JP6539947B2

JP6539947B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP6539947B2
Application number: JP2014102690A
Authority: JP
Inventors: 美由紀中島
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: JP2015218255A

Description

本発明は、低転がり抵抗性およびウェット性能と、耐摩耗性とのバランス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。

近年、空気入りタイヤに求められる性能は多岐にわたり、自動車の燃費性能を向上するため転がり抵抗を小さくすること、湿潤路面を走行するときの操縦安定性（ウェット性能）や耐摩耗性を高くすること等が求められている。低転がり抵抗性およびウェット性能を両立するためタイヤトレッド用ゴム組成物にシリカを配合することが行われている。しかしカーボンブラックの代わりにシリカを多量に配合すると、ゴム組成物の引張り破断特性が低下して耐摩耗性が悪化するという問題があった。

特許文献１は、タイヤ用ゴム組成物にシリカとともに特定のシランカップリング剤およびアルキルトリエトキシシランを配合することを提案する。このゴム組成物は、低転がり抵抗性およびウェット性能を改良することができるが、耐摩耗性を改良するには至っていなかった。

特許第４９３０６６１号公報

本発明の目的は、低転がり抵抗性およびウェット性能と、耐摩耗性とのバランス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、ジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを３〜２０重量部、シリカを６０〜１５０重量部、ファルネセン重合体を２〜１０重量部、炭素数３〜２０のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを０．５〜８重量部配合するとともに、前記ファルネセン重合体およびアルキルトリエトキシシランの合計が５〜１５重量部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、ジエン系ゴムに、カーボンブラック、シリカ、ファルネセン重合体およびアルキルトリエトキシシランを配合し、ファルネセン重合体およびアルキルトリエトキシシランの合計を限定するようにしたので、低転がり抵抗性およびウェット性能を高いレベルで両立しながら、耐摩耗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、キャップトレッドに使用した空気入りタイヤは、低転がり抵抗性およびウェット性能を高いレベルで両立しながら、耐摩耗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において、ゴム成分はジエン系ゴムからなる。ジエン系ゴムとして、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、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、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム等を例示することができる。なかでもスチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴムが好ましい。これらのジエン系ゴムは、単独又は任意のブレンドとして使用することができる。

ジエン系ゴムとしてスチレンブタジエンゴムを主成分にすることが好ましく、ジエン系ゴム１００重量％中、スチレンブタジエンゴムを好ましくは５０重量％以上、より好ましくは６０〜１００重量％含有するとよい。スチレンブタジエンゴムを主成分にすることにより、低転がり抵抗性およびウェット性能を高いレベルで兼備することができる。

スチレンブタジエンゴムとしては、例えば溶液重合スチレンブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）、乳化重合スチレンブタジエンゴム（Ｅ−ＳＢＲ）、末端変性Ｓ−ＳＢＲ等を例示することができる。

ジエン系ゴムとしてブタジエンゴムを含むことが好ましく、耐摩耗性をより高くすることができる。

またジエン系ゴムとしてファルネセン重合体と親和性が高い天然ゴム、イソプレンゴムを含むことが好ましく、ゴム強度を高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は、カーボンブラックを配合することにより、耐摩耗性を高くする。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量に対し３〜２０重量部、好ましくは５〜１５重量部である。カーボンブラックの配合量が３重量部未満であると、ゴム組成物の補強性が十分に得られず、耐摩耗性が不足する。またカーボンブラックの配合量が２０重量部を超えると、転がり抵抗が大きくなる。

本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡが好ましくは１００〜１７０ｍ²／ｇ、より好ましくは１３０〜１６０ｍ²／ｇであるとよい。Ｎ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満であると、ゴム組成物の引張り破断特性、動的弾性率などの機械的特性が低下し、耐摩耗性が不足する虞がある。Ｎ₂ＳＡが１７０ｍ²／ｇを超えると、転がり抵抗が大きくなる。Ｎ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して、測定するものとする。

