説明

トレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

【課題】転がり抵抗特性、耐摩耗性及びウェットグリップ性能をバランス良く改善できるトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いたトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。
【解決手段】ゴム成分100質量部に対して、シリカを10〜100質量部、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上である芳香族ビニル重合体を2〜50質量部、液状スチレン−ブタジエン共重合体を2〜50質量部含有するトレッド用ゴム組成物に関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トレッド用ゴム組成物、及びそれを用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
昨今の世情から、タイヤに対し、転がり抵抗特性(低燃費性)、耐摩耗性及びグリップ性能(特にウェットグリップ性能)を改善することが要求されている。
【0003】
転がり抵抗特性を改善する(転がり抵抗を小さくする)方法としては、天然ゴムを配合する方法や、カーボンブラック等のフィラーの含有量を減らす手法等が挙げられる。しかしながら、これらの方法を用いた場合、耐摩耗性やグリップ性能が悪化する傾向がある。
【0004】
耐摩耗性を改善する方法としては、カーボンブラックを配合する方法や、ブタジエンゴムを配合する方法等が挙げられる。しかしながら、カーボンブラックを大量に配合すると、転がり抵抗が悪化する傾向があり、また、ブタジエンゴムを配合すると、ウェットグリップ性能が悪化する傾向がある。
【0005】
このように、転がり抵抗特性、耐摩耗性能及びグリップ性能は互いに相反する関係にあり、これらの性能をバランス良く改善する方法が望まれていた。
【0006】
特許文献1には、耐摩耗性及びグリップ性能を改善する方法として、低分子量芳香族ビニル−共役ジエン共重合体を配合する方法が開示されているが、転がり抵抗特性については検討されていない。また、特許文献2には、転がり抵抗特性及びウェットグリップ性能を改善する方法として、芳香族ビニルモノマーのみを重合して得られた重合体を配合する方法が開示されているが、耐摩耗性については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2005−225946号公報
【特許文献2】特開2007−302713号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記課題を解決し、転がり抵抗特性、耐摩耗性及びウェットグリップ性能をバランス良く改善できるトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いたトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、ゴム成分100質量部に対して、シリカを10〜100質量部、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上である芳香族ビニル重合体を2〜50質量部、液状スチレン−ブタジエン共重合体を2〜50質量部含有するトレッド用ゴム組成物に関する。
【0010】
上記芳香族ビニル重合体のガラス転移温度は10℃以下であることが好ましい。
【0011】
上記芳香族ビニル重合体の芳香族ビニル単量体単位の含有量は100質量%であることが好ましい。
【0012】
本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、シリカと、芳香族ビニル単量体単位の含有量が一定以上である芳香族ビニル重合体と、液状スチレン−ブタジエン共重合体とをそれぞれ所定量含有するゴム組成物であるので、該ゴム組成物をトレッドに使用することにより、転がり抵抗特性、耐摩耗性及びウェットグリップ性能をバランス良く改善された空気入りタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のゴム組成物は、シリカと、芳香族ビニル単量体単位の含有量が一定以上である芳香族ビニル重合体と、液状スチレン−ブタジエン共重合体とをそれぞれ所定量含有する。上記芳香族ビニル重合体を配合することにより、ウェットグリップ性能を改善することができる。一方、上記芳香族ビニル重合体を配合すると耐摩耗性が悪化する傾向があるが、それを補完する技術として、液状スチレン−ブタジエン共重合体を軟化剤として配合している。また、耐摩耗性を改善できる液状スチレン−ブタジエン共重合体とともに、シリカを配合しているため、カーボンブラックの含有量を少なくしても、充分な耐摩耗性を確保することができる。これにより、カーボンブラックの含有量を減量し、転がり抵抗特性を改善することができる。
【0015】
本発明のゴム組成物に使用するゴム成分としては特に限定されないが、例えば、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)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(X−IIR)等のジエン系ゴムを使用することができる。なかでも、ウェットグリップ性能と耐摩耗性がバランス良く得られるという理由から、SBR、BRを用いることが好ましく、SBR及びBRを併用することがより好ましい。なお、SBR及びBRとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
【0016】
SBRのスチレン含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。10質量%未満の場合、ウェットグリップ性能の確保が困難となるおそれがある。また、SBRのスチレン含有量は、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。60質量%を超えると、転がり抵抗特性及び低温での破壊強度が悪化する傾向がある。
なお、本明細書において、スチレン含有量は、H−NMR測定によって算出される。
【0017】
ゴム成分100質量%中のSBRの含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上である。30質量%未満であると、ウェットグリップ性能の悪化が顕著となる傾向がある。また、ゴム成分100質量%中のSBRの含有量は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは85質量%以下、更に好ましくは75質量%以下である。95質量部を超えると、耐摩耗性の確保が困難となったり、低温での脆性破壊が起こるおそれがある。
【0018】
