説明

ゴム組成物の製造方法および空気入りタイヤ

【課題】低発熱性および耐摩耗性に優れたゴム組成物の製造方法およびその製造方法で得られたゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤ。
【解決手段】ゴム成分100質量部に対して、シリカを30〜150質量部と、次の一般式(1)で示される有機加硫剤を0.5〜10質量部含むゴム組成物の製造方法であって、
ゴム成分に有機加硫剤とシリカを混練りする第1混練工程と、その後に加硫剤および加硫促進剤を混練する第2混練工程を含むゴム組成物の製造方法。
−(R−Sxn− ・・・(1)
式中、Rは、(CH2−CH2−O)m−CH2−CHであり、xは3〜6の整数、nは10〜40の整数であり、mは1〜5の整数である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、低発熱性およびタイ摩耗性に優れたゴム組成物の製造方法およびそのゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、乗用車の低燃費化の要請が高く、それに伴い空気入りタイヤの転がり抵抗を低減するための開発が進められている。タイヤの転がり抵抗の低減するには、タイヤ構成部材のなかでもタイヤにおける占有比率の高いトレッド用ゴム組成物の検討が重要である。トレッド用ゴム組成物の低発熱性は、転がり抵抗を低減するために必須であるが、その方法として補強用充填剤の配合量を減量する方法がある。その場合にはゴム組成物の硬度が低下しタイヤ全体が軟化し、乗用車のハンドリング性能およびウェットグリップ性能が低下する傾向にある。
【0003】
特許文献1には、転がり抵抗性能およびウェットスキッド性能、ならびに車の操縦安定性をバランスよく向上さたゴム組成物として、ゴム成分100質量部に対して、(a)窒素吸着比表面積が100m2/g以下のシリカおよび(b)窒素吸着比表面積が180m2/g以上のシリカを合計30〜150質量部含有するゴム組成物で、次の式を満たすゴム組成物が開示されている。
【0004】
〔シリカ(a)の含量〕×0.2≦〔シリカ(b)の含量〕≦〔シリカ(a)の含量〕×6.5
また、特許文献2には、低燃費性、ウェットスキッド性能、耐摩耗性および操縦安定性をバランスよく向上させるため、ゴム成分100質量部に対して、窒素吸着比表面積が20〜200m2/g、および水に分散させて5%水性分散液としたときのpHが7.0〜12.0であるシリカを30〜150質量部含有するタイヤ用ゴム組成物が開示されている。
【特許文献1】特開2006−233177号公報
【特許文献2】特開2007−177221号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は低発熱性および耐摩耗性に優れたゴム組成物の製造方法およびその製造方法で得られたゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明はゴム成分100質量部に対して、シリカを30〜150質量部と、次の一般式(1)で示される有機加硫剤を0.5〜10質量部含むゴム組成物の製造方法であって、
ゴム成分に有機加硫剤とシリカを混練りする第1混練工程と、その後に加硫剤および加硫促進剤を混練する第2混練工程を含むゴム組成物の製造方法である。
【0007】
−(R−Sxn− ・・・(1)
式中、Rは、(CH2−CH2−O)m−CH2−CHであり、xは3〜6の整数、nは10〜40の整数であり、mは1〜5の整数である。
【0008】
前記第1混練工程の混練温度は、120℃〜160℃の範囲であり、第2混練工程の混練温度は、70℃〜100℃であることが望ましい。本発明は、さらに前記製造方法で得られたゴム組成物、および該ゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤに関する。
【発明の効果】
【0009】
本発明は特定の化学構造を有する有機加硫剤を配合したゴム組成物の製造方法において、第1混練工程でゴム成分に有機加硫剤とシリカとの混練を行うことで有機加硫剤とシリカの相互作用によりゴム組成物中のシリカの分散性が高められる。またシリカ表面に吸着された有機加硫剤とゴム分子が結合ないし相互作用が生じるものと推測され、結果として低発熱性および耐摩耗性に優れたゴム組成物が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明は、ゴム成分100質量部に対して、シリカを30〜150質量部、前記一般式(1)で示される有機加硫剤を0.5〜10質量部含むゴム組成物の製造方法である。その製造方法は、第1混練工程と第2混練工程を含む。
【0011】
