JP6248721B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、ウェットグリップ性能と耐摩耗性能と操縦安定性能とを高い次元で両立することを可能にしたタイヤ用ゴム組成物に関する。
高性能自動車向けの空気入りタイヤに求められる性能は多岐にわたり、特に高速走行時の操縦安定性、湿潤路面での安定性（ウェットグリップ性能）が要求されている。
このようなウェットグリップ性能を向上する方法としては、例えば、トレッド部を形成するゴム組成物にガラス転移温度（Ｔｇ）の高いスチレンブタジエンゴムを配合することや（例えば、特許文献１を参照）、フィラーとしてシリカを多く配合することが提案されている。しかしながら、これら提案に従っただけでは、充分な操縦安定性能や耐摩耗性能を得ることができず、更なる改良が求められている。
本発明の目的は、ウェットグリップ性能と耐摩耗性能と操縦安定性能とを高い次元で両立することを可能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、ジエン系ゴム１００重量部に対し、テルペン系樹脂とポリフェニレンエーテル樹脂を予め溶融混練したブレンド樹脂を１〜６０重量部配合したタイヤ用ゴム組成物であって、前記ブレンド樹脂中、テルペン系樹脂が２０〜９９．５重量％、ポリフェニレンエーテル樹脂が０．５〜８０重量％であることを特徴とする。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、上述のように、軟化点が高く加硫温度で容易に溶融しないポリフェニレンエーテル樹脂と軟化点が低く加硫温度で溶融するテルペン系樹脂とを予め溶融混練することで、加硫温度で溶融可能な適度な軟化点を有するブレンド樹脂が得られ、このブレンド樹脂をジエン系ゴムに配合したので、ウェットグリップ性能、操縦安定性能及び耐摩耗性能を充分に向上することが可能になる。
本発明においては、ジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを１〜２００重量部配合し、シランカップリング剤をシリカの配合量の０．１〜２０重量％配合することが好ましい。このようにシリカとシランカップリング剤を配合することで、ウェットグリップ性能をより一層向上することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ジエン系ゴムは、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられる天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン‐ブタジエンゴム、アクリロニトリル‐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、スチレン‐ブタジエンゴムが好ましく、特に、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。
スチレン‐ブタジエンゴムを用いる場合、スチレン量が１０〜５０重量％、ビニル量が１０〜８０重量％、ガラス転移温度（以下「Ｔｇ」という）が−７０℃〜−５℃のスチレン‐ブタジエンゴムを用いるとよい。なお、スチレン‐ブタジエンゴムのスチレン量、ビニル量は赤外分光分析（ハンプトン法）により測定し、Ｔｇは示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により２０℃／分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。また、スチレン‐ブタジエンゴムが油展品であるときは、油展成分（オイル）を含まない状態におけるスチレン‐ブタジエンゴムのガラス転移温度とする。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、テルペン系樹脂とポリフェニレンエーテル樹脂を予め溶融混練した樹脂（以下、「ブレンド樹脂」という）を配合することにより、ウェットグリップ性能、操縦安定性能、耐摩耗性能を向上する。ブレンド樹脂の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して１〜６０重量部、好ましくは１０〜５０重量部にする。ブレンド樹脂の配合量が１重量部未満であると、これら性能を改善する効果が殆ど得られない。ブレンド樹脂の配合量が６０重量部を超えると、耐摩耗性が悪化する。
ブレンド樹脂におけるテルペン系樹脂とポリフェニレンエーテル樹脂との配合割合は、ブレンド樹脂中において、テルペン系樹脂が２０〜９９．５重量％、ポリフェニレンエーテル樹脂が０．５〜８０重量％に設定する。ブレンド樹脂中のテルペン系樹脂が２０重量％未満（ポリフェニレンエーテル樹脂が８０重量％超）であると、ポリフェニレンエーテル樹脂の作用が強くなり過ぎ、耐摩耗性が悪化する。ブレンド樹脂中のテルペン系樹脂が９９．５重量％超（ポリフェニレンエーテル樹脂が０．５重量％未満）であると、ポリフェニレンエーテル樹脂の配合量が少なすぎるため、ウェットグリップ性能が悪化する。
尚、テルペン系樹脂及びポリフェニレンエーテル樹脂は、予め溶融混練しておくことが重要である。これらを別々にジエン系ゴムに対して配合したとしても、ウェットグリップ性能は向上するが、操縦安定性能及び耐摩耗性能を向上することができず、ウェットグリップ性能、操縦安定性能及び耐摩耗性能をバランスよく向上する効果は得られない。テルペン系樹脂及びポリフェニレンエーテル樹脂の溶融混練は、通常用いられる混練機を使用して、通常の条件で混練することができる。
テルペン系樹脂としては、例えばα‐ピネン樹脂、β‐ピネン樹脂、リモネン樹脂、水添リモネン樹脂、ジペンテン樹脂、テルペンフェノール樹脂、テルペンスチレン樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、水素添加テルペン樹脂等が好適に挙げられる。なかでも芳香族変性テルペン樹脂が好ましく、例えばα‐ピネン、β‐ピネン、ジペンテン、リモネン等のテルペンとスチレン、フェノール、α‐メチルスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族化合物とを重合させて得られる芳香族変性テルペン樹脂等が例示される。更に、このなかではスチレン変性テルペン樹脂が好ましく、ジエン系ゴムとの相溶性が良好であるため、ゴム組成物の０℃におけるｔａｎδを高くし、ウェットグリップ性を向上することができる。
ポリフェニレンエーテル樹脂としては、その重量平均分子量が好ましくは１０００〜６００００、より好ましくは２０００〜５００００であるとよい。ポリフェニレンエーテル樹脂の重量平均分子量が１０００未満であると本発明の効果が発揮されない。また、ポリフェニレンエーテル樹脂の重量平均分子量が６００００超えると耐摩耗性が悪化する傾向になる。ポリフェニレンエーテル樹脂の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定し、標準ポリスチレン換算により求めることができる。
テルペン系樹脂としては、好ましくは軟化点が７０℃以上１８０℃未満、より好ましくは８０〜１７０℃であるものを使用するとよい。一方、ポリフェニレンエーテル樹脂としては、好ましくは軟化点が１８０℃以上３５０℃未満、より好ましくは２００〜３００℃であるものを使用するとよい。これにより、得られるブレンド樹脂の軟化点は１２０〜１７０℃程度になり、ウェットグリップ性能、操縦安定性能及び耐摩耗性能をバランスよく向上するには有利になる。尚、テルペン系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ブレンド樹脂の軟化点はＪＩＳＫ ６２２０−１（環球法）に準拠し測定したものとする。
テルペン系樹脂の水酸基価は、好ましくは１６０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下、より好ましくは３０〜１５０ＫＯＨｍｇ／ｇにする。テルペン系樹脂の水酸基価を１６０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下にすることにより、０℃のｔａｎδが増加し、ウェットグリップ性能が向上する。なお、テルペン系樹脂の水酸基価は、ＪＩＳ Ｋ１５５７−１に準拠して測定するものとする。
本発明のタイヤ用ゴム組成物では、ジエン系ゴム１００重量部に対しシリカを好ましくは１〜２００重量部、より好ましくは３０〜１７０重量部配合するとよい。シリカの配合量が１重量部未満であると、ｔａｎδ（０℃）が小さくなりウェットグリップ性能が悪化する。シリカの配合量が２００重量部を超えると、ゴム組成物のゴム強度、剛性が低くなり操縦安定性が低下すると共に、耐摩耗性が悪化する。
シリカとしては、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるシリカ、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。
本発明のゴム組成物において、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しジエン系ゴムとの補強性をより高くするとよい。シランカップリング剤は、シリカの配合量に対して好ましくは０．１〜２０重量％、より好ましくは４〜１５重量％配合するとよい。シランカップリング剤の配合量がシリカの配合量の０．１重量％未満の場合、シリカの分散性を向上する効果が十分に得られない。また、シランカップリング剤がシリカの配合量の２０重量％を超えると、シランカップリング剤同士が重合してしまい、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としては、特に制限されるものではないが、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）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、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スルフィド、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。なかでもビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドが好ましい。
タイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、活性亜鉛華等の各種無機充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのタイヤ用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る。このような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は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。本発明のタイヤ用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、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、空気入りタイヤに好適に使用することができる。このゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、ウェットグリップ性能、操縦安定性及び耐摩耗性を従来レベル以上に向上することができる。
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に示す配合からなる８種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（比較例１〜５、実施例１〜３）を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を、１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。
得られた８種類のタイヤトレッド用ゴム組成物をそれぞれ所定形状の金型中で、１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴムサンプルを作製し、下記に示す方法でウェットグリップ性能（０℃におけるｔａｎδ）、操縦安定性能（３００％モジュラス）、耐摩耗性能（ランボーン摩耗）を評価した。
ウェットグリップ性能（０℃におけるｔａｎδ）
得られた加硫ゴムサンプルのウェットグリップ性能を、その指標であることが知られている損失正接ｔａｎδ（０℃）により評価した。ｔａｎδは、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚ、温度０℃の条件下で測定した。得られた結果は比較例１の値を１００とする指数として、表１の「ウェットグリップ性能」の欄に示した。この指数が大きいほど、ウェットグリップ性能が優れることを意味する。
得られた加硫ゴムサンプルのウェットグリップ性能を、その指標であることが知られている損失正接ｔａｎδ（０℃）により評価した。ｔａｎδは、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚ、温度０℃の条件下で測定した。得られた結果は比較例１の値を１００とする指数として、表１の「ウェットグリップ性能」の欄に示した。この指数が大きいほど、ウェットグリップ性能が優れることを意味する。
操縦安定性能（３００％モジュラス）
得られた加硫ゴムサンプルの操縦安定性能を、その指標であることが知られている３００％モジュラスにより評価した。得られた加硫ゴムサンプルから、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片（厚さ２ｍｍ）を打ち抜き、温度２０℃で５００ｍｍ／分の引張り速度で試験を行い、３００％モジュラス（３００％変形応力）を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として、表１の「操縦安定性能」の欄に示した。この指数が大きいほど、空気入りタイヤにしたときの操縦安定性能が優れることを意味する。
得られた加硫ゴムサンプルの操縦安定性能を、その指標であることが知られている３００％モジュラスにより評価した。得られた加硫ゴムサンプルから、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片（厚さ２ｍｍ）を打ち抜き、温度２０℃で５００ｍｍ／分の引張り速度で試験を行い、３００％モジュラス（３００％変形応力）を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として、表１の「操縦安定性能」の欄に示した。この指数が大きいほど、空気入りタイヤにしたときの操縦安定性能が優れることを意味する。
耐摩耗性能
得られた加硫ゴムサンプルのランボーン摩耗を、ＪＩＳ Ｋ６２６４‐２に準拠して、岩本製作所社製ランボーン摩耗試験機を使用し、温度２０℃、荷重１５Ｎ、スリップ率５０％の条件で測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数として、表１の「耐摩耗性能」の欄に示した。この指数が大きいほど、耐摩耗性能が優れることを意味する。
得られた加硫ゴムサンプルのランボーン摩耗を、ＪＩＳ Ｋ６２６４‐２に準拠して、岩本製作所社製ランボーン摩耗試験機を使用し、温度２０℃、荷重１５Ｎ、スリップ率５０％の条件で測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数として、表１の「耐摩耗性能」の欄に示した。この指数が大きいほど、耐摩耗性能が優れることを意味する。
