JPH0987427A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凍結路面上においても優れたグリップ性を発
揮することのできるスタッドレスタイヤに用いられるト
レッド用のゴム組成物を提供する。 【解決手段】 ジエン系合成ゴム１００重量部とシリカ
１０〜５０重量部とシリル化剤としてのアルコキシシラ
ン化合物０．２〜３重量部とカーボンブラック２０〜５
０重量部とを配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はタイヤトレッド用ゴ
ム組成物、とくに凍結路面上でのグリップ性を改良した
タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパイクタイヤによる粉塵公害を防止す
るためにスパイクタイヤの禁止が法制化され、寒冷地で
はスパイクタイヤに代わってスタッドレスタイヤが使用
されるようになった。スタッドレスタイヤは改良の結
果、スパイクタイヤに近いグリップ性を有するものが開
発され現に使用されている。

【０００３】スタッドレスタイヤのグリップ性に影響を
与えるトレッドゴムと路面との摩擦を支配する因子とし
て １．ヒステリシスロス摩擦 ２．粘着摩擦 ３．掘り起こし摩擦 があるが、凍結路面のように非常に摩擦係数の小さい路
面ではヒステリシスロスによる摩擦は非常に小さく、粘
着摩擦、掘り起こし摩擦が大きな割合を示す。

【０００４】掘り起こし摩擦力を高めるにはトレッドパ
ターンやトレッドゴムの表面形態が重要である。スパイ
クタイヤは掘り起こし摩擦力が大きいが、スタッドレス
タイヤにおいても掘り起こし摩擦力を高めるために発泡
ゴムの使用や有機繊維の混入によりトレッド表面の凹凸
を増やす工夫がなされ効果があがっている。トレッド表
面の凹凸は、トレッド表面と凍結路面との間に発生する
水膜を排除し、粘着摩擦力を高める効果もある。しかし
ながら、これは、実接触面積を増やすことにより間接的
に粘着摩擦力を高めているのであって、実接触面積を増
やすのには限界があり、粘着摩擦力を高めるのにも限界
がある。

【０００５】粘着摩擦力を高めるためにはゴム質そのも
のが影響を及ぼすので、例えば、ゴム質を柔らかくして
路面との接触面積を増加させることも有効な方法であ
る。このために、充填剤の量を少なくしたり、低温でも
硬化しにくいブタジエンゴムやイソプレンゴムを用いた
り、軟化剤を添加したりすることが行なわれているが操
縦安定性や耐摩耗性の観点から、極端に柔らかくするこ
とはできず不充分な対策であった。

【０００６】前述のように、現在のスタッドレスタイヤ
はグリップ性の改良が不充分であり、雪上性能面ではス
パイクタイヤと比べて何ら遜色のない性能を発揮するも
のの、凍結路面では路面の条件、気温などの条件によっ
てスパイクタイヤと比べてグリップ性が劣るばあいもあ
り、その改良が要求されている。

【０００７】凍結路面でのグリップ性を改良する目的
で、たとえば特開平７−１１８４５２号公報では、ゴム
成分１００重量部に対してカーボンブラック３０〜８０
重量部、シリル化剤２〜１５重量部を配合してなるタイ
ヤトレッド用ゴム組成物が提案されているが、これから
えられるタイヤは凍結路面でのグリップ性が充分満足で
きるものではなく、これらを改良することが強く望まれ
ている。

【０００８】また、特開平５−５１４８４号公報では、
天然ゴムおよび／またはジエン系合成ゴム１００重量部
に対して、カーボンブラック１０〜６０重量部、シリカ
５〜５０重量部、シランカップリング剤をシリカ配合量
の２〜１５重量％およびシリル化剤をシリカ配合量の２
〜４５重量％配合混練してなるゴム組成物が提案されて
いるが、これからえられるタイヤは、やはり凍結路面で
のグリップ性が充分満足できるものではなく、雪氷上性
能を向上させるためにシリカ配合量の４５重量％ものシ
リル化剤を用いているので、未反応のシリル化剤が表面
に析出し、滑り抵抗を小さくすることが予想される。ま
た、このようなシランカップリング剤やシリル化剤の大
量使用は、製造コストを引き上げる面からも好ましくな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点に
鑑みなされたものであり、その目的は、凍結路面上にお
いても優れたグリップ性を発揮することのできるスタッ
ドレスタイヤに用いられるトレッド用のゴム組成物を提
供することにある。

