WO2020121788A1 - ゴム組成物、トレッド用ゴム組成物、及び空気入りタイヤ - Google Patents

ゴム組成物、トレッド用ゴム組成物、及び空気入りタイヤ Download PDF

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soluble inorganic
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正寛 川島
出光 隆
渡辺 高行
加藤 淳一
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宇部マテリアルズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rubber composition, a tread rubber composition, and a pneumatic tire.
  • the present invention aims to provide a pneumatic tire having excellent steering stability and wet grip performance, and a rubber composition and a tread rubber composition from which the tire is obtained, and to solve the object. To do.
  • a rubber component, silica, and a water-soluble inorganic filler having a whisker structure are contained, and the mass ratio of the silica content (a) to the water-soluble inorganic filler content (b) [( a)/(b)] is 2.5 to 40.
  • the water-soluble inorganic filler is any one of ⁇ 1> to ⁇ 3> having a whisker structure having an average fiber diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m and an average fiber length of 6 to 100 ⁇ m.
  • a rubber composition for a tread including the rubber composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>.
  • ⁇ 8> A pneumatic tire using the rubber composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>.
  • the rubber composition of the present invention contains a rubber component, silica, and a water-soluble inorganic filler having a whisker structure, and the content (a) of the silica relative to the content (b) of the water-soluble inorganic filler. Mass ratio [(a)/(b)] is 2.5 to 40.
  • the "water-soluble inorganic filler having a whisker structure” may be simply referred to as “water-soluble inorganic filler”.
  • Conventionally, by giving priority to steering stability of tires by adding a large amount of filler to the rubber composition or by a method of making the network structure of the rubber component dense, a vulcanized rubber obtained by vulcanizing the rubber composition It sometimes increased the elastic modulus. However, if the elastic modulus of the tire increases, the ground contacting property of the tire may deteriorate, and braking performance such as wet grip performance may deteriorate, and steering stability and wet grip performance are in a trade-off relationship. ..
  • the rubber composition of the present invention contains, as a filler, a predetermined amount of silica and a water-soluble inorganic filler having a whisker structure.
  • the whisker structure refers to a fibrous crystal structure grown in a needle or whisker shape.
  • the water-soluble inorganic filler is used in combination with silica to form a network of the water-soluble inorganic filler and silica. Therefore, it is considered that even if the content of the water-soluble inorganic filler in the rubber composition is small, the elastic modulus of the vulcanized rubber can be easily improved and the steering stability of the tire can be improved. Furthermore, by including a water-soluble inorganic filler in the rubber composition, the tire surface obtained from the rubber composition also easily becomes compatible with water, and the ground contact property is also improved, which is considered to improve wet grip performance. .
  • the tire using the rubber composition of the present invention is excellent in steering stability and wet grip performance.
  • the details of the rubber composition of the present invention will be described.
  • the rubber component used in the rubber composition of the present invention is not particularly limited, and in addition to natural rubber (NR), polyisoprene rubber (IR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), polybutadiene rubber (BR), Synthetic rubbers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), halogenated butyl rubber, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) can be used. These rubber components may be used alone or in combination of two or more.
  • NR natural rubber
  • IR polyisoprene rubber
  • SBR styrene-butadiene copolymer rubber
  • BR polybutadiene rubber
  • Synthetic rubbers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), halogenated butyl rubber, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) can be used.
  • EPDM ethylene-propylene-
  • natural rubber polyisoprene rubber (IR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), and polybutadiene rubber (BR) are preferable, and natural rubber (NR) and styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) are more preferable.
  • natural rubber polyisoprene rubber (IR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), and polybutadiene rubber (BR) are preferable, and natural rubber (NR) and styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) are more preferable.
  • SBR styrene-butadiene copolymer rubber
  • the rubber composition of the present invention contains silica as a filler and a water-soluble inorganic filler having a whisker structure, and the mass of the silica content (a) relative to the water-soluble inorganic filler content (b).
  • the ratio [(a)/(b)] is 2.5 to 40.
  • silica is not particularly limited, and general grade silica, special silica surface-treated with a silane coupling agent or the like can be used according to the application.
  • silica for example, wet silica is preferably used.
  • Silica is usually in the form of particles and is distinguished from water-soluble inorganic fillers having a whisker structure.
  • the content of silica in the rubber composition is preferably 30 to 120 parts by mass, and 35 to 120 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component, from the viewpoint of improving the elastic modulus of the tire and improving the steering stability.
