JPH10506673A - タイヤ・トレッド組成物 - Google Patents
タイヤ・トレッド組成物Info
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- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction
Abstract
(57)【要約】
ゴム100部に対してa)20重量%未満のスチレンを含有するスチレン−ブタジエンゴム(SBR)を約60−90部(phr)含有する第1ゴム成分、b)約10−40phrのニトリル−ブタジエンゴム(NBR)を含有する第2ゴム成分、c)30−80phrのカーボンブラック、d)10−20phrのシリカ、e)1−3phrのシランカップリング剤、及び所望により、f)約10−30phrの高シスポリブタジエンゴム(シスBR)を含有する第3ゴム成分、を含有するタイヤ・トレッド組成物。このタイヤ・トレッド組成物からは湿静止摩擦に優れ回転抵抗の低いタイヤができる。
Description
【発明の詳細な説明】
タイヤ・トレッド組成物 発明の分野
本発明は湿静止摩擦にすぐれ、回転抵抗の低いタイヤを提供するタイヤ・トレ
ッド組成物に関する。更に詳しくは、本発明は20%未満のスチレンを含有する
スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、
カーボン−ブラック、シリカ、シラン・カップリング剤及び所望により高シスポ
リブタジエンゴム(シスBR)を含有するタイヤ・トレッド組成物に関する。発明の背景
現代のタイヤ・トレッドは、広範囲の望ましい特性を要求する性能基準に適合
していなければならない。タイヤ・トレッドに適したゴム組成物は望ましい強度
と伸度(特に高温における)を示すだけでなく、耐亀裂性、耐摩耗性が良好で、
望ましい耐横滑り性があり、望ましい回転抵抗のため低振動数における接線デル
タ値(tangent delta value)が低いことも要求されている。更に、複素動的モジ
ュラス(complex dynamic modulus)が高いことも操縦性とステアリング制御にと
って必要である。
主要なタイヤ・メーカーは燃費を改善するため回転抵抗が低く、走行をより安
全にするため横滑り/静止摩擦の改善されたトレッド配合物を開発してきた。多
くの乗用車用トレッド配合物は高シス・ポリブタジエン(cis BR)又は高ビニ
ル含量ポリブタジエン(HV−BR)のいずれかをブレンドした溶液スチレン−
ブタジエンゴム(S−SBR)又はエマルションスチレン−ブタジエンゴム(E
−SBR)のいずれかを含有するものである。トレッド配合物では3種の特性が
重要である。すなわち、耐摩耗性が良いこと、静止摩擦が良いこと、回転抵抗が
低いことである。従って、総合性能の良いタイヤ・トレッドを開発するためには
、適切なSBRを選択することが重要である。
湿静止摩擦のよい配合物は低温(0℃)での接線デルタ値が高いはずであり、
一方、回転抵抗の低い配合物は高温(50〜100℃)での接線デルタ値が低い
はずである。これらの2つの特性をE−SBR/シスBRブレンドタイヤ配合物
から得ることは極めて難しい、即ち、湿耐横滑り/湿静止摩擦と低回転抵抗とは
両立しないからである。例えば、低ガラス転移点の高シスポリブタジエンゴムは
回転抵抗がより低く耐摩耗性も良好だったが、一方で湿耐横滑り/湿静止摩擦は
極めて低い。高スチレン含量E−SBRはガラス転移温度が高いので、0℃と5
0〜100℃の接線デルタ値はいずれも高くなり、回転抵抗はより高く、湿静止
摩擦も耐摩耗性も良い。
摩耗はトレッド配合物中のSBRのスチレン含量に関係していることが報告さ
れている。高スチレンSBRは、耐横滑り性/静止摩擦を改良し、ハンドリング
がより良くより安全なタイヤを提供するため、高性能トレッドにしばしば用いら
れる。この性能は回転抵抗とトレッド摩耗特性とを犠牲にするものである。
国際特許出願WO92/20737には、i)100部のゴムに対して約5−
15部(phr)のニトリル−ブタジエンゴムを含有する第1ゴム成分、ii)1
00部のゴムに対して約20−95部のスチレンーブタジエンゴムを含有する第
2ゴム成分、及びiii)100部のゴムに対して0−47部の高cisポリブタジエ
ンゴムを含有する第3ゴム成分を含有するタイヤ・トレッド組成物が記載されて
いる。
米国特許第4,894,420号には、シス−1,4−ポリイソプレン、アク
リルニトリルゴムを含有する少くとも1種の共重合体及びポリブタジエン系ゴム
