JP5214130B2 - 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、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。

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、ウェットスキッド性能や操縦安定性などを向上させるために、カーボンブラックやシリカなどとともに、無機化合物粉体を配合する手法が知られている。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った。

また、ゴム組成物の低燃費性を向上させる手法として、補強剤であるフィラーの配合量を低減させる手法も知られている。しかし、ゴム硬度を減少させてしまい、操縦安定性、ウェットスキッド性能および耐摩耗性が低下するという問題があった。

さらに、低燃費性、ウェットスキッド性能および耐摩耗性を改善するために、シリカとともに、塩基性水溶液を配合する手法（たとえば、特許文献１参照）も知られている。しかし、シランカップリング剤の反応速度が過度に上昇することで、シランカップリング剤同士の凝集が促進され、低燃費化およびウェットグリップ性能の向上の両立が充分ではなかった。

特開２０００−２１９７７９号公報

本発明は、転がり抵抗を低減させ、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、チッ素吸着比表面積が２０〜２００ｍ²／ｇであり、水に分散させて５％の水性分散液としたときの水性分散液のｐＨが７．０〜１２．０であるシリカを３０〜１５０重量部、および平均１次粒子径が２００ｎｍ以下である微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有するゴム組成物に関する。

また、本発明は、前記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、所定のシリカおよび所定の微粒子状酸化亜鉛を所定量含有することで、転がり抵抗を低減させ、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。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分、シリカおよび微粒子状酸化亜鉛を含有する。

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、これらのゴム成分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、転がり抵抗を低減させ、ウェットスキッド性能を向上させることができることから、ＳＢＲが好ましい。

ゴム成分中にＳＢＲを含有する場合、ゴム成分中の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、とくに制限されるわけではないが、乾式法シリカ（無水ケイ酸）や、湿式法シリカ（含水ケイ酸）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反応しやすいという理由から、湿式法シリカが好ましい。

シリカのチッ素吸着比表面積（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％の水性分散液としたときの水性分散液のｐＨ（以下、５％ｐＨとする）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、転がり抵抗の低減効果およびウェットスキッド性能の向上効果が不充分である。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、スコーチタイムが短くなり、加工性が低下するだけでなく、ウェットスキッド性能や操縦安定性が低下する。

シリカの配合量は、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。シリカの配合量が３０重量部未満では、シリカの配合によるウェットスキッド性能および操縦安定性の充分な改善効果が得らない。また、シリカの配合量は１５０重量部以下、好ましくは１２０重量部以下である。シリカの配合量が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、ゴムの加工性が低下するだけでなく、転がり抵抗が増大する。

本発明で使用する微粒子状酸化亜鉛は、平均粒子径が２００ｎｍ以下のものである。

微粒子状酸化亜鉛の平均粒子径は２００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以下である。微粒子状酸化亜鉛の平均粒子径が２００ｎｍをこえると、クラックの基点となる可能性が大きく耐カットチップ性能に劣り、耐摩耗性が悪化する。また、微粒子状酸化亜鉛の平均粒子径は１ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。微粒子状酸化亜鉛の平均粒子径が１ｎｍ未満では、微粒子状酸化亜鉛の分散性に劣る傾向がある。

微粒子状酸化亜鉛の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して０．１重量部以上、好ましくは０．５重量部以上である。微粒子状酸化亜鉛の配合量が０．１重量部未満では、微粒子状酸化亜鉛の配合による加硫助剤としての効果が得られない。また、微粒子状酸化亜鉛の配合量は１０重量部以下、好ましくは８重量部以下である。微粒子状酸化亜鉛の配合量が１０重量部をこえると、耐摩耗性が悪化する。

本発明では、ゴム成分に、所定のシリカを配合し、さらに、所定の微粒子状酸化亜鉛を配合することで、シリカの分散性が向上するという理由から、所定のシリカのみを配合したときと比較しても、優れたウェットスキッド性能および操縦安定性は維持したまま、転がり抵抗を低減させ、耐摩耗性を向上させることができる。

