JP2010159391A

JP2010159391A - ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2010159391A
Application number: JP2009135088A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishino; 崇石野
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】優れた低発熱性能を有し、車輌の低燃費化を達成できるタイヤを製造するためのゴム組成物の提供。
【解決手段】ゴム成分１００質量部に対して、シリカと、シランカップリング剤とを含み、前記シランカップリング剤は下記一般式（１）で示される結合単位Ａと下記一般式（２）で示される結合単位Ｂを

共重合してなるブロック共重合体またはランダム共重合体であり、かつシリカ１００質量部に対して２〜２０質量部含まれる、ベーストレッド用ゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物に関し、とくにタイヤ用ゴム組成物に関する。

従来、タイヤの転がり抵抗を低減させ（転がり抵抗性能の向上）、車輌の低燃費化が行われてきた。近年、低燃費化への要求が強くなってきており、タイヤ部材の中でもタイヤに占める占有比率の高いトレッドを製造するためのゴム組成物に対して、優れた低発熱性が要求されている。

ゴム組成物を低発熱化させる方法として、補強用充填材の配合量を低減する方法が知られているが、補強用充填材の配合量を低減すると、ゴム組成物の硬度が低下するためにタイヤが軟化し、車輌の操縦安定性やタイヤのウエットスキッド性能が低下するという問題があった。これらの問題を解決するために、充填材としてシリカなどが一般に使用されており、同時にシランカップリング剤も併用されている（特許文献１）。シランカップリング剤としては、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドなどのポリスルフィドシランが使用されているが、加工中に粘度上昇が発生するという問題があった。

一方で、シリカは加硫促進剤を吸収し、結果的に加硫速度を遅延させてしまうので、加硫系にも問題があった。

特開２００２−３６３３４６号公報

発明の目的は、優れた低発熱性能を有し、車輌の低燃費化を達成できるタイヤを製造するためのゴム組成物を提供することである。

本発明は、ゴム成分１００質量部に対して、シリカ１５〜１５０質量部と、シランカップリング剤とを含み、前記シランカップリング剤は下記一般式（１）で示される結合単位Ａと下記一般式（２）で示される結合単位Ｂを

（式中、ｘ、ｙはそれぞれ１以上の整数である。Ｒ₁は水素、ハロゲン原子、分岐若しくは非分岐の炭素１〜３０のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素２〜３０のアルケニル基、又は前記アルキル基若しくは前記アルケニル基の末端が水酸基若しくはカルボキシル基で置換されたものでもよい。Ｒ₂は水素、分岐若しくは非分岐の炭素１〜３０のアルキル基、又は分岐若しくは非分岐の炭素２〜３０のアルケニル基を示す。Ｒ₁とＲ₂とで環構造を形成してもよい。）
結合単位Ａと結合単位Ｂの合計量に対して、結合単位Ｂを１モル％〜７０モル％の割合で共重合してなるブロック共重合体またはランダム共重合体であり、かつシリカ１００質量部に対して２〜２０質量部含まれる、ベーストレッド用ゴム組成物である。

本発明は、前記ベーストレッド用ゴム組成物をベーストレッド部に用いた空気入りタイヤである。

本発明のゴム組成物によれば、優れた低発熱性能を有し、車輌の低燃費化を達成できる空気入りタイヤを提供することができる。

本発明に係る空気入りタイヤの右半分の断面図である。本発明に係る空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図である。

＜空気入りタイヤの構造＞
本発明に係る空気入りタイヤのトレッド部は、キャップ部とベース部とからなる２重構造を有する。

図１は、本発明に係る空気入りタイヤの一実施形態の右半分を示す断面図である。タイヤ１は、トレッド部２とサイドウォール部３とビード部と４を有している。さらに、ビード部４にはビードコア５が埋設される。また、一方のビード部４から他方のビード部にわたって設けられ、両端を折り返してビードコア５を係止するカーカス６と、該カーカス６のクラウン部外側の２枚のプライよりなるベルト層７とが配置されている。そしてトレッド部２は、接地面側のキャップ部２Ａと、ベルト層に隣接する側のベース部２Ｂの２層で構成されている。カーカス６とその折り返し部に囲まれる領域には、ビードコア５の上端からサイドウォール方向に延びるビードエーペックス８が配置される。

図２は、本発明に係る空気入りタイヤ１におけるトレッド部２の拡大図である。本発明に係るベーストレッド用ゴム組成物は、ベース部２に使用するものである。

＜ゴム組成物＞
本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対してシリカを１５〜１５０質量部、特定のシランカップリング剤をシリカ１００質量部に対して２〜２０質量部含有する。

＜ゴム成分＞
本発明に使用されるゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）および／またはジエン系合成ゴムである。ジエン系合成ゴムとしては、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレン−ブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）などがあげられ、本発明に使用されるゴム成分中に１種類または２種類以上含まれていてもよい。中でも、ＮＲとＢＲが好ましい。

＜シリカ＞
本発明に使用されるシリカは、とくに限定されるものではなく、乾式法シリカ、湿式法シリカがあげられ、湿式法シリカが好ましい。

シリカのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１００〜３００ｍ²／ｇが好ましい。シリカのＮ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満では、補強効果が小さく、３００ｍ²／ｇをこえると分散
性が低下し、ゴム組成物の発熱が増大する。シリカのＮ₂ＳＡの下限は、好ましくは１３
０ｍ²／ｇ、より好ましくは１５０ｍ²／ｇである。また、上限は、好ましくは２８０ｍ²
／ｇ、より好ましくは２５０ｍ²／ｇである。

シリカの配合量は、前記ゴム成分１００質量部に対して、１５〜１５０質量部である。シリカの配合量が１５質量部未満では、ゴム強度が低下し、１５０質量部をこえると、シリカのゴムへの分散が困難になり、加工性が低下する。低発熱性、作業性の面から、シリカ配合量の上限は、１２０質量部が好ましく、下限は４５質量部がより好ましい。

＜シランカップリング剤＞
本発明で使用するシランカップリング剤は、下記一般式（１）で示される結合単位Ａと下記一般式（２）で示される結合単位Ｂを

（式中、ｘ、ｙはそれぞれ１以上の整数である。Ｒ₁は水素、ハロゲン原子、分岐若しくは非分岐の炭素１〜３０のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素２〜３０のアルケニル基、又は前記アルキル基若しくは前記アルケニル基の末端が水酸基若しくはカルボキシル基で置換されたものでもよい。Ｒ₂は水素、分岐若しくは非分岐の炭素１〜３０のアルキル基、又は分岐若しくは非分岐の炭素２〜３０のアルケニル基を示す。Ｒ₁とＲ₂とで環構造を形成してもよい。）
結合単位Ａと結合単位Ｂの合計量に対して、結合単位Ｂを１モル％〜７０モル％の割合で共重合してなるブロック共重合体またはランダム共重合体である。

結合単位Ａと結合単位Ｂのモル比が前記条件を満たす場合、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドなどのポリスルフィドシランに比べ、加工中の粘度上昇が抑制される。これは結合単位Ａのスルフィド部分がＣ−Ｓ−Ｃ結合であるため、テトラスルフィドやジスルフィドに比べ熱的に安定であることから、ムーニー粘度の上昇が少ないためと考えられる。

さらに結合単位Ａと結合単位Ｂのモル比が前記条件を満たす場合、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシランに比べスコーチ短縮が抑制される。これは結合単位Ｂはメルカプトシランの構造を持っているが、結合単位Ａの−Ｃ₇Ｈ₁₅部分が
結合単位Ｂの−ＳＨ基を覆うためポリマーと反応しにくくスコーチが上昇しにくいためと考えられる。

本発明で使用するシランカップリング剤は、結合単位Ａの繰り返し数（ｘ）と結合単位Ｂの繰り返し数（ｙ）の合計の繰り返し数（ｘ＋ｙ）は、３〜３００の範囲で設定されることが好ましい。

シランカップリング剤としては、結合単位Ａと結合単位Ｂの共重合体である前記シランカップリング剤を１種類のみ用いてもよいが、２種類以上組み合わせて用いてもよい。

シランカップリング剤の配合量は、シリカ１００質量部に対して、２〜２０質量部である。シリカの配合量が２質量部未満では、転がり抵抗が増大する傾向にあり、２０質量部をこえると、性能の向上効果が小さく非経済である。シランカップリング剤の配合量の上限は、１６質量部が好ましく、下限は４質量部が好ましい。

＜軟化剤＞
軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、石油アスファルト、ワセリンなどの石油系軟化剤、大豆油、パーム油、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油などの脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリンなどのワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸などの脂肪酸、などが挙げられる。軟化剤の配合量は、ゴム成分１００質量部に対してたとえば１００質量部以下とされることが好ましく、この場合、該ゴム組成物がタイヤに使用された際のウェットグリップ性能を低下させる危険性が少ない。

