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JP5321751B2 - タイヤ用ゴム組成物、空気入りタイヤ、及びタイヤ用ゴム組成物の製造方法 - Google Patents

タイヤ用ゴム組成物、空気入りタイヤ、及びタイヤ用ゴム組成物の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物、空気入りタイヤ、及びタイヤ用ゴム組成物の製造方法に関する。
空気入りタイヤには、地球環境に配慮した製品であることが求められ、特に燃費性能が優れることが要求されている。同時に加速性能やブレーキ性能に代表されるグリップ性能やタイヤ寿命を左右する耐摩耗性といったタイヤの基本特性についても従来と同等以上の性能を有することが必要である。
しかし、低転がり抵抗性とグリップ性能とは相反する特性であり、両者を高いレベルで両立させることは一般に困難であり、更に低転がり抵抗性とグリップ性能との最適化を試みると耐摩耗性が悪化するという問題があった。
特許文献1は、特定の構造特性を有する溶液重合スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、レジン、カーボンブラック及びシリカを含むゴム組成物により、耐摩耗性とグリップ性能を改良することを提案している。しかし、このゴム組成物は転がり抵抗を低減する効果が不十分であり、また耐摩耗性及びグリップ性能についても更なる向上が必要であり改善の余地があった。
特開2006−249403号公報
本発明の目的は、低転がり抵抗性、グリップ性能及び耐摩耗性を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物、空気入りタイヤ、及びタイヤ用ゴム組成物の製造方法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用ゴム組成物は、溶液重合スチレンブタジエンゴム70〜95重量%及びブタジエンゴム5〜20重量%を含むジエン系ゴム100重量部と、芳香族変性テルペン樹脂1〜20重量部と、BET比表面積が100〜200m2/gであるシリカ45〜100重量部と、を含有するゴム組成物であって、
前記芳香族変性テルペン樹脂を構成する芳香族化合物が、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンから選ばれる少なくとも1種であり、
前記溶液重合スチレンブタジエンゴムの、スチレン単位含有量(S)が35〜45重量%、ビニル単位含有量(V)が35重量%以上、前記スチレン単位含有量(S)とビニル単位含有量(V)の比(V/S)が0.75以上2.00以下であると共に、
前記ゴム組成物の0℃のtanδと60℃のtanδの比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50〜2.78であることを特徴とする。
本発明の空気入りタイヤは、上記タイヤ用ゴム組成物からなるトレッド部を備える。
本発明のタイヤ用ゴム組成物の製造方法は、
溶液重合スチレンブタジエンゴム70〜95重量%及びブタジエンゴム5〜20重量%を含むジエン系ゴム100重量部と、芳香族変性テルペン樹脂1〜20重量部と、BET比表面積が100〜200m2/gであるシリカ45〜100重量部と、を準備する工程と、
硫黄及び加硫促進剤を含む加硫系配合剤を除いて前記ジエン系ゴム、前記芳香族変性テルペン樹脂、及び前記シリカを149〜160℃で混練する工程と、を含むタイヤ用ゴム組成物の製造方法であって、
前記芳香族変性テルペン樹脂を構成する芳香族化合物が、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンから選ばれる少なくとも1種であり、
前記溶液重合スチレンブタジエンゴムの、スチレン単位含有量(S)が35〜45重量%、ビニル単位含有量(V)が35重量%以上、前記スチレン単位含有量(S)に対するビニル単位含有量(V)の比(V/S)が0.75以上2.00以下であり、
前記ゴム組成物の0℃のtanδと60℃のtanδの比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50〜2.78である、ことを特徴とする。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、タイヤに用いられた場合に、低転がり抵抗性、グリップ性能及び耐摩耗性を従来レベル以上に向上することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、低転がり抵抗性、グリップ性能及び耐摩耗性を従来レベルよりも向上することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分は、ジエン系ゴムからなり、溶液重合スチレンブタジエンゴム(以下、「S−SBR」という。)を70〜95重量%、ブタジエンゴムを5〜20重量%必ず含有する。また、ジエン系ゴムは、S−SBR、ブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有してもよい。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、乳化重合スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、プロピレン−エチレン−ジエンゴム等を例示することができる。なかでも天然ゴム、イソプレンゴムが好ましい。他のジエン系ゴムの配合量は、ジエン系ゴム100重量%中0〜25重量%、好ましくは0〜20重量%にするとよい。
S−SBRの含有量は、ジエン系ゴム100重量%中、70〜95重量%、好ましくは72〜95重量%、より好ましくは75〜80重量%である。S−SBRの含有量が70重量%未満であると、グリップ性能を向上させる効果が十分ではない。また、S−SBRの含有量が95重量%を超えると、耐摩耗性が悪化する。
本発明のゴム組成物において、S−SBRは、スチレン単位含有量が35〜45重量%、好ましくは35〜44重量%、より好ましくは40〜41重量%である。S−SBRのスチレン単位含有量が35重量%未満であると、グリップ性能が十分なレベルまで向上しない。またS−SBRのスチレン単位含有量が45重量%を超えると、混合加工性が悪化する。なおS−SBRのスチレン単位含有量は赤外分光分析(ハンプトン法)により測定するものとする。
S−SBRのビニル単位含有量は35重量%以上、好ましくは36〜80重量%、より好ましくは38〜71重量%にする。S−SBRのビニル単位含有量が35重量%未満であると、シリカの分散性が悪化することにより、結果として耐摩耗性が悪化する。ビニル単位含有量の下限は、後述する比(V/S)が0.75〜2.0になるように決められる。なおS−SBRのビニル単位含有量は赤外分光分析(ハンプトン法)により測定される。
本発明において、S−SBRのスチレン単位含有量(S)とビニル単位含有量(V)の比(V/S)が0.75〜2.00、好ましくは0.77〜2.00、より好ましくは0.93〜1.00であることが必要である。比(V/S)が0.75未満であると、良好なグリップ性能が得られない。また比(V/S)が2.00を超えるとゴムの破断物性(特に破断伸び)が悪化することにより、耐摩耗性が悪化する。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム100重量%中ブタジエンゴムを5〜20重量%、好ましくは7〜20重量%、より好ましくは10〜20重量%含有する。ブタジエンゴムの含有量が5重量%未満であると耐摩耗性が悪化する。またブタジエンゴムの含有量が20重量%を超えるとグリップ性能の向上が難しくなる。
本発明において、芳香族変性テルペン樹脂を配合することにより、低転がり抵抗性及びグリップ性能のバランスを向上することができる。芳香族変性テルペン樹脂は、テルペン類と芳香族化合物とを共重合させたものである。芳香族化合物はスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンから選ばれる少なくとも1種である。またテルペン類としては例えばα−ピネン、β−ピネン、ジペンテン、リモネン、カンフェンなどを例示することができる。芳香族変性テルペン樹脂としては、例えばヤスハラケミカル社製YSレジンTO−125,同TO−115,同TO−105,同TO−85,同TR−105などの市販品を用いることができる。
芳香族変性テルペン樹脂の配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し1〜20重量部、好ましくは1〜18重量部、より好ましくは5〜15重量部である。芳香族変性テルペン樹脂の配合量が1重量部未満では、低転がり抵抗性及びグリップ性能のバランスを十分に高くすることができない。また、芳香族変性テルペン樹脂の配合量が20重量部を超えると、転がり抵抗が却って悪化する。また耐摩耗性が低下する。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、特定の粒子性状を有するシリカが配合される。シリカを配合することにより、ゴム組成物の発熱性を抑制し、タイヤに用いた場合の転がり抵抗を低減すると共に、ウェットグリップ性能を改良する。シリカのBET比表面積は100〜200m2/g、好ましくは110〜200m2/gにする。シリカのBET比表面積が100m2/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って耐摩耗性が不足し、グリップ性能も低下する。またシリカのBET比表面積が200m2/gを超えると、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性が低下するため耐摩耗性が悪化すると共に、転がり抵抗が大きくなる。なおシリカのBET比表面積は、ASTM D1993−03に準拠して求められる。
本発明において、シリカの配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し45〜100重量部、好ましくは50〜100重量部にする。シリカの配合量が45重量部未満であると、グリップ性能を改良する効果が十分に得られない。シリカの配合量が100重量部を超えるとゴム粘度が増大しシリカの分散が悪化するため耐摩耗性が悪化する。
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、市販のものを適宜用いることができる。また、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。
本発明のゴム組成物において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することが好ましく、シリカの分散性を向上しジエン系ゴムに対する補強性をより高くすることができる。シランカップリング剤は、シリカ配合量に対して好ましくは3〜15重量%、より好ましくは5〜12重量%配合される。シランカップリング剤がシリカ重量の3重量%未満の場合、シリカの分散性を向上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重量%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。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、シリカ以外の他の充填剤を配合することによりゴムの強度を高くすることができる。他の充填剤としては、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、酸化アルミニウム等が例示される。なかでもカーボンブラックが好ましい。カーボンブラックを配合することにより、ゴム硬度を高くしてグリップ性能を確保すると共に、ゴム組成物の耐摩耗性を改良することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物では、0℃のtanδと60℃のtanδの比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50以上、好ましくは2.51以上であることが必要である。比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50未満であると、低転がり抵抗性、グリップ性能及び耐摩耗性の3つの性能のバランスを改良することができない。なお、比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))は、tanδ(60℃)が0になることはないため、無限に大きい値になることはない。例えば、tanδ(0℃)=1.00、tanδ(60℃)=0.05である仮想のゴムであっても、比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))は20を超えることはない。比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50以上であるゴム組成物は、シリカの粒子径及び配合量を調節したり、ゴム組成物の混練条件を調節したりすることによっても製造することができる。ゴム組成物の混練条件としては、最終の組成から硫黄、加硫促進剤などの加硫系配合剤を除いたゴム組成物を混練するときの温度を比較的高くして混練し、冷却した後に加硫系配合剤を添加して混合するという混練・混合方法が挙げられる。加硫系配合剤を除いたゴム組成物を混練するときの温度は、好ましくは149〜160℃、より好ましくは150〜160℃である。
タイヤ用ゴム組成物には、上述した充填剤以外にも、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤などの、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ゴム組成物に配合し、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。このようなゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、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。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤ、特に空気入りタイヤのトレッドゴムとして好適に使用することができる。このゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、転がり抵抗が低く燃費性能が優れることに加え、耐摩耗性が優れタイヤ寿命を長くすると共に、グリップ性能が優れる。
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。
表4に示す配合剤を共通配合とし、表1〜3に示す配合からなる25種類のタイヤ用ゴム組成物(実施例1〜11、比較例1〜5及び8〜16)を、硫黄、加硫促進剤を除く他の共通配合成分を1.8Lの密閉型ミキサーで5分間混練し、温度150℃で放出したマスターバッチに、空冷後、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。また、比較例6及び7のタイヤ用ゴム組成物は、硫黄、加硫促進剤を除く成分を1.8Lの密閉型ミキサーで5分間混練し、温度140℃で放出したマスターバッチに、空冷後、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。
なお、表1〜3中、S−SBR1〜4,E−SBRが37.5重量部の油展オイルを含むため、配合量の欄に実際の配合量と共に、油展オイルを除いたそれぞれのSBR正味の配合量を括弧内に示した。また、表4に記載した配合剤の量は、表1〜3に記載したジエン系ゴム100重量部(正味のゴム量)に対する重量部で示した。
得られた27種類のタイヤ用ゴム組成物(実施例1〜11、比較例1〜16)を、所定形状の金型中で、160℃、20分間プレス加硫して加硫ゴムサンプルを作製し、下記に示す方法でtanδ(0℃)及びtanδ(60℃)並びに耐摩耗性を測定した。
(グリップ性能:tanδ(0℃)、低転がり抵抗性:tanδ(60℃))
得られた加硫ゴムサンプルのtanδ(0℃)及びtanδ(60℃)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の条件下で、温度0℃及び60℃の条件で測定した。得られた結果は、比較例1をそれぞれ100とする指数として、表1〜3の「グリップ性能」及び「転がり抵抗」の欄に示した。グリップ性能の指数が大きいほどtanδ(0℃)が大きく、グリップ性能が優れることを意味する。また、転がり抵抗の指数が小さいほどtanδ(60℃)が小さく、低発熱で、タイヤにしたときの転がり抵抗が低く、燃費性能が優れることを意味する。またtanδ(0℃)とtanδ(60℃)の比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))を表1〜3の「0℃tanδ/60℃tanδ」の欄に示した。
(耐摩耗性)
得られた試験片をJIS K6264−2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15N、スリップ率50%、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の値の逆数が100とする指数として、表1〜3の「耐摩耗性」の欄に示した。この指数が大きいほど摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れることを意味する。
Figure 0005321751
Figure 0005321751
Figure 0005321751
なお、表1〜3において使用した原材料の種類を下記に示す。
・S−SBR1: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1834、スチレン単位含有量(S)が19重量%、ビニル単位含有量(V)が10重量%、比(V/S)が0.53、ゴム成分100重量部に対しオイル分37.5重量部を含む油展品
・S−SBR2:溶液重合スチレンブタジエンゴム、JSR社製HP755B、スチレン単位含有量(S)が41重量%、ビニル単位含有量(V)が41重量%、比(V/S)が1.00、ゴム成分100重量部に対しオイル分37.5重量部を含む油展品
・S−SBR3:溶液重合スチレンブタジエンゴム、LANXESS社製BUNA VSL 2438−2 HM、スチレン単位含有量(S)が41重量%、ビニル単位含有量(V)が38重量%、比(V/S)が0.93、ゴム成分100重量部に対しオイル分37.5重量部を含む油展品
・S−SBR4:溶液重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製社製Nipol NS460、スチレン単位含有量(S)が27重量%、ビニル単位含有量(V)が71重量%、比(V/S)が2.63、ゴム成分100重量部に対しオイル分37.5重量部を含む油展品
・E−SBR:乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol 1739、スチレン単位含有量(S)が40重量%、ビニル単位含有量(V)が13重量%、比(V/S)が0.33、ゴム成分100重量部に対しオイル分37.5重量部を含む油展品
・BR:ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol BR1220
・NR:天然ゴム、KIRANA SAPTA社製SIR20
・カーボンブラック:東海カーボン社製シースト7HM
・シリカ1:エボニックデグサ社製ULTRASIL VN3GR、BET比表面積が171m2/g
・シリカ2:ローディア社製Zeosil 215GR、BET比表面積が220m2/g
・シリカ3:ローディア社製Zeosil 1115MP、BET比表面積が95m2/g
・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
・テルペン樹脂1:芳香族変性(スチレン変性)テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製YSレジンTO125
・テルペン樹脂2:未変性テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製YSレジンPX200
・テルペン樹脂3:フェノール変性テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製YSポリスターT−130
・アロマオイル:昭和シェル石油社製エキストラクト4号S
Figure 0005321751
表4において使用した原材料の種類を下記に示す。
・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
・老化防止剤:フレキシス社製サントフレックス6PPD
・ワックス:大内新興化学工業社製サンノック
・硫黄:鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤:加硫促進剤CBS、大内新興化学工業社製ノクセラーCZ−G
表1〜3から明らかなように実施例1〜12のタイヤ用ゴム組成物は、グリップ性能(0℃のtanδ)、低転がり抵抗性(60℃のtanδ)及び耐摩耗性が維持・向上することが確認された。
比較例2のゴム組成物は、シリカ1の配合量が45重量部未満であるので、グリップ性能を改良する効果が十分に得られない。比較例3のゴム組成物は、テルペン樹脂1の配合量が1重量部未満であるので、低転がり抵抗性及びグリップ性能のバランスを十分に高くすることができない。比較例4のゴム組成物は、ブタジエンゴムの配合量が20重量%を超えるので、グリップ性能の向上が難しくなる。
比較例6及び7のゴム組成物は、混練条件により0℃tanδ/60℃tanδが2.50未満であるので、低転がり抵抗性、グリップ性能及び耐摩耗性の3つの性能をバランスさせて改良することができない。
表3から明らかなように比較例8のゴム組成物は、S−SBRの代わりにE−SBRを配合したので、転がり抵抗及び耐摩耗性を改良することができない。比較例9のゴム組成物は、S−SBR4の比(V/S)が2.00を超えるので、耐摩耗性が悪化する。
比較例10のゴム組成物は、S−SBR2の配合量が70重量部未満であるので、グリップ性能を向上させることができない。比較例11のゴム組成物は、シリカ3のBET比表面積が100未満であるので、耐摩耗性が不足し、グリップ性能も低下する。比較例12のゴム組成物は、シリカ2のBET比表面積が200m2/gを超えるので、転がり抵抗が悪化する。
比較例13のゴム組成物は、テルペン樹脂1(芳香族変性テルペン樹脂)の代わりに、テルペン樹脂2(未変性テルペン樹脂)を配合したのでグリップ性能を向上させることができず、耐摩耗性も悪化する。比較例14のゴム組成物は、テルペン樹脂1(芳香族変性テルペン樹脂)の代わりに、テルペン樹脂3(フェノール変性テルペン樹脂)を配合したのでグリップ性能は大きく向上するものの、転がり抵抗および耐摩耗性が悪化する。
比較例15のゴム組成物は、テルペン樹脂1の配合量が20重量部を超えるので、転がり抵抗が悪化する。また耐摩耗性を改良することができない。比較例16のゴム組成物は、シリカ1の配合量が100重量部を超えるので、耐摩耗性が悪化する。

Claims (4)

  1. 溶液重合スチレンブタジエンゴム70〜95重量%及びブタジエンゴム5〜20重量%を含むジエン系ゴム100重量部と、芳香族変性テルペン樹脂1〜20重量部と、BET比表面積が100〜200m2/gであるシリカ45〜100重量部と、を含有するゴム組成物であって、
    前記芳香族変性テルペン樹脂を構成する芳香族化合物が、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンから選ばれる少なくとも1種であり、
    前記溶液重合スチレンブタジエンゴムの、スチレン単位含有量(S)が35〜45重量%、ビニル単位含有量(V)が35重量%以上、前記スチレン単位含有量(S)に対するビニル単位含有量(V)の比(V/S)が0.75以上2.00以下であり、
    前記ゴム組成物の0℃のtanδと60℃のtanδの比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50〜2.78であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
  2. 請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物からなるトレッド部を備える空気入りタイヤ。
  3. 溶液重合スチレンブタジエンゴム70〜95重量%及びブタジエンゴム5〜20重量%を含むジエン系ゴム100重量部と、芳香族変性テルペン樹脂1〜20重量部と、BET比表面積が100〜200m2/gであるシリカ45〜100重量部と、を準備する工程と、
    硫黄及び加硫促進剤を含む加硫系配合剤を除いて前記ジエン系ゴム、前記芳香族変性テルペン樹脂、及び前記シリカを149〜160℃で混練する工程と、を含むタイヤ用ゴム組成物の製造方法であって、
    前記芳香族変性テルペン樹脂を構成する芳香族化合物が、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンから選ばれる少なくとも1種であり、
    前記溶液重合スチレンブタジエンゴムの、スチレン単位含有量(S)が35〜45重量%、ビニル単位含有量(V)が35重量%以上、前記スチレン単位含有量(S)に対するビニル単位含有量(V)の比(V/S)が0.75以上2.00以下であり、
    前記ゴム組成物の0℃のtanδと60℃のtanδの比(tanδ(0℃)/tanδ(60℃))が2.50〜2.78である、ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
  4. 前記混練する工程の後、前記混練により得られた混練物を冷却し、冷却後前記加硫系配合剤を添加する工程をさらに含む請求項3に記載のタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
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