JP2012031309A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】スノー性能、ウェット性能及び耐摩耗性が優れると共に、転がり抵抗を従来レベルより低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】ブタジエンゴム10〜40重量%を含むジエン系ゴム100重量部に対し充填剤を60〜120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であり、前記充填剤がシリカを50重量%以上含み、該シリカのCTAB吸着比表面積が80〜100m2/g、このCTAB吸着比表面積(CTAB)に対するDBP吸収量(DBP、ml/100g)の比(DBP/CTAB)が1.755以上であることを特徴とする。
【選択図】なし
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【選択図】なし
Description
本発明は、スノー性能、ウェット性能及び耐摩耗性が優れると共に、転がり抵抗を従来レベルより低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。
主にヨーロッパで使用されるウィンタータイヤには、積雪路面での操縦安定性(スノー性能)及びウェット路面でのグリップ性能(ウェット性能)が優れることと共に、乾燥路面での耐摩耗性及び高速走行時の操縦安定性が優れ、かつ転がり抵抗が小さいことが求められている。
スノー性能や低温下でのグリップ性能を改良するためには、トレッド部を構成するゴム組成物のゴム硬度を低くする必要があり、カーボンブラックやシリカなどの充填剤を減量したり、ガラス転移温度が低いブタジエンゴムを配合しその量を増したり、充填剤全体に占めるシリカの比率を増やしたりする方法が知られている。しかし、このようなゴム組成物では、ウェット性能が悪化したり或いは耐摩耗性が悪化したりするという問題がある。
このため特許文献1は、天然ゴム、ブタジエンゴムを含むジエン系ゴムにカーボンブラック、シリカを配合し、更にスチレン系重合体ブロックとイソプレン系重合体ブロックとからなるブロック共重合体を配合したゴム組成物により、氷上制動性能、ウェット制動性能及び耐摩耗性を改良することを提案している。しかし、これらの3機能に対する需要者の要求レベルは必ずしも十分に満足されておらず、しかも転がり抵抗を低減するという課題は達成されていない。
したがって、スノー性能、ウェット性能及び耐摩耗性が優れると共に、転がり抵抗を従来レベルより低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。
本発明の目的は、スノー性能、ウェット性能及び耐摩耗性が優れると共に、転がり抵抗を従来レベルより低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、ブタジエンゴム10〜40重量%を含むジエン系ゴム100重量部に対し充填剤を60〜120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であり、前記充填剤がシリカを50重量%以上含み、該シリカのCTAB吸着比表面積が80〜100m2/g、このCTAB吸着比表面積(CTAB)に対するDBP吸収量(DBP、ml/100g)の比(DBP/CTAB)が1.755以上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、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10〜40重量%配合したため、ゴム組成物の耐摩耗性を高くし転がり抵抗を低減すると共に、シリカを含む充填剤の分散性を改良することができる。またシリカを良好に分散させることにより低転がり抵抗性を一層向上すると共に、ウェットグリップ性能を改良することができる。また、充填剤100重量%中のシリカ配合量を50重量%以上にし、そのシリカのCTAB吸着比表面積を80〜100m2/g、DBP吸収量とCTAB吸着比表面積の比(DBP/CTAB)を1.755以上にしたので、スノー性能を向上すると共に、ウェット性能をより高くし転がり抵抗を一層低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すく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を超えると転がり抵抗を十分に低減することができず、また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し、かつ転がり抵抗を十分に低減することができない。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10〜40重量%、好ましくは15〜35重量%にする。ブタジエンゴムの配合量が10重量%未満であると、スノー性能及び耐摩耗性を高くすることができず、また転がり抵抗を低減する効果が十分に得られない。また、ブタジエンゴムの配合量が40重量%を超えると、ウェット性能が低下する。
本発明で使用するゴム成分は、上述したブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含む。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、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム等を例示することができる。なかでも天然ゴム、スチレンブタジエンゴムが好ましい。これらの他のジエン系ゴムは、1種だけを使用してもよい。また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
他のジエン系ゴムの配合量は、ジエン系ゴム100重量%中60〜90重量%、好ましくは65〜85重量%にする。他のジエン系ゴムの配合量が60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、他のジエン系ゴムの配合量が90重量%を超えると、耐摩耗性が低下する。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを含む充填剤を配合することにより、ゴム組成物の補強性を高くし、耐摩耗性及びゴム強度を向上する。シリカを含む充填剤の配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し60〜120重量部、好ましくは80〜100重量部である。充填剤の配合量が60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。また充填剤の配合量が120重量部を超えると、ゴム組成物の発熱性が大きくなり転がり抵抗が大きくなる。またゴム組成物の粘度が高くなり成形加工性が悪化する。
本発明において、充填剤はシリカを必ず含み、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。さらにゴム組成物の低温下での柔軟性(しなやかさ)を維持し、スノー性能や低温時のグリップ性能を向上する。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、充填剤100重量%中50重量%以上、好ましくは60〜95重量%である。充填剤100重量%中のシリカ配合量が50重量%未満であると、スノー性能、ウェット性能が低下し、かつ転がり抵抗を低減することができない。
シリカとしては、CTAB吸着比表面積が80〜100m2/g、好ましくは85〜95m2/gのものを使用する。シリカのCTAB吸着比表面積が80m2/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り耐摩耗性が低下する。また、シリカのCTAB吸着比表面積が100m2/gを超えると、スノー性能を改良することができない。なお本発明において、CTAB吸着比表面積は、JIS K6217−3に準拠して測定するものとする。
またシリカのCTAB吸着比表面積(CTAB)に対するDBP吸収量(DBP)の比(DBP/CTAB)は1.755以上、好ましくは1.755〜2.500である。シリカの特性の比(DBP/CTAB)が1.755未満であると、シリカのゴム中での分散性が悪化し、耐摩耗性能が不利になる。本発明において、DBP吸収量(単位ml/100g)は、JIS K6217−4に準拠して測定するものとする。
本発明で使用するシリカは、上述した特性を有するシリカであればよく、製品化されたもののなかから適宜選択してもよいし、通常の方法で上述した特性を有するように製造してもよい。シリカの種類としては、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。
本発明において、シリカ以外の他の充填剤としては、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。カーボンブラック等の他の充填剤の配合量は、上述した充填剤全体の配合量からシリカの配合量を差し引いた残部とする。
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、とりわけウィンタータイヤのトレッド部を構成するのに好適である。このゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、スノー性能、ウェット性能及び耐摩耗性を向上すると共に、転がり抵抗を従来レベルより低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13種類のタイヤトレッド用ゴム組成物(実施例1〜5、比較例1〜8)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13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動的粘弾性(0℃及び60℃のtanδ)及び耐摩耗性を測定した。
動的粘弾性(0℃及び60℃のtanδ)
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℃及び60℃におけるtanδを求めた。得られた結果は、それぞれ比較例1を100とする指数とし、表2,3の「tanδ(0℃)」、「tanδ(60℃)」の欄に示した。tanδ(0℃)の指数が大きいほど0℃のtanδが大きくウェット性能が優れることを意味する。またtanδ(0℃)の指数が小さいほど60℃のtanδが小さく転がり抵抗が優れることを意味する。
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℃及び60℃におけるtanδを求めた。得られた結果は、それぞれ比較例1を100とする指数とし、表2,3の「tanδ(0℃)」、「tanδ(60℃)」の欄に示した。tanδ(0℃)の指数が大きいほど0℃のtanδが大きくウェット性能が優れることを意味する。またtanδ(0℃)の指数が小さいほど60℃のtanδが小さく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℃、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。
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。
次に、上述した13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スノー性能を下記に示す方法により評価した。
スノー性能(積雪路面での操縦安定性)
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の条件で積雪状態にした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、比較例1を100とする指数とし表2,3の「スノー性能」の欄に示した。この指数が大きいほど積雪路面での操縦安定性が高く、スノー性能が優れていることを意味する。
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の条件で積雪状態にした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、比較例1を100とする指数とし表2,3の「スノー性能」の欄に示した。この指数が大きいほど積雪路面での操縦安定性が高く、スノー性能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:スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol NS460
NR:天然ゴム、Von Bundit製STR−20
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、キャボットジャパン社製ショウブラックN339
シリカ−1:ローディア社製Zeosil 165GR、CTAB吸着比表面積155m2/g、DBP/CTAB=1.150
シリカ−2:下記の製造方法により得られた試作シリカであり、CTAB吸着比表面積が88m2/g、DBP/CTABが1.795
SBR:スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol NS460
NR:天然ゴム、Von Bundit製STR−20
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、キャボットジャパン社製ショウブラックN339
シリカ−1:ローディア社製Zeosil 165GR、CTAB吸着比表面積155m2/g、DBP/CTAB=1.150
シリカ−2:下記の製造方法により得られた試作シリカであり、CTAB吸着比表面積が88m2/g、DBP/CTABが1.795
シリカ−2の製造方法は、1m3の反応容器に158Lのケイ酸ナトリウム水溶液(SiO2濃度:10g/L、モル比:SiO2/Na2O=3.41)を投入し、90℃に昇温した。次いで、22%硫酸90Lとケイ酸ナトリウム水溶液(SiO2濃度:90g/L、モル比:SiO2/Na2O=3.41)535Lを同時に210分かけて投入した。10分間熟成後、22%硫酸17Lを40分かけて投入した。この反応は反応液温度を90℃に保持し、反応液を常時攪拌しながら行い、最終的に反応液のpHが3.1のシリカスラリーを得た。これをフィルタープレスでろ過、水洗し、シリカ湿ケークを乾燥し、試作シリカ(シリカ−2)を得た。
シリカ−3:ローディア社製Zeosil 115GR、CTAB吸着比表面積110m2/g、DBP/CTAB=1.082
シリカ−4:ローディア社製Zeosil 1115MP、CTAB吸着比表面積110m2/g、DBP/CTAB=2.029
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
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
シリカ−3:ローディア社製Zeosil 115GR、CTAB吸着比表面積110m2/g、DBP/CTAB=1.082
シリカ−4:ローディア社製Zeosil 1115MP、CTAB吸着比表面積110m2/g、DBP/CTAB=2.029
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
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2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と比べウェット性能、転がり抵抗、耐摩耗性及びスノー性能が優れていた。一方、比較例2のゴム組成物は、シリカのCTABが100m2/gを大幅に超えるため耐摩耗性が高いが、DBP/CTABが1.755未満であるためスノー性能が不足する。
また、表3の結果から明らかなように比較例3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未満であるためシリカの分散性が悪化し、スノー性能、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4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。また実施例1に比べ転がり抵抗が大きくなる。また比較例5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未満であるためシリカの分散性が悪化し、ウェット性能の改良効果が得られず耐摩耗性が悪化する。また実施例1に比べ転がり抵抗が大きくなる。比較例6のゴム組成物は、シリカのCTABが100m2/gを超え、DBP/CTABが1.755未満であるため、耐摩耗性が悪化する。また実施例1に比べスノー性能が不足する。比較例7のゴム組成物は、シリカのCTABが100m2/gを超えるため、耐摩耗性が不足する。比較例8のゴム組成物は、シリカの配合量が充填剤100重量%中の50重量部未満であるためスノー性能及びウェット性能が悪化する。
Claims (2)
- ブタジエンゴム10〜40重量%を含むジエン系ゴム100重量部に対し充填剤を60〜120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であり、前記充填剤がシリカを50重量%以上含み、該シリカのCTAB吸着比表面積が80〜100m2/g、このCTAB吸着比表面積(CTAB)に対するDBP吸収量(DBP、ml/100g)の比(DBP/CTAB)が1.755以上であることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
- ウィンタータイヤに使用す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。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014091777A (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Bridgestone Corp | タイヤトレッド用ゴム組成物の製造方法 |
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2010
- 2010-07-30 JP JP2010172873A patent/JP2012031309A/ja active Pending
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