【００１０】一般に氷とタイヤの摩擦については０℃付
近の氷がもっとも滑りやすく、それは発進、制動時の摩
擦によって発生する水膜による潤滑効果と考えられてい
る。

【００１１】粘着摩擦力を向上させるには水膜を除去
し、トレッドゴムと氷との接触面積を増やす必要があ
る。

【００１２】従来技術においてはトレッドゴム表面の凹
凸を増やす工夫がなされてきた。これは水膜の除去によ
る粘着摩擦力の向上と掘り起こし摩擦力を高める効果が
あるが、表面に凹凸を設けることで実接触面積を増やす
には限界がある。

【００１３】そこで、粘着摩擦力の向上を達成するため
に、一般的に疎水性または撥水性を示すゴムの表面をよ
り一層撥水度を高めることにより、タイヤ表面への水の
付き難さ、離れ易さを増すことが案出された。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記目的を
達成するために鋭意検討した結果、シリカとシリル化剤
としてのアルコキシシラン化合物とを添加したゴム組成
物が粘着摩擦力の向上に作用し、凍結路面でのグリップ
性の向上に非常に有効であることを発見して本発明を完
成するに至った。

【００１５】すなわち、本発明はジエン系ゴム１００部
（重量部、以下同様）に対してカーボンブラック２０〜
５０部、シリル化剤としてのアルコキシシラン化合物を
０．２〜３部およびシリカ１０〜５０部を配合してなる
タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明においては、粘着摩擦力の
向上を達成するため、タイヤトレッド用ゴム組成物中の
活性水素基をもつ親水性部分を疎水性に変えるが、これ
はたとえばシリカとシリル化剤としてのアルコキシシラ
ン化合物とが、シリカ表面の水酸基を介して反応しシリ
カを疎水性に変えるほか、ゴム組成物中のＯＨ基、ＮＨ
Ｒ基、ＣＯＯＨ基、ＣＯＮＨ基、ＳＨ基などの活性水素
をもつ化合物と容易に反応して活性水素を有する化合物
を疎水性に変えることができ、トレッドゴム自体に撥水
性を付与していることなどが考えられる。

【００１７】このことは、タイヤトレッド用ゴム組成物
中の活性水素基をもつ親水性部分を疎水性に変えてトレ
ッドゴム自体に撥水性を付与することになり、氷とトレ
ッドゴム間に介在する水膜の付着を抑制し、かつゴム表
面に水滴が付着しても容易に除去できるものと思われ
る。この結果としてトレッドゴムと氷との実接触面積を
増し粘着摩擦力が増加することなどが考えられる。

【００１８】本発明において用いるジエン系ゴムとして
は、凍結路面の氷上での実接触面積を大きくし粘着摩擦
力を高めるために、低温での硬度上昇の少ないたとえば
天然ゴム、イソプレンゴムまたはブタジエンゴムなどが
好ましく用いられる。これらのジエン系ゴムは単独また
は任意に組み合わせて用いることができる。

【００１９】カーボンブラックは、耐摩耗性、耐クラッ
ク性、低発熱性などの所定の性能をうるために前記ジエ
ン系ゴム１００部に対して２０〜５０部、好ましくは３
０〜５０部配合される。２０部より少ないと、耐摩耗
性、耐クラック性が劣る傾向があり、５０部より多いと
発熱が高くなりタイヤの使用中にゴムが硬化する傾向が
ある。

