JP4788843B1

JP4788843B1 - タイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP4788843B1
Application number: JP2011001325A
Authority: JP
Inventors: 幹裕後藤
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: JP2012007145A

Abstract

【課題】転がり抵抗を低減すると共に、破断伸び及びグリップ性能を向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムを含むジエン系ゴム７５〜９５重量％とブタジエンゴム５〜２５重量％とから構成されるゴム成分１００重量部に対し、フィラーを３０〜８０重量部、芳香族変性テルペン樹脂を１〜２０重量部配合すると共に、前記ブタジエンゴムがシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを１〜２０重量％含み、前記フィラーが、ＢＥＴ比表面積５０〜２１０ｍ²／ｇのシリカを５０重量％以上含み、前記芳香族変性テルペン樹脂がスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンのうち少なくとも一つの芳香族化合物によって変性されたことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、空気入りタイヤの転がり抵抗を低減すると共に、グリップ性能及び破断伸びを向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物に関する。

近年、地球環境の悪化を抑制するため、環境に配慮した空気入りタイヤが求められている。このためタイヤの転がり抵抗を低減し燃費性能を向上することが必要になる。転がり抵抗を低減する手法としては、例えば、タイヤを構成するゴム組成物中のカーボンブラックやシリカの配合量を減少したり、ポリマーとしてガラス転移温度の低いものを利用したりすることが知られている。しかし、このようなゴム組成物は転がり抵抗を低減する効果は得られるものの、タイヤの重要な基本特性であるグリップ性能が低下したり、破断伸びが低下して耐カット性や耐チッピング性が悪化したりする傾向があった。

特許文献１は、ポリマーとしてガラス転移温度の低いゴムを使用すると共に、芳香族変性テルペン樹脂を配合したタイヤ用ゴム組成物により、燃費性能とグリップ性能を共に改良することを提案している。

しかしながら、需要者からは空気入りタイヤの転がり抵抗及びグリップ性能を更に向上させると共に耐カット性や耐チッピング性も併せて改善することが求められており、上述したタイヤ用ゴム組成物には更なる改善の余地があった。

特開２００９−１３８１５７号公報

本発明の目的は、上述する問題点を解決するもので、空気入りタイヤの転がり抵抗を低減すると共に、グリップ性能及び破断伸びを向上するようにしたタイヤ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用ゴム組成物は、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムを含むジエン系ゴム７５〜９５重量％とブタジエンゴム５〜２５重量％とから構成されるゴム成分１００重量部に対し、フィラーを３５〜８０重量部、芳香族変性テルペン樹脂を１〜２０重量部配合すると共に、前記天然ゴムと前記スチレンブタジエンゴムの配合比率が天然ゴム／スチレンブタジエンゴムの重量比で５／９０〜４０／３５の範囲であり、前記ブタジエンゴムがシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを１〜２０重量％含み、前記フィラーがシリカ及びカーボンブラックを含み、該シリカのＢＥＴ比表面積が５０〜２１０ｍ²／ｇであり、前記フィラー１００重量％中に前記シリカを５０〜９５重量％含み、前記シリカの配合量に対しシランカップリング剤を３〜１５重量％含み、前記芳香族変性テルペン樹脂がスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンのうち少なくとも一つの芳香族化合物によって変性されたことを特徴とする。

本発明によれば、タイヤ用ゴム組成物のゴム成分が天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムを含むジエン系ゴム７５〜９５重量％と、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを１〜２０重量％含むブタジエンゴム５〜２５重量％とからなるようにしたので、破断伸びを向上することが出来る。また、ゴム成分１００重量部に対しシリカ及びカーボンブラックを含むフィラーを３５〜８０重量部配合し、このうちＢＥＴ比表面積が５０〜２１０ｍ²／ｇであるシリカが５０〜９５重量％を占めることで転がり抵抗を低減し燃費を向上することが出来る。更に、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンのうち少なくとも一つの芳香族化合物によって変性された芳香族変性テルペン樹脂を１〜２０重量部配合することでグリップ性能を向上することが出来る。

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分は、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムを含むジエン系ゴムとブタジエンゴムとからなる。ブタジエンゴムは、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含有することが必要である。シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンは、結晶性が高い樹脂であり、ブタジエンゴム中に微分散している。このシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含むブタジエンゴムを配合することで、ゴム組成物の破断伸びを向上しタイヤにしたときの耐カット性や耐チッピング性を向上することが出来る。

本発明で使用する天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムとしては、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるものを使用することが出来る。また、天然ゴムは、未変性の天然ゴムに限られず、変性天然ゴム或いは改質天然ゴムを使用することが出来る。同様に、スチレンブタジエンゴムは、未変性のスチレンブタジエンゴムだけでなく、変性スチレンブタジエンゴムを使用してもよい。変性スチレンブタジエンゴムにおける官能基の種類としては、特に限定されるものではなく、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、アルコキシシリル基、アルキルアミノシリル基、Ｎ−メチルピロリドン基等を例示することが出来る。ジエン系ゴムはこれらの天然ゴム、スチレンブタジエンゴムから選ばれる少なくとも１種類からなる。

天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムの含有量はゴム成分１００重量％中７５〜９５重量％、好ましくは７５〜９０重量％にする。天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムの含有量が７５重量％未満であると、転がり抵抗、グリップ性能、破断伸びの最適な物性バランスを得ることが難しい。天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムの配合量が９５重量％を超えると転がり抵抗、グリップ性能を共に向上させながら破断伸びを改良する効果が得られない。

更に、天然ゴムとスチレンブタジエンゴムの配合比率は、天然ゴム／スチレンブタジエンゴムの重量比が５／９０〜４０／３５の範囲である。すなわち、天然ゴムを５〜４０重量％、スチレンブタジエンゴムを９０〜３５重量％配合し、この天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムの配合量の合計をゴム成分１００重量％中７５〜９５重量％にする。

このように、ジエン系ゴムを構成する天然ゴムとスチレンブタジエンゴムとの配合比率を特定することにより、後述するブタジエンゴムとジエン系ゴムとの相溶性が改善される。これにより、ゴム成分としてのまとまりが良くなるので、破断伸びを大きくしてタイヤにしたときの耐カット性や耐チッピング性を一層改良すると共に、グリップ性能を向上することが出来る。

天然ゴムとスチレンブタジエンゴムの配合比率が、５／９０より小さいとゴム成分としてのまとまりが逆に悪化して破断伸びが低下する。天然ゴムとスチレンブタジエンゴムの配合比率が４０／３５より大きいとグリップ性能が低下する。

シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含むブタジエンゴムの含有量はゴム成分１００重量％中５〜２５重量％、好ましくは１０〜２５重量％にする。このブタジエンゴムの含有量が５重量％未満であると、破断伸びを向上する効果が得られない。また、このブタジエンゴムの含有量が２５重量％を超えると、転がり抵抗が悪化すると共に、グリップ性能を向上させる効果が充分に得られない。

本発明で使用するブタジエンゴム中のシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンの含有量は１〜２０重量％、好ましくは２〜２０重量％であり、これによりゴム組成物の破断伸びを向上し、耐カット性や耐チッピング性を向上することが出来る。シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンの含有量が１重量％未満であると、破断伸びを向上することが出来ない。また、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンの含有量が２０重量％を超えると、タイヤ用ゴム組成物として硬くなり過ぎると共に、加工性が悪化する。

このようなシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含むブタジエンゴムとしては、市販のものを使用することが出来、例えば、宇部興産社製ＵＢＥＰＯＬＶＣＲ４１２、ＶＣＲ６１７、ＶＣＲ４５０、ＶＣＲ８００等を例示することが出来る。

本発明では、カーボンブラック及び特定のシリカを含むフィラーを配合することでゴム組成物の発熱を抑制しタイヤにしたときの転がり抵抗を低減可能にする。カーボンブラック及びシリカ以外のフィラーとしては、例えばクレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルク、マイカ、水酸化マグネシウム等を例示することが出来る。なかでも水酸化アルミニウムが好ましい。これらカーボンブラック及びシリカ以外のフィラーは一つの種類を使用することが出来る。また複数種を組み合わせて使用することが出来る。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラック及びシリカを含むフィラーの配合量をゴム成分１００重量部に対し３５〜８０重量部にする。カーボンブラック及びシリカを含むフィラーの配合量が３５重量部未満であると、ゴム組成物の補強性が低下する。カーボンブラック及びシリカを含むフィラーの配合量が８０重量部を超えると、転がり抵抗が悪化する。

本発明において、シリカは全フィラー量の５０〜９５重量％になるように配合する。シリカの配合量が全フィラー量の５０重量％未満であると、転がり抵抗を低減する効果が充分に得られない。

また、シリカとしては、ＢＥＴ比表面積が５０〜２１０ｍ²／ｇ、好ましくは７０〜２１０ｍ²／ｇのものを使用する。シリカのＢＥＴ比表面積が５０ｍ²／ｇ未満であると、ゴム組成物の充分な補強性が得られない。シリカのＢＥＴ比表面積が２１０ｍ²／ｇを超えると、転がり抵抗が悪化する。シリカのＢＥＴ比表面積は、ＡＳＴＭＤ１９９３−０３に準拠して測定するものとする。

本発明において、シリカの種類として、タイヤ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、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することが出来る。このようなシリカは、市販のシリカの中から適宜選択して使用することが出来る。

また、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、ゴム成分に対するシリカの分散性を改良することができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカの配合量に対し３〜１５重量％、より好ましくは４〜１０重量％にすると良い。シランカップリング剤の配合量が３重量％未満であると、シリカの分散性を充分に改良することが出来ない。また、シランカップリング剤の配合量が１５重量％を超えると、シランカップリング剤同士が凝集・縮合してしまい、所望の効果を得ることが出来なくなる。

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出来る。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、芳香族変性テルペン樹脂を配合することにより、グリップ性能を向上する。これは芳香族変性テルペン樹脂が、シリカ、カーボンブラック等のフィラーの分散性を良好にすると共に、フィラーとゴム成分との相溶性を一層改良するからである。芳香族変性テルペン樹脂としては、α−ピネン、βピネン、ジペンテン、リモネンなどのテルペンと、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンのうち少なくとも一つの芳香族化合物とを重合させて得られる芳香族変性テルペン樹脂が用いられる。芳香族変性テルペン樹脂の配合量は、ゴム成分１００重量部に対し１〜２０重量部、好ましくは１〜１８重量部にする。芳香族変性テルペン樹脂の配合量が１重量部未満であると、グリップ性能を向上することが出来ない。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、転がり抵抗が悪化する。

テルペン樹脂を変性する芳香族化合物としては、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一つである。芳香族変性テルペン樹脂であっても、変性する芳香族化合物の種類が異なるテルペン樹脂、例えばフェノール変性テルペン樹脂ではグリップ性能を向上することは可能であるが転がり抵抗が悪化するため、これらの性能を両立することが出来ない。

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、老化防止剤、可塑剤などの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出来、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することが出来る。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出来る。

タイヤ用ゴム組成物は、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出来る。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部を構成することが出来る。本発明のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、転がり抵抗を低減し燃費性能を向上可能にすると共に、耐カット性や耐チッピング性及びグリップ性能を従来レベル以上に向上することが出来る。

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１、２に示す配合からなる１７種類のゴム組成物（比較例１〜１３、実施例１〜３、参考例１）を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、１．７ＬのＢ型バンバリーミキサーで５分間混練してマスターバッチを得た。このマスターバッチに硫黄及び加硫促進剤を加えオープンロールで混合し、タイヤ用ゴム組成物を調製した。

得られた１７種類のゴム組成物を使用して、それぞれ所定形状の金型中で、１６０℃、２０分間加硫して加硫ゴムシートを作製し、下記の方法により、破断伸び、グリップ性能、転がり抵抗をそれぞれ下記の方法で測定した。

破断伸び
得られた加硫ゴムシートからＪＩＳ３号形ダンベルを打ち抜き、ＪＩＳＫ６２５１に準拠して、引張速度５００ｍｍ／分、温度２３℃の条件下で、破断伸びを測定した。得られた結果は比較例１を１００とする指数にし「破断伸び」として表１，２に示した。「破断伸び」の指数が大きいほど破断伸びが高く、タイヤにしたときの耐カット性や耐チッピング性が優れることを意味する。

グリップ性能；ｔａｎδ（０℃）
得られた加硫ゴムシートの動的粘弾性を、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とする指数とする指数にし「グリップ性能」として表１，２に示した。この指数が大きいほどｔａｎδ（０℃）が大きく、タイヤにしたときにグリップ性能が高く優れることを意味する。

転がり抵抗；ｔａｎδ（６０℃）
得られた加硫ゴムシートの動的粘弾性を、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６０℃におけるｔａｎδを求めた。得られた結果は、比較例１を１００とする指数とする指数にし「転がり抵抗」として表１，２に示した。この指数が小さいほどｔａｎδ（６０℃）が小さく、タイヤにしたときに転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることを意味する。

尚、表１、２において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
ＳＢＲ１：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２
ＳＢＲ２：末端変性スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＮＳ１１６Ｒ、末端変性基がＮ−メチルピロリドン基であるもの
ＢＲ１：シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含むブタジエンゴム、宇部興産社製ＵＢＥＰＯＬＶＣＲ４１２（シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンの含有量が１２重量％）
ＢＲ２：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０
ＣＢ：カーボンブラック、東海カーボン社製シーストＫＨ
シリカ１：エボニックデグッサ社製ＵＬＴＲＡＳＩＬＶＮ３ＧＲ（ＢＥＴ比表面積１７１ｍ²／ｇ）
シリカ２：ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ２１５ＧＲ（ＢＥＴ比表面積２５５ｍ²／ｇ）
テルペン樹脂１：ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＴＯ１２５（スチレン変性テルペン樹脂）
テルペン樹脂２：ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＰＸ２００（未変性テルペン樹脂）
テルペン樹脂３：ヤスハラケミカル社製ＹＳ−ポリスターＴ−１３０（フェノール変性テルペン樹脂）
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
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
シランカップリング剤：エボニックデグッサ社製Ｓｉ６９
硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
加硫促進剤：大内新興化学社製ノクセラーＣＺ−Ｇ

表２の結果から明らかなように実施例１〜３のタイヤ用ゴム組成物は、いずれも比較例１と比べ転がり抵抗を低減すると共に、破断伸び及びグリップ性能を向上することが出来る。特に実施例３は、天然ゴムとスチレンブタジエンゴムとの配合比率を５／９０〜４０／３５の範囲に設定しているので、参考例１と比べ破断伸び及びグリップ性能を一層向上することが出来る。

一方、表１の結果から明らかなように、比較例２のタイヤ用ゴム組成物は、シリカ２のＢＥＴ比表面積が本発明の範囲外であり、芳香族変性テルペン樹脂を含まないので、グリップ性能を充分に改良することが出来ず、転がり抵抗が悪化する。比較例３のタイヤ用ゴム組成物は、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含まないブタジエンゴム（ＢＲ２）を配合し、かつ芳香族変性テルペン樹脂を含まないので、破断伸びが悪化し、グリップ性能及び転がり抵抗を充分に改良することが出来ない。比較例４のタイヤ用ゴム組成物は、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含まないブタジエンゴム（ＢＲ２）を配合し、かつシリカ２のＢＥＴ比表面積が本発明の範囲外であるので、破断伸び及び転がり抵抗が悪化する。

比較例５のタイヤ用ゴム組成物は、芳香族変性テルペン樹脂を含まないので、グリップ性能が悪化する。比較例６のタイヤ用ゴム組成物は、シリカ２のＢＥＴ比表面積が本発明の範囲外であるので、転がり抵抗が悪化する。比較例７のタイヤ用ゴム組成物は、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含まないブタジエンゴム（ＢＲ２）を配合したので、破断伸びが悪化する。比較例８のタイヤ用ゴム組成物は、ブタジエンゴム（ＢＲ１）の配合量が２５重量部を超えるので、破断伸び及びグリップ性能を充分に向上することが出来ない。また転がり抵抗が悪化する。

表２の結果から明らかなように、比較例９のタイヤ用ゴム組成物は、シリカ及びカーボンブラックの配合量の合計が８０重量部を超えるので転がり抵抗が悪化する。比較例１０のタイヤ用ゴム組成物は、全フィラー中のシリカが５０重量％未満であるので、転がり抵抗が悪化する。比較例１１のタイヤ用ゴム組成物は、芳香族変性テルペン樹脂（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。比較例１２のタイヤ用ゴム組成物は、芳香族変性テルペン樹脂の代わりに未変性テルペン樹脂（テルペン樹脂２）を配合したのでグリップ性能が悪化する。比較例１３のタイヤ用ゴム組成物は、フェノール変性テルペン樹脂（テルペン樹脂３）を配合したので転がり抵抗が悪化する。

Claims

天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムを含むジエン系ゴム７５〜９５重量％とブタジエンゴム５〜２５重量％とから構成されるゴム成分１００重量部に対し、フィラーを３５〜８０重量部、芳香族変性テルペン樹脂を１〜２０重量部配合すると共に、前記天然ゴムと前記スチレンブタジエンゴムの配合比率が天然ゴム／スチレンブタジエンゴムの重量比で５／９０〜４０／３５の範囲であり、前記ブタジエンゴムがシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを１〜２０重量％含み、前記フィラーがシリカ及びカーボンブラックを含み、該シリカのＢＥＴ比表面積が５０〜２１０ｍ²／ｇであり、前記フィラー１００重量％中に前記シリカを５０〜９５重量％含み、前記シリカの配合量に対しシランカップリング剤を３〜１５重量％含み、前記芳香族変性テルペン樹脂がスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンのうち少なくとも一つの芳香族化合物によって変性されたことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤ。