JP5144137B2 - トレッド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、トレッド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に関する。

タイヤの転がり抵抗を低減させるために、トレッドに、充填剤としてシリカを配合する手法は、一般的に知られている。また、転がり抵抗特性、ウェットスキッド性能および加工性をバランスよく向上させるために、大粒径のシリカを使用する手法（例えば、特許文献１参照）が知られている。しかし、大粒径のシリカを使用すると、耐摩耗性が悪化してしまう。

耐摩耗性の悪化を抑制するためには、通常、ゴム成分として天然ゴム（ＮＲ）やブタジエンゴム（ＢＲ）を使用する手法が知られている。しかし、その場合、ウェットスキッド性能などのグリップ特性が大きく低下するという問題があった。

耐摩耗性とグリップ特性を両立する手法として、補強剤として、カーボンブラックやシリカを増量することも考えられるが、加硫前の工程で粘度が大幅に上昇するため加工性が悪化したり、グリップ特性の向上とともに転がり抵抗が増大し、発熱しやすくなったりするという問題があった。

特開２００６−１９９８５８号公報

本発明は、加工性、転がり抵抗特性、耐摩耗性およびウェットスキッド性能を高度にバランスよく向上させることができるトレッド用ゴム組成物、ならびに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、チッ素吸着比表面積が２５〜１００ｍ²／ｇであるシリカ（１）を５〜８０重量部、および酸化亜鉛を０．５〜１．８重量部配合してなるトレッド用ゴム組成物に関する。

前記トレッド用ゴム組成物は、さらに、カーボンブラックを５〜１５０重量部配合してなることが好ましい。

前記とレッド用ゴム組成物は、さらに、チッ素吸着比表面積が１２０〜２５０ｍ²／ｇのシリカ（２）を１０〜９０重量部配合してなることが好ましい。

また、本発明は、トレッド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、特定のシリカおよび酸化亜鉛を所定量含有することで、加工性、転がり抵抗特性、耐摩耗性およびウェットスキッド性能を高度にバランスよく向上させることができるトレッド用ゴム組成物、ならびに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。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分、シリカ（１）および酸化亜鉛を配合してなる。

ゴム成分としては、とくに制限はなく、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ゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体のハロゲン化物などがあげられ、これらのジエン系ゴムはとくに制限はなく、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、耐摩耗性と転がり抵抗性能に優れるという理由から、ＢＲおよびＳＢＲが好ましい。

シリカ（１）は、大粒径のものである。このシリカ（１）としては、湿式法で調製されるものや、乾式法で調製されるものなどがあげられるが、とくに制限はない。

シリカ（１）の窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は２５ｍ²／ｇ以上、好ましくは４０ｍ²／ｇ以上である。シリカ（１）のＮ₂ＳＡが２５ｍ²／ｇ未満では、充分な補強効果が得られず、耐摩耗性が悪化する。また、シリカ（１）のＮ₂ＳＡは１００ｍ²／ｇ以下、好ましくは９０ｍ²／ｇ以下である。シリカ（１）のＮ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇをこえると、転がり抵抗が増大してしまうだけでなく、耐摩耗性やウェットスキッド性能も悪化する。

シリカ（１）の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上、好ましくは２０重量部以上である。シリカ（１）の配合量が５重量部未満では、転がり抵抗の充分な低減効果が得られない。また、シリカ（１）の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して８０重量部以下、好ましくは６０重量部以下である。シリカ（１）の配合量が８０重量部をこえると、加工性が悪化する。

酸化亜鉛としては、従来からゴム工業で使用されるものを使用することができ、具体的には、三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛１号、２号などがあげられる。

酸化亜鉛の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して０．５重量部以上、好ましくは１．０重量部以上、さらに好ましくは１．１重量部以上である。酸化亜鉛の配合量が０．５重量部未満では、破壊エネルギーが著しく低下するだけでなく、転がり抵抗特性および耐摩耗性が悪化する。また、酸化亜鉛の配合量は１．８重量部以下、好ましくは１．５重量部以下である。酸化亜鉛の配合量が１．８重量部をこえると、酸化亜鉛が摩耗の破壊核となり、耐摩耗性が悪化する。

