JP2007009160A - ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 ゴム組成物の加硫挙動と転がり抵抗との関係を把握することで、ゴム組成物の加硫挙動に基づいて低転がり抵抗化を図ることができるゴム組成物を提供する。
【解決手段】 スチレンブタジエンゴムを４０重量部以上含むジエン系ゴム成分１００重量部に対して、硫黄を０．５〜５重量部と加硫促進剤、及び窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が６０〜１２０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックとを含むゴム組成物において、１６０℃で測定された加硫曲線から得られる１０％加硫時間（ｔ１０）と９０％加硫時間（ｔ９０）とが、（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０≦１、及び２＜ｔ１０の条件を共に満たすことを特徴とするゴム組成物である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ゴム組成物に関し、特にタイヤトレッドに用いてタイヤの転がり抵抗を低減することができるゴム組成物、及びそれを適用した空気入りタイヤに関する。

近年、省エネルギー化の社会的要請として、低燃費タイヤの開発が進められており、その対策の一つとしてタイヤ軽量化、長寿命化、及びタイヤの転がり抵抗の低減、すなわちゴム組成物のヒステリシスロスの低減化、低発熱性等の検討が行われている。

しかし、前者ではタイヤの薄肉化は限界に達しており耐摩耗性や操縦安定性低下の問題が生じ、後者ではポリマーのミクロ構造を調整した溶液重合や乳化重合のスチレンブタジエンゴムと、カーボンブラック、シリカなどの補強剤、連鎖移動剤や加工助剤など添加剤を組み合わせたゴム配合面からの低転がり抵抗化の検討が多くなされている。

例えば、特定のスチレン含量と分子量の乳化重合スチレンブタジエンゴムに、国定のカーボンブラックとシリカを配合することで、転がり抵抗とウェットスキッド性能を改良し、かつ耐摩耗性を向上することが開示され（特許文献１）、それら多くの技術改良により転がり抵抗の低減効果を奏するものとなっている。
特開２００２−２４１５４２号公報

従来より、上記のようにポリマーの改良やブレンド技術の改良、カーボンブラックやシリカなどの補強剤の改質、添加剤の改良、或いは加硫系の変更や変量などの多くの検討がなされてきたが、ゴムの加硫挙動面からのゴム特性、中でも転がり抵抗についての検討は十分になされておらず、加硫挙動と転がり抵抗との関係は把握されていないのが実情である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ゴム組成物の加硫挙動と転がり抵抗との関係を把握することで、ゴム組成物の加硫挙動に基づいて低転がり抵抗化を図ることができるゴム組成物を提供するものである。

本発明者は、主にタイヤトレッド用に用いられるゴム組成物について、加硫挙動と転がり抵抗との関係を鋭意検討した結果、１０％加硫時間（ｔ１０）と９０％加硫時間（ｔ９０）との間に転がり抵抗との相関関係があることを知り得たもので、すなわち、ｔ９０に対してｔ１０が所定の範囲にあり、かつｔ１０とｔ９０とが所定の関係にあるゴム組成物が転がり抵抗に対して有利であることを見出したものである。

すなわち、本発明は、スチレンブタジエンゴムを４０重量部以上含むジエン系ゴム成分１００重量部に対して、硫黄を０．５〜５重量部と加硫促進剤、及び窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が６０〜１２０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックとを含むゴム組成物において、１６０℃で測定された加硫曲線から得られる１０％加硫時間（ｔ１０）と９０％加硫時間（ｔ９０）とが、（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０≦１、及び２＜ｔ１０の条件を共に満たすことを特徴とするゴム組成物である。

本発明のゴム組成物においては、前記ゴム成分１００重量部に対して、前記加硫促進剤としてスルフェンアミド系加硫促進剤１．３〜２．２重量部とグアニジン系加硫促進剤０〜０．５重量部とを含み、その合計量が２．４重量部以下であることが好ましい。

そして、上記ゴム組成物をトレッド部に適用することで、低転がり抵抗性に優れる空気入りタイヤとすることができる。

本発明のゴム組成物は、その加硫挙動からｔ９０に対してｔ１０に長い時間が費やされる程未加硫時のポリマーへの熱の付与が多くなり、次いでポリマーがある程度加熱された状態で加硫が急速に進むことにより架橋密度が適正化されることでゴム特性が向上し、転がり抵抗の低減に寄与するものと推測される。

本発明のゴム組成物によれば、転がり抵抗を低減するとともに耐摩耗性やウェットスキッド性能などのゴム特性を維持させることができ、このゴム組成物を用いた空気入りタイヤは低燃費タイヤとして経済的効果を有するものとなる。

本発明のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を４０重量部以上含むジエン系ゴム成分１００重量部に対して、硫黄を０．５〜５重量部と加硫促進剤、及び窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）（ＡＳＴＭ Ｄ３０３７に準じる測定値）が６０〜１２０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックとを構成成分として含むものである。

ＳＢＲとしては、重合方法やスチレン量、ビニル含量などのミクロ構造、分子量、或いは水酸基やアミノ基等の官能基による末端変性の有無などにより制限されることはないが、強度や低発熱性、耐摩耗性、加工性等に優れる従来よりタイヤトレッド用等に用いられる溶液重合或いは乳化重合により得られるＳＢＲの中から選択し使用することができる。このＳＢＲはゴム主成分として４０重量部以上、好ましくは５０重量部以上含まれることがトレッド用ゴムの基本的ゴム特性を発揮させる点で望ましい。

上記ＳＢＲは、例えば、スチレン量が１５〜４５重量％、より好ましくは２０〜４０重量％にあり、ビニル含量は３０〜６０重量％程度であるものが転がり抵抗や耐摩耗性に有利であり好適である。スチレン量が４５重量％を超えるとガラス転移温度（Ｔｇ）が上昇し、ウエット性能は維持されるが、転がり抵抗が大きくなり、さらに耐摩耗性が低下傾向を示すようになり、ビニル含量を上記範囲とすることでＳＢＲのＴｇを適正な範囲とすることができる。

本発明では、上記ＳＢＲを主ゴム成分とするブレンドゴムで構成することができ、この場合の他のゴム成分としては、上記ＳＢＲ以外のジエン系ゴムであれば特に制限されない。これらのジエン系ゴムとしては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、上記ＳＢＲ以外のＳＢＲ、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）等が挙げられ、これらの１種又は２種以上から選択されブレンド使用される。

本発明のゴム組成物には、加硫剤としてゴム用粉末硫黄、オイル処理硫黄などの硫黄がゴム成分１００重量部に対して０．５〜５重量部、好ましくは１〜３重量部含まれる。硫黄量が０．５重量部未満では加硫速度が遅く架橋密度も低くなり、５重量部を超えると加硫ゴムの硬度が高くなり転がり抵抗や耐摩耗性に悪影響し、リバージョンの問題も生じてくる。

加硫促進剤としては、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＣＺ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＮＳ）、Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド（ＤＺ）などのスルフェンアミド系、１，３−ジフェニルグアニジン（Ｄ）、１，３−ジ−Ｏ−トリルグアニジン（ＤＴ）などのグアニジン系、ジ−２−ベンゾチアゾリルジスルフィド（ＤＭ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（Ｍ）などのチアゾール系、テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＴ）などのチウラム系の加硫促進剤が挙げられる。

本発明のゴム組成物においては、上記加硫促進剤の中で、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して、スルフェンアミド系加硫促進剤１．３〜２．２重量部とグアニジン系加硫促進剤０〜０．５重量部とを配合使用することが好ましく、両者の合計量は２．４重量部以下であることが好ましい。

スルフェンアミド系加硫促進剤を用いることで、その加硫遅効性効果によりｔ１０をコントロールし、グアニジン系加硫促進剤を併用することでｔ９０，すなわち適正加硫時間をコントロールすることができ、この両者を適量配合することで（グアニジン系加硫促進剤は含まなくてもよい場合がある）、ｔ１０とｔ９０をコントロールしやすくすることができる。

上記スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が、１．３重量部未満であると加硫遅効効果が不十分でｔ１０が短縮され、２．２重量部を超えるとスコーチ性やブルーム性が悪化し加硫安定性が低下し、工程性も悪化する。スルフェンアミド系としては、ＣＺ、ＮＳ，ＤＺ等の加硫促進剤が好ましい。

また、グアニジン系加硫促進剤の配合量が０．５０重量部を超えると加硫速度が速くなりｔ１０が２分未満となり、焼けの問題も生じ好ましくない。グアニジン系としてはＤ、ＤＴ等の加硫促進剤が好ましい。

また、本発明のゴム組成物には、Ｎ_２ＳＡが６０〜１２０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックが配合される。カーボンブラックのＮ_２ＳＡが６０ｍ^２／ｇ未満では耐摩耗性が不十分であり、１２０ｍ^２／ｇを超えると混合中の分散性が低下し、発熱も大きくなって転がり抵抗を増加させ低燃費用ゴム組成物として好ましくない。このようなカーボンブラックの例としては、ＨＡＦ，ＩＳＡＦ、ＳＡＦが挙げられ、その配合量はジエン系ゴム成分１００重量部に対して４０〜１２０重量部程度であり、４０重量部未満では補強性、耐摩耗性が低下し、１２０重量部を超えると分散性が悪化し転がり抵抗などのゴム特性が得られない。

本発明のゴム組成物は、上記の配合系において、１６０℃で測定された加硫曲線から得られる１０％加硫時間（ｔ１０）と９０％加硫時間（ｔ９０）とが、（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０≦１、及び２＜ｔ１０の条件を共に満たす必要がある。

この条件を満たすゴム組成物は、その加硫挙動からｔ９０に対してｔ１０に長い時間が費やされる程未加硫時のポリマーへの熱の付与が多くなり、次いでポリマーがある程度加熱された状態で加硫が急速に進むことにより架橋密度が適正化されることでゴム特性が向上される結果、転がり抵抗を低減するとともに耐摩耗性やウェットスキッド性能などのゴム特性を両立させることができる。

