説明

タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ

【課題】硬度、破断強度およびtanδ(0℃)を両立させ、ドライ性能とウエット性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供すること。
【解決手段】SBRを50質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、補強性充填剤を60〜120質量部(ただし、補強性充填剤の40質量%以上はシリカである)およびジチオカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂を1〜15質量部配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物と、該タイヤトレッド用ゴム組成物をトレッド(3)に使用した空気入りタイヤ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)を両立させ、ドライ性能とウエット性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のタイヤトレッド用ゴム組成物、とくにタイヤキャップトレッド用ゴム組成物に求められる要求特性としては、ドライ性能とウエット性能が挙げられる。これらの性能を共に向上させるためには、硬度、破断強度およびTanδ(0℃)をすべて高い次元で満たす必要がある。
従来、ウエット性能を向上させるために、補強性充填剤としてシリカが使用されているが、硬度が低下し、ドライ性能が悪化するという問題点があった。
その問題点を解決するために、熱可塑性(ノボラック型)フェノール樹脂と硬化剤を配合し、硬度を高める技術が提案されているが(例えば下記特許文献1参照)、この技術では破断強度が低下してしまう。
なお、下記特許文献2〜3はジチオカルバモイル基で変性された樹脂を開示しているが、該樹脂をゴム成分と配合すること、さらに該樹脂をタイヤ用タイヤトレッド用ゴム組成物に利用することについては、開示も示唆もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第4363697号公報
【特許文献2】国際公開WO2006/93050号パンフレット
【特許文献3】特開2008−214394号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)を両立させ、ドライ性能とウエット性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するジエン系ゴムに、特定の組成の補強性充填剤の特定量およびカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂の特定量を配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下のとおりである。
1.スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを50質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、補強性充填剤を60〜120質量部(ただし、前記補強性充填剤の40質量%以上はシリカである)および下記式1で表されるカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂を1〜15質量部配合してなることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
【0006】
【化1】

【0007】
(式1中、Rは炭化水素基を表す。)
2.前記スチレン−ブタジエン共重合体ゴムのスチレン量が30〜50質量%であり、かつビニル量が25〜60質量%であることを特徴とする前記1に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3.前記シリカのCTAB比表面積が100〜180m/gであり、かつ窒素吸着比表面積が90〜170m/gであることを特徴とする前記1または2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4.二官能以上のラジカル重合性モノマーを、前記カルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂に対し1〜50質量%の割合でさらに配合してなることを特徴とする前記1〜3のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
5.前記ジエン系ゴム100質量部に対し、硫黄を1〜2質量部配合してなることを特徴とする前記1〜4のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
6.前記1〜5のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
