JP6529353B2 - ゴム組成物の製造方法およびゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物の製造方法およびゴム組成物に関し、詳しくは、シリカとシランカップリング剤とが十分に反応したゴム組成物の製造方法、および前記製造方法を用いて製造されたゴム組成物に関する。

近年、空気入りタイヤにおいてウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減に対する要請が益々強くなっており、この要求に応えるため、トレッドなどの押出成形物に用いられるゴム組成物に、充填剤としてシリカを配合することが行われている（特許文献１〜３）。

このとき、従来より、シリカに併せてシランカップリング剤を配合し、混練り工程においてシリカとシランカップリング剤とを反応させることにより、ウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることが行われている。

特開２００１−５０５２２５号公報 特開２００７−１５４１３０号公報 特開２００９−１６７２３８号公報

しかし、従来の混練り工程においては、シリカとシランカップリング剤との反応を十分に進行させることが難しく、ウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることができないだけでなく、混練り工程の後に設けられた押出工程においてもシリカと未反応のシランカップリング剤の反応が起こり、エアー（気泡）が生成される場合があった。

この対策として、ゴムの混練り時間を延長することが行われているが、この混練り方法を採用した場合には、長時間の混練りのために生産効率が低下する恐れがある。

そこで、本発明は、長時間ゴムの混練りをする必要がなく、シリカが添加されたゴム組成物のシリカとカップリング剤とを十分に反応させて、ウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることができると共に、エアーの生成を抑制することができるゴム組成物の製造方法およびゴム組成物を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

請求項１に記載の発明は、
シリカを含むゴム原料を密閉式混練機で混練りすることにより、空気入りタイヤに用いられるゴム組成物を製造するゴム組成物の製造方法であって、
ジエン系ゴム１００質量部に対して、シリカ２０〜９０質量部およびシランカップリング剤１〜１０質量部を配合して、混練り温度１５０〜１７０℃で混練りし、
その後、前記密閉式混練機の押出口に設けられたストレーナーに通過させることにより前記ゴム組成物を製造することを特徴とするゴム組成物の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記ゴム組成物がトレッド用ゴム組成物であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物の製造方法である。

本発明によれば、長時間ゴムの混練りをする必要がなく、シリカが添加されたゴム組成物のシリカとカップリング剤とを十分に反応させて、ウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることができると共に、エアーの生成を抑制することができるゴム組成物の製造方法およびゴム組成物を提供することができる。

本発明者は、長時間ゴムの混練りをする必要がなく、シリカが添加されたゴム組成物のシリカとカップリング剤とを十分に反応させるためには、押出工程までの間でゴム組成物に再度発熱と分散を生じさせることができればよいと考え、検討の結果、所定の条件で混練りされたシリカ配合のゴム組成物をストレーナーに通過させることに思い至り、本発明を完成させるに至った。

以下、本実施の形態に基づき本発明を具体的に説明する。

（１）ゴム材料
本実施の形態に係るゴム組成物の材料としては、従来のゴム組成物に用いられていた各種ゴム材料を使用することができる。以下、このような各種ゴム材料の内から、原料ゴム、シリカ、シランカップリング剤について説明する。

（ａ）原料ゴム
本実施の形態において、原料ゴムとしては、ジエン系ゴムを用いる。具体的なジエン系ゴムとしては、例えば、スチレン／イソプレン／ブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，４付加イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）などを挙げることができ、これらを任意に組み合わせて用いることもできる。

（ｂ）シリカ
本実施の形態において、配合されるシリカとしては、種類は特に限定されず、例えば、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などを用いることができ、２種類以上を組み合わせて用いることもできる。

そして、本実施の形態においてシリカの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、２０〜９０質量部とする。シリカの配合量が２０質量部未満の場合、シリカを配合する目的であるウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることができず、９０質量部を超えるとシリカが分散し難くなり、摩耗などの性能低下が生じる恐れがある。３０〜８０質量部であるとより好ましい。

