JP5220277B2 - ゴム組成物およびそれを用いたタイヤトレッドを有する空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物およびタイヤトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

レース用タイヤをはじめとした競技用タイヤのトレッドには、一般に、優れたグリップ性能と耐摩耗性との両立が要求される。従来、グリップ性能および耐摩耗性を向上させるために、たとえば、ガラス転移温度（Ｔｇ）の高いスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を使用する方法が知られているが、温度変化に対する性能変化が大きくなり、とくに、初期グリップ性能が低下するという問題があった。

また、軟化点の高い樹脂を、プロセスオイルと置換して配合する方法も知られているが、置換量が多量であると、該樹脂の影響により、温度変化に対する性能変化が大きくなるという問題があった。

さらに、軟化剤およびカーボンブラックを多量に配合する方法、または粒子径の小さいカーボンブラックを使用する方法も知られているが、カーボンブラックの分散性が悪く、耐摩耗性が低下してしまうという問題があった。

特許文献１には、溶剤可溶性シリコーン系高分子を配合することで、耐摩耗性を向上させたゴム組成物が開示されているが、その改善効果は充分なものではなく、さらに、グリップ性能は低下するものであった。

特開２００１−３２９１１６号公報

本発明は、グリップ性能および耐摩耗性をバランスよく向上させたゴム組成物ならびにそれを用いたタイヤトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、結合スチレン量が２０％以上のスチレンブタジエンゴム、および屈折率が１．４０〜１．６０であるフェニル基変性シリコーンを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タイヤトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、所定のスチレンブタジエンゴムに、所定のフェニル基変性シリコーンを配合することで、グリップ性能および耐摩耗性をバランスよく向上させたゴム組成物ならびにそれを用いたタイヤトレッドを有する空気入りタイヤを提供することができる。とくに、該ゴム組成物および該空気入りタイヤは、初期グリップ性能を著しく向上させることができる。

本発明のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびフェニル基変性シリコーンを含む。

ＳＢＲの結合スチレン量は、２０％以上、好ましくは２５％以上である。ＳＢＲの結合スチレン量が２０％未満では、充分なグリップ性能および耐摩耗性が得られない。また、ＳＢＲの結合スチレン量は、６０％以下が好ましく、５０％以下がより好ましい。ＳＢＲの結合スチレン量が６０％をこえると、ゴムの硬度が過度に上昇し、初期グリップ性能が低下する傾向があり、さらに、耐摩耗性が低下する傾向もある。

本発明で使用するＳＢＲは、ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）に該当する損失正接（ｔａｎδ）ピーク以外に、ｔａｎδピークを有し、該ピーク温度は、０〜８０℃が好ましく、２０〜７０℃がより好ましい。

ＳＢＲと他のゴム成分を併用して使用する場合、ＳＢＲと併用できるゴム成分としては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）などがあげられるが、低温特性に優れ、耐摩耗性が向上するという理由から、ＢＲが好ましい。

ゴム成分中のＳＢＲの含有率は、２０重量％以上が好ましく、３０重量％がより好ましい。ＳＢＲの含有率が２０重量％未満では、グリップ性能および耐摩耗性の充分な改善効果が得られない傾向がある。とくに、ＳＢＲの含有率は、１００重量％が最も好ましい。

本発明で使用するフェニル基変性シリコーンとしては、下記一般式（１）

（ランダム共重合体でもブロック共重合体でもよく、式中、Ｒ¹〜Ｒ⁹は炭素数１〜２０のアルキル基を示し、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、ｘ／ｙは１〜９、ｘ＋ｙは５０〜５００００である。）で表される構造を有するシリコーンであることが好ましい。

