JP5141731B2 - ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、高い硬度を有することから優れた操縦安定性を付与し、かつ低発熱性であるゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。
空気入りタイヤは各種性能が要求されているが、とくに操縦安定性と燃費性能とを高い次元でバランスさせることが望まれている。一般的に、操縦安定性を向上させるためにはタイヤドレッドの高硬度化が効果的である。高硬度化を達成するため、例えばゴム組成物にポリプロピレンのような樹脂を配合する技術が知られている。しかしこのような手法では、発熱性が悪化し、燃費性能に悪影響を及ぼすという問題点がある。このように、操縦安定性と燃費性能を共に向上させることは、相反する特性を共に改善するということであり、従来技術では難しい課題であった。
下記特許文献１には、ポリアミド単位をハードセグメントとし、ポリエーテル単位をソフトセグメントとするポリエーテルポリアミドエラストマーが開示されている。しかしながら特許文献１には、該エラストマーをゴム組成物、とくにタイヤ用のゴム組成物に配合するという技術思想は何ら開示されていない。
本発明の目的は、高い硬度を有することから優れた操縦安定性を付与し、かつ低発熱性であるゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに無機充填剤の特定量およびポリアミドポリエーテルエラストマーの特定量を配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
請求項１に記載の発明は、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカおよびカーボンブラックを含む無機充填剤を５〜１００質量部、ポリアミドポリエーテルエラストマーを１〜５質量部およびγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを０．５〜１０質量部配合してなり、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が５０〜１５０ｍ２／ｇであり、前記シリカのＢＥＴ比表面積が１５０〜２５０ｍ２／ｇであることを特徴とするタイヤキャップトレッド用ゴム組成物である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用した空気入りタイヤである。
請求項１に記載の発明は、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカおよびカーボンブラックを含む無機充填剤を５〜１００質量部、ポリアミドポリエーテルエラストマーを１〜５質量部およびγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを０．５〜１０質量部配合してなり、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が５０〜１５０ｍ２／ｇであり、前記シリカのＢＥＴ比表面積が１５０〜２５０ｍ２／ｇであることを特徴とするタイヤキャップトレッド用ゴム組成物である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用した空気入りタイヤである。
本発明によれば、ジエン系ゴムに無機充填剤の特定量およびポリアミドポリエーテルエラストマーの特定量を配合することにより、高い硬度を有することから優れた操縦安定性を付与し、かつ低発熱性であるゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、乗用車用の空気入りタイヤの一例の部分断面図である。
図１において、空気入りタイヤは左右一対のビード部１およびサイドウォール２と、両サイドウォール２に連なるトレッド３からなり、ビード部１、１間に繊維コードが埋設されたカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部がビードコア５およびビードフィラー６の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。トレッド３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。また、ビード部１においてはリムに接する部分にリムクッション８が配置されている。
以下に説明する本発明のゴム組成物は、上記のようなタイヤ用の各種部材に使用することができ、トレッド３（とくにキャップトレッド）に好ましく使用できる。
図１において、空気入りタイヤは左右一対のビード部１およびサイドウォール２と、両サイドウォール２に連なるトレッド３からなり、ビード部１、１間に繊維コードが埋設されたカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部がビードコア５およびビードフィラー６の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。トレッド３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。また、ビード部１においてはリムに接する部分にリムクッション８が配置されている。
以下に説明する本発明のゴム組成物は、上記のようなタイヤ用の各種部材に使用することができ、トレッド３（とくにキャップトレッド）に好ましく使用できる。
（ジエン系ゴム）
本発明で使用されるジエン系ゴム成分は、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、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−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
これらのジエン系ゴムの中でも、本発明の効果の点からジエン系ゴムはＳＢＲ、ＢＲが好ましい。
本発明で使用されるジエン系ゴム成分は、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、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−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
これらのジエン系ゴムの中でも、本発明の効果の点からジエン系ゴムはＳＢＲ、ＢＲが好ましい。
（無機充填剤）