＜老化防止剤＞
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。

＜加硫助剤＞
加硫助剤としては、ステアリン酸、酸化亜鉛（亜鉛華）などを使用することができる。

＜加硫剤＞
加硫剤としては、有機過酸化物もしくは硫黄系加硫剤を使用できる。有機過酸化物としては、たとえば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３あるいは１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシプロピル）ベンゼン等を使用することができる。また、硫黄系加硫剤としては、たとえば、硫黄、モルホリンジスルフィドなどを使用することができる。これらの中では硫黄が好ましい。

＜加硫促進剤＞
加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくは、キサンテート系加硫促進剤のうち少なくとも一つを含有するものを使用することが可能である。

＜その他の配合剤＞
本発明に係るゴム組成物には、前記各種成分のほかにも、従来ゴム工業にて通常に使用される配合剤、たとえば、架橋剤、充填剤などを配合することができる。

＜ベーストレッド用ゴム組成物の製造方法＞
本発明に係るベーストレッド用ゴム組成物の製造方法は、ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、さらに必要に応じて他の充填剤および配合剤を、たとえばバンバリーミキサーにて混練りし、得られた混練物に対して、加硫剤および加硫促進剤を、たとえばオープンロールにて混練りし、さらに、加硫することにより得られる。

＜空気入りタイヤの製造方法＞
本発明に係るベーストレッド用ゴム組成物をベーストレッド部に用いた空気入りタイヤは、ベーストレッド用ゴム組成物の配合成分を、たとえばバンバリーミキサーやニーダー等により１３０℃以上１６０℃以下で混練して、タイヤトレッド用ゴム組成物の未加硫物を調製し、該未加硫物を空気入りタイヤのベーストレッド部分に適用して加硫成形することによって製造することができる。

＜実施例１〜５、比較例１〜４＞
［未加硫ベーストレッド用ゴム組成物の調整］
下記の表１に示す配合処方に従って、ＮＲ、ＢＲ、シリカ、シランカップリング剤、アロマオイル、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、ワックスをバンバリー型ミキサーで３分間混練した。得られたゴム組成物に、硫黄、加硫促進剤をロールで練り込み、未加硫ベーストレッド用ゴム組成物を得た。該未加硫ベーストレッド用ゴム組成物について以下の試験を行った。

（ムーニー粘度指数）
ＪＩＳＫ６３００「未加硫ゴム−物理特性−第１部：ムーニー粘度計による粘度およびスコーチタイムの求め方」に準じて、ムーニー粘度試験機を用いて、１分間の予熱によって熱せられた１３０℃の温度条件にて、小ローターを回転させ、４分間経過した時点での未加硫ゴム組成物のムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄／１３０℃）を測定し、比較例１のムー
ニー粘度指数を１００とし、下記計算式により、各配合のムーニー粘度をそれぞれ指数表示した。なお、ムーニー粘度指数が小さいほど、ムーニー粘度が低減され、加工性に優れることを示す。
（ムーニー粘度指数）＝（各配合のムーニー粘度）÷（比較例１のムーニー粘度）×１００
（加硫速度指数）
ＪＩＳＫ６３００「未加硫ゴム−物理特性−第１部：ムーニー粘度計による粘度およびスコーチタイムの求め方」に準じて、１６０℃にて９５％加硫度に達する時間（Ｔ９５）を測定し、比較例１の加硫速度指数を１００とし、下記計算式により、各配合の加硫速度をそれぞれ指数表示した。なお、加硫速度指数が大きいほど、加工性に優れていることを示す。
（加硫速度指数）＝（各配合の加硫速度）÷（比較例１の加硫速度）×１００
［空気入りタイヤの製造］
前記未加硫ゴム組成物をトレッドのベース部２Ｂ形状に成形して、他のタイヤ部材（キャップ部２Ａ，ベルト層７、サイドウォール部３など）と貼りあわせ、１７５℃および２０ｋｇｆの条件にて１２分間加硫することにより、図１に示す空気入りタイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造し、以下の測定を行った。

（転がり抵抗指数）
転がり抵抗試験機を用い、タイヤを、リム：１５×６ＪＪ、内圧：２３０ｋＰａ、荷重：３．４３ｋＮ、速度：８０ｋｍ／ｈの条件で走行させたときの転がり抵抗を測定し、比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、下記計算式により、各配合の転がり抵抗を指数
表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が小さく低燃費性に優れる
ことを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１の転がり抵抗）÷（各配合の転がり抵抗）×１００
（ハンドリング性能）
試供タイヤを車輌（国産ＦＦ車２０００ｃｃ）の全輪に装着してテストコースを実車走行し、ドライバーの官能評価によりハンドリング性能を評価した。評価は１０点を満点とし、比較例１を６点として相対評価を行った。評点は大きいほうが良好である。

ＮＲ：ＴＳＲ２０
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ５０
シリカ：デグサ製のウルトラシルＶＮ３（一次粒径１５ｎｍ）
テトラスルフィドシラン：デグサ製のＳｉ６９（ビス−(３−トリエトキシシリルプロピ
ル)−テトラスルフィド）
メルカプトシラン：モメンティブ製のＡ１８９１（３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）
シランカップリング剤Ａ：結合単位Ａと結合単位Ｂの共重合体（結合単位Ａ：８５モル％、結合単位Ｂ：１５モル％）
シランカップリング剤Ｂ：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製のＮＸＴ−Ｚ３０（結合単位Ａと結合単位Ｂの共重合体、結合単位Ａ：７０モル％、結合単位Ｂ：３０モル％）
シランカップリング剤Ｃ：結合単位Ａと結合単位Ｂの共重合体（結合単位Ａ：２０モル％、結合単位Ｂ：８０モル％）
アロマオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ−２４
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸「椿」
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン６Ｃ
ワックス：大内新興化学（株）製のサンノックＮ
硫黄：軽井沢硫黄（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＣＺ：大内新興化学（株）製のノクセラーＣＺ
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学（株）製のノクセラーＤ
（評価結果）
実施例１，３，５は、ゴム成分１００質量部に対してシリカ４５質量部およびシランカップリング剤Ａ（結合単位Ｂ：１５モル％）をそれぞれ３．６質量部（シリカ１００質量部に対して８質量部）、４．５質量部（シリカ１００質量部に対して１０質量部）、９．０質量部（シリカ１００質量部に対して２０質量部）含む。シランカップリング剤としてテトラスルフィドシラン３．６質量部を含む比較例１に比べて、いずれも加工性が向上し、ハンドリング性能を維持したまま低燃費性も向上した。

実施例２，４は、ゴム成分１００質量部に対してシリカ４５質量部およびシランカップリング剤Ｂ（結合単位Ｂ：３０モル％）をそれぞれ３．６質量部（シリカ１００質量部に対して８質量部）、４．５質量部（シリカ１００質量部に対して２０質量部）含む。比較例１に比べて加工性が向上し、ハンドリング性能を維持したまま低燃費性が非常に向上した。

比較例２は、ゴム成分１００質量部に対してシリカ４５質量部およびシランカップリング剤としてメルカプトシラン３．６質量部を含む。比較例１に比べて加工性が悪く、ハンドリング性能も悪化した。

比較例３は、ゴム成分１００質量部に対してシリカ４５質量部およびシランカップリング剤Ｃ（結合単位Ｂ：８０モル％）を３．６質量部（シリカ１００質量部に対して８質量部）含む。比較例１に比べて加工性が向上し、ハンドリング性能を維持したまま低燃費性も向上した。

比較例４は、ゴム成分１００質量部に対してシリカ４５質量部およびシランカップリング剤Ａ（結合単位Ｂ：１５モル％）を０．５質量部（シリカ１００質量部に対して１．１質量部）含む。比較例１に比べて加工性が悪く、ハンドリング性能も悪化した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１空気入りタイヤ、２トレッド部、２Ａキャップ部、２Ｂベース部、３サイドウォール部、４ビード部、５ビードコア、６カーカス、７ベルト層、８ビードエーペックス。

Claims

ゴム成分１００質量部に対して、シリカ１５〜１５０質量部と、シランカップリング剤とを含み、前記シランカップリング剤は
下記一般式（１）で示される結合単位Ａと下記一般式（２）で示される結合単位Ｂを

（式中、ｘ、ｙはそれぞれ１以上の整数である。Ｒ₁は水素、ハロゲン原子、分岐若しくは非分岐の炭素１〜３０のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素２〜３０のアルケニル基、又は前記アルキル基若しくは前記アルケニル基の末端が水酸基若しくはカルボキシル基で置換されたものでもよい。Ｒ₂は水素、分岐若しくは非分岐の炭素１〜３０のアルキル基、又は分岐若しくは非分岐の炭素２〜３０のアルケニル基を示す。Ｒ₁とＲ₂とで環構造を形成してもよい。）
結合単位Ａと結合単位Ｂの合計量に対して、結合単位Ｂを１モル％〜７０モル％の割合で共重合してなるブロック共重合体またはランダム共重合体であり、かつシリカ１００質量部に対して２〜２０質量部含まれる、
ベーストレッド用ゴム組成物。
前記ベーストレッド用ゴム組成物をベーストレッド部に用いた空気入りタイヤ。