JP7453514B2 - ゴム組成物及びスタッドレスタイヤ - Google Patents
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Description
このようななか、本発明者が特許文献1を参考にゴム組成物を調製し、その性能を評価したところ、今後さらに高まるであろう要求を考慮するとさらなる改善が望ましいことが明らかになった。
すなわち、本発明者は、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。
上記特定ブロック共重合体が、(メタ)アクリル酸メチルの重合体であるブロックAと、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルの重合体であるブロックBとを有するブロック共重合体であって、上記(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのアルキル基の炭素数が2以上であり、上記ブロック共重合体全体に対する上記ブロックBの割合が50質量%超である、ブロック共重合体であり、
上記無機充填剤の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、20質量部以上であり、
上記特定ブロック共重合体の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、1質量部以上である、ゴム組成物。
(2) さらに、オイルを含有し、
上記特定ブロック共重合体と上記オイルの合計の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、30質量部以上である、上記(1)に記載のゴム組成物。
(3) 上記特定ブロック共重合体において、上記割合が75質量%以上である、上記(1)又は(2)に記載のゴム組成物。
(4) 上記(1)~(3)のいずれかに記載のゴム組成物を用いて製造された、スタッドレスタイヤ。
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及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本発明のゴム組成物が含有する各成分は、1種を単独でも用いても、2種以上を併用してもよい。ここで、各成分について2種以上を併用する場合、その成分について含有量とは、特段の断りが無い限り、合計の含有量を指す。
また、タイヤにしたときにWET性能に優れることを単に「WET性能に優れる」とも言い、タイヤにしたとき氷上性能に優れることを単に「氷上性能に優れる」とも言う。
また、WET性能と氷上性能の少なくとも一方が優れることを「本発明の効果が優れる」とも言う。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル又はメタクリル」を意味する。
本発明のゴム組成物(以下、「本発明の組成物」とも言う)は、
平均ガラス転移温度が-50℃以下のジエン系ゴムと、無機充填剤と、特定ブロック共重合体とを含有し、
上記特定ブロック共重合体が、(メタ)アクリル酸メチルの重合体であるブロックAと、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルの重合体であるブロックBとを有するブロック共重合体であって、上記(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのアルキル基の炭素数が2以上であり、上記ブロック共重合体全体に対する上記ブロックBの割合が50質量%超である、ブロック共重合体であり、
上記無機充填剤の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、20質量部以上であり、
上記特定ブロック共重合体の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、1質量部以上である、ゴム組成物である。
本発明の組成物に含有されるジエン系ゴムは、平均ガラス転移温度(平均Tg)が-50℃以下であれば特に制限されない。本発明の組成物は1種のジエン系ゴムを含有するのでも2種以上のジエン系ゴムを含有するのでもよい。
上記ジエン系ゴムの具体例としては、天然ゴム(NR)、ブタジエンゴム(BR)、芳香族ビニル-共役ジエン共重合体ゴム、イソプレンゴム(IR)、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。上記芳香族ビニル-共役ジエン共重合体ゴムとしては、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。
上述のとおり、上記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度(平均Tg)は-50℃以下である。
なお、本明細書において、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度とは、ゴム組成物が1種のジエン系ゴムを含有する場合、そのジエン系ゴムのガラス転移温度を意味し、ゴム組成物が2種以上のジエン系ゴムを含有する場合、各ジエン系ゴムのガラス転移温度(Tg)に各ジエン系ゴムの質量分率を乗じた合計(ガラス転移温度の加重平均値)を意味する。例えば、後述する実施例1の場合、ジエン系ゴムとして、天然ゴム(Tg:-62℃)55質量部とブタジエンゴム(Tg:-105℃)45質量部とを含有するため、ジエン系ゴムの平均Tgは-81℃(=(-62℃)×(55/(55+45))+(-105℃)×(45/(55+45))である。
上記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、本発明の効果がより優れる理由から、100,000~5,000,000であることが好ましく、200,000~3,000,000であることがより好ましく、300,000~2,000,000であることがさらに好ましい。
上記ジエン系ゴムは、本発明の効果がより優れる理由から、天然ゴムとブタジエンゴムとを含むのが好ましく、天然ゴム及びブタジエンゴムのみからなるのがより好ましい。