本発明のゴム組成物には、上記ゴム成分と配合成分に加えて、通常の各種ゴム用配合剤、例えば、シリカ、シランカップリング剤、加硫促進助剤、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、老化防止剤、クレーや炭酸カルシウムなどを適宜配合することができ、その配合量も本発明の効果を損なわない範囲で用いることができる。

本発明のゴム組成物は、上記ゴム成分と各種配合剤を配合しバンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどの各種混練機を使用して常法に従い作製することができ、タイヤのトレッドを始めとしてサイドウォール、ビード部などのタイヤ各部位に、また防振ゴムや各種の工業用ゴム製品に使用することができる。特に、転がり抵抗に優れたタイヤトレッド用ゴムとして好適に使用される。

以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

下記のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）をゴム成分とし、下記の硫黄と各種加硫促進剤を表１に記載の配合量で調整し、各ゴム組成物を容量２０リットルのバンバリーミキサーを用いて混合しゴム組成物を作製した。なお、評価条件として各ゴム組成物の引張モジュラス（ＪＩＳ Ｋ６２５１に従う３００％モジュラス）を比較例３（コントロール）の３００％モジュラスの±２Ｍｐａ内に調整するため、他の実施例、比較例のゴム組成物においてオイルの配合量を変量した。

［ＳＢＲ、硫黄、加硫促進剤］
・ＳＢＲ：旭化成工業（株）、ＴＵＦＤＥＮＥ ３３３５
・硫黄：細井化学工業（株）、ゴム用粉末硫黄１５０メッシュ
・加硫促進剤ＣＺ：大内新興化学工業製、ノクセラーＣＺ
・加硫促進剤ＮＳ：大内新興化学工業製、ノクセラーＮＳ
・加硫促進剤Ｄ：大内新興化学工業製、ノクセラーＤ
・加硫促進剤ＤＭ：大内新興化学工業製、ノクセラーＤＭ

［共通配合成分（配合量）］
・カーボンブラック：７０重量部、昭和キャボット製、ショウブラックＮ３３０
・アロマオイル：比較例３は３７．５重量部、他は変量、ジャパンエナジー製、プロセスＸ−１４０
・亜鉛華：２重量部、三井金属鉱業製、亜鉛華１号
・ステアリン酸：１重量部、花王製、工業用ステアリン酸
・老化防止剤６Ｃ：２重量部、大内新興化学工業製、ノクラック６Ｃ

得られた各ゴム組成物について、アルファテクノロジーズ社製レオメーター、ＲＰＡ２０００型を使用し、温度１６０℃にて加硫曲線を求め、１０％加硫時間（ｔ１０（分））と９０％加硫時間（ｔ９０（分））を測定し、（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０の値を計算した。結果を表１に示す。

次ぎに、各ゴム組成物をトレッド部に適用したサイズ２０５／６０Ｒ１６のラジアルタイヤを製造し、各タイヤの転がり抵抗を下記の方法に従い評価し、その結果を比較例３のタイヤを１００とする指数で表１に示す。

［転がり抵抗］
１軸ドラム試験機を用い、内圧２００ｋＰａ、負荷荷重４００Ｋｇ、速度８０Ｋｍ／ｈでドラム上を走行する時の転がり抵抗を測定し、次式により各試験タイヤの転がり抵抗指数を計算した。値が小さいほど燃費性が良く良好である。 転がり抵抗（指数）＝（各試験タイヤの転がり抵抗）×１００／（比較例３のタイヤの転がり抵抗）

表１に示すように、ｔ１０が２分以上で、かつ（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０の値が１以下にある各実施例のゴム組成物では、転がり抵抗の改善効果が明確に現れることが分かる。これに対して、加硫促進剤Ｄの配合量が多い比較例１ではｔ１０が早くなり、加硫促進剤ＮＳの配合量が１．３重量部に満たない比較例２は、いずれも（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０≦１の条件が満たされず転がり抵抗の改善が満足できない結果となった。

本発明のゴム組成物は、乗用車、ライトトラック、トラック／バスなどの低燃費用空気入りタイヤのトレッドゴムとして好適に使用することができる。

Claims (3)

1. スチレンブタジエンゴムを４０重量部以上含むジエン系ゴム成分１００重量部に対して、硫黄を０．５〜５重量部と加硫促進剤、及び窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が６０〜１２０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックとを含むゴム組成物において、
   １６０℃で測定された加硫曲線から得られる１０％加硫時間（ｔ１０）と９０％加硫時間（ｔ９０）とが、（ｔ９０−ｔ１０）／ｔ１０≦１、及び２＜ｔ１０の条件を共に満たす
   ことを特徴とするゴム組成物。
2. 前記ゴム成分１００重量部に対して、前記加硫促進剤としてスルフェンアミド系加硫促進剤１．３〜２．２重量部とグアニジン系加硫促進剤０〜０．５重量部とを含み、その合計量が２．４重量部以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
3. 請求項１又は２に記載のゴム組成物をトレッド部に適用した
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。