ゴム成分100質量%中のBRの含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは20質量%以上である。10質量%未満であると、耐摩耗性の確保が困難となるおそれがある。また、ゴム成分100質量%中のBRの含有量は、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。60質量%を超えると、ウェットグリップ性能及び加工性が悪化する傾向がある。
【0019】
ゴム成分100質量%中のSBR及びBRの合計含有量は、好ましくは75質量%以上、より好ましくは85質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、最も好ましくは100質量%である。75質量%未満であると、転がり抵抗特性、耐摩耗性及びウェットグリップ性能をバランス良く改善する効果が少なくなる傾向がある。
【0020】
本発明のゴム組成物は、芳香族ビニル重合体を含有する。本明細書において、芳香族ビニル重合体とは、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上のものをいう。なお、上記芳香族ビニル重合体は、ゴム成分には含まれない。
【0021】
芳香族ビニル重合体を構成する芳香族ビニル単量体(単位)としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、1−ビニルナフタレン、3−ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼン、4−シクロヘキシルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン等が挙げられる。これらは1種であってもよく、2種以上であってもよい。なかでも、経済的で、加工しやすく、ウェットグリップ性に優れていることから、スチレン、α−メチルスチレン及び1−ビニルナフタレンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、スチレンであることがより好ましい。
【0022】
芳香族ビニル重合体は、芳香族ビニル単量体単位以外の成分(エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等)も含んでもよいが、該成分の含有量をできるだけ少なくすることが好ましい。エチレン、プロピレン等のオレフィン系単量体は、ゴム成分との相溶性が悪いため、芳香族ビニル重合体中のオレフィン系単量体単位の含有量が多くなると、ブリードアウトが発生しやすくなる傾向がある。また、ブタジエン、イソプレン等のジエン系単量体は、ゴム成分と共架橋することによりヒステリシスロスが低下するため、芳香族ビニル重合体中のジエン系単量体単位の含有量が多くなると、ヒステリシスロスが低下することにより、グリップ性能が悪化する傾向がある。このような理由から、芳香族ビニル重合体中の芳香族ビニル単量体単位の含有量は、95質量%以上、好ましくは97質量%以上、より好ましくは99質量%以上、最も好ましくは100質量%である。すなわち、上記芳香族ビニル重合体は、芳香族ビニル単量体の単独重合体(ポリスチレン等)であることが好ましい。
【0023】
芳香族ビニル重合体のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは−50℃以上、より好ましくは−45℃以上、更に好ましくは−40℃以上である。−50℃未満の場合、グリップ性能が悪化する傾向がある。また、芳香族ビニル重合体のTgは、好ましくは10℃以下、より好ましくは5℃以下、更に好ましくは0℃以下である。10℃を超えると、耐摩耗性及び低温時のグリップ性能が悪化する傾向がある。
なお、本明細書において、Tgは、JIS−K7121に従い、(株)島津製作所製の自動示差走査熱量計(DSC−60A)を用いて、昇温速度10℃/分の条件で測定した値である。
【0024】
芳香族ビニル重合体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは300以上、より好ましくは350以上である。300未満では、転がり抵抗特性及び耐摩耗性の充分な改善効果が得られにくい傾向がある。また、芳香族ビニル重合体の重量平均分子量は、好ましくは20000以下、より好ましくは15000以下である。20000を越えると、未加硫ゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する傾向がある。
なお、本明細書において、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)(東ソー(株)製GPC−8000シリーズ、検出器:示差屈折計、カラム:東ソー(株)製のTSKGEL SUPERMALTPORE HZ−M)による測定値を基に標準ポリスチレン換算により求めたものである。
【0025】
芳香族ビニル重合体の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、2質量部以上、好ましくは5質量部以上、より好ましくは8質量部以上である。2質量部未満であると、グリップ性能の充分な改善効果が得られにくい傾向がある。また、芳香族ビニル重合体の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、50質量部以下、好ましくは40質量部以下、より好ましくは30質量部以下である。50質量部を超えると、転がり抵抗特性及び耐摩耗性が悪化する傾向がある。
【0026】
本発明のゴム組成物は、液状スチレン−ブタジエン共重合体を含有する。本明細書において、液状スチレン−ブタジエン共重合体とは、室温(25℃)において液状であるスチレン−ブタジエン共重合体を意味する。液状スチレン−ブタジエン共重合体としては、例えば、サートマー社製のライコン100等を使用することができる。また、液状スチレン−ブタジエン共重合体は、ブタジエン部に水素を添加したものであってもよい。なお、液状スチレン−ブタジエン共重合体は、ゴム成分には含まれない。
【0027】
液状スチレン−ブタジエン共重合体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1000以上、より好ましくは1500以上、更に好ましくは2000以上である。1000未満では、耐摩耗性が充分に改善されない傾向がある。また、液状スチレン−ブタジエン共重合体の重量平均分子量は、好ましくは10000以下、より好ましくは9000以下、更に好ましくは8000以下である。10000を越えると、加工性が悪化する傾向がある。
【0028】
液状スチレン−ブタジエン共重合体のスチレン含有量は、好ましくは15質量%以上、より好ましくは18質量%以上である。15質量%未満の場合、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、液状スチレン−ブタジエン共重合体のスチレン含有量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。50質量%を超えると、低温でのグリップ性能が悪化する傾向がある。
【0029】
液状スチレン−ブタジエン共重合体のビニル含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上である。30質量%未満の場合、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、液状スチレン−ブタジエン共重合体のビニル含有量は、好ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下である。80質量%を超えると、低温でのグリップ性能が悪化する傾向がある。
【0030】
液状スチレン−ブタジエン共重合体の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、2質量部以上、好ましくは5質量部以上、より好ましくは8質量部以上である。2質量部未満であると、適当な硬度を得るためにオイル等を添加することになり、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、液状スチレン−ブタジエン共重合体の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、50質量部以下、好ましくは48質量部以下である。50質量部を超えると、転がり抵抗特性が悪化する傾向がある。
【0031】
本発明のゴム組成物は、シリカを含有する。使用できるシリカとしては、例えば、湿式法で製造されたシリカ、乾式法で製造されたシリカ等が挙げられるが、特に制限はない。なお、シリカは、1種を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。
【0032】
シリカのチッ素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは80m/g以上、より好ましくは100m/g以上、更に好ましくは120m/g以上である。80m/g未満であると、シリカの補強効果が小さいため、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、シリカのNSAは、好ましくは250m/g以下、より好ましくは220m/g以下、更に好ましくは200m/g以下である。250m/gを超えると、シリカの分散性が低下するため、ヒステリシスロスが増大し、転がり抵抗特性が悪化する傾向がある。
なお、シリカのNSAは、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
【0033】
シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、10質量部以上、好ましくは25質量部以上、より好ましくは35質量部以上である。10質量部未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、当該シリカの含有量は、100質量部以下、好ましくは90質量部以下、より好ましくは85質量部以下である。100質量部を超えると、未加硫ゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する傾向がある。
【0034】
本発明では、シリカとともにシランカップリング剤を併用しても良い。シランカップリング剤としては、例えば、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)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド等が挙げられる。なかでも、補強性改善効果が高いという点から、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィドが好ましい。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い。
【0035】
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、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上である。1質量部未満では、未加硫ゴム組成物の粘度が高くなるため、加工性が悪くなる傾向がある。また、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、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下である。20質量部をこえると、コストの増加に見合った効果が得られない傾向がある。
【0036】
本発明のゴム組成物は、上記成分に加え、シリカ以外の充填剤(カーボンブラック等)、オイル、粘着付与剤、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤等、必要に応じた添加剤が適宜配合され得る。
【0037】
本発明のゴム組成物は、カーボンブラックを含有してもよいが、転がり抵抗をより低減するという観点からは、カーボンブラックの含有量をできるだけ少なくすることが好ましい。このような理由から、カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは30質量部以下、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下、最も好ましくは0質量部以下(含有しない)である。
【0038】
シリカ及びカーボンの合計含有量は、好ましくは30質量部以上、より好ましくは40質量部以上、更に好ましくは50質量部以上である。また、シリカ及びカーボンの合計含有量は、好ましくは120質量部以下、より好ましくは110質量部以下、更に好ましくは100質量部以下である。シリカ及びカーボンの合計含有量が上記範囲内であれば、耐摩耗性及び転がり抵抗特性をバランス良く改善することができる。
【0039】
本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサー、ニーダー、オープンロール等の混練機で上記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。
【0040】
本発明のゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッドとして用いられるものである。
【0041】
本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。
すなわち、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドの形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより、本発明の空気入りタイヤを製造することができる。
【実施例】
【0042】
実施例に基づいて、本発明を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。
【0043】
以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
SBR:旭化成ケミカルズ(株)製のタフデン3830(スチレン含有量:33質量%、ゴム固形分100質量部に対してオイル分37.5質量部含有)
BR:宇部興産(株)製のBR150B
シリカ:デグッサ社製のVN3(NSA:175m/g)
カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイヤブラックI(N220)
芳香族ビニル重合体:下記方法で重合したポリスチレン(芳香族ビニル単量体単位:スチレン、スチレン含有量:100質量%、Tg:5℃、Mw:1020)
液状スチレン−ブタジエン共重合体:サートマー社製のライコン100(スチレン含有量:20質量%、ビニル含有量:70質量%、Mw:6000)
オイル:(株)ジャパンエナジー製のTDAEオイル
シランカップリング剤:デグッサ社製のSi266(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
酸化亜鉛:東邦亜鉛(株)製の銀嶺R
ステアリン酸:日油(株)製の桐
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤CZ:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ
加硫促進剤DPG:大内新興化学工業(株)製のノクセラーDPG
【0044】
(芳香族ビニル重合体の重合)
充分に窒素置換した100mlの容器に、ヘキサン35ml、スチレン2.5ml及び1.6mol/Lのn−ブチルリチウムヘキサン水溶液2.7mLを添加し、室温で1時間撹拌した後、メタノールを添加して反応を停止させ、芳香族ビニル重合体(ポリスチレン)を得た。
【0045】
実施例1〜4及び比較例1〜3
表1に示す配合内容に従い、16Lのバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を約150℃で5分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、2軸オープンロールを用いて、約80℃で5分間混練りした後、圧延し、厚さが約2mmの未加硫ゴムシートを得た。
得られた未加硫ゴムシートを重ね合わせてトレッドを作製し、他のタイヤ部材と貼り合わせてタイヤに成形し、170℃で18分間加硫することで試験用タイヤ(タイヤサイズ:205/55R16)を製造した。
また、得られた未加硫ゴムシートを170℃で18分間プレス加硫し、加硫ゴムシートを得た。
【0046】
得られた試験用タイヤ及び加硫ゴムシートを使用して、下記の評価を行った。それぞれの試験結果を表1に示す。
【0047】
(転がり抵抗特性)
上記試験用タイヤを用いて、ISO18164の測定法に準拠して転がり抵抗を測定した。そして、実施例1の転がり抵抗を100とし、下記計算式により、各配合の転がり抵抗を転がり抵抗指数として示した。転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗特性に優れる(転がり抵抗が低い)ことを示す。
(転がり抵抗指数)=(実施例1の転がり抵抗)/(各配合の転がり抵抗)×100
【0048】
(ウェットグリップ性能)
上記試験用タイヤを本田技研工業(株)のアコードに装着して、アスファルト路面(ウェット路面状態、スキッドナンバー約50)を実車走行させ、時速80km/hからの制動距離を測定した。なお、測定時の乗車人数は1名とした。そして、実施例1の制動距離を100とし、下記計算式により、各配合の制動距離をウェットグリップ性能指数として示した。ウェットグリップ性能指数が大きいほど、ウェットグリップ性能に優れることを示す。
(ウェットグリップ性能指数)=(実施例1の制動距離)/(各配合の制動距離)×100
【0049】
(耐摩耗性)
ランボーン摩耗試験機(岩本製作所製)を用い、温度20℃、試験時間10分、試験表面速度80m/分、落砂量15g/分、加重3.0kgf及びスリップ率20%の条件にて、上記加硫ゴムシートの容積損失量を測定した。そして、実施例1の容積損失量を100とし、下記計算式により、各配合の容積損失量を耐摩耗性指数として示した。耐摩耗性指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
(耐摩耗性指数)=(実施例1の容積損失量)/(各配合の容積損失量)×100
【0050】
【表1】

【0051】
表1より、シリカと、芳香族ビニル単量体単位の含有量が一定以上である芳香族ビニル重合体と、液状スチレン−ブタジエン共重合体とをそれぞれ所定量配合した実施例は、比較例と比較して、転がり抵抗特性、耐摩耗性及びウェットグリップ性能がバランス良く得られた。
【0052】
一方、所定量のシリカを配合しなかった比較例1は、転がり抵抗特性及びウェットグリップ性能が大幅に悪化した。また、芳香族ビニル重合体を配合しなかった比較例2は、ウェットグリップ性能が大幅に悪化した。更に、液状スチレン−ブタジエン共重合体を配合しなかった比較例3は、耐摩耗性が大幅に悪化した。

【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10〜100質量部、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上である芳香族ビニル重合体を2〜50質量部、液状スチレン−ブタジエン共重合体を2〜50質量部含有するトレッド用ゴム組成物。
【請求項2】
前記芳香族ビニル重合体のガラス転移温度が10℃以下である請求項1記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項3】
前記芳香族ビニル重合体の芳香族ビニル単量体単位の含有量が100質量%である請求項1又は2記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物を用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤ。

【公開番号】特開2011−94010(P2011−94010A)
【公開日】平成23年5月12日(2011.5.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−248938(P2009−248938)
【出願日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【出願人】(000183233)住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【Fターム(参考)】