説明

トレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

【課題】グリップ性能、耐摩耗性及び転がり抵抗特性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。
【解決手段】ゴム成分及び芳香族ビニル重合体を含有し、上記ゴム成分は、1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴムを5〜60質量%含み、上記芳香族ビニル重合体は、ガラス転移温度が10℃以下、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上であり、上記ゴム成分100質量部に対して、上記芳香族ビニル重合体の含有量が5〜100質量部であ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、及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車用の空気入りタイヤに要求される特性は、低燃費性(転がり抵抗特性)のほか、グリップ性能(操縦安定性)、耐摩耗性など多岐にわたり、これらの性能を向上するために種々の工夫がなされている。
【0003】
耐摩耗性を向上させる方法としては、例えば、ゴム成分として天然ゴムやブタジエンゴムを使用する方法が挙げられる。しかしながら、この方法を用いた場合、グリップ性能が悪化する傾向があるという点で改善の余地があった。
【0004】
耐摩耗性及びグリップ性能を両立させる方法としては、例えば、カーボンブラックやシリカ等の補強剤を増量する方法が挙げられる。しかしながら、この方法を用いた場合、転がり抵抗特性が悪化する傾向があるという点で改善の余地があった。
【0005】
特許文献1には、グリップ性能及び耐摩耗性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、グリップ性能及び耐摩耗性以外の性能については検討されていない。
【0006】
また、特許文献2には、グリップ性能、耐摩耗性及び耐ブリード性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、グリップ性能、耐摩耗性及び耐ブリード性以外の性能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2007−112994号公報
【特許文献2】特開2005−225946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、グリップ性能、耐摩耗性及び転がり抵抗特性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、ゴム成分及び芳香族ビニル重合体を含有し、上記ゴム成分は、1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴムを5〜60質量%含み、上記芳香族ビニル重合体は、ガラス転移温度が10℃以下、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上であり、上記ゴム成分100質量部に対して、上記芳香族ビニル重合体の含有量が5〜100質量部であ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。
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】
【0011】
本発明によれば、ガラス転移温度が一定以下であり、かつ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、所定量の1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴムとを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、グリップ性能、耐摩耗性及び転がり抵抗特性をバランス良く改善できる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明のゴム組成物は、1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴム(SPB含有BR)と、ガラス転移温度が一定以下であり、かつ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ゴム自体にグリップ性能を付与でき、更にSPB含有BRを配合することで、剛性を向上でき、タイヤブロックの倒れ込みを抑制できることから、相乗的にグリップ性能を飛躍的に向上できる。更に、これらの併用により、摩耗エネルギーを低減させ、耐摩耗性も改善できるため、これらの性能の両立が可能となる。一方、前述のとおり、上記芳香族ビニル重合体の配合によりグリップ性能を向上できるが、転がり抵抗特性が悪化する傾向がある。これに対し、該芳香族ビニル重合体とSPB含有BRを併用すると、剛性が向上し、転がり抵抗とグリップ性能のバランスを改善できる。従って、転がり抵抗、グリップ性能及び耐摩耗性をバランス良く改善できる。
【0013】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として、SPB含有BRを含有する。SPB含有BRと上記芳香族ビニル重合体の併用によりグリップ性能を向上でき、また、転がり抵抗とグリップ性能のバランスも改善できる。
【0014】
SPB含有BRにおいて、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン結晶(SPB)は、マトリックスとなるBR中に充分に微分散されている。
【0015】
SPB含有BRにおいて、BR中におけるSPBの平均一次粒子径は、好ましくは350nm以下、より好ましくは300nm以下である。350nmを超えると、破壊特性が悪化する傾向がある。
なお、上記平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡写真の画像解析処理による絶対最大長の平均値として測定できる。
【0016】
SPB含有BR中におけるSPBの含有量は、好ましくは8質量%以上、より好ましくは10質量%以上である。8質量%未満では、十分な剛性が得られない傾向がある。上記含有量は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは16質量%以下である。20質量%を超えると、加工性が悪化する傾向がある。なお、SPB含有BR中におけるSPBの含有量は、沸騰n−ヘキサン不溶物量により測定できる。
【0017】
SPB含有BR中におけるSPBが結晶であることにより、使用温度域で高硬度を維持できる。
SPB含有BRとしては、例えば、宇部興産(株)製、VCR412、VCR617等が挙げられる。
【0018】
ゴム成分100質量%中のSPB含有BRの含有量は、5質量%以上、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上である。5質量%未満であると、配合した効果が充分に得られない傾向がある。また、ゴム成分100質量%中のSPB含有BRの含有量は、60質量%以下、好ましくは55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、破壊特性が悪化する傾向がある。
【0019】
本発明のゴム組成物は、上記SPB含有BR以外のゴム成分として、例えば、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(X−IIR)、SPB含有BR以外のブタジエンゴム(BR)等のジエン系ゴムを用いてもよい。なかでも、相溶性が高く、安価であるという理由から、SBRを用いることが好ましい。
【0020】
SBRとしては特に限定されず、例えば、乳化重合スチレンブタジエンゴム(E−SBR)、溶液重合スチレンブタジエンゴム(S−SBR)等、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
【0021】
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15質量%以上である。10質量%未満の場合、グリップ性能が悪化する傾向がある。また、SBR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45質量%以下である。50質量%を超えると、転がり抵抗特性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。
【0022】
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、グリップ性能が悪化する傾向がある。また、ゴム成分100質量%中のSBRの含有量は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。90質量%を超えると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
【0023】
ゴム成分100質量%中のSPB含有BR及びSBR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、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
【0024】
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。
【0025】
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、グリップ性能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。
【0026】
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、該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、ゴム成分との共架橋によりヒステリシスロスが低下するため、該ジエン系単量体単位の含有量が多くなると、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。
【0027】
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、10℃以下、好ましくは9℃以下、より好ましくは8℃以下、更に好ましくは6℃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。
【0028】
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を超えると、転がり抵抗特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。
【0029】
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、5質量部以上、好ましくは10質量部以上、より好ましくは20質量部以上である。5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、100質量部以下、好ましくは80質量部以下、より好ましくは60質量部以下である。100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。
【0030】
本発明のゴム組成物は、上記成分に加え、充填剤(カーボンブラック、シリカ等)、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。
【0031】
本発明のゴム組成物は、上記充填剤として、カーボンブラックを含有することが好ましい。これにより、補強性を高め、耐摩耗性をより改善することができる。カーボンブラックとしては特に限定されず、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFなどを用いることができる。カーボンブラックは、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】
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは50m/g以上、より好ましくは100m/g以上である。50m/g未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、カーボンブラックのNSAは、200m/g以下が好ましく、150m/g以下がより好ましい。200m/gを超えると、カーボンブラックが分散しにくくなり、転がり抵抗特性が悪化する傾向がある。
なお、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、JIS K6217のA法によって求められる。
【0033】
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10質量部以上、より好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上である。10質量部未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、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100質量部以下、より好ましくは80質量部以下、更に好ましくは60質量部以下である。100質量部を超えると、カーボンブラックが分散しにくくなり、転がり抵抗特性が悪化する傾向がある。
【0034】
本発明のゴム組成物は、上記充填剤として、シリカを含有することが好ましい。これにより、補強性を高めながら、転がり抵抗特性をより改善することができる。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。
【0035】
シリカのチッ素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは170m/g以上、より好ましくは200m/g以上である。170m/g未満であると、充分な補強性が得られない傾向がある。また、シリカのNSAは、好ましくは250m/g以下、より好ましくは230m/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。
【0036】
シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは10質量部以上、より好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上である。10質量部未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、当該シリカの含有量は、好ましくは100質量部以下、より好ましくは80質量部以下、更に好ましくは60質量部以下である。100質量部を超えると、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。
【0037】
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)テトラ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。
【0038】
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質量部を超えると、コストの増加に見合った効果が得られない傾向がある。
【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。また、該ゴム組成物は、乗用車、商用車、2輪車などに好適に使用できる。
【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用いた各種薬品について説明する。
SBR:JSR(株)製のSBR1502(スチレン含有量:23.5質量%)
SPB含有BR(VCR):宇部興産(株)製(分散させたシンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン結晶を含むBR、SPB含有量:17質量%、SPBの平均一次粒子径:250nm)
芳香族ビニル重合体:下記重合方法により重合(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)
シリカ:デグッサ社製のウルトラジルVN3(NSA:175m/g)
カーボンブラック:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN220(NSA:111m/g)
シランカップリング剤:デグッサ社製のSi69(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)
オイル:(株)ジャパンエナジー製のJOMOプロセスX140
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックN
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック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)
ステアリン酸:日油(株)製の椿
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
【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を重合した。
【0045】
実施例1〜4及び比較例1〜5
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薬品を150℃の条件下で5分間混練りし、混練り物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、50℃の条件下で5分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。
得られた未加硫ゴム組成物を170℃の条件下で15分間プレス加硫することにより、加硫ゴム組成物を得た。
また、得られた未加硫ゴム組成物をトレッド形状に加工し、他のタイヤ部材と貼り合わせ、170℃の条件下で15分間加硫することで試験用タイヤ(タイヤサイズ:195/65R15)を得た。
【0046】
得られた加硫ゴム組成物及び試験用タイヤを用いて、以下の評価を行った。その結果を表1に示す。
【0047】
(グリップ指数)
上記試験用タイヤを用いて、ドライアスファルト路面のテストコースにて実車走行を行なった。その際における操舵時のコントロールの安定性をテストドライバーが評価し、比較例1を100として指数表示をした。数値が大きいほどドライ路面におけるグリップ性能(操縦安定性)が高いことを示す。
【0048】
(摩耗指数)
ランボーン型摩耗試験機を用いて、室温、負荷荷重1.0kgf、スリップ率30%の条件で上記加硫ゴム組成物のランボーン摩耗量を測定した。そして、測定したランボーン摩耗量から容積損失量を計算し、比較例1の容積損失量を100として、各配合の容積損失量を下記計算式により指数表示した。数値が大きいほど耐摩耗性に優れることを示す。
(摩耗指数)=(比較例1の容積損失量)/(各配合の容積損失量)×100
【0049】
(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℃、初期歪み10%、動歪み2%の条件下で上記加硫ゴム組成物のtanδを測定した。そして、比較例1のtanδを100として、下記計算式により指数表示した。数値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)=(比較例1のtanδ)/(各配合のtanδ)×100
【0050】
【表1】

【0051】
表1より、SPB含有BRと、ガラス転移温度が一定以下であり、かつ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をそれぞれ所定量含有する実施例では、グリップ性能、耐摩耗性及び転がり抵抗特性がバランス良く改善された。一方、比較例では、これらの性能をバランス良く得ることができなかった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゴム成分及び芳香族ビニル重合体を含有し、
前記ゴム成分は、1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴムを5〜60質量%含み、
前記芳香族ビニル重合体は、ガラス転移温度が10℃以下、芳香族ビニル単量体単位の含有量が95質量%以上であり、
前記ゴム成分100質量部に対して、前記芳香族ビニル重合体の含有量が5〜100質量部であ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記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項3】
請求項1又は2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2011−94017(P2011−94017A)
【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2009−248945(P2009−248945)
【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)】