JP6938857B2 - ゴム成形体 - Google Patents

Description

本発明は、氷上性能を向上するようにしたゴム成形体に関する。

空気入りタイヤの氷上性能を向上するには、タイヤを構成するゴムの貯蔵弾性率（Ｅ′）や損失正接（ｔａｎδ）などの物理的特性を改質し摩擦係数を大きくしたり、親水性／撥水性などの化学的特性を改質し水膜除去性や排水性を改良したりすることがある。近年ゴムの化学的特性の改質に用いる物質をゴム表面に塗布したり、表面に化学的な処理を施したり、ゴムに添加剤を配合するなどの手法が提案されている。

特許文献１は、ゴム組成物にフッ素およびケイ素含有界面活性剤を配合することにより、撥水性を発揮させ、氷上性能およびウェット性能を改良することを提案している。しかし、氷上性能を高くすることを求める需要者の期待はより大きく、氷上性能を一層改善することが求められている。

特開２００４−３５７２７号公報

本発明の目的は、氷上性能を従来レベル以上に向上するようにしたゴム成形体を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のゴム成形体は、互いに非相溶のゴム組成物の混合物であり、かつ相分離構造を有するゴム成形体であって、その表面に表面自由エネルギーが相違する領域Ａおよび領域Ｂを互いに独立して有し、該領域Ａの表面自由エネルギーおよび領域Ｂの表面自由エネルギーの差の絶対値が１．３ｄｙｎｅ／ｃｍ以上、かつ前記領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０〜９０／１０であり、前記領域Ａ、領域Ｂのいずれかのゴム組成物だけが表面自由エネルギーの改質剤を含み、前記表面自由エネルギーの改質剤がフッ素を含む化合物、フッ素を含む樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン系化合物、ウレタン樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アルコール系化合物、アミノ酸系化合物、アクリル系化合物、糖類化合物から選ばれることを特徴とする。

本発明のゴム成形体は、それぞれの表面自由エネルギーの差の絶対値が０．４ｄｙｎｅ／ｃｍ以上である領域Ａおよび領域Ｂを有し、領域ＡおよびＢの面積ＳａおよびＳｂの比Ｓａ／Ｓｂを１０／９０〜９０／１０にしたので、氷上性能を従来レベル以上に向上させることができる。

本発明のゴム成形体からなるトレッド部を有する空気入りタイヤは、接地面の排水性能を改良し氷上性能を従来レベル以上に向上させることができる。

本発明のゴム成形体は、その表面に互いに独立した領域Ａおよび領域Ｂを有する。ここで「互いに独立する」とは、領域Ａおよび領域Ｂが区別可能に存在し、かつ重なり合わないことを意味する。領域Ａおよび領域Ｂは、その表面自由エネルギーが互いに相違する。領域Ａの表面自由エネルギーおよび領域Ｂの表面自由エネルギーの差の絶対値は０．４ｄｙｎｅ／ｃｍ以上、好ましくは０．４〜１５ｄｙｎｅ／ｃｍである。領域Ａおよび領域Ｂの表面自由エネルギーの差の絶対値を０．４ｄｙｎｅ／ｃｍ以上にすることにより、氷上性能を従来レベル以上に向上することができる。本明細書において、表面自由エネルギーはＪＩＳ Ｋ６７８８に準拠して測定される値とする。

本発明において、領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂは１０／９０〜９０／１０、好ましくは１５／８５〜８５／１５である。面積比Ｓａ／Ｓｂをこのような範囲内にすることにより氷上性能を従来レベル以上に向上することができる。すなわち面積比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０未満、或は９０／１０を超えるときは、氷上性能を改良する効果が十分に得られない。

従来、ゴム成形体の表面に疎水性を付与するとき、ゴム組成物にフッ素化合物、フッ素系樹脂、シリコーン系化合物、シリコーン系樹脂、アミノ酸系化合物などの改質剤を配合しこれを加硫成形することにより、ゴム成形体全体の表面自由エネルギーを改質させていた。しかしながら、ゴム表面を改質するために、ゴム成形体全体を改質することは非効率であり、改質剤の配合量が多いとゴム成形体の他のゴム特性に影響を及ぼすことが懸念される。また改質されたゴム成形体の表面は、ほぼ一様の表面自由エネルギーを有するため、外部の水と接触したとき、これを効率的に排除するには限界があると思われる。すなわち、ゴム成形体のある１つの平面上において、水がある表面領域からその周囲の表面領域に移動しようとするとき、その周囲の表面領域の表面自由エネルギーが水が存在する領域の表面自由エネルギーと同じであると、必ずしも水が移動し易いとは言えない。すなわち表面自由エネルギーを低くした作用が得られ難いと考えられる。