本発明のトレッド用ゴム組成物には、シリカ（１）とともに、カーボンブラックを併用することが好ましい。このカーボンブラックは、転がり抵抗を低減させるために、大粒径のものを使用することが好ましい。

カーボンブラックのＮ₂ＳＡは、耐摩耗性に優れる点から、２５ｍ²／ｇ以上が好ましく、３５ｍ²／ｇ以上がより好ましい。また、カーボンブラックのＮ₂ＳＡは、転がり抵抗を低減できる点から、１００ｍ²／ｇ以下が好ましく、９０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。

カーボンブラックの配合量は、電気抵抗を低く抑えられる点から、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上が好ましく、２０重量部以上がより好ましい。また、カーボンブラックの配合量は、転がり抵抗を低減できる点から、ゴム成分１００重量部に対して１５０重量部以下が好ましく、１２０重量部以下がより好ましい。

さらに、本発明のトレッド用ゴム組成物には、シリカ（１）とともに、小粒径のシリカ（２）を配合することが好ましい。このシリカ（２）としては、湿式法で調製されるものや、乾式法で調製されるものなどがあげられるが、とくに制限はない。

シリカ（２）のＮ₂ＳＡは、転がり抵抗が低減し、耐摩耗性やウェットスキッド性能に優れる点から、１２０ｍ²／ｇ以上が好ましく、１３０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。また、シリカ（２）のＮ₂ＳＡは、充分な補強効果が得られ、耐摩耗性に優れる点から、２５０ｍ²／ｇ以下が好ましく、２２０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。

シリカ（２）の配合量は、ウェットスキッド性能に優れる点から、ゴム成分１００重量部に対して１０重量部以上が好ましく、１５重量部以上がより好ましい。また、シリカ（２）の配合量は、加工性に優れる点から、ゴム成分１００重量部に対して９０重量部以下が好ましく、８０重量部以下がより好ましい。

本発明のトレッド用ゴム組成物には、さらに、シランカップリング剤を配合することが好ましい。

シランカップリング剤としては、とくに制限はなく、ゴム工業において、従来からシリカと併用されるものを使用することができ、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（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）トリスルフィド、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）ジスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス(４−トリメトキシシリルブチル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリメトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系、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、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ系、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられる。

シランカップリング剤の配合量は、シリカの補強効果が充分に発揮でき、転がり抵抗を低減できる点から、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。また、シランカップリング剤の配合量は、転がり抵抗の低減効果が充分に得られ、コストを抑えられる点から、シリカ１００重量部に対して１２重量部以下が好ましくは、８重量部以下がより好ましい。なお、ここで、シリカ（１）および（２）を配合する場合、シランカップリング剤の配合量は、シリカ（１）および（２）の合計配合量１００重量部に対するものである。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、さらに、脂肪酸を配合することが好ましい。脂肪酸を配合することで、酸化亜鉛と反応し、ゴム組成物中で脂肪酸亜鉛として存在する。これにより、亜鉛の分散性が向上するという利点がある。

脂肪酸としては、亜鉛の分散性が高いステアリン酸などがあげられる。

脂肪酸の配合量は、亜鉛の分散性に優れる点から、ゴム成分１００重量部に対して０．２重量部以上が好ましく、０．５重量部以上がより好ましい。また、脂肪酸の配合量は、ブルームを抑えることができる点から、ゴム成分１００重量部に対して６重量部以下が好ましく、５重量部以下がより好ましい。

本発明のトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分、シリカ（１）および（２）、酸化亜鉛、カーボンブラック、シランカップリング剤、ならびに脂肪酸以外にも、従来からゴム工業で使用される配合剤、例えば、プロセスオイル、ワックス、各種老化防止剤、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを必要に応じて適宜配合することができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記配合剤を混練りしたのち、加硫することにより、本発明のトレッド用ゴム組成物を製造することができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、耐摩耗性と転がり抵抗特性に優れるという理由から、タイヤ部材のなかでも、トレッドとして好適に使用されるものである。

本発明のタイヤは、本発明のトレッド用ゴム組成物をトレッドに用いて、通常の方法により製造される。すなわち、本発明のトレッド用ゴム組成物を未加硫の段階でタイヤのトレッドの形状に押出し加工し、タイヤ成形機上で、他のタイヤ部材とともに通常の方法により貼り合わせて未加硫タイヤを形成する。該未加硫タイヤを加硫機中で加熱・加圧して本発明のタイヤを得ることができる。なお、このようにして得られた本発明のタイヤは、乗用車、商用車、二輪車などに使用することができる。

