JP2017122190A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】シリカの分散性およびゴム組成物の低発熱性および強靭性を従来レベル以上に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。【解決手段】スチレンブタジエンゴムを含むゴム成分１００質量部に、吸水性樹脂を０．２〜１．０質量部およびシリカを配合してなり、前記吸水性樹脂の２０〜８０℃における吸水倍率が５０倍以上であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、シリカの分散性およびゴム組成物の低発熱性および強靭性を従来レベル以上に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。

空気入りタイヤのキャップトレッドを構成するゴム組成物に、タイヤの低燃費性能を改良するため、シリカが配合されることが知られている。しかしながらシリカの一次凝集体は非常に微細でしかも凝集しやすい性質をもつため、ジエン系ゴム中にシリカを効率的に分散させその機能を十分に発現することが難しいという課題がある。このためシリカの分散性を向上し、その性能を十分に引き出すためシランカップリング剤がシリカと共に配合される。しかしシランカップリング剤を配合してもシリカの分散性が必ずしも十分に得られない場合があった。

このため特許文献１は、シリカを含有するゴム組成物にトリアルコキシアルキルシランを配合することを開示する。しかしながら、より高性能な空気入りタイヤが求められるなかで、シリカの分散性をより一層向上させて、ゴム組成物の低発熱性および強靭性を従来レベル以上に改良することが求められている。

特開２００７−２０４６８４号公報

本発明の目的は、シリカの分散性およびゴム組成物の低発熱性および強靭性を従来レベル以上に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含むゴム成分１００質量部に、吸水性樹脂を０．２〜１．０質量部およびシリカを配合してなり、前記吸水性樹脂の２０〜８０℃における吸水倍率が５０倍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、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを含むゴム成分に特定の吸水性樹脂を配合したので、シリカの分散性を改良し、かつゴム組成物の低発熱性および強靭性を従来レベル以上に向上することができる。

本発明において、前記スチレンブタジエンゴムの含有量は、前記ゴム成分１００質量％中７０〜１００質量％であるとよい。前記シリカの配合量は前記ゴム成分１００質量部に対し５０〜１２０質量部であるとよい。また前記シリカの窒素吸着比表面積は１５０〜２６０ｍ²／ｇであるとよい。更に前記吸水性樹脂は、アクリル酸および／またはアクリル酸塩からなるセグメントの架橋構造を有するとよい。

上述したタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッド部に有する空気入りタイヤは、シリカの分散性を改良し、かつゴム組成物の低発熱性を従来レベル以上に向上することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物を構成するゴム成分は、スチレンブタジエンゴムを必ず含み、かつ主成分とする。スチレンブタジエンゴムを主成分にするとは、ゴム成分１００質量％中、スチレンブタジエンゴムを５０質量％以上含むことを意味する。スチレンブタジエンゴムを含有することにより、操縦安定性およびグリップ性能を確保することができる。スチレンブタジエンゴムの含有量は、ゴム成分１００質量％中、好ましくは７０〜１００質量％、より好ましくは７５〜１００質量％である。スチレンブタジエンゴムの含有量を７０質量％以上にすることにより、操縦安定性およびグリップ性能を確保することができる。

本発明において、スチレンブタジエンゴム以外の他のゴム成分を含有することができる。他のゴム成分としては、例えば天然ゴム、イソプレンゴム、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、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、クロロプレンゴム等を例示することができる。なかでも天然ゴム、ブタジエンゴムが好ましい。他のゴム成分の含有量は、ゴム成分１００質量％中、好ましくは０〜３０質量％、より好ましくは０〜２５質量％であるとよい。

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、発熱性を小さくする。またゴム組成物の動的粘弾性の挙動を改質しタイヤにしたときウェットグリップ性能を改良することができる。

シリカの配合量は、ゴム成分１００質量部に対し好ましくは５０〜１２０質量部、より好ましくは８０〜１００質量部にするとよい。シリカの配合量を前記の範囲にすることにより、シリカの分散性を良好にし、ゴム組成物の発熱性を小さくし、ウェットグリップ性能を改良すると共に、耐摩耗性などの機械的特性を維持することができる。

シリカとしては、タイヤトレッド用ゴム組成物に通常使用されるシリカ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカ等を配合することができる。シリカの窒素吸着比表面積は、好ましくは１５０〜２６０ｍ²／ｇ、より好ましくは１８０〜２４０ｍ²／ｇであるとよい。窒素吸着比表面積を上記の範囲内にすることにより、シリカの分散性を良好にし、ゴム組成物の発熱性を小さくすることができる。シリカの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−２により測定された値とする。

タイヤトレッド用ゴム組成物は、シランカップリング剤を配合することにより、シリカの分散性をさらに向上することができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカ配合量に対して好ましくは３〜１５質量％、より好ましくは５〜１２質量％にするとよい。シランカップリング剤の配合量がシリカ質量の３質量％未満の場合、シリカの分散性をさらに改良する効果が十分に得られない。また、シランカップリング剤が１５質量％を超えると、シランカップリング剤同士が縮合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。

シランカップリング剤としては、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く、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、吸水性樹脂を配合することにより意外にもシリカの分散性を改良し、これによりゴム組成物の低発熱性および強靭性を従来レベル以上に向上することができる。また適正量の吸水性樹脂を配合することによりタイヤトレッド用ゴム組成物からなる成形品の外観を改良することができる。この理由は、明らかでないが極性を有する吸水性樹脂を配合することにより、シリカ表面に分布してシリカ同士の凝集を防ぐためと推定される。

本発明において、吸水性樹脂の配合量は、ゴム成分１００質量部に対し０．２〜１．０質量部、好ましくは０．５〜０．８質量部である。吸水性樹脂の配合量が０．２質量部未満であると、シリカの分散性を改良する作用が十分に得られない。また吸水性樹脂の配合量が１．０質量部を超えると、タイヤトレッド用ゴム組成物からなる成形品の外観が却って悪化する。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物に配合する吸水性樹脂は、２０〜８０℃における吸水倍率が５０倍以上、好ましくは１００〜２００倍である。吸水倍率が５０倍未満であると、吸水性樹脂自体がゴム組成物中で分散せず所望の効果が得られない。なお本明細書において２０〜８０℃における吸水倍率が５０倍以上であるとは、２０〜８０℃の全範囲において吸水性樹脂の吸水倍率が５０倍以上であることを意味する。また吸水倍率とは、飽和状態まで吸水した吸水性樹脂の重量から乾燥状態の吸水性樹脂の重量を引き、乾燥状態の吸水性樹脂の重量で除した数値と定義する。

吸水性樹脂としては、例えばポリアクリル酸塩系、ポリエチレンオキサイド系、酢酸ビニル共重合体系、アクリル酸グラフト共重合体系等の高分子が挙げられる。詳しくはポリアクリル酸ナトリウムを含むポリアクリル酸とポリビニルアルコールとの共重合体、架橋ポリアクリル酸ナトリウム、酢酸ビニル−アクリル酸メチル共重合体、酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体鹸化物、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体架橋物、ポリアクリロニトリル加水分解物、デンプン−アクリロニトリル・グラフト共重合体鹸化物、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体、多糖類−アクリル酸グラフト共重合体、セルロースとモノクロル酢酸との反応物へのカルボキシメチルセルロースの架橋物、ポリエチレンオキサイド架橋物、ポリビニルアルコール架橋物等が挙げられる。吸水性樹脂は上記の共重合体群から少なくとも１種を選択することが好ましい。また２種以上を組み合わせて使用してもよい。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、吸水性樹脂がアクリル酸および／またはアクリル酸塩からなるセグメントの架橋構造を有することが好ましい。すなわち架橋ポリアクリル酸ナトリウムと称される吸水性樹脂であり、アクリル酸、アクリル酸ナウリウムおよび架橋性モノマーからなる共重合体が好ましい。

タイヤトレッド用ゴム組成物には、上記以外の他の配合剤を添加することができる。他の配合剤としては、シリカ以外の他の補強性充填剤、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など、一般的に空気入りタイヤに使用される各種配合剤を例示することができる。これら配合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にすることができる。また混練機としは、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、ロール等を使用することができる。

他の補強性充填剤としては、例えばカーボンブラック、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を例示することができる。なかでもシリカが好ましい。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部に好適に使用することができる。タイヤトレッド用ゴム組成物でトレッド部を形成した空気入りタイヤは、シリカが良好に分散しているので、転がり抵抗が小さく燃費性能が優れるとともにウェットグリップ性が優れる。またトレッド部の外観を良好にすることができる。

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１
表１，２に示すようにシリカおよび吸水性樹脂の組成を異ならせた８種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜４、比較例１〜４）のうち、硫黄及び加硫促進剤を除く成分を、１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練したマスターバッチを放出し室温冷却させた。このマスターバッチを１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーに戻し硫黄及び加硫促進剤を加えて混合することにより、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。なお溶液重合スチレンブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）は油展オイルを含むため、それぞれの配合量の下段の括弧内に正味のＳ-ＳＢＲの配合量を記載した。

得られた８種類のゴム組成物を所定の金型中で、１７０℃で１０分間プレス加硫してタイヤトレッド用ゴム組成物からなる試験片を作製した。得られた試験片のペイン効果、発熱性、引張り破断伸びおよび外観を、以下の方法で評価した。

ペイン効果
得られた試験片を、歪せん断応力測定機（α−テクノロジー社製ＲＰＡ２０００）を用い、歪０．２８％の歪せん断弾性率［Ｇ′０．２８］（ＭＰａ）と歪３０．０％の歪せん断弾性率［Ｇ′３０．０］（ＭＰａ）とを測定し、その差［Ｇ′０．２８−Ｇ′３０．０］（ＭＰａ）をペイン効果として算出した。得られた結果はそれぞれの値の逆数を算出し、表１では比較例１の値の逆数を１００とし、表２では比較例３の値の逆数を１００とする指数で表わし、表１，２の「ペイン効果」の欄に示した。この指数が大きいほどペイン効果が小さくシリカの分散性に優れることを意味する。

発熱性（６０℃のｔａｎδ）
得られた試験片を使用し、ＪＩＳ Ｋ６３９４：２００７に準拠して、粘弾性スペクトロメーター（岩本製作所社製）を用いて、伸張変形歪率１０％±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃の条件でｔａｎδを測定した。得られた結果はそれぞれの値の逆数を算出し、表１では比較例１の値の逆数を１００とし、表２では比較例３の値の逆数を１００とする指数で表わし、表１，２の「発熱性」の欄に示した。この指数が大きいほど６０℃のｔａｎδが小さく、発熱性が低く、タイヤにしたとき燃費性能が優れることを意味する。

引張り破断伸び
得られた試験片を使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、ダンベルＪＩＳ３号形試験片を作製し、室温（２０℃）で５００ｍｍ／分の引張り速度で引張り試験を行い、破断したときの引張り伸びを測定した。得られた結果は、表１では比較例１の値を１００とし、表２では比較例３を１００とする指数で表わし、表１，２の「引張り破断伸び」の欄に記載した。この指数が大きいほど引張り破断伸びが大きく、タイヤ耐久性が優れることを意味する。

外観
得られた試験片を４０℃のオーブン中で２週間静置して状態調節した。その後、試験片の表面を目視で観察し、白化の状態を以下の判定基準に基づき５段階で評価した。得られた結果を、表１の「外観」の欄に示した。この指数が大きいほど外観（耐白化性）が優れることを意味する。
５：試験片の表面に白化が全く認められない（不変）。
４：試験片の表面面積の３割程度がくすんでいる。
３：試験片の表面が全体的にくすんでいる。
２：試験片の表面面積の３割程度が白色に変化した。
１：試験片の表面が全体的に白色に変化した。

なお、表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・Ｓ−ＳＢＲ：溶液重合スチレンブタジエンゴム、旭化成ケミカルズ社製タフデン Ｅ５８１、スチレンブタジエンゴム１００重量部にオイル成分３７．５重量部を配合した油展製品、スチレン量が３７重量％、ビニル単位量が４３重量％、ガラス転移温度が−２７℃
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
・シリカ１：Ｒｈｏｄｉａ社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ、窒素吸着比表面積が１６０ｍ²／ｇ
・シリカ２：Ｒｈｏｄｉａ社製Ｚｅｏｓｉｌ Ｐｒｅｍｉｕｍ ２００ＭＰ、窒素吸着比表面積が２００ｍ²／ｇ
・カーボンブラック：キャボトジャパン社製ショウブラックＮ３３９
・カップリング剤：硫黄含有シランカップリング剤、エボニック デグサ社製Ｓｉ６９
・吸水性樹脂：日本触媒社製アクアリックＣＳ−６、２０〜８０℃における吸水倍率が３００倍、アクリル酸および／またはアクリル酸ナトリウムからなるセグメントの架橋構造を有する吸水性樹脂
・ステアリン酸：日油社製ステアリン酸ＹＲ
・老化防止剤：Ｓｏｌｔｉａ Ｅｕｒｏｐｅ社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
・ワックス：大内新興化学社製サンノック
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・酸化亜鉛：正同化学社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
・硫黄：軽井沢精錬所社製油処理硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学社製ノクセラーＣＺ−Ｇ

表１から明らかなように実施例１〜４のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ペイン効果が小さくシリカの分散性が優れると共に、ゴム組成物の発熱性が小さく、引張り破断伸びおよび外観に優れることが確認された。

表１から明らかなように比較例２のゴム組成物は、吸水性樹脂の配合量が１質量部を超えるので、引張り破断伸びおよび外観が却って悪化した。またシリカの分散性を改良する効果も減少した。

表２から明らかなように比較例４のゴム組成物は、吸水性樹脂の配合量が１質量部を超えるので、引張り破断伸びおよび外観が却って悪化した。またシリカの分散性を改良する効果も減少した。

Claims (6)

1. スチレンブタジエンゴムを含むゴム成分１００質量部に、吸水性樹脂を０．２〜１．０質量部およびシリカを配合してなり、前記吸水性樹脂の２０〜８０℃における吸水倍率が５０倍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。
2. 前記スチレンブタジエンゴムが、前記ゴム成分１００質量％中７０〜１００質量％であ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. 前記シリカが前記ゴム成分１００質量部に対し５０〜１２０質量部配合されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4. 前記シリカの窒素吸着比表面積が１５０〜２６０ｍ²／ｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
5. 前記吸水性樹脂が、アクリル酸および／またはアクリル酸塩からなるセグメントの架橋構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッド部に有する空気入りタイヤ。