一方、本発明のゴム成形体のように、ゴム表面に表面自由エネルギーが相違する領域Ａおよび領域Ｂを独立して存在させることにより、水は疎水性の領域（表面自由エネルギーが低い領域Ａ，Ｂのいずれか一方）から親水性の領域（他方の表面自由エネルギーが高い領域Ａ，Ｂのいずれか）に容易に移動しようとする。このためゴム表面の疎水性の領域（表面自由エネルギーが低い領域）からの排水性能が大きくなり路面（氷面）に接地しやすくなるので、氷上性能を従来レベル以上に向上することができる。

領域Ａおよび領域Ｂの表面自由エネルギーの大きさは特に制限されるものではないが、いずれか大きい方の表面自由エネルギーが、通常のタイヤ用ゴムの表面自由エネルギーと略同等レベルであればよい。他方の表面自由エネルギーが小さい領域に撥水性を付与することにより排水性を高くすることができる。なお通常のタイヤ用ゴムの表面自由エネルギーは好ましくは２５〜５０ｄｙｎｅ／ｃｍである。

領域Ａおよび領域Ｂの面積の大きさは特に限定されるものではない。領域Ａおよび領域Ｂの面積の大きさを、それぞれ円の面積の大きさに換算するとき、領域Ａ、領域Ｂの少なくとも一方の円相当径は好ましくは１μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上であるとよい。また一方の円相当径は好ましくは５０００μｍ以下、より好ましくは４０００μｍ以下であるとよい。領域Ａおよび／または領域Ｂの円相当径をこのような範囲内にすることにより、氷上性能を従来レベル以上に向上することができる。領域Ａおよび領域Ｂの円相当径は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等を使用した観察により、領域Ａおよび領域Ｂを識別し、得られた撮像データを画像解析することにより求めることができる。

本発明のゴム成形体において、表面自由エネルギーが相違する領域Ａおよび領域Ｂを互いに独立して存在させる方法は、特に制限されるものではないが、例えばゴム成形体の表面の一部の領域に、表面自由エネルギーを変化させる改質剤を付着させる方法、表面自由エネルギーの改質剤含む塗料を塗布する方法、ゴム成形体の表面の一部に表面自由エネルギーが相違する他のゴム成形体の層を積層する方法、非相溶である２種以上のゴム組成物を混合し相分離構造を形成させる方法等を挙げることができる。表面自由エネルギーを変化させる改質剤としては、フッ素を含む化合物、フッ素を含む樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン系化合物、ウレタン樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アルコール系化合物、アミノ酸系化合物、アクリル系化合物、糖類化合物等を挙げることができる。

このように形成したゴム表面について、領域Ａおよび領域Ｂの表面自由エネルギーは、改質を行う前のゴム成形体の表面自由エネルギーを測定すること、および表面自由エネルギーを測定するのに十分な面積を改質処理したゴム表面の表面自由エネルギーを測定することにより求めることができる。

表面自由エネルギーが相違する領域Ａおよび領域Ｂを独立して存在させる他の方法としては、ゴム成形体の表面の一部に表面自由エネルギーが相違する他のゴム成形体の層を積層する方法、非相溶である２種以上のゴム組成物を混合し相分離構造を形成させると共に、一方のゴム組成物にだけ表面自由エネルギーの改質剤を配合する方法等を挙げることができる。なかでも非相溶のゴム組成物同士を混合し相分離構造を形成させたゴム成形体が好ましい。

相分離構造を有するゴム成形体において、ゴム成形体の表面を構成する領域Ａおよび領域Ｂの表面自由エネルギーは、領域Ａおよび領域Ｂに相当するゴム組成物の表面自由エネルギーであるものとする。すなわち、領域Ａおよび領域Ｂが互いに非相溶の２種のゴム組成物の相分離構造により形成されるとき、領域Ａおよび領域Ｂの表面自由エネルギーは、相分離構造を形成する各ゴム組成物を単独で別々に調製、加硫したサンプルの表面自由エネルギーとみなすものとする。

本発明のゴム成形体は、空気入りタイヤのトレッド部に好適に使用することができる。このゴム成形体をトレッド部に有する空気入りタイヤは、接地面の排水性能を改良し、氷上性能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に記載した領域Ａを構成する３種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−３）および表２に記載した領域Ｂを構成する５種類のゴム組成物（組成Ｂ−１〜Ｂ−５）を調製し、これらを表３に記載する配合比で混合し、加硫成形することによりゴム成形体（実施例１〜７、比較例３−６）を作成した。なお標準例および比較例１，２のゴム成形体は、領域Ａを構成する３種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−３）を加硫成形したものである。
表１，２に記載の８種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−３および組成Ｂ−１〜Ｂ−５）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、混合しゴム組成物を得た。

