JPWO2015182778A1 - タイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いた乗用車用空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
[1](A)天然ゴム及び合成イソプレンゴムから1種以上選ばれるイソプレン系ゴムを30質量%以上含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂5〜50質量部並びに(C)脂肪酸金属塩0.5〜10質量部とを配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物、
[2]上記[1]に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を、トレッド用部材に用いたことを特徴とする乗用車用空気入りタイヤ、
を提供するものである。
[ゴム組成物]
本発明のゴム組成物は、(A)天然ゴム及び合成イソプレンゴムから1種以上選ばれるイソプレン系ゴムを30質量%以上含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂5〜50質量部、及び(C)脂肪酸金属塩0.5〜10質量部とを配合してなることを特徴とする。
本発明のゴム組成物においては、(A)ゴム成分として、天然ゴム及び合成イソプレンゴムから1種以上選ばれるイソプレン系ゴムを30質量%以上含むゴム成分が用いられる。
この天然ゴム及び合成イソプレンゴムに特に制限はなく、従来公知のものの中から適宜選択することができる。合成イソプレンゴムとしては、重量平均分子量4×105以上でシス結合含有量が95%以上であるものが好ましい。こ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法(GPC法)により測定される標準ポリスチレン換算の値である。
また、当該(A)ゴム成分において、上記イソプレン系ゴムに加えて、所望により、上記イソプレン系ゴム以外の他のゴム成分を70質量%以下、好ましくは50〜0質量%、より好ましくは30〜0質量%、さらに好ましくは20〜0質量%の割合で併用できる。他のゴム成分としては、合成イソプレンゴム以外の合成ジエン系ゴムが好ましく、例えば、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム、クロロプレンゴム及びこれらの混合物から選ばれる1種以上の合成ジエン系ゴムが好適に挙げられる。また、その一部が、例えば四塩化スズ、四塩化珪素、アルコキシシラン化合物のような変性剤を用いて得られた変性ジエン系ゴムであってもよい。
当該(A)ゴム成分において、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムが、空気入りタイヤの悪路耐久性の向上の観点から、(A)ゴム成分中、1〜40質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましく、1〜10質量%がさらに好ましく、1〜5質量%がよりさらに好ましい。
本発明のゴム組成物において、樹脂として、(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂が用いられる。これらの内、C5系石油樹脂は、石油化学工業のナフサの熱分解によって得られるC5留分を(共)重合して得られる脂肪族系石油樹脂が挙げられる。この脂肪族系石油樹脂は、脂環式系石油樹脂をも包含する。すなわち、本発明においては、ジシクロペンタジエン以外の石油由来の脂環式化合物は、脂肪族化合物に含まれる。従って、ジシクロペンタジエン以外の脂環式化合物からなる脂環式系留分は、脂肪族系留分に包含される。
上記C5留分には、通常1-ペンテン、2-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、2-メチル-2-ブテン、3-メチル-1-ブテン等のオレフィン系炭化水素;2-メチル-1,3-ブタジエン、1,2-ペンタジエン、1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,2-ブタジエン等のジオレフィン系炭化水素;シクロペンタジエン等の脂環式系炭化水素等が含まれる。なお、上記C5系樹脂としては、市販品を利用することができる。例えば、エクソンモービル社製脂肪族系石油樹脂である「エスコレッツ(登録商標)1000シリーズ」、日本ゼオン株式会社製脂肪族系石油樹脂である「クイントン(登録商標)100シリーズの内、A100、B170、M100、R100」等が挙げられる。これらの中で、代表的な脂肪族系石油樹脂としては、「エスコレッツ(登録商標)1102」が挙げられる。
ジシクロペンタジエン樹脂は、シクロペンタジエンを二量体化して得られるジシクロペンタジエンを主原料に製造された石油樹脂であり、日本ゼオン株式会社製脂環式系石油樹脂である商品名「クイントン(登録商標)1000シリーズの内、1105、1325、1340」等が挙げられる。代表的なジシクロペンタジエン樹脂としては、「クイントン(登録商標)1105」が挙げられる。
なお、芳香族変性脂肪族系石油樹脂及び脂肪族変性芳香族系石油樹脂から選ばれる石油樹脂であるC5/C9系石油樹脂は、本発明に係る(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂から除外される。C5/C9系石油樹脂は、石油由来のC5〜C11留分を重合して得られる固体重合体である。ここで、C5〜C11留分の内、芳香族系留分より脂肪族系留分の方が多い樹脂を芳香族変性脂肪族系石油樹脂といい、C5〜C11留分の内、脂肪族系留分より芳香族系留分の方が多いか又は脂肪族系留分と芳香族系留分とが等量である樹脂を脂肪族変性芳香族系石油樹脂という。
本発明においては、(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂を、前記のような量で用いることにより、空気入りタイヤの雪上性能と悪路耐久性とを同時に向上し得るゴム組成物を得ることができる。
一方、耐摩耗性や転がり抵抗の向上の観点から、前述した(A)ゴム成分100質量部に対して、(B)C5/C9系石油樹脂は、10〜20質量部が好ましい。
本発明のゴム組成物において、(C)脂肪酸金属塩に用いられる金属としては、Zn、K、Ca、Na、Mg、Co、Ni、Ba、Fe、Al、CuおよびMnから選ばれた少なくとも1種の金属が挙げられ、とくにZnが好ましい。
また、本発明のゴム組成物において、(C)脂肪酸金属塩に用いられる脂肪酸は、炭素数4〜30の飽和又は不飽和の直鎖、分岐もしくは環状構造を有する脂肪酸、あるいはそれらの混合物が包含される。これらの内、炭素数10〜22の飽和又は不飽和の直鎖脂肪酸が好ましい。炭素数10〜22の飽和直鎖脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸が挙げられる。また、炭素数10〜22の不飽和直鎖脂肪酸としては、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸が挙げられる。
[(D)補強性充填材]
(D)補強性充填材としては、カーボンブラック及びシリカから1種以上選ばれる補強性充填材が好ましく用いられる。
前記カーボンブラックとしては特に制限はなく、従来ゴムの補強性充填材として使用されているものの中から、任意のものを適宜選択して用いることができる。例えば、SRF、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFなどが用いられ、特に耐摩耗性に優れるHAF、ISAF、SAFが好ましい。
このカーボンブラックは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
一方、シリカとしては、例えば湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾式シリカ(無水ケイ酸)、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウムなどが挙げられるが、中でも湿式シリカが好ましい。
この湿式シリカのBET比表面積(ISO 5794/1に基づき測定する。)は40〜350m2/gであるのが好ましい。BET比表面積がこの範囲であるシリカは、ゴム補強性とゴム成分中への分散性とを両立できるという利点がある。この観点から、BET比表面積が80〜300m2/gの範囲にあるシリカが更に好ましい。このようなシリカとしては東ソー・シリカ(株)社製「ニプシルAQ」、「ニプシルKQ」、デグッサ社製「ウルトラジルVN3」等の市販品を用いることができる。
このシリカは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前述の補強性充填材100質量%に対して、シリカの質量%は、ウェットグリップ性能の向上の観点から、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。
本発明のゴム組成物においては、補強性充填材としてシリカを用いる場合、その補強性をさらに向上させる目的で、シランカップリッグ剤を配合することができる。
このシランカップリング剤としては、例えばビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、3−トリメトキシシリルプロピル−N、N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N、N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N、N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、ビス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、ジメトキシメチルシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィドなどが挙げられるが、これらの中で補強性改善効果などの点から、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドおよび3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアジルテトラスルフィドが好適である。
これらのシランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
