JP6249034B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、雪上性能および耐チッピング性のバランスを一層向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
氷雪路用空気入りタイヤ（スタッドレスタイヤ）には、積雪路面を走行するときの雪上性能に優れることが要求される。雪上性能を改良するためタイヤトレッド用ゴム組成物にブタジエンゴムやアロマオイルを配合することにより、低温状態での柔軟性を確保することが一般に行われる。しかしブタジエンゴムやアロマオイルを多く配合すると、タイヤトレッドにチッピングが発生しやすくなるという問題がある。
特許文献１は、末端変性スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、シリカおよびカーボンブラックを配合したゴム組成物により、雪上性能、ウェット性能および耐摩耗性を改良することを提案している。しかし、需要者が、雪上性能と共に耐チッピング性を向上させることに対する期待がより高く、これら特性を一層改善することが求められている。
本発明の目的は、雪上性能および耐チッピング性のバランスを従来レベル以上に向上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、ブタジエンゴムを１０〜３０質量％、スチレンブタジエンゴムを３０〜８０質量％および天然ゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックを２０質量％以上含む充填剤を５０〜１００質量部、硫黄をＳ質量部、加硫促進剤をＡ質量部およびオイルを配合したゴム組成物であって、前記スチレンブタジエンゴムが、スチレン含有量が２２〜３８質量％である乳化重合スチレンブタジエンゴムおよび／または溶液重合スチレンブタジエンゴムからなる複数のブレンドであり、前記天然ゴムおよびブタジエンゴムの質量比（ＮＲ／ＢＲ）が０．３以上、前記硫黄および加硫促進剤の配合比（Ｓ／Ａ）が０．８以下であると共に、前記オイルを含むゴム組成物中のオイル成分の合計が１５〜２５質量部であることを特徴とする。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ブタジエンゴムを１０〜３０質量％、スチレン含有量が２２〜３８質量％の乳化重合スチレンブタジエンゴムおよび／または溶液重合スチレンブタジエンゴムの複数のブレンドからなるスチレンブタジエンゴムを３０〜８０質量％および天然ゴムをブタジエンゴムとの質量比（ＮＲ／ＢＲ）で０．３以上含むジエン系ゴム１００質量部に、カーボンブラックを２０質量％以上含む充填剤を５０〜１００質量部およびゴム組成物中のオイル成分の合計が１５〜２５質量部になるようにオイルを配合すると共に、硫黄（Ｓ）および加硫促進剤（Ａ）の質量比（Ｓ／Ａ）を０．８以下にしたので、雪上性能および耐チッピング性を従来レベル以上に向上させることができる。
本発明のゴム組成物をトレッド部に使用した乗用車用空気入りタイヤは、雪上性能および耐チッピング性を従来レベル以上に向上させることができる。
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、そのジエン系ゴムは、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムおよび天然ゴムを必ず含む。ブタジエンゴムを含有することにより、低温状態におけるゴム組成物の柔軟性を維持し雪上性能を確保することができる。また天然ゴムを含有することにより耐チッピング性を改良することができる。
本発明において、ブタジエンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中１０〜３０質量％、好ましくは１５〜３０質量％にする。ブタジエンゴムの配合量が１０質量％未満であると雪上性能が低下する。またブタジエンゴムの配合量が３０質量％を超えると、耐チッピング性が低下する。ブタジエンゴムとしては、タイヤトレッド用ゴム組成物に通常用いられるものを使用するとよい。
タイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴムを含有することにより雪上性能を高いレベルで維持しながら耐チッピング性を改良することができる。天然ゴムとしては、タイヤトレッド用ゴム組成物に通常用いられるものを使用するとよい。天然ゴムの含有量は、ブタジエンゴムの含有量との質量比（ＮＲ／ＢＲ）が０．３以上、好ましくは０．４以上、より好ましくは０．５以上であるとよい。また天然ゴムおよびブタジエンゴムの含有量の質量比（ＮＲ／ＢＲ）は、好ましくは４．５以下、より好ましくは２．５以下、更に好ましくは１．０未満であるとよい。天然ゴムおよびブタジエンゴムの含有量の質量比（ＮＲ／ＢＲ）が０．３未満であると、耐チッピング性が低下する。
本発明において、ジエン系ゴムはブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムおよび天然ゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えばイソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム等を例示することができる。これら他のジエン系ゴムは、単独又は複数のブレンドとして含有することができる。
スチレンブタジエンゴムを含有することにより、雪上性能を確保しながら耐チッピング性を改良することができる。スチレンブタジエンゴムとしては、乳化重合スチレンブタジエンゴム、溶液重合スチレンブタジエンゴムから選ばれる複数のブレンドとして含有する。複数のスチレンブタジエンゴムを含有することにより、雪上性能および耐チッピング性のバランスをより高くすることができる。
本発明で好適に使用するスチレンブタジエンゴムは、スチレン含有量が３８質量％以下、２２質量％以上であり、好ましくは２４質量％以上である。スチレンブタジエンゴムのスチレン含有量をこのような範囲内にすることにより、空気入りタイヤにしたときの耐チッピング性をより高くすることができる。なおスチレンブタジエンゴムのスチレン単位含有量は赤外分光分析（ハンプトン法）により測定するものとする。
本発明において、スチレンブタジエンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、３０〜８０質量％、好ましくは４０〜７０質量％である。スチレンブタジエンゴムの含有量がジエン系ゴム中の８７質量％を超えると、耐チッピング性が低下する虞がある。
タイヤトレッド用ゴム組成物は、オイル成分の合計が、ジエン系ゴム１００質量部に対し、１５〜２５質量部、好ましくは１６〜２４質量部であるとよい。オイル成分の合計が１５質量部未満であると、雪上性能が低下する。またオイル成分の合計が２５質量部を超えると、耐チッピング性が低下する。なお、オイル成分の合計とは、ジエン系ゴム中の油展オイル、およびゴム組成物の調製時に添加するオイルからなるゴム組成物中に含まれる総量をいう。またゴム組成物の調製時に添加するオイルとしては、例えば天然オイル、合成オイル、可塑剤など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、硫黄および加硫促進剤を配合する。ジエン系ゴム１００質量部に対する硫黄および加硫促進剤の配合量をＳ質量部およびＡ質量部とするとき、硫黄および加硫促進剤の配合比（Ｓ／Ａ）は０．８以下、好ましくは０．７８以下にする。硫黄および加硫促進剤の配合比（Ｓ／Ａ）を０．８以下にすることにより、耐チッピング性を優れたものにすることができる。なお硫黄の配合量Ｓ質量部は、加硫用に配合する硫黄の正味量である。また加硫促進剤の配合量Ａ質量部は、１種類以上の加硫促進剤を配合するとき、それらの合計量とする。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを２０質量％以上含む充填剤をジエン系ゴム１００質量部に対し５０〜１００質量部配合する。充填剤の配合量をこのような範囲にすることにより、ゴム組成物の雪上性能および耐チッピング性をより高いレベルでバランスさせることができる。充填剤の配合量が５０質量部未満であると、高いレベルの耐チッピング性を確保することができない。充填剤の配合量が１００質量部を超えると、雪上性能が悪化してしまう。
また充填剤１００質量％中のカーボンブラックの含有量は２０質量％以上、好ましくは２０〜６０質量％にする。充填剤中のカーボンブラックの含有量をこのような範囲にすることにより、ゴム組成物の雪上性能および耐チッピング性を両立することが可能になる。
カーボンブラックとしては、タイヤトレッド用ゴム組成物に通常使用されるカーボンブラックを配合することができる。カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）は、好ましくは１１０〜１８０ｍ2／ｇ、より好ましくは１３０〜１６０ｍ2／ｇであるとよい。本明細書において、窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して測定するものとする。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラック以外の他の充填剤を配合することができる。カーボンブラック以外の他の充填剤としては、例えばシリカ、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等が例示される。なかでもシリカが好ましい。他の充填剤をカーボンブラックと共に配合することによりゴム強度を高くすることができる。他の充填剤の含有量は、充填剤１００質量％中８０質量％以下、好ましくは４０〜８０質量％にするとよい。他の充填剤の含有量が８０質量％を超えると耐チッピング性が悪化する。
シリカとしては、タイヤトレッド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。またシリカの粒子性状は、特に制限されるものではないが、好ましくはＣＴＡＢ比表面積が、好ましくは１２０〜２００ｍ2／ｇ、より好ましくは１４０〜１８０ｍ2／ｇであるとよい。本明細書において、ＣＴＡＢ比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６４３０ 附属書Ｇに準拠して測定するものとする。
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が好ましく、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ことができる。シランカップリング剤は、シリカ配合量に対して好ましくは３〜２０質量％、より好ましくは５〜１５質量％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質量の３質量％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の配合量が２０質量％を超えると、シランカップリング剤同士が縮合してしまい、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。