本発明のゴム組成物には、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）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好適に用いられる。

シランカップリング剤の配合量は、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配合量が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配合量は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配合量が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、前記ゴム成分、シリカ、微粒子状酸化亜鉛およびシランカップリング剤以外にも、従来からゴム工業で使用される配合剤、たとえば、カーボンブラック、クレーなどの充填剤、プロセスオイル、ステアリン酸、各種老化防止剤、ワックス、硫黄、加硫促進剤、加工助剤などを必要に応じて通常使用される量を含有することができる。

本発明のゴム組成物は、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ゴム成分、所定のシリカ、所定の微粒子状酸化亜鉛、必要に応じてシランカップリング剤および前記配合剤を混練りし、その後加硫することにより、本発明のゴム組成物を製造することができる。

本発明のゴム組成物は、タイヤ用として使用されるものであり、耐摩耗性が向上するという理由から、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。

本発明のタイヤは、本発明の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、本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドの形状にあわせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて他のタイヤ部材と貼り合わせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによって、本発明のタイヤを製造できる。なお、本発明のゴム組成物をトレッドの形状に成形する方法としては、ゴム組成物をシート状にしたものを所定の形状に貼り合わせる方法、または２本以上の押出し機に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があげられる。

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
シリカ（１）：デグッサ社製のウルトラシル３６０（湿式法シリカ、Ｎ₂ＳＡ：５０ｍ²／ｇ、５％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、Ｎ₂ＳＡ：１７５ｍ²／ｇ、５％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（平均粒子径：２９０ｎｍ）
微粒子状酸化亜鉛：ハクスイテック（株）製のジンコックススーパーＦ−２（平均粒子径：６５ｎｍ）
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（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
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１〜３および比較例１〜２
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１５０℃の条件下で３分間混練りし、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、ロールを用いて、８０℃の条件下で３分間練り込み、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の形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材と貼り合わせ、１６０℃の条件下で２０分間プレス加硫することにより、実施例１〜３および比較例１〜２の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

（転がり抵抗）
転がり抵抗試験機を用いて、製造した試験用タイヤを、リム（１５×６ＪＪ）、内圧（２３０ｋＰａ）、荷重（３．４３ｋＮ）および速度（８０ｋｍ／ｈ）の条件下で走行させたときの転がり抵抗を測定し、比較例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。なお、転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が低減でき、低燃費性および低発熱性に優れることを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１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）の全輪に、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。具体的には、初速度１００ｋｍ／ｈで走行中に、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、比較例１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。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ていることを示す。
（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

（耐摩耗性）
前記試験車の全輪に、製造した試験用タイヤを装着させて実車走行させ、３００００ｋｍ走行前後のトレッドパターンの溝深さを測定し、その変化を算出した。そして、比較例１の耐摩耗性指数を１００とし、下記計算式により、各配合の溝深さの変化を指数表示した。なお、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。
（耐摩耗性指数）＝（比較例１の溝深さの変化）
÷（各配合の溝深さの変化）×１００

（操縦安定性）
前記試験車の全輪に、製造した試験用タイヤを装着させて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１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、操縦安定性の評点が大きいほど、操縦安定性に優れることを示す。

前記各評価結果を表１に示す。

Claims (4)

1. ゴム成分１００重量部に対して、
   シリカとしてチッ素吸着比表面積が２０〜１５０ｍ²／ｇであり、水に分散させて５％の水性分散液としたときの水性分散液のｐＨが７．０〜１２．０であるシリカのみを３０〜１５０重量部、および
   平均１次粒子径が２００ｎｍ以下である微粒子状酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有するトレッド用ゴム組成物。
2. ゴム成分中のスチレンブタジエンゴムの含有率が３０重量％以上である請求項１記載のトレッド用ゴム組成物。
3. シリカ１００重量部に対してシランカップリング剤を２〜２０重量部含有し、シランカップリング剤がビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドである請求項１または２記載のトレッド用ゴム組成物。
4. 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を用いたトレッドを有するタイヤ。