JP2012031308A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 操縦安定性及びウェット性能を向上すると共に、耐摩耗性を従来レベル以上に高くするようにするタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】 ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴムを７０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜３０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しシリカを８０〜１５０重量部配合すると共に、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、操縦安定性及びウェット性能を向上すると共に、耐摩耗性を従来レベル以上に高くするようにするタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

空気入りタイヤには、高速走行時の操縦安定性及びウェット路面でのグリップ性能（ウェット性能）が優れることが求められる。また同時に耐摩耗性が高く耐久性に優れることも求められている。

操縦安定性を向上するにはタイヤ剛性を高くする必要があり、またウェット性能を向上するにはトレッド部を構成するゴム組成物の０℃におけるｔａｎδを大きくするとよいことが知られている。例えば特許文献１は、ガラス転移点が−４０℃以上のスチレンブタジエンゴムを５０重量％以上含むゴム成分１００重量部に、シリカを１００〜２００重量部配合したゴム組成物により、操縦安定性とウェット性能とのバランスを改良することを提案している。すなわちガラス転移温度が高いスチレンブタジエンゴムを配合することによりゴム組成物の弾性率や硬度を高くし操縦安定性を優れたものする。またガラス転移温度が高いスチレンブタジエンゴムと共にシリカを配合することによりそれぞれ０℃のｔａｎδを大きくする効果が得られウェット性能を高くする。しかし、このゴム組成物は操縦安定性とウェット性能のバランスを改良しても、耐摩耗性が低下するという問題があった。

このため、需要者のこれらの３機能に対する要求レベルは必ずしも十分に満足されておらず、操縦安定性及びウェット性能を向上すると共に、耐摩耗性を従来レベル以上に高くするようにするトレッド用ゴム組成物には未だ改善の余地があった。

特開２００７−４５９２１号公報

本発明の目的は、操縦安定性及びウェット性能を向上すると共に、耐摩耗性を従来レベル以上に高くするようにする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、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴム７０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜３０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しシリカを８０〜１５０重量部配合すると共に、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、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴムを７０〜９５重量％配合したことによりタイヤ剛性を高くして操縦安定性を向上することができる。また重量平均分子量が７０万〜９０万、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５〜３０重量％配合したため、ゴム組成物の耐摩耗性を高くすると共に、シリカの分散性を改良することができる。また８０〜１５０重量部のシリカを良好に分散させることにより０℃のｔａｎδをより大きくしてウェットグリップ性能を一層向上することができる。

前記ジエン系ゴムは、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴム７０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜３０重量％との合計を１００重量％にすることが好ましい。

また、シリカ以外の他の無機充填剤を、シリカ及び他の無機充填剤の合計でジエン系ゴム１００重量部に対し８５〜１５０重量部になるように配合することにより、耐摩耗性を一層高くすることができる。

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７６万〜８５万である。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９０万を超えるとゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する。またシリカ及び他の無機充填剤の分散性が悪化する。

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にする。ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５未満であると、入手が困難になり、生産コストが高くなる。またブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えるとウェット性能を十分に高くすることができない。

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にする。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ゴム強度（引張り破断強度及び破断伸び）が優れることを意味する。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ゴム強度が不足する。またブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超えるとゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する。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５〜３０重量％、好ましくは１０〜２５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、耐摩耗性が低下する。また、ブタジエンゴムの配合量が３０重量％を超えると、操縦安定性を高くすることができず、またウェット性能が低下する。

本発明で使用するスチレンブタジエンゴムは、ガラス転移温度（以下「Ｔｇ」ということがある。）が−４０℃〜−１５℃、好ましくは−３５℃〜−２０℃である。スチレンブタジエンゴムのＴｇが−４０℃より低いと操縦安定性を高くすることができず、またウェット性能が低下する。またスチレンブタジエンゴムのＴｇが−１５℃より高いと耐摩耗性が悪化する。スチレンブタジエンゴムのＴｇは、示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ）を使用し１０℃／分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、その転移域の中点の温度とする。スチレンブタジエンゴムが油展オイルを含む場合には、油展オイルを除いた状態のＴｇとする。

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７０〜９５重量％、好ましくは７５〜９０重量％にする。スチレンブタジエンゴムの配合量が７０重量％未満であると操縦安定性を高くすることができず、またウェット性能が低下する。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、耐摩耗性が低下する。

本発明では、上述した組成を満たす限り、上記の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、例えば天然ゴム、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、Ｔｇが−１５℃より高い又はＴｇが−４０℃より低いスチレンブタジエンゴム、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。

ジエン系ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム７０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜３０重量％との合計を１００重量％にすることが好ましい。このようなゴム成分の組成にすることにより、ウェット性能及び操縦安定性を両立し、かつ耐摩耗性を確保することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを配合することにより０℃のｔａｎδを大きくしウェット路面におけるグリップ性能を高くする。また、ゴム組成物の発熱性（６０℃のｔａｎδ）を小さくしタイヤの転がり抵抗を低減することができる。またこのゴム組成物は、上述したブタジエンゴムを配合したため、シリカの分散性が良好になり、シリカ配合の効果をより効率的に得ることができる。

シリカの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し８０〜１５０重量部、好ましくは９０〜１４０重量部である。シリカの配合量が８０重量部未満であるとウェッ性能を高くすることができない。またシリカの配合量が１５０重量部を超えると耐摩耗性が悪化する。

シリカとしては、ＢＥＴ比表面積が１００〜２５０ｍ^２／ｇ、好ましくは１１０〜２４０ｍ^２／ｇのものを使用する。シリカのＢＥＴ比表面積が１００ｍ^２／ｇ未満であると、ゴム組成物に対する補強性が不十分となる。また、シリカのＢＥＴ比表面積が２５０ｍ^２／ｇを超えると、シリカの分散性が悪化しゴムの加工性が悪化する。なお本発明において、シリカのＢＥＴ比表面積は、ＡＳＴＭ−Ｄ−４８２０−９３に準拠して測定するものとする。シリカの種類としては、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるシリカであればよく、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。

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、シリカの補強効果を十分に得ることができない。また、シランカップリング剤の配合量が１２重量％を超えると、ゴム混練時にゴムやけが生じ易くなる。

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。

本発明では、シリカ以外の他の無機充填剤を配合することができる。他の無機充填剤としては、例えばカーボンブラック、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例示することができる。なかでもカーボンブラックが好ましい。他の無機充填剤、特に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を高くし、耐摩耗性を向上する。

シリカ以外の他の無機充填剤の配合量は、シリカ及び他の無機充填剤の合計で、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは８５〜１５０重量部、より好ましくは９０〜１３０重量部にするとよい。シリカ及び他の無機充填剤の合計が８５重量部未満であると、ゴム組成物の補強硬化が十分に得られず耐摩耗性を十分に高くすることができない。また、シリカ及び他の無機充填剤の合計が１５０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。

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でトレッド部を構成した空気入りタイヤは、操縦安定性及びウェット性能を向上すると共に、耐摩耗性を従来レベル以上に高くすることができる。

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、ブタジエンゴムの重量平均分子量（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９種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜３、比較例１〜６）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、１．７Ｌ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１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、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１０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、１７０℃で１０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ウェット性能及び耐摩耗性を測定した。

ウェット性能；ｔａｎδ（０℃）
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０℃におけるｔａｎδを求めた。得られた結果は、比較例１を１００とする指数にし「ウェット性能」として表２，３に示した。この指数が大きいほどｔａｎδ（０℃）が大きくウェット性能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℃、荷重３９Ｎ、スリップ率３０％、時間４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「耐摩耗性」として表２，３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。

次に、上述した９種類のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いてトレッド部を形成したタイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６の空気入りタイヤを４本ずつ製作した。それぞれの空気入りタイヤの操縦安定性を下記に示す方法により評価した。

操縦安定性
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１６×６ＪＪのホイールに組付け、国産２．５リットルクラスの試験車両に装着し、空気圧２００ｋＰａの条件でテストコースを実車走行させ、そのときの操縦安定性を専門パネラー３名により感応評価した。評価結果は、１〜５の評点で表し表２，３に示した。この評点が大きいほど操縦安定性が優れていることを意味する。

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−１：スチレンブタジエンゴム、ＪＳＲ社製ＨＰ７５５Ｂ、Ｔｇ＝−１８℃、スチレン含量４０重量％
ＳＢＲ−２：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ １７２３、Ｔｇ＝−５３℃、スチレン含量２３．５重量％
ＢＲ−１〜ＢＲ−５：それぞれ表１に示したブタジエンゴム
シリカ：エボニックデグッサ社製Ｕｌｔｒａｓｉｌ ＶＮ−３、ＢＥＴ比表面積１７０ｍ^２／ｇ
カップリング剤：シランカップリング剤、エボニックデグッサ社製Ｓｉ６９
ＣＢ：カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３９
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
オイル：昭和シェル石油社製エクストラクト４号Ｓ
硫黄：細井化学工業社製油処理イオウ
加硫促進剤：三新化学工業社製サンセラーＣＭ−Ｇ

表３の結果から明らかなように実施例１〜３のタイヤトレッド用ゴム組成物は、いずれも比較例１と比べ耐摩耗性、ウェット性能及び操縦安定性が優れていた。

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、かつ２５℃のトルエン溶液粘度が３００未満であるため、ゴム強度を高くすることができないので操縦安定性の改良効果が得られず、シリカの分散性を改良することができないのでウェット性能及び耐摩耗性を高くすることができない。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、ウェット性能を高くすることができない。また比較例４のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムのＴｇが−４０℃より低いため、ウェット性能及び操縦安定性が悪化する。比較例５のゴム組成物は、シリカの配合量が８０重量部未満であるためウェット性能が不足する。比較例６のゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムの配合量が７０重量％未満、かつブタジエンゴムの配合量が３０重量％を超えるため、ウェット性能及び操縦安定性を高くすることができない。

Claims (3)

1. ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴム７０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜３０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しシリカを８０〜１５０重量部配合すると共に、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、ガラス転移温度が−４０℃〜−１５℃のスチレンブタジエンゴム７０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜３０重量％とからなることを特徴とする請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 前記シリカ以外の他の無機充填剤を配合すると共に、シリカ及び他の無機充填剤の合計を前記ジエン系ゴム１００重量部に対し８５〜１５０重量部にすることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。