JP7119396B2

JP7119396B2 - タイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP7119396B2
Application number: JP2018016671A
Authority: JP
Inventors: 慎也武田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: JP2019131742A

Description

本発明は、高速走行時のドライグリップ性能に優れたタイヤ用ゴム組成物に関する。

空気入りタイヤのドライグリップ性能は、タイヤ温度の影響が大きく、低温状態では十分なグリップ性能が得られないことが知られている。特に、モータースポーツ向けの競技用タイヤでは、トレッドを構成するゴム組成物が、極めて優れたドライグリップ性能を有することが要求されている。このため、タイヤトレッド用ゴム組成物にガラス転移温度が高いスチレンブタジエンゴムを配合したり、樹脂や粒径の小さいカーボンブラックを多量に配合したりしている。しかし、このようなゴム組成物は、低温状態ではゴム硬度が大きいため、十分なドライグリップ性能が発揮できないという課題があった。

特許文献１は、タイヤ用ゴム組成物として軟化点が１４０℃以上の芳香族ビニル化合物の単独重合体樹脂および／または共重合体樹脂を配合することにより、タイヤの初期グリップ性能と走行安定性の両方を改良することを提案している。しかしながら、需要者が競技用タイヤに求める要求性能はより高いものになり、ドライグリップ性能およびウォームアップ性能を従来レベル以上に向上可能にするタイヤ用ゴム組成物が求められている。

特開２００８－１６９２９５号公報

本発明の目的は、ドライグリップ性能およびウォームアップ性能を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ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用ゴム組成物は、溶液重合スチレンブタジエンゴムおよび／または乳化重合スチレンブタジエンゴムからなるジエン系ゴム１００質量部に、カーボンブラックを８０～２００質量部、脂肪族系樹脂および芳香族系樹脂からなる混合樹脂を１０～６０質量部、前記混合樹脂を除く、軟化点が８０℃以上の樹脂を５～７０質量部、配合してなり、前記混合樹脂の軟化点が、前記樹脂の軟化点より低く、その差が５℃以上であることを特徴とする。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、上述した組成を満たすことにより、高速走行時のドライグリップ性能に優れるとともに、その優れたドライグリップ性能を発揮するまでのウォームアップ性能を従来レベル以上に向上することができる。

前記混合樹脂の重量平均分子量は２０００～１００００であるとよい。また前記混合樹脂の軟化点は、前記樹脂の軟化点より低く、その差が５℃以上であるとよい。

前記樹脂の軟化点は、１２０℃以上であるとよい。また前記樹脂は、芳香族インデン共重合体であるとよい。

タイヤ用ゴム組成物のゴム成分は、ジエン系ゴムであり、溶液重合スチレンブタジエンゴムおよび／または乳化重合スチレンブタジエンゴムからなる。
溶液重合スチレンブタジエンゴムおよび乳化重合スチレンブタジエンゴム（以下、合わせて「スチレンブタジエンゴム」ということがある。）のスチレン量は、特に制限されるものではないが、好ましくは２５～５０質量％、より好ましくは３０～４５質量％であるとよい。スチレン量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能を発現することができる。本明細書において、スチレン量は赤外分光分析（ハンプトン法）により測定するものとする。

スチレンブタジエンゴムのビニル量としては、好ましくは１０～７５質量％、より好ましくは１５～７０質量％であるとよい。ビニル量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能を発現することができる。本明細書において、ビニル量は赤外分光分析（ハンプトン法）により測定するものとする。

スチレンブタジエンゴムの重量平均分子量としては、好ましくは５０００００～２００００００、より好ましくは７５００００～１８０００００であるとよい。重量平均分子量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。本明細書において、スチレンブタジエンゴムの重量平均分子量は、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。

好適なスチレンブタジエンゴムとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が好ましくは－４５℃～－５℃、より好ましくは－４０～－１０℃であるとよい。ガラス転移温度（Ｔｇ）をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。ガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により２０℃／分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。また、スチレンブタジエンゴムが油展品であるときは、油展成分（オイル）を含まない状態におけるスチレンブタジエンゴムのガラス転移温度とする。