を有するタイヤ・トレッドが記載されている。米国特許第4,791,178号
には、少くとも30%の共役ジエン−モノビニル芳香族炭化水素共重合体のタイ
ヤ・トレッド組成物が記載されている。米国特許第4,866,131号には、
高スチレンSBR含有タイヤ用のゴム組成物が記載されている。米国特許第4,
616,685号には、可塑性エステル、25重量%を超えるスチレンを有する
スチレン−ブタジエンゴム及びブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ブタジエン
/アクリロニトリル共重合体又はこれらの混合物から選択された第2のゴム成分
を含有するタイヤ・トレッドが記載されている。米国特許第4,433,094
号には、特定の種類のカーボン・ブラック、特定の結合スチレン含有量のスチレ
ン−ブタジエンゴムと所望により他のジエンゴムを有するタイヤ・トレッドが記
載されている。米国特許第4,788,241号には、硬化剤、パラフィン・ワ
ックス及びテトラステアリン酸ペンタエリスリトールを含有する硬化系が記載さ
れており、この硬化系は、例えば天然ゴム、シスポリイソプレン、ポリブタジエ
ン、溶液およびエマルションポリ(スチレン−ブタジエン)、EPDM、ポリ(
アクリロニトリル−ブタジエン)およびこれらの混合物のようなゴムを硬化する
ものとされている。JP63270751AとJP63270751A2には、
25〜60%のスチレンを含有するSBR、ニトリルゴム、カーボン・ブラック
、シリカ、シラン・カップリング剤を含有し、耐磨耗性と良好な静止摩擦を有す
るタイヤ・トレッド組成物が記載されている。
本発明の目的は、湿静止摩擦にすぐれ、回転抵抗の低いタイヤ・トレッド組成
物を提供することにある。発明の要約
本発明は、100部のゴムに対して
a)約60−90部(per hundred parts of rubber,phr)の、20重量
%未満のスチレンを含有するスチレン−ブタジエンゴム(SBR)を含有する第
1ゴム成分、
b)約10−40phrのニトリル−ブタジエンゴム(NBR)を含有する第
2ゴム成分、
c)30−80phrのカーボンブラック、
d)10−20phrのシリカ、
e)0.5−3phrのシランカップリング剤、及び所望により、
f)約10−30phrの高シスポリブタジエンゴム(シスBR)を含有する
第3ゴム成分、
を含有するタイヤ・トレッド組成物に関する。
また、本発明の組成物は、ゴムに配合するのに適したその他の成分、例えば芳
香族油、酸化亜鉛、ステアリン酸、硫黄、硫黄供与化合物、加硫促進剤、ワック
ス、抗オゾン剤等を適量含有していてもよい。
本発明のタイヤ・トレッド組成物は湿静止摩擦に優れ、回転抵抗が低い。発明の詳細な説明
好ましくは、本発明は、100部のゴムに対して
a)約80−90部(phr)の、20重量%未満のスチレンを含有するスチ
レン−ブタジエンゴム(SBR)を含有する第1ゴム成分、
b)約10−20phrのニトリル−ブタジエンゴム(NBR)を含有する第
2ゴム成分、
c)40−50phrのカーボンブラック、
d)10−15phrのシリカ、
e)1−2phrのシランカップリング剤、
を含有するタイヤ・トレッド組成物に関する。
また、好ましくは本発明は、
a)約60−75phr、より好ましくは約60phrの、20重量%未満の
スチレンを含有するSBRを含有する第1ゴム成分、
b)約10−15phr、より好ましくは約10phrのNBRを含有する第
2ゴム成分、
c)約10−30phr、より好ましくは約30phrの高シスBRを含有す
る第3ゴム成分、
d)40−50phrのカーボンブラック、
e)10−15phrのシリカ、及び
f)1−2phrのシランカップリング剤、
を含有するタイヤ・トレッド組成物に関する。
本発明の組成物に有用なゴム成分はすべて公知のものであり、市販されている
。
20重量%未満のスチレンを含有するいかなるエマルションSBRまたは溶液
SBR(溶液SBRが好ましい)も本発明の組成物に使用できる。好ましくは、
約15重量%〜約18重量%の結合スチレン含有量の溶液SBRである、20重
量%未満のスチレンを含有する市販の溶液SBRは、例えばNS112(スチレ
ン:15%)(日本ゼオン)、ジュラデン(Duradene)711(スチレン18%)
(ファイヤストーン)である。
本発明の組成物に有用なNBRは重合の制御温度で決まる高温型又は低温型(
一般にはそれぞれ約40℃及び5℃)のいずれかによっても製造できる。カー
ク・オスマー:化学技術百科事典、第3版、第8巻、第539頁(ジョン・ウィ
リー・アンド・ソンズ社)(1979)参照。本発明の組成物では低温型NBR
が好ましい。特に適当な低温型NBR材料はアクリロニトリル含有量が38.5
う)(ユニロイヤル・ケミカル・カンパニー,Inc)の商品名で市販されている
下BJLTと云う)(ユニロイヤル・ケミカル・カンパニー,Inc)として公知
のもので、アクリロニトリル含有量は31.4〜約33.8%である。特に好ま
しいパラクリルはX3542で、これはアクリロニトリルが約31〜33%であ
る。
本発明の組成物に有用なシリカ、例えば熱分解法シリカは公知であり、いろい
ろな構造、表面積、粒径のものが含まれる。好ましいシリカの例は、PPGイン
本発明の組成物に有用なシラン・カップリング剤は公知である。有用なシラン
・カップリング剤は、例えばN−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルト
リメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(β−ヒドロ
キシエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキ
シシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルト
リクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエチ
ルシランが例示される。好ましいシラン・カップリング剤はビス−(3−トリエ
知であり、市販されている(デグッサAG)。
本発明の組成物に有用な好ましいカーボン・ブラックは、N2SAが約70〜
140m2/g、DBPが約100〜約140cc/100gのカーボン・ブラック
であればどれでもよい(N2SAはガス吸着により測定した窒素比表面積の値で
あり、DBPはフタル酸ジブチル油吸収により測定した構造を示す値である)。
本発明の組成物に有用な好ましいカーボン・ブラックは例えばN351カーボン
・ブラック、N339カーボン・ブラックである。
必要に応じて用いる第3ゴム成分はシス分が95%よりも大きければどのよう
なシスBRを含んでもよい。好ましい市販のシスBRの例は、シスデン(Cisdene
)1203及び1207(アメリカン・シンセティック・ラバー社)を含む。
本発明で用いるゴム部分の硬化系は、当該技術分野で公知の任意の適当な系で
よく、硫黄及び/又は硫黄供与化合物と少くとも1種の硫黄硬化促進剤を含んで
もよい。
硫黄を使用する場合、硫黄がゴム100部に対して約1〜約3部の量で存在す
るのが好ましい。
硫黄と一緒に、または硫黄の代替として用いてもよい硫黄供与化合物は、ゴム
配合技術の当業者によく知られているものである。このような硫黄供与化合物と
しては例えば2−(4−モルホリニルジチオ)−ベンゾチアゾール、テトラメチ
ルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、ジペンタメチレ
ンチウラムヘキサスルフィド、N,N′−カプロラクタムジスルフィド等である
。
使用してもよい硫黄硬化促進剤は、チオ尿素類、例えばN,N′−ジブチルチ
オ尿素、2−メルカプトイミダゾリン、テトラメチルチオ尿素、等:グラニジン
誘導体類、例えばN,N′−ジフェニルグアニジン、等:キサント酸塩類、例え
ばジブチルキサント酸亜鉛、等:ジチオカルバメート類、例えばジブチルジチオ
カルバメート亜鉛、ジエチルジチオカルバメートナトリウム、等:チウラムスル
フィド類、例えばジペンタメチレンチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチ
ウラムヘキサスルフィド、テトラブチルチウラムモノスルフィド、テトラメチル
チウラムモノスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、等:複素環化合
物、例えば、メルカプトベンズイミダゾール、メルカプトベンゾチアゾール、2
,2−ジベンゾチアゾイルジスルフィド、2−メルカプトベンゾチアゾール亜鉛
、等:スルフェンアミド類、例えばN−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾー
ル−スルフェンアミド、n−t−ブチルベンゾチアゾールスルフェンアミド、N
−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N′−ジイソ
プロピル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド、等である。更に、2種又はそ
れ以上の硫黄硬化促進剤の混合物も本発明の硬化剤中に使用してもよい。好まし
い
促進剤はチアゾール類とスルフェンアミド類であり、スルフェンアミド類が特に
好ましい。硫黄硬化促進剤は一般に存在するゴム100部当り約0.1部と約5
部の間、好ましくは約0.3部と約3.0部の間の促進剤量で存在する。もっと
も好ましくは、ゴム100部当り約0.3部と約1.5部の間の量の促進剤を用
いる。
上記のゴム成分と硬化剤以外に、本発明の組成物は更にゴム業界の当業者によ
く知られている添加成分である酸化亜鉛、補強剤、充填剤、加工助剤、エクステ
ンダー油、可塑剤、抗劣化剤、等を含有してもよい。
酸化亜鉛は、ゴム100部に対して10部を超える量を使用してもよいが、好
ましくはゴム100部当り約2部から約10部の間で使用する。最も好ましくは
、ゴム100部当り約3部と約5部の間の量の酸化亜鉛を存在させる。
以下の実施例は本発明を具体的に説明するものである。実施例
実施例1〜3及び比較例A〜F
表1に示す成分(ゴム100重量部当りの重量部で表示)を用いて、ゴム組成
物をいくつかバンバリ混合機で配合した。第1工程ではポリマー、カーボン・ブ
ラック、シリカ、カップリング剤及び油を添加した。材料が混合し完全に分散す
るまで各バッチを混合し、その後混合機から排出した。排出温度は140℃〜1
60℃の範囲にあった。各バッチは冷却し、次いで混合機に再導入して第2工程
に備えた。
第2工程では、ステアリン酸、酸化亜鉛、樹脂類及び抗劣化剤を組成物毎に添
加した。第2工程は短時間で、排出温度は一般に110°〜120℃で行われる
。
第3工程では硬化剤、即ち、タイヤ硫黄と遅効性促進剤を加えた。硬化工程の
排出温度は最高100℃であった。
第3工程で生成した各配合製品を次いでシート状にし、硬化用試料を切断調製
した。試料を表2に示すように硬化して、その物性を評価した。
DIN53516に記載の方法(ISO4649によるもの)を用いて磨耗を
測定した。接線デルタに関連する粘弾特性、例えば接線デルタ、G′,G″をレ
オメトリックス社製作の動力学的粘弾性試験機を用いて測定した。G値は剪断又
はねじり歪を表わす。これらの粘弾性特性を測定するため、試料を直角ねじりに
付した。
接線デルタは、熱として失われるエネルギーの測定値(損失モジュラス)と蓄
積され、放出されるエネルギーの測定値(蓄積モジュラス)の比として表わされ
る。この比は機械的損失角を表わす。この機械的損失角はG″/G′として表示
される。
具体的には、G″の値(損失モジュラス)と0℃の接線デルタが高ければ湿静
止摩擦が良好なことが予想される。50℃およびこれよりも高温での接線デルタ
が低ければ回転抵抗が低いことが予想される。良好な(高い)湿静止摩擦と低い
回転抵抗のためにはゴム配合者側の妥協が必要である。本発明以前には両特性を
併せ持つ単一のタイヤ・トレッド組成物を得ることは困難であった。
このほかに使用した方法には、ASTM D412に記載の手順に従って測定
した引張強度、伸度、弾性率がある。引張強度と引張応力(モジュラス)の値は
psi単位で示す。Tear Die C値はポンド/インチ(ppi)単位で示す。
試験組成物の粘弾性特性(表4)から、本発明の組成物(実施例1、2及び3
)は、予想湿静止摩擦を上回り、予想回転抵抗はほとんど又はまったく低下しな
いことがわかる。
例えば、実施例1の組成物の結果は、比較例A及びBの組成物から得られる結
果と比較したとき、予想回転抵抗において向上を示す(75℃におけるタンジェ
ントデルタが低くなる)。これら3つの組成物すべてで0℃におけるタンジェン
トデルタ値が低下したことは回転抵抗が低下したことの見返りと考えられるので
はあるが、実施例1の組成物から得られた結果からは、湿静止摩擦を改善するこ
とによってこの見返りの程度が低くなっていることがわかる(0℃におけるタン
ジェントデルタが高くなる)。
同様に、実施例2及び3の組成物は、それぞれ比較例D及びFと比較して0℃
におけるタンジェントデルタの増加を示し、湿静止摩擦の改善を示す。75℃に
おいて、実施例2及び3のタンジェントデルタ値は低下し、望ましい回転抵抗を
示す。
したがって、本発明の組成物は、予期し得ないことに、それからできるタイヤ
・トレッドの予想回転抵抗をほとんど又はまったく増加させることなく予想湿静
止摩擦を向上するのである。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
(C08K 13/02
3:04
3:36
5:54)
(72)発明者 マッケンジー,ジョージ ティー.
アメリカ合衆国 23185 バージニア州ウ
ィリアムズバーグ,イースト クイーンズ
ドライブ 291
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.ゴム100部に対して a)20重量%未満のスチレンを含有するスチレン−ブタジエンゴム(SBR )を約60−90部(phr)含有する第1ゴム成分、 b)約10−40phrのニトリル−ブタジエンゴム(NBR)を含有する第 2ゴム成分、 c)30−80phrのカーボンブラック、 d)10−20phrのシリカ、 e)1−3phrのシランカップリング剤、及び所望により、 f)約10−30phrの高シスポリブタジエンゴム(シスBR)を含有する 第3ゴム成分、 を含有するタイヤ・トレッド組成物。 2.a)20重量%未満のスチレンを含有するSBRを、約80−90phr 含有する第1ゴム成分、 b)約10−20phrのNBRを含有する第2ゴム成分、 c)40−50phrのカーボンブラック、 d)10−15phrのシリカ、及び e)1−2phrのシランカップリング剤、 を含有する請求項1のタイヤ・トレッド組成物。 3.第1ゴム成分が、約15から約18重量%のスチレンを含有するSBRを 80−90phr含有する、請求項2のタイヤ・トレッド組成物。 4.SBRが溶液SBRである、請求項3のタイヤ・トレッド組成物。 5.カーボンブラックが、約70から約140m2/gの間のN2SA及び約10 0から約140cc/100gのDBPを有する、請求項3のタイヤ・トレッド組 成物。 6.a)20重量%未満のスチレンを含有するSBRを、約60−90phr 含有する第1ゴム成分、 b)約10−20phrのNBRを含有する第2ゴム成分、 c)約10−30phrの高シスBRを含有する第3ゴム成分、 d)40−50phrのカーボンブラック、 e)10−15phrのシリカ、及び f)1−2phrのシランカップリング剤、 を含有する請求項1のタイヤ・トレッド組成物。 7.第1ゴム成分が、約15から約18重量%のスチレンを含有するSBRを 約60−90phr含有する、請求項6のタイヤ・トレッド組成物。 8.SBRが溶液SBRである、請求項7のタイヤ・トレッド組成物。 9.カーボンブラックが、約70から約140m2/gの間のN2SA及び約10 0から約140cc/100gのDBPを有する、請求項7のタイヤ・トレッド組 成物。 10.a)約15から約18重量%のスチレンを含有するSBRを、約60から 約75phr含有する第1ゴム成分、 b)約10から約15phrのNBRを含有する第2ゴム成分、 c)約10−30phrの高シスBRを含有する第3ゴム成分、 d)40−50phrのカーボンブラック、 e)10−15phrのシリカ、及び f)1−2phrのシランカップリング剤、 を含有する請求項7のタイヤ・トレッド組成物。 11.a)約15から約18重量%のスチレンを含有するSBRを、約60ph r含有する第1ゴム成分、 b)約10phrのNBRを含有する第2ゴム成分、 c)約10−30phrの高シスBRを含有する第3ゴム成分、 d)40−50phrのカーボンブラック、 e)10−15phrのシリカ、及び f)1−2phrのシランカップリング剤、 を含有する請求項10のタイヤ・トレッド組成物。
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