JP5553637B2 - トレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッド用ゴム組成物、及びそれを用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

レースなどの競技に使用されるトレッド用ゴム組成物（特にウェットタイヤ用）には、一般的に、ウェットグリップ性能の向上のため、水酸化アルミニウムが配合されている。しかし、水酸化アルミニウムを配合すると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、カーボンブラックを配合することにより、機械的強度が向上し、耐摩耗性を改善できるが、この場合、ウェットグリップ性能が悪化する傾向がある。このように、ウェットグリップ性能と耐摩耗性を両立させることは困難であり、両性能をバランス良く改善する方法が望まれている。

特許文献１には、平均一次粒子径が異なる２種類のシリカを用いてウェットグリップ性能などを改善することが提案されている。しかし、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性を両立させる点について、未だ改善の余地がある。

特開２００８−５０５７０号公報

本発明は、前記課題を解決し、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性を両立できるトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いて作製した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、ゴム成分と、平均一次粒子径が２２ｎｍ以上であるシリカ（１）と、平均一次粒子径が２２ｎｍ未満であるシリカ（２）と、カーボンブラックと、水酸化アルミニウムとを含有し、上記ゴム成分１００質量部に対して、上記シリカ（１）の含有量が１０質量部以上、上記シリカ（２）の含有量が５質量部以上、上記シリカ（１）及び（２）の合計含有量が１５〜１５０質量部、上記カーボンブラックの含有量が２０質量部以上、上記水酸化アルミニウムの含有量が１〜６０質量部であるトレッド用ゴム組成物に関する。

上記ゴム成分はスチレンブタジエンゴム及び／又はブタジエンゴムを含むことが好ましい。

上記ゴム組成物は、上記シリカ（１）及び（２）の合計含有量１００質量部に対して２〜２５質量部のシランカップリング剤を含有することが好ましい。

本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

上記空気入りタイヤは、競技用タイヤであることが好ましい。

本発明によれば、ゴム成分に対して、平均一次粒子径が異なる２種類のシリカと、カーボンブラックと、水酸化アルミニウムとを所定量配合したゴム組成物であるので、該ゴム組成物をトレッドとして用いることにより、優れたウェットグリップ性能及び耐摩耗性を有する空気入りタイヤを提供できる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、平均一次粒子径が２２ｎｍ以上であるシリカ（１）と、平均一次粒子径が２２ｎｍ未満であるシリカ（２）と、カーボンブラックと、水酸化アルミニウムを含有する。カーボンブラック及び水酸化アルミニウムを含む配合系では、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性の両立は困難であるが、この配合系に、平均一次粒子径が異なる２種類のシリカを更に配合することにより、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性を顕著に改善できる。

ゴム成分としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、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）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などが挙げられる。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。なかでも、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く得られるという点から、ＳＢＲ及び／又はＢＲが好ましく、ＳＢＲがより好ましい。ＳＢＲ及びＢＲとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的な材料を使用できる。

ＳＢＲのスチレン含有量は、好ましくは２５質量％以上、より好ましくは３５質量％以上、更に好ましくは３８質量％以上である。２５質量％未満の場合、ウェットグリップ性能が悪化する傾向がある。また、ＳＢＲのスチレン含有量は、好ましくは５５質量％以下、より好ましくは４５質量％以下、更に好ましくは４２質量％以下である。５５質量％を超えると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
なお、本明細書において、スチレン含有量は、Ｈ^１−ＮＭＲ測定によって算出される。

本発明のゴム組成物がＳＢＲを含有する場合、ゴム成分１００質量％中のＳＢＲの含有量は、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上である。７０質量％未満であると、ウェットグリップ性能が悪化する傾向がある。
なお、ＳＢＲの含有量の上限は特に限定されず、１００質量％であってもよい。