実施例に基づいて、本発明を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。

以下、実施例および比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：旭化成（株）製のＥ１５
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ５５０（Ｎ₂ＳＡ：４１ｍ²／ｇ）
シリカ（１）：デグッサ社製のウルトラシル３６０（Ｎ₂ＳＡ：５０ｍ²／ｇ）
シリカ（２）：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（Ｎ₂ＳＡ：２００ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ社製の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）
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸「椿」
プロセスオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ−２４
老化防止剤：住友化学（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
硫黄：軽井沢硫黄（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：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）

実施例１〜４および比較例１〜３
＜加硫ゴム組成物の製造＞
表１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、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を７７ｒｐｍで１４５℃に到達するまで混練りし、混練り物を得た。つぎに、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、８０℃の条件下で６分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、前記未加硫ゴム組成物を１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫し、実施例１〜４および比較例１〜３の加硫ゴム組成物を得た。

＜試験用タイヤの製造＞
前記未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１６０℃の条件下で２０分間プレス加硫し、実施例１〜４および比較例１〜３の試験用タイヤ（普通乗用車用、サイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

（加工性）
前記未加硫ゴム組成物から所定のサイズの試験片を作製し、ＪＩＳ Ｋ ６３００「未加硫ゴムの試験方法」に準じて、（株）島津製作所製のムーニー粘度試験機を用い、１分間の予熱によって熱せられた１３０℃の温度条件にて、小ローターを回転させ、４分間経過した時点での未加硫ゴム組成物のムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄／１３０℃）を測定し、比較例１のムーニー粘度指数を１００とし、以下の計算式により、各配合のムーニー粘度を指数表示した。なお、ムーニー粘度指数が大きいほどムーニー粘度が低減され、加工性に優れることを示す。
（ムーニー粘度指数）＝（比較例１のムーニー粘度）
÷（各配合のムーニー粘度）×１００

（転がり抵抗）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターＶＥＳを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％および動歪２％の条件下で、７０℃における加硫ゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、以下の計算式により、各配合のｔａｎδを指数表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど転がり抵抗が低減され、好ましいことを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００

（耐摩耗性）
（株）岩本製作所製のランボーン摩耗試験機にて、負荷荷重１．０ｋｇｆ、スリップ率３０％、温度２０℃、測定時間２分間の条件下で、加硫ゴム組成物からなるランボーン摩耗試験用加硫ゴム試験片を摩耗させ、各配合のランボーン摩耗量を測定した。さらに、比較例１のランボーン摩耗指数を１００とし、以下の計算式により、各配合のランボーン摩耗量を指数表示した。なお、ランボーン摩耗指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
（ランボーン摩耗指数）＝（比較例１のランボーン摩耗量）
÷（各配合のランボーン摩耗量）×１００

（ウェットスキッド性能）
試験用タイヤを試験車の全輪に装着させ、湿潤アスファルト路面において、速度１００ｋｍ／ｈのときにブレーキをかけた地点からの制動距離を求めた。さらに、比較例１のウェットスキッド性能指数を１００とし、以下の計算式により、各配合の制動距離を指数表示した。なお、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ることを示す。
（ウェットスキッド性能指数）＝（比較例１の制動距離）
÷（各配合の制動距離）×１００

前記評価結果を表１に示す。

Claims (5)

1. ゴム成分１００重量部に対して、
   チッ素吸着比表面積が２５〜１００ｍ²／ｇであるシリカ（１）を５〜８０重量部、および
   酸化亜鉛を０．５〜１．８重量部配合してなるトレッド用ゴム組成物であって、
   ゴム成分がブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムからなるものであるトレッド用ゴム組成物。
2. さらに、カーボンブラックを５〜１５０重量部配合してなる請求項１記載のトレッド用ゴム組成物。
3. さらに、チッ素吸着比表面積が１２０〜２５０ｍ²／ｇのシリカ（２）を１０〜９０重量部配合してなる請求項１または２記載のトレッド用ゴム組成物。
4. さらに、脂肪酸を０．２〜６重量部配合してなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のトレッド用ゴム組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤ。