JP6520018B2 - タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
また、ラリータイヤ、特に冬季ラリー向けスタッドタイヤのトレッド用ゴム組成物は、低温で使用するなどの観点から天然ゴム(NR)を配合することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
上記ジエン系ゴムが、天然ゴムと、特定共役ジエン系ゴムとを含み、上記ジエン系ゴム中の上記天然ゴムの含有量が20質量%以上であり、上記ジエン系ゴム中の上記特定共役ジエン系ゴムの含有量が20〜80質量%であり、
上記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が、−60℃未満であり、
上記シリカのCTAB吸着比表面積が、70〜130m2/gであり、
上記シリカの含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して20〜80質量部であり、
上記特定共役ジエン系ゴムが、下記工程AとBとCとをこの順に備える共役ジエン系ゴムの製造方法により製造される共役ジエン系ゴムである、タイヤ用ゴム組成物。
・工程A:イソプレンおよび芳香族ビニルを含む単量体混合物を重合することにより、イソプレン単位含有量が80〜95質量%であり、芳香族ビニル単位含有量が5〜20質量%であり、重量平均分子量が500〜15,000である、活性末端を有する重合体ブロックAを形成する工程
・工程B:上記重合体ブロックAと、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体とを混合して重合反応を継続し、活性末端を有する重合体ブロックBを、上記重合体ブロックAと一続きにして形成することにより、上記重合体ブロックAおよび上記重合体ブロックBを有する、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を得る工程
・工程C:上記共役ジエン系重合体鎖の上記活性末端に、下記式(1)で示されるポリオルガノシロキサンを反応させる工程
(式(1)中、R1〜R8は、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり、これらは互いに同一であっても相違していてもよい。X1およびX4は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜5のアルコキシ基、および、エポキシ基を含有する炭素数4〜12の基からなる群より選ばれるいずれかの基であり、これらは互いに同一であっても相違していてもよい。X2は、炭素数1〜5のアルコキシ基、またはエポキシ基を含有する炭素数4〜12の基であり、複数あるX2は互いに同一であっても相違していてもよい。X3は、2〜20のアルキレングリコールの繰返し単位を含有する基であり、X3が複数あるときは、それらは互いに同一であっても相違していてもよい。mは3〜200の整数、nは0〜200の整数、kは0〜200の整数である。)
[2] さらに軟化点が100〜150℃の芳香族変性テルペン樹脂を含有し、
上記芳香族変性テルペン樹脂の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して3〜20質量部である、[1]に記載のタイヤ用ゴム組成物。
[3] さらに重量平均分子量が2000〜50000である低分子量共役ジエン系重合体を含有し、
上記低分子量共役ジエン系重合体の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して3〜30質量部である、[1]または[2]に記載のタイヤ用ゴム組成物。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物を、キャップトレッドに配置した空気入りタイヤ。
[5] スタッドタイヤに用いる[4]に記載の空気入りタイヤ。
また、本発明によれば、上述した性能(特に優れた氷雪路上性能)を有しているため、スタッドタイヤのゴム組成物として好適に用いることができる。
なお、以下、タイヤにしたときに耐摩耗性に優れることを単に「耐摩耗性に優れる」とも略し、タイヤにしたときにウェット性能が優れることを単に「ウェット性能に優れる」とも略し、また、タイヤにしたときに氷雪路上性能が優れることを単に「氷雪路上性能に優れる」とも略す。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明のタイヤ用ゴム組成物(以下、単に「本発明のゴム組成物」とも略す。)は、ジエン系ゴムと、シリカとを含有する。
ここで、上記ジエン系ゴムは、天然ゴムと、特定共役ジエン系ゴムとを含み、上記ジエン系ゴム中の上記天然ゴムの含有量が20質量%以上であり、上記ジエン系ゴム中の上記特定共役ジエン系ゴムの含有量が20〜80質量%であり、また、上記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度は、−60℃未満(例えば、−70℃)である。
また、上記特定共役ジエン系ゴムは、後述する工程AとBとCとをこの順に備える共役ジエン系ゴムの製造方法により製造される共役ジエン系ゴムである。
また、上記シリカのCTAB吸着比表面積は、70〜130m2/gであり、上記シリカの含有量は、上記ジエン系ゴム100質量部に対して20〜80質量部である。
すなわち、シリカを配合することで、ウェット性能などの特性が向上することが知られているが、シリカが凝集しやすく、凝集により加工性などが劣ることが知られている。
ここで、本発明のゴム組成物に含有する特定共役ジエン系ゴムは、イソプレンを含む単量体を重合することにより形成される重合体ブロックAにゴム系の重合体ブロックBを形成し、さらに特定のポリオルガノシロキサンを反応させることで得られる。
そのため、本発明では、天然ゴムと特定共役ジエン系ゴムとを所定量含むジエン系ゴムを用いることにより、特定共役ジエン系ゴム中の上記重合体ブロックAが天然ゴムとの相溶に寄与し、特定共役ジエン系ゴム中の上記ポリオルガノシロキサンは組成物中のシリカと強く親和することにより、シリカを高いレベルで分散することが可能となり、その結果、耐摩耗性、ウェット性能および氷雪路上性能がいずれも良好になったと考えられる。
以下、本発明のゴム組成物に含有される各成分について詳述する。
本発明のゴム組成物に含有されるジエン系ゴムは、天然ゴムと、特定共役ジエン系ゴムとを含む。なお、ジエン系ゴムは、後述する低分子量共役ジエン系重合体を含まない。
上記ジエン系ゴムに含まれる天然ゴムは特に制限されない。
上記ジエン系ゴム中の天然ゴムの含有量は、20質量%以上であり、20〜60質量%であることが好ましい。
天然ゴムの含有量が20質量%に満たないと、モジュラスおよび耐摩耗性が不十分となる。
なお、「ジエン系ゴム中の天然ゴムの含有量」とは、ジエン系ゴム全体に対する天然ゴムの含有量(質量%)を指す。
上述のとおり、上記特定共役ジエン系ゴムは、下記工程AとBとCとをこの順に備える共役ジエン系ゴムの製造方法により製造される共役ジエン系ゴムである。
・工程A:イソプレンおよび芳香族ビニルを含む単量体混合物を重合することにより、イソプレン単位含有量が80〜95質量%であり、芳香族ビニル単位含有量が5〜20質量%であり、重量平均分子量が500〜15,000である、活性末端を有する重合体ブロックAを形成する工程
・工程B:上記重合体ブロックAと、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体とを混合して重合反応を継続し、活性末端を有する重合体ブロックBを、上記重合体ブロックAと一続きにして形成することにより、上記重合体ブロックAおよび上記重合体ブロックBを有する、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を得る工程
・工程C:上記共役ジエン系重合体鎖の上記活性末端に、後述する式(1)で示されるポリオルガノシロキサンを反応させる工程
以下、各工程について詳述する。
工程Aでは、イソプレンおよび芳香族ビニルを含む単量体混合物を重合することにより、イソプレン単位含有量が80〜95質量%であり、芳香族ビニル単位含有量が5〜20質量%であり、重量平均分子量が500〜15,000である、活性末端を有する重合体ブロックAを形成する。
上記芳香族ビニルとしては特に制限されないが、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−エチルスチレン、3−エチルスチレン、4−エチルスチレン、2,4−ジイソプロピルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、5−t−ブチル−2−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ジメチルアミノメチルスチレン、およびジメチルアミノエチルスチレンなどが挙げられる。これらの中でも、スチレンが好ましい。これらの芳香族ビニルは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記不活性溶媒としては、溶液重合において通常使用されるものであって、重合反応を阻害しないものであれば、特に限定されない。その具体例としては、例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、および2−ブテンなどの鎖状脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、およびシクロヘキセンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、およびキシレンなどの芳香族炭化水素;などが挙げられる。不活性溶媒の使用量は、単量体混合物濃度が、例えば、1〜80質量%であり、好ましくは10〜50質量%である。
上記重合開始剤としては、イソプレンおよび芳香族ビニルを含む単量体混合物を重合させて、活性末端を有する重合体鎖を与えることができるものであれば、特に限定されない。その具体例としては、例えば、有機アルカリ金属化合物および有機アルカリ土類金属化合物、ならびにランタン系列金属化合物などを主触媒とする重合開始剤が好ましく使用される。有機アルカリ金属化合物としては、例えば、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、フェニルリチウム、およびスチルベンリチウムなどの有機モノリチウム化合物;ジリチオメタン、1,4−ジリチオブタン、1,4−ジリチオ−2−エチルシクロヘキサン、1,3,5−トリリチオベンゼン、および1,3,5−トリス(リチオメチル)ベンゼンなどの有機多価リチウム化合物;ナトリウムナフタレンなどの有機ナトリウム化合物;カリウムナフタレンなどの有機カリウム化合物;などが挙げられる。また、有機アルカリ土類金属化合物としては、例えば、ジ−n−ブチルマグネシウム、ジ−n−ヘキシルマグネシウム、ジエトキシカルシウム、ジステアリン酸カルシウム、ジ−t−ブトキシストロンチウム、ジエトキシバリウム、ジイソプロポキシバリウム、ジエチルメルカプトバリウム、ジ−t−ブトキシバリウム、ジフェノキシバリウム、ジエチルアミノバリウム、ジステアリン酸バリウム、およびジケチルバリウムなどが挙げられる。ランタン系列金属化合物を主触媒とする重合開始剤としては、例えば、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウムおよびガドリニウムなどのランタン系列金属と、カルボン酸、およびリン含有有機酸などとからなるランタン系列金属の塩を主触媒とし、これと、アルキルアルミニウム化合物、有機アルミニウムハイドライド化合物、および有機アルミニウムハライド化合物などの助触媒とからなる重合開始剤などが挙げられる。これらの重合開始剤の中でも、有機モノリチウム化合物を用いることが好ましく、n−ブチルリチウムを用いることがより好ましい。なお、有機アルカリ金属化合物は、予め、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジベンジルアミン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミン、およびヘプタメチレンイミンなどの第2級アミンと反応させて、有機アルカリ金属アミド化合物として使用してもよい。これらの重合開始剤は、それぞれ単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
重合開始剤の使用量は、目的とする分子量に応じて決定すればよいが、単量体混合物100g当り、好ましくは4〜250mmol、より好ましくは6〜200mmol、特に好ましくは10〜70mmolの範囲である。