このような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、好ましくは２０～１００質量％、より好ましくは３５～１００質量％であるとよい。スチレンブタジエンゴムの含有量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。

タイヤ用ゴム組成物のゴム成分は、スチレンブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含むことができる。他のジエン系ゴムとして例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン－α－オレフィンゴム、クロロプレンゴム等を挙げることができる。

タイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、軟化点が８０℃以上の樹脂を５～７０質量部配合してなる。軟化点８０℃以上の樹脂を配合することにより、ドライグリップ性能を優れたものにすることができる。樹脂の軟化点は８０℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１２５℃～１８０℃、さらに好ましくは１３５℃～１７０℃である。軟化点が８０℃未満であると、ドライグリップ性能を十分に改良することができない。樹脂の軟化点はＪＩＳＫ６２２０－１（環球法）に準拠し測定したものとする。

軟化点が８０℃以上の樹脂として、例えば、石油系樹脂、芳香族系樹脂が挙げられる。石油系樹脂として、例えばＣ_５系石油樹脂（イソプレン、１，３－ペンタジエン、シクロペンタジエン、メチルブテン、ペンテンなどの留分を重合した脂肪族系石油樹脂）、Ｃ_９系石油樹脂（α－メチルスチレン、ｏ－ビニルトルエン、ｍ－ビニルトルエン、ｐ－ビニルトルエンなどの留分を重合した芳香族系石油樹脂）、Ｃ_５Ｃ_９共重合石油樹脂などが例示される。また芳香族系樹脂として、クマロン樹脂、フェノール樹脂、アルキルフェノール樹脂、テルペン系樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、ロジン系樹脂、ノボラック系樹脂、レゾール系樹脂、芳香族インデン共重合体などを挙げることができる。なかでも芳香族変性テルペン樹脂、芳香族インデン共重合体が好ましい。これらの樹脂は、単独又は複数のブレンドとして使用することができる。なお上述したＣ_９系石油樹脂は、芳香族系樹脂にも分類される。なお本明細書において、軟化点が８０℃以上の樹脂は、後述する脂肪族系樹脂および芳香族系樹脂からなる混合樹脂を除くものとする。

軟化点が８０℃以上の樹脂は、ジエン系ゴム１００質量部に５～７０質量部、好ましくは１０～６０質量部、より好ましくは２０～５０質量部を配合する。樹脂が５質量部未満であると、ドライグリップ性能を改良することができない。また樹脂が７０質量部を超えると、樹脂を均一に分散させることが困難になる。

タイヤ用ゴム組成物は、脂肪族系樹脂および芳香族系樹脂からなる混合樹脂（以下、単に「混合樹脂」ということがある。）を配合してなる。混合樹脂を配合することにより、ドライグリップ性能をより高くするとともに、ウォームアップ性能を改良することができる。混合樹脂は、ジエン系ゴム１００質量部に１０～６０質量部、好ましくは１０～５０質量部、より好ましくは１５～２５質量部を配合する。混合樹脂が１０質量部未満であると、ドライグリップ性能をより高くし、ウォームアップ性能を改良することができない。また混合樹脂が６０質量部を超えると、ドライグリップ性能およびウォームアップ性能を改良する作用が却って得られなくなる。

混合樹脂は、脂肪族系樹脂および芳香族系樹脂を混合した樹脂であり、脂肪族系樹脂および芳香族系樹脂が共重合してもよい。脂肪族系樹脂として、例えば、Ｃ_５、Ｃ_８などの脂肪族炭化水素系樹が挙げられる。また芳香族系樹脂として、例えばフェノール系樹脂、クマロン樹脂、インデン樹脂、クマロンインデン樹脂等が挙げられる。

混合樹脂は、通常の製造方法で調製してもよく、市販品のなかから適宜、選択して使用してもよい。混合樹脂として、例えば、エスアンドエス社（Ｓ＆Ｓ）製ストラクトール４０ＭＳ、６０ＮＳ、フローポリマー社（ＦｌｏｗＰｏｌｙｍｅｒｓＩｎｃ．）製プロミックス４００、ラインケミー社（ＲｈｅｉｎＣｈｅｍｉｅＣｏｒｐ．）製レノジン１４５Ａ、などが挙げられる。

