましい。ＳＢＲの含有率が３０重量％未満では、ウェットスキッド性能が低下する傾向がある。とくに、ＳＢＲの含有率は、１００重量％が最も好ましい。

本発明で使用するシリカとしては、とくに制限はないが、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（無水ケイ酸）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、湿式法シリカが好ましい。

シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、２０ｍ²／ｇ以上、好ましくは３０ｍ²／ｇ以上、より好ましくは４０ｍ²／ｇ以上である。シリカのＮ₂ＳＡが２０ｍ²／ｇ未満では、耐摩耗性が低下する。また、シリカのＮ₂ＳＡは、２００ｍ²／ｇ以下、好ましくは１５０ｍ²／ｇ以下、より好ましくは１２０ｍ²／ｇである。シリカのＮ₂ＳＡが２００ｍ²／ｇをこえると、ウェットスキッド性能が低下する。

シリカを水に分散させて５％水性分散液にしたときのｐＨ（５％ｐＨ）は、７．０以上、好ましくは７．５以上、より好ましくは８．０以上である。シリカの５％ｐＨが７．０未満では、シランカップリング剤とのカップリング反応が促進されず、低燃費性およびウェットスキッド性能の向上が両立できない。また、シリカの５％ｐＨは、１２．０以下、好ましくは１１．５以下、より好ましくは１１．０以下である。シリカの５％ｐＨが１２．０をこえると、スコーチが短くなり、加工性が低下する。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、３０重量部以上、好ましくは４５重量部以上である。シリカの含有量が３０重量部未満では、シリカの配合による充分な改善効果が得らない。また、シリカの含有量は、１５０重量部以下、好ましくは１２０重量部以下である。シリカの含有量が１５０重量部をこえると、シリカのゴムへの分散が困難になり、ゴムの加工性が悪化する。

本発明では、ゴム成分に、上記性質を有するシリカを配合することで、シランカップリング剤とのカップリング反応が効率よく進行するという理由から、従来のシリカを配合したときと比較しても、低燃費性が向上する。

本発明に用いられるゴム組成物には、シリカとともに、シランカップリング剤を併用することが好ましい。本発明で好適に使用できるシランカップリング剤としては、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤とすることができ、たとえば、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（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、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ポリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）ポリスルフィドなどがあげられ、これらのシランカップリング剤は単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよく、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適に用いられる。

シランカップリング剤をシリカと併用する場合、シランカップリング剤の含有量は、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含有量が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含有量は、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含有量が２０重量部をこえると、ブリードする傾向がある。

本発明のゴム組成物には、さらに、有機加硫剤を含有するのが好ましい。

有機加硫剤とは、下記一般式（１）
−（Ｒ−Ｓ_x）_n− （１）
（式中、Ｒは（ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ）_m−ＣＨ₂−ＣＨ₂、ｘは３〜６の整数、ｎは１０〜４００の整数であり、ｍは２〜５の整数を表す。）
で表される加硫剤である。

式中、ｘは、３〜６の整数、好ましくは３〜５の整数である。ｘが３未満では、加硫が遅延する。また、ｘが６をこえると、ゴム組成物の製造が困難となる。

式中、ｎは、１０〜４００の整数、好ましくは１０〜３００の整数である。ｎが１０未満では、揮発しやすく、取り扱いが困難になる。また、ｎが４００をこえると、ゴムとの相溶性が悪化する。

式中、ｍは、２〜５の整数、好ましくは２〜４の整数、より好ましくは２〜３の整数である。ｍが２未満では、耐屈曲性能が低下する。また、ｍが５をこえると、ゴム組成物の硬度が不充分となる。

有機加硫剤の含有量は、１重量部以上が好ましく、２重量部以上がより好ましい。有機加硫剤の含有量が１重量部未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、有機加硫剤の含有量は、３０重量部以下が好ましく、２５重量部以下がより好ましい。有機加硫剤の含有量が３０重量部をこえると、硬度が過度に上昇し、グリップ性能が向上しない傾向がある。

本発明では、ゴム成分に上記性質を有するシリカを配合し、さらに、有機加硫剤を配合することで、ポリマー間の架橋形態が硫黄とは異なり、Ｓ−Ｓ結合より結合エネルギーの大きいＳ−Ｃ結合であり、さらに、結合鎖が長く、柔軟性に優れることから熱的に安定であるため、上記性質を有するシリカのみを配合したときと比較しても、優れた低燃費性は維持したまま、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。

本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分およびシリカならびに必要に応じて有機加硫剤の他に、ゴム組成物の製造に一般に使用されるカーボンブラック、クレーなどの充填剤、各種老化防止剤、各種軟化剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを必要に応じて含有することができる。

