JPH0819266B2 - タイヤトレツド用ゴム組成物 - Google Patents

タイヤトレツド用ゴム組成物

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JPH0819266B2
JPH0819266B2 JP10437787A JP10437787A JPH0819266B2 JP H0819266 B2 JPH0819266 B2 JP H0819266B2 JP 10437787 A JP10437787 A JP 10437787A JP 10437787 A JP10437787 A JP 10437787A JP H0819266 B2 JPH0819266 B2 JP H0819266B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はタイヤトレド用ゴム組成物に関するものであ
り、更に詳しくは競技用タイヤ等の高性能タイヤのトレ
ッドゴムへの適用が有効であるゴム組成物に関するもの
である。
(従来の技術) 近年、空気入りタイヤに対して高運動性能が要求され
るようになってきており、性能面からもトレッドゴムの
グリップ特性(路面把握力)の向上が重要となってきて
いる。
従来、トレッドゴムのグリップ特性を改良する方法と
して、一般的にゴム部分、すなわちゴムポリマーとして
高いスチレン含有率のスチレン−ブタジエン共重合体ゴ
ムを選択するか、軟化剤やカーボンブラックを高充填し
た配合系を選択するか、粒径の小さいカーボンブラック
を選択するか、あるいはこれらを組み合わせることによ
り高運動性能(高グリップ特性)を得てきた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、一般的に高スチレン含有率のスチレン
−ブタジエン共重合体ゴムを含むゴム組成物は高グリッ
プ性能が得られる反面、ガラス転移点(Tg)が高いため
に損失係数tanδの温度依存性が激しく、気温や路面温
度が高い場合には高運動性能が劣り、また摩耗外観も悪
いという問題点がある。
一方、軟化剤やカーボンブラックの高充填配合系にお
いては、配合ゴムの強力が低下することによりトレッド
の摩耗外観が悪化し、また高運動性能が著しく低下する
という問題点があった。
そこで本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消
し、発熱によるブローアウト性を損なうことなくグリッ
プ特性に優れ、しかも摩耗外観性も良好な競技用タイヤ
等の高性能タイヤトレッド用のゴム組成物を提供するこ
とにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明者等は前記問題点を解消すべく充填補強材に注
目して鋭意検討した結果、表面に所定量のフェノール性
水酸基が導入され所定のpH値を示す変性カーボンブラッ
クと、所定量のシランカップリング剤とを併用・混合し
て成るゴム組成物にあっては、カーボンブラック表面と
ゴムポリマーがシランカップリング剤により強固な結合
を生じ、これらの相乗効果により発熱性および高温での
補強性の面で優れた改良効果が得られることを見い出
し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、スチレン含有率25〜60%のスチレ
ン−ブタジエンゴム単独、もしくは少なくとも20%の該
ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムおよびブアジ
エン−アクリロニトリル共重合体ゴムから成る群から選
ばれた少なくとも1種のゴムとのブレンドゴムの原料ゴ
ム100重量部に対し、窒素吸着比表面積(N2SA)が200〜
500m2/g、圧縮ジブチルフタレート吸油量(24M4,DBP)
が90〜125ml/100g、および着色力(ティント値)が100
〜150のカーボンブラックであって、該カーボンブラッ
ク表面に導入されたフェノール性水酸基の濃度が3.5×1
012〜8.1×1014個/m2でpH値が3〜5の範囲内の補強性
カーボンブラック50〜250重量部と、シリカ0〜80重量
部と、 次の一般式(1)および(2): Y3−Si−CnH2nSmCnH2nSi−Y3または Y3−SiCnH2nX ……(1) (式中のXはニトロソ基、メルカプト基、アミノ基、エ
ポキシ基、ビニル基、塩素原子、イミド基、Yは炭素数
1〜4個のアルキル基またはアルコキシル基、あるいは
塩素原子、nおよびmは1〜6の整数を示す) Y3SiCnH2nSmX′ ……(2) (式中のX′は または Y,mおよびnは夫々前記のものと同じものを示す) で表わされる化合物から成る群から選択されたシランカ
ップリング剤の少なくとも1種を4.65×10-5m・s〜4.6
5×10-3m・s(mはカーボンブラックの添加重量部数、
sはカーボンブラックのN2SA値を示す)の範囲内で添加
・混合したことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成
物に関するものである。
本発明において使用する、表面に−OH基の導入された
カーボンブラックは、例えば特開昭62−184463号公報に
おいて本出願人が提示した真空低温プラズマ処理法等で
変性処理することにより得られる。
かかるカーボンブラックと併用するシランカップリン
グ剤の添加量は、前述の如くカーボンブラックの添加量
との関係で特定されるが、本発明のゴム組成物にシリカ
を添加する場合には、シランカップリング剤の添加量は
シリカの添加量の影響も受け、0.05m′〜0.2m′(m′
はシリカの添加重量部数を示す)の関係を満足する場合
に好ましい結果が得られる。
尚、カーボンブラックをシランカップリング剤と併用
する際に、−OH基を導入すべく表面処理されたカーボン
ブラックをシランカップリング剤で予め変性処理しても
よい。この場合のシランカップリング剤による変性処理
方法としては、ヘンシエルミキサーを用い室温乃至80℃
の温度雰囲気中でカーボンブラックとシランカップリン
グ剤とを5〜20分間混合攪拌する方法がある。
本発明のゴム組成物には加硫剤の硫黄、加硫促進剤、
老化防止剤、軟化剤あるいは充填剤等を適宜配合するこ
とができるのは勿論のことである。
本発明におけるN2SAの測定はASTM D 3037に、また24M
4,DBPの測定はASTM D3493に、更にティント値はASTM D3
265に準拠して行った。
(作 用) 本発明においては原料ゴムとして、スチレン含有率25
〜60%のスチレン−ブタジエン共重合体ゴムを少なくと
も20%使用することが要求されるが、これは、当該ゴム
が20%未満ではグリップ性が十分にとれないからであ
る。
次に本発明で使用する補強性カーボンブラックは、そ
のN2SA値、24M4,DBP値、ティント値並びにその表面に導
入された−OH基の濃度およびpH値が夫々前記本発明の範
囲内であることが要求されるが、これは夫々次に示す理
由によるためである。
先ずN2SA値については、この値が200m2/gに満たない
と通常のゴム用カーボンブラックに比較して大幅な摩耗
外観性の向上が望めず、一方500m2/gを超すとゴムとの
分散性が悪くなり、加工性のみならず耐摩耗性も悪化し
てくる。
次に24M4,DBP値については、この値が90未満ではカー
ボンブラックの分散性が悪化し、摩耗外観も悪くなり、
一方125を超えるとゴムのムーニー粘度が上昇して加工
面および発熱面で好ましくない。
またティント値についても、この値が100未満である
と耐摩耗性が低下し、一方150を超えると分散性や発熱
性が悪くなる。
従って、以上の3種のものについてはカーボンブラック
の一次特性として夫々本発明の範囲内にあることが必要
となる。
次にカーボンブラック表面官能基の−OH基の濃度とpH
値については、これらの値が前記本発明の範囲から逸脱
すると、本発明の目的である発熱性を損なうことなくグ
リップ特性と摩耗外観性を同時に改善することができな
くなる。
以上述べた如く、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成
物が所定の目的を達成し得るようにするためにはカーボ
ンブラックの特性および表面処理状態を前述の如く特定
化する必要がある。
本発明ではかかるカーボンブラックの添加量をゴム成
分100重量部に対して50〜250重量部の範囲内と規定する
が、これは50重量部未満では補強性が十分でなく損失係
数tanδ値も大きくならず、耐スキッド性が低下し、一
方250重量部を超えると混練作業性が著しく劣り、かつ
耐摩耗性や引張強度等も著しく低下するからである。同
様にシリカ併用の場合にはシリカの添加量は80重量部が
限度であり、これを超えてシリカを添加するとゴムへの
分散性が低下し、摩耗外観性も悪化し好ましくない。
表面に−OH基導入処理が施されたカーボンブラックと
シランカップリング剤とを混合・添加する上記配合処理
法は従来全く知られておらず、本発明において初めて行
われたものである。本発明の構成とすることで補強性と
発熱性の大幅な改良効果がみられるのは、−OH基導入処
理が施されて分散性が改良された活性カーボンブラック
とシランカップリング剤との間に化学的に強固な一次結
合が形成され、更にこのシランカップリング剤がゴムポ
リマーとの間で相互作用してカーボンブラック−シラン
カップリング剤−ゴムポリマー間が全体的に高温にも強
い結合を形成するからである。かかる効果は、−OH基導
入処理が施された、カーボンブラックの表面を予めシラ
ンカップリング剤で変性処理しておいても同等以上に得
られることが確認されている。また、本発明に係る所定
の活性カーボンブラックと一般ゴム用カーボンブラック
とをブレンドしたタイプでも本発明に適用することがで
きる。
(実施例) 次に本発明を実施例により説明する。
真空低温プラズマ処理 500mlのパイレックス製フラスコ型プラズマチャンバ
ー内にカーボンブラック50gを入れ、処理を均一にして
灰化を抑制するために少なくとも5rpm以上でスラスコを
回転させながら真空低温プラズマ処理を行った。
この真空低温プラズマ処理は、高周波出力(13.56MH
z)25W、真空度0.3Torrおよび処理ガス流量50ml/minの
条件下、次の第1表に示す処理ガスおよび処理時間にて
行った。
かかる処理により各カーボンブラックの表面に導入さ
れた−OH基の濃度およびpH値は以下のようにして測定し
た。
−OH基濃度測定 カーボンブラック表面の−OH基の濃度はH.P.Boehmの
方法(Angew.Chem.internat.Edit.,5,533(1966)およ
び同、3,669(1964)に従い、表面−OH基を炭酸水素ナ
トリウム、水酸化ナトリウムにより中和することにより
求めた。
pH値の測定 試料1gをイオン交換水100ml中に添加して15分間煮沸
し、48時間放置した後、スターラでかき混ぜ乍ら懸濁液
のpH値をpHメーターで測定した。
表面−OH基の濃度およびpH値の測定結果を第1表に併
記する。
上述の如く処理した第1表に示す各種カーボンブラッ
クを、下記の第2表に示すシランカップリング剤と共に
以下の第3表に示す配合割合(重量部)でゴム成分と配
合して、各種ゴム組成物を作成した。尚、第3表の比較
例3は従来配合のゴム組成物である。
次いで、これらゴム組成物を用いて、供試タイヤとし
てタイヤサイズ:フロント205/515−13、リアー225/515
−13の各種タイヤを試作し、各々実車装着して運動性能
とトレッド摩耗外観性を以下に示す方法で測定した。得
られた結果を第3表に併記する。
運動性能 1周4.41kmからなるサーキットを20周し、最初の周回
タイムと20周目の周回タイムとのタイム差をコントロー
ルタイヤ(比較例3のゴム組成物を用いたもの)のタイ
ム差を100として指数表示したもの。100より大きいとタ
イム差が小さく高運動性能を有し、100より小さいとタ
イム差が大きく運動性能が劣ることを意味する。
トレッド摩耗外観 5点方式をとり、コントロールタイヤ(比較例3のゴ
ム組成物を用いたもの)のトレッド摩耗外観を3とし、
数値の大なる方がよく5を最良とし、数値の小なる方が
劣り、1を不良とした。
(発明の効果) 上記第3表に示す測定結果からも分かるように、本発
明の要求を満足するように−OH基導入処理が施されかつ
所定の一次特性を有するカーボンブラックとシランカッ
プリング剤とを併用・混合した本発明のゴム組成物で
は、比較例のゴム組成物に比し運動性能およびトレッド
摩耗外観が共に良好に改良されている。従って、本発明
のゴム組成物は競技用タイヤ等の高性能タイヤのトレッ
ドゴムに有効に適用することが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 23/22 LCZ 23/28 LDA

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スチレン含有率25〜60%のスチレン−ブタ
    ジエンゴム単独、もしくは少なくとも20%の該ゴムと、
    ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムおよびブタジエン−
    アクリロニトリル共重合体ゴムから成る群から選ばれた
    少なくとも1種のゴムとのブレンドゴムの原料ゴム100
    重量部に対し、窒素吸着比表面積(N2SA)が200〜500m2
    /g、圧縮ジブチルフタレート吸油量(24M4,DBP)が90〜
    125ml/100g、および着色力(ティント値)が100〜150の
    カーボンブラックであって、該カーボンブラック表面に
    導入されたフェノール性水酸基の濃度が3.5×1012〜8.1
    ×1014個/m2でpH値が3〜5の範囲内の補強性カーボン
    ブラック50〜250重量部と、シリカ0〜80重量部と、次
    の一般式(1)および(2): Y3−Si−CnH2nSmCnH2nSi−Y3または Y3−SiCnH2nX ……(1) (式中のXはニトロソ基、メルカプト基、アミノ基、エ
    ポキシ基、ビニル基、塩素原子、イミド基、Yは炭素数
    1〜4個のアルキル基またはアルコキシル基、あるいは
    塩素原子、nおよびmは1〜6の整数を示す) Y3SiCnH2nSmX′ ……(2) (式中のX′は Y,mおよびnは夫々前記のものと同じものを示す) で表わされる化合物から成る群から選択されたシランカ
    ップリング剤の少なくとも1種を4.65×10-5m・s〜4.6
    5×10-3m・s(mはカーボンブラックの添加重量部数、
    sはカーボンブラックのN2SA値を示す)の範囲内で添加
    ・混合したことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成
    物。
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