シリカ（１）及び（２）としては、例えば、乾式法により調製されたシリカ（無水ケイ酸）、湿式法により調製されたシリカ（含水ケイ酸）などが挙げられる。なかでも、表面のシラノール基が多く、シランカップリング剤との反応点が多いという理由から、湿式法により調製されたシリカが好ましい。

シリカ（１）の平均一次粒子径は、２２ｎｍ以上、好ましくは２５ｎｍ以上である。２２ｎｍ未満では、シリカ（２）との平均一次粒子径の差が小さいため、２種類のシリカの併用による効果（ウェットグリップ性能及び耐摩耗性の両立）を充分に得られないおそれがある。また、シリカ（１）の平均一次粒子径は、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは４０ｎｍ以下である。５０ｎｍを超えると、シリカ（１）が破壊核となり、耐摩耗性が悪化する傾向がある。

シリカ（２）の平均一次粒子径は、２２ｎｍ未満、好ましくは２１ｎｍ未満である。２２ｎｍ以上では、シリカ（１）との平均一次粒子径の差が小さいため、２種類のシリカの併用による効果を充分に得られないおそれがある。また、シリカ（２）の平均一次粒子径は、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上である。５ｎｍ未満では、シリカ（２）の分散が困難となり、耐摩耗性が悪化する傾向がある。

シリカ（１）の平均一次粒子径は、シリカ（２）の平均一次粒子径の１．４倍以上が好ましく、２．０倍以上がより好ましい。１．４倍未満では、シリカ（１）及び（２）の平均一次粒子径の差が小さいため、２種類のシリカの併用による効果を充分に得られないおそれがある。

なお、本発明におけるシリカの平均一次粒子径とは、凝集構造を構成するシリカの最小粒子単位を円として観察し、その最小粒子の絶対最大長を円の直径として測定した値の平均値を意味する。シリカの平均一次粒子径は、例えば（株）日立製作所製の透過型電子顕微鏡Ｈ−７１００を用いて、一次粒子１００個の直径を観察し、その一次粒子１００個の直径の平均値を求めることによって得られる。

シリカ（１）の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、１０質量部以上、好ましくは１２質量部以上、より好ましくは１５質量部以上である。１０質量部未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、シリカ（１）の含有量は、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４０質量部以下、更に好ましくは３０質量部以下である。５０質量部を超えると、加工性が悪化する傾向がある。

シリカ（２）の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、５質量部以上、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは１５質量部以上である。５質量部未満では、ウェットグリップ性能が不足するおそれがある。また、シリカ（２）の含有量は、好ましくは４５質量部以下、より好ましくは４０質量部以下、更に好ましくは３５質量部以下である。４５質量部を超えると、加工性が悪化する傾向がある。

シリカ（１）及び（２）の合計含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、１５質量部以上、好ましくは３０質量部以上、より好ましくは４０質量部以上である。１５質量部未満では、シリカ（１）及び（２）の添加による補強効果が充分に得られない傾向がある。また、該合計含有量は、１５０質量部以下、好ましくは７５質量部以下、より好ましくは６０質量部以下である。１５０質量部を超えると、シリカ（１）及び（２）を均一に分散させることが困難となり、加工性が悪化する傾向がある。

全シリカ１００質量％中のシリカ（１）の含有率は、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２０質量％以上である。１５質量％未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、該含有率は、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは５５質量％以下である。６０質量％を超えると、ウェットグリップ性能が不足するおそれがある。

シリカ（２）の含有量は、シリカ（１）の含有量の０．０３倍以上が好ましく、０．１倍以上がより好ましい。０．０３倍未満では、ウェットグリップ性能が不足するおそれがある。また、シリカ（２）の含有量は、シリカ（１）の含有量の１４倍以下が好ましく、６倍以下がより好ましく、３倍以下が更に好ましい。１４倍を超えると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。

シリカ（１）及び（２）は、シランカップリング剤と併用することが好ましい。シランカップリング剤としては、ゴム工業において、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができ、例えば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドなどのスルフィド系、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシランなどのビニル系、３−アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシランのグリシドキシ系、３−ニトロプロピルトリメトキシシランなどのニトロ系、３−クロロプロピルトリメトキシシランなどのクロロ系などが挙げられる。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。なかでも、スルフィド系が好ましく、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より好ましい。

シランカップリング剤の含有量は、シリカ（１）及び（２）の合計含有量１００質量部に対して、好ましくは２質量部以上、より好ましくは１０質量部以上、更に好ましくは１５質量部以上である。２質量部未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は、好ましくは２５質量部以下、より好ましくは２２質量部以下である。２５質量部を超えると、コストの増加に見合った効果が得られない傾向がある。

本発明のゴム組成物は、カーボンブラックを含有する。シリカ（１）及び（２）と、水酸化アルミニウムとを含む配合系に、カーボンブラックを更に添加することで、補強性が向上し、本発明の効果が良好に得られる。カーボンブラックとしては、例えば、ＧＰＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ等、タイヤ工業において一般的なものを用いることができる。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、好ましくは７０ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは１２０ｍ^２／ｇ以上である。７０ｍ^２／ｇ未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、カーボンブラックのＮ_２ＳＡは、好ましくは２５０ｍ^２／ｇ以下、より好ましくは１８０ｍ^２／ｇ以下である。２５０ｍ^２／ｇを超えると、未加硫ゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する傾向がある。
なお、カーボンブラックのＮ_２ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ６２１７のＡ法によって求められる。

カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、２０質量部以上、より好ましくは３５質量部以上、更に好ましくは４５質量部以上である。２０質量部未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、好ましくは８０質量部以下、より好ましくは７０質量部以下、更に好ましくは６０質量部以下である。８０質量部を超えると、ウェットグリップ性能が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物は、水酸化アルミニウムを含有する。シリカ（１）及び（２）と、カーボンブラックとを含む配合系に、水酸化アルミニウムを更に添加することで、ウェットグリップ性能が向上し、本発明の効果が良好に得られる。水酸化アルミニウムとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。

水酸化アルミニウムの平均一次粒子径は、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは０．８μｍ以上である。０．５μｍ未満では、水酸化アルミニウムの分散が困難となり、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、水酸化アルミニウムの平均一次粒子径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。１０μｍを超えると、水酸化アルミニウムが破壊核となり、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
なお、本発明において、水酸化アルミニウムの平均一次粒子径は、シリカの場合の同様の方法で測定される。

水酸化アルミニウムの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、１質量部以上、好ましくは１５質量部以上、より好ましくは２５質量部以上、更に好ましくは３５質量部以上である。１質量部未満では、ウェットグリップ性能を充分に改善できないおそれがある。また、水酸化アルミニウムの含有量は、６０質量部以下、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４５質量部以下である。６０質量部を超えると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、クレー等の補強用充填剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種老化防止剤、オイル、ワックス、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤等を適宜配合することができる。

本発明のゴム組成物は、オイルを含有することが好ましい。これにより、良好なウェットグリップ性能が得られる。オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油脂、その混合物等を用いることができる。

プロセスオイルとしては、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル（アロマオイル）等が挙げられる。植物油脂としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生湯、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、べに花油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、桐油等が挙げられる。

オイルの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは５０質量部以上、より好ましくは７０質量部以上、更に好ましくは９０質量部以上である。５０質量部未満では、競技用タイヤとして充分なウェットグリップ性能を確保できないおそれがある。また、オイルの含有量は、好ましくは１８０質量部以下、より好ましくは１５０質量部以下、更に好ましくは１２０質量部以下である。１８０質量部を超えると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
なお、オイルの含有量には、ゴム（油展ゴム）に含まれるオイルの量も含まれる。

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。

本発明のゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッドに用いられ、競技用タイヤのトレッドに好適に用いられる。

本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドの形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより、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、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、二輪車用タイヤ、競技用タイヤ（カート用タイヤ等）等として好適に用いられ、特に競技用タイヤとして好適に用いられる。

