JP5625234B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、シリカを配合したゴム組成物において、成形加工性と帯電防止性を共に改善するようにしたタイヤ用ゴム組成物に関する。

近年、乗用車用空気入りタイヤは、ウェット制動性と低転がり抵抗性とを高度にバランスさせるため、タイヤトレッドの補強充填剤として、カーボンブラックの一部又は全部に代えてシリカを配合することが行われている。しかし、シリカはゴムに対する分散性が悪いため多量に配合することが難しく、また、混練り加工時にゴム粘度を高くするため加工性が悪いという問題がある。また、カーボンブラックを減量することにより、電気抵抗が高くなるため車体に静電気が蓄積されやすくなり、カーラジオにノイズを発生させたり、電気機器が誤作動を起こすなどの問題があった。

この対策として、特許文献１は、シリカ配合のゴム組成物にアニオン系の帯電防止剤を配合することにより、帯電防止性を改良することを提案している。しかし、このゴム組成物では、帯電防止性能は得られるものの、ゴム粘度が高くなり、成形加工性が悪くなるという問題があった。このような問題に対して、特許文献２は、ゴム組成物に無水マレイン酸と（ポリ）オキシプロピレン誘導体との部分エステル化合物を配合することにより、粘度を低減し成形加工性を改良することを提案している。しかし、このゴム組成物では、粘度を低減する効果は得られるものの、帯電防止性を改良するという課題を解決することはできなかった。
特開平１０−２７３５６１号公報 特開２００４−９１７１７号公報

本発明の目的は、シリカを配合したゴム組成物において、成形加工性と帯電防止性を共に改善するようにしたタイヤ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用ゴム組成物は、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ジエン系ゴム１００重量部に、シリカを２５〜１５０重量部、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物を０．５〜１５重量部配合したことを特徴とする。

また、前記ジエン系ゴム１００重量部に、カーボンブラックを２５重量部以下であって、かつ該カーボンブラック及び前記シリカの合計を５０〜１５０重量部配合するとよい。前記ポリプロピレングリコールの数平均分子量は、１００〜１０００が好ましい。このゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部を構成するのに好適である。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、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ジエン系ゴム１００重量部に、シリカを２５〜１５０重量部、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物を０．５〜１５重量部配合するようにしており、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物が、加工性を改良する作用と帯電防止作用の両方を行うため、ゴム組成物の粘度を低減し成形加工性を向上すると共に、電気抵抗を低減し帯電防止性能を確保することができる。また、上記の部分エステル化合物を配合することにより、シリカの分散性が改善するため、ウェット制動性と低転がり抵抗性とを一層向上することができる。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムとする。ジエン系ゴムとしては、ブタジエンゴムおよびスチレン−ブタジエンゴムとする。

本発明のゴム組成物は、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物が、シリカを多く配合したゴム組成物であっても、ゴム粘度を低減し成形加工性を向上する。同時に、シリカ配合によりカーボンブラックを減量したゴム組成物であっても、電気抵抗を低減し帯電防止性能を改善することができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物がゴム成分の可塑化剤として作用するため、ゴム組成物の粘度が低減すると推定される。また、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物を配合することにより、ゴム組成物の体積固有抵抗値を低くする効果があることが確認されているため、この部分エステル化合物がゴム組成物中に何らかの導電経路を形成しているものと推定される。

本発明で使用するエステル化合物は、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物から構成されるものである。ポリプロピレングリコールの分子量は、特に限定されるものではないが、好ましくは１００〜１０００、より好ましくは１５０〜８００にするとよい。ポリプロピレングリコールの分子量が１００未満であると、所望の帯電防止効果が得られない。また、ポリプロピレングリコールの分子量が１０００を超えると、ゴム組成物の粘度を低減する効果が得られない。本発明において、ポリプロピレングリコールの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ（ＧＰＣ）で測定した数平均分子量とした。

本発明において、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し０．５〜１５重量部、好ましくは１〜５重量部にする。エステル化合物の配合量が０．５重量部未満である場合には、ゴム組成物の粘度及び電気抵抗を低減する効果がいずれも不足する。エステル化合物の配合量が１５重量部を超える場合には、ゴム組成物の粘度及び電気抵抗が低減するものの、ゴム組成物のウェット制動性能及び転がり抵抗が低下すると共に、機械的特性が悪化する。

本発明のゴム組成物は、シリカを配合することにより、ウェット制動性と低転がり抵抗性とを高いレベルで兼備する。シリカの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し２５〜１５０重量部、好ましくは４０〜１００重量部にする。シリカの配合量が、２５重量部未満である場合には、ゴム組成物のウェット制動性及び低転がり抵抗性を向上させることができない。また、シリカの配合量が、１５０重量部を超えると、シリカの分散性が悪化する。

本発明のゴム組成物は、シリカと共にカーボンブラックを配合してもよい。カーボンブラックを配合することによりゴム組成物の強度及び耐摩耗性を高くすることができる。カーボンブラックは、特に制限されるものではないが、窒素吸着比表面積が、好ましくは７０〜１６０ｍ^２／ｇであり、より好ましくは８０〜１５０ｍ^２／ｇにするとよい。カーボンブラックのＮ_２ＳＡが７０ｍ^２／ｇ未満の場合、十分な補強性を得ることができず、耐摩耗性を向上することが困難になる。Ｎ_２ＳＡが１６０ｍ^２／ｇを超える場合、ゴム組成物の粘度が増大し、成形加工性が悪化する。本発明における窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して測定したものとする。

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、好ましくは２５重量部以下、より好ましくは５〜２０重量部にするとよい。カーボンブラックの配合量が２５重量部を超えると、電気抵抗は低減するが、ウェット制動性能及び転がり抵抗性を高いレベルでバランスさせることが難しくなる。

シリカ及びカーボンブラックの合計は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、好ましくは５０〜１５０重量部であり、より好ましくは６０〜１２０重量部にするとよい。シリカ及びカーボンブラックの合計量が５０重量部未満の場合、ウェット制動性或いは耐摩耗性が悪化する虞がある。合計量が１５０重量部を超えると、転がり抵抗が悪化する。

本発明において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、シリカの分散性を向上させると共にゴムとの補強性を高めるため、ウェット制動性と低転がり抵抗性とをより高いレベルで両立することができる。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、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−グリシドオキシプロピル−トリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン等を例示することができる。

シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の２〜１０重量％、好ましくは４〜８重量％にするとよい。シランカップリング剤がシリカ配合量の２重量％未満の場合、シリカの分散が悪化しウェット制動性と低転がり抵抗性を改善することができない。シランカップリング剤が１０重量％を超える場合、早期加硫を起こしやすくなる。

タイヤトレッド用ゴム組成物には、無機充填剤、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助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でき、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できる。これらの添加剤の配合量及び配合方法は、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量及び配合方法とすることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部を構成するのに好適である。このゴム組成物により構成したトレッド部を有する空気入りタイヤは、ウェット制動性と低転がり抵抗性とを高いバランスで維持しながら、成形加工性と帯電防止性とを共に向上することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、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に示す配合からなる８種類のゴム組成物（実施例１〜４、比較例１〜４）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、１．７Ｌのバンバリーミキサーで５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８インチのオープンロールに供し、硫黄及び加硫促進剤を加え３分間混合し、未加硫ゴム組成物を調製した。

得られた８種類のゴム組成物（実施例１〜４、比較例１〜４）を、その一部をムーニー粘度試験に供し、残部を電気抵抗、動的粘弾性（ｔａｎδ）の試験のため、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試験を行った。

ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４）
得られたゴム組成物をＪＩＳ Ｋ６３００−１に準拠して、ムーニー粘度計にてＬ型ロータ（３８．１ｍｍ径、５．５ｍｍ厚）を使用し、予熱時間１分、ロータの回転時間４分、１００℃、２ｒｐｍの条件で測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数で表わし表１に示した。この指数が小さいほど粘度が低く成形加工性が優れることを意味する。

電気抵抗（体積固有抵抗値）
得られたゴム組成物から厚さ２ｍｍのゴムシートを加硫成形し、このゴムシートの体積固有抵抗値を、２重リングプローブ法体積抵抗率計（ダイアインスツルメンツ社製ハイレスターＵＰ）を使用して、２３℃、６５％ＲＨ、印加電圧５００Ｖの条件で測定した。得られた結果を表１に示した。体積固有抵抗値が小さいほど帯電防止性能が優れることを意味する。

動的粘弾性（ｔａｎδ）
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の条件で、温度０℃及び６０℃においてｔａｎδ（０℃）及びｔａｎδ（６０℃）をそれぞれ測定した。得られた結果は、それぞれ比較例１の値を１００とする指数で表わし表１に示した。温度０℃におけるｔａｎδ（０℃）の指数が大きいほどウェット制動性能が優れ、温度６０℃におけるｔａｎδ（６０℃）の指数が小さいほど転がり抵抗性が優れることを意味する。

なお、表１において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＮＳ４４０、スチレンブタジエンゴム１００重量部にプロセスオイル３７．５重量部の油展品
ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
カーボンブラック：キャボットジャパン社製ショウブラックＮ２３４（窒素吸着比表面積１２３ｍ^２／ｇ）
シリカ：ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ １６５ＧＲ
カップリング剤：シランカップリング剤、Ｄｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ６９
部分エステル化合物：コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物、旭硝子社製ＰＦ−７２２（試作品）
帯電防止剤：ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ＡＫＺＯ ＮＯＢＥＬ社製アーモスタット
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ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
加工助剤：ラインケミー社製Ａｋｔｉｐｌａｓｔ ＳＴ
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−１：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
加硫促進剤−２：住友化学社製ソクシノールＤ−Ｇ

Claims (4)

1. 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ジエン系ゴム１００重量部に、シリカを２５〜１５０重量部、コハク酸とポリプロピレングリコールの部分エステル化合物を０．５〜１５重量部配合したタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴム１００重量部に、カーボンブラックを２５重量部以下であって、かつ該カーボンブラック及び前記シリカの合計を５０〜１５０重量部配合した請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 前記ポリプロピレングリコールの数平均分子量が、１００〜１０００である請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. 請求項１，２又は３に記載のゴム組成物によりトレッド部を構成した空気入りタイヤ。