第1混練工程は、ゴム成分に、シリカと有機加硫剤を同時配合するか、もしくはシリカを配合して混練した後に有機加硫剤を添加する。硫黄などの加硫剤および加硫促進剤を除くその他の配合剤、例えばカーボンブラック、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、アロマオイルなどは、シリカと有機加硫剤と同時に混練することができることもできるが、シリカと有機加硫剤を十分に混練りした後に添加し、混練することもできる。
【0012】
第1混練工程は、バンバリー型ミキサーなどを用いて温度が120℃〜160℃の範囲で、2分間〜10分間の行うことが望ましい。混練温度が160℃を超え、6分間を超えると有機加硫剤によるゴムの加硫が進行し、その後の第2混練工程の加工性を阻害する。
【0013】
第2混練工程は、前記第1混練工程の後の混練物にさらに硫黄などの加硫剤および加硫促進剤を添加して混練を混練を続ける。第2混練工程は、ロールなどを用いて温度が70℃〜100℃の範囲で、2分間〜8分間の行うことが望ましい。混練温度が100℃を超えると硫黄によるゴムの加硫が進行するため、その後の成形が困難になる。なお、第2混練工程において、前記一般式(1)に示す有機加硫剤を適宜配合し、硫黄と併用することも可能である。
【0014】
<ゴム成分>
ゴム成分としては、ジエン系ゴムであることが好ましい。ジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合ゴム(SIBR)などが挙げられる。これらジエン系ゴムは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。とくにトレッド用ゴム組成物において転がり抵抗性能とウェットグリップ性能とをバランスよく向上させるためにSBRが好ましい。
【0015】
<有機加硫剤>
前記有機加硫剤とは、下記一般式(1)
−(R−Sxn− ・・・(1)
(式中、Rは(CH2−CH2−O)m−CH2−CH2、xは3〜6の整数、nは10〜400の整数であり、mは2〜5の整数を表す。)
を満足する化合物のことである。
【0016】
式中、xは、3〜6が好ましく、3〜5がより好ましい。xが3未満では、加硫が遅延する傾向がある。また、xが6をこえると、ゴム組成物の製造が困難となる傾向がある。
【0017】
式中、nは、10〜400の整数が好ましく、10〜300の整数がより好ましい。nが10未満では、該有機加硫剤は、揮発しやすく、取り扱いが困難になる傾向がある。また、nが400をこえると、該有機加硫剤とゴムとの相溶性が悪化する傾向がある。
【0018】
式中、mは、2〜5の整数が好ましく、2〜4の整数がより好ましく、2〜3の整数がさらに好ましい。mが2未満では、耐屈曲性能が低下する傾向がある。また、mが5をこえると、ゴム組成物の硬度が不充分となる傾向がある。
【0019】
有機加硫剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましく、2質量部以上がさらに好ましい。有機加硫剤の含有量が0.5質量部未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、有機加硫剤の含有量は、30質量部以下が好ましく、25質量部以下がより好ましい。有機加硫剤の含有量が30質量部をこえると、硬度が過度に上昇し、グリップ性能が悪化する傾向がある。
【0020】
<シリカ>
本発明のゴム組成物では、予めシリカは有機加硫剤とが混練されることで化学的・物理的に結合ないし複合体を形成しゴム成分のマトリックス中に均一に分散している。かかる機能を有する限り、シリカの種類は制限はないが、例えば乾式法シリカ(無水ケイ酸)、湿式法シリカ(無水ケイ酸)などが使用できる。特に、シリカは表面にシラノール基が多く、シランカップリング剤との反応性も大きい湿式法シリカが好ましい。シリカの窒素吸着比表面積(N2SA)は、20m2/g以上、好ましくは40m2/g以上である。シリカのN2SAが20m2/g未満では、耐摩耗性が低下する。また、シリカのN2SAは、200m2/g以下である。シリカのN2SAが200m2/gをこえると、ウェットグリップ性能が低下する。
【0021】
シリカを水に分散させて5%水性分散液にしたときのpH(5%pH)は、7.0以上、好ましくは7.5以上、より好ましくは8.0以上である。シリカの5%pHが7.0未満では、シランカップリング剤とのカップリング反応が促進されず、低燃費性およびウェットグリップ性能の向上が両立できない。また、シリカの5%pHは、12.0以下、好ましくは11.5以下、より好ましくは11.0以下である。シリカの5%pHが12.0をこえると、スコーチが短くなり加工性が低下する。
【0022】
シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、30質量部以上、好ましくは45質量部以上である。シリカの含有量が30質量部未満では、シリカの配合による充分な改善効果が得らない。また、シリカの含有量は、150質量部以下、好ましくは120質量部以下である。シリカの含有量が150質量部をこえると、シリカのゴムへの分散が困難になり、ゴムの加工性が悪化する。
【0023】
本発明では、ゴム成分に、上記性質を有するシリカを配合することで、シランカップリング剤とのカップリング反応が効率よく進行するという理由から、従来のシリカを配合したときと比較しても、低燃費性が向上する。
【0024】
<シランカップリング剤>
前記ゴム組成物には、シリカとともにシランカップリング剤を併用することが好ましい。本発明においてシランカップリング剤は、従来からシリカと一般的に併用されるシランカップリング剤を使用できる。たとえば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ポリスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ポリスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)ポリスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)ポリスルフィドなどがあげられ、これらのシランカップリング剤は単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよく、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好適に用いられる。
【0025】
シランカップリング剤をシリカと併用する場合、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が0.5質量部未満では、シリカの分散性が悪化する傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は、10質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が10質量部をこえると、ブリードする傾向がある
<その他の配合剤>
本発明のゴム組成物は、カーボンブラック、クレーなどのシリカ以外の補強用充填剤、老化防止剤、軟化剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックス、有機加硫剤以外の加硫剤、シランカップリング剤、加硫促進剤、加工助剤などを、必要に応じて通常使用される量を含むことができる。
【0026】
本発明のタイヤは、前記ゴム組成物からなることが好ましく、とくに、該ゴム組成物を用いたトレッドを有することが好ましい。なお、該トレッドは、ゴム組成物をシート状にしたものを所定の形状に貼りあわせる方法、または、2本以上の押出し機にゴム組成物を挿入して押出し機のヘッド出口で2層に形成する方法により作製することができる。
【実施例】
【0027】
実施例1〜2および比較例1〜3
表1に示す配合内容に基づき、次の2段階でゴム組成物を混練した。
【0028】
<第1混練工程>
SBRおよびBRのゴム成分に、シリカ、有機加硫剤、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、ワックスおよびアロマオイルを表1に示す配合表に基づき配合し、バンバリー型ミキサーを用いて150℃で3分間混練した。
【0029】
<第2混練工程>
第1混練工程で得られた混練合に硫黄および加硫促進剤を添加し、ロールを用いて80℃で3分間混練して未加硫ゴム組成物を得た。未加硫ゴム組成物をトレッド形状に成形し、他のタイヤ部材と貼り合わせ、160℃で20分間プレス加硫することで、試験用タイヤ(タイヤサイズ:195/65R15)を製造した。
【0030】
【表1】

【0031】
以下に実施例および比較例において使用した各種薬品を詳細に記載する。
(注1)SBR:旭化成ケミカルズ(株)製の「E15」。
(注2)BR:日本ゼオン(株)製の「Nipol BR1220(ビニル含量1%、非変性)」。
(注3)シリカ:デグッサ社製の「ウルトラシルVN3」(湿式法により製造された含水シリカ、N2SA:175m2/g)
(注4)有機加硫剤:川口化学工業(株)製の「20S4ポリマー(前記一般式(1)において、m=2、x=4、n=200である)」。
(注5)カーボンブラック:東海カーボン(株)製「シーストNH」。
(注6)シランカップリング剤:デグッサヒュルス(株)の「Si75」(ビス(3−トリエトキシシリルプロピルジスルフィッド)。
(注7)酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の「亜鉛華1号」。
(注8)ステアリン酸:日本油脂(株)製のステアリン酸「椿」
(注9)老化防止剤:住友化学(株)製の「アンチゲン6C」(N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
(注10)ワックス:大内新興化学工業(株)製の「サンノックN」。
(注11)アロマオイル:ジャッパンエナジー社製の「プロセスオイルX−140」。
(注12)硫黄:軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄。
(注13)加硫促進剤(1):大内新興化学工業(株)製の「ノクセラーCZ」(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)。
(注14)加硫促進剤(2):大内新興化学工業(株)製の「ノクセラーD」(N,N’−ジフェニルグアニジン)。
【0032】
<転がり抵抗性能>
転がり抵抗試験機を用いて、リムサイズ(15×6JJ)、タイヤ内圧(230kPa)、荷重(3.43kN)、速度(80km/h)の条件下における前記試験タイヤの転がり抵抗を測定した。比較例1の転がり抵抗値を100として、次の式に基づき他の値をそれぞれ指数表示した。指数が大きいほど、転がり抵抗が低減されており、転がり抵抗性能が良好であることを示す。
(転がり抵抗指数)=(基準配合の転がり抵抗)/(各配合の転がり抵抗)×100
<耐摩耗性>
前記試験車に、試験用タイヤを装着し、アスファルト路面のテストコースを80km/hで走行し、30000km走行後の残溝値を測定し、基準配合の耐摩耗性指数を100とし、次の計算式に基づき、各配合の耐摩耗性指数を求めた。指数値が大きいほど、耐摩耗性が優れることを示す。なお、走行後の残溝値とは、装着した試験用タイヤのトレッドの溝の深さを意味する。
【0033】
(耐摩耗性指数)=(各配合の残溝値)/(基準配合の残溝値)×100
<性能評価結果>
実施例1〜2および比較例1〜3における転がり抵抗性能、耐摩耗性の評価結果を表1に示す。実施例1、2は、いずれも第1混練工程でゴム成分に有機加硫剤とシリカを混練したものであり、第2混練工程に有機加硫剤を配合した比較例1に比べ、いずれも低発熱性および耐摩耗性に優れたゴム組成物が得られた。なお、比較例2、3は、有機加硫剤を配合していないゴム組成物であり、いずれも低発熱性および耐摩耗性に劣っている。
【0034】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0035】
上述の如く本発明のゴム組成物の製造方法は、第1混練工程でゴム成分に有機加硫剤とシリカを混練するため、ゴム組成物の補強効果が改善され低発熱性および耐摩耗性に優れたゴム組成物が得られ、該ゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤは転がり抵抗が優れ低燃費に寄与する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゴム成分100質量部に対して、シリカを30〜150質量部と、次の一般式(1)で示される有機加硫剤を0.5〜10質量部含むゴム組成物の製造方法であって、
ゴム成分に有機加硫剤とシリカを混練りする第1混練工程と、その後に加硫剤および加硫促進剤を混練する第2混練工程を含むゴム組成物の製造方法。
−(R−Sxn− ・・・(1)
式中、Rは、(CH2−CH2−O)m−CH2−CHであり、xは3〜6の整数、nは10〜40の整数であり、mは1〜5の整数である。
【請求項2】
第1混練工程の混練温度は、120℃〜160℃の範囲であり、第2混練工程の混練温度は、70℃〜100℃である請求項1記載のゴム組成物の製造方法。
【請求項3】
請求項1または2記載の製造方法で得られたゴム組成物。
【請求項4】
請求項1または2記載の製造方法で得られたゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤ。

【公開番号】特開2009−79194(P2009−79194A)
【公開日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−251404(P2007−251404)
【出願日】平成19年9月27日(2007.9.27)
【出願人】(000183233)住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【Fターム(参考)】