JP5521322B2

JP5521322B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP5521322B2
Application number: JP2008322858A
Authority: JP
Inventors: 直樹串田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: JP2010144050A

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、走行初期から高いレベルのグリップ性能を実現するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

空気入りタイヤのグリップ性能は、タイヤ温度の影響が大きく、低温状態では十分なグリップ性能が得られないことが知られている。特に、高性能用タイヤやサーキットなどで使用するレース用タイヤには、トレッドを構成するゴム組成物が、走行開始後できるだけ早く高温状態になり、優れたグリップ性能を早期に実現すること、さらに高温状態において優れた操縦安定性を確保することが要求される。

特許文献１は、トレッド用ゴム組成物にテルペン系樹脂を配合することにより、発熱性を高くしてグリップ性能を改善することを提案している。しかし、テルペン系樹脂を配合したゴム組成物では、高温になった後の発熱性には優れるものの、走行開始後、早期に優れたグリップ性能を実現する効果は得られなかった。また、高温条件での弾性率や引張り応力が低下するため操縦安定性が悪化するという問題があった。
特開２００４−１８７６０号公報

本発明の目的は、走行初期から高いレベルのグリップ性能を実現するようにしたタイヤ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本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃であるスチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に、エポキシ変性スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体を１〜２０重量部、窒素吸着比表面積が１４０〜３００ｍ ² ／ｇであるカーボンブラックを８０〜１５０重量部配合したことを特徴とする。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤの構成材料として好適に使用可能である。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物によれば、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃であるスチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に、エポキシ変性スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体を１〜２０重量部配合したことにより、発熱性を高くし優れたグリップ性能を確保すると共に、走行開始後のグリップ性能の早期立上げを可能にすることができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、このジエン系ゴムは、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃であるスチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含むようにする。−４０℃〜−１５℃のガラス転移温度を有するスチレンブタジエンゴムをベースゴムにすることにより、高速走行時におけるグリップ性能が向上する。スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度は、好ましくは−３０℃〜−１５℃、より好ましくは−２５℃〜−１５℃であるとよい。スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−１５℃より高いと、十分に発熱するまでに時間がかかりグリップ性能を早期に立上げることができない。スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−４０℃より低いと、発熱が低くなり優れたグリップ性能が得られない。

また、スチレンブタジエンゴムの種類は、上述したガラス転移温度を有するものであれば、溶液重合スチレンブタジエンゴム、乳化重合スチレンブタジエンゴムのいずれでもよい。ここで、スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により１０℃／分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、ガラス転移域の中点の温度とする。なお、スチレンブタジエンゴムがオイルを含有した油展品である場合には、オイルを除いた原料ゴムのガラス転移温度とする。

ジエン系ゴム中でガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴムが占める重量割合は７０重量％以上、好ましくは７５〜１００重量％、より好ましくは８０〜１００重量％である。ガラス転移温度−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴムの配合量が７０重量％未満であると、ゴム組成物の発熱性が低くなり、優れたグリップ性能が得られない。

本発明において、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴム以外のジエン系ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブチルゴム、ガラス転移温度が−４０℃未満或いは−１５℃より高いスチレン−ブタジエンゴム等が挙げられる。なかでも、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ガラス転移温度が−４０℃未満或いは−１５℃より高いスチレン−ブタジエンゴムが好ましい。これらジエン系ゴムは、単独又は任意のブレンドとして使用することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、エポキシ変性スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（以下、「エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体」と言うことがある。）を配合することにより発熱性が高くなりグリップ性能が向上すると共に、グリップ性能の早期立上がり性を向上可能にする。すなわち、エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体は、テルペン系樹脂などの粘着性付与剤と同様に、ゴム組成物の発熱性を高くすることができる。さらに、グリップ性能の早期立上がり性を向上することができる。このような作用が得られるのは、エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体がエポキシ基が熱により開環し、ポリマー鎖と反応するためと推定される。また、エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体は、樹脂成分であることから耐熱性に優れ、高温条件における弾性率及び引張り応力が高いという特徴がある。このため、高温状態になったタイヤの操縦安定性を確保することができる。

