JP2006306947A - タイヤトレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】加工性に優れるとともに、低燃費性及び湿潤路面での制動性能に優れ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−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対し、ＣＴＡＢ比表面積が７０〜１３０ｍ^２／ｇ、ＣＴＡＢ比表面積（ｍ^２／ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の比ＤＢＰ／ＣＴＡＢが１．４以上であり、かつ、ＪＩＳ Ｋ６２２０のＢ法で測定されるｐＨが６．５〜７．５であるシリカ２０〜１００重量部と、カーボンブラック０〜１００重量部を、シリカ／カーボンブラック＝０．７／１〜１／０の比率で配合し、更に、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合する。

Description

本発明は、シリカを配合したタイヤトレッド用ゴム組成物、及び、それを用いた空気入りタイヤに関するものである。

最近、環境あるいは安全への関心が高まるにつれ、タイヤにも転がり抵抗の低減による低燃費性や、路面把握性、特に湿潤路面での制動性能（ウェット制動性能）の向上が強く要請されるようになった。しかし、これらの特性は一般に背反することが多く、両立させるために、例えば、充填剤としてシリカを配合することが行われている（下記特許文献１など）。

特定のゴム成分に、シリカとシランカップリング剤を配合したゴム組成物を空気入りタイヤのトレッド部に使用すると、低燃費性と湿潤路面での制動性能を向上させることはできるが、一般にシリカを配合すると、加工工程、特にゴム組成物の混合、押出工程において、従来のカーボンブラックを補強剤として用いる配合に比べて、ムーニー粘度が高くなり、混合ステップの増加、押出速度の低下といった問題がある。

ところで、下記特許文献２には、シリカの分散性及び補強性を改善するために、ＢＥＴ比表面積１４０〜２００ｍ^２／ｇ、ＣＴＡＢ比表面積１４０〜２００ｍ^２／ｇのシリカを製造する方法であって、シリカの沈降物に酸性化剤をｐＨが７〜８となるように添加し、最終的にｐＨが３〜６．５となるように追加量の酸性化剤を反応媒体に加えてシリカを製造することが開示されている（段落［０００５］参照）。また、この特許文献には、得られたシリカがタイヤのトレッドに使用されることも開示されている（段落［００２７］参照）。しかしながら、特許文献２記載のシリカは、ＣＴＡＢ比表面積が大きな小粒径のシリカであり、しかも、最終的なシリカのｐＨは酸性域にある。そのため、低燃費性と湿潤路面での制動性能を向上させながら、なおかつ加工性を改良するために、大粒径かつ高ストラクチャーであって中性域のｐＨを持つシリカを用いる本発明の特徴については開示されていない。

また、下記特許文献３にも、タイヤ用ゴム組成物においてシリカのｐＨを規定した技術が開示されているが、この技術は、タイヤのトレッドではなく、サイドウォールに適用される技術である。しかも、シリカは、サイドウォールゴムに配合されるオゾン亀裂防止剤や抗酸化剤などを強化するために、１〜５ｐｈｒという少量添加されるものであり、また、シリカのｐＨも４〜６．５という酸性域にある。
特開平１０−１２０８２７号公報 特開平１１−１３０４２０号公報 特開平６−１３６１８４号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、加工性に優れるとともに、低燃費性及び湿潤路面での制動性能に優れたタイヤトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対し、ＣＴＡＢ比表面積が７０〜１３０ｍ^２／ｇ、ＣＴＡＢ比表面積（ｍ^２／ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の比ＤＢＰ／ＣＴＡＢが１．４以上であり、かつ、ＪＩＳ Ｋ６２２０のＢ法で測定されるｐＨが６．５〜７．５であるシリカ２０〜１００重量部と、カーボンブラック０〜１００重量部を、シリカ／カーボンブラック＝０．７／１〜１／０の比率で配合し、更に、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合してなるものである。

また、本発明に係る空気入りタイヤは、上記ゴム組成物からなるトレッドを有するものである。

本発明によれば、ゴム成分としてスチレン−ブタジエンゴムを用い、これに上記特定のコロイダル特性とｐＨを持つシリカを配合することにより、加工性を改良しつつ、しかも、低燃費性及び湿潤路面での制動性能を向上することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分は、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又は、スチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドゴムからなる。ブレンドゴムの場合、スチレン−ブタジエンゴムがゴム成分中で３０重量％であることが好ましく、より好ましくは５０重量％以上である。

スチレン−ブタジエンゴムとしては、有機リチウム化合物を開始剤とする１，３−ブタジエンとスチレンとの共重合により得られる溶液重合スチレン−ブタジエンゴム（ＳＳＢＲ）が好適である。かかるＳＳＢＲは、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテルなどの不活性有機溶媒を用いた公知の溶液重合法により製造することができ、上記有機リチウム化合物としては、ｎ−ブチルリチウムなどのアルキルリチウム、１，４−ジリチウムブタンなどのアルキレンジリチウム、フェニルリチウムなどが挙げられる。このＳＳＢＲは、スズ系、ケイ素系、アルコキシシラン系カップリング剤により、その共重合体鎖末端が処理されたものであってもよく、また、末端または主鎖がシリカのシラノール基と相互作用や化学反応性を有する官能基（例えば、水酸基やアミノ基）で変性されたものであってもよい。

上記他のジエン系ゴムとしては、特に限定はなく、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、ニトリルゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。これらの内でも、天然ゴム、ブタジエンゴムがより好ましい。

本発明のゴム組成物に使用されるシリカ（含水珪酸）は、そのコロイダル特性が、７０≦ＣＴＡＢ比表面積（セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積）≦１３０ｍ^２／ｇである大粒径のものが用いられる。このような大粒径のシリカを用いることにより、転がり抵抗を下げ、また未加硫ゴム組成物の粘度を下げて加工性に寄与することができる。ＣＴＡＢ比表面積のより好ましい上限は１１０ｍ^２／ｇである。なお、本発明において、ＣＴＡＢ比表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ３７６５に準じて測定される値である。

上記シリカとしてはまた、ＣＴＡＢ比表面積（ｍ^２／ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の比ＤＢＰ／ＣＴＡＢが１．４以上である高ストラクチャーのものが用いられる。ＤＢＰ／ＣＴＡＢが１．４未満では、湿潤路面での制動性能が低下し、また低燃費性の改良効果も不十分となる。ＤＢＰ／ＣＴＡＢのより好ましい範囲は１．４〜２．４である。このように、シリカの粒子特性として、比表面積が比較的小さいが、ストラクチャーが高いものを用いることにより、シリカとポリマーの結合量を増やして、低い転がり抵抗でありながら、耐摩耗性や路面把握性の低下を抑制することができる。なお、本発明において、ＤＢＰ吸油量はＪＩＳ Ｋ−５１０１に準拠して測定される値である。

本発明ではまた、上記シリカとして、ＪＩＳ Ｋ６２２０のＢ法で測定されるｐＨが６．５〜７．５であるものが用いられる。シリカのｐＨをこのような中性域に規定することにより、上記したコロイダル特性による低燃費性及び湿潤路面での制動性能の改良効果を損なうことなく、ムーニー粘度を下げて加工性を向上することができる。シリカのｐＨは、好ましくは６．７〜７．２である。

本発明のゴム組成物において、上記シリカは、ゴム成分１００重量部に対して２０〜１００重量部配合される。シリカの配合量が２０重量部未満であると、上記した本発明の効果を充分に発揮することができなくなる。シリカのより好ましい配合量は、下限が３０重量部、上限が８０重量部である。

本発明のゴム組成物には、シリカとともに、必須ではないがカーボンブラックを配合してもよく、カーボンブラックは、ゴム成分１００重量部に対して０〜１００重量部配合される。また、シリカとカーボンブラックは、シリカ／カーボンブラック＝０．７／１〜１／０の比率で配合される。シリカの比率がこの範囲よりも少ないと、路面把握性を確保しながら低燃費性を下げることが難しくなる。

本発明のゴム組成物には、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合される。シランカップリング剤としては、下記一般式（１）で表されるスルフィドシランを用いることが好ましい。

(C₂H₅O)₃Si-C₃H₆-S_x-C₃H₆-Si(OC₂H₅)₃ （１）
式中、ｘは１以上の正数である。なお、式中、−S_x−のｘは通常分布を有しており、即ち、硫黄連鎖結合の数が異なるものの混合物として一般に市販されており、ｘはその平均値を表す。ｘは好ましくは２〜４である。

該シランカップリング剤として、具体的には、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−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドなどが挙げられる。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤトレッド用ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

本発明のゴム組成物は、常法に従い加硫成形することにより、空気入りタイヤのトレッドを形成することができる。その際、本発明のゴム組成物はムーニー粘度が低いため、特に、混合、押出工程において加工性に優れる。また、作製された空気入りタイヤは、低燃費性及び湿潤路面での制動性能に優れる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（ゴム組成物の調製）
シリカとしては、下記表１に示す８種類のシリカを用いた。そのうち、シリカ（１）はタイヤトレッド用ゴム組成物に配合するシリカとして汎用されている東ソー・シリカ製「ニップシール ＡＱ」である。その他のシリカは、通常の沈降シリカを作成する手順で、珪酸ソーダと鉱酸とを反応させて得られるスラリーに苛性ソーダを加えてｐＨ調整を実施し、その後、固形成分を回収し、乾燥して得られたものである。

シリカのｐＨは、ＪＩＳ Ｋ６２２０の７．３．４．２ Ｂ法に従い、シリカ５ｇを水１００ｃｍ^３に加えて振り混ぜ、上澄み液をろ過したろ液を被検液として、ガラス電極式卓上ｐＨ計（形式I）を用いて、室温２０℃で測定した。

バンバリーミキサーを使用し、下記表２に示す配合に従い、ゴム組成物を調製した。表２の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＳＢＲ：溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、旭化成製「タフデン３３３０」
・ＢＲ：ブタジエンゴム、宇部興産製「ＢＲ１５０Ｂ」
・カーボン：カーボンブラック、三菱化学製「ダイヤブラックＮ３３９」
・カップリング剤：上記式（１）で表されるポリスルフィドシラン（ｎ＝２，ｍ＝３，ｘ＝２（平均値））、デグサ社製「Ｓｉ−７５」。

また、各ゴム組成物には、共通配合として、アロマ系プロセス油（ジャパンエナジー社製「プロセスＸ−１４０」）３５重量部、酸化亜鉛（三井金属製「酸化亜鉛２種」）３重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２０」）３重量部、老化防止剤（大内新興化学工業製「ノクラック６Ｃ」）２重量部、ワックス（日本精蝋製「オゾエース０３５５」）２重量部、加硫促進剤（大内新興化学工業製「ノクセラーＣＺ」）１．５重量部、硫黄（鶴見化学製「粉末硫黄」）１．８重量部を配合した。

（評価）
得られた各ゴム組成物についてムーニー粘度（加工性）を測定した。また、各ゴム組成物を用いて空気入りタイヤを作製した。タイヤは、キャップ／ベース構造のトレッドを有する２０５／６５Ｒ１５ ９４Ｈの乗用車用ラジアルタイヤのキャップトレッドに各ゴム組成物を適用し、定法に従い加硫成形することにより製造した。そして、得られた各タイヤについて、低燃費性、ウェット制動性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・ムーニー粘度（加工性）：ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠してムーニー粘度を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低いこと、即ち加工性が良好であることを示す。

・低燃費性：使用リムを１５×６．５−ＪＪとしてタイヤを装着し、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定ドラムにて２３℃で８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、よって低燃費性に優れることを示す。

・ウェット制動性：使用リムを１５×６．５−ＪＪとして２０００ｃｃのＦＦ車に上記空気入りタイヤを４本装着し、２〜３ｍｍの水深で水をまいた路面上を走行し、時速９０ｋｍでＡＢＳを作動させて２０ｋｍ／ｈまで減速時の制動距離を測定した（ｎ＝１０の平均値）。比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が大きいほど制動距離が短く、ウェット制動性に優れることを示す。

表２に示すように、実施例１〜３のゴム組成物であると、比較例１に比べて、ムーニー粘度が低く、加工性が大幅に改良されており、しかも、低燃費性およびウェット制動性にも優れていた。

これに対し、比較例２では、シリカを配合したことにより、低燃費性およびウェット制動性には優れていたが、ムーニー粘度が高く、加工性が大幅に低下していた。また、比較例３では使用したシリカ（５）のｐＨが高すぎたため、また比較例５では使用したシリカ（７）のｐＨが低すぎたため、実施例１〜３に比べて加工性が大幅に低下していた。また、比較例４では、小粒径のシリカ（６）を使用したため、加工性に劣り、また低燃費性にも劣るものであった。更に、比較例６では、中性域のｐＨを持ち、また大粒径ではあるが、低ストラクチャーのシリカ（８）を使用したため、加工性には優れるものの、低燃費性とウェット制動性に劣るものであった。

上記実施例に示されるように、本発明によれば、加工性に優れたゴム組成物でありながら、低燃費性と湿潤路面での制動性に優れるため、空気入りタイヤのトレッドを構成するゴムとして利用することができる。

Claims (3)

1. スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対し、
   ＣＴＡＢ比表面積が７０〜１３０ｍ^２／ｇ、ＣＴＡＢ比表面積（ｍ^２／ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の比ＤＢＰ／ＣＴＡＢが１．４以上であり、かつ、ＪＩＳ Ｋ６２２０のＢ法で測定されるｐＨが６．５〜７．５であるシリカ２０〜１００重量部と、カーボンブラック０〜１００重量部を、シリカ／カーボンブラック＝０．７／１〜１／０の比率で配合し、更に、シランカップリング剤をシリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記シランカップリング剤が下記一般式（１）で表されることを特徴とする請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
   (C₂H₅O)₃Si-C₃H₆-S_x-C₃H₆-Si(OC₂H₅)₃ （１）
   （式中、ｘは１以上の正数である。）
3. 請求項１又は２記載のゴム組成物からなるトレッドを有する空気入りタイヤ。