JP4088261B2 - トレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明はトレッド用ゴム組成物に関し、とりわけ操縦安定性、ウェットグリップ性、転がり抵抗性、耐摩耗性および加工性に優れたトレッド用ゴム組成物に関する。

タイヤのウェットグリップ性（湿潤路面での操縦時のグリップや制動距離）を向上させ、転がり抵抗を低減させる（転がり抵抗性を向上させる）ために、トレッド用ゴム組成物にシリカを多く充填することが一般的に知られている。しかし、シリカを多く充填すると、ゴムの粘度が上昇する、あるいは混練り時のシリカの分散性が低下するため、加工性に問題が生じる。

加工性を向上させるため、ポリエチレングリコールを分散剤として配合することが知られている（特許文献１参照）。しかし、シリカを多く充填すると、乾燥路面での操縦安定性や耐摩耗性が低下するという問題が生じる。

特開２００２−８８１９３号公報

本発明は、ウェットグリップ性、転がり抵抗性、操縦安定性、耐摩耗性および加工性を、高次にバランスよく向上させたトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、（Ａ）分子鎖に水酸基を有するスチレン−ブタジエンゴムを１０〜１００重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを３０〜１２０重量部、および（Ｃ）ポリエチレングリコールを２〜２０重量部含有するトレッド用ゴム組成物であって、カーボンブラック（Ｂ）のチッ素吸着比表面積が１７５〜３００ｍ²／ｇ、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸油量が１５５〜２５０ｍ ² ／ｇ、ヨウ素吸着量が１５０〜３３０ｍｇ／ｇ、かつ、ヨウ素吸着量に対してセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸油量の比が０．８５〜１．２０であるトレッド用ゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物は、ジエン系ゴム（Ａ）１００重量部に対して、さらに（Ｄ）シリカを５〜９０重量部含有することが好ましい。

本発明によれば、分子鎖に水酸基を有するスチレン−ブタジエンゴムに、特殊な微粒子カーボンブラックとポリエチレングリコールを配合することによって、ウェットグリップ性、転がり抵抗、操縦安定性、耐摩耗性および加工性を、高次元にバランスよく向上させたトレッド用ゴム組成物を得ることができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、（Ａ）ジエン系ゴム、（Ｂ）カーボンブラックおよび（Ｃ）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）からなる。

ジエン系ゴム（Ａ）は、分子鎖に水酸基（ＯＨ基）を有するスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）（以下、ＯＨ変性ＳＢＲという）を必須成分として含有する。

ＯＨ変性ＳＢＲは、ジエン系ゴム（Ａ）中に、１０重量％以上含有され、好ましくは２０重量％以上含有される。ＯＨ変性ＳＢＲが１０重量部未満では、ウェットグリップ性の向上効果が得られない。また、ＯＨ変性ＳＢＲは９５重量％以下含有されることが好ましい。ＯＨ変性ＳＢＲの含有量が９５重量％をこえると、シート加工する際のシート生地が悪化する傾向がある。

ＯＨ変性ＳＢＲ以外のジエン系ゴムとしては、たとえば、通常のスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，４付加イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル（ＮＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）などがあげられる。

カーボンブラック（Ｂ）としては、後述のコロイダル特性を満たすものが用いられる。

すなわち、カーボンブラック（Ｂ）のチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、１７５ｍ²／ｇ以上、好ましくは１８５ｍ²／ｇ以上であり、３００ｍ²／ｇ以下、好ましくは２５０ｍ²／ｇ以下である。また、カーボンブラック（Ｂ）のセチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）吸油量は、１５５ｍ ² ／ｇ以上、好ましくは１６５ｍ ² ／ｇ以上であり、２５０ｍ ² ／ｇ以下、好ましくは２１０ｍ ² ／ｇ以下である。さらに、カーボンブラック（Ｂ）のヨウ素吸着量（ＩＡ）は、１５０ｍｇ／ｇ以上、好ましくは１７０以上であり、３３０ｍｇ／ｇ以下、好ましくは２５０ｍｇ／ｇ以下である。ＩＡの値に対するＣＴＡＢ吸油量の比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）は、０．８５以上、好ましくは０．９０以上であり、１．２０以下、好ましくは１．１０以下である。Ｎ₂ＳＡ、ＣＴＡＢ吸油量、ＩＡの値が該下限値を下回ると、耐摩耗性および操縦安定性が充分に向上しない。また、該上限値を上回ると、転がり抵抗が増大し、加工性が低下し、かつカーボンブラック製造技術の点からコストが高くなる。また、ＣＴＡＢ吸油量／ＩＡ比が０．８５未満では、転がり抵抗が増大し、耐摩耗性が低下し、１．２０をこえると、カーボンブラック製造技術の点からコストが高くなる。

カーボンブラック（Ｂ）の配合量は、ジエン系ゴム（Ａ）１００重量部に対して３０重量部以上、好ましくは３５以上である。カーボンブラック（Ｂ）の配合量が３０重量部未満では、操縦安定性および耐摩耗性の向上効果が得られない。また、カーボンブラック（Ｂ）の配合量は、１２０重量部以下、好ましくは９０重量部以下である。カーボンブラック（Ｂ）の配合量が１２０重量部をこえると転がり抵抗が増大し、加工性が悪化する。

ＰＥＧ（Ｃ）は、加工性向上を目的として配合される。

ＰＥＧ（Ｃ）の数平均分子量は２００〜６０００であることが好ましい。数平均分子量が２００未満では、タイヤの耐摩耗性能が低下する傾向がある。数平均分子量が６０００をこえると、転がり抵抗の低減が小さくなる傾向および混練時の加工性向上が見られない傾向がある。

ＰＥＧ（Ｃ）の配合量は、ジエン系ゴム（Ａ）１００重量部に対して２重量部以上である。ＰＥＧの配合量が２重量部未満では、粘度があまり低減されず、加工性が低下する。また、ＰＥＧの配合量は、２０重量部以下、好ましくは１０重量部以下である。ＰＥＧの配合量が２０重量部をこえるとスコーチタイムが短くなり、加工性が低下する。

本発明のゴム組成物には、カーボンブラック（Ｂ）以外にも充填剤として、さらにシリカ（Ｄ）を配合することができる。

シリカ（Ｄ）のチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は５０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡが５０ｍ²／ｇ未満では補強性としての効果が小さくなる傾向がある。また、Ｎ₂ＳＡが３００ｍ²／ｇをこえるとシリカの分散性が悪く、タイヤの発熱性が増大する傾向がある。

シリカ（Ｄ）としては、とくに制限はないが、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などを使用することができ、湿式法シリカが好ましく用いられる。とくに好適な湿式法シリカとしては、たとえば、デグッサ社製のウルトラジル（Ultrasil）ＶＮ３（商品名）、日本シリカ工業（株）製のニップシールＶＮ３ ＡＱ（商品名）などがあげられる。

シリカ（Ｄ）の配合量は、ジエン系ゴム（Ａ）１００重量部に対して、５重量部以上、さらには１０重量部以上であることが好ましい。シリカ（Ｄ）の配合量が５重量部未満ではウェット性能や補強性が悪化する傾向がある。また、シリカ（Ｄ）の配合量は９０重量部以下、さらには８５重量部以下であることが好ましい。シリカ（Ｄ）の配合量が９０重量部をこえると、混練り時の粘度が上昇し、加工性が悪くなる傾向がある。

また、シリカ（Ｄ）とカーボンブラック（Ｂ）の合計配合量は、ジエン系ゴム（Ａ）１００重量部に対して４０〜１２０重量部であることが好ましい。

さらに、本発明のゴム組成物は、シランカップリング剤を含むことができる。シランカップリング剤としては、従来からタイヤの分野において用いられているものであれば、とくに制限はないが、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシランなどがあげられ、これらをそれぞれ単独で、または任意に組み合わせて用いることができる。なかでも、シランカップリング剤の補強効果と加工性という点から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリエトキシシランを用いることが好ましく、さらに、加工性の点から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドを用いることがとくに好ましい。

前記シランカップリング剤の配合量は、カップリング反応を充分に行なわせるという点から、シリカ（Ｄ）１００重量部に対して２〜２０重量部であることが好ましく、加工性の低下を防ぐという点から、４〜１５重量部であることがとくに好ましい。

さらに、本発明のゴム組成物には、前記成分のほかに、たとえば、パラフィン系、アロマ系、ナフテン系のプロセスオイルなどの軟化剤、クマロンインデン樹脂、ロジン系樹脂、シクロペンタジエン系樹脂などの粘着付与剤、硫黄、過酸化物などの加硫剤、加硫促進剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤などを本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて適宜配合することができる。

本発明のゴム組成物は、タイヤのトレッドに用いられる。タイヤは通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて各種薬品を配合させた本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でトレッド用部材に押し出し加工し、タイヤ成型機上で通常の方法で貼り付け成形して未加硫タイヤを成形する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱・加圧してタイヤを得る。このようにして得られたタイヤは、ウェットグリップ性、転がり抵抗、操縦安定性、耐摩耗性および加工性の全てにおいて優れている。

以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに制限されない。

表１において、本発明の実施例および比較例で用いた各種薬品の製造元および商品名を示す。また、カーボンブラック１および２のコロダイル特性値を表２に示す。

実施例１〜３および比較例１〜１２
表１に示す配合内容にしたがって、（株）神戸製鋼所製の容量１．７Ｌのバンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の成分を混練りした。そののち、硫黄および加硫促進剤を加えて二軸ローラーにて混練りし、得られた混合物を１７５℃において１０分間加硫することによって、トレッド用ゴム組成物を得た。なお、ＳＢＲ、ＯＨ変性ＳＢＲ、カーボンブラック１および２、ならびにＰＥＧの配合量は、表３にしたがった。

得られたトレッドゴム組成物について、以下に示す試験を行なった。
（ムーニー粘度およびスコーチタイム）
ＪＩＳ Ｋ６３００に従い、（株）島津製作所製のＭＶ２０２を用いて１３０℃で測定した。ムーニー粘度は値が小さいほど、加工性に優れていることを示す。また、スコーチタイムが短いほど、ゴム焼けが発生して好ましくない。

（粘弾性測定）
（株）岩本製作所製のＶＥＳ−Ｆ−３を用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み２％で、６０℃におけるｔａｎθ（損失正接）を測定した。ｔａｎθ値が小さいほど転がり抵抗が低減され、優れていることを示す。

（摩耗試験）
（株）岩本製作所製のランボーン摩耗試験装置を用いて荷重２．５ｋｇ、スリップ比６０％で耐摩耗性を測定した。評価は、比較例１の場合を１００として指数で表した。指数が大きいほど耐摩耗性に優れている。

（操縦安定性）
１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを常法で作製し、当該タイヤを装着した普通乗用車にてテストコースにおいて官能試験を実施した。比較例１を６点として相対評価した。点数が高いほど操縦安定性が良好である。

（ウェットグリップ性）
前記タイヤを装着した普通乗用車を用いて、水が散布されているアスファルト路面のテストコースを円旋回し、スリップするときの最高速度を測定し、比較例１の測定値を１００としてそれぞれ指数表示した。指数が大きいほど、ウェットグリップ性に優れていることを示す。

結果を表３に示す。

比較例１〜５を比較すると、ＯＨ変性ＳＢＲの配合量が１０重量部以上のとき、ウェット性が向上し、かつ転がり抵抗が低減されているが、耐摩耗性や操縦安定性、加工性は、あまり改善されていない。

比較例６〜１０は、比較例１〜５のカーボンブラック１をカーボンブラック２に変更したものである。カーボンブラック２を用いることによって、ウェットグリップ性、転がり抵抗をほぼ維持したまま、耐摩耗性、操縦安定性が向上することがわかる。しかしながら、カーボンブラック２を用いただけでは、加工性が充分に得られていない。

比較例１１、１２および実施例１〜３は、比較例６〜１０の配合にＰＥＧを加えた例である。ＰＥＧを配合することによって、さらに加工性が改善されており、実施例１〜３では、ウェットグリップ性、転がり抵抗性、耐摩耗性、操縦安定性、加工性が、高次にバランスよく向上している。

なお、前記実施例では、乗用車用タイヤについて試験を行なったが、本発明のゴム組成物は、二輪用タイヤにも適用することができ、同じ程度の効果を得ることができる。

Claims (2)

1. （Ａ）分子鎖に水酸基を有するスチレン−ブタジエンゴムを１０〜１００重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを３０〜１２０重量部、および（Ｃ）ポリエチレングリコールを２〜２０重量部含有するトレッド用ゴム組成物であって、
   カーボンブラック（Ｂ）のチッ素吸着比表面積が１７５〜３００ｍ²／ｇ、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸油量が１５５〜２５０ｍ ² ／ｇ、ヨウ素吸着量が１５０〜３３０ｍｇ／ｇ、かつ、ヨウ素吸着量に対してセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸油量の比が０．８５〜１．２０であるトレッド用ゴム組成物。
2. ジエン系ゴム（Ａ）１００重量部に対して、さらに（Ｄ）シリカを５〜９０重量部含有する請求項１記載のトレッド用ゴム組成物。