JP2012031300A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】操縦安定性、低転がり抵抗、及び耐摩耗性を向上するようにしたタイヤ用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６０〜９５重量％、ブタジエンゴムを５〜４０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対しカーボンブラックを５〜７０重量部、シリカを５〜７０重量部配合すると共に、前記カーボンブラック及びシリカを含む充填剤の合計が５０〜８０重量部であり、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、操縦安定性、低転がり抵抗、及び耐摩耗性を向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

一般に、乗用車用の空気入りタイヤには、操縦安定性が優れることに加え、低転がり抵抗と耐摩耗性が共に優れることが求められる。空気入りタイヤの転がり抵抗を低減するには、トレッド部を構成するゴム組成物にシリカを配合することにより発熱性を小さくすることが知られている。しかし、シリカを配合すると、カーボンブラック等の他の充填剤を配合した場合と比べ、ゴム組成物の耐摩耗性を改良する効果が充分に得られないという問題があった。

また、耐摩耗性を高くするためゴム組成物にブタジエンゴムを配合し、その配合量を増加すると、硬度が低下しタイヤトレッドに用いた場合に操縦安定性が低下してしまう。また、ゴム組成物に配合するカーボンブラックとして粒子径が小さいものを採用することで補強性を高くし耐摩耗性を改良することが出来るが、ゴム組成物の発熱性が大きくなりタイヤの転がり抵抗が大きくなる。したがって、低転がり抵抗（低発熱性）と耐摩耗性、操縦安定性とを両立することは困難であった。

ここで特許文献１は、転がり抵抗と耐摩耗性を共に改良するため、リニアリティの高いブタジエンゴムを配合したゴム組成物を提案している。しかし、このゴム組成物は、転がり抵抗と耐摩耗性とのバランスが必ずしも充分ではなく未だ改善の余地があった。

特開２００７−１０６７９９号公報

本発明の目的は、操縦安定性、低転がり抵抗、及び耐摩耗性を向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムを６０〜９５重量％、ブタジエンゴムを５〜４０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対しカーボンブラックを５〜７０重量部、シリカを５〜７０重量部配合すると共に、前記カーボンブラック及びシリカを含む充填剤の合計が５０〜８０重量部であり、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、重量平均分子量が７０万〜９０万、この重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであるブタジエンゴムを使用することにより、ゴム組成物の硬度、耐摩耗性を高くすると共に、ｔａｎδを小さくして転がり抵抗を低減することが出来る。また、カーボンブラックとシリカとをそれぞれジエン系ゴム１００重量部に対し５〜７０重量部配合し、カーボンブラックとシリカを含む充填剤の合計を５０〜８０重量部にすることにより、耐摩耗性を一層向上し、転がり抵抗をより低減するので、両者をより高いレベルで両立することが出来る。

また、前記ジエン系ゴムはスチレンブタジエンゴム６０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜４０重量％とからなることが好ましい。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分はスチレンブタジエンゴム及びブタジエンゴムを含むジエン系ゴムとする。本発明で使用するブタジエンゴムは、分子量が高く、分子量分布が狭く、かつ分子鎖の分岐が少ないという特徴がある。ブタジエンゴムの分子量は重量平均分子量（Ｍｗ）で７０万〜９０万、好ましくは７５万〜８５万、更に好ましくは７５万〜８０万である。ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性及びゴム強度が不足する。またブタジエンゴムの重量平均分子量が９０万を超えると、混合加工性が悪化しカーボンブラック及びシリカの分散が悪くなり耐摩耗性が低下する。

また、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められるブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．５〜３．０、好ましくは２．０〜２．５である。ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５未満であると、混合加工性が悪化しカーボンブラック及びシリカの分散が悪くなり、また工業的に入手するのが困難になる。またブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えるとヒステリシスロスが大きくなって転がり抵抗が上昇する。

本発明においてブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により標準ポリスチレン換算により測定する。