  • the amount is more preferably 120 parts by mass, further preferably 40 to 95 parts by mass.
  • the water-soluble inorganic filler having a whisker structure refers to a water-soluble inorganic filler having a fibrous crystal structure grown in the shape of a needle or whiskers, specifically, the average fiber diameter is It is a structure having a thickness of 0.1 to 1.0 ⁇ m and an average fiber length of 6 to 100 ⁇ m. Further, the water-soluble inorganic filler means an inorganic filler having a solubility in water at 20° C. of 0.01 g/L or more.
  • the water-soluble inorganic filler preferably has an average fiber diameter of 0.5 to 1.0 ⁇ m, and an average fiber length of 10 to The thickness is preferably 50 ⁇ m, more preferably 13 to 30 ⁇ m.
  • the average aspect ratio (average fiber length [ ⁇ m]/average fiber diameter [ ⁇ m]) of the water-soluble inorganic filler is preferably 10 to 100, more preferably 15 to 60.
  • Examples of the water-soluble inorganic compound that can form the water-soluble inorganic filler include alkali metal salts; beryllium or magnesium sulfate, and the like.
  • alkali metal salts include chlorides, carbonates, hydrogen carbonates, sulfates, phosphates, borates, and silicates of alkali metals
  • specific examples of sodium as an alkali metal include Specific examples thereof include sodium sulfate, sodium chloride, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium tripolyphosphate, sodium pyrophosphate, sodium silicate and the like.
  • the compound having a whisker structure can serve as the water-soluble inorganic filler having a whisker structure in the present invention.
  • magnesium sulfate tends to have a whisker structure.
  • basic magnesium sulfate is preferable, and more specifically, ASTM No.
  • the water-soluble inorganic filler having a whisker structure may have a functional group capable of reacting with the rubber component.
  • the water-soluble inorganic filler is modified with a compound having a functional group capable of reacting with the rubber component, so that the water-soluble inorganic filler and the rubber component form a chemical bond, and the abrasion resistance of the crosslinked rubber Can be improved.
  • the functional group capable of reacting with the rubber component include a group having a sulfur atom, and a group having a disulfide bond (—S—S—) is preferable.
  • Examples of the compound having a functional group capable of reacting with the rubber component include ⁇ -lipoic acid (thioctic acid), dithiodiglycolic acid, 3,3′-dithiodipropionic acid, 4,4′-dithiodibutyric acid and the like. Be done.
  • the content of the water-soluble inorganic filler having a whisker structure in the rubber composition is from 0.5 to 30 with respect to 100 parts by mass of the rubber component from the viewpoint of improving steering stability and wet grip performance. It is preferably mass part, more preferably 1 to 25 mass part, still more preferably 3 to 23 mass part, still more preferably 5 to 20 mass part.
  • the mass ratio [(a)/(b)] of the content (a) of silica to the content (b) of the water-soluble inorganic filler is 2.5 to 40, preferably 2.5 to 15. , 3.0 to 15 is more preferable. It is considered that when the mass ratio is in the above range, a network of silica and the water-soluble inorganic filler is likely to develop, and the elastic modulus is improved to improve steering stability and wet grip performance.
  • the carbon black is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
  • the carbon black is, for example, preferably FEF, SRF, HAF, ISAF or SAF grade, more preferably HAF, ISAF or SAF grade.
  • the content of carbon black in the rubber composition is preferably 1 to 60 parts by mass, and 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component, from the viewpoint of improving the elastic modulus of the vulcanized rubber. More preferably.
  • the rubber composition of the present invention contains a water-soluble inorganic filler excellent in network formation between fillers, and also contains silica, so that the elastic modulus of the crosslinked rubber is small even if the amount of the filler is small. Can be increased, and can be 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component. Further, when the amount is 65 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component, steering stability can be further improved and wet grip performance can be further improved.
  • the rubber composition of the present invention preferably contains a vulcanizing agent.
  • the vulcanizing agent is not particularly limited, and normally, sulfur is used, and examples thereof include powdered sulfur, precipitated sulfur, colloidal sulfur, surface-treated sulfur, insoluble sulfur and the like.
  • the content of the vulcanizing agent is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component. When the content is 0.1 part by mass or more, the vulcanization can be sufficiently advanced, and when the content is 10 parts by mass or less, the aging resistance of the vulcanized rubber can be suppressed.
  • the content of the vulcanizing agent in the rubber composition is more preferably 0.5 to 7 parts by mass, and further preferably 0.7 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the rubber composition of the present invention contains, in addition to the above components, if necessary, a compounding agent usually used in the rubber industry, such as a softening agent (aromatic oil etc.), stearic acid, an antioxidant, zinc oxide. (Zinc white), a vulcanization accelerator, etc. may be appropriately selected and contained within a range not impairing the object of the present invention.
  • a compounding agent usually used in the rubber industry such as a softening agent (aromatic oil etc.), stearic acid, an antioxidant, zinc oxide. (Zinc white), a vulcanization accelerator, etc. may be appropriately selected and contained within a range not impairing the object of the present invention.
  • the rubber composition is produced by blending each component including a rubber component, silica, and a water-soluble inorganic filler having a whisker structure, and kneading the mixture using a kneader such as a Banbury mixer, a roll, an internal mixer. be able to.
  • the kneading of each component may be carried out in one step in all, or may be carried out in two or more steps.
  • components that are less likely to contribute to vulcanization or acceleration of vulcanization of the rubber component such as a rubber component, a softening agent, a filler, and a silane coupling agent, by the stage before the final stage.
  • knead a stearin agent, an antiaging agent and the like vulcanize the rubber component in the final stage, and further mix and knead a component that promotes vulcanization.
  • the kneading of components that do not contribute to the vulcanization or acceleration of vulcanization of the rubber component may be further divided into two or more stages.
  • the maximum temperature in the first stage of kneading is preferably 140 to 160°C, and the maximum temperature in the second stage is preferably 90 to 120°C.
  • the rubber composition for a tread of the present invention contains the rubber composition of the present invention described above.
  • the rubber composition of the present invention is vulcanized, and the tire molded into a tire shape has excellent steering stability, and also has excellent wet grip performance. Therefore, the rubber composition of the present invention is used to produce a tread rubber of a tire. Is excellent in Therefore, the rubber composition of the present invention is preferably a tread rubber composition.
  • the pneumatic tire of the present invention comprises the rubber composition of the present invention.
  • the tire may be obtained by vulcanizing after molding using an unvulcanized rubber composition according to the type or member of the tire to be applied, or once subjected to a prevulcanization step, etc., and once unvulcanized rubber composition It may be obtained by obtaining a semi-vulcanized rubber from a product, molding it using the semi-vulcanized rubber, and then further vulcanizing it.
  • the rubber composition of the present invention containing various components is processed into a tire tread at an unvulcanized stage, and is pasted and molded by a usual method on a tire molding machine to mold a raw tire.
  • the raw tire is heated and pressed in a vulcanizer to obtain a tire.
  • the storage elastic modulus (E') of the vulcanized rubber was measured using a spectrometer manufactured by Ueshima Seisakusho under the conditions of a temperature of 30°C, an initial strain of 2%, a dynamic strain of 1%, and a frequency of 52 Hz.
  • the storage elastic modulus (E′) of Comparative Example 3 was set to 100 and indexed. The larger the index, the better the steering stability of the tire obtained from the vulcanized rubber.
  • Water-soluble inorganic filler C trade name “magnesium sulfate MN-00” manufactured by Mawai Kasei Co., Ltd.
  • Water-insoluble inorganic filler D manufactured by Showa Denko KK, trade name "Hidilite H-43M” (aluminum hydroxide: 99.6%, sodium oxide: 0.40% and the like; granular without whisker structure) filler)
  • the water-soluble inorganic filler A2 (inorganic filler obtained by modifying the water-soluble inorganic filler A1 with ⁇ -lipoic acid) was obtained as follows. Water-soluble inorganic filler A1 (5.0 g) and ⁇ -lipoic acid (1.5 g) were added to toluene and mixed, stirred at 80° C., and suction-filtered to obtain a solid content. Crystals purified by dissolving the solid content in toluene at 80° C. and suction filtration to obtain a solid content were used as a water-soluble inorganic filler A2.
  • the average fiber diameter, the average fiber length, and the aspect ratio of the water-soluble inorganic fillers A1, A2, A3, and B are calculated from enlarged images by a scanning electron microscope (FE-SEM S-4800 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). It can be calculated by measuring the fiber diameter and fiber length of 100 basic magnesium sulfates and determining the number average value thereof.