7.前記1〜5のいずれか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空気入りタイヤ。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、特定の組成を有するジエン系ゴムに、特定の組成の補強性充填剤の特定量およびカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂の特定量を配合することにより、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)を両立させ、ドライ性能とウエット性能を向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】空気入りタイヤの一例の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0011】
図1は、乗用車用の空気入りタイヤの一例の部分断面図である。
図1において、空気入りタイヤは左右一対のビード部1およびサイドウォール2と、両サイドウォール2に連なるトレッド3からなり、ビード部1、1間に繊維コードが埋設されたカーカス層4が装架され、カーカス層4の端部がビードコア5およびビードフィラー6の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。また、トレッド3においては、カーカス層4の外側に、ベルト層7がタイヤ1周に亘って配置されている。
以下に説明する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、上記のようなタイヤ用の各種部材に有用であり、トレッド3に使用されるのが好ましく、とくにキャップトレッドに有用である。
【0012】
(ジエン系ゴム)
本発明で使用されるジエン系ゴムは、タイヤトレッド用ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、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−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、ジエン系ゴムはその分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル基等で末端変性されていてもよい。
【0013】
ただし本発明においては、ジエン系ゴム100質量部中、SBRが50質量部以上を占める必要がある。SBRが50質量部未満であると、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)の向上効果に乏しく、ドライ性能とウエット性能を両立させることができない。
さらに好ましいSBRの配合量は、ジエン系ゴム100質量部中、70質量部以上である。
【0014】
また本発明で使用されるSBRは、スチレン量が25〜50質量%であり、かつビニル量が30〜60質量%であることが好ましい。
スチレン量が25質量%以上であることにより、下記で説明するカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂との相溶性が高まり、またビニル量が30質量%以上であることにより、ラジカルとの反応性が大きくなり、本発明の効果が一層向上する。
なお、スチレン量が25質量%未満の場合、所望の効果が小さく、50質量%を超えると耐摩耗性、転がり抵抗が悪化する傾向にある。
またビニル量が30質量%未満の場合、所望の効果が小さく、60質量%を超えると加硫速度が悪化する傾向にある。
本発明において、SBRは必要に応じて2種以上を併用してもよい。
【0015】
本発明におけるジエン系ゴムは、本発明の効果の点からSBRとBRを併用する系が好ましい。
【0016】
(補強性充填剤)
本発明で使用される補強性充填剤はとくに制限されず、例えばカーボンブラック、無機充填剤等が挙げられる。無機充填剤としては、例えばシリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム等を挙げることができる。
ただし本発明においては、補強性充填剤の40質量%以上はシリカが占める必要がある。シリカが40質量%未満の場合、所望の効果が小さい。さらに好ましくは、補強性充填剤の60質量%以上がシリカである形態である。
【0017】
また本発明では、硬度に対してtanδ(0℃)をさらに高めるという観点から、シリカのCTAB比表面積が100〜180m/gであり、かつ窒素吸着比表面積(NSA)が90〜170m/gであることが好ましい。さらに好ましいCTAB比表面積は100〜130m/gであり、NSAは90〜130m/gである。
なお、CTAB吸着比表面積は、ASTM−D3765−80に準拠して求めた値であり、NSAは、JIS K6217−2に準拠して求めた値である。
【0018】
また本発明においてカーボンブラックを使用する場合、本発明の効果の観点から、そのCTAB比表面積は80〜150m/g、NSAは80〜150m/g、DBP吸油量は70〜150cm/100gであるのが好ましい。なおDBP吸油量はJIS K6217−4吸油量A法に準拠して求めた値である。
【0019】
(カルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂)
本発明で使用されるカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂(以下、単に樹脂ということがある)は、下記式1で表されるカルバモイル基で変性された樹脂である。
【0020】
【化2】