本発明において、エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１〜２０重量部、好ましくは３〜１８重量部にする。エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体の配合量が１重量部未満であると、グリップ性能の早期立上がり性及び発熱性を向上する作用が得られない。また、エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体の配合量が２０重量部を超えると、グリップ性能の早期立上がり性が却って低下する。また、高温時の引張り応力が低下するため、操縦安定性が低下する。

本発明で使用するエポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体は、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳブロック共重合体）または部分水添ＳＢＳブロック共重合体に、不活性溶媒中でエポキシ化剤を反応させることにより、ブタジエンセグメントが有する炭素二重結合をエポキシ化したものである。

エポキシ化剤としては、例えば過酸類やハイドロパーオキサイド類を例示することができる。過酸類としては、例えば過ギ酸、過酢酸、過安息香酸、トリフルオロ過酢酸等が例示される。ハイドロパーオキサイド類としては、例えば過酸化水素、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等が例示される。これらのうち好ましいエポキシ化剤としては、安価かつ安定度が高いことから、過酢酸が挙げられる。

このようなエポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体としては、市販品を購入して使用することもでき、例えばダイセル化学工業社製エポフレンドＡＴ５０１、エポフレンドＣＴ３１０等を例示することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、粒子径が微細なカーボンブラックを配合することにより、グリップ性能の早期立上がり性と、発熱性とを両立する。本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１４０〜３００ｍ²／ｇ、好ましくは１４０〜２８０ｍ²／ｇ、より好ましくは１４０〜２５０ｍ²／ｇである。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が１４０ｍ²／ｇ未満の場合には、発熱性が不足しグリップ性能が悪化する。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が３００ｍ²／ｇを超えるとグリップ性能の早期立上がり性が悪化する。また、ゴム粘度が高くなり加工性が悪化する。カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して求めるものとする。

本発明において、カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し８０〜１５０重量部、好ましくは８０〜１１０重量部、より好ましくは９０〜１１０重量部である。カーボンブラックの配合量が８０重量部未満の場合には、剛性及び引張り応力が不足するため操縦安定性を十分に高くすることができない。カーボンブラックの配合量が１５０重量部を超えると、グリップ性能の持続性が低下する。また、転がり抵抗が悪化する。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを配合することによりウェットグリップ性能を向上することができる。シリカの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは１０〜３０重量部、より好ましくは１５〜２５重量部にするとよい。シリカ配合量が１０重量部未満であるとウェットグリップ性能を向上する作用が十分に得られない。また、シリカ配合量が３０重量部を超えると、ドライグリップ性能が悪化する。使用するシリカとしては、通常トレッド用ゴム組成物に配合されるシリカ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。

また、ジエン系ゴムに対するシリカによる補強性を得るためにシランカップリング剤を共に配合することができる。シランカップリング剤の配合量は、好ましくはシリカ重量の３〜１５重量％、より好ましくは５〜１０重量％配合するとよい。シランカップリング剤の配合により、シリカの分散性を向上し、グリップ性能を一層向上することができる。シランカップリング剤がシリカ重量の３重量％未満の場合、シリカ分散を向上する効果は期待することができない。また、シランカップリング剤が１５重量％を超える場合、シランカップリング剤同士が縮合するため所望の効果を得ることができなくなる。

シランカップリング剤は、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、なかでも硫黄含有シランカップリング剤が好ましく、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できる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックやシリカ以外の無機充填剤を配合してもよい。シリカ以外の無機充填剤としては、例えばクレー、酸化チタン、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、マイカ等が例示される。また、トレッド用ゴム組成物には、加硫剤又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、オイル、カップリング剤などのトレッド用ゴム組成物に一般的に使用される各種配合剤を添加することができ、かかる配合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できる。これらの配合剤の添加量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な添加量とすることができる。本発明のトレッド用ゴム組成物は、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できる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、発熱性を高くしてグリップ性能を向上すると共に、グリップ性能の早期立上がり性を向上することができる。また、高温条件における弾性率及び引張り応力が高いため、タイヤが高温状態になっても優れた操縦安定性を確保することができる。このタイヤトレッド用ゴム組成物は、レース用タイヤとしてだけでなく、乗用車用高性能タイヤにも好適に使用することができる。本発明のゴム組成物でトレッドを構成した空気入りタイヤは、走行開始後、早期に優れたグリップ性能を実現することができるので高速走行を安全に行なうことができる。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１，２に示す配合からなる１５種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜８、比較例１〜７）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１６０℃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に供し、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製した。