タイヤトレッド用ゴム組成物には、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、テルペン系樹脂、熱硬化性樹脂などのタイヤ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配合することができる。このような配合剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫成形するのに使用することができる。これらの配合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。タイヤ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、乗用車用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乗用車用空気入りタイヤは、積雪路面を走行するときの雪上性能と、耐チッピング性とのバランス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３に示す配合剤を共通配合とし、表１〜２に示す配合からなる２２種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（標準例、実施例１〜５，７〜１３、比較例１〜９）を調製するに当たり、それぞれ硫黄および加硫促進剤を除く成分を秤量し、１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、その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同１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、硫黄およ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得た。なお、表１，２において、ＳＢＲ−１およびＳＢＲ−３〜−５は油展品であるため、正味のゴム量を括弧内に併記した。また、表３の共通成分の配合量は、表１，２に示すジエン系ゴム１００質量部に対する質量部として記載した。
得られた２２種類のゴム組成物を１５０℃、３０分の条件でプレス加硫して、雪上性能評価用の試験片（厚みが１２ｍｍ以上）を作成した。また２２種類のゴム組成物をキャップトレッドに用いたサイズ（２２５／６０Ｒ１７）の空気入りタイヤを加硫成形した。それぞれの空気入りタイヤを用いて、耐チッピング性を下記に示す方法により評価した。
雪上性能（−１０℃におけるゴム硬度）
上記で得られた試験片を使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度−１０℃でゴム硬度を測定した。得られた結果は標準例を１００とする指数として、表１，２に示した。この指数が小さいほど、特に指数が１００以下であると、積雪路面における雪上性能（操縦安定性）が優れていることを意味する。
上記で得られた試験片を使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度−１０℃でゴム硬度を測定した。得られた結果は標準例を１００とする指数として、表１，２に示した。この指数が小さいほど、特に指数が１００以下であると、積雪路面における雪上性能（操縦安定性）が優れていることを意味する。
耐チッピング性
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１７×７Ｊのホイールに組付け、排気量２０００ｃｃの四輪駆動車（ＳＵＶ）に装着し、空気圧２３０ｋＰａの条件で１０００ｋｍ走行させた後、未舗装の悪路を６０ｋｍ／時までの速度範囲にて３０ｋｍ走行させた。走行後のトレッド部の外観から以下の判定基準で耐チッピング性を評価した。評価ＡおよびＢを合格レベルとした。
Ａ： チッピングおよびクラックが全く生じていない。
Ｂ： 僅かなクラックが認められるが、チッピングは生じない。
Ｃ： 僅かなチッピング（欠け）が生じている。
Ｄ： 大きなチッピング（ブロック欠け）が生じている。
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１７×７Ｊのホイールに組付け、排気量２０００ｃｃの四輪駆動車（ＳＵＶ）に装着し、空気圧２３０ｋＰａの条件で１０００ｋｍ走行させた後、未舗装の悪路を６０ｋｍ／時までの速度範囲にて３０ｋｍ走行させた。走行後のトレッド部の外観から以下の判定基準で耐チッピング性を評価した。評価ＡおよびＢを合格レベルとした。
Ａ： チッピングおよびクラックが全く生じていない。
Ｂ： 僅かなクラックが認められるが、チッピングは生じない。
Ｃ： 僅かなチッピング（欠け）が生じている。
Ｄ： 大きなチッピング（ブロック欠け）が生じている。
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。
・ＢＲ：ブタジエンゴム、タイシンセティック社製ＵＢＥＰＯＬ ＢＲ１５０
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
・ＳＢＲ−１：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ ９５４８、スチレン含有量３７質量％、３７．５質量部のオイルを含む油展品
・ＳＢＲ−２：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ １５０２、スチレン含有量２４質量％、非油展品
・ＳＢＲ−３：溶液重合スチレンブタジエンゴム、旭化成社製ＴＵＦＤＥＮＥ Ｆ３４２０、スチレン含有量３６質量％、２５質量部のオイルを含む油展品
・ＳＢＲ−４：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ １７３９、スチレン含有量４０質量％、３７．５質量部のオイルを含む油展品
・ＳＢＲ−５：溶液重合スチレンブタジエンゴム、ＪＳＲ社製ＪＳＲ ＨＰ７５５Ｒ、スチレン含有量４０質量％、３７．５質量部のオイルを含む油展品
・カーボンブラック：ＴＨＡＩ ＴＯＫＡＩ ＣＡＲＢＯＮ社製Ｎ−１３４、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が１４１ｍ２／ｇ
・シリカ：エボニック社製ＵＬＴＲＡＳＩＬ ７０００ＧＲ、ＣＴＡＢ比表面積が１５８ｍ2／ｇ
・シランカップリング剤：エボニックデグサ社製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
・アロマオイル：Ｈ＆Ｒケミカル社製ＶＩＶＡＴＥＣ ５００
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５．２４質量％）