【００２０】本発明においては、前記のようにシリカと
シリル化剤としてのアルコキシシラン化合物とを組み合
せて用いることに特徴があリ、シリカとしては乾式法に
よる無水ケイ酸、湿式法による含水ケイ酸および合成ケ
イ酸塩があげられるが、工程上での取り扱い性、シリル
化剤との反応性の点から湿式法による含水ケイ酸が好ま
しく、かさ比重の大きいものがさらに好ましい。

【００２１】本発明において用いるシリル化剤として
は、反応の際に強酸性の塩化水素を発生しないことなど
の点からアルコキシシラン化合物が好ましい。

【００２２】アルコキシシラン化合物としては、たとえ
ばフェニルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキ
シシラン、ジフェニルジメトキシシランなどがあげられ
るが、疎水性が高く、加水分解速度が遅いため工程上の
取り扱いが容易な点からフェニルトリエトキシシラン、
ジフェニルジメトキシシランがさらに好ましい。

【００２３】なお、前記フェニルトリエトキシシランは
他のアルコキシシラン化合物と任意に組み合わせて用い
ることもできる。

【００２４】本発明において、ジエン系ゴムとシリカお
よびシリル化剤としてのアルコキシシラン化合物との配
合割合としては、ゴム１００部に対してシリカ１０〜５
０部、好ましくは１０〜３０部であり、またシリル化剤
としてのアルコキシシラン化合物０．２〜３部、好まし
くは０．２〜２部である。

【００２５】シリカとシリル化剤としてのアルコキシシ
ラン化合物とを前記のような割合で用いることにより、
たとえば加硫前の練りゴム状態での熱収縮が大きくなら
ず、シリカ表面およびトレッド用ゴム組成物中の活性水
素基をもつ親水性部分を効率よく疎水性に変え、ゴムに
撥水性を付与することができる。

【００２６】本発明において、カーボンブラックとシリ
カとの合計量は、ジエン系ゴム１００部に対して８０部
以下であることが好ましい。

【００２７】これは凍結路面上での駆動性能、制動性能
を高めようとすると、トレッドゴムの硬度として、いわ
ゆる夏タイヤのトレッドゴムの硬度に比べ小さく設定す
る必要がある。カーボンブラックとシリカの大量使用は
軟化剤の大量使用を必要とし、長期保管や経年使用によ
りトレッドゴムの硬度の上昇を結果的に加速する。

【００２８】新品タイヤのトレッドゴムの硬度として
は、４５〜６５度の範囲内であることが好ましい。一般
的に、トレッドゴムの硬度が小さいほど凍結路面でのグ
リップ性は良好であるが、４５度より小さいと非積雪路
面での操縦性、安定性が低下し、６５度より大きくなる
と凍結路面でのグリップ性が低下する傾向が顕著とな
り、実用的には４５〜６５度の範囲内に設定することが
必要となる。

【００２９】本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、
排水効果やひっかき効果を高めるために天然繊維、合成
繊維などの有機繊維を混入したり、ゴムとして発泡剤を
配合することで独立気泡を有する発泡ゴムを使用するこ
とができる。

【００３０】本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には
必要に応じて、タイヤのゴム配合に通常用いられる配合
剤、たとえば老化防止剤、軟化剤、亜鉛華、ステアリン
酸、加硫促進剤、イオウなどの加硫剤などを適宜配合す
ることができる。

【００３１】なお、これらの配合剤のうちでも軟化剤
（たとえばミネラルオイル、アロマチックオイルなど）
の配合量はタイヤの硬度を前記のような適正な範囲内に
保持する点から、ゴム１００部に対して、軟化剤５〜２
５部であり、７〜２０部であることが好ましい。

【００３２】本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、
ジエン系ゴム、カーボンブラック、シリカ、シリル化剤
としてのアルコキシシラン化合物および前記通常の配合
剤を用いて通常の方法により製造することができるが、
シリカは予めシリル化剤により処理されたものを用いる
こともできる。