【0021】
(式1中、Rは炭化水素基を表す。)
【0022】
式1におけるRは炭化水素基を表し、基中に不飽和結合や芳香環を有していてもよい。また、本発明の効果の点から、Rは、好ましくは炭素数1〜30、さらに好ましくは炭素数4〜15のアルキル基がよい。また、上記ジチオカルバモイル基で変性する場所は、樹脂の主鎖末端でも側鎖でも構わない。
【0023】
本発明で使用される樹脂は、公知の技術により製造することができ、例えば特許文献2に開示された製造方法に従って合成することができる。
【0024】
中でも本発明で好ましく使用される樹脂は、下記式2で表されるポリ(4−ジエチルジチオカルバモイルメチル−スチレン)である。
【0025】
【化3】

【0026】
(式2中、nは繰り返し単位数を表す。)
【0027】
本発明で使用される樹脂の質量平均分子量(GPC法)は、本発明の効果の点から、5,000〜350,000が好ましく、10,000〜30,000がさらに好ましい。
また本発明で使用される樹脂の粒径は、破断強度を高め、また耐摩耗性を向上させるという観点から、1nm〜10000nm、好ましくは1nm〜1000nmがよい。
【0028】
(タイヤトレッド用ゴム組成物の配合割合)
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質量部に対し、補強性充填剤を60〜120質量部および前記カルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂を1〜15質量部配合してなることを特徴とする。
前記補強性充填剤が60質量部未満であると、硬度が低下し、耐摩耗性も悪化する。
前記補強性充填剤が120質量部を超えると、加工性および耐摩耗性が悪化し、実用的ではない。
前記樹脂が1質量部未満では、添加量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。
前記樹脂が15質量部を超えると、破断強度が悪化し、また低発熱性が得られず、タイヤの転がり抵抗が悪化するので実用的ではない。
【0029】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、前記補強性充填剤のさらに好ましい配合量は、80〜100質量部である。
【0030】
また本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、本発明の効果の点から、二官能以上のラジカル重合性モノマーをさらに配合してなることが好ましい。
このような二官能以上のラジカル重合性モノマーは特に制限されるものはないが、例えばN,N′−フェニレンジマレイミド、ビスマレイミドジフェニルメタン、N,N′−フェニレンジアクリルアミド、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレートエチレンジ(メタ)アクリレート(ここでエチレンジ(メタ)アクリレートという表記はエチレンジメタアクリレート及びエチレンジアクリレートの両方を意味する。以下、同じ)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリストールトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパン(メタ)アクリレート、プロポキシ化グリセリル(メタ)アクリレート、ペンタエリストールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリシロキサンジ(メタ)アクリレート、各種ウレタン(メタ)アクリレート、各種金属(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ビス(シトラコンイミドメチル)ベンゼン等を挙げることができる。これらのうち分子中に電子吸引基(例えばカルボニル基(ケトン、アルデヒド、エステル、カルボン酸、カルボン酸塩、アミド)、ニトロ基、シアノ基等を含むモノマーが好ましい。
前記二官能以上のラジカル重合性モノマーの配合量は、前記カルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂に対し1〜50質量%が好ましい。1質量%未満では添加量が少な過ぎて所望の効果を得ることができない。逆に50質量%を超えると、破断強度が低下する傾向にある。さらに好ましい前記二官能以上のラジカル重合性モノマーの配合量は、5〜30質量%である。
【0031】
また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質量部に対し、硫黄を1〜2質量部配合してなることが好ましい。硫黄が1質量部未満であると、ゴム成分と樹脂との架橋性が低下する。なお硫黄の配合割合は多いほうが架橋性の向上につながるが、2質量部を超えると耐摩耗性が悪化するため好ましくない。なお、本発明でいう硫黄には、加硫促進剤や樹脂に含まれる硫黄分は含まれないものとする。
【0032】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのタイヤトレッド用ゴム組成物に一般的に配合されてい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組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、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。
【0033】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに使用することができる。
【0034】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物の加硫ゴムの20℃における硬度は、例えば55〜75が好ましい。
なお本発明でいう硬度とは、JIS K6253に準拠して20℃で測定された値を意味する。
【実施例】
【0035】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
【0036】
実施例1〜6および比較例1〜8
サンプルの調製
表1に示す配合(質量部)において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を1.5リットルの密閉式バンバリーミキサーで5分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物を同バンバリーミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えて混練し、タイヤトレッド用ゴム組成物を得た。次に得られたタイヤトレッド用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厚さ2mmのシート状の加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。
【0037】
硬度:JIS K6253に準拠して20℃で測定した。結果は、比較例1または6の値を100として指数で示した。指数が大きいほど硬度に優れることを示す。
tanδ(0℃):岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、伸長変形歪率=10±2%、振動数=20Hz、0℃の条件でtanδ(0℃)を測定した。結果は、比較例1または6の値を100として指数で示した。指数が大きいほどtanδ(0℃)に優れることを示す。
破断強度:上記のようにして作成した厚さ2mmのシート状の試験片から3号ダンベル状のサンプル片を打ち抜き、JIS K6251に準拠して引張応力を測定した。結果は、比較例1または6の値を100として指数で示した。指数が大きいほど破断強度に優れることを示す。
結果を表1に併せて示す。
【0038】
【表1】

【0039】
*1:BR(日本ゼオン(株)製Nipol BR 1220)
*2:SBR−1(日本ゼオン(株)製、商品名Nipol 1723、油展量37.5phr、スチレン量=23.5質量%、ビニル量=15.4質量%)
*3:SBR−2(旭化成(株)製E581、油展量37.5phr、スチレン量=35.5質量%、ビニル量=41.0質量%)
*4:カーボンブラック(キャボットジャパン(株)製ショウブラックN234、CTAB比表面積=77m/g、NSA=68m/g、DBP吸油量=103cm/100g)
*5:シリカ−1(ローディア製ZEOSIL PREMIUM 200MP、CTAB比表面積=197m/g、NSA=205m/g)
*6:シリカ−2(ローディア製ZEOSIL 1165MP、CTAB比表面積=159m/g、NSA=160m/g)
*7:シリカ−3(ローディア製ZEOSIL 115GR、CTAB比表面積=106m/g、NSA=114m/g)
*8:シランカップリング剤(信越化学工業(株)製KBE−846)
*9:ZnO(正同化学工業(株)製、酸化亜鉛3種)
*10:ステアリン酸(日油(株)製、ビーズステアリン酸NY)
*11:アロマオイル(昭和シェル(株)製、エキストラクト4号S)
*12:重合性モノマー(Flexysis製PERKALINK900、化合物名=1,3-ビス(シトラコンイミドメチル)ベンゼン)
*13:硫黄(鶴見化学工業(株)製、金華印微粉硫黄150メッシュ)
*14:加硫促進剤(大内新興化学工業(株)製ノクセラーCZ−G)
*15:未変性ポリスチレン樹脂(Nonokawa Daigo, DIC Technical Review, 2004, No. 10, 19に準拠し合成した、上記式2と同じ骨格を有するが末端が変性されていない樹脂)
*16:カルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂(上記式2で表される、ポリ(4−ジエチルジチオカルバモイルメチル−スチレン、質量平均分子量(GPC法)=約23,000、日産化学工業(株)製HPS−200、平均粒径=10nm)
【0040】
上記の表から明らかなように、実施例1で調製されたタイヤトレッド用ゴム組成物は、特定の組成を有するジエン系ゴムに、特定の組成の補強性充填剤の特定量およびカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂の特定量を配合してなるので、従来の代表的な比較例1に対し、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)が向上し、優れたドライ性能とウエット性能が得られることを示している。
これに対し、比較例2は、実施例1で使用したBRおよびSBR−1をゴム成分とする系であり、本発明における樹脂を配合せず、未変性樹脂を配合しているので、破断強度が悪化した。
比較例3は、実施例1で使用したBRおよびSBR−1をゴム成分とする系であり、SBRの配合量が本発明で規定する下限未満であり、本発明における樹脂を配合していないので、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)が共に改善されなかった。
比較例4は、実施例1で使用したBRおよびSBR−1をゴム成分とする系であり、SBRの配合量が本発明で規定する下限未満であるので、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)が共に改善されなかった。
比較例5は、実施例1で使用したBRおよびSBR−1をゴム成分とする系であり、本発明における樹脂の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、破断強度が悪化した。
また、実施例2で調製されたタイヤトレッド用ゴム組成物は、特定の組成を有するジエン系ゴムに、特定の組成の補強性充填剤の特定量およびカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂の特定量を配合してなるので、従来の代表的な比較例6に比べ、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)が向上し、優れたドライ性能とウエット性能が得られることを示している。
比較例7は、実施例3とほぼ同様の配合系であるが、本発明における樹脂を配合していないので、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)が共に改善されなかった。
比較例8は、実施例4とほぼ同様の配合系であるが、本発明における樹脂を配合していないので、硬度、破断強度およびtanδ(0℃)が共に改善されなかった。
実施例5および6は、二官能以上のラジカル重合性モノマーを配合しているため、硬度、tanδ(0℃)および破断強度が大幅に改善された。
【符号の説明】
【0041】
1 ビード部
2 サイドウォール
3 トレッド
4 カーカス層
5 ビードコア
6 ビードフィラー
7 ベルト層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
スチレン−ブタジエン共重合体ゴムを50質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、補強性充填剤を60〜120質量部(ただし、前記補強性充填剤の40質量%以上はシリカである)および下記式1で表されるカルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂を1〜15質量部配合してなることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
【化1】

(式1中、Rは炭化水素基を表す。)
【請求項2】
前記スチレン−ブタジエン共重合体ゴムのスチレン量が25〜50質量%であり、かつビニル量が30〜60質量%であることを特徴とする請求項1に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
【請求項3】
前記シリカのCTAB比表面積が100〜180m/gであり、かつ窒素吸着比表面積が90〜170m/gであることを特徴とする請求項1または2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
【請求項4】
二官能以上のラジカル重合性モノマーを、前記カルバモイル基で変性されたポリスチレン樹脂に対し1〜50質量%の割合でさらに配合してなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
【請求項5】
前記ジエン系ゴム100質量部に対し、硫黄を1〜2質量部配合してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
【請求項7】
請求項1〜5のいずれか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空気入りタイヤ。

【図1】
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【公開番号】特開2011−246625(P2011−246625A)
【公開日】平成23年12月8日(2011.12.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−121843(P2010−121843)
【出願日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【出願人】(000006714)横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Fターム(参考)】