（ｃ）シランカップリング剤
本実施の形態において、シランカップリング剤としては、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−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ディスルフィド、２−メルカプトエチルトリメトキシシランなどを用いることができる。これらのシランカップリング剤は、単独で用いてもよく、２種以上を任意に組み合わせて用いることもできる。

上記した各シランカップリング剤の内でも、補強性効果と加工性という観点から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ディスルフィドが好ましく、さらに、加工性という観点から、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特に好ましい。

そして、本実施の形態においては、ジエン系ゴム１００質量部に対して、１〜１０質量部のシランカップリング剤を配合する。シランカップリング剤の配合量が１質量部未満の場合、シリカの量に対するシランカップリング剤の割合が少なく十分な反応ができなくなり、ウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることができず、１０質量部を超えた場合、過剰なシランカップリング剤が加硫阻害や摩耗低減を引き起こす恐れがある。

（２）製造方法
（ａ）混練り
本実施の形態に係るゴム組成物の製造方法では、最初に、上記した原料ゴム、シリカ、シランカップリング剤の他、種々の原料を所定の比率で配合して混練りを行う。このとき、混練機としては、従来と同様の密閉式混練機、例えばバンバリーミキサーなどが用いられる。

そして、混練り温度は１５０〜１７０℃に設定する。混練り温度が１５０℃未満の場合、シリカとシランカップリング剤とが十分に反応せず、シリカ配合の特性が十分に発揮できない。一方、１７０℃を超えた場合、ゴムが劣化する、またはゲル化を起こして加工できなくなる恐れがある。

（ｂ）ストレーナーの通過
前記したように、混練機としては、従来と同様に密閉式混練機が用いることができるが、本実施の形態においては、混練機の押出口にストレーナーを設け、混練りされた後のゴム組成物がさらにストレーナーを通過するようにしている。

このように、混練りされた後のゴム組成物をストレーナーに通すことにより、ゴム組成物に再度発熱が生じて、シリカとシランカップリング剤との反応を十分に進行させることができる。また、ストレーナーを通過する際の圧力によりせん断力が働いて、シリカの分散性を向上させることができる。

この結果、従来のゴム組成物の製造方法のように、長時間ゴムの混練りをする必要なく、シリカ配合のゴム組成物のシリカとカップリング剤とを十分に反応させて、ウェットグリップ性能の向上および転がり抵抗の低減を十分に図ることができるゴム組成物を製造することができる。

また、上記したように、シリカとカップリング剤とを十分に反応させることができるため、押出工程においてシリカとシランカップリング剤が反応してエアーが生成されることを抑制することができる。

なお、本実施の形態において、ストレーナーとしては、例えば、従来より天然ゴムのごみ分を除去するために用いられていたストレーナーを用いることが好ましい。また、ストレーナーの網目としては０．３〜５．０ｍｍであることが好ましい。０．３ｍｍ未満の場合、網目が細かすぎてゴムの流れが遅くなり生産性を阻害する恐れがあり、５．０ｍｍを超えた場合、網目が大きすぎてゴムに適切な圧力が加えられず、発熱量とせん断力が低くなる恐れがある。

以下、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。

１．試験例１〜１３
バンバリーミキサーに、Ｅ−ＳＢＲ（乳化重合スチレン−ブタジエンゴム）、ＢＲ、シリカ、シランカップリング剤、硫黄、加硫促進剤の各原料を表１および表２に示す質量部で投入して混練りを行った（試験例１〜１３）。各原料の詳細は以下の通りである。

Ｅ−ＳＢＲ：日本ゼオン社製のニッポール９５２０
（スチレン単位量３５質量％のゴム成分１００質量部に対して油展分３７．５質量部）
ＢＲ ：宇部興産社製のＢＲ１５０Ｂ
（ハイシスＢＲ：シス１，４−ブタジエン単位量９８質量％）
シリカ ：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３
（ＢＥＴ比表面積：１７５ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：２１０ｍｌ／１００ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ２６６
（化合物名ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ディスルフィド）
硫黄 ：鶴見化学社製の粉末イオウ
加硫促進剤：大内新興化学工業社製のノクセラーＮＳ
（化合物名Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリル−スルフェンアミド）

（１）配合比率
表１および表２に示すように、試験例１〜１３において、上記した各原料の配合量を異ならせた。なお、本実施例において用いたＥ−ＳＢＲは、３０質量部のオイルと８０質量部のポリマーとから構成されており、Ｅ−ＳＢＲ中のポリマーとＢＲとの合計がジエン系ゴムの質量部（１００質量部）となっている。

（２）混練条件
試験例１〜１３において、表１および表２に示すように混練り温度を異ならせて混練りを行った。また、試験例１〜４、７、９〜１３においては、押出口にストレーナー（網目１．４ｍｍ）が配置された混練機を用い、混練り後のゴム組成物をストレーナーに通過させた。なお、試験例１〜１３の全ての試験例において混練り時間は２分に設定した。

２．評価
（１）粘弾性測定
製造後のゴム組成物について、岩本製作所社製の粘弾性スペクトロメーターを用い、温度７０℃、初期歪み１０％、動歪み±１％、周波数１０Ｈｚの条件で損失正接（ｔａｎδ）を測定した。なお、ｔａｎδが小さいほど転がり抵抗に優れた空気入りタイヤを製造することができる。

（２）ウェットグリップ性能
試験例１〜１３で得られたゴム組成物によりトレッドゴムが構成された空気入りタイヤ（タイヤサイズ２０５／６５Ｒ５）を作製し、タイヤを装着したトラクション試験車にて、水が散布されているアスファルト路面のテストコースにおいて時速６４ｋｍからブレーキをかけたときの最大摩擦係数（μＭＡＸ）を測定し、試験例５の測定結果を１００とした指数をウェットグリップ性能指数として算出した。なお、指数が大きいほどウェットグリップ性能に優れたタイヤと評価することができる。

（３）耐摩耗性能
上記と同様の条件で作製したタイヤの耐摩耗性を岩本製作所社製のランボーン摩耗試験機を用いて測定した。測定条件は、荷重２．０ｋｇ重、スリップ率６０％、測定時間２分に設定し、質量変化より容積損失量を計算し、試験例５の測定結果を１００とした指数をランボーン摩耗指数として算出した。なお、指数が大きいほど耐摩耗性能に優れたトレッドゴムと評価することができる。

表１および表２より、試験例１〜３および試験例９〜１３では、同じ混練り時間であるにも拘らず、ｔａｎδ、ウェットグリップ性能、耐摩耗性能（ランボーン摩耗指数）の少なくとも１つが試験例５よりも向上しており、残りの評価項目も試験例５と同等の結果が得られていることが分かる。このことから、ジエン系ゴムに対して所定の質量部のシリカとシランカップリング剤を配合し、混練り温度を１５０℃以上１７０℃以下に設定した上で、混練り後のゴム組成物をストレーナーに通過させることにより、長時間混練りをせずとも、ｔａｎδ、ウェットグリップ性能、耐摩耗性能を向上できることが確認できた。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

Claims (2)

1. シリカを含むゴム原料を混練りすることにより、空気入りタイヤに用いられるゴム組成物を製造するゴム組成物の製造方法であって、
   ジエン系ゴム１００質量部に対して、シリカ２０〜９０質量部およびシランカップリング剤１〜１０質量部を配合して、混練り温度１５０〜１７０℃で混練りし、
   その後、ストレーナーに通過させることにより前記ゴム組成物を製造することを特徴とするゴム組成物の製造方法。
2. 前記ゴム組成物がトレッド用ゴム組成物であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物の製造方法。