本発明で使用される無機充填剤としては、例えばカーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム等を挙げることができる。中でも好ましくはカーボンブラック、シリカである。
本発明で使用されるカーボンブラックは、特に限定されるものではなく、通常ゴム組成物に配合されるものを使用することができるが、例えば、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が３０〜２００ｍ２／ｇ、好ましくは５０〜１５０ｍ２／ｇであるのがよい。なお、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）はＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めた値である。
また、本発明で使用されるシリカは、特に限定されるものではなく、通常ゴム組成物に配合されるものを使用することができ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカ、表面処理シリカ等のシリカが挙げられる。シリカのＢＥＴ比表面積（ＪＩＳ Ｋ６４３０付属書Ｅに準拠して測定）は、本発明の効果の点から、例えば５０〜３００ｍ２／ｇ、好ましくは１５０〜２５０ｍ２／ｇであるのがよい。
本発明で使用される無機充填剤としては、例えばカーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム等を挙げることができる。中でも好ましくはカーボンブラック、シリカである。
本発明で使用されるカーボンブラックは、特に限定されるものではなく、通常ゴム組成物に配合されるものを使用することができるが、例えば、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が３０〜２００ｍ２／ｇ、好ましくは５０〜１５０ｍ２／ｇであるのがよい。なお、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）はＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めた値である。
また、本発明で使用されるシリカは、特に限定されるものではなく、通常ゴム組成物に配合されるものを使用することができ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカ、表面処理シリカ等のシリカが挙げられる。シリカのＢＥＴ比表面積（ＪＩＳ Ｋ６４３０付属書Ｅに準拠して測定）は、本発明の効果の点から、例えば５０〜３００ｍ２／ｇ、好ましくは１５０〜２５０ｍ２／ｇであるのがよい。
（ポリアミドポリエーテルエラストマー）
本発明で使用されるポリアミドポリエーテルエラストマーは、公知のエラストマーであり、例えば前記特許文献１にその製造方法を含め詳細に開示されている。該ポリアミドポリエーテルエラストマーは、ポリアミドからなるハードセグメントとポリエーテルからなるソフトセグメントを有し、本発明の効果の点からとくに好ましいポリアミドポリエーテルエラストマーは、ナイロン１２からなるハードセグメントとポリエーテルからなるソフトセグメントとを有するものであり、重量平均分子量が１００００〜２０００００のものである。このようなポリアミドポリエーテルエラストマーは市販されているものを利用でき、例えば宇部興産（株）製ＸＰＡが挙げられる。ポリアミドポリエーテルエラストマーの作用効果は現時点では明確ではないが、本発明者の検討によれば、ポリアミドポリエーテルエラストマー中のハードセグメント部分がシリカのような無機充填剤と相互作用し、かつソフトセグメント部分がゴム成分との親和性を提供することから、結果として無機充填剤の分散性が高まり、本発明の効果が奏されるものと推測している。
本発明で使用されるポリアミドポリエーテルエラストマーは、公知のエラストマーであり、例えば前記特許文献１にその製造方法を含め詳細に開示されている。該ポリアミドポリエーテルエラストマーは、ポリアミドからなるハードセグメントとポリエーテルからなるソフトセグメントを有し、本発明の効果の点からとくに好ましいポリアミドポリエーテルエラストマーは、ナイロン１２からなるハードセグメントとポリエーテルからなるソフトセグメントとを有するものであり、重量平均分子量が１００００〜２０００００のものである。このようなポリアミドポリエーテルエラストマーは市販されているものを利用でき、例えば宇部興産（株）製ＸＰＡが挙げられる。ポリアミドポリエーテルエラストマーの作用効果は現時点では明確ではないが、本発明者の検討によれば、ポリアミドポリエーテルエラストマー中のハードセグメント部分がシリカのような無機充填剤と相互作用し、かつソフトセグメント部分がゴム成分との親和性を提供することから、結果として無機充填剤の分散性が高まり、本発明の効果が奏されるものと推測している。
（シランカップリング剤）
本発明では、無機充填剤としてシリカを使用する場合、シランカップリング剤を併用するのが好ましい。使用されるシランカップリング剤は、含硫黄シランカップリング剤が挙げられ、本発明の効果の点からメルカプト基を有するアルコキシシランが好ましく、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランが最適である。
シランカップリング剤の配合量は、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して例えば０．５〜１０質量部、好ましくは１．０〜４．０質量部である。
本発明では、無機充填剤としてシリカを使用する場合、シランカップリング剤を併用するのが好ましい。使用されるシランカップリング剤は、含硫黄シランカップリング剤が挙げられ、本発明の効果の点からメルカプト基を有するアルコキシシランが好ましく、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランが最適である。
シランカップリング剤の配合量は、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して例えば０．５〜１０質量部、好ましくは１．０〜４．０質量部である。
（ゴム組成物の配合割合）
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、無機充填剤を５〜１００質量部およびポリアミドポリエーテルエラストマーを０．５〜４０質量部配合してなることを特徴とする。
前記無機充填剤の配合量が５質量部未満であると、補強性が低下し、所望の物性を得られないので好ましくなく、逆に１００質量部を超えると、充填剤の分散が悪化し物性低下を引き起こす。