混合樹脂の重量平均分子量は、特に制限されるものではないが、好ましくは２０００～１００００、より好ましくは３０００～７０００であるとよい。混合樹脂の重量平均分子量が２０００以上であると、ピークグリップ性能をより高くするとともに、ドライグリップ性能の持続性を向上することができる。また混合樹脂の重量平均分子量が１００００以下であると、ウォームアップ性能をより良くすることができる。混合樹脂の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定したポリスチレン換算値であるものとする。

混合樹脂の軟化点は、特に制限されるものではないが、好ましくは上述した軟化点が８０℃以上の樹脂よりも低く、その差が５℃以上であるとよい。混合樹脂の軟化点を、樹脂の軟化点より５℃以上低くすることにより、ウォームアップ性能をより良くすることができる。また混合樹脂は、軟化点が同じ樹脂を配合したときと比べ、ウォームアップ性能およびピークグリップをより優れたものにするとともに、ドライグリップ性能の持続性を向上することができる。

タイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対しカーボンブラックを８０～２００質量部配合する。カーボンブラックが８０質量部未満であると、ドライグリップ性能が低下する。またカーボンブラックが２００質量部を超えると、グリップ性能の持続性が低下する。カーボンブラックは、好ましくは１００～１８０質量部、より好ましくは１２０～１６０質量部配合するとよい。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、特に制限されるものではないが、好ましくは８０～４００ｍ^２／ｇ、より好ましくは１２０～３６０ｍ^２／ｇであるとよい。カーボンブラックのＮ_２ＳＡを８０ｍ^２／ｇ以上にすることにより、ドライグリップ性能を確保することができる。またカーボンブラックのＮ_２ＳＡを４００ｍ^２／ｇ以下にすることにより、耐摩耗性を維持することができる。カーボンブラックのＮ_２ＳＡはＪＩＳＫ６２１７－２に準拠して求めるものとする。

タイヤ用ゴム組成物は、本発明の課題を達成するのを損なわない範囲で、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。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。なお、ドライグリップ性能を向上するため、タイヤ用ゴム組成物は好ましくはカーボンブッラク以外の他の充填剤を含有しないのがよい。

タイヤ用ゴム組成物は、上記以外の他の配合剤を添加することができる。他の配合剤としては、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、粘着性付与剤など、一般的にタイヤ用ゴム組成物に使用される各種配合剤を例示することができる。これら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にすることができる。また混練機としは、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用することができる。

タイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤ、とくにサーキットのドライ走行向けのモータースポーツ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空気入りタイヤは、高速走行時のドライグリップ性能に優れるとともに、その優れたドライグリップ性能を発揮するまでのウォームアップ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１６種類のタイヤ用ゴム組成物（実施例１～９、比較例１～７）を、硫黄及び加硫促進剤を除く成分を、１．８Ｌの密閉式バンバリーミキサーで６分間混練りし、ミキサーから放出して室温冷却させた。その後、１.８Ｌの密閉式バンバリーミキサーに戻し、硫黄及び加硫促進剤を加えて３分間混合することにより、タイヤ用ゴム組成物を調製した。なお表１のＳＢＲ１およびＳＢＲ２の欄に、製品の配合量に加え、括弧内に油展成分を除く正味のＳＢＲ１およびＳＢＲ２の配合量を記載した。また表３に記載した配合剤の配合量は、表１，２に記載したジエン系ゴム１００質量部に対する質量部で示した。

得られた１１種類のゴム組成物をタイヤトレッド部に使用して、タイヤサイズ２２５／４０Ｒ１８の空気入りタイヤを製造した。これらの空気入りタイヤについて、ドライグリップ性能およびドライグリップのウォームアップ性能を以下の方法で評価した。

ドライグリップ性能およびウォームアップ性能
得られた空気入りタイヤを、それぞれサイズ１８×８Ｊのリムに組み、空気圧２４０ｋＰａを充填し、テスト車両の４輪に装着し、テストドライバーが、路面が乾燥したドライ条件のサーキットコース（１周約２ｋｍ）を１０周連続走行させたときの周回毎のラップタイムを計測した。得られた結果は、平均ラップタイムの逆数を算出し、比較例１の値を１００とする指数として、表１，２の「ドライグリップ性能」に示した。この指数が大きいほど、平均ラップタイムが速く、ドライグリップ性能が優れることを意味する。

またドライ条件のサーキットコースを周回したとき、走行開始１周目のラップタイムを計測し、その逆数を算出した。得られた結果を比較例１の値を１００とする指数として、表１，２の「ウォームアップ性能」に示した。この指数が大きいほど、ウォームアップ性能が優れ、ドライグリップ性能を早期に発揮しやすいことを意味する。

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。
・ＳＢＲ１：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１７４９、スチレン量４７質量％、ビニル量１３質量％、スチレンブタジエンゴム１００質量部にオイル成分を５０質量部含む油展品
・ＳＢＲ２：溶液重合スチレンブタジエンゴム、旭化成社製Ｅ５８１、スチレン量３７質量％、ビニル量４３質量％、スチレンブタジエンゴム１００質量部にオイル成分を３７．５質量部含む油展品
・アロマオイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・樹脂１：芳香族変性テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製ＴＯ－１２５、軟化点が１２５℃、重量平均分子量が１，３００
・樹脂２：芳香族インデン共重合体（α－メチルスチレンインデン樹脂）、三井化学社製ＦＭＲ０１５０、軟化点が１４５℃、重量平均分子量が２，０００
・混合樹脂１：脂肪族樹脂と芳香族樹脂の混合樹脂、ＦｌｏｗＰｏｌｙｍｅｒｓ社製Ｐｒｏｍｉｘ４００、軟化点が１００℃、重量平均分子量が４，５００
・混合樹脂２：脂肪族樹脂と芳香族樹脂の混合樹脂、Ｓ＆Ｓ製ストラクトール４０ＭＳ、軟化点が１００℃、重量平均分子量が５，５００
・脂肪族樹脂：東燃化学社製、Ｔ－ＲＥＺＲＣ－１１５、軟化点が１１３℃、重量平均分子量が２，５００
・カーボンブラック：東海カーボン社製シースト９、Ｎ_２ＳＡが１４２ｍ^２/ｇ

表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：千葉脂肪酸社製工業用ステアリン酸Ｎ
・老化防止剤：精工化学社製オゾノン６Ｃ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ－Ｇ

表１，２から明らかなように実施例１～９のタイヤ用ゴム組成物は、ドライグリップ性能、およびそのウォームアップ性能が優れることが確認された。

比較例１、比較例２および比較例４のゴム組成物は、混合樹脂を配合しないので、ドライグリップ性能およびウォームアップ性能を改良することができない。
比較例３および比較例５のゴム組成物は、混合樹脂を配合せず、代わりに脂肪族樹脂を配合したので、ドライグリップ性能およびウォームアップ性能を改良することができない。
比較例６のゴム組成物は、混合樹脂の配合量が６０質量部を超えるので、ドライグリップ性能およびウォームアップ性能を改良することができない。
比較例７のゴム組成物は、混合樹脂の配合量が１０質量部未満であるので、ドライグリップ性能を改良することができない。

Claims

溶液重合スチレンブタジエンゴムおよび／または乳化重合スチレンブタジエンゴムからなるジエン系ゴム１００質量部に、カーボンブラックを８０～２００質量部、脂肪族系樹脂および芳香族系樹脂からなる混合樹脂を１０～６０質量部、前記混合樹脂を除く、軟化点が８０℃以上の樹脂を５～７０質量部、配合してなり、
前記混合樹脂の軟化点が、前記樹脂の軟化点より低く、その差が５℃以上であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
前記混合樹脂の重量平均分子量が２０００～１００００であることを特徴する請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記樹脂の軟化点が、１２０℃以上であることを特徴する請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記樹脂が、芳香族インデン共重合体であることを特徴する請求項１～３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物。