上記で得られた８種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−３および組成Ｂ−１〜Ｂ−５）を所定形状の金型に充填し、１７０℃、１０分間の条件でプレス加硫を行い、加硫シートを作成した。この加硫シートを使用して下記の方法で表面自由エネルギーを測定した。

表面自由エネルギーの測定
得られた加硫シートを用いＪＩＳ Ｋ６７８８に準拠し、２３℃、相対湿度５０％の条件で表面自由エネルギーを測定した。得られた結果は、表１，２に記載した。

上記で得られた３種類の領域Ａを構成するゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−３）および５種類の領域Ｂを構成するゴム組成物（組成Ｂ−１〜Ｂ−５）を表３に示す配合量を秤量し１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで混合してゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物を所定の金型中で、１７０℃で１０分間プレス加硫して１３種類のゴム成形体（実施例１〜７、標準例、比較例１〜６）からなる加硫ゴム試験片を作成した。得られた加硫ゴム試験片の氷上摩擦性能を下記に示す方法により評価した。

氷上性能
得られた加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度−１．５℃、荷重５．５ｋｇ／ｃｍ²、ドラム回転速度２５ｋｍ／ｈの条件で氷上摩擦係数を測定した。得られた氷上摩擦係数を、標準例の値を１００とする指数にして、「氷上性能」の欄に示した。この指数値が大きいほど氷上摩擦力が大きく氷上性能が優れることを意味する。

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。
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
・ＮＢＲ：日本ゼオン社製 Ｎｉｐｏｌ １０４３
・カーボンブラック：東海カーボン社製シーストＫＨ
・老化防止剤：ランクセス社製 Ｖｕｌｋａｎｏｘ４０２０
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・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： 大内新興化学社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
・フェノール樹脂： ＢＡＳＦ社製 ＫＯＲＥＳＩＮ
・オイル：昭和シェル社製： エキストラク４号
・ＰＴＦＥ： ダイキン工業社製： ポリフロンＰＴＥＥ−Ｄ
・シリコーンゴム： 信越化学社製 ＣＨＮ９５００
・ＰＶＡ： クラレ社製 ポバール

表３から明らかなように実施例１〜７のゴム成形体は、氷上性能を標準例のレベル以上に向上させることが確認された。

比較例１、２のゴム成形体は、互いに独立した領域Ａおよび領域Ｂを有していないので、氷上性能を改良することができない。
比較例３のゴム成形体は、領域Ａおよび領域Ｂの表面自由エネルギーの差の絶対値が０．４ｄｙｎｅ／ｃｍ未満であるので、氷上性能を改良することができない。
比較例４のゴム成形体は、領域Ａおよび領域Ｂの面積の比Ｓａ／Ｓｂが９０／１０を超えるので、氷上性能を改良することができない。
比較例５のゴム成形体は、領域Ａおよび領域Ｂの面積の比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０未満なので、氷上性能を改良することができない。
比較例６のゴム成形体は、２種のゴム組成物（組成−Ａ１および組成−Ａ３）が相溶し、互いに独立した領域Ａおよび領域Ｂを形成しないので、氷上性能を改良することができない。

Claims (3)

1. 互いに非相溶のゴム組成物の混合物であり、かつ相分離構造を有するゴム成形体であって、その表面に表面自由エネルギーが相違する領域Ａおよび領域Ｂを互いに独立して有し、該領域Ａの表面自由エネルギーおよび領域Ｂの表面自由エネルギーの差の絶対値が１．３ｄｙｎｅ／ｃｍ以上、かつ前記領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０〜９０／１０であり、前記領域Ａ、領域Ｂのいずれかのゴム組成物だけが表面自由エネルギーの改質剤を含み、前記表面自由エネルギーの改質剤がフッ素を含む化合物、フッ素を含む樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン系化合物、ウレタン樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アルコール系化合物、アミノ酸系化合物、アクリル系化合物、糖類化合物から選ばれることを特徴とするゴム成形体。
2. 前記領域Ａおよび領域Ｂのゴム組成物が、いずれも天然ゴムを含有する、請求項１に記載のゴム成形体。
3. 請求項１または２に記載のゴム成形体からなるトレッドを有する空気入りタイヤ。