【００３３】シリカをシリル化剤により処理する方法と
しては、たとえばシリカ１００重量部を撹拌槽に入れ、
撹拌しながらシリル化剤０．４〜３０重量部を徐々に添
加し、１０〜１５分間かけて均一に混合することが好ま
しい。有機溶剤で希釈するばあい、乾燥は８０℃で５分
程度が好ましい。

【００３４】このような方法を用いてシリカをシリル化
剤で処理することにより、シリカの粒子表面は、親水性
から疎水性に変化するので予めシリル化剤により処理し
なかったシリカを用いるばあいと比較して、より配合ゴ
ム中への分散が良好となり補強性に優れたタイヤトレッ
ド用ゴム組成物がえられる。

【００３５】本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、
乗用車用スタッドレスタイヤ、トラック用スタッドレス
タイヤ、バス用スタッドレスタイヤなどのトレッドに適
用することができる。

【００３６】

【実施例】つぎに本発明を実施例に基いてさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではない。

【００３７】実施例１ 実験例１−１ つぎの配合処方により、まず加硫剤（イオウ、加硫促進
剤）と老化防止剤以外を１５０℃±５℃でベース練り
し、つぎに１１０℃±１０℃で加硫剤と老化防止剤を添
加して仕上げ練りすることによりタイヤトレッド用ゴム
組成物を調製した。

【００３８】 天然ゴム ８０部 ブタジエンゴム ２０部 カーボンブラック ５０部 シリカ １０部 シリル化剤 １部 ステアリン酸 ４部 亜鉛華 ２．５部 ミネラルオイル １４部 老化防止剤 ３部 イオウ １．０部 加硫促進剤 ０．７５部 なお、カーボンブラックとしては昭和キャボット（株）
製のＮ２２０、シリカとしては日本シリカ製のＶＮ３、
シリル化剤としては信越化学（株）製のＫＢＥ−１０３
（フェニルトリエトキシシラン）、老化防止剤としては
大内新興化学（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−フェニル
−Ｎ’−（１，３ジメチルブチル）−Ｐ−フェニレンジ
アミン）、加硫促進剤としては大内新興化学（株）製の
ノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチ
アジルスルフェンアミド）を用いた。

【００３９】実験例１−２〜１−１２ 実験例１−１において、カーボンブラック、シリカ、シ
リル化剤、ミネラルオイルの配合量を表１に示す量に代
えたこと以外は、実験例１−１と同様の方法によりタイ
ヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

【００４０】なおベース練り温度は、１３０℃より低い
とシリル化剤とシリカとの反応が充分に行なわれず、１
７０℃より高いとゴムの劣化が起こる傾向があるので、
１３０〜１７０℃が好ましい。

【００４１】実験例１−１３ 実験例１−１において、シリカおよびシリル化剤を用い
ずミネラルオイルを表１に示す配合量用いたこと以外
は、実験例１−１と同様の方法によりタイヤトレッド用
ゴム組成物を調整した。なお、本実験例でえられるゴム
組成物は通常のゴム組成物である。

【００４２】実験例１−１４ 実験例１−１においてシリカを用いず、シリル化剤およ
びミネラルオイルを表１に示す配合量用いたこと以外
は、実験例１−１と同様の方法によりタイヤトレッド用
ゴム組成物を調製した。

【００４３】実験例１−１５ 実験例１−１においてシリル化剤としてのフェニルトリ
エトキシシランの代わりにヘキサメチルジシラザンを表
１に示す配合量用い、シランカップリング剤としてビス
−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファ
ンを表１に示す配合量用い、これら以外の成分は表１に
示す配合量用いたこと以外は実験例１−１と同様の方法
によりタイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

【００４４】

【表１】

【００４５】実施例２ 実験例２−１ 実験例１−１でえられたタイヤトレッド用ゴム組成物を
用いて通常の方法によりタイヤサイズ１６５Ｒ１３のス
タッドレスタイヤを作製した。このタイヤの内圧を２０
０ｋＰａとして国産の１５００ｃｃ ＦＦ ＡＢＳ（ア
ンチロックブレーキングシステムが採用されている）車
に装着し、つぎの条件下に氷盤試験路での制動停止距離
を測定した。

【００４６】計測場所：住友ゴム工業（株）の名寄テス
トコース内の氷盤試験路 気温 ：−５℃ 氷温 ：−２℃ ［制動停止距離］時速３０ｋｍ／ｈからロック制動時の
制動停止距離を測定した。結果は通常のタイヤトレッド
用ゴム組成物を用いた実験例２−１３の制動停止距離を
１００として指数で表し、氷上制動指数とした。この指
数が大きいほど氷上制動性能が良好であることを示す。
結果を表２に示す。

【００４７】さらに、つぎの試験を行った。

【００４８】［硬度］実験例１−１でえられたゴム組成
物を１７０℃で１２分間加硫して試験片を作製し、ＪＩ
Ｓ Ｋ６３０１に準じて測定した。結果を表２に示す。

【００４９】［摩耗指数］実験例１−１でえられたゴム
組成物を１７０℃で１２分間加硫して試験片を作製し、
ランボーン試験機を用い摩耗損失量を測定し、試験片の
損失容量を測定した。結果は実験例２−１３の損失容量
を１００として指数で表し、摩耗指数とした。この指数
が大きいほど耐摩耗性が良好であることを示す。結果を
表２に示す。

【００５０】［熱老化後の硬度の増加量］実験例１−１
でえられたゴム組成物を１７０℃で１２分間加硫して試
験片を作製し、試験片をギヤ式オーブン内に８０℃で４
日間放置したのち、前記と同様の方法により硬度を測定
した。結果は、熱老化後の硬度から熱老化前の硬度を差
し引いた数値を熱老化後の硬度の増加量とした。この増
加量が小さいほど耐熱老化性が良好であることを示す。
結果を表２に示す。

【００５１】実験例２−２〜２−１５ 実験例１−２〜１−１５でえられたタイヤトレッド用ゴ
ム組成物を用いて実験例２−１と同じ方法によりスタッ
ドレスタイヤを作製した。これらのタイヤを用いて、実
験例２−１と同様の方法により制動停止距離を測定し、
またこれらのゴム組成物を用いて、実験例２−１と同様
の方法によりえられた試験片を用いて、実験例２−１と
同様の方法により硬度、損失容量および熱老化後の硬度
を測定した。結果を表２に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】以上の結果から明らかなように、シリカと
シリル化剤としてのアルコキシシラン化合物とを特定量
配合したゴム組成物を用いた実験例２−１〜２−５、２
−７〜２−９では、氷上制動指数が大きく、凍結路面上
での優れたグリップ性がえられていることがわかる。

【００５４】また、実験例２−１〜２−５および２−７
〜２−１２では、シリカとシリル化剤としてのアルコキ
シシラン化合物とを特定量配合したゴム組成物を用いて
おり、熱老化後の硬度の増加が抑制されているのがわか
る。

【００５５】また、実験例２−１０〜２−１２では、ミ
ネラルオイル未添加のゴム組成物を用いているので、摩
耗指数が大きく、熱老化後の硬度の増加量は小さいが、
ミネラルオイルが添加されていないので氷上制動指数は
低下しており、とくに実験例２−１２では、カーボンブ
ラックとシリカとの合計量が８０部を超えているために
硬度が前記した６５度を超え、氷上制動指数が著しく低
下したものと思われる。

【００５６】

【発明の効果】本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物を
用いれば、凍結路面上におけるグリップ性に優れたスタ
ッドレスタイヤをうることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジエン系ゴム１００重量部とシリカ１０
   〜５０重量部とシリル化剤としてのアルコキシシラン化
   合物０．２〜３重量部とカーボンブラック２０〜５０重
   量部とからなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 【請求項２】 前記アルコキシシラン化合物が、フェニ
   ルトリエトキシシランである請求項１記載のタイヤトレ
   ッド用ゴム組成物。