得られた１５種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜８、比較例１〜７）をそれぞれ所定形状の金型中で、１５０℃、３０分間加硫して試験片を作製し、下記に示す方法により発熱性（６０℃のｔａｎδ）、弾性率（６０℃の動的弾性率Ｅ′）及び引張り応力（１００℃の３００％伸張時応力）の試験を行った。

発熱性および弾性率
得られた試験片をＪＩＳＫ６３９４に準拠して、岩本製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、伸張変形歪率１０％±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃の条件におけるｔａｎδおよび動的弾性率Ｅ′を測定した。得られた結果は、それぞれ表１では比較例１の値を１００とし、表２では比較例４の値を１００とする指数で表わし表１，２に示した。６０℃のｔａｎδは、表１，２では「発熱性」として記載し、この指数が大きいほど発熱性が大きくグリップ性能が優れることを意味する。また、６０℃の動的弾性率Ｅ′は、表１，２では「弾性率＠６０℃」として記載し、この指数が大きいほど操縦安定性が優れることを意味する。

引張り応力
得られた試験片の３００％伸張時の応力を、ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、３号ダンベル型試験片、１００℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で測定した。得られた結果は、表１では比較例１の値を１００とし、表２では比較例４の値を１００とする指数で表わし表１，２に示した。表１，２において１００℃の３００％伸張時の応力は「引張応力＠１００℃」として記載し、この指数が大きいほど高温下での引張り応力が高く、操縦安定性に優れることを意味する。
また、得られた１５種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜８、比較例１〜７）によりタイヤトレッド部を構成したタイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７の空気入りタイヤを製作した。

実車評価（走行初期のグリップ性能）
得られた空気入りタイヤを、リムサイズ１７×７Ｊに空気圧２２０ｋＰａでリム組し、後輪駆動車両（ＦＲ車）に装着し、ドライ路面のサーキットコース（一周約２ｋｍ）を１０周走行させたときの走行初期のグリップ性能について、専門パネラー５名が１０点満点でフィーリング評価し、その平均点を求めた。得られた結果は、表１では比較例１を１００とし、表２では比較例４を１００とする指数として、表１、２に示した。この指数が大きいほど、走行初期のグリップ性能が優れることを示す。

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。
ＳＢＲ−１：スチレンブタジエンゴム、ガラス転移温度−２４℃（ＪＳＲ社製ＪＳＲＨＰ７５２、ＳＢＲ１００重量部に対しアロマオイル３７．５重量部添加の油展品）
ＳＢＲ−２：スチレンブタジエンゴム、ガラス転移温度−５０℃（日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ１７１２、ＳＢＲ１００重量部に対しアロマオイル３７．５重量部添加の油展品）
ＳＢＲ−３：スチレンブタジエンゴム、ガラス転移温度−６℃（日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬＮＳ４１２、ＳＢＲ１００重量部に対しアロマオイル５０重量部添加の油展品）
ＣＢ−１：カーボンブラック、窒素吸着比表面積１４２ｍ^２／ｇ（東海カーボン社製シースト９）
ＣＢ−２：カーボンブラック、窒素吸着比表面積２２９ｍ^２／ｇ（新日化カーボン社製ニテロン＃４１５ＵＤ）
シリカ：ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ１６５ＳＲ
シランカップリング剤：デグッサ社製Ｓｉ６９
Ｅ−ＳＢＳ：エポキシ変性ＳＢＳブロック共重合体（ダイセル化学工業社製エポフレンドＡＴ５０１）
テルペン樹脂：芳香族変性テルペン樹脂（ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＴＯ１２５）
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
老化防止剤：フレキシス社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ６ＰＰＤ
加工助剤：ラインケミー社製ＡｃｔｉｐｌａｓｔＳＴ
アロマオイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ

Claims

ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃であるスチレンブタジエンゴムを７０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に、エポキシ変性スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体を１〜２０重量部、窒素吸着比表面積が１４０〜３００ｍ ² ／ｇであるカーボンブラックを８０〜１５０重量部配合したタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。