前記ポリアミドポリエーテルエラストマーの配合量が０．５質量部未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に４０質量部を超えると、硬度の上昇値に対してｔａｎδ（６０℃）の悪化が著しくなる。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、無機充填剤を５〜１００質量部およびポリアミドポリエーテルエラストマーを０．５〜４０質量部配合してなることを特徴とする。
前記無機充填剤の配合量が５質量部未満であると、補強性が低下し、所望の物性を得られないので好ましくなく、逆に１００質量部を超えると、充填剤の分散が悪化し物性低下を引き起こす。
前記ポリアミドポリエーテルエラストマーの配合量が０．５質量部未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に４０質量部を超えると、硬度の上昇値に対してｔａｎδ（６０℃）の悪化が著しくなる。
さらに好ましい前記無機充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、３０〜８０質量部である。
さらに好ましい前記ポリアミドポリエーテルエラストマーの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、１〜１５質量部である。
さらに好ましい前記ポリアミドポリエーテルエラストマーの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、１〜１５質量部である。
本発明のゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
なお本発明の効果の観点から、各成分の混合の順番としては、まずジエン系ゴムとシリカとシランカップリング剤のみを１５０℃以上の温度、好適には１６０〜１７０℃の温度で２分間以上混合し、ジエン系ゴムとシリカのカップリング反応を進行させた後、前記ポリアミドポリエーテルエラストマーを添加するのが好ましい。このような方法により混合することにより、より多量なポリアミドポリエーテルエラストマーを配合することができ、良好な物性を得ることが可能である。
なお本発明の効果の観点から、各成分の混合の順番としては、まずジエン系ゴムとシリカとシランカップリング剤のみを１５０℃以上の温度、好適には１６０〜１７０℃の温度で２分間以上混合し、ジエン系ゴムとシリカのカップリング反応を進行させた後、前記ポリアミドポリエーテルエラストマーを添加するのが好ましい。このような方法により混合することにより、より多量なポリアミドポリエーテルエラストマーを配合することができ、良好な物性を得ることが可能である。
本発明のゴム組成物の用途としては、ベルトコンベアー、ホース、タイヤ等が挙げられるが、とくにタイヤ用途が好ましく、とりわけトレッド用（とくにキャップトレッド用）として好適に使用される。
また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに使用することができる。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
実施例１〜５および比較例１〜３
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫系（加硫促進剤、硫黄）を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで１６５℃で５分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物をオープンロールで、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃で２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。なお、実施例４、５は参考例である。
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫系（加硫促進剤、硫黄）を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで１６５℃で５分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物をオープンロールで、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃で２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。なお、実施例４、５は参考例である。
硬度（２０℃）：ＪＩＳ ６２５３に準拠して、２０℃で測定した。結果は、比較例１の値を１００として指数で示した。指数が大きいほど硬度が高く、操縦安定性に優れることを示す。
ｔａｎδ（６０℃）：岩本製作所（株）製の粘弾性スペクトロメーターを用い、伸張変形歪率１０±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃の条件にて測定した。結果は、比較例１の値を１００として指数で示した。指数が小さいほど低発熱性であることを示す。
結果を表１に示す。
ｔａｎδ（６０℃）：岩本製作所（株）製の粘弾性スペクトロメーターを用い、伸張変形歪率１０±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃の条件にて測定した。結果は、比較例１の値を１００として指数で示した。指数が小さいほど低発熱性であることを示す。
結果を表１に示す。
実施例６〜１０および比較例４〜５
サンプルの調製
表２に示す配合（質量部）において、まずＢＲ、ＳＢＲ、シリカおよびシランカップリング剤のみを１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーに入れ、１６５℃で２分間混合し、ジエン系ゴムとシリカのカップリング反応を進行させた後、上記成分および加硫系（加硫促進剤、硫黄）を除く成分を１５０℃で３分間混合し、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物をオープンロールで、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃で２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について上記試験法で物性を測定した。なお、比較例４の硬度（２０℃）およびｔａｎδ（６０℃）の値を１００として指数で示した。
結果を表２に示す。なお、実施例８、９、１０は参考例である。
サンプルの調製
表２に示す配合（質量部）において、まずＢＲ、ＳＢＲ、シリカおよびシランカップリング剤のみを１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーに入れ、１６５℃で２分間混合し、ジエン系ゴムとシリカのカップリング反応を進行させた後、上記成分および加硫系（加硫促進剤、硫黄）を除く成分を１５０℃で３分間混合し、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物をオープンロールで、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃で２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について上記試験法で物性を測定した。なお、比較例４の硬度（２０℃）およびｔａｎδ（６０℃）の値を１００として指数で示した。
結果を表２に示す。なお、実施例８、９、１０は参考例である。
＊１：ＢＲ（日本ゼオン（株）製ＢＲ１２２０）
＊２：ＳＢＲ（バイエル社製ＶＳＲ５０２５、溶液重合ＳＢＲ、油展量＝ＳＢＲ１００質量部に対し３７．５質量部）
＊３：シリカ（東ソー・シリカ（株）製Nipsil AQ、ＢＥＴ比表面積＝２００ｍ２／ｇ）
＊４：カーボンブラック（東海カーボン（株）製シースト７ＨＭ、Ｎ２ＳＡ＝１００ｍ２／ｇ）
＊５：シランカップリング剤（信越化学工業（株）製ＫＢＭ８０３、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）
＊６：ポリアミドポリエーテルエラストマー（宇部興産（株）製ＸＰＡ）
＊７：ポリプロピレン（出光興産（株）製出光ＰＰ）
＊８：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊９：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製、酸化亜鉛３種）
＊１０：老化防止剤（大内新興化学工業（株）製ノクラック６Ｃ）
＊１１：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１２：加硫促進剤−１（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＣＺ−Ｇ）
＊１３：加硫促進剤−２（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＤ）
＊２：ＳＢＲ（バイエル社製ＶＳＲ５０２５、溶液重合ＳＢＲ、油展量＝ＳＢＲ１００質量部に対し３７．５質量部）
＊３：シリカ（東ソー・シリカ（株）製Nipsil AQ、ＢＥＴ比表面積＝２００ｍ２／ｇ）
＊４：カーボンブラック（東海カーボン（株）製シースト７ＨＭ、Ｎ２ＳＡ＝１００ｍ２／ｇ）
＊５：シランカップリング剤（信越化学工業（株）製ＫＢＭ８０３、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）
＊６：ポリアミドポリエーテルエラストマー（宇部興産（株）製ＸＰＡ）
＊７：ポリプロピレン（出光興産（株）製出光ＰＰ）
＊８：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊９：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製、酸化亜鉛３種）
＊１０：老化防止剤（大内新興化学工業（株）製ノクラック６Ｃ）
＊１１：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１２：加硫促進剤−１（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＣＺ−Ｇ）
＊１３：加硫促進剤−２（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＤ）
上記の表１および２から明らかなように、実施例１〜１０で調製されたゴム組成物は、ジエン系ゴムに無機充填剤の特定量およびポリアミドポリエーテルエラストマーの特定量を配合しているので、従来の代表的な比較例１または４に対し、硬度が上昇し、優れた操縦安定性を提供している。また発熱性の低下も最小限に抑制している。すなわち、硬度（２０℃）とｔａｎδ（６０℃）の比を参照すると、硬度（２０℃）の向上に対するｔａｎδ（６０℃）の上昇分が、比較例に比べて抑えられている。
比較例２および３は、ポリアミドポリエーテルエラストマーの替わりに樹脂（ポリプロピレン）を配合した例であり、硬度は改善するものの発熱性が悪化している。
比較例５は、ポリアミドポリエーテルエラストマーの配合量が本発明で規定する上限を超えているので、バンバリーミキサーでの混合性や成型時の加工性が悪化した。
比較例２および３は、ポリアミドポリエーテルエラストマーの替わりに樹脂（ポリプロピレン）を配合した例であり、硬度は改善するものの発熱性が悪化している。
比較例５は、ポリアミドポリエーテルエラストマーの配合量が本発明で規定する上限を超えているので、バンバリーミキサーでの混合性や成型時の加工性が悪化した。
１ ビード部
２ サイドウォール
３ トレッド
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ リムクッション
２ サイドウォール
３ トレッド
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ リムクッション
Claims (2)
- スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、シリカおよびカーボンブラックを含む無機充填剤を５〜１００質量部、ポリアミドポリエーテルエラストマーを１〜５質量部およびγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを０．５〜１０質量部配合してなり、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が５０〜１５０ｍ２／ｇであり、前記シリカのＢＥＴ比表面積が１５０〜２５０ｍ２／ｇであることを特徴とするタイヤキャップトレッド用ゴム組成物。
- 請求項１に記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用した空気入りタイヤ。
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