重合様式としては、回分式、連続式など、いずれの様式をも採用できる。また、結合様式としては、例えば、ブロック状、テーパー状、およびランダム状などの種々の結合様式とすることができる。
重合体ブロックAにおけるイソプレン単位中の1,4−結合含有量を調節する方法としては、例えば、重合に際し、不活性溶媒に極性化合物を添加し、その添加量を調整する方法などが挙げられる。極性化合物としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、および2,2−ジ(テトラヒドロフリル)プロパンなどのエーテル化合物;テトラメチルエチレンジアミンなどの第三級アミン;アルカリ金属アルコキシド;ホスフィン化合物;などが挙げられる。これらの中でも、エーテル化合物、および第三級アミンが好ましく、その中でも、重合開始剤の金属とキレート構造を形成し得るものがより好ましく、2,2−ジ(テトラヒドロフリル)プロパン、およびテトラメチルエチレンジアミンが特に好ましい。
極性化合物の使用量は、目的とする1,4−結合含有量に応じて決定すればよく、重合開始剤1molに対して、0.01〜30molが好ましく、0.05〜10molがより好ましい。極性化合物の使用量が上記範囲内にあると、イソプレン単位中の1,4−結合含有量の調節が容易であり、かつ重合開始剤の失活による不具合も発生し難い。
なお、本明細書において、イソプレン単位中の1,4−結合含有量とは、重合体ブロックAが有する全イソプレン単位に対する、1,4−結合のイソプレン単位の割合(質量%)を指す。
重合体ブロックAの重量平均分子量が500に満たないと、所望の低発熱性とウェット性能が発現しにくくなる。
重合体ブロックAの重量平均分子量が15,000を超えると、所望の低転がりとウェット性能の指標となる粘弾性特性のバランスが崩れる可能性がある。
重合体ブロックAの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で表わされる分子量分布は、1.0〜1.5であることが好ましく、1.0〜1.3であることがより好ましい。重合体ブロックAの分子量分布の値(Mw/Mn)が上記範囲内にあると、特定共役ジエン系ゴムの製造がより容易となる。なお、MwおよびMnはいずれもGPCによって測定されるポリスチレン換算の値である。
重合体ブロックAの芳香族ビニル含有量は5〜20質量%であり、5〜15質量%であることが好ましく、5〜13質量%であることがより好ましい。
重合体ブロックAにおける、イソプレンおよび芳香族ビニル以外の単量体単位の含有量は、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、6質量%以下であることがさらに好ましい。
工程Bでは、上述した工程Aで形成された重合体ブロックAと、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体とを混合して重合反応を継続し、活性末端を有する重合体ブロックBを、上記重合体ブロックAと一続きにして形成することにより、上記重合体ブロックAおよび上記重合体ブロックBを有する、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を得る。
上記芳香族ビニルの具体例および好適な態様は上述のとおりである。
上記不活性溶媒の定義、具体例および好適な態様は上述のとおりである。
重合体ブロックBを形成する際の活性末端を有する重合体ブロックAの使用量は、目的とする分子量に応じて決定すればよいが、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルを含む単量体100g当り、例えば、0.1〜5mmol、好ましくは0.15〜2mmol、より好ましくは0.2〜1.5mmolの範囲である。
重合体ブロックAと1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体との混合方法は、特に限定されず、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体の溶液中に活性末端を有する重合体ブロックAを加えてもよいし、活性末端を有する重合体ブロックAの溶液中に1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体を加えてもよい。重合の制御の観点より、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体の溶液中に活性末端を有する重合体ブロックAを加えることが好ましい。
1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体を重合するに際し、重合温度は、例えば、−80〜+150℃、好ましくは0〜100℃、より好ましくは20〜90℃の範囲である。重合様式としては、回分式、連続式など、いずれの様式をも採用できる。なかでも、回分式が好ましい。
上記単量体が1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルを含む場合、重合体ブロックBの各単量体の結合様式は、例えば、ブロック状、テーパー状、およびランダム状などの種々の結合様式とすることができる。これらの中でも、ランダム状が好ましい。1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルの結合様式をランダム状にする場合、重合系内において、1,3−ブタジエンと芳香族ビニルとの合計量に対する芳香族ビニルの比率が高くなりすぎないように、1,3−ブタジエンと芳香族ビニルとを、連続的または断続的に重合系内に供給して重合することが好ましい。
重合体ブロックBの芳香族ビニル単位含有量は特に制限されないが、5〜45質量%であることが好ましく、10〜45質量%であることがより好ましい。
重合体ブロックBは、1,3−ブタジエンの単独重合体(ホモポリマー)であることが好ましい。
なお、特定共役ジエン系ゴム中の重合体ブロックBが1,3−ブタジエンの単独重合体である場合、上記特定共役ジエン系ゴムはブタジエンゴムであるものとする。
重合体ブロックBのその他の単量体単位の含有量は、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、35質量%以下であることがさらに好ましい。
重合体ブロックBにおける1,3−ブタジエン単位中のビニル結合含有量は、好ましくは5〜90質量%、より好ましくは5〜80質量%、特に好ましくは10〜70質量%である。
上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖は、生産性の観点より、重合体ブロックA−重合体ブロックBで構成され、重合体ブロックBの末端が活性末端であることが好ましいが、重合体ブロックAを複数有していてもよいし、その他の重合体ブロックを有していてもよい。例えば、重合体ブロックA−重合体ブロックB−重合体ブロックA、および重合体ブロックA−重合体ブロックB−イソプレンのみからなるブロックなどの、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖が挙げられる。共役ジエン系重合体鎖の活性末端側にイソプレンのみからなるブロックを形成させる場合、イソプレンの使用量は、初めの重合反応に使用した重合開始剤1molに対して、10〜100molであることが好ましく、15〜70molであることがより好ましく、20〜35molであることが特に好ましい。
上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖における重合体ブロックAと重合体ブロックBとの質量比(重合体ブロックA、Bが複数ある場合は、それぞれの合計質量を基準とする)は、(重合体ブロックAの質量)/(重合体ブロックBの質量)として、0.001〜0.1であることが好ましく、0.003〜0.07であることがより好ましく、0.005〜0.05であることが特に好ましい。
上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で表わされる分子量分布は、1.0〜3.0であることが好ましく、1.0〜2.5であることがより好ましく、1.0〜2.2であることが特に好ましい。活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖の分子量分布の値(Mw/Mn)が上記範囲内にあると、特定共役ジエン系ゴムの製造が容易となる。なお、MwおよびMnはいずれもGPCによって測定されるポリスチレン換算の値である。
上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖中、イソプレン単位および1,3−ブタジエン単位の合計の含有量は50〜100質量%であることが好ましい。また、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖におけるイソプレン単位中および1,3−ブタジエン単位中のビニル結合含有量は、上述した重合体ブロックBにおける1,3−ブタジエン単位中のビニル結合含有量と同様である。
工程Cは、工程Bで得られた共役ジエン系重合体鎖の活性末端に、下記式(1)で示されるポリオルガノシロキサンを反応させる工程である。
このときに用いられる重合末端変性剤およびカップリング剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドン、N−フェニル−2−ピロリドン、およびN−メチル−ε−カプロラクタムなどのN−置換環状アミド類;1,3−ジメチルエチレン尿素、および1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノンなどのN−置換環状尿素類;4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、および4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどのN−置換アミノケトン類;ジフェニルメタンジイソシアネート、および2,4−トリレンジイソシアネートなどの芳香族イソシアネート類;N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドなどのN,N−ジ置換アミノアルキルメタクリルアミド類;4−N,N−ジメチルアミノベンズアルデヒドなどのN−置換アミノアルデヒド類1ジシクロヘキシルカルボジイミドなどのN−置換カルボジイミド類;N−エチルエチリデンイミン、N−メチルベンジリデンイミンなどのシッフ塩基類;4−ビニルピリジンなどのピリジル基含有ビニル化合物;四塩化錫;四塩化ケイ素、ヘキサクロロジシラン、ビス(トリクロロシリル)メタン、1,2−ビス(トリクロロシリル)エタン、1,3−ビス(トリクロロシリル)プロパン、1,4−ビス(トリクロロシリル)ブタン、1,5−ビス(トリクロロシリル)ペンタン、および1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサンなどのハロゲン化ケイ素化合物;などが挙げられる。1分子中に5以上のケイ素−ハロゲン原子結合を有するハロゲン化ケイ素化合物をカップリング剤として併用して得られる高分岐共役ジエン系ゴムを用いて得られるタイヤは、操縦安定性が優れる。これらの重合末端変性剤およびカップリング剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
変性剤などを添加する時期は、特に限定されないが、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖における重合反応が完結しておらず、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を含有する溶液が単量体をも含有している状態、より具体的には、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を含有する溶液が、好ましくは100ppm以上、より好ましくは300〜50,000ppmの単量体を含有している状態で、この溶液に変性剤などを添加することが望ましい。変性剤などの添加をこのように行なうことにより、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖と重合系中に含まれる不純物との副反応を抑制して、反応を良好に制御することが可能となる。
共役ジエン系重合体鎖の活性末端に、上述した変性剤などを反応させるときの条件としては、温度が、例えば、0〜100℃、好ましくは30〜90℃の範囲であり、それぞれの反応時間が、例えば、1分〜120分、好ましくは2分〜60分の範囲である。
共役ジエン系重合体鎖の活性末端に、変性剤などを反応させた後は、メタノールおよびイソプロパノールなどのアルコールまたは水などの、重合停止剤を添加して未反応の活性末端を失活させることが好ましい。
特定共役ジエン系ゴムを油展ゴムとして回収する場合に用いる伸展油としては、例えば、パラフィン系、芳香族系およびナフテン系の石油系軟化剤、植物系軟化剤、ならびに脂肪酸などが挙げられる。石油系軟化剤を用いる場合には、IP346の方法(英国のTHEINSTITUTEPETROLEUMの検査方法)により抽出される多環芳香族の含有量が3%未満であることが好ましい。伸展油を使用する場合、その使用量は、共役ジエン系ゴム100質量部に対して、例えば、5〜100質量部、好ましくは10〜60質量部、より好ましくは20〜50質量部である。
上記特定共役ジエン系ゴムのビニル結合含有量は特に制限されないが、5〜80質量%であることが好ましく、20〜35質量%であることがより好ましい。なお、ビニル結合含有量とは、特定共役ジエン系ゴムに含まれる共役ジエン単位のうち、ビニル結合が占める割合(質量%)を指す。
上記特定共役ジエン系ゴムの重量平均分子量(Mw)は特に制限されないが、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって測定されるポリスチレン換算の値として、250,000〜1,000,000であることが好ましく、300,000〜800,000であることがより好ましい。
上記特定共役ジエン系ゴムの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で表わされる分子量分布は、1.1〜3.0であることが好ましく、1.2〜2.5であることがより好ましく、1.2〜2.2であることが特に好ましい。なお、MwおよびMnはいずれもGPCによって測定されるポリスチレン換算の値である。
上記特定共役ジエン系ゴムのムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、20〜100であることが好ましく、30〜90であることがより好ましく、35〜80であることが特に好ましい。なお、特定共役ジエン系ゴムを油展ゴムとする場合は、その油展ゴムのムーニー粘度を上記の範囲とすることが好ましい。
ジエン系ゴム中の特定共役ジエン系ゴムの含有量が20質量%に満たないと、耐摩耗性、ウェット性能および氷雪路上性能が不十分となる。
なお、「ジエン系ゴム中の特定共役ジエン系ゴムの含有量」とは、ジエン系ゴム全体に対する特定共役ジエン系ゴムの含有量(質量%)を指す。
上記ジエン系ゴムは、上述した天然ゴムおよび特定共役ジエン系ゴム以外のゴム成分(その他のゴム成分)を含んでいてもよい。そのようなゴム成分としては特に制限されないが、例えば、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム、特定共役ジエン系ゴム以外の芳香族ビニル−共役ジエン共重合体ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、Cl−IIR)、クロロプレンゴム(CR)などが挙げられる。なお、上記芳香族ビニル−共役ジエン共重合体ゴムとしては、変性共役ジエン系ゴム以外のスチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレン共重合体ゴムなどが挙げられる。
これらのうち、SBR、BR、IRであるのが用いるのが好ましく、SBRおよびBRをいずれも併用するのがより好ましい。
本発明のゴム組成物に含有されるシリカは、CTAB吸着比表面積が70〜130m2/gのシリカであれば特に限定されず、タイヤ等の用途でゴム組成物に配合されている従来公知の任意のシリカを用いることができる。
ここで、CTAB吸着比表面積は、シリカ表面への臭化n−ヘキサデシルトリメチルアンモニウムの吸着量をJISK6217−3:2001「第3部:比表面積の求め方−CTAB吸着法」にしたがって測定した値である。
シリカの含有量が20質量部に満たないとウェット性能が不十分となり、80質量部を超えると氷雪路上性能が不十分となる。
本発明のゴム組成物は、必要に応じて、その効果や目的を損なわない範囲でさらに他の成分(任意成分)を含有することができる。
上記任意成分としては、例えば、シリカ以外の充填剤(例えば、カーボンブラック)、シランカップリング剤、芳香族変性テルペン樹脂、アルキルトリアルコキシエトキシシラン、酸化亜鉛(亜鉛華)、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、加工助剤、オイル、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、加硫剤(例えば、硫黄)、加硫促進剤などの各種添加剤などが挙げられる。
これらのうち、後述するシランカップリング剤、芳香族変性テルペン樹脂およびアルキルトリアルコキシシランを含有することが好ましい。
上記シランカップリング剤は特に限定されず、タイヤ等の用途でゴム組成物に配合されている従来公知の任意のシランカップリング剤を用いることができる。
上記シランカップリング剤としては、具体的には、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)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、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、3−トリエ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、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、ビス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、これらの1種または2種以上を事前にオリゴマー化させたものを用いてもよい。
本発明のゴム組成物は、モジュラス、耐摩耗性および氷雪路上性能がより向上する理由から、重量平均分子量が2000〜50000の低分子量共役ジエン系重合体を含有するのが好ましい。
ここで、低分子量共役ジエン系重合体の重量平均分子量(Mw)は、テトラヒドロフランを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算により測定するものとする。
なお、低分子量共役ジエン系重合体は、上述したジエン系ゴムには当たらない。
本発明のゴム組成物は、ウェット性能がより向上する理由から、さらに芳香族変性テルペン樹脂を含有するのが好ましい。
芳香族変性テルペン樹脂の軟化点は特に制限されないが、100〜150℃であることが好ましく、100〜130℃であることがより好ましい。
ここで、軟化点は、JIS K7206:1999に準拠して測定されたビカット軟化点である。
本発明のゴム組成物において、上記芳香族変性テルペン樹脂を含有する場合の含有量は特に制限されないが、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜20質量部であることが好ましく、2〜15質量部であることがより好ましい。
本発明のゴム組成物は、シリカの分散をさらに向上できる理由から、さらに下記式(I)で表されるアルキルトリアルコキシシランを含有するのが好ましい。
(式(I)中、R11は、炭素数1〜20のアルキル基を表し、R12はそれぞれ独立にメチル基またはエチル基を表す。)
これらのうち、上記ゴム成分との相溶性の観点から、R11の炭素数は、7以上であるのが好ましく、具体的には、オクチル基、ノニル基であるのがより好ましい。
本発明のゴム組成物の製造方法は特に限定されず、その具体例としては、例えば、上述した各成分を、公知の方法、装置(例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロールなど)を用いて、混練する方法などが挙げられる。本発明のゴム組成物が硫黄または加硫促進剤を含有する場合は、硫黄および加硫促進剤以外の成分を先に高温(好ましくは100〜160℃)で混合し、冷却してから、硫黄または加硫促進剤を混合するのが好ましい。
また、本発明のゴム組成物は、従来公知の加硫または架橋条件で加硫または架橋することができる。
本発明の空気入りタイヤは、上述した本発明のゴム組成物を用いて製造した空気入りタイヤである。なかでも、本発明のゴム組成物をキャップトレッドに配置した空気入りタイヤであることが好ましく、上述したようにスタッドタイヤとして用いるのがより好ましい。
図1に、本発明の空気入りタイヤの実施態様の一例を表すタイヤの部分断面概略図を示すが、本発明の空気入りタイヤは図1に示す態様に限定されるものではない。
また、左右一対のビード部1間においては、繊維コードが埋設されたカーカス層4が装架されており、このカーカス層4の端部はビードコア5およびビードフィラー6の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。
また、タイヤトレッド部3においては、カーカス層4の外側に、ベルト層7がタイヤ1周に亘って配置されている。
また、ビード部1においては、リムに接する部分にリムクッション8が配置されている。
なお、タイヤトレッド部3は上述した本発明のゴム組成物により形成されている。
窒素置換された100mLアンプル瓶に、シクロヘキサン(35g)、およびテトラメチルエチレンジアミン(1.4mmol)を添加し、さらに、n−ブチルリチウム(4.3mmol)を添加した。次いで、イソプレン(21.6g)、およびスチレン(3.1g)をゆっくりと添加し、50℃のアンプル瓶内で120分反応させることにより、活性末端を有する重合体ブロックA1を得た。この重合体ブロックA1について、重量平均分子量、分子量分布、芳香族ビニル単位含有量、イソプレン単位含有量、および1,4−結合含有量を測定した。これらの測定結果を第1表に示す。
次に、撹拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン(4000g)、1,3−ブタジエン(474.0g)、およびスチレン(126.0g)を仕込んだ後、上記にて得られた活性末端を有する重合体ブロックA1を全量加え、50℃で重合を開始した。重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、下記式(4)で表されるポリオルガノシロキサンAを、エポキシ基の含有量が1.42mmol(使用したn−ブチルリチウムの0.33倍モルに相当)となるように、20質量%濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、使用したn−ブチルリチウムの2倍モルに相当する量のメタノールを添加して、特定共役ジエン系ゴムを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤(イルガノックス1520、BASF社製)を少量添加し、伸展油としてフッコールエラミック30(新日本石油(株)製)を特定共役ジエン系ゴム100質量部に対して25質量部添加した後、スチームストリッピング法により固形状のゴムを回収した。得られた固形状のゴムをロールにより脱水し、乾燥機中で乾燥を行い、固形状の特定共役ジエン系ゴムを得た。得られた特定共役ジエン系ゴムを特定共役ジエン系ゴム1とする。
窒素置換された100mLアンプル瓶に、シクロヘキサン(35g)、およびテトラメチルエチレンジアミン(0.56mmol)を添加し、さらに、n−ブチルリチウム(4.3mmol)を添加した。次いで、イソプレン(21.6g)、およびスチレン(3.1g)をゆっくりと添加し、50℃のアンプル瓶内で120分反応させることにより、活性末端を有する重合体ブロックA2を得た。この重合体ブロックA2について、重量平均分子量、分子量分布、芳香族ビニル単位含有量、イソプレン単位含有量、および1,4−結合含有量を測定した。これらの測定結果を第1表に示す。
次に、撹拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン(4000g)、1,3−ブタジエン(505.8g)、およびスチレン(94.2g)を仕込んだ後、上記にて得られた活性末端を有する重合体ブロックA2を全量加え、50℃で重合を開始した。重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、上記式(4)で表されるポリオルガノシロキサンAを、エポキシ基の含有量が1.42mmol(使用したn−ブチルリチウムの0.33倍モルに相当)となるように、20質量%濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、使用したn−ブチルリチウムの2倍モルに相当する量のメタノールを添加して、特定共役ジエン系ゴムを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤(イルガノックス1520、BASF社製)を少量添加した後、スチームストリッピング法により固形状のゴムを回収した。得られた固形状のゴムをロールにより脱水し、乾燥機中で乾燥を行い、固形状の特定共役ジエン系ゴムを得た。得られた特定共役ジエン系ゴムを特定共役ジエン系ゴム2とする。
重量平均分子量、分子量分布および3分岐以上のカップリング率(特定共役ジエン系ゴム1に対する「3以上の共役ジエン系重合体鎖が結合している構造体」の割合(質量%))については、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより、ポリスチレン換算の分子量に基づくチャートを得て、そのチャートに基づいて求めた。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィの具体的な測定条件は、以下のとおりである。
・カラム:GMH−HR−H(東ソー社製)2本を直列に連結した
・検出器:示差屈折計RI−8020(東ソー社製)
・溶離夜:テトラヒドロフラン
・カラム温度:40℃
芳香族ビニル単位含有量およびビニル結合含有量については、1H−NMRにより測定した。
ムーニー粘度(ML1+4、100℃))については、JIS K6300−1:2013に準じて測定した。
窒素置換された内容量10Lのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン4533g、スチレン338.9g(3.254mol)、ブタジエン468.0g(8.652mol)、イソプレン20.0g(0.294mol)およびN,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン0.189mL(1.271mmol)を仕込み、攪拌を開始した。反応容器内の内容物の温度を50℃にした後、n−ブチルリチウム5.061mL(7.945mmol)を添加した。重合転化率がほぼ100%に到達した後、さらにイソプレン12.0gを添加して5分間反応させた後、1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサンの40wt%トルエン溶液0.281g(0.318mmol)を添加し、30分間反応させた。さらに、上記式(4)で表されるポリオルガノシロキサンAを、エポキシ基の含有量が1.00mmol(使用したn−ブチルリチウムの0.13倍モルに相当)となるように、20質量%濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。メタノール0.5mLを添加して30分間攪拌し、共役ジエン系ゴムを含有する溶液を得た。得られた溶液に老化防止剤(イルガノックス1520、BASF社製)を少量添加し、伸展油としてフッコールエラミック30(新日本石油(株)製)を共役ジエン系ゴム100質量部に対して25質量部添加した後、スチームストリッピング法により固形状のゴムを回収した。得られた固形状のゴムをロールにより脱水し、乾燥機中で乾燥を行い、固形状の共役ジエン系ゴムを得た。得られた共役ジエン系ゴムを比較共役ジエン系ゴム1とする。
下記第3表に示す成分を、下記第3表に示す割合(質量部)で配合した。
具体的には、まず、下記第3表に示す成分のうち硫黄および加硫促進剤を除く成分を、1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーを用いて150℃付近に温度を上げてから、5分間混合した後に放出し、室温まで冷却してマスターバッチを得た。さらに、上記バンバリーミキサーを用いて、得られたマスターバッチに硫黄および加硫促進剤を混合し、タイヤ用ゴム組成物を得た。
なお、第3表中、特定共役ジエン系ゴム1および比較共役ジエン系ゴム1の質量部は、伸展油を除く正味の質量部である。
得られたタイヤ用ゴム組成物について、以下の評価を行った。
得られたタイヤ用ゴム組成物(未加硫)を金型(15cm×15cm×0.2cm)中で、160℃で20分間プレス加硫して加硫ゴムシートを作製した。
作製した加硫ゴムシートからJIS3号ダンベル状の試験片を打ち抜き、引張速度500mm/分での引張試験をJISK6251:2010に準拠して行い、400%モジュラス(M400)を室温(23℃)にて測定した。
結果を下記第1表に示す。結果は比較例1の値を100とする指数で表した。この指数が大きいほどモジュラスが高く、好ましいことを意味する。
調製した各ゴム組成物をランボーン摩耗用金型(直径63.5mm、厚さ5mmの円板状)中で、170℃で15分間加硫して加硫ゴムシートを作製した。
次いで、ランボーン摩耗試験機(岩本製作所社製)を用いて、JIS K6264−2:2005に準拠し、付加力4.0kg/cm3(=39N)、スリップ率30%、摩耗試験時間4分、試験温度を室温の条件で摩耗試験を行い、摩耗質量を測定した。
試験結果は、以下の式により、比較例1の測定値を100として、指数(インデックス)で表し、下記第1表の「耐摩耗性」の欄に記載した。指数(インデックス)が大きいほど摩耗量が少なく、耐摩耗性が良好である。
指数=(比較例1の試験片の摩耗質量/測定値)×100
得られたタイヤ用ゴム組成物(未加硫)を金型(15cm×15cm×0.2cm)中で、160℃で20分間プレス加硫して加硫ゴムシートを作製した。
作製した加硫ゴムシートについて、JIS K6394:2007に準じて、粘弾性スペクトロメーター(東洋精機製作所社製)を用いて、伸張変形歪率10%±2%、振動数20Hz、温度0℃の条件で、tanδ(0℃)を測定した。
結果を第3表に示す(第3表中の「ウェット性能」の欄)。結果は標準例のtanδ(0℃)を100とする指数で表した。指数が大きいほどtanδ(0℃)が大きく、タイヤにしたときにウェット性能に優れる。
得られたタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に使用して製造されたサイズ205/55R16のタイヤを排気量2000ccのABSを搭載した車両に装着し、フロントタイヤおよびリヤタイヤの空気圧をともに220kPaとして、氷雪路面上で速度40kmからの制動停止距離を測定した。結果は標準例の制動停止距離を100とする指数で表した。指数が大きいほど、制動距離が短く、氷雪路上性能に優れることを意味する。