式中、Ｒ¹〜Ｒ⁹は、他の材料との相溶性に優れるという理由から、アルキル基が好ましい。また、Ｒ¹〜Ｒ⁹の炭素数は、１〜２０が好ましく、１〜１０がより好ましい。Ｒ¹〜Ｒ⁹の炭素数が２０をこえると、ＳＢＲのスチレン基と相溶しにくくなる傾向がある。とくに、Ｒ¹〜Ｒ⁹は、すべてメチル基であることが最も好ましい。

本発明で好ましく使用されるフェニル基変性シリコーンとしては、たとえば、フェニル基変性ジメチルシリコーンオイル（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製のＳＨ５１０、ＳＨ５５０、ＳＨ７１０など）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が、ロール密着性の改善効果が得られることから、フェニル基変性ジメチルシリコーンオイルが好ましい。

フェニル基変性シリコーンの屈折率は、１．４０以上、好ましくは１．４２以上である。フェニル基変性シリコーンの屈折率が１．４０未満では、フェニル基含有率が不充分であり、ＳＢＲのスチレン基と相溶しにくくなり、初期グリップ性能が低下する。また、フェニル基変性シリコーンの屈折率は、１．６０以下、好ましくは１．５８以下である。フェニル基変性シリコーンの屈折率が１．６０をこえると、フェニル基含有量が多すぎるため、流動点が上がり、温度依存性が出てくる傾向がある。

フェニル基変性シリコーンの比重は、０．９５以上が好ましく、０．９９以上がより好ましい。フェニル基変性シリコーンの比重が０．９５未満では、フェニル基含有率が不充分であり、ＳＢＲのスチレン基と相溶しにくくなり、初期グリップ性能が低下する傾向がある。また、フェニル基変性シリコーンの屈折率は、１．５以下が好ましく、１．２以下がより好ましい。フェニル基変性シリコーンの屈折率が１．５をこえると、流動点が上がり、温度依存性が出てくる傾向がある。

フェニル基変性シリコーンの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、０．５重量部以上が好ましく、２重量部以上がより好ましい。フェニル基変性シリコーンの含有量が０．５重量部未満では、グリップ性能および耐摩耗性の充分な改善効果が得られない傾向がある。また、フェニル基変性シリコーンの含有量は、３０重量部以下が好ましく、２０重量部以下がより好ましい。フェニル基変性シリコーンの含有量が３０重量部をこえると、フェニル基変性シリコーンの配合による効果が得られず、コストアップしてしまう傾向があり、さらに、フェニル基変性シリコーンがタイヤ表面にブルームする傾向もある。

本発明では、高結合スチレン量のＳＢＲに、スチレンとの親和性の高いフェニル基変性シリコーンを配合することで、ＳＢＲ中のスチレン基と相溶し、ゴム組成物の硬度が過度に上昇するのを抑制できるため、初期グリップ性能を向上させることができる。

本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分およびフェニル基変性シリコーン以外にも、タイヤ工業で通常配合される配合剤、たとえば、カーボンブラックなどの補強剤、アロマオイルなどの軟化剤、各種老化防止剤、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配合することができる。

本発明の空気入りタイヤは、タイヤ工業において一般的な方法で製造される。すなわち、前記ゴム成分、フェニル基変性シリコーン、および必要に応じて配合した他の配合剤を混練りしたのち、得られた混練物をタイヤ成型機上にてトレッド形状に成形し、他のタイヤ各部材と貼りあわせたのち、加硫することにより本発明の空気入りタイヤを製造することができる。

本発明の空気入りタイヤは、優れたグリップ性能および耐摩耗性を有することから、タイヤ部材のなかでもとくに、前記ゴム組成物を用いたトレッドを有することが好ましく、競技用タイヤとすることがより好ましい。