タイヤトレッド用ゴム組成物には、シリカを配合することにより、低転がり抵抗性およびウェット性能を両立する。シリカのＣＴＡＢ比表面積は好ましくは１４０〜２１０ｍ²／ｇ、より好ましくは１４０〜１６０ｍ²／ｇにするとよい。ＣＴＡＢ比表面積が１４０ｍ²／ｇ未満であると、ウェット性能が不足する。またＣＴＡＢ比表面積が２１０ｍ²／ｇを超えると、シリカの分散性が悪化し、耐摩耗性が低下する。シリカのＣＴＡＢ比表面積は、ＩＳＯ５７９４により測定された値とする。

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６０〜１５０重量部、好ましくは７０〜１２０重量部、より好ましくは７０〜１００重量部である。シリカの配合量が６０重量部未満であると、転がり抵抗を小さくしウェット性能を改良する効果が十分に得られない。またシリカの配合量が１５０重量部を超えると、耐摩耗性が低下すると共に転がり抵抗が大きくなる。

本発明において、カーボンブラックおよびシリカを含む無機充填剤の配合量の合計は、特に制限されるものではないが、好ましくはジエン系ゴム１００重量部に対し６５〜１６０重量部、より好ましくは７０〜１３０重量部であるとよい。カーボンブラックおよびシリカを含む無機充填剤の合計が６５重量部未満であると、耐摩耗性およびウェット性能が不足する虞がある。またカーボンブラックおよびシリカを含む無機充填剤の合計が１６０重量部を超えると、転がり抵抗が大きくなる虞がある。

本発明では、シリカと共にシランカップリング剤を配合するとよい。シランカップリング剤を配合することにより、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性を向上し、低転がり抵抗性およびウェット性能を改良する作用を高めることができる。

シランカップリング剤の種類は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであれば特に制限されるものではないが、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の硫黄含有シランカップリング剤を例示することができる。

シランカップリング剤の配合量は、シリカの重量に対し、好ましくは３〜１５重量％を配合すると良く、より好ましくは５〜１０重量％にすると良い。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の３重量％未満であるとシリカの分散を十分に改良することができない虞がある。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の１５重量％を超えるとシランカップリング剤同士が縮合し、ゴム組成物における所望の硬度や強度を得ることができない。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、炭素数３〜２０のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを配合することにより、シリカの凝集や、ゴム組成物の粘度上昇を抑制し、低転がり抵抗性、ウェット性能および耐摩耗性をより優れたものにすることができる。

アルキルトリエトキシシランは、炭素数３〜２０、好ましくは炭素数７〜２０のアルキル基を有する。炭素数３〜２０のアルキル基として、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基が挙げられる。なかでもジエン系ゴムとの相溶性の観点から、炭素数８〜１０のアルキル基がより好ましく、オクチル基、ノニル基がさらに好ましい。

アルキルトリエトキシシランの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し０．５〜８重量部、より好ましくは２〜６重量部である。アルキルトリエトキシシランの配合量が０．５重量部未満であると、転がり抵抗が大きくなり耐摩耗性が低下する。またアルキルトリエトキシシランの配合量が８重量部を超えると、転がり抵抗が大きくなり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、ファルネセン重合体を配合することにより、転がり抵抗を小さくし、耐摩耗性を高くすることができる。ファルネセン重合体は、ジエン系ゴムとの親和性が高く、かつ常温からタイヤトレッド用ゴム組成物の加工温度において液状で浸透性に優れることから、シリカの分散性を改良することができる。またファルネセン重合体は、比較的高分子量であるとともに架橋性構造を有するため、加硫後にタイヤトレッド用ゴム組成物の引張り破断特性を従来レベル以上に高くし、耐摩耗性を改良することができる。

ファルネセン重合体とは、α−ファルネセンの重合体、β−ファルネセンの重合体またはα−ファルネセンおよびβ−ファルネセンの共重合体であり、好ましくはβ−ファルネセンの重合体であるとよい。またファルネセンの重合体は、α−ファルネセンおよび／またはβ−ファルネセンを由来とする構成単位が、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９５重量％以上、より好ましくは１００重量％であり、ブタジエン、イソプレン等の他のモノマー由来の構成単位を含んでもよい。

ファルネセン重合体の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、２〜１０重量部、好ましくは２〜７重量部である。ファルネセン重合体の配合量が２重量部未満であると、低転がり抵抗性および耐摩耗性を改良する効果が十分に得られない。またファルネセン重合体の配合量が１０重量部を超えると、ウェット性能が低下する。

ファルネセン重合体の重量平均分子量は、特に制限されるものではないが、好ましくは２０００〜２５０００、より好ましくは２５００〜２００００であるとよい。ファルネセン重合体の重量平均分子量が２０００未満であると、ゴム組成物のゴム硬度が低下し、さらにゴム組成物からブリードアウトしやすくなる。またファルネセン重合体の重量平均分子量が２５０００を超えると加工性が悪化する。

ファルネセン重合体の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ；Ｍｗは重量平均分子量、Ｍｎは数平均分子量）は、好ましくは１．０〜２．０、より好ましくは１．０〜１．５、さらに好ましくは１．０〜１．３であるとよい。ファルネセン重合体の分子量分布がこのような範囲内であると、粘度のばらつきが小さくなる。本明細書においてファルネセン重合体の重量平均分子量Ｍｗおよび数平均分子量Ｍｎは、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）により測定し標準ポリスチレン換算により求めるものとする。

ファルネセン重合体の溶融粘度は、好ましくは０．１〜３．５Ｐａ・ｓ、より好ましくは０．１〜２Ｐａ・ｓ、さらに好ましくは０．１〜１．５Ｐａ・ｓであるとよい。ファルネセン重合体の溶融粘度がこのような範囲内であると、ゴム組成物の混練が容易になりシリカの分散性が向上する。本明細書において、ファルネセン重合体の溶融粘度は、ブルックフィールド型粘度計により測定した３８℃における溶融粘度である。

ファルネセン重合体は、通常の方法で合成することができ、例えば乳化重合法、溶液重合法を例示することができ、好ましくは溶液重合法で合成するとよい。

本発明において、ファルネセン重合体の配合量Ａ（重量部）およびアルキルトリエトキシシランの配合量Ｂ（重量部）の合計（Ａ＋Ｂ）は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、５〜１５重量部である。ファルネセン重合体およびアルキルトリエトキシシランの合計（Ａ＋Ｂ）が５重量部未満であると、転がり抵抗を小さくし耐摩耗性を高くする効果が十分に得られない。また両者の合計（Ａ＋Ｂ）が１５重量部を超えると、ウェット性能が低下する。

本発明の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、各種オイル、老化防止剤、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ゴム組成物とし、加硫又は架橋することができる。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。本発明の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、空気入りタイヤにおけるキャップトレッドに好適に使用することができ、低転がり抵抗性およびウェット性能と、耐摩耗性とのバランスを優れたものにすることができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、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３に示す配合剤を共通配合とし、表１，２に示す配合からなる１３種類のゴム組成物（実施例３〜５、参考例１〜２、比較例１〜８）を調製するに当たり、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く成分を秤量し、１.８Ｌの密閉型ミキサーで５分間混練した後、そのマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１.８Ｌの密閉型ミキサーに供し、硫黄及び加硫促進剤を加え、混合しタイヤトレッド用ゴム組成物を得た。なお、表１，２において、変性Ｓ−ＳＢＲおよびＥ−ＳＢＲは油展品であるため、正味のゴム量を括弧内に併記した。また、表３の共通成分の配合量は、表１，２に示すジエン系ゴム１００重量部に対する重量部として記載した。

得られた１３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加硫ゴムサンプルを作成した。得られた加硫ゴムサンプルを用いて、転がり抵抗（６０℃のｔａｎδ）を下記に示す方法により評価した。

転がり抵抗
得られた加硫ゴムサンプルの転がり抵抗を、発熱性の指標であることが知られている損失正接ｔａｎδ（６０℃）により評価した。ｔａｎδ（６０℃）は、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、温度６０℃の条件下で測定した。得られた結果は比較例１の値の逆数を１００とする指数として、表１，２に示した。ｔａｎδ（６０℃）の指数が大きいほど、特に指数が１０２以上であると、発熱が小さく空気入りタイヤにしたとき転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることを意味する。

得られた１３種類のゴム組成物をキャップトレッドに用いたサイズ（２２５／４０Ｒ１８）の空気入りタイヤを加硫成形した。それぞれの空気入りタイヤを用いて、ウェット性能および耐摩耗性を下記に示す方法により評価した。

ウェット性能
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１８×８ＪＪ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２３０ｋＰａの条件で湿潤路面からなる１周２．６ｋｍの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名による感応評価により採点した。得られた結果は比較例１を１００とする指数として、表１，２に示した。この指数が大きいほど、特に指数が１０２以上であると、湿潤路面におけるウェット操縦安定性が優れていることを意味する。

耐摩耗性
得られた空気入りタイヤをリムサイズ１８×８ＪＪのホイールに組付け、空気圧２３０ｋＰａを充填し国産２．５リットルクラスの試験車両に装着し、テストコースの１周５ｋｍの周回路の乾燥路面を速度８０ｋｍ／時で連続して１０周走行した。その後トレッド面における摩耗の状態を目視により観察し、比較例１を１００として点数付け評価した。得られた結果を表１，２に示した。評価の値が大きいほど耐摩耗性が良いことを示す。

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。
変性Ｓ−ＳＢＲ：末端変性された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Ｅ５８１、正味のゴム成分１００重量部に対し３７．５重量部の油展成分を含む油展品
Ｅ−ＳＢＲ：乳化重合スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１７３９、正味のゴム成分１００重量部に対し３７．５重量部の油展成分を含む油展品
ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０
カーボンブラック：東海カーボン社製シーストＫＨ、窒素吸着比表面積が９０ｍ²／ｇ
シリカ：ローディア社製Ｚｅｏｘｉｌ１１６５ＭＰ、ＣＴＡＢ比表面積が１６０ｍ²／ｇ
カップリング剤：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、エボニックデグサ社製Ｓｉ６９
ファルネセン１：下記の合成例１により重合されたβ−ファルネセンの重合体、重量平均分子量が１４００００、分子量分布が１．２、溶融粘度が６９Ｐａ・ｓ
アルキルシラン：オクチルトリエトキシシラン、信越化学工業社製ＫＢＥ−３０８３

合成例１（ファルネセン１の重合）
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、ヘキサン２７４ｇ、ｎ−ブチルリチウム（１７重量％ヘキサン溶液）１．２ｇを仕込み、５０℃に昇温した後、β−ファルネセン２７２ｇを加えて１時間重合した。得られた重合反応液にメタノールを添加後、重合反応液を水で洗浄した。水を分離して、重合反応液を７０℃で１２時間乾燥することにより、β−ファルネセンの重合体（ファルネセン１）を得た。

なお、表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
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
ステアリン酸：千葉脂肪酸社製ビーズステアリン酸
老化防止剤：住友化学社製アンチゲン６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業社製サンノック
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量が９５．２４重量％）
加硫促進剤１：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
加硫促進剤２：大内新興化学工業社製ノクセラーＤ

表２から明らかなように実施例３〜５のゴム組成物は、低転がり抵抗性、ウェット性能および耐摩耗性が従来レベル以上に向上することが確認された。

比較例１のゴム組成物は、ファルネセン重合体を配合しない基準となる配合である。
比較例２のゴム組成物は、カーボンブラックを配合しないので、耐摩耗性が悪化した。
比較例３のゴム組成物は、カーボンブラックを配合量が２０重量部を超えるので転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性が悪化した。

比較例４のゴム組成物は、シリカの配合量が６０重量部未満であるのでウェット性能が悪化した。比較例５のゴム組成物は、シリカの配合量が１５０重量部を超えるので転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性が悪化した。

比較例６のゴム組成物は、アルキルトリエトキシシランを配合しないので、転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性が悪化した。
比較例７のゴム組成物は、アルキルトリエトキシシランの配合量が８重量部を超えるので転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性が悪化した。
比較例８のゴム組成物は、ファルネセン重合体の配合量が１０重量部を超えるのでウェット性能が悪化した。

Claims

ジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを３〜２０重量部、シリカを６０〜１５０重量部、ファルネセン重合体を２〜１０重量部、炭素数３〜２０のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランを０．５〜８重量部配合するとともに、前記ファルネセン重合体およびアルキルトリエトキシシランの合計が５〜１５重量部であることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を、キャップトレッドに使用したことを特徴とする空気入りタイヤ。