・加硫促進剤１：加硫促進剤ＣＢＳ、大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
・加硫促進剤２：加硫促進剤ＤＰＧ、大内新興化学工業社製ノクセラーＤ−Ｇ
・ＢＲ：ブタジエンゴム、タイシンセティック社製ＵＢＥＰＯＬ ＢＲ１５０
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
・ＳＢＲ−１：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ ９５４８、スチレン含有量３７質量％、３７．５質量部のオイルを含む油展品
・ＳＢＲ−２：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ １５０２、スチレン含有量２４質量％、非油展品
・ＳＢＲ−３：溶液重合スチレンブタジエンゴム、旭化成社製ＴＵＦＤＥＮＥ Ｆ３４２０、スチレン含有量３６質量％、２５質量部のオイルを含む油展品
・ＳＢＲ−４：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮＩＰＯＬ １７３９、スチレン含有量４０質量％、３７．５質量部のオイルを含む油展品
・ＳＢＲ−５：溶液重合スチレンブタジエンゴム、ＪＳＲ社製ＪＳＲ ＨＰ７５５Ｒ、スチレン含有量４０質量％、３７．５質量部のオイルを含む油展品
・カーボンブラック：ＴＨＡＩ ＴＯＫＡＩ ＣＡＲＢＯＮ社製Ｎ−１３４、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が１４１ｍ２／ｇ
・シリカ：エボニック社製ＵＬＴＲＡＳＩＬ ７０００ＧＲ、ＣＴＡＢ比表面積が１５８ｍ2／ｇ
・シランカップリング剤：エボニックデグサ社製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
・アロマオイル：Ｈ＆Ｒケミカル社製ＶＩＶＡＴＥＣ ５００
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５．２４質量％）
・加硫促進剤１：加硫促進剤ＣＢＳ、大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
・加硫促進剤２：加硫促進剤ＤＰＧ、大内新興化学工業社製ノクセラーＤ−Ｇ
なお、表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・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１：Ｓｏｌｕｔｉａ Ｅｕｒｏｐｅ社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
・老化防止剤２：ＮＯＣＩＬ ＬＩＭＩＴＥＤ社製ＰＩＬＮＯＸ ＴＤＱ
・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１：Ｓｏｌｕｔｉａ Ｅｕｒｏｐｅ社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
・老化防止剤２：ＮＯＣＩＬ ＬＩＭＩＴＥＤ社製ＰＩＬＮＯＸ ＴＤＱ
表１，２から明らかなように標準例および実施例１〜５，７〜１３のタイヤトレッド用ゴム組成物は、雪上性能および耐チッピング性のバランスを標準例レベル以上に向上させることができる。
比較例１のゴム組成物は、ブタジエンゴムの配合量が１０質量％未満であるので雪上性能が劣る。
比較例２のゴム組成物は、ブタジエンゴムの配合量が３０質量％を超えるので耐チッピング性が劣る。
比較例３のゴム組成物は、オイル成分の合計が１５質量部未満であるので雪上性能が劣る。
比較例４のゴム組成物は、オイル成分の合計が２５質量部を超えるので耐チッピング性が劣る。
比較例５のゴム組成物は、硫黄および加硫促進剤の質量比（Ｓ／Ａ）が０．８を超えるので耐チッピング性が劣る。
比較例６のゴム組成物は、充填剤中のカーボンブラックの質量割合が２０質量％未満であるので、耐チッピング性が劣る。
比較例７のゴム組成物は、充填剤の配合量が５０質量部未満であるので耐チッピング性が劣る。
比較例８のゴム組成物は、充填剤の配合量が１００質量部を超えるので雪上性能が劣る。
比較例２のゴム組成物は、ブタジエンゴムの配合量が３０質量％を超えるので耐チッピング性が劣る。
比較例３のゴム組成物は、オイル成分の合計が１５質量部未満であるので雪上性能が劣る。
比較例４のゴム組成物は、オイル成分の合計が２５質量部を超えるので耐チッピング性が劣る。
比較例５のゴム組成物は、硫黄および加硫促進剤の質量比（Ｓ／Ａ）が０．８を超えるので耐チッピング性が劣る。
比較例６のゴム組成物は、充填剤中のカーボンブラックの質量割合が２０質量％未満であるので、耐チッピング性が劣る。
比較例７のゴム組成物は、充填剤の配合量が５０質量部未満であるので耐チッピング性が劣る。
比較例８のゴム組成物は、充填剤の配合量が１００質量部を超えるので雪上性能が劣る。
Claims (2)
- ブタジエンゴムを１０〜３０質量％、スチレンブタジエンゴムを３０〜８０質量％および天然ゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックを２０質量％以上含む充填剤を５０〜１００質量部、硫黄をＳ質量部、加硫促進剤をＡ質量部およびオイルを配合したゴム組成物であって、前記スチレンブタジエンゴムが、スチレン含有量が２２〜３８質量％である乳化重合スチレンブタジエンゴムおよび／または溶液重合スチレンブタジエンゴムからなる複数のブレンドであり、前記天然ゴムおよびブタジエンゴムの質量比（ＮＲ／ＢＲ）が０．３以上、前記硫黄および加硫促進剤の配合比（Ｓ／Ａ）が０．８以下であると共に、前記オイルを含むゴム組成物中のオイル成分の合計が１５〜２５質量部であることを特徴とする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、トレッド部に使用した乗用車用空気入りタイヤ。
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