JP5359598B2

JP5359598B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP5359598B2
Application number: JP2009149075A
Authority: JP
Inventors: 正樹佐藤
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP2011006514A

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、耐摩耗性を維持しながら走行初期からのグリップ性能を向上すると共に、そのグリップ性能の持続性を長くするようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

一般走行及びサーキット走行の両方において使用されるスポーツ用空気入りタイヤは、季節を問わずあらゆる条件下でのサーキット走行が想定されるため、低温路面から高温路面まで幅広い温度領域において、早期に高いグリップ性能を発揮することが必要とされる。また、周回を重ねても落ちないグリップ持続性や、サーキットでの耐摩耗性も必要とされる。更に、サーキット走行後も一般路面を長期間走行できるような一般走行での高い耐摩耗性なども必要とされ、幅広い性能の両立が求められている。

そのため、スポーツ用空気入りタイヤでは、トレッドを構成するゴム組成物が、走行開始後、出来るだけ早く高温状態に達するような特性を備えて、優れたグリップ性能を早期に発揮できるようにするため、トレッド用ゴム組成物にオイル等の軟化剤を多量に配合したり、カーボンブラック等の充填剤を多量に配合するようにしている。しかし、オイルやカーボンブラックを多量に配合したゴム組成物は、高速走行が長時間になると熱ダレ現象を起こし、グリップ性能が徐々に低下するとともに、耐摩耗性が悪化するという問題があった。

特許文献１は、空気入りタイヤのグリップ性能を改善するため、溶液重合スチレンブタジエンゴムを主成分とするゴム成分に、カーボンブラック、硫黄、チウラム系加硫促進剤及びロジン系樹脂、テルペン系樹脂等の粘着樹脂を配合したタイヤ用ゴム組成物を提案している。しかしながら、このゴム組成物は、グリップ性能の初期性能及び持続性能については、まだ改善の余地があり、これを向上しようとすると耐摩耗性が悪化するという問題があった。

特開２００２−２２６６２９号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解決するもので、耐サーキット摩耗性を維持しながら、走行初期からのグリップ性能を向上すると共に、そのグリップ性能の持続性を向上し、なおかつ一般走行での耐摩耗性を向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物、特にスポーツ用空気入りタイヤに好適なトレッド用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、スチレン含量が３０〜４５重量％であり、１００℃におけるムーニー粘度ＭＬ（１＋４）が６０〜８０である乳化重合スチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含む乳化重合スチレンブタジエンゴム１００重量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１００ｍ²／ｇ以上であるカーボンブラックを６０〜１００重量部、及びＢＥＴ比表面積が１４０ｍ²／ｇ以上であるシリカを２０〜６０重量部配合し、前記カーボンブラック及びシリカの合計量を８０〜１２０重量部にすると共に、粘着性付与樹脂を５〜２５重量部、チウラム系加硫促進剤を０．５〜３重量部配合したことを特徴とする。

また、上述する構成において、以下（１）〜（２）に記載するように構成することが好ましい。

（１）前記粘着性付与樹脂が、テルペン系樹脂又はロジン系樹脂である。
（２）前記粘着性付与樹脂が、テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂又は重合ロジンである。

上述した構成からなるタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、耐摩耗性を維持しながら走行初期からのグリップ性能が優れ、そのグリップ性能が長く持続する。

本発明によれば、スチレン含量が３０〜４５重量％の乳化重合スチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含む乳化重合スチレンブタジエンゴム１００重量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ以上であるカーボンブラックを６０〜１００重量部、及びＢＥＴ比表面積が１４０ｍ^２／ｇ以上であるシリカを２０〜６０重量部配合し、前記カーボンブラック及びシリカの合計量を８０〜１２０重量部にすると共に、粘着性付与樹脂を５〜２５重量部、チウラム系加硫促進剤を０．５〜３重量部配合したので、耐摩耗性を維持・向上しながら、グリップ性能の初期性能及び持続性能を共に向上することが出来る。特に、スチレン含量が３０〜４５重量％の乳化重合スチレンブタジエンゴムを配合したことにより、走行初期及び走行後半のグリップ性能を大幅に向上し、グリップ性能の持続性を長くすることが出来る。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物を構成するゴム成分は乳化重合スチレンブタジエンゴムである。この乳化重合スチレンブタジエンゴム（以下「乳化重合ＳＢＲ」と言うことがある。）は、スチレン含量が３０〜４５重量％、好ましくは３０〜４０重量％である乳化重合ＳＢＲを７０重量％以上含むようにする。スチレン含量が３０重量％より少ないと充分なグリップ性能を発揮することができず、４５重量％より多いと一般走行での耐摩耗性が悪化する。尚、本発明において、スチレンブタジエンゴムのスチレン含量は、赤外分光分析（ハンプトン法）により求めるものとする。

本発明のゴム組成物のベースとなる乳化重合ＳＢＲは、このようなスチレン含量の乳化重合ＳＢＲを、７０重量％以上、好ましくは７５〜１００重量％含むようにする。乳化重合ＳＢＲは、溶液重合ＳＢＲより分子量分布が広く、ｔａｎδの温度依存性が小さいので、幅広い温度域で高いグリップ性能を発揮し、かつ、この優れたグリップ性能の持続性を長くすることが出来る。一方、タイヤトレッド用ゴム組成物が溶液重合ＳＢＲを含むと、初期グリップ性能が不充分になりがちであり、またグリップ性能の持続性を長くすることが出来ない。

本発明において、スチレン含量が３０〜４５重量％の乳化重合ＳＢＲのムーニー粘度は、６０〜８０である。好ましくはムーニー粘度を６５〜７５にするとよい。このようなムーニー粘度の乳化重合ＳＢＲを配合することにより、グリップ性能の初期性能と持続性とをより一層向上すると共に、一般走行時及びサーキット走行時の耐摩耗性を向上することが出来る。本発明において、スチレンブタジエンゴムのムーニー粘度はＪＩＳ６３００に準拠して、ムーニー粘度計にてＬ型ロータを使用し、予備時間１分、ロータの回転時間４分、１００℃、２ｒｐｍの条件下で測定した。

本発明に係るゴム組成物は、乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ以上、好ましくは１３０〜３００ｍ^２／ｇであるカーボンブラックを６０〜１００重量部、好ましくは７０〜９０重量部配合する。Ｎ_２ＳＡが１００ｍ^２／ｇ未満であると、グリップ性能が不充分になる。また、カーボンブラックの配合量が６０重量部より少ないとグリップ性能が不充分になり、配合量が１００重量部より多いと耐摩耗性が低下してしまう。カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して求めるものとする。

本発明に係るゴム組成物は、乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が１４０ｍ^２／ｇ以上、好ましくは１４０〜２５０ｍ^２／ｇのシリカを２０〜６０重量部、好ましくは２０〜４０重量部配合する。こうすることで、低温路面及び常温路面での初期グリップ性能及び一般走行時の耐摩耗性が向上する。ＢＥＴ比表面積が１４０ｍ^２／ｇ未満であると、グリップ性能が不充分になる。また、シリカの配合量が２０重量部より少ないと低温路面でのグリップ性能が向上しない。シリカのＢＥＴ比表面積は、ＡＳＴＭＤ１９９３−０３に準拠して求めるものとする。

本発明において、これらカーボンブラック及びシリカの合計量は、乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し、８０〜１２０重量部、好ましくは９０〜１１０重量部になるようにする。配合量の合計が８０重量部より少ないと、グリップ性能が不充分になる。配合量の合計が１２０重量部より多いと、一般走行時の耐摩耗性が悪くなるうえ、ゴムが固くなり過ぎてグリップ性能が悪化する。

本発明のゴム組成物は、粘着性付与樹脂を配合することにより、グリップ性能を向上する。この粘着性付与樹脂は、乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し５〜２５重量部、好ましくは１０〜２０重量部配合する。粘着性付与樹脂の配合量が５重量部より少ないとグリップ性能が不充分になり、配合量が２５重量部より多いと低温路面でのグリップ発生が遅くなる。

本発明において、粘着性付与樹脂とは、ゴム組成物への粘着付与性を有する樹脂であり、一般には分子量が数百から数千の熱可塑性樹脂で、上述した乳化重合ＳＢＲに配合することによって粘着性を付与する作用を行う。粘着性付与樹脂としては、例えば、テルペン系樹脂、ロジン系樹脂などの天然樹脂、石油系樹脂、石炭系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂などの合成樹脂が例示される。中でも、テルペン系樹脂、ロジン系樹脂が好ましい。

テルペン系樹脂としては、例えば、α‐ピネン系樹脂、β‐ピネン系樹脂、リモネン樹脂、水添リモネン樹脂、ジペンテン樹脂、テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、水素添加テルペン樹脂等を例示することが出来る。ロジン系樹脂としては、例えば、ガムロジン、トール油ロジン、ウッドロジン、水素添加ロジン、これらのロジンのグリセリンエステル、ペンタエリスリトールエステル、メチルエステル、及びトリエチレングリコールエステル等のエステル誘導体、並びにロジン変性フェノール樹脂等を例示することが出来る。これらの中でも、配合されたゴム組成物の耐摩耗性とグリップ特性の観点から、テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、重合ロジンが好ましい。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分中において、チウラム系加硫促進剤を配合することでグリップ性能を落とさずに、グリップ持続性とサーキット走行時の耐摩耗性を向上することが出来る。このチウラム系加硫促進剤は乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し０．５〜３重量部、好ましくは０．５〜２．５重量部配合する。チウラム系加硫促進剤の配合量が０．５重量部より少ないとグリップ持続性や耐サーキット摩耗性の改善が不充分になり、配合量が３重量部より多いと低温路面での初期グリップ性能が悪化する。

チウラム系加硫促進剤としては、例えば、テトラベンジルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド、ジペンタメチレンチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムモノスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、ペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、テトラキス（２−エチルヘキシル）チウラムジスルフィドなどのチウラム系化合物を使用することが出来る。

本発明に係るゴム組成物は、チウラム系加硫促進剤に併用して、他の加硫促進剤を配合することが出来る。このような加硫促進剤としては、スルフェンアミド系やグアニジン系の加硫促進剤を例示することが出来る。

スルフェンアミド系加硫促進剤としては、例えば、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、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、Ｎ−オキシジエチレン−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミドなどを例示することが出来る。スルフェンアミド系加硫促進剤は、乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し、好ましくは１．５〜２．５重量部配合するとよい。

本発明に係るゴム組成物は、乳化重合ＳＢＲ１００重量部に対し、加硫剤としてのイオウ成分が、好ましくは１〜３重量部配合されているとよい。イオウ成分の配合量が１重量部より少ないと、ゴム組成物のゴム強度が不足し、イオウ成分の配合量が３重量部より多いと、ゴム組成物の耐熱性が悪化すると共に、そのようなゴム組成物を用いたタイヤのグリップ力が低下する。

本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分中に、カップリング剤を含有させることが出来る。カップリング剤とは、乳化重合ＳＢＲとシリカとの界面に強固な結合を形成させる化合物である。分子中に異種の反応性基が導入され、一方は乳化重合ＳＢＲと、他方はシリカと化学結合する。カップリング剤としては、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであればよいが、特に硫黄含有シランカップリング剤が好ましい。硫黄含有シランカップリング剤としては、例えば、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することが出来る。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、カーボンブラック及びシリカ以外の充填剤を配合しても良い。充填剤としては、例えば、クレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルク等を例示することが出来る。また、ゴム組成物には、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することが出来、かかる添加剤は、一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することが出来る。これらの添加剤の配合量は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出来る。本発明のゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することが出来る。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、スポーツ用空気入りタイヤや一般の高性能タイヤのトレッド部に使用するのが好適である。このタイヤトレッド用ゴム組成物を使用してトレッド部を構成した空気入りタイヤは、耐摩耗性を維持しながら走行初期からのグリップ性能が優れ、そのグリップ性能を長く持続することが出来る。

以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、これにより本発明の範囲が制限を受けるものではない。

表１、２に示す配合からなる１４種類のゴム組成物（比較例１〜１０、参考例１〜３、実施例１）を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、１６Ｌのバンバリーミキサーで１０分間混練し、温度１５０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１６Ｌのバンバリーミキサーで硫黄及び加硫促進剤を加え混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調整した。得られた１４種類のゴム組成物を使用して、下記の方法により、サーキット走行時と一般走行時の耐摩耗性、低温路面での初期グリップ性能、常温路面での初期グリップ性能、走行後半のグリップ持続性をそれぞれ下記の方法で測定した。

耐摩耗性（サーキット走行時）
上記で得られた各ゴム組成物について、ＪＩＳＫ６２６４−２に準拠した試験片を１５０℃で３０分間の条件で加硫した。この試験片の耐摩耗性をＦＥＲＲＹＭＡＣＨＩＮＥＣＯ．製ピコ摩耗試験機を使用し、ＪＩＳＫ６２６４−２に準拠した条件でピコ摩耗量を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として、表１、２の「耐摩耗性（サーキット走行時）」の欄に示した。この指数が大きいほどサーキット走行時の耐摩耗性が優れていることを意味する。

耐摩耗性（一般走行時）
上記で得られた各ゴム組成物について、ＪＩＳＫ６２６４−２に準拠した試験片を加硫成形した。この試験片のランボーン摩耗を、岩本製作所（株）製ランボーン摩耗試験機を使用して１５Ｎ、スリップ率５０％の条件にて測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数として、表１、２の「耐摩耗性（一般走行時）」の欄に示した。この指数が大きいほど一般走行時の耐摩耗性が優れていることを意味する。

低温初期グリップ性能
路面温度１０℃のサーキットコースを３ラップ走行したときの１〜３ラップの平均タイムを、比較例１の空気入りタイヤの平均タイムを基準タイムとし、以下の判定基準により評価した。得られた結果を表１、２の「初期グリップ性能（低温路面）」の欄に示した。この評点が高いほど低温路面での走行初期からのグリップ性能が優れることを意味する。
１：平均ラップタイムが、基準タイムより０．５０秒以上遅い。
２：平均ラップタイムが、基準タイムより０．２５〜０．５０秒遅い。
３：平均ラップタイムと基準タイムとの差が±０．２５秒未満の範囲内にある。
４：平均ラップタイムが、基準タイムより０．２５〜０．５０秒速い。
５：平均ラップタイムが、基準タイムより０．５０〜０．７５秒速い。
６：平均ラップタイムが、基準タイムより０．７５〜１．００秒速い。
７：平均ラップタイムが、基準タイムより１．００秒以上早い。

常温初期グリップ性能
路面温度２５℃のサーキットコースを３ラップ走行したときの１〜３ラップの平均タイムを、比較例１の空気入りタイヤの平均タイムを基準タイムとし、以下の判定基準により評価した。得られた結果を表１、２の「初期グリップ性能（常温路面）」の欄に示した。この評点が高いほど常温路面での走行初期からのグリップ性能が優れることを意味する。
１：平均ラップタイムが、基準タイムより０．５０秒以上遅い。
２：平均ラップタイムが、基準タイムより０．２５〜０．５０秒遅い。
３：平均ラップタイムと基準タイムとの差が±０．２５秒未満の範囲内にある。
４：平均ラップタイムが、基準タイムより０．２５〜０．５０秒速い。
５：平均ラップタイムが、基準タイムより０．５０〜０．７５秒速い。
６：平均ラップタイムが、基準タイムより０．７５〜１．００秒速い。
７：平均ラップタイムが、基準タイムより１．００秒以上早い。

グリップ持続性
路面温度２５℃のサーキットコースを１０ラップ走行したときの１〜３ラップの平均タイムと８〜１０ラップの平均タイムとの差を、以下の判定基準により評価した。得られた結果を表１、２の「グリップ持続性」の欄に示した。この評点が高いほどグリップ性能の持続性が優れることを意味する。
７：差が０．２０秒以内
６：差が０．２０〜０．４０秒
５：差が０．４０〜０．６０秒
４：差が０．６０〜０．８０秒
３：差が０．８０〜１．００秒
２：差が１．２５〜１．５０秒
１：差が１．５０秒以上

なお、表１、２において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＳＢＲ１：乳化重合スチレンブタジエンゴム、スチレン含量４７重量％、ムーニー粘度４４（日本ゼオン株式会社製ＮＩＰＯＬ１７４９、ゴム１００重量部に対しアロマオイル５０重量部添加の油展品)
ＳＢＲ２：乳化重合スチレンブタジエンゴム、スチレン含量４０重量％、ムーニー粘度５４（日本ゼオン株式会社製ＮＩＰＯＬ１７３９、ゴム１００重量部に対しアロマオイル３７．５重量部添加の油展品)
ＳＢＲ３：乳化重合スチレンブタジエンゴム、スチレン含量３７重量％、ムーニー粘度６９（日本ゼオン株式会社製ＮＩＰＯＬ９５４８、ゴム１００重量部に対しアロマオイル３７．５重量部添加の油展品)
ＳＢＲ４：乳化重合スチレンブタジエンゴム、スチレン含量２４重量％、ムーニー粘度５０（日本ゼオン株式会社製ＮＩＰＯＬ１７２３、ゴム１００重量部に対しアロマオイル３７．５重量部添加の油展品)
ＳＢＲ５：溶液重合スチレンブタジエンゴム、スチレン含量４０重量％、ムーニー粘度６８（日本ゼオン株式会社製ＮＩＰＯＬＮＳ５２２、ゴム１００重量部に対しアロマオイル３７．５重量部添加の油展品)
カーボンブラック：東海カーボン株式会社製シースト９、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）１４２ｍ^２／ｇ
シリカ：ローディア製Ｚｅｏｓｉｌ１１６５ＭＰ、ＢＥＴ比表面積１６０ｍ^２／ｇ
粘着性付与樹脂１：芳香族変性テルペン樹脂、軟化点１２５℃、ヤスハラケミカル株式会社製テルペン系樹脂ＹＳレジンＴＯ１２５
粘着性付与樹脂２：ロジン系樹脂、軟化点１０５℃、ハリマ化成株式会社製ハリタックＡＱ−９０Ａ
アロマオイル：ジャパンエナジー社製プロセスＸ−１４０
老化防止剤：フレキシス社製サントフレックス６ＰＰＤ
亜鉛華：正同化学工業株式会社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油株式会社製ビーズステアリン酸ＹＲ
カップリング剤：デグッサ社製Ｓｉ６９
加硫促進剤１：チウラム系加硫促進剤、テトラベンジルチウラムジスルフィド、フレキシス社製ＴＢＺＴＤ
加硫促進剤２：グアニジン系加硫促進剤、ジフェニルグアニジン、フレキシス社製ＰＥＲＫＡＣＩＴＤＰＧ
加硫促進剤３：スルフェンアミド系加硫促進剤、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、大内新興化学工業株式会社製のノクセラーＣＺ
硫黄：鶴見化学工業株式会社製金華印油入微粉硫黄

Claims

スチレン含量が３０〜４５重量％であり、１００℃におけるムーニー粘度ＭＬ（１＋４）が６０〜８０である乳化重合スチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含む乳化重合スチレンブタジエンゴム１００重量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１００ｍ²／ｇ以上であるカーボンブラックを６０〜１００重量部、及びＢＥＴ比表面積が１４０ｍ²／ｇ以上であるシリカを２０〜６０重量部配合し、前記カーボンブラック及びシリカの合計量を８０〜１２０重量部にすると共に、粘着性付与樹脂を５〜２５重量部、チウラム系加硫促進剤を０．５〜３重量部配合したタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記粘着性付与樹脂が、テルペン系樹脂又はロジン系樹脂である請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記粘着性付与樹脂が、テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂又は重合ロジンである請求項２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１，２又は３に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤ。