JP4540420B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、シリカを配合したタイヤ用ゴム組成物に関する。

近年、自動車に対して低燃費化が要求されている。また、自動車用タイヤに対してウェットグリップ性能の向上についても要求されている。しかし、これらはお互いに２律背反の関係にあるため、これらを両立させることは非常に困難であった。

このような問題を解決するために、近年、タイヤのトレッドにシリカを使用することがなされてきた。しかし、シリカが弱酸性であるため、シリカがシランカップリング剤の反応に影響を及ぼすことで、シランカップリング剤の反応が遅延する、あるいは、加硫促進剤等がシリカ表面に吸着され、加硫が遅延するなどの弊害があった。

このように、シリカを配合することにより得られるタイヤ用ゴム組成物の性能は、充分に引き出されていなかったのが現状である。

特許文献１には、ｐＨが８〜１２の塩基性水溶液およびシリカを配合したタイヤ用ゴム組成物が開示されているが、シランカップリング剤の反応速度が過度に上昇することで、シランカップリング剤同士の凝集が促進され、低燃費化、およびウェットグリップ性能の向上の両立が充分ではなかった。

特開２０００−２１９７７９号公報

本発明は、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を損なうことなく、転がり抵抗を低減することで車の低燃費化を可能とするタイヤ用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、ジエン系ゴム、およびナトリウムを０．２５〜１．５重量％含むシリカからなるタイヤ用ゴム組成物に関する。

前記シリカのｐＨは６．５〜８．５であることが好ましい。

前記シリカは焼成されていることが好ましい。

前記シリカのｐＨは６．７〜８．５であることが好ましい。

前記タイヤ用ゴム組成物は、シリカ１００重量部に対してスルフィド系シランカップリング剤を３〜１５重量部含有することが好ましい。

本発明によれば、ナトリウムを含有するシリカを配合することで、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を損なうことなく、転がり抵抗を低減させたタイヤ用ゴム組成物を提供することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴムからなるゴム成分、およびシリカからなる。

ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）などがあげられるが、なかでもタイヤ用ゴムとして充分な強度を有し、優れた耐摩耗性を示すことからＮＲとＳＢＲを混合して用いることが好ましい。なお、スタッドレスタイヤととする場合は、ＮＲとＢＲを混合して用いることが好ましい。

ジエン系ゴムとしてＮＲおよびＳＢＲを混合する場合、ゴム成分中のＮＲの含有率は０〜８０重量％であることが好ましく、ＳＢＲの含有率は２０〜１００重量％であることが好ましい。ＮＲの含有率が８０重量％より大きく、ＳＢＲの含有率が２０重量％未満では、充分なウェットグリップ性能が得られない傾向がある。

本発明におけるシリカは、シリカ中にナトリウムを含有したもの（ナトリウム含有シリカ）をいう。

ナトリウム含有シリカ中のナトリウムの含有量は０．２５重量％以上、好ましくは０．２６重量％以上である。含有量が０．２５重量％未満では、シランカップリング剤との反応が遅くなり、ゴム組成物の混練りにおけるシリカとシランカップリング剤との反応が充分ではない。また、含有量は１．５重量％以下、好ましくは１重量％以下である。含有量が１．５重量％をこえると、シランカップリング剤同士の凝集が過剰に促進され、好ましくない。なお、ナトリウム含有量は、イオンクロマト法により測定する。

ナトリウム含有シリカのｐＨは６．５以上であることが好ましく、６．７以上であることがより好ましく、６．８以上であることがさらに好ましい。ｐＨが６．５未満では、シランカップリング剤の加水分解速度が遅くなる傾向がある。また、ｐＨは８．５以下であることが好ましく、８以下であることがより好ましい。ｐＨが８．５をこえると、シランカップリング剤の加水分解速度が速くなる傾向がある。なお、ｐＨは、シリカの５％水懸濁液を調整し、そのｐＨをガラス電極で電位測定することにより求めることができる。

ナトリウム含有シリカのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１００ｍ²／ｇ以上であることが好ましい。Ｎ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満では、ゴム組成物に対する補強効果が充分に得られない傾向がある。また、Ｎ₂ＳＡは５００ｍ²／ｇ以下であることが好ましく、４５０ｍ²／ｇ以下であることがより好ましい。Ｎ₂ＳＡが５００ｍ²／ｇをこえると、ゴム組成物中におけるシリカの分散性が極端に悪化する傾向がある。

ナトリウム含有シリカは焼成されていることが好ましい。該シリカが焼成されることにより、シリカ中の水分が減少し、水分率が低下することにより、シランカップリング剤とシリカとの反応性が向上するという利点がある。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、シランカップリング剤をナトリウム含有シリカと併用することができる。

シランカップリング剤としては、一般的にタイヤ工業において用いられるビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、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（２−トリエトキシシリルエチル）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−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、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スルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系シランカップリング剤、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、２−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、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系シランカップリング剤、そのほかに３−ニトロプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシラン、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどがあげられ、なかでも優れたカップリング効果を示し、シリカを配合することにより得られるウェットグリップ性能および耐摩耗性が向上し、さらに転がり抵抗が低減するため、スルフィド系シランカップリング剤を使用することが好ましく、とくにはビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、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使用することが好ましい。

シランカップリング剤としてスルフィド系シランカップリング剤を使用する場合、スルフィド系シランカップリング剤の含有量は、シリカ１００重量部に対して３〜１５重量部であることが好ましい。

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、前記ジエン系ゴム、ナトリウム含有シリカおよびシランカップリング剤以外に、一般的にタイヤ工業において使用されるカーボンブラック、軟化剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、加硫剤および加硫促進剤を配合することができ、配合量についても一般的な量とすることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、（１）ゴム成分、ナトリウム含有シリカ、シランカップリング剤および軟化剤を混練する工程、（２）混練工程（１）で得られた混練物、カーボンブラック、軟化剤、ステアリン酸および酸化亜鉛を混練する工程、ならびに（３）混練工程（２）で得られた混練物、加硫剤および加硫促進剤を混練する工程からなる混練工程により混練されることが好ましい。前記工程（１）および（２）を１つの工程としてまとめて混練する通常のタイヤ用ゴム組成物の混練と異なり、混練工程を（１）および（２）と分割することにより、シリカとシランカップリング剤とを充分に反応させることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、タイヤ部材のなかでも、とくにウェットグリップ性能および耐摩耗性を向上させ、さらに転がり抵抗の低減に充分に寄与すること可能であることから、トレッドに用いられることが好ましい。

本発明のゴム組成物を用いて、未加硫の段階でタイヤの各部材の形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成型機上にて成形することにより未加硫タイヤを形成し、それを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを製造することができる。

以下に、本発明を実施例にもとづいて具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

実施例において使用した各種薬品を以下に示す。
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２
シリカ１：ＤＳＬジャパン（株）製のＣａｒｐｌｅｘ＃８０
シリカ２：ＤＳＬジャパン（株）製のＣａｒｐｌｅｘ＃６７
シリカ３：ＤＳＬジャパン（株）製のＣａｒｐｌｅｘ＃１１２０
シリカ４：ＤＳＬジャパン（株）製のＣａｒｐｌｅｘＣＳ−７（焼成シリカ）
シランカップリング剤：デグッサ製のＳｉ２６６（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
アロマオイル：（株）ジャパンエナジー製のＸ１４０
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（ＩＳＡＦ）
アロマオイル：（株）ジャパンエナジー製のＸ１４０
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華２種
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＴＢＢＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ

また、各種シリカのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）、ｐＨ、ナトリウム含有量について表１に示す。ｐＨはシリカの５％水懸濁液を調整し、そのｐＨをガラス電極で電位測定することにより求めた。また、ナトリウム含有量は、イオンクロマト法により測定した。

実施例１〜４および比較例１〜４
＜タイヤ用ゴム組成物の作製＞
１．７Ｌバンバリーを用いて、表１に示すとおり、ＮＲ、ＳＢＲ、各種シリカ、シランカップリング剤およびアロマオイルを混練りした。次に１．７Ｌバンバリーを用いて前記混練り物にカーボンブラック、アロマオイル、ステアリン酸および酸化亜鉛を混練りした。さらに、ロールを用いて硫黄および加硫促進剤を混練りして各未加硫ゴムシートを得た。得られたゴム組成物を１７０℃で２０分間プレス加硫して加硫物を得た。得られた各加硫物を以下に示す各特性の試験を行なった。

＜試験方法＞
（ウェットグリップ指数）
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度０℃で初期歪み１０％および動歪み０．２％の条件下で各加硫物のｔａｎδを測定した。比較例１のウェットグリップ指数を１００として、他は下記計算式で算出した。指数が大きいほどウェットグリップ性能が優れる。
（各配合のウェットグリップ指数）
＝（各配合のｔａｎδ）／（比較例１のｔａｎδ）×１００

（転がり抵抗指数）
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度７０℃で初期歪み１０％および動歪み２％の条件下で各加硫物のｔａｎδを測定した。比較例１の転がり抵抗指数を１００として、各配合の転がり抵抗指数を下記計算式で算出した。指数が大きいほど転がり抵抗が低減されている。
（各配合の転がり抵抗指数）
＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００

（摩耗指数）
ランボーン摩耗試験機を用いて、荷重２．５ｋｇｆ・スリップ率２０％・試験時間４分の条件で摩耗させ、各配合の容積損失量を測定した。比較例１の摩耗指数を１００として、各配合の摩耗指数を下記計算式で算出した。摩耗指数が大きいほど耐摩耗性に優れる。
（各配合の摩耗指数）
＝（比較例１の容積損失量）／（各配合の容積損失量）×１００

試験結果を表２に示す。

実施例１〜４より、ナトリウムを０．２５〜１．５重量％含むシリカを使用することで、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を犠牲にすることなく、転がり抵抗を低減することができる。

実施例２および４より、焼成したシリカを使用することで、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を犠牲にすることなく、さらに転がり抵抗を低減することができる。

実施例１および２より、シランカップリング剤をシリカと併用することで、ウェットグリップ性能および耐摩耗性を犠牲にすることなく、さらに転がり抵抗を低減することができる。

Claims (4)

1. ジエン系ゴム、および
   ナトリウムを０．２５〜１．５重量％含むシリカからなるタイヤ用ゴム組成物であり、
   （１）ゴム成分、ナトリウム含有シリカ、シランカップリング剤および軟化剤を混練する工程、（２）混練工程（１）で得られた混練物、カーボンブラック、軟化剤、ステアリン酸および酸化亜鉛を混練する工程、ならびに（３）混練工程（２）で得られた混練物、加硫剤および加硫促進剤を混練する工程からなる混練工程により製造されるタイヤ用ゴム組成物であり、
   前記シリカが焼成されていることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
2. シリカのｐＨが６．５〜８．５である請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. シリカのｐＨが６．７〜８．５である請求項１または２記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. シリカ１００重量部に対して、スルフィド系シランカップリング剤を３〜１５重量部含有する請求項１、２または３記載のタイヤ用ゴム組成物。