  • Comparative Example 3 in place of the addition of basic magnesium sulfate, Comparative Example 4 using an anhydrous salt of magnesium sulfate and Comparative Example 5 using a water-insoluble inorganic filler also have steering stability or wetness. The grip performance has deteriorated. Even if the basic magnesium sulfate was included as in Comparative Example 6, when (a)/(b) was less than 2.5, the steering stability evaluation was increased, while the wet grip performance evaluation was decreased.

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Abstract

操縦安定性とウェットグリップ性能に優れる空気入りタイヤ、並びに、該タイヤが得られるゴム組成物及びトレッド用ゴム組成物を提供する。ゴム組成物は、ゴム成分と、シリカと、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とを含有し、前記水溶性無機充填剤の含有量(b)に対する前記シリカの含有量(a)の質量比〔(a)/(b)〕が2.5~40である。

Description

ゴム組成物、トレッド用ゴム組成物、及び空気入りタイヤ
 本発明は、ゴム組成物、トレッド用ゴム組成物、及び空気入りタイヤに関する。
 従来より、車両の安全性を向上させる観点から、乾燥路面のみならず、湿潤路面、氷雪路面等の様々な路面上でのタイヤの制動性、駆動性等を向上させるために、種々の検討がなされている。
 例えば、加工性、耐摩耗性を低下させることなく、電気伝導性、低発熱性を維持したウェットグリップ性能に優れたゴム組成物を提供することを目的として、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、補強用充填剤として、シリカが固定化されたカーボンブラックを20~100重量部および平均粒子径が0.1~10μmでBET比表面積が20m/g以上の水酸化アルミニウムを5~30重量部配合することが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000-281833号公報
 しかしながら、特許文献1に記載のゴム組成物では、ウェットグリップ性能が不十分であった。
 本発明は、操縦安定性とウェットグリップ性能に優れる空気入りタイヤ、並びに、該タイヤが得られるゴム組成物及びトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とし、該目的を解決することを課題とする。
<1> ゴム成分と、シリカと、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とを含有し、前記水溶性無機充填剤の含有量(b)に対する前記シリカの含有量(a)の質量比〔(a)/(b)〕が2.5~40であるゴム組成物である。
<2> 前記質量比〔(a)/(b)〕が2.5~15である<1>に記載のゴム組成物である。
<3> 前記水溶性無機充填剤が、塩基性硫酸マグネシウムである<1>または<2>に記載のゴム組成物である。
<4> 前記水溶性無機充填剤は、平均繊維径が0.1~1.0μmであり、平均繊維長が6~100μmであるウイスカ構造を有する<1>~<3>のいずれか1つに記載のゴム組成物である。
<5> 前記水溶性無機充填剤が、MgSO・5Mg(OH)・nHO(n=0~3の整数)及びMgSO・5MgO・nHO(n=0~8の整数)からなる群より選択される少なくとも1つを含む<1>~<4>のいずれか1つに記載のゴム組成物である。
<6> 前記シリカ及び前記水溶性無機充填剤の合計量が、前記ゴム成分100質量部に対して65~100質量部である<1>~<5>のいずれか1つに記載のゴム組成物である。
<7> <1>~<6>のいずれか1つに記載のゴム組成物を含むトレッド用ゴム組成物である。
<8> <1>~<6>のいずれか1つに記載のゴム組成物を用いた空気入りタイヤである。
 本発明によれば、操縦安定性とウェットグリップ性能に優れる空気入りタイヤ、並びに、該タイヤが得られるゴム組成物及びトレッド用ゴム組成物を提供することができる。
<ゴム組成物>
 本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、シリカと、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とを含有し、前記水溶性無機充填剤の含有量(b)に対する前記シリカの含有量(a)の質量比〔(a)/(b)〕が2.5~40である。
 以下、「ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤」を、単に「水溶性無機充填剤」と称することがある。
 従来は、タイヤの操縦安定性を優先して、ゴム組成物に充填剤を多く入れたり、ゴム成分の網目構造を密にする手法により、ゴム組成物を加硫して得られる加硫ゴムの弾性率を上げることがあった。しかし、タイヤの弾性率が上がると、タイヤの接地性が悪化して、ウェットグリップ性能等の制動性能が低下してしまうことがあり、操縦安定性とウェットグリップ性能とは二律背反の関係にあった。
 これに対し、本発明のゴム組成物を用いた空気入りタイヤ(以下、単に「タイヤ」と称することがある)は、優れた操縦安定性とウェットグリップ性能とを両立することができる。
 これは、次の理由によるものと推察される。
 本発明のゴム組成物は、充填剤として、所定量のシリカとウイスカ(Whisker)構造を有する水溶性無機充填剤とを含有する。
 ウイスカ構造とは、針状ないし髭状に成長した繊維質の結晶構造をいう。ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤がゴム成分と共にゴム組成物に含まれることで、粒子状の充填剤のみが含まれる場合に比べ、ゴム成分と水溶性無機充填剤とのネットワーク形成が発達し易いと考えられる。また、無機充填剤が水溶性で、シリカと併用されることで、水溶性無機充填剤とシリカとのネットワークも形成されると考えられる。そのため、ゴム組成物中の水溶性無機充填剤の含有量が少なくても、加硫ゴムの弾性率を向上し易く、タイヤの操縦安定性を高めることができると考えられる。
 更には、ゴム組成物に水溶性無機充填剤が含まれることで、ゴム組成物から得られるタイヤ表面も、水になじみ易くなり、接地性も向上することから、ウェットグリップ性能が向上すると考えられる。また、タイヤが摩耗により擦り減っても、タイヤ中に含まれている水溶性無機充填剤が、新たにタイヤ表面に露出することから、ウェットグリップ性能が永続すると考えられる。
 以上より、本発明のゴム組成物を用いたタイヤは、操縦安定性とウェットグリップ性能に優れると考えられる。
 以下、本発明のゴム組成物の詳細について説明する。
〔ゴム成分〕
 本発明のゴム組成物に用いるゴム成分としては、特に制限はなく、天然ゴム(NR)の他、ポリイソプレンゴム(IR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル-ブタジエンゴム(NBR)等の合成ゴムを使用することができる。これらゴム成分は、1種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。
 中でも、天然ゴム、ポリイソプレンゴム(IR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、及びポリブタジエンゴム(BR)が好ましく、天然ゴム(NR)及びスチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)がより好ましく、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)が更に好ましい。
〔充填剤〕
 本発明のゴム組成物は、充填剤として、シリカと、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とを含有し、水溶性無機充填剤の含有量(b)に対するシリカの含有量(a)の質量比〔(a)/(b)〕が2.5~40である。
 ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とシリカとを上記の量範囲で併用することで、両者の相互作用が十分に得られ、加硫ゴムの弾性率を高め、タイヤの操縦安定性を高めることができる。
本発明のゴム組成物は、充填剤として、更に、カーボンブラック等の他の充填剤を含んでいてもよい。
(シリカ)
 シリカは特に限定されず、一般グレードのシリカ、シランカップリング剤などで表面処理を施した特殊シリカなど、用途に応じて使用することができる。シリカは、例えば、湿式シリカを用いることが好ましい。
 なお、シリカは、通常、粒子状であり、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とは区別される。
 ゴム組成物中のシリカの含有量は、タイヤの弾性率を向上し、操縦安定性を向上する観点から、ゴム成分100質量部に対して、30~120質量部であることが好ましく、35~120質量部であることがより好ましく、40~95質量部であることが更に好ましい。
(ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤)
 ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤とは、既述のように、針状ないし髭状に成長した繊維質の結晶構造を有する水溶性無機充填剤をいい、具体的には、平均繊維径が0.1~1.0μmであり、平均繊維長が6~100μmである構造をいう。
 また、水溶性無機充填剤とは、20℃における、水への溶解度が、0.01g/L以上である無機充填剤をいう。
 水溶性無機充填剤は、ウイスカ構造を維持し、ゴム組成物中のネットワーク形成を高める観点から、平均繊維径が0.5~1.0μmであることが好ましく、また、平均繊維長が10~50μmであることが好ましく、13~30μmであることがより好ましい。水溶性無機充填剤の平均アスペクト比(平均繊維長〔μm〕/平均繊維径〔μm〕)は、10~100であることが好ましく、15~60であることがより好ましい。
 水溶性無機充填剤を構成し得る水溶性無機化合物としては、アルカリ金属塩;ベリリウム又はマグネシウムの硫酸塩等が挙げられる。アルカリ金属塩としては、例えば、アルカリ金属の塩化物、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩等があり、アルカリ金属としてナトリウムを例に挙げれば、具体的には、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等が挙げられる。
 以上の水溶性無機化合物の中で、ウイスカ構造を有する化合物は、本発明におけるウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤となり得る。中でも、硫酸マグネシウムがウイスカ構造を有し易い。ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤としては、塩基性硫酸マグネシウムが好ましく、より具体的には、ASTM No.7-415記載の次の示性式が挙げられる。
MgSO・5Mg(OH)・nHO(n=0~3の整数)。
 または、次の示性式で表されるもの等が挙げられる。
MgSO・5MgO・nHO(n=0~8の整数)。
 塩基性硫酸マグネシウムは、水溶性無機充填剤の表面に水酸基を有し、シリカとの相互作用が高いため、ネットワークを形成し、架橋ゴムの弾性率を高め易い。
 ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤は、ゴム成分に対して反応可能な官能基を有していてもよい。水溶性無機充填剤が、ゴム成分に対して反応可能な官能基を有する化合物で修飾されていることで、水溶性無機充填剤とゴム成分とが化学結合を形成し、架橋ゴムの耐摩耗性を向上することができる。
 ゴム成分に対して反応可能な官能基は、例えば、硫黄原子を有する基が挙げられ、ジスルフィド結合(-S-S-)を有する基が好ましい。
 ゴム成分に対して反応可能な官能基を有する化合物としては、αリポ酸(チオクト酸)、ジチオジグリコール酸、3,3’-ジチオジプロピオン酸、4,4’-ジチオ二酪酸等が挙げられる。
 ゴム組成物中のウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤の含有量は、操縦安定性を向上し、かつウェットグリップ性能を向上する観点から、ゴム成分100質量部に対して、0.5~30質量部であることが好ましく、1~25質量部であることがより好ましく、3~23質量部であることが更に好ましく、5~20質量部であることがより更に好ましい。
 水溶性無機充填剤の含有量(b)に対するシリカの含有量(a)の質量比〔(a)/(b)〕は2.5~40であり、2.5~15であることが好ましく、3.0~15であることがより好ましい。当該質量比が上記範囲であることで、シリカと水溶性無機充填剤のネットワークが発達しやすく、弾性率向上によって操縦安定性が向上、ウェットグリップ性能が向上すると考えられる。
(カーボンブラック)
 カーボンブラックは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。カーボンブラックは、例えば、FEF、SRF、HAF、ISAF、SAFグレードのものが好ましく、HAF、ISAF、SAFグレードのものがより好ましい。
 ゴム組成物中のカーボンブラックの含有量は、加硫ゴムの弾性率を向上する観点から、ゴム成分100質量部に対して、1~60質量部であることが好ましく、5~50質量部であることがより好ましい。
 本発明のゴム組成物中のシリカと、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤の合計量は、シリカと水溶性無機充填剤のネットワーク発達による操縦安定性とウェットグリップ性能の向上の観点から、ゴム成分100質量部に対して、65~100質量部であることが好ましく、75~95質量部であることがより好ましい。
 既述のように、本発明のゴム組成物は、充填剤同士のネットワーク形成に優れた水溶性無機充填剤を含む上、シリカも含むため、充填剤の量が少なくても架橋ゴムの弾性率を高めることができ、ゴム成分100質量部に対して100質量部以下とすることができる。また、ゴム成分100質量部に対して65質量部以上とすることで、操縦安定性をより向上し、ウェットグリップ性能をより向上することができる。
〔加硫剤〕
 本発明のゴム組成物は、加硫剤を含有することが好ましい。
 加硫剤は、特に制限はなく、通常、硫黄を用い、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄等を挙げることができる。
 本発明のゴム組成物においては、当該加硫剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.1~10質量部が好ましい。この含有量が0.1質量部以上であることで加硫を充分に進行させることができ、10質量部以下をとすることで、加硫ゴムの耐老化性を抑制することができる。
 ゴム組成物中の加硫剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.5~7質量部であることがより好ましく、0.7~4質量部であることが更に好ましい。
 本発明のゴム組成物は、上記成分の他に、必要に応じて、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、軟化剤(アロマティックオイル等)、ステアリン酸、老化防止剤、酸化亜鉛(亜鉛華)、加硫促進剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して含有していてもよい。
 ゴム組成物は、ゴム成分、シリカ、ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤を含む各成分を配合して、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサー等の混練機を用いて混練することによって、製造することができる。
 各成分の混練は、全1段階で行ってもよいし、2段階以上に分けて行ってもよい。混練を2段階以上に分ける場合は、最終段階よりも前の段階までに、ゴム成分の加硫または加硫促進に寄与しにくい成分、例えば、ゴム成分、軟化剤、充填剤、シランカップリング剤、ステアリン剤、老化防止剤等を混練し、最終段階で、ゴム成分を加硫し、また加硫を促進する成分を更に配合して混練することが好ましい。ゴム成分の加硫または加硫促進に寄与しにくい成分の混練を、更に2段階以上に分けてもよい。
 中でも、水溶性無機充填剤のウイスカ構造を維持する観点から、混練を2段階以上に分け、かつ、水溶性無機充填剤を最終段階に配合することが好ましい。
 また、2段階で混練する場合、混練の第1段階の最高温度は、140~160℃とすることが好ましく、第2段階の最高温度は、90~120℃とすることが好ましい。
<トレッド用ゴム組成物>
 本発明のトレッド用ゴム組成物は、既述の本発明のゴム組成物を含む。
 本発明のゴム組成物を、加硫し、タイヤ形状に成形されたタイヤは、操縦安定性に優れ、かつウェットグリップ性能にも優れることから、本発明のゴム組成物はタイヤのトレッドゴムの製造に優れている。よって、本発明のゴム組成物はトレッド用ゴム組成物であることが好ましい。
<空気入りタイヤ>
 本発明の空気入りタイヤは、本発明のゴム組成物を用いてなる。
 本発明のトレッド用ゴム組成物を用いて、タイヤトレッドを製造し、該タイヤトレッドを備えるタイヤを製造してもよい。
 本発明のタイヤは、既述の構成の本発明のゴム組成物を用いているため、操縦安定性とウェットグリップ性能の両方に優れる。
 タイヤは、適用するタイヤの種類や部材に応じ、未加硫のゴム組成物を用いて成形後に加硫して得てもよく、または予備加硫工程等を経て、一旦未加硫のゴム組成物から半加硫ゴムを得た後、これを用いて成形後、さらに本加硫して得てもよい。
 例えば、各種成分を含有させた本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤトレッドに加工し、タイヤ成形機上で通常の方法により貼り付け成形し、生タイヤを成形する。この生タイヤを加硫機中で加熱及び加圧して、タイヤが得られる。
 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。
<ゴム組成物の調製及びタイヤの作製>
 表1及び表2の配合に従って、2段階で各成分を配合して混練し、実施例及び比較例のゴム組成物を得た。得られた各ゴム組成物を加硫し、操縦安定性及びウェットグリップ性能の評価を行なった。評価結果を表2に示す。
<評価>
(1)操縦安定性
 加硫ゴムの貯蔵弾性率(E’)を、上島製作所社製スペクトロメーターを用い、温度30℃、初期歪2%、動歪1%、周波数52Hzの条件で測定した。比較例3の貯蔵弾性率(E’)を100として、指数表示した。
 指数が大きい程、加硫ゴムから得られるタイヤの操縦安定性が良好であることを意味する。
(2)ウェットグリップ性能(湿潤路面での制動性)
 BPST(British Portable Skid Resistance Tester)を用いて、ASTM E303に準拠して湿潤路面での加硫ゴムの耐ウェットスキッド性を評価した。比較例3の測定値を100として指数表示した。指数値が大きい程、加硫ゴムから得られるタイヤの耐ウェットスキッド性が良好であることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1中の成分の詳細は次のとおりである。
SBR:JSR株式会社製、溶液重合スチレン-ブタジエン共重合体ゴム、商品名「SL552」
アロマティックオイル:三共油化工業株式会社、商品名「A/Oミックス」
カーボンブラック:東海カーボン株式会社製、ISAF-HS、商品名「シースト7HM」
シリカ:東ソー・シリカ株式会社製、商品名「Nipsil AQ」
シランカップリング剤:Evonik社製シランカップリング剤、商品名「Si75」
老化防止剤:大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクラック6C」
加硫促進剤DPG:三新化学工業株式会社製、商品名「サンセラーD」
加硫促進剤DM:三新化学工業株式会社製、商品名「サンセラーDM」
加硫促進剤NS:三新化学工業株式会社製、商品名「サンセラーNS」
 表1及び表2中の無機充填剤の詳細は次のとおりである。
水溶性無機充填剤A1:宇部マテリアルズ株式会社製、商品名「モスハイジ(粉状品)」(MgSO・5Mg(OH)・3HO、平均繊維径=0.6μm、平均繊維長=16μm、アスペクト比=27、水に対する溶解度(20℃)=0.046g/L)
水溶性無機充填剤A2:水溶性無機充填剤A1をαリポ酸で修飾した無機充填剤(平均繊維径=0.6μm、平均繊維長=16μm、アスペクト比=27、水に対する溶解度(20℃)=0.046g/L)
水溶性無機充填剤A3:水溶性無機充填剤A1をボールミルで粉砕し、構造性をなくしたもの(平均繊維径=0.6μm、平均繊維長=5μm、アスペクト比=8、水に対する溶解度(20℃)=0.046g/L)
水溶性無機充填剤B:宇部マテリアルズ株式会社製、商品名「モスハイジ(P粉状品)」(MgSO・5Mg(OH)・3HO、平均繊維径=0.6μm、平均繊維長=14μm、アスペクト比=23、水に対する溶解度(20℃)=0.046g/L)
水溶性無機充填剤C:馬居化成工業株式会社製、商品名「硫酸マグネシウムMN-00」(MgSO無水塩、ウイスカ構造を有しない粒状充填剤)
非水溶性無機充填剤D:昭和電工株式会社製、商品名「ハイジライトH-43M」(水酸化アルミニウム:99.6%、酸化ナトリウム:0.40%等を含む;ウイスカ構造を有しない粒状充填剤)
 なお、水溶性無機充填剤A2(水溶性無機充填剤A1をαリポ酸で修飾した無機充填剤)は、次のようにして得た。
 トルエンに、水溶性無機充填剤A1(5.0g)とαリポ酸(1.5g)とを添加して混合し、80℃で攪拌した後、吸引濾過して、固形分を得た。該固形分を80℃でトルエンに溶解し、吸引濾過して、固形分を得る工程を繰り返して精製した結晶を水溶性無機充填剤A2とした。
 水溶性無機充填剤A1、A2、A3、Bの平均繊維径、平均繊維長、及びアスペクト比は、走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、FE-SEM S-4800)による拡大画像から、塩基性硫酸マグネシウム100本の繊維径及び繊維長を測定し、その個数平均値を求めることにより算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2からわかるように、実施例のゴム組成物を用いると、ウイスカ構造を有しない塩基性硫酸マグネシウムを用いた比較例3のゴム組成物を用いた場合に比べ、操縦安定性とウェットグリップ性能の両方に優れることがわかる。
 比較例3において、塩基性硫酸マグネシウムを含まないほかは同じ構成の比較例1では、操縦安定性が低下し、塩基性硫酸マグネシウムの添加に代えてシリカを10部多くした比較例2では、操縦安定性は向上するものの、ウェットグリップ性能が低下した。また、比較例3において、塩基性硫酸マグネシウムの添加に代えて、硫酸マグネシウムの無水塩を用いた比較例4と、非水溶性の無機充填剤を用いた比較例5も、操縦安定性又はウェットグリップ性能が低下した。
 比較例6のように、塩基性硫酸マグネシウムを含んでいても、(a)/(b)が2.5を下回る場合は、操縦安定性評価が上がる一方で、ウェットグリップ性能評価は低下した。

Claims (8)

  1.  ゴム成分と、
     シリカと、
     ウイスカ構造を有する水溶性無機充填剤と
    を含有し、
     前記水溶性無機充填剤の含有量(b)に対する前記シリカの含有量(a)の質量比〔(a)/(b)〕が2.5~40であるゴム組成物。
  2.  前記質量比〔(a)/(b)〕が2.5~15である請求項1に記載のゴム組成物。
  3.  前記水溶性無機充填剤が、塩基性硫酸マグネシウムである請求項1又は2に記載のゴム組成物。
  4.  前記水溶性無機充填剤は、平均繊維径が0.1~1.0μmであり、平均繊維長が6~100μmであるウイスカ構造を有する請求項1~3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  5.  前記水溶性無機充填剤が、MgSO・5Mg(OH)・nHO(n=0~3の整数)及びMgSO・5MgO・nHO(n=0~8の整数)からなる群より選択される少なくとも1つを含む請求項1~4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  6.  前記シリカ及び前記水溶性無機充填剤の合計量が、前記ゴム成分100質量部に対して65~100質量部である請求項1~5のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載のゴム組成物を含むトレッド用ゴム組成物。
  8.  請求項1~6のいずれか1項に記載のゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。

     
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