・特定共役ジエン系ゴム1:上述のとおり製造された特定共役ジエン系ゴム1(ゴム100質量部に対して油展オイル25質量を含む)
・特定共役ジエン系ゴム2:上述のとおり製造された特定共役ジエン系ゴム2(Tg:−62℃、Mw:430,000)
・比較共役ジエン系ゴム1:上述のとおり製造された比較共役ジエン系ゴム1(ゴム100質量部に対して油展オイル25質量を含む)(芳香族ビニル単位含有量:42質量%、ビニル結合含有量:32質量%、Tg:−25℃、Mw:750,000(測定方法はいずれも上述のとおり)
・SBR:NIPOL A1723(日本ゼオン社製)
・NR:TSR20
・BR:NIPOL BR1220(日本ゼオン社製)
・シリカ1:Zeosil 1115MP(CTAB吸着比表面積:110m2/g、Rhodia社製)
・シリカ2:Zeosil 1165MP(CTAB吸着比表面積:159m2/g、Solvay社製)
・カーボンブラック:N339(キャボットジャパン社製)
・シランカップリング剤:ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(Si69、エボニック・デグッサ社製)
・芳香族変性テルペン樹脂:YSレジン TO−125(軟化点:125±5℃、ヤスハラケミカル社製)
・酸化亜鉛:酸化亜鉛3種(正同化学工業社社製)
・ステアリン酸:ビーズステアリン酸 YR(日本油脂社製)
・老化防止剤:6PPD(フレキシス社製)
・ワックス:パラフィンワックス(大内新興化学社製)
・低分子量共役ジエン系重合体:液状BR(Ricon130、重量平均分子量:5,000、CRAY VALLEY社製)
・オイル:エキストラクト4号S(昭和シェル石油社製)
・硫黄:油処理イオウ(細井化学社製)
・加硫促進剤1:サンセラーCM−G(三新化学社製)
・加硫促進剤2:Perkacit DPG grs(フレキシス社製)
また、特定共役ジエン系ゴムの配合量が所定の範囲外である比較例2のゴム組成物は、標準例と比較してもモジュラスおよび耐摩耗性ならびにウェット性能および氷雪路上性能が殆ど改善されないことが分かった(比較例2)。
また、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が所定の温度範囲よりも高い比較例3のゴム組成物は、氷雪路上性能が劣ることが分かった(比較例3)。
また、シリカのCTAB吸着比表面積が所定の範囲より大きい比較例4のゴムは、氷雪路上性能が劣ることが分かった(比較例4)。
また、シリカの配合量が所定の範囲よりも少ない比較例5のゴム組成物は、ウェット性能が劣り、シリカの配合量が所定の範囲よりも多い比較例6のゴム組成物は、氷雪路上性能が劣ることが分かった(比較例5〜6)。
特に、実施例1と実施例5との対比から、低分子量共役ジエン系重合体を配合することにより、モジュラス、耐摩耗性および氷雪路上性能がより向上することが分かった。
また、実施例1と実施例6との対比から、軟化点が100〜150℃の芳香族変性テルペン樹脂を配合することにより、ウェット性能がより向上することが分かった。
2 サイドウォール部
3 タイヤトレッド部
4 カーカス層
5 ビードコア
6 ビードフィラー
7 ベルト層
8 リムクッション
Claims (4)
- ジエン系ゴムと、シリカとを含有し、
前記ジエン系ゴムが、天然ゴムと、特定共役ジエン系ゴムとを含み、前記ジエン系ゴム中の前記天然ゴムの含有量が20質量%以上であり、前記ジエン系ゴム中の前記特定共役ジエン系ゴムの含有量が20〜80質量%であり、
前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が、−60℃未満であり、
前記シリカのCTAB吸着比表面積が、70〜130m2/gであり、
前記シリカの含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して20〜80質量部であり、
前記特定共役ジエン系ゴムが、下記工程AとBとCとをこの順に備える共役ジエン系ゴムの製造方法により製造される共役ジエン系ゴムであって、芳香族ビニル単位含有量が38〜48質量%である、共役ジエン系ゴムである、タイヤ用ゴム組成物。
・工程A:イソプレンおよび芳香族ビニルを含む単量体混合物を重合することにより、イソプレン単位含有量が80〜95質量%であり、芳香族ビニル単位含有量が5〜20質量%であり、重量平均分子量が500〜15,000である、活性末端を有する重合体ブロックAを形成する工程
・工程B:前記重合体ブロックAと、1,3−ブタジエンおよび芳香族ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む単量体とを混合して重合反応を継続し、活性末端を有する重合体ブロックBを、前記重合体ブロックAと一続きにして形成することにより、前記重合体ブロックAおよび前記重合体ブロックBを有する、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を得る工程。ただし、前記単量体が、前記1,3−ブタジエン単位および前記芳香族ビニル単位以外の他の単量体を有する場合、前記他の単量体の含有量は50質量%以下である。
・工程C:前記共役ジエン系重合体鎖の前記活性末端に、下記式(1)で示されるポリオルガノシロキサンを反応させる工程
- さらに軟化点が100〜150℃の芳香族変性テルペン樹脂を含有し、
前記芳香族変性テルペン樹脂の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して3〜20質量部である、請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。 - さらに重量平均分子量が2000〜50000である低分子量共役ジエン系重合体を含有し、
前記低分子量共役ジエン系重合体の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して3〜30質量部である、請求項1または2に記載のタイヤ用ゴム組成物。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物を、キャップトレッドに配置した空気入りタイヤ。
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