本発明のゴム組成物において、(A)ゴム成分として、天然ゴム及び合成イソプレンゴムから1種以上選ばれるイソプレン系ゴムを30質量%以上含むゴム成分を用いることにより、そのTgの低さに起因する低温特性を確保することができる。さらに、該(A)ゴム成分に、(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂並びに脂肪酸金属塩をブレンドすることにより、空気入りタイヤの雪上性能と悪路耐久性とを同時に向上し得るゴム組成物が得られる。
ここで、悪路耐久性の指標としてタフネス(TF)が挙げられる。タフネス(TF)とは、JIS K6251:2010に基づき測定される、試験片が破壊するまでの応力−歪み曲線の積分値である。
本発明のゴム組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、通常ゴム工業界で用いられる各種薬品、例えば加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、亜鉛華、ステアリン酸などを含有させることができる。
上記加硫剤としては、硫黄等が挙げられ、その使用量は、ゴム成分100質量部に対し、硫黄分として0.1〜10.0質量部が好ましく、さらに好ましくは1.0〜5.0質量部である。0.1質量部未満では加硫ゴムの破壊強度、耐摩耗性、低発熱性が低下するおそれがあり、10.0質量部を超えるとゴム弾性が失われる原因となる。
このようにして調製された本発明のゴム組成物は、空気入りタイヤの悪路耐久性を大幅に向上し得るので、空気入りタイヤのトレッド用部材として好適に用いられる。
本発明の空気入りタイヤ、特に乗用車用空気入りタイヤは、前述した本発明のゴム組成物をトレッド用部材に用いたことを特徴とする。
本発明の空気入りタイヤ、特に乗用車用空気入りタイヤは、通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて、上記のように各種薬品を含有させた本発明のゴム組成物が未加硫の段階で、トレッド用部材に押出し加工され、タイヤ成形機上で通常の方法により貼り付け成形され、生タイヤが成形される。この生タイヤを加硫機中で加熱加圧して、タイヤが得られる。
タイヤ内に充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を変えた空気、又は窒素などの不活性ガスを用いることができる。
(1)熱劣化後のタフネス(指数)
熱劣化条件100℃、48時間で大型ギアオーブン中(空気中)で熱劣化させた各空気入りタイヤのトレッドの表層から1mm深さから2mm深さまでの所定位置でスライサーにより切り出したゴムサンプルからDIN−53504 タイプS3Aの切抜刃で試験片を作製し、JIS K6251:2010に基づき、試験片が破壊するまでの応力−歪み曲線の積分値で表わされるタフネス(TF)を測定し、次式により熱劣化後のタフネスを評価した。タフネスの指数値が大きい程、悪路耐久性に優れる。
熱劣化後のタフネス指数=[{熱劣化後の実施例1〜12又は比較例1、3〜8の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}/{熱劣化後の比較例2の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}]×100
熱劣化後のタフネス指数=[{熱劣化後の実施例13の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}/{熱劣化後の比較例9の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}]×100
熱劣化後のタフネス指数=[{熱劣化後の実施例14の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}/{熱劣化後の比較例10の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}]×100
熱劣化後のタフネス指数=[{熱劣化後の実施例15の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}/{熱劣化後の比較例11の空気入りタイヤのトレッドゴム組成物のタフネス(TF)}]×100
供試ゴム組成物をトレッド用部材に用いたタイヤサイズ195/50R15の乗用車用空気入りラジアルタイヤ、及び、試験用のトラック・バス用空気入りタイヤ、タイヤサイズ245/70R19.5を試作し、悪路(砂利道)走行による実車試験を実施し、走行後の空気入りタイヤについて、以下のトレッド表面の外観評点で、悪路耐久性を評価した。
実施例及び比較例において評価する「乗用車用タイヤ」は、タイヤサイズ195/50R15であって、ロードインデックスが120以下のタイヤである。
また、実施例及び比較例において評価する「トラック・バス用タイヤ」(以下「TBタイヤ」ともいう)は、タイヤサイズ245/70R19.5であって、ロードインデックスが134のタイヤである。
ここで、「ロードインデックス(荷重指数)」は、「道路運送車両の保安基準細目を定める告示」(2015年3月31日現在)(乗用車用空気入りタイヤの技術基準)に定めるところによる、規定の条件下で、タイヤ1本あたりが支えることのできる最大荷重(負荷)を表す指数を意味します。また、タイヤはサイズごとに支えられる重さ(負荷能力)が規格で定められており、この負荷能力はロードインデックス(LI)という指数でタイヤに示されています(例えば、http://tire.bridgestone.co.jp/about/tire-size/size-indication/index.html#anc01)。