表１において使用した原材料の種類を下記に示す。尚、下記原材料の説明において、Ｎ2 ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ６２１７‐２に基づいて測定された窒素吸着比表面積、ＣＴＡＢは、ＪＩＳ Ｋ６２１７‐３に基づいて測定されたＣＴＡＢ吸着比表面積を意味する。
・ＳＢＲ‐１：スチレン‐ブタジエンゴム、旭化成社製Ｅ５８１、スチレン量＝３７重量％、ビニル量＝４２重量％、Ｔｇ＝−２７℃、オイル成分を３７．５重量部含む油展品
・ＳＢＲ‐２：スチレン‐ブタジエンゴム、旭化成社製タフデン４８５０、スチレン量＝４４重量％、ビニル量＝５２重量％、Ｔｇ＝−１５℃、オイル成分を５０重量部含む油展品
・シリカ：ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ、ＣＴＡＢ＝１５２ｍ2 ／ｇ
・シランカップリング剤：ＥＶＯＮＩＫ社製Ｓｉ６９
・ＣＢ：カーボンブラック、東海カーボン社製シーストＫＨＡ、Ｎ2 ＳＡ＝７７ｍｍ2 ／ｇ
・樹脂‐１：テルペン系樹脂、ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＴＯ‐１２５、軟化点＝１２５℃
・樹脂‐２：ポリフェニレンエーテル樹脂、ＳＡＢＩＣ社製ＰＰＥ、重量平均分子量＝３４０００、軟化点＝２２０〜２３０℃
・樹脂‐３：上記樹脂‐１と樹脂‐２とを７０％：３０％の割合で予め溶融混練したブレンド樹脂、軟化点＝１５８℃
・亜鉛華：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ＹＲ
・老化防止剤：フレキシス社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ６ＰＰＤ
・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‐２：三新化学工業社製サンセラーＤ‐Ｇ
・ＳＢＲ‐１：スチレン‐ブタジエンゴム、旭化成社製Ｅ５８１、スチレン量＝３７重量％、ビニル量＝４２重量％、Ｔｇ＝−２７℃、オイル成分を３７．５重量部含む油展品
・ＳＢＲ‐２：スチレン‐ブタジエンゴム、旭化成社製タフデン４８５０、スチレン量＝４４重量％、ビニル量＝５２重量％、Ｔｇ＝−１５℃、オイル成分を５０重量部含む油展品
・シリカ：ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ、ＣＴＡＢ＝１５２ｍ2 ／ｇ
・シランカップリング剤：ＥＶＯＮＩＫ社製Ｓｉ６９
・ＣＢ：カーボンブラック、東海カーボン社製シーストＫＨＡ、Ｎ2 ＳＡ＝７７ｍｍ2 ／ｇ
・樹脂‐１：テルペン系樹脂、ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＴＯ‐１２５、軟化点＝１２５℃
・樹脂‐２：ポリフェニレンエーテル樹脂、ＳＡＢＩＣ社製ＰＰＥ、重量平均分子量＝３４０００、軟化点＝２２０〜２３０℃
・樹脂‐３：上記樹脂‐１と樹脂‐２とを７０％：３０％の割合で予め溶融混練したブレンド樹脂、軟化点＝１５８℃
・亜鉛華：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ＹＲ
・老化防止剤：フレキシス社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ６ＰＰＤ
・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‐２：三新化学工業社製サンセラーＤ‐Ｇ
表１から明らかなように、実施例１〜３のタイヤ用ゴム組成物は、ウェットグリップ性能、操縦安定性能、耐摩耗性能が従来レベル（比較例１）以上に向上することが確認された。
一方、比較例２のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムＳＢＲ‐２のガラス転移温度を高くしたのでウェットグリップ性能を向上することはできるものの、樹脂‐１（テルペン系樹脂）のみが用いられているため操縦安定性能及び耐摩耗性能が劣る。比較例３のゴム組成物は、シリカの配合量を多くしたのでウェットグリップ性能を向上することはできるものの、樹脂‐１（テルペン系樹脂）のみが用いられているため操縦安定性能及び耐摩耗性能が劣る。比較例４のゴム組成物は、樹脂‐２を用いたのでウェットグリップ性能を向上することはできるものの、樹脂‐２の軟化点が高いため操縦安定性能及び耐摩耗性能が劣る。比較例５のゴム組成物は、樹脂‐１と樹脂‐２とを用いたのでウェットグリップ性能を向上することはできるものの、これら２種類の樹脂を予め溶融混練せずに別々に配合しているため操縦安定性能及び耐摩耗性能が劣る。
Claims (2)
- ジエン系ゴム１００重量部に対し、テルペン系樹脂とポリフェニレンエーテル樹脂を予め溶融混練したブレンド樹脂を１〜６０重量部配合したタイヤ用ゴム組成物であって、前記ブレンド樹脂中、テルペン系樹脂が２０〜９９．５重量％、ポリフェニレンエーテル樹脂が０．５〜８０重量％であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを１〜２００重量部配合し、シランカップリング剤を前記シリカの配合量の０．１〜２０重量％配合したことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
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