JP6959848B2 - タイヤ用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤは、優れた低燃費性のみならず、湿潤路面におけるグリップ性能、すなわちウエットグリップ性能に優れることが要求されている。しかしながら、これらの特性は背反特性であるため、同時に改良することは容易ではない。

特許文献１には、ドライ路面におけるグリップ性能を維持しながらウェット路面におけるグリップ性能、耐摩耗性能および耐発熱性能を向上させることを目的として、平均粒子径１〜２００μｍのポリアクリル酸エステル粒子、ポリメタクリル酸メチル粒子またはそれぞれの架橋粒子を所定含有量で使用したトレッド用ゴム組成物が開示されている。

また、特許文献２には、湿潤時耐スリップ性および転がり抵抗を改善することを目的として、ゴムゲルを使用したゴム混合物が開示されている。

しかしながら、特許文献１，２のように、ゴム組成物に対して、粒子等を配合すると耐引き裂き性が悪化するおそれがあった。また、ウエットグリップ性能についてさらなる改善の余地があった。

特開２００２−８０６４２号公報 特表２００４−５３０７６０号公報 特開２０１６−１７２８３０号公報 特開２０１２−１５８７１０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、低燃費性を悪化させることなく、耐引き裂き性及びウエットグリップ性能を向上させることができる、タイヤ用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

なお、特許文献３，４には、耐摩耗性や氷上摩擦力の向上を目的として、コア−シェル型のポリマー粒子を配合したゴム組成物が開示されているが、コアを構成するポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）についての言及はなく、低燃費性やウエットグリップ性能についての記載もない。

本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、上記課題を解決するために、ジエン系ゴムと、コア−シェル構造を有し、Ｔｇが−６０℃〜−４０℃である架橋ポリマーがコアを構成するポリマー粒子とを含有し、上記ポリマー粒子のコアが、ジエン系ポリマー、及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも１種であり、上記ポリマー粒子のシェルが、ジエン系ポリマー、及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも１種であり、上記ポリマー粒子のシェルが、エポキシ基を有するものとする。

上記ポリマー粒子の平均粒子径は０．０１μｍ〜１μｍとすることができる。

上記ポリマー粒子の含有量は、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、１〜２０質量部とすることができる。

本発明に係る空気入りタイヤは、上記タイヤ用ゴム組成物を用いて作製されたものとする。

本発明のタイヤ用ゴム組成物によれば、低燃費性を悪化させることなく、耐引き裂き性及びウエットグリップ性能が向上した空気入りタイヤを得ることができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本実施形態に係るタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴムと、コア−シェル構造を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−６０℃〜−４０℃である架橋ポリマーがコアを構成するポリマー粒子とを含有するものである。なお、本明細書において、コア−シェル構造とは、コアを構成する架橋ポリマーに対して、シェルを構成するポリマーがグラフト結合したものをいう。また、ガラス転移温度は、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して示差走査熱量測定（ＤＳＣ）法により、昇温速度：２０℃／分（測定温度範囲：−１５０℃〜５０℃）にて測定される値である。

本実施形態に係るゴム成分は、ジエン系ゴムを含有するものであれば特に限定されず、ジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、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、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴムなどが挙げられ、これらの中でも、スチレンブタジエンゴムであることが好ましい。

コアを構成する架橋ポリマーのＴｇは、−６０℃〜−４０℃であれば特に限定されないが、より好ましくは、−５５℃〜−４０℃である。Ｔｇが−６０℃〜−４０℃の範囲であることにより、優れたウエットグリップ性能が得られ易い。

コアを構成する架橋ポリマーとしては、特に限定されないが、ジエン系ポリマー、アクリル系ポリマーなどが挙げられ、これらを架橋したものを用いることができる。

ジエン系ポリマーとしては、特に限定されないが、例えば、共役ジエンのホモポリマー、及び共役ジエンと共重合可能なモノマーとのコポリマーが挙げられる。

共役ジエンモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、１，３−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチル−１，３−ブタジエン、２−フェニル−１，３−ブタジエン、１，３−ペンタジエン、２−メチル−１，３−ペンタジエン、１，３−ヘキサジエン、４，５−ジエチル−１，３−オクタジエン、３−ブチル−１，３−オクタジエン等が挙げられる。

共役ジエンと共重合可能なモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、（メタ）アクリレートモノマー、α，β−不飽和ニトリル化合物、不飽和カルボン酸化合物、スチレン系モノマー、ハロゲン原子含有モノマー、ビニルエステル化合物、ビニルエーテル化合物、ビニルケトン化合物、複素環含有ビニル化合物、ヒドロキシアルキル基含有化合物、アミド系モノマー等が挙げられる。

アクリル系ポリマーとしては、特に限定されないが、例えば、（メタ）アクリル酸エステルモノマーのホモポリマー、及び（メタ）アクリル酸エステルモノマーと共重合可能なモノマーとのコポリマーが挙げられる。ここで、「（メタ）アクリル酸エステル」とは、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルのいずれか一方又は両方を指すものとする。

（メタ）アクリル酸エステルモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、アルキル（メタ）アクリル酸アルキルエステル、ヒドロキシ基含有（メタ）アクリレート、アミノ基含有（メタ）アクリレート、エポキシ基含有（メタ）アクリレート等が挙げられる。

（メタ）アクリル酸エステルモノマーと共重合可能なモノマーとしては、ジエン系モノマーと共重合可能なモノマーとして上に列挙した化合物群が挙げられる。

シェルを構成するポリマーとしては、特に限定されないが、ジエン系ポリマー、アクリル系ポリマーなどが挙げられる。ジエン系ポリマーやアクリル系ポリマーとして用いることができるものは、上述したコアを構成するポリマーと同様である。また、シェルを構成するポリマーは、補強性充填剤の分散性の観点から、官能基を有していてもよく、例えば、エポキシ基が挙げられる。このような置換基を有する場合、補強性充填剤の置換基と反応し、バウンドラバーと呼ばれるゲル状の三次元網目構造が形成されて、補強性充填剤の分散性が向上することにより、耐引き裂き性の向上効果が得られ易い。

シェルを構成するポリマーのＴｇは、特に限定されないが、−８０℃〜−３０℃であることが好ましく、−６０℃〜−４０℃であることがより好ましい。

コアとシェルの比率（シェル／コア）は、特に限定されないが、質量比で２０／８０〜４０／６０であることが好ましく、２５／７５〜３５／６５であることがより好ましい。

このようなポリマー粒子としては、市販されているものを用いることができ、例えば、ダウケミカル社製のＰＡＲＡＬＯＩＤ ＥＸＬ−２６５５、ＰＡＲＡＬＯＩＤ ＥＸＬ−２３１４、ＫＭ−３５５Ｐ、三菱ケミカル（株）製のメタブレン Ｗ−４５０Ａなどが挙げられる。

上記ポリマー粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、０．１μｍ〜１μｍであることがより好ましい。ここで、本明細書において、平均粒子径とは、体積平均粒径のことであり、動的光散乱法により測定される粒度分布における積算値５０％での粒径（５０％径：Ｄ５０）のことである。例えば、大塚電子株式会社製のダイナミック光散乱光度計「ＤＬＳ-８０００」を用いた光子相関法（ＪＩＳ Ｚ８８２６準拠）により測定することができる（入射光と検出器との角度９０°）。平均粒子径が０．１μｍ以上であることにより、優れた低燃費性及びウエットグリップ性能が得られ易く、１μｍ以下であることにより、優れた耐引き裂き性が得られ易い。

上記ポリマー粒子の含有量は、特に限定されないが、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、５〜２０質量部であることがより好ましく、１０〜２０質量部であることがさらに好ましい。

本実施形態に係るゴム組成物は、コア−シェル構造を有し、Ｔｇが−６０℃〜−４０℃である架橋ポリマーがコアを構成するポリマー粒子を含有することにより、低燃費性を悪化させることなく、ウエットグリップ性能及び耐引き裂き性の向上効果が得られる。そのメカニズムは定かではないが、次のように推測することができる。すなわち、ポリマー粒子のコアにＴｇの低い架橋ポリマーを用いることでゴム組成物のＴｇが相対的に低下し、ウエットグリップ性能が向上するものと考えられる。また、シェルを構成するポリマーがゴムマトリックスに部分的に相溶することでクラックが生じにくく、優れた耐引き裂き性が得られ、さらにポリマー粒子の分散性が向上し、発熱性の悪化を抑制することができるものと考えられる。

本実施形態に係るゴム組成物には、無機充填剤として、カーボンブラック、シリカ等の補強性充填剤を用いることができる。すなわち、無機充填剤は、カーボンブラック単独でも、シリカ単独でも、カーボンブラックとシリカの併用でもよい。好ましくは、カーボンブラックとシリカの併用である。無機充填剤の含有量は、特に限定されず、例えばゴム成分１００質量部に対して、２０〜１２０質量部であることが好ましく、より好ましくは２０〜１１０質量部であり、さらに好ましくは３０〜１１０質量部である。

カーボンブラックとしては、特に限定されず、公知の種々の品種を用いることができる。カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、１〜７０質量部であることが好ましく、より好ましくは１〜３０質量部である。

シリカとしても、特に限定されないが、湿式沈降法シリカや湿式ゲル法シリカなどの湿式シリカが好ましく用いられる。シリカを含有する場合、その含有量は、ゴムのｔａｎδのバランスや補強性などの観点からゴム成分１００質量部に対して、１０〜１００質量部であることが好ましく、より好ましくは１５〜１００質量部である。

シリカを含有する場合、スルフィドシラン、メルカプトシランなどのシランカップリング剤をさらに含有してもよい。シランカップリング剤を含有する場合、その含有量はシリカ１００質量部に対して２〜２０質量部であることが好ましい。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記した各成分に加え、通常のゴム工業で使用されているプロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、可塑剤、ワックス、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤などの配合薬品類を通常の範囲内で適宜配合することができる。

加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などの硫黄成分が挙げられる。加硫剤の含有量はゴム成分１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。また、加硫促進剤としては任意のものを用いることができ、その含有量は、ゴム成分１００質量部に対して０．１〜７質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物は、通常用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練して作製することができる。すなわち、第一混合段階で、ゴム成分に対し、コア−シェル構造を有するポリマー粒子とともに、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の添加剤を添加混合し、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合してゴム組成物を調製することができる。

このようにして得られるゴム組成物は、タイヤ用として用いることができ、乗用車用、トラックやバスの大型タイヤなど、各種用途・サイズの空気入りタイヤのトレッド部やサイドウォール部などタイヤの各部位に適用することができる。ゴム組成物は、常法に従い、例えば、押出加工によって所定の形状に成形され、他の部品と組み合わせた後、例えば１４０〜１８０℃で加硫成形することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

本実施形態に係る空気入りタイヤの種類としては、特に限定されず、上述の通り、乗用車用タイヤ、トラックやバスなどに用いられる重荷重用タイヤなどの各種のタイヤが挙げられる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従い、まず、第一混合段階（ノンプロ練り工程）で、加硫促進剤及び硫黄を除く成分を添加混合し（排出温度＝１６０℃）、得られた混合物に、最終混合段階（プロ練り工程）で、加硫促進剤及び硫黄を添加混合して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。

表１中の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＳＢＲ：ランクセス（株）製「ＶＳＬ５０２５−０ＨＭ」
・ポリマー粒子１：ダウケミカル社製「ＰＡＲＡＬＯＩＤ ＥＸＬ−２６２０」、コア：ＳＢＲ（Ｔｇ：−７８℃)、シェル：アクリル・スチレン系ポリマー、平均粒子径：０．２μｍ
・ポリマー粒子２：ダウケミカル社製「ＰＡＲＡＬＯＩＤ ＥＸＬ−２６５５」、コア：ＳＢＲ（Ｔｇ：−５５℃）、シェル：アクリル・スチレン系ポリマー(表面官能基としてエポキシ基を有する)、平均粒子径：０．２μｍ
・ポリマー粒子３：ダウケミカル社製「ＫＭ−３５５Ｐ」、コア：ＳＢＲ（Ｔｇ：−４４℃）、シェル：アクリル・スチレンポリマー、平均粒子径：０．２μｍ
・ポリマー粒子４：ダウケミカル社製「ＰＡＲＡＬＯＩＤ ＥＸＬ−２３１４」、コア：ＳＢＲ（Ｔｇ：−４５℃）、シェル：アクリル・スチレンポリマー(表面官能基としてエポキシ基を有する)、平均粒子径：０．２μｍ
・ポリマー粒子５：三菱ケミカル（株）製「メタブレン Ｗ−４５０Ａ」、コア：アクリル系ポリマー（Ｔｇ：−４１℃）、シェル：ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、平均粒子径：０．２μｍ
・シリカ：東ソー・シリカ（株）製「ニップシールＡＱ」
・カーボンブラック：東海カーボン（株）製「シーストＫＨ」
・シランカップリング剤：エボニック社製「Ｓｉ６９」
・オイル：ＪＸエネルギー（株）製「プロセスＮＣ１４０」
・亜鉛華：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華１号」
・老化防止剤：住友化学（株）製「アンチゲン６Ｃ」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・ワックス：日本精蝋（株）製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「５％油入微粉末硫黄」
・加硫促進剤１：住友化学（株）製「ソクシノールＣＺ」
・加硫促進剤２：大内新興化学工業（株）製「ノクセラーＤ」

得られた各ゴム組成物を、１６０℃で３０分間加硫することにより試験片を作成し、ウエットグリップ性能、低燃費性及び耐引き裂き性を評価した。評価方法は次の通りである。

・ウエットグリップ性能：東洋精機（株）製の粘弾性試験機を用いて、周波数１０Ｈｚ、静歪み１０％、動歪み１％、温度０℃の条件で損失係数ｔａｎδを測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど、ｔａｎδが大きく、ウエットグリップ性能に優れることを示す。

・低燃費性：東洋精機（株）製の粘弾性試験機を用いて、周波数１０Ｈｚ、静歪み１０％、動歪み１％、温度６０℃の条件で損失係数ｔａｎδを測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど、発熱しにくく、タイヤでの転がり抵抗が小さくて低燃費性に優れることを示す。

・耐引き裂き性：得られた試験片をＪＩＳ Ｋ６２５２規定のクレセント形で打ち抜き、窪み中央に１．０±０．２ｍｍの切れ込みを入れたサンプルを、島津製作所の引張り試験機によって５００ｍｍ／ｍｉｎの引張り速度で試験を行った。比較例１を１００として指数評価を行った。指数が大きいほど、耐引き裂き性が良好であることを意味する。

結果は、表１に示す通りであり、比較例１と比較例２との対比より、コアのＴｇが所定範囲外のポリマー粒子を用いた場合、耐引き裂き性が悪化することがわかる。

比較例１と実施例１〜５との対比より、コアのＴｇが所定範囲であるポリマー粒子を用いた場合、ウエットグリップ性能及び耐引き裂き性が向上し、低燃費性は維持することがわかる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、乗用車、ライトトラック・バス等の各種タイヤに用いることができる。

Claims (4)

1. ジエン系ゴムと、
   コア−シェル構造を有し、Ｔｇが−６０℃〜−４０℃である架橋ポリマーがコアを構成するポリマー粒子とを含有し、
   前記ポリマー粒子のコアが、ジエン系ポリマー、及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも１種であり、
   前記ポリマー粒子のシェルが、ジエン系ポリマー、及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも１種であり、
   前記ポリマー粒子のシェルが、エポキシ基を有する、タイヤ用ゴム組成物。
2. 前記ポリマー粒子の平均粒子径が０．０１μｍ〜１μｍである、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 前記ポリマー粒子の含有量が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して、１〜２０質量部である、請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ用ゴム組成物を用いて作製された、空気入りタイヤ。