JP5393141B2

JP5393141B2 - ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ

Info

Publication number: JP5393141B2
Application number: JP2008335615A
Authority: JP
Inventors: 里美井上
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: JP2010155941A

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関し、とりわけ氷雪面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤに関する。

氷雪路面走行を目的として、スパイクタイヤの使用やタイヤへのチェーンの装着がなされてきたが、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これにかわる氷雪路面走行用タイヤとしてスタッドレスタイヤが開発された。スタッドレスタイヤは、氷雪路面では一般路面に比べ、著しく摩擦係数が低下し滑りやすくなるので、材料面および設計面での工夫がなされている。

氷雪面における摩擦性能を向上させるため、例えば、ゴムを低硬度にする手法がとられている。ゴムを低硬度にする手法としては、充填剤や硫黄の配合量を少なくしたり、オイルなどの軟化剤を多量に配合することが挙げられる。しかし、いずれの方法でも氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能との両立が困難であった。

また、近年では、シリカを補強剤として配合することにより、低燃費化が図られるようになった。しかし、シリカを配合すると、転がり抵抗の低減とウェットグリップ性能の向上を両立できるが、ゴム練り中にポリマーと結合してゲルを作りやすい。ゲルが生成されると、シリカの分散性が低下するので、押出しゴム生地の加工性が悪化するという工程上の問題が多発し、生産性が大きく低下するという問題があった。

そこで、特許文献１ではジエン系ゴム、シリカおよびカーボンブラックを特定量配合し、さらに軟化剤としてエポキシ化液状ポリイソプロピレンゴムを配合することにより、加工性および低温における硬度が改善されたゴム組成物、ならびに該ゴム組成物からなるキャップトレッド部を有することで、氷雪路面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤが提案されている。

しかし、上記の技術によっても、氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能の向上効果が十分ではなかった。
特開２００６−１９９７８５号公報

本発明は、氷雪面での摩擦性能を低下させることなく優れた氷上性能を維持しつつ、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種を含むジエン系ゴム１００質量部に対して、テンセル（登録商標）を２〜２５質量部含むゴム組成物である。

本発明のゴム組成物は、前記テンセル（登録商標）の平均繊維径が１０〜１００μｍであることが好ましい。

本発明のゴム組成物は、表面粗さＲｚが１５〜２５μｍであることが好ましい。
本発明は、前記ゴム組成物をキャップトレッド部に用いて製造されたタイヤである。

本発明によれば、氷雪路面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供することができる。

本発明のゴム組成物は、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種を含むジエン系ゴムに、テンセル（登録商標）を添加してなる。

＜ジエン系ゴム＞
本発明のゴム組成物は、ゴム成分としてジエン系ゴムを用いる。さらにジエン系ゴムは天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなる群から選ばれた少なくとも１種を含む。

ジエン系ゴムとして天然ゴムを含む場合は、天然ゴムの含有量はゴム成分中、７０質量％以上、さらに好ましくは７５質量％以上である。天然ゴムの含有量が７０質量％未満であると、ゴムの加工性が悪化するため好ましくない。

ジエン系ゴムとしてブタジエンゴムを含む場合は、ブタジエンゴムの含有量はゴム成分中、好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは２５質量％以上である。ブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満では氷雪路面での摩擦性能が十分でない傾向にある。またブタジエンゴムの含有量は９０質量％以下であることが好ましい。９０質量％を超えると、ゴム組成物の加工性が低下する傾向にある。

ジエン系ゴムとしてポリイソプレンゴムおよび／またはスチレンブタジエンゴムを含む場合は、該含有量はゴム成分中、好ましくは５〜３０質量％である。

その他のジエン系ゴムとしては、たとえばブチルゴム（ＩＩＲ）、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）、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＩＢＲ）などを使用することができる。

＜テンセル（登録商標）＞
テンセル（登録商標）とは、木材パルプをたとえば有機溶剤等に直接溶解させてフィルターでろ過したのち、不純物を取り除いて細かい孔から押し出して紡糸して得られる精製セルロース繊維であって、セルロース誘導体を経ずに繊維化されているものを意味する。すなわち、本発明において用いられる精製セルロース繊維であるテンセル（登録商標）は、レーヨン、キュプラ等の製造において行なわれるような原料セルロースの化学的分解による誘導体化を経ないため、原料セルロースの結晶構造が保持され、原料セルロースと比べたときの分子量低下も少なく、結晶化度および配向性が高く、乾燥時の物理的強度に優れる。またテンセル（登録商標）は、その高い結晶化度および配向性により、乾湿強度比が９０％であり湿潤時にも強度低下が少なく、レーヨン等の再生セルロース繊維と比べて湿潤時の耐膨潤性に優れる。このため氷雪路面においても優れた破壊強度を有することができる。

本発明において用いられるテンセル（登録商標）は、たとえば、アミンオキサイド等の有機溶剤に原料セルロースを溶解させた後に連続紡糸し、長繊維フィラメントとして形成することができる。

本発明において、テンセル（登録商標）は、他の配合剤と混合する前にあらかじめ粉砕したものを用いる。粉砕後のテンセル（登録商標）の平均繊維径は１０〜１００μｍが好ましい。平均繊維径が１０μｍ未満では、耐屈曲強度が乏しく、テンセル（登録商標）を配合することによる表面粗さのコントロール効果の向上を期待できない。また平均繊維径が１００μｍを超えると、ゴム組成物の表面が粗くなるため、粘着摩擦が減少する。さらにゴムの補強性も乏しく耐摩耗性にも悪影響を及ぼす。テンセル（登録商標）の平均繊維径は、下限が１５μｍ、上限が７０μｍであることがより好ましい。なお、平均繊維径とは繊維断面の平均径を意味し、電子顕微鏡によって測定することができる。

また、テンセル（登録商標）の平均長さはテンセル（登録商標）の約２５倍が好ましく、具体的には２５０〜２５００μｍが好ましい。

テンセル（登録商標）の粉砕方法は特に限定されず、ミキサーなどを用いることができる。

テンセル（登録商標）の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して２〜２５質量部である。テンセル（登録商標）の配合量が２質量部未満では、表面粗さをコントロールするという効果が小さく、氷上性能の向上を期待できない。一方、テンセル（登録商標）の配合量が２５質量部を超えるとゴム組成物の表面が粗くなり、耐摩耗性が低下する。テンセル（登録商標）の配合量は、下限が１０質量部であることがより好ましい。

＜シリカ＞
本発明のゴム組成物はシリカを含有することが好ましい。シリカとしては、ＢＥＴ法による窒素吸着比表面積が５０ｍ²／ｇ〜５００ｍ²／ｇの従来公知のシリカを用いることができる。たとえば乾式法により得られるシリカ（無水珪酸）および／または湿式法により得られるシリカ（含水珪酸）を用いることができる。なかでも、湿式法により得られるシリカを用いることが好ましい。

本発明のゴム組成物におけるシリカの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部が好ましい。該含有量によって、低い転がり抵抗と高い耐摩耗性とを両立して実現することができるゴム組成物を得ることができる。

本発明のゴム組成物に用いられるシリカはＢＥＴ法による窒素吸着比表面積が５０ｍ²／ｇ〜５００ｍ²／ｇであることが好ましい。シリカの窒素吸着比表面積が５０ｍ²／ｇ未満であると加硫後の破壊強度が低下する傾向があり、５００ｍ²／ｇを超えると加工性が悪化する傾向がある。なお、シリカのＢＥＴ法による窒素吸着比表面積は、ＡＳＴＭ−Ｄ−４８２０−９３に準拠した方法により測定することができる。

＜シランカップリング剤＞
本発明においては、シリカを用いる場合は、一般にシランカップリング剤として知られているものを配合するのが好ましい。シランカップリング剤の例としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピロトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトシメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビス−(３−トリエトキシシリルプロピル)−テトラスルフィドが挙げられる。シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の１〜２０質量％の量である。シランカップリング剤の配合量が１質量％未満では、シランカップリング剤の効果が十分に得られず、耐摩耗性が低下する傾向がある。一方、シランカップリング剤の配合量が２０質量％を超えると、コストが上がる割に効果が得られず、補強性、耐摩耗性が低下する傾向がある。分散効果、カップリング効果の観点から、シランカップリング剤の配合量は、シリカ配合量の２〜１５質量％であることが好ましい。

＜カーボンブラック＞
本発明のゴム組成物は補強剤としてカーボンブラックを配合することが可能である。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、好ましくは５〜８０質量部、より好ましくは３０〜５５質量部である。カーボンブラックの配合量が５質量部未満では十分な補強性、剛性が得られず、８０質量部をこえると発熱しやすくなる。

カーボンブラックは、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が好ましくは２０〜１２０ｍ²／ｇであり、より好ましくは３０〜８０ｍ²／ｇである。チッ素吸着比表面積が２０ｍ²／ｇより低いと補強性、剛性（操縦安定性）が不十分であり、１２０ｍ²／ｇを超えると発熱しやすくなり好ましくない。

＜軟化剤＞
軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、石油アスファルト、ワセリンなどの石油系軟化剤、大豆油、パーム油、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油などの脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリンなどのワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸などの脂肪酸、などが挙げられる。軟化剤の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対してたとえば１００質量部以下とされることが好ましく、この場合、該ゴム組成物がタイヤに使用された際のウェットグリップ性能を低下させる危険性が少ない。

＜老化防止剤＞
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。

＜加硫助剤＞
加硫助剤としては、ステアリン酸、酸化亜鉛（亜鉛華）などを使用することができる。

＜加硫剤＞
加硫剤としては、有機過酸化物もしくは硫黄系加硫剤を使用できる。有機過酸化物としては、たとえば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３あるいは１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシプロピル）ベンゼン等を使用することができる。また、硫黄系加硫剤としては、たとえば、硫黄、モルホリンジスルフィドなどを使用することができる。これらの中では硫黄が好ましい。

＜加硫促進剤＞
加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくは、キサンテート系加硫促進剤のうち少なくとも一つを含有するものを使用することが可能である。

＜その他の成分＞
本発明のタイヤ用ゴム組成物には、その他の補強剤、充填剤、可塑剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物に配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の含有量も一般的な量とすることができる。

＜ゴム組成物＞
本発明に係るゴム組成物の表面粗さＲｚは、１５〜２５μｍが好ましい。表面粗さＲｚが１５μｍ未満では氷上性能が低下する傾向があり、また、２５μｍをこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。ここで、前記表面粗さＲｚとは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定されている表面粗さの定義に準じて計算された１０点平均粗さＲｚである。

＜ゴム組成物の製造方法＞
本発明のゴム組成物の製造方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば上記各材料を所定の配合割合となるように秤量した後、オープンロール、バンバリーミキサー等のゴム混練装置を用いて、１００〜２５０℃で５〜６０分間混練する方法等がある。

＜タイヤの構造＞
本発明の空気入りタイヤの構造は、たとえば図１のタイヤ断面の右上半分に例示されるものである。タイヤ１は、トレッド部７を構成するキャップトレッドゴム７aとベーストレッドゴム７ｂ、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部を構成するサイドウォールゴム８と、各サイドウォール部の内方端に位置するクリンチ部を構成するクリンチゴム３およびリム上部に位置するチェーファーを構成するチェーファーゴム２とを備える。またクリンチ部、チェーファー間にはカーカス５が架け渡されるとともに、このカーカス５のタイヤ半径方向外側にブレーカー部を構成するブレーカーゴム９が配される。該カーカス５は、カーカスコードを配列する１枚以上のカーカスプライから形成され、このカーカスプライは、トレッド部からサイドウォール部を経て、ビードコア６と、該ビードコア６の上端からサイドウォール方向に延びるビードエーペックス４との廻りをタイヤ軸方向の内側から外側に折返され、折返し部によって係止される。ブレーカー部は、ブレーカーコードを配列した２枚以上のブレーカープライからなり、各ブレーカーコードがブレーカープライ間で交差するよう向きを違えて重置している。

本発明のタイヤは、キャップトレッド部７ａにテンセル（登録商標）を配合したゴム組成物を用いて得られる。すなわち、本発明のタイヤは、このようなキャップトレッド部を備える限り、従来公知のいかなる構造を有するタイヤをも含むものである。

本発明のタイヤは、氷雪路表面において必要とされる特性を満足することが可能であるため、とくにスタッドレスタイヤとすることが好ましい。

＜タイヤの製造方法＞
本発明に係るゴム組成物をキャップトレッド部に用いたタイヤは、ゴム組成物の配合成分を、たとえばバンバリーミキサーやニーダー等により１３０℃以上１６０℃以下で混練して、ゴム組成物の未架橋物を調製し、該未架橋物を空気入りタイヤのキャップトレッド部に適用して加硫成形することによって形成されることができる。

＜実施例１〜６、比較例１〜２＞
（ゴム試験片およびタイヤの作製）
ゴム試験片の作製は次の方法で行った。表１に示す配合に基づき、硫黄および加硫促進剤以外の配合成分をバンバリーミキサーを用いて、１５０℃で５分間混練りした。その後、得られた混練物に対して硫黄および加硫促進剤を表１に示す配合量添加し、２軸オープンロールを用いて８０℃で５分間混練りし、未加硫ゴムシートを調製し、該ゴムシートを１７０℃で１５分間プレス加硫した。得られた加硫物、すなわちゴム組成物を用いて表面粗さを測定した。なお、テンセル（登録商標）はコートルズ社製の天然木質パルプを粉砕したセルロース繊維をミキサーによって平均繊維径１０〜１００μｍまで粉砕したものを使用した。

また、表１の配合に基づき得られたゴム組成物からなるキャップトレッド部を有する１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを作製し、氷上摩擦性能試験および耐摩耗性能試験を行った。実施例および比較例で行った試験および評価の方法は次に示すとおりである。

（表面粗さ）
前記ゴム試験片を用いて、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９９４表面粗さの定義に準じて表面粗さＲｚ（μｍ）を測定した。

（氷上摩擦性能試験）
前記タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着して実車走行をおこない、時速３０ｋｍ／時間からの氷盤上での制動停止距離を求めた。比較例１の制動停止距離の値を１００としてそれぞれ指数で示した。指数が大きいほど氷上摩擦性能に優れることを示す。

（耐摩耗性能試験）
前記タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着して実車走行をおこない、３００００ｋｍ走行後の摩耗量を測定した。比較例１の摩耗量を値を１００として指数で示した。指数が大きいほど耐摩耗性能に優れている。
評価結果を表１に示す。

ＮＲ：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
ＳＢＲ：ＪＳＲ社製のＳＢＲ１０５２
ＩＲ：ＪＳＲ社製のＩＲ２２００
シリカ：日本シリカ工業社製のＮｉｐｓｉｌＡＱ（Ｎ₂ＳＡ:２００ｍ²／ｇ）
カーボンブラック：キャボットジャパン製のショウブラックＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１１ｍ²／ｇ）
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック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）
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）製の亜鉛華１号
シランカップリング剤：デグサ社製のＳｉ６９
テンセル（登録商標）：コートルズ社製の天然木質パルプを粉砕したセルロース繊維を平均繊維径１０〜１００μｍまで粉砕したもの
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＣＺ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
加硫促進剤Ｄ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ
（評価結果）
実施例１〜６はジエン系ゴム１００質量部に対してテンセル（登録商標）を２〜２５質量部含むゴム組成物およびそれをキャップトレッド部に用いたタイヤである。いずれも表面粗さを１６〜２５μｍとスタッドレスタイヤに適した範囲にコントロールすることができた。実際、テンセル（登録商標）を含まない比較例１に比べて耐摩耗性能を維持したまま、氷上摩擦性能が向上した。

比較例２はジエン系ゴム１００質量部に対してテンセル（登録商標）を３０質量部含むゴム組成物およびそれをキャップトレッド部に用いたタイヤである。比較例１に比べて氷上性能は向上したが、耐摩耗性能はやや悪化した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係るタイヤの断面図の右半分を示す図である。

符号の説明

１タイヤ、２チェーファーゴム、３クリンチゴム、４ビードエーペックス、５カーカス、６ビードコア、７トレッド部、７ａキャップトレッドゴム、７ｂベーストレッドゴム、８サイドウォール部、９ブレーカー。

Claims

天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種を含むジエン系ゴム１００質量部に対して、平均繊維径が１５〜７０μｍであるテンセル（登録商標）を２〜２５質量部含むゴム組成物。
前記テンセル（登録商標）の平均長さが２５０〜２５００μｍである請求項１記載のゴム組成物。
表面粗さＲｚが１５〜２５μｍである請求項１記載のゴム組成物。
請求項１〜３いずれか１つに記載のゴム組成物をキャップトレッド部に用いて製造されたタイヤ。