a: 肉眼で見える程度の亀裂はほとんどなかった。
b: 肉眼で見える程度の亀裂が少数存在した。
c: 肉眼で見える程度の亀裂が多数存在した。
(3)空気入りタイヤの雪上性能
タイヤサイズ195/50R15の乗用車用空気入りラジアルタイヤ、及び、試験用のトラック・バス用空気入りタイヤ、タイヤサイズ245/70R19.5を試作し、それぞれ乗用車及びトラックの前輪に装着して、空車の状態で時速40km/hで雪道を走行させ、フルロックブレーキでの停止距離を測定し、比較例2の乗用車用空気入りラジアルタイヤを基準タイヤ(評点c)として、以下の基準により評価した。
a: 比較例2、9、10、11の乗用車用空気入りラジアルタイヤ対比、停止距離が大幅に短くなった。
b: 比較例2、9、10、11の乗用車用空気入りラジアルタイヤ対比、停止距離がわずかに短くなった。
c: 比較例2、9、10、11の乗用車用空気入りラジアルタイヤ対比、停止距離が短くならなかった。
表1〜表4に示す各配合内容に基づき、各実施例及び比較例のゴム組成物を調製した。得られた各ゴム組成物をトレッドに用い常法によって、タイヤサイズ195/50R15の乗用車用空気入りラジアルタイヤ、及び、試験用のトラック・バス用空気入りタイヤ、タイヤサイズ245/70R19.5を製造した。得られたタイヤを用いて、熱劣化後のタフネス(指数)及び悪路耐久性指数を評価した。評価結果を表1〜表4に示す。得られたタイヤを用いて、熱劣化後のタフネス(指数)、空気入りタイヤの悪路耐久性外観評点、及び空気入りタイヤの雪上性能を評価した。評価結果を表1〜表4に示す。
*1: 天然ゴム: インドネシア製「SIR20」
*2: ポリブタジエンゴム: JSR株式会社製、商品名「BR01」
*3: カーボンブラック: N220(ISAF)、旭カーボン株式会社製、商品名「#80」
*4: シリカ: 東ソー・シリカ工業株式会社製、商品名「ニプシルAQ」(BET表面積= 205 m2/g)
*5: シランカップリング剤: ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、(平均硫黄鎖長:2.35)、Evonik社製シランカップリング剤、商品名「Si75」(登録商標)
*6: C5系石油樹脂: Exxon Chemical 式会社製、商品名「ESCOREZ(登録商標)1102B」
*7: ジシクロペンタジエン樹脂: 日本ゼオン株式会社製、商品名「クイントン(登録商標)1105」
*8: C5/C9系石油樹脂: 日本ゼオン株式会社製、商品名「クイントン(登録商標)G100B」
*9: ステアリン酸亜鉛: Sigma-Aldrich社製、製品番号「307564」
*10: ステアリン酸カリウム: Sigma-Aldrich社製、製品番号「24−5570」
*11: ステアリン酸ナトリウム: Sigma-Aldrich社製、製品番号「S3381」
*12: 老化防止剤: N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、大内新興工業株式会社製、商品名「ノクラック6C」
*13: 加硫促進剤DPG: 住友化学株式会社製、商品名「ソクシノール(登録商標)D−G」
*14: 加硫促進剤CZ: 大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクセラー(登録商標)CZ−G」
*15: 加硫促進剤DM: 大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクセラー(登録商標)DM−P」
*16: スチレン−ブタジエンゴム: JSR株式会社製、商品名「JSR1500」
Claims (6)
- (A)天然ゴム及び合成イソプレンゴムから1種以上選ばれるイソプレン系ゴムを30質量%以上含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)C5系樹脂及びジシクロペンタジエン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂5〜50質量部並びに(C)脂肪酸金属塩0.5〜10質量部とを配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
- (A)ゴム成分が、前記イソプレン系ゴムを50〜100質量%の割合で含む、請求項1に記載のゴム組成物。
- (A)ゴム成分が、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを、1〜30質量%の割合で含む、請求項1又は2に記載のゴム組成物。
- さらに、補強性充填材を含み、かつ、前記補強性充填材が、シリカを50質量%以上の割合で含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- (B)C5系石油樹脂の含有量が、(A)ゴム成分100質量部に対して、10〜50質量部である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴム組成物を、トレッド用部材に用いたことを特徴とする乗用車用空気入りタイヤ。
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