本発明の組成物に含有される無機充填剤は特に制限されないが、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、層状又は板状粘土鉱物、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、硫酸カルシウムなどの無機充填剤が挙げられ、こちらのうち1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。なお、本明細書において、カーボンブラックは無機充填剤に該当しないものとする。
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、無機充填剤としてシリカを含有するのが好ましい。
上記シリカは特に制限されないが、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。
シリカの具体例としては、湿式シリカ、乾式シリカ、ヒュームドシリカ、珪藻土などが挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、湿式シリカが好ましい。上記シリカは、1種のシリカを単独で用いても、2種以上のシリカを併用してもよい。
シリカのCTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロマイド)吸着比表面積は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、100~300m2/gであることが好ましく、150~200m2/gであることがより好ましい。なお、本明細書において、CTAB吸着比表面積は、シリカ表面へのCTAB吸着量をJIS K6217-3:2001「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。
本発明の組成物において、無機充填剤(特にシリカ)の含有量は、上述したジエン系ゴム100質量部に対して、20質量部以上である。上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、150質量部以下であることが好ましい。無機充填剤の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、50~100質量部であることが好ましい。
本発明の組成物に含有される特定ブロック共重合体は、(メタ)アクリル酸メチルの重合体であるブロックAと、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルの重合体であるブロックBとを有するブロック共重合体であって、上記(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのアルキル基の炭素数が2以上であり、上記ブロック共重合体全体に対する上記ブロックBの割合が50質量%超である、ブロック共重合体である。
上記特定ブロック共重合体は、上記ブロックBを複数有していてもよい。上記特定ブロック共重合体は、本発明の効果がより優れる理由から、上記ブロックBを1つ有するのが好ましい。
上記特定ブロック共重合体は、上記ブロックA及び上記ブロックBのいずれにも該当しないブロック(重合体)を含有していてもよいが、本発明の効果がより優れる理由から、上記ブロックA及び上記ブロックBのみからなるのが好ましい。
上述のとおり、上記特定ブロック共重合体は、(メタ)アクリル酸メチルの重合体であるブロックAを有する。
ブロックAの重量平均分子量(Mw)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、1,000~500,000であることが好ましく、2,000~100,000であることがより好ましく、5,000~50,000であることがさらに好ましい。
なお、本明細書において重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により得られる標準ポリスチレン換算値である。
上記特定ブロック共重合体全体に対する上記ブロックAの割合(割合A)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、50質量%未満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、30質量%以下であることがさらに好ましく、25質量%以下であることが特に好ましく、20質量%以下であることが最も好ましい。上記割合Aの下限は、本発明の効果がより優れる理由から、1質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。
上述のとおり、上記特定ブロック共重合体は、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルの重合体であるブロックBを有する。ここで、上記(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのアルキル基の炭素数は2以上である。
上記(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルは、(メタ)アクリル酸と炭素数2以上のアルキル基(長鎖アルキル基)のアルコールとのエステルである。
上記長鎖アルキル基の炭素数は、本発明の効果がより優れる理由から、2~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。
上記長鎖アルキル基は、直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であってもよいが、本発明の効果がより優れる理由から、直鎖状であることが好ましい。
ブロックBの重量平均分子量(Mw)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、1,000~500,000であることが好ましく、2,000~100,000であることがより好ましく、5,000~50,000であることがさらに好ましい。
上記特定ブロック共重合体全体に対する上記ブロックBの割合(割合B)は50質量%超である。上記割合Bは、本発明の効果がより優れる理由から、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、75質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが特に好ましい。
上記特定ブロック共重合体の全体の重量平均分子量(Mw)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、5,000~2,000,000であることが好ましく、10,000~500,000であることがより好ましく、20,000~200,000であることがさらに好ましい。
上記特定ブロック共重合体は、本発明の効果がより優れる理由から、上記ブロックAと上記ブロックBと上記ブロックAとがこの順に結合するトリブロック共重合体(以下、「ABAトリブロック共重合体」とも言う)であることが好ましい。
上記特定ブロック共重合体は従来公知の方法により製造することができるが、例えば、リビングアニオン重合により、(メタ)アクリル酸メチルを重合してから、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルを重合し、さらに、(メタ)アクリル酸メチルを重合する方法が挙げられる。この場合、上記ABAトリブロック共重合体が得られる。なお、クラレ社製クラリティ等の製品を用いることもできる。
本発明の組成物において、上記特定ブロック共重合体の含有量は、上述したジエン系ゴム100質量部に対して、1質量部以上である。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、2質量部以上であることが好ましく、5質量以上であることがより好ましい。上記特定ブロック共重合体の含有量の上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、100質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましく、30質量部以下であることがさらに好ましく、20質量部以下であることが特に好ましい。
本発明の組成物は、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、カーボンブラック、シランカップリング剤、テルペン樹脂(例えば、芳香族変性テルペン樹脂)、熱膨張性マイクロカプセル、充填剤、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、熱膨張性マイクロカプセル、熱硬化性樹脂、加硫剤(例えば、硫黄)、加硫促進剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤などが挙げられる。
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、カーボンブラックを含有するのが好ましい。
上記カーボンブラックは特に限定されず、例えば、SAF-HS、SAF、ISAF-HS、ISAF、ISAF-LS、IISAF-HS、HAF-HS、HAF、HAF-LS、FEF等の各種グレードのものを使用することができる。
上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、50~200m2/gであることが好ましく、70~150m2/gであることがより好ましい。
ここで、窒素吸着比表面積(N2SA)は、カーボンブラック表面への窒素吸着量をJIS K6217-2:2001「第2部:比表面積の求め方-窒素吸着法-単点法」にしたがって測定した値である。
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、熱膨張性マイクロカプセルを含有するのが好ましい。
上記熱膨張性マイクロカプセルは、熱により気化して気体を発生する液体を熱可塑性樹脂に内包した熱膨張性熱可塑性樹脂粒子であり、この粒子をその膨張開始温度以上の温度、通常130~190℃の温度で加熱して膨張させて、その熱可塑性樹脂からなる外殻中に気体を封入した気体封入熱可塑性樹脂粒子となる。
上記熱可塑性樹脂としては、例えば(メタ)アクリロニトリルの重合体、また(メタ)アクリロニトリル含有量の高い共重合体が好適に用いられる。その共重合体の場合の他のモノマー(コモノマー)としては、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン、スチレン系モノマー、(メタ)アクリレート系モノマー、酢酸ビニル、ブタジエン、ビニルピリジン、クロロプレン等のモノマーが用いられる。
なお、上記熱可塑性樹脂は、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、トリアクリルホルマール、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤で架橋可能にされていてもよい。架橋形態については、未架橋が好ましいが、熱可塑性樹脂としての性質を損わない程度に部分的に架橋していてもよい。
また、熱により気化して気体を発生する上記液体としては、例えば、n-ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ブタン、イソブタン、ヘキサン、石油エーテルなどの炭化水素類;塩化メチル、塩化メチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエタン、トリクロルエチレンなどの塩素化炭化水素;等の液体が挙げられる。
なお、熱膨張性マイクロカプセルの膨張前の粒子径は、5~300μmが好ましく、10~200μmがより好ましい。
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、シランカップリング剤を含有するのが好ましい。シランカップリング剤は、加水分解性基および有機官能基を有するシラン化合物であれば特に制限されない。
上記加水分解性基は特に制限されないが、例えば、アルコキシ基、フェノキシ基、カルボキシル基、アルケニルオキシ基などが挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、アルコキシ基であることが好ましい。加水分解性基がアルコキシ基である場合、アルコキシ基の炭素数は、本発明の効果がより優れる理由から、1~16であることが好ましく、1~4であることがより好ましい。炭素数1~4のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。
シランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、オイルを含有するのが好ましい。
本発明の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。本発明の組成物が硫黄又は加硫促進剤を含有する場合は、硫黄及び加硫促進剤以外の成分を先に高温(好ましくは100~155℃)で混合し、冷却してから、硫黄又は加硫促進剤を混合するのが好ましい。
また、本発明の組成物は、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。
上述のとおり、本発明の組成物は、WET性能及び氷上性能に優れるため、タイヤに好適である。上記タイヤは、空気入りタイヤであることが好ましく、空気、窒素等の不活性ガス及びその他の気体を充填することができる。上述のとおり、本発明の組成物は、WET性能及び氷上性能に優れるため、特に、スタッドレスタイヤに好適である。
本発明のスタッドレスタイヤは、上述した本発明の組成物を用いて製造されたスタッドレスタイヤである。なかでも、本発明の組成物を用いて製造されたタイヤトレッド部を備えるスタッドレスタイヤであることが好ましい。
図1に、本発明のスタッドレスタイヤの実施態様の一例を表すスタッドレスタイヤの部分断面概略図を示すが、本発明のスタッドレスタイヤは図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及びビードフィラー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組成物により形成されている。
下記表1に示される成分を同表に示される割合(質量部)で配合した。具体的には、まず、下記表1に示される成分を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及び加硫促進剤を混合し、ゴム組成物を得た。
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加硫ゴム試験片を調製した。そして、得られた加硫ゴム試験片について、以下の評価を行った。
加硫ゴム試験片について、JIS K6394:2007に準じ、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。
結果を表1に示す。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WET性能(ウェットグリップ性能)に優れる。
加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムにはりつけ、インサイドドラム型氷上摩擦試験機にて、測定温度:-3.0℃及び-1.5℃、荷重:5.5kg/cm3、ドラム回転速度:25km/時間の条件で、氷上摩擦係数を測定した。
結果を表1に示す。結果は標準例の氷上摩擦係数を100とする指数で表した。指数が大きいほどゴムと氷との摩擦力が大きく、タイヤにしたときに氷上性能に優れる。
なお、特定ブロック共重合体1~3は、いずれも上述したABAトリブロック共重合体であり、上述した割合Bが50質量%超であるため、上述した特定ブロック共重合体に該当する。一方、比較ブロック共重合体は、上述したABAトリブロック共重合体であるが、上述した割合Bが50質量%であるため、上述した特定ブロック共重合体に該当しない。
・NR:TSR20(天然ゴム、ガラス転移温度(Tg):-62℃)
・BR:NIPOL BR1220(ブタジエンゴム、ガラス転移温度(Tg):-105℃、日本ゼオン社製)
・カーボンブラック:ショウブラックN339(キャボットジャパン社製)
・シリカ:ZEOSIL 1165MP(CTAB吸着比表面積:159m2/g、ローディア社製)
・シランカップリング剤:Si69(ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、エボニックデグッサ社製)
・オイル:エキストラクト4号S(昭和シェル石油社製)
・比較ブロック共重合体:クラリティLA4285(ABAトリブロック共重合体、ブロックA:メタクリル酸メチルの重合体、B:アクリル酸ブチルの重合体、Mw:52,000、割合B:50質量%、クラレ社製)
・特定ブロック共重合体1:クラリティLA2250(ABAトリブロック共重合体、ブロックA:メタクリル酸メチルの重合体、B:アクリル酸ブチルの重合体、Mw:53,000、割合B:70質量%、クラレ社製)
・特定ブロック共重合体2:クラリティLA3320(ABAトリブロック共重合体、ブロックA:メタクリル酸メチルの重合体、B:アクリル酸ブチルの重合体、Mw:120,000、割合B:85質量%、クラレ社製)
・特定ブロック共重合体3:クラリティLK9243(ABAトリブロック共重合体、ブロックA:メタクリル酸メチルの重合体、B:アクリル酸ブチルとアクリル酸2-エチルヘキシルとの共重合体、Mw:60,000、割合B:80質量%、クラレ社製)
実施例1と実施例2との対比(ブロックBがアクリル酸ブチルの重合体である態様同士の対比)から、特定ブロック共重合体における割合Bが75質量%以上である実施例2は、より優れたWET性能及び氷上性能(-1.5℃)を示した。
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 (3)
- 平均ガラス転移温度が-50℃以下のジエン系ゴムと、無機充填剤と、特定ブロック共重合体とを含有し、
前記特定ブロック共重合体が、(メタ)アクリル酸メチルの重合体であるブロックAと、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルの重合体であるブロックBとを有するブロック共重合体であって、前記(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのアルキル基の炭素数が2以上であり、前記ブロック共重合体全体に対する前記ブロックBの割合が50質量%超である、ブロック共重合体であり、
前記無機充填剤の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、20質量部以上であり、
前記特定ブロック共重合体の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、1質量部以上である、ゴム組成物を用いて製造された、スタッドレスタイヤ。 - 前記ゴム組成物が、さらに、オイルを含有し、
前記特定ブロック共重合体と前記オイルの合計の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、30質量部以上である、請求項1に記載のスタッドレスタイヤ。 - 前記特定ブロック共重合体において、前記割合が75質量%以上である、請求項1又は2に記載のスタッドレスタイヤ。
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