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。

次に、実施例および比較例で用いた薬品をまとめて示す。
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：旭化成（株）製のタフデン４３５０（結合スチレン量：３９％、ＳＢＲ固形分１００重量部に対して、オイル５０重量部含有）
変性シリコーンオイル１：東レ・ダウコーニング（株）製のＳＨ５１０（フェニル基変性ジメチルシリコーンオイル、屈折率：１．４３、比重：０．９９）
変性シリコーンオイル２：東レ・ダウコーニング（株）製のＳＨ７１０（フェニル基変性ジメチルシリコーンオイル、屈折率：１．５３、比重：１．１１）
シリコーンオイル：東レ・ダウコーニング（株）製のＳＨ２００（ジメチルシリコーンオイル、屈折率：１．３９、比重：０．９３）
アロマオイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＸ−２６０
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイヤブラックＡ（Ｎ１１０）
老化防止剤６Ｃ：フレキシス社製のサントフレックス１３（Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン）
老化防止剤２２４：フレキシス社製のノクラック２２４（２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＮＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルファンアミド）

実施例１〜２および比較例１〜２
表１に示す配合処方にしたがい、ＢＰ型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を１５０℃の条件下で３分間混練りして混練物を得た。次に、得られた混練物に、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、６０℃の条件下で５分間混練りして未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物から、所定の形状のゴムシートを切り取り、所定のモールドを用いて、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫して実施例１〜２および比較例１〜２の加硫ゴムシートを得た。

（架橋度（ＳＷＥＬＬ）試験）
加硫ゴムシートをトルエンで抽出し、抽出前後の体積変化率（ＳＷＥＬＬ）を測定した。ＳＷＥＬＬが小さいほど、架橋のばらつきが抑制でき、好ましい。

（粘弾性試験）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪１０％、動歪２％、振動周波数１０Ｈｚの条件下で、４０℃および１００℃の加硫ゴムシートの物性（複素弾性率Ｅ’および損失正接ｔａｎδ）を測定した。４０℃における粘弾性試験および１００℃における粘弾性試験ともに、Ｅ’が大きいほど、剛性が高く、良好であることを示し、ｔａｎδが大きいほど、グリップ力が高く、グリップ性能が優れていることを示す。

（引張試験）
ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に準じて、ダンベル３号サンプルにて試験を行い、３００％伸張時応力（Ｍ３００）を測定した。比較例１の引張強度指数を１００とし、下記計算式により、実施例１〜２および比較例２の引っ張り強度を、それぞれ指数表示した。引張強度指数が大きいほど、耐アブレージョン摩耗性が向上していることを示す。
（引張強度指数）＝（各配合のＭ３００）／（比較例１のＭ３００）×１００

（ロール作業性試験）
前記した加硫ゴムシートの作製工程において、バンバリーミキサーで混練りして得られた混練物を、熱入れされたロール（温度６０℃）にかけ、ロールへの密着性を評価した。なお、比較例１の作製工程にて得られた混練物の密着性を３点とし、実施例１〜２および比較例２の作製工程にて得られた混練物の密着性を５点満点で評価した。密着性の得点が高いほど、密着性が低く、ロール作業性に優れているため、好ましいことを示す。

（実車評価）
前記未加硫ゴム組成物から、トレッド形状のゴムシートを切り取り、他のタイヤ部材とともに張り合わせ、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することで、カートタイヤ（タイヤサイズ：１１×１０^-5）を製造した。

カートに作製したタイヤを装着し、１周２ｋｍのテストコースを８週走行し、比較例１のタイヤのグリップ性能を３点とし、５点満点でテストドライバーが官能評価した。なお、初期グリップ性能は１〜４周目のグリップ性能、後半グリップ性能は５〜８周目のグリップ性能を示す。

さらに、走行後の比較例１のタイヤの外観を３点とし、各配合の摩耗外観を５点満点で相対評価した。

前記測定結果を表１に示す。

Claims (1)

1. 結合スチレン量が２０〜６０％のスチレンブタジエンゴムを含むゴム成分１００重量部に対して、
   屈折率が１．４０〜１．６０であるフェニル基変性シリコーンを５〜１０重量部含有するゴム組成物を用いたタイヤトレッドを有する空気入りタイヤ。