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。

以下、実施例及び比較例で用いた各種薬品について説明する。
ＳＢＲ：旭化成ケミカルズ（株）製のタフデン４８５０（オイル含有ＳＢＲ、ＳＢＲ固形分１００質量部に対してオイルを５０質量部含有、スチレン含有量：４０％、非変性）
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイアブラックＡ（Ｎ_２ＳＡ：１４２ｍ^２／ｇ）
シリカ（１）：デグッサ社製のＵＬＴＲＡＳＩＬ３６０（平均一次粒子径：２８ｎｍ）
シリカ（２−１）：デグッサ社製のＣＡＲＰＬＥＸ＃６７（平均一次粒子径：１４ｎｍ）
シリカ（２−２）：ローディアジャパン（株）製のＺＥＯＳＩＬ １１５ＧＲ（平均一次粒子径：２０ｎｍ）
老化防止剤６Ｃ：フレキシス社製のサントフレックス１３
老化防止剤２２４：大内新興化学工業（株）製のノクラック２２４
ステアリン酸：日油（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：ジャパンエナジ一社製のプロセスＸ−２６０
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
水酸化アルミニウム：昭和電工（株）製のハイジライトＨ−４３（平均一次粒子径：１μｍ）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ

実施例１〜４及び比較例１〜４
表１に示す配合処方に従い、バンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を１５０℃の排出温度で３分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、２軸オープンロールを用いて、８０℃の条件下で３分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。更に、得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、１７０℃で１２分間加硫することにより、試験用タイヤ（カートタイヤ、タイヤサイズ：１１×７．１０−５）を製造した。

上記試験用タイヤを用いて以下の評価を行った。その結果を表１に示す。

（ウェットグリップ性能）
上記試験用タイヤを装着した試験用カートで１周２ｋｍのテストコース（ウェット路面）を８周走行し、走行時における操舵時のコントロールの安定性をテストドライバーが評価した。評価結果は、比較例１を３点とし、５点満点で表示した。数値が大きいほど、ウェットグリップ性能が良好であることを示す。

（耐摩耗性）
上記評価後の試験用タイヤの摩耗状態を目視で確認し、耐摩耗性を評価した。評価結果は、比較例１を３点とし、５点満点で表示した。数値が大きいほど、耐摩耗性が良好であることを示す。

表１より、平均一次粒子径が異なる２種類のシリカと、カーボンブラックと、水酸化アルミニウムを併用した実施例は、比較例に比べて、ウェットグリップ性能及び耐摩耗性がバランス良く改善された。一方、上記成分を併用していない比較例は、これらの性能をバランス良く改善することができなかった。

Claims (5)

1. ゴム成分と、平均一次粒子径が２２ｎｍ以上であるシリカ（１）と、平均一次粒子径が２２ｎｍ未満であるシリカ（２）と、カーボンブラックと、水酸化アルミニウムとを含有し、
   前記ゴム成分１００質量部に対して、前記シリカ（１）の含有量が１０質量部以上、前記シリカ（２）の含有量が５質量部以上、前記シリカ（１）及び（２）の合計含有量が１５〜７５質量部、前記カーボンブラックの含有量が２０〜６０質量部、前記水酸化アルミニウムの含有量が１〜５０質量部、オイルの含有量が５０〜１２０質量部であるウェットタイヤのトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ゴム成分がスチレンブタジエンゴム及び／又はブタジエンゴムを含む請求項１記載のウェットタイヤのトレッド用ゴム組成物。
3. 前記シリカ（１）及び（２）の合計含有量１００質量部に対して２〜２５質量部のシランカップリング剤を含有する請求項１又は２記載のウェットタイヤのトレッド用ゴム組成物。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物を用いて作製したトレッドを有するウェットタイヤ。
5. 競技用タイヤである請求項４記載のウェットタイヤ。