本発明のゴム組成物は、公知の方法で作製することができ、たとえば、上記各成分をバンバリーミキサー、オープンロールなどのゴム混練装置を用いて混練りし、その後、加硫することにより得られる。

本発明のタイヤは、前記ゴム組成物を用いたタイヤであることが好ましく、とくに、該ゴム組成物を用いたトレッドを有することが好ましい。なお、該トレッドは、該ゴム組成物をシート状にしたものを所定の形状に貼りあわせる方法、または、２本以上の押出し機に該ゴム組成物を挿入して押出し機のヘッド出口で２層に形成する方法などにより製造することができる。

本発明を実施例に基づいて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。

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シル３６０（湿式法シリカ、窒素吸着比表面積：５０ｍ²／ｇ、５％水性分散液のｐＨ：９．０）
シリカ２：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（湿式法シリカ、窒素吸着比表面積：１７５ｍ²／ｇ、５％水性分散液のｐＨ：６．２）
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
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：住友化学工業（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
有機加硫剤：川口化学工業（株）製の２ＯＳ４ポリマー（一般式（１）中、ｍ＝２、ｘ＝４、ｎ＝２００）

硫黄：軽井沢硫黄（株）製
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３〜４、参考例１〜２および比較例１〜６
表１および２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、有機加硫剤および硫黄ならびに加硫促進剤以外の薬品を１５０℃の条件下で３分間混練し、得られた混練物に、有機加硫剤および硫黄ならびに加硫促進剤を添加し、ロールを用いて、８０℃の条件下で３分間混練りし、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形状に成形し、他のタイヤ部材と貼りあわせ、１６０℃の条件下で２０分間プレス加硫することにより、実施例３〜４、参考例１〜２および比較例１〜６の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。なお、下記各試験において、参考例１〜２および比較例１〜３では比較例１、実施例３〜４および比較例４〜６では比較例４を基準配合とした。

（転がり抵抗特性）
転がり抵抗試験機を用い、試験用タイヤを、リム：１５×６ＪＪ、内圧：２３０ｋＰａ、荷重：３．４３ｋＮ、速度：８０ｋｍ／ｈの条件で走行させたときの転がり抵抗を測定し、基準配合の転がり抵抗指数を１００とし、下記計算式により、各配合の転がり抵抗を指数表示した。転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が小さく、低燃費性に優れることを示す。
（転がり抵抗指数）＝（基準配合の転がり抵抗）／（各配合の転がり抵抗）×１００

（ウェットスキッド性能）
試験車（国産ＦＦ２０００ｃｃ）に、製造した試験用タイヤを装着させ、湿潤アスファルト路面のテストコースにて実車走行を行なった。このとき、初速度１００ｋｍ／ｈで走行させ、ブレーキをかけてから停止するまでの間の制動距離を測定し、基準配合のウェットスキッド性能指数を１００とし、下記計算式により、各配合のウェットスキッド性能を指数表示した。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に優れていることを示す。
（ウェットスキッド性能指数）＝（基準配合の制動距離）
÷（各配合の制動距離）×１００

（耐摩耗性）
前記試験車に、製造した試験用タイヤを装着させ、アスファルト路面のテストコースを８０ｋｍ／ｈで走行し、３００００ｋｍ走行後の残溝値を測定し、基準配合の耐摩耗性指数を１００とし、下記計算式により、各配合の耐摩耗性指数を指数表示した。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。なお、走行後の残溝値とは、装着した試験用タイヤのトレッドの溝の深さを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合の残溝値）／（基準配合の残溝値）×１００

（操縦安定性）
前記試験車に、製造した試験用タイヤを装着させ、アスファルト路面のテストコースにて実車走行を行なった。その際、操縦安定性の評価を、比較例４の操縦安定性を６点とし、１０点満点で、テストドライバーが官能評価した。なお、操縦安定性指数が大きいほど、操縦安定性がよいことを示している。

前記各評価結果を表１および表２に示す。

Claims (3)

1. ゴム成分１００重量部に対して、
   窒素吸着比表面積が２０〜２００ｍ²／ｇ、および水に分散させて５％水性分散液としたときのｐＨが７．０〜１２．０であるシリカを３０〜１５０重量部、および、
   一般式（１）
   −（Ｒ−Ｓ _x ） _n − （１）
   （式中、Ｒは（ＣＨ ₂ −ＣＨ ₂ −Ｏ） _m −ＣＨ ₂ −ＣＨ ₂ 、ｘは３〜６の整数、ｎは１０〜４００の整数であり、ｍは２〜５の整数を表す。）
   を満足する有機加硫剤を１〜３０重量部
   含有するタイヤ用ゴム組成物
2. ゴム成分がスチレンブタジエンゴムである、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のタイヤ用ゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤ。