JP5520400B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、磁性体粉末および磁性流体を含有するタイヤ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空気入りタイヤに関する。

近年、自動車の高性能化および高馬力化が進む一方、安全性に対する意識も高まっており、タイヤに対するグリップ性能の要求も強まってきている。たとえば、高速走行時の諸性能もその１つにあげられている。空気入りタイヤのトレッド部は、車の走行とともに発熱が生じ、高温になることでグリップ性能が低下するという問題があった。

従来、グリップ性能を向上させる手法としては、たとえば、特許文献１のようにイミダゾール類やラクタム類のような塩基性老化防止剤と有機金属化合物を配合させることにより、タイヤトレッド用ゴム組成物中でイオン結合を有する塩基性老化防止剤を付与させることができ、その結果グリップ性能を向上させることができた。しかしながら、塩基性老化防止剤にイオン結合を付与するために使用される有機金属化合物は、カルボン酸が発生し、架橋阻害を起こすという問題があった。

特開２００６−１２４４２３号公報

本発明は、中〜高温にかけてグリップ性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分、磁性体粉末および磁性流体を含有するトレッド用ゴム組成物に関する。

前記タイヤトレッド用ゴム組成物が、ゴム成分１００重量部に対して磁性体粉末を１〜５０重量部、磁性流体を１〜５０重量部含有することが好ましい。

前記タイヤトレッド用ゴム組成物が、さらに、ゴム成分１００重量部に対して水素結合および／またはイオン結合を含む化合物を０．５〜２０重量部含有することが好ましい。

また、本発明は前記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いた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、磁性体粉末および磁性流体を配合することで、広い温度領域のグリップ性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分、磁性体粉末および磁性流体を含有する。

ゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）など、通常ゴム工業に用いられるものがあげられ、これらはとくに制限はなく、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、タイヤトレッド用ゴムとして充分な強度を有し、優れた耐摩耗性を示すことから、ＮＲ、ＳＢＲまたはＢＲを用いることが好ましく、ＳＢＲを用いることがより好ましい。

ＳＢＲの結合スチレン量は、１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上がより好ましく、３０重量％以上がさらに好ましく、３５重量％以上がとくに好ましい。ＳＢＲの結合スチレン量が１０重量％未満では、中温（３０〜５０℃）および高温（１００℃前後）条件下において、グリップ性能の充分な改善効果が得られない傾向がある。また、ＳＢＲの結合スチレン量は、６０重量％以下が好ましく、５０重量％以下がより好ましく、４５重量％以下がさらに好ましい。ＳＢＲの結合スチレン量が６０重量％をこえると、ゴムが硬くなり、路面との接地面積が減少し、高いグリップ性能が得られない傾向がある。

ゴム成分中にＳＢＲを含む場合、充分なグリップ性能が得られることから、ＳＢＲの含有率は、１００重量％が最も好ましい。

ゴム組成物に磁性をもたせることにより、高温グリップを向上させることができる。

本発明で、磁性体粉末とは、磁性を有する一般的な粉末である。

磁性体粉末としては、フェライト系磁石、希土類磁石、γ酸化鉄、二酸化クロムまたはコバルト−クロム合金などあげられる。フェライト系磁石としては、フェライト、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、銅亜鉛フェライトなどがあげられる。希土類磁石に用いられる希土類元素としては、具体的には、サマリウム、ネオジムなどがあげられる。なかでも、入手し易いという理由から、フェライトを用いることが好ましい。

磁性体粉末の平均粒子径は、磨耗性能に優れるという理由から、０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。また、磁性体粉末の平均粒子径は、高充填に優れるという理由から、５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましい。

磁性体粉末の含有量は、充分な磁力が得られるという理由から、ゴム成分１００重量部に対して１重量部以上であることが好ましく、２重量部以上であることがより好ましい。また、磁性体粉末の含有量は、耐摩耗性能に優れるという理由から、ゴム成分１００重量部に対して５０重量部以下であることが好ましく、４０重量部以下であることがより好ましい。

磁性体粉末の磁束密度は、５〜１０００ｍＴが好ましい。

磁性体粉末を配合し、ゴム組成物に磁性をもたせた場合には分散が難しく、異物のため摩耗性も悪化していたが、本発明では磁性体粉末と磁性流体を組み合わせてゴム組成物に少量配合することで、高温グリップを向上させ、かつ磨耗性の低下も抑えることができる。

本発明で、磁性流体とは、磁性体粉末を界面活性剤を用いて分散媒によく分散させたものである。

磁性流体に含まれる磁性体粉末としては、フェライト、マンガン亜鉛フェライト、マグネタイトなどがあげられる。なかでも、入手しやすいという理由から、フェライトを用いることが好ましい。

磁性流体に含まれる磁性体粉末は、摩耗性能に優れるという理由から、平均粒子径が０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。また、磁性流体に含まれる磁性体粉末は、高充填に優れるという理由から、平均粒子径が５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましい。

充分な磁力が得られるという理由から、磁性流体中に磁性体粉末は、５重量％以上含まれていることが好ましく、１０重量％以上含まれていることが好ましい。また、分散性に優れるという理由から、磁性流体中に磁性体粉末は、７０重量％以下含まれていることが好ましく、６０重量％以下含まれていることがより好ましい。

磁性流体に用いる分散媒としては、アルキルナフタリン、水、イソパラフィン、ポリαオレフィン、パーフルオロポリエーテルなどがあげられる。なかでも、ゴムの可塑剤であるオイルに混合しやすいという理由から、ポリαオレフィンを用いることが好ましい。

磁性流体に含まれる界面活性剤としては、オレイン酸などの長鎖不飽和脂肪酸などがあげられる。

磁性流体の含有量は、充分な磁力が得られるという理由から、ゴム成分１００重量部に対し、１重量部以上であることが好ましく、２重量部以上であることがより好ましい。また、摩耗性能に優れるという理由から、ゴム成分１００重量部に対し５０重量部以下であることが好ましく、４０重量部以下であることがより好ましい。

なお、磁性流体は、（株）シグマハイケミカル製の「Ｐ−２０６」、「Ｐ−２５４」、「Ｐ−３０４」、「Ｐ−３０６」、「Ｍ−３００」、「Ｎ−３０４」、「Ｎ−５０４」、［Ａ−２００］、「Ａ−３００」、「Ａ−４００」、「Ａ−５００」、「Ｆ−２０６」、「Ｆ−３０６」、「Ｆ−２１０」、「Ｆ−３１０」、「Ｆ−２１１」、「Ｆ−３１１」として入手することができる。

磁性流体の磁束密度は、５〜１０００ｍＴが好ましく、５〜１００ｍＴがより好ましい。

本発明は、さらに水素結合および／またはイオン結合を含む化合物を含有することが好ましい。水素結合および／またはイオン結合を含む化合物とは、歪みや熱などの外部からの刺激を結合エネルギーロスに換えることができる化合物である。水素結合を有する化合物をゴム組成物に配合することで、中温条件（３０〜５０℃）下でのグリップ性能を向上させることができ、イオン結合を有する化合物をゴム組成物に配合することで、高温条件（１００℃前後）下でのグリップ性能を向上させることができる。

水素結合を含む化合物としては、ピペリジン誘導体、イミダゾール類およびカプロラクタム類などがあげられる。なかでも、入手し易いという理由から、イミダゾール類が好ましい。

イオン結合を含む化合物としては、有機カルボン酸金属塩などの有機金属化合物、チオカルボン酸塩およびリン酸塩などがあげられる。なかでも、入手し易いという理由で、プロピオン酸カルシウムが好ましい。

水素結合および／またはイオン結合を含む化合物は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。グリップ性能に優れるという理由から、水素結合を含む化合物およびイオン結合を含む化合物を２種以上組み合わせて用いることが好ましい。

水素結合および／またはイオン結合を化合物の含有量は、グリップ性能に優れるという理由から、ゴム成分１００重量部に対して０．５重量部以上であることが好ましい。また、水素結合および／またはイオン結合を有する化合物の含有量は、摩耗性能および加工性に優れるという理由から、ゴム成分１００重量部に対して２０重量部以下であることが好ましい。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、さらに、老化防止剤を配合することが好ましい。老化防止剤としては、とくに制限はなく、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、２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体、Ｎ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミンなどがあげられ、これらの老化防止剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

老化防止剤の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、０．１重量部以上が好ましく、１重量部以上がより好ましい。老化防止剤の含有量が０．１重量部未満では、老化防止効果が小さい傾向がある。また、老化防止剤の含有量は、２０重量部以下が好ましく、１０重量部以下がより好ましい。老化防止剤の含有量が２０重量部をこえると、タイヤ性能に影響がでる傾向がある。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、さらに、充填剤を含むことが好ましい。

前記充填剤としては、たとえば、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムなどがあげられるが、補強効果が大きいという理由から、カーボンブラックが好ましい。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、８０ｍ²／ｇ以上が好ましく、１００ｍ²／ｇ以上がより好ましい。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が８０ｍ²／ｇ未満では、グリップ性能および耐摩耗性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、２８０ｍ²／ｇ以下が好ましく、２００ｍ²／ｇ以下がより好ましい。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が２８０ｍ²／ｇをこえると、加工性が低下する傾向がある。

カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、１０重量部以上が好ましく、２０重量部以上がより好ましい。カーボンブラックの含有量が１０重量部未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、２００重量部以下が好ましく、１５０重量部以下がより好ましい。カーボンブラックの含有量が２００重量部をこえると、加工性が低下する傾向がある。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、さらに、軟化剤を含むことが好ましい。

軟化剤としては、たとえば、アロマオイル、ナフテンオイル、パラフィンオイル、植物油などのオイルや、クマロンレジン、石油系レジン、フェノール系レジン、テルペンレジン、キシレンレジンなどのレジンがあげられる。

オイルを配合する場合、オイルの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、油展オイルを含めて、１０重量部以上が好ましく、２０重量部以上がより好ましい。オイルの含有量が１０重量部未満では、ウェットグリップ性能が不充分となる傾向がある。

また、オイルの含有量は、２００重量部以下が好ましく、１５０重量部以下がより好ましい。オイルの配合量が２００重量部をこえると、耐摩耗性が著しく低下する傾向がある。

レジンの軟化点は、４０℃以上が好ましく、６０℃以上がより好ましい。レジンの軟化点が４０℃未満では、高温条件下でのグリップ性能が低下する傾向がある。また、レジンの軟化点は、２００℃以下が好ましく、１８０℃以下がより好ましい。レジンの軟化点が２００℃をこえると、混練時の分散性が低下する傾向がある。

レジンを配合する場合、レジンの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、１重量部以上が好ましく、５重量部以上がより好ましい。レジンの含有量が１重量部未満では、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、レジンの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、５０重量部以下が好ましく、３０重量部以下がより好ましい。レジンの含有量が５０重量部をこえると、過度の粘着性を示すため、加工が困難となる傾向がある。

グリップ性能に優れるという理由から、オイルおよびレジンを併用することが好ましい。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分、磁性体粉末、磁性流体、水素結合および／またはイオン結合を含有する化合物、老化防止剤、充填剤および軟化剤以外にも、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤など、一般的にゴム工業において使用される添加剤を適宜配合することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、まずゴム成分と磁性体粉末を混合し、可塑剤であるオイルを配合する工程で磁性流体を配合することにより得ることができる。このような工程製造することにより、ゴム成分とオイルの両方に磁性体を分散することができる。

本発明の空気入りタイヤは、タイヤトレッド用ゴム組成物をタイヤのトレッドに用いて、通常の方法により製造される。すなわち、前記ゴム組成物を未加硫の段階でタイヤのトレッド部の形状に押出し加工し、タイヤ成形機上で通常の方法により貼り合わせて未加硫タイヤを成形する。該未加硫タイヤを加硫機中で加熱・加圧して空気入りタイヤを得ることができる。

本発明を実施例に基づいて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各種薬品について詳細に説明する。
ＳＢＲ：旭化成（株）製のタフデン４３５０（結合スチレン量：３９％、ゴム固形分１００重量部に対してオイル分５０重量部含有）
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイヤブラックＡ（Ｎ１１０、窒素吸着比表面積：１３０ｍ²／ｇ）
レジン：新日本石油化学工業（株）製のネオポリマー１４０
チッ素化合物：三共ライフテック（株）製のサノールＬＳ−７６５
酸：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ３０（４，４’−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール））
酢酸マグネシウム：キシダ化学（株）製の酸化マグネシウム
磁性体粉末：戸田工業（株）製のＦＨ８０１（平均粒子径：１．２μｍ）
磁性流体：（株）シグマハイケミカル製のＡ−２００（磁性体粉末：フェライト（平均粒子径：５μｍ）、分散媒：ポリαオレフィン、磁束密度：２３ｍＴ）
老化防止剤６Ｃ：フレキシス（株）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（株）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
アロマオイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＸ−２６０
硫黄：鶴見化学（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ェンアミド）

実施例１〜４および比較例１〜５
表１の配合内容にしたがい、ＢＰ型バンバリーミキサーにて、１５０℃の条件下で３分間混練りし、さらに、硫黄および加硫促進剤ＮＳを配合し、オープンロールで５０℃の条件下で５分間混練りし、未加硫ゴムシートを作製した。

さらに、未加硫ゴムシートを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１〜５の加硫ゴムシートを作製した。

（架橋度（ＳＷＥＬＬ））
加硫ゴムシートをトルエンに２５℃で２４時間浸漬し、浸漬前後の体積変化率（ＳＷＥＬＬ）を測定した。測定値が大きいほど、架橋のばらつきが大きく好ましくないことを示す。

（粘弾性試験）
岩本製作所（株）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ｔａｎδ）を測定した。ｔａｎδの値が大きいほどグリップが高く、グリップ性能が優れていることを示す。Ｅ’の値が大きいほど、剛性に優れていることを示す。

（引張試験）
ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に基づき、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Ｍ３００を１００とし、下記計算式により、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能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

（実車評価）
未加硫ゴムシートをトレッド形状に成形して、他のタイヤ部材と貼りあわせ、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することにより、１１×７．１０−５サイズのカート用タイヤを作製した。

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。点数が高いほど、グリップ性能が高いことを示す。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。点数が高いほど、タイヤの摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れていることを示す。

各評価結果を表１に示す。

Claims (5)

1. ゴム成分１００重量部に対して、磁性体粉末１〜５０重量部、磁性流体１〜５０重量部、およびオイル１０〜２００重量部を含むトレッド用ゴム組成物であって、
   まずゴム成分と磁性体粉末を混合し、可塑剤であるオイルを配合する工程で磁性流体を配合することにより得られるトレッド用ゴム組成物。
2. さらに、ゴム成分１００重量部に対して水素結合および／またはイオン結合を含む化合物を０．５〜２０重量部含有する請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. さらに、ゴム成分１００重量部に対して、レジンを１〜５０重量部含有する請求項１または２記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4. ゴム成分が、スチレンブタジエンゴム１００重量％からなるものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有する空気入りタイヤ。