ブタジエンゴムの２５℃のトルエン溶液粘度は３００〜１０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは５００〜８００ｍＰａ・ｓである。トルエン溶液粘度はブタジエンゴムの分子鎖のリニアリティー（分岐の量）を示す指標であり、トルエン溶液粘度が高いほど、分子鎖の分岐が少なく直鎖の割合が多く、破断強度や耐摩耗性を向上することができる。ブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が３００ｍＰａ・ｓ未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性及び破断物性が不足する。またブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超えると混合加工性が悪化し、それにより耐摩耗性や破断物性が悪化する。本発明においてブタジエンゴムの２５℃のトルエン溶液粘度は、ブタジエンゴムを５重量％含むトルエン溶液の粘度をキャノンフェンスケ型動粘度計を使用して２５℃で測定した。

ブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中５〜４０重量％、好ましくは１０〜３５重量％にする。ブタジエンゴムの配合量が５重量％未満であると、耐摩耗性及び転がり抵抗の改良効果が不足する。またブタジエンゴムの配合量が４０重量％を超えると、ゴムの剛性が低下し転がり抵抗が上昇する。

本発明で使用するスチレンブタジエンゴムは、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるものを使用することができる。スチレンブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中６０〜９５重量％、好ましくは６５〜９０重量％にする。スチレンブタジエンゴムの配合量が６０重量％未満であると、硬度が低下してしまい、操縦安定性が悪化する。また、スチレンブタジエンゴムの配合量が９５重量％を超えると、耐摩耗性及び転がり抵抗が悪化する。

本発明では、上述した組成を満たす限り、ブタジエンゴム及びスチレンブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム及び上述した特徴を有するブタジエンゴムを除いたブタジエンゴム等を例示することができる。これら他のジエン系ゴムは、任意の１種類を含有することができる。また２種類以上の他のジエン系ゴムを組み合わせて含有することができる。

ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴム６０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜４０重量％とからなることが好ましい。このようなゴム成分の組成にすることにより、耐摩耗性及び転がり抵抗性を両立することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合することにより、タイヤトレッド用ゴム組成物の強度及び硬度を高くし、耐摩耗性及び操縦安定性を向上する。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し５〜７０重量部、好ましくは１０〜４０重量部である。カーボンブラックの配合量が、５重量部未満であると耐摩耗性及び操縦安定性を向上する効果が充分に得られない。またカーボンブラックの配合量が、７０重量部を超えるとゴム組成物の粘度が高くなり成形加工性が悪化する。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを配合することにより、転がり抵抗を低減する。シリカの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し５〜７０重量部、好ましくは２５〜５０重量部である。シリカの配合量が５重量部未満であると転がり抵抗を低減する効果が充分に得られない。またシリカの配合量が、７０重量部を超えると混合加工性が悪化してシリカ分散が悪化するので破断特性や耐摩耗性が悪化する。シリカの種類としては、通常タイヤ用ゴム組成物に配合されるシリカであればよく、例えば、湿式法シリカ、乾式法シリカ、或いは表面処理シリカなどを使用することが出来る。

本発明において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、シリカの補強効果を得ることができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカの配合量に対し１〜１２重量％、好ましくは３〜１０重量％にする。シランカップリング剤の配合量が１重量％未満であると、充分なシリカの補強効果が得られない。また、シランカップリング剤が１２重量％を超えると、ゴム混練時にゴム焼けが生じ易くなる。

シランカップリング剤の種類としては、特に制限されるものではないが、硫黄含有シランカップリング剤が好ましい。硫黄含有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）テトラサルファイド、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、充填剤をカーボンブラックとシリカとで構成してもよい。またカーボンブラック、シリカ以外に他の充填剤を配合してもよい。他の充填剤としては、例えばクレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム等を必要に応じて配合することができる。

本発明において、カーボンブラック及びシリカを含む充填剤の配合量の合計はジエン系ゴム１００重量部に対し５０〜８０重量部、好ましくは５５〜７５重量部である。充填剤の配合量の合計が５０重量部未満であると耐摩耗性が低下すると共に、硬度が低下し操縦安定性が低下する。充填剤の配合量の合計が８０重量部を超えると転がり抵抗が増大する。

タイヤトレッド用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、加工助剤、老化防止剤、オイル、可塑剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してタイヤトレッド用ゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。タイヤトレッド用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤ、特に乗用車用タイヤのトレッド部を構成するのに好適である。このゴム組成物でトレッド部を構成した空気入りタイヤは、転がり抵抗と耐摩耗性とを高度に両立すると共に、更に操縦安定性を向上することが出来る。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例及び比較例において、使用したブタジエンゴムの特性を表１に示す。尚、重量平均分子量（Ｍｗ）、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）及び２５℃のトルエン溶液粘度は、それぞれ前述した方法により測定した。

表２，３に示す配合からなる１２種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜７）を、それぞれ加硫促進剤及び硫黄を除く配合成分を秤量し、１．５Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、温度１５０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。その後このマスターバッチをロールにて、加硫促進剤及び硫黄を加え２分間混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

得られた１２種類のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いて、所定の金型中、１６０℃で２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を作成し、下記に示す方法により硬度、ｔａｎδ（６０℃）及び耐摩耗性を測定した。

硬度
得られた加硫ゴム試験片をＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃の条件で硬度を測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数にして表２，３の「硬度」の欄に示した。この指数が大きいほど硬度が高く、空気入りタイヤにしたとき操縦安定性が優れることを意味する。

ｔａｎδ（６０℃）
得られた加硫ゴム試験片の動的粘弾性を、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定し、温度６０℃におけるｔａｎδを求めた。得られた結果は、比較例１を１００とする指数とする指数にして表２，３の「ｔａｎδ（６０℃）」の欄に示した。この指数が小さいほどｔａｎδ（６０℃）が小さく、空気入りタイヤにしたとき転がり抵抗が優れることを意味する。

耐摩耗性
得られた加硫ゴム試験片をＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠して、ランボーン摩耗試験機（岩本製作所社製）を使用して、温度２０℃、試験片表面回転速度８０ｍ／ｍｉｎ、荷重４０Ｎ、スリップ率３０％、時間１０分の条件で摩耗量を測定した。得られた結果は、比較例１の値の逆数を１００とする指数にして表２，３の「耐摩耗性」の欄に示した。この指数が大きいほど耐摩耗性が優れることを意味する。

なお、表２，３において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ １５０２
ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
ＢＲ−１〜ＢＲ−５：それぞれ表１に示したブタジエンゴム
ＣＢ：カーボンブラック、新日化カーボン社製ニテロン＃２００
シリカ：ＥＶＯＮＩＫ ＤＥＧＵＳＳＡ社製ＵＬＴＲＡＳＩＬ７０００ＧＲ
カップリング剤：シランカップリング剤、ＥＶＯＮＩＫ ＤＥＧＵＳＳＡ社製 Ｓｉ６９
亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：千葉脂肪酸社製ステアリン酸５０Ｓ
老化防止剤：ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
加硫促進剤−１：ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＰＥＲＫＡＣＩＴ ＤＰＧ
加硫促進剤−２：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄

表３の結果から明らかなように実施例１〜５のタイヤトレッド用ゴム組成物は、いずれも比較例１と比べ６０℃におけるｔａｎδ（転がり抵抗）及び耐摩耗性を向上すると共に、硬度（操縦安定性）を高くすることができる。

一方、表２の結果から明らかなように、比較例２のゴム組成物は、ブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）が７０万未満、２５℃のトルエン溶液粘度が３００未満であるため硬度と耐摩耗性を充分に改良することが出来ない。比較例３のゴム組成物は、ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えるため６０℃におけるｔａｎδ（転がり抵抗）、硬度（操縦安定性）が充分に向上しない。比較例４のゴム組成物は、カーボンブラック及びシリカの配合量の合計が５０未満であるため耐摩耗性が悪化し、かつ硬度（操縦安定性）が低下する。比較例５のゴム組成物は、カーボンブラック及びシリカの配合量の合計が８０重量部を超えるため６０℃におけるｔａｎδ（転がり抵抗）が悪化する。

また表３の結果から明らかなように、比較例６のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムが６０重量％未満、ブタジエンゴムが４０重量％を超えているため、硬度（操縦安定性）が悪化する。比較例７のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムに代えて天然ゴムを配合したため硬度（操縦安定性）が悪化する。

Claims (3)

1. スチレンブタジエンゴムを６０〜９５重量％、ブタジエンゴムを５〜４０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対しカーボンブラックを５〜７０重量部、シリカを５〜７０重量部配合すると共に、前記カーボンブラック及びシリカを含む充填剤の合計が５０〜８０重量部であり、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴムがスチレンブタジエンゴム６０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜４０重量％とからなる請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。