説明

ビードエイペックス又はクリンチ用ゴム組成物、及び空気入りタイヤ

【課題】押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び硬度をバランスよく改善できるビードエイペックス用ゴム組成物、並びに押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び耐摩耗性をバランスよく改善できるクリンチ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴム及び特定の化合物により変性された変性ブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含むビードエイペックス用ゴム組成物に関する。また、同一成分を用いたクリンチ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、ビードエイペックス又はクリンチ用ゴム組成物、及びこれらを用いた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
従来からタイヤ用ゴム組成物には、石油資源由来の原材料が広く使用されているが、石油資源は有限であり、このような原材料の使用にも限界がある。そのため、石油資源由来の原材料の一部又は全てを、石油外資源由来の原材料に代替することが検討され、例えば、補強用充填剤として汎用されているカーボンブラックの一部又は全部をシリカに置換することがビードエイペックスやクリンチなどの部材で検討されている。
【0003】
しかしながら、シリカに置換すると、ゴム組成物のムーニー粘度が増大するため、押出し加工性が低下してしまう。また、ビードエイペックスやクリンチにはゴム強度、低燃費性、硬度、耐摩耗性などの性能も求められるが、一般にカーボンブラックに比べてシリカは補強性に劣るため、ゴム強度、硬度、耐摩耗性などの性能が低下する傾向もある。
【0004】
特許文献1には、アルコキシ基を有するケイ素化合物により変性した変性ブタジエンゴムを使用したシリカ配合系ゴム組成物が開示されている。しかし、押出し加工性、ゴム強度、低燃費性、硬度、耐摩耗性をバランスよく改善するという点について未だ改善の余地がある。また、ビードエイペックス又はクリンチ用ゴム組成物は検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−114939号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記課題を解決し、押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び硬度をバランスよく改善できるビードエイペックス用ゴム組成物、並びに押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び耐摩耗性をバランスよく改善できるクリンチ用ゴム組成物を提供することを目的とする。本発明はまた、これらを用いた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】
【0007】
本発明は、天然ゴム及び下記式(1)で表される化合物により変性された変性ブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含むビードエイペックス用ゴム組成物に関する。
【化1】

(式(1)中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、アルキル基、アルコキシ基、シリルオキシ基、アセタール基、カルボキシル基、メルカプト基又はこれらの誘導体を表す。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又はアルキル基を表す。nは整数を表す。)
【0008】
ゴム成分100質量部に対して、シリカの含有量が30質量部以上であり、キノン・ジイミン系化合物の含有量が0.1〜8質量部であることが好ましい。
また、JIS−A硬度が75以上であることが好ましい。
また、ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラックの含有量が25質量部以下であることが好ましい。
また、変性ブタジエンゴムのビニル含量が35質量%以下であることが好ましい。
【0009】
本発明はまた、天然ゴム及び上記式(1)で表される化合物により変性された変性ブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含むクリンチ用ゴム組成物に関する。
【0010】
ゴム成分100質量部に対して、シリカの含有量が30質量部以上であり、キノン・ジイミン系化合物の含有量が0.1〜8質量部であることが好ましい。
また、ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラックの含有量が25質量部以下であることが好ましい。
また、変性ブタジエンゴムのビニル含量が35質量%以下であることが好ましい。
【0011】
本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製したビードエイペックス及び/又はクリンチを有する空気入りタイヤに関する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、天然ゴム及び特定の変性ブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含むビードエイペックス用ゴム組成物であるので、押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び硬度をバランスよく改善できる。また、同一成分を用いたクリンチ用ゴム組成物であるので、押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び耐摩耗性をバランスよく改善できる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明のビードエイペックス及びクリンチ用ゴム組成物は、天然ゴム(NR)及び特定の変性ブタジエンゴム(変性BR)を含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含む。
【0014】
カーボンブラックの代わりにシリカを使用すると、押出し加工性の低下の懸念があるが、本発明ではNR及び変性BRを含むシリカ配合においてキノン・ジイミン系化合物を配合しているため、未加硫ゴム組成物のムーニー粘度が低下し、押出し加工性を顕著に向上できる。また、変性BRとキノン・ジイミン系化合物を併用しているため、ビードエイペックスではゴム硬度を維持しながらゴム強度及び低燃費性が高められ、クリンチではゴム強度、低燃費性及び耐摩耗性が高められる。
【0015】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として、天然ゴム及び下記式(1)で表される化合物により変性された変性BRを含む。
【0016】
【化2】

(式(1)中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、アルキル基、アルコキシ基、シリルオキシ基、アセタール基、カルボキシル基(−COOH)、メルカプト基(−SH)又はこれらの誘導体を表す。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又はアルキル基を表す。nは整数を表す。)
【0017】
式(1)で表される化合物で変性された変性BRとしては、特開2010−37436号公報、特開2010−84059号公報などに記載されているものが挙げられる。なお、上記式(1)で表される化合物としては、特開2010−111753号公報、特開2010−111754号公報などに記載されているものが挙げられる。
【0018】
式(1)において、R、R及びRとしてはアルコキシ基が好適である(好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6、更に好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基)。R及びRとしては水素原子が好適であり、アルキル基がより好適である。nは、好ましくは1〜5、より好ましくは2〜4、更に好ましくは3である。好ましい化合物を使用することにより、低燃費性及びゴム強度を改善でき、本発明の効果が良好に得られる。
【0019】
式(1)で表される化合物の具体例としては、2−ジメチルアミノエチルトリメトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−ジメチルアミノエチルトリエトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリエトキシシラン、2−ジエチルアミノエチルトリメトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−ジエチルアミノエチルトリエトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。なかでも、キノン・ジイミン系化合物とともに用いて低燃費性、ゴム強度、耐摩耗性を改善できる点から、3−ジエチルアミノプロピルトリメトキシシランが好ましい。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。
【0020】
変性BRのビニル含量は、好ましくは35質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。ビニル含量が35質量%を超えると、低発熱性が損なわれる傾向にある。ビニル含量の下限は特に限定されないが、好ましくは3質量%以上、より好ましくは7質量%以上である。
なお、本明細書において、ビニル含量(1,2−結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定できる。
【0021】
ゴム成分100質量%中の変性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%以上である。10質量%未満であると、低発熱性の改善効果が充分に発揮されない傾向がある。該含有量は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。90質量%を超えると、充分なゴム強度が得られない傾向がある。
【0022】
NRとしては、特に限定されず、例えば、SIR20、RSS♯3、TSR20などタイヤ工業において一般的なものを使用できる。
【0023】
ゴム成分100質量%中のNRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上である。5質量%未満であると、充分なゴム強度が得られないおそれがある。該含有量は、好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。70質量%を超えると、変性BRの効果が充分に得られない傾向がある。
【0024】
NR及び変性BR以外に本発明で使用できるゴム成分としては、特に限定されず、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)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)などのジエン系ゴムが挙げられる。耐摩耗性を確保するという理由から、BR(非変性)を更に配合することが好ましい。ここで、本発明のゴム組成物において、ゴム成分100質量%中のBRの含有量は、好ましくは5〜50質量%である。
【0025】
本発明のゴム組成物は、シリカを含む。シリカとしては特に限定されず、例えば、乾式法シリカ(無水ケイ酸)、湿式法シリカ(含水ケイ酸)などが挙げられるが、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。
【0026】
シリカのチッ素吸着比表面積(NSA)は、100m/g以上が好ましく、110m/g以上がより好ましい。100m/g未満では、充分な補強効果が得られない傾向がある。また、シリカのNSAは、300m/g以下が好ましく、280m/g以下がより好ましい。300m/gを超えると、シリカの分散性が悪化し加工性が悪化する傾向がある。
なお、シリカの窒素吸着比表面積は、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
【0027】
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30質量部以上、より好ましくは50質量部以上、更に好ましくは55質量部以上である。30質量部未満であると、充分な補強性が得られないおそれがある。該含有量は、好ましくは100質量部以下、より好ましくは95質量部以下である。100質量部を超えると、加工性が悪化する傾向がある。
【0028】
本発明では、シリカとともに、シランカップリング剤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は、例えば、スルフィド系、メルカプト系、ビニル系、アミノ系、グリシドキシ系、ニトロ系、クロロ系シランカップリング剤などが挙げられる。なかでも、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−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ジスルフィドなどのスルフィド系が好ましく、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より好ましい。ここで、シランカップリング剤の含有量の下限はシリカ100質量部に対して、好ましくは4質量部以上、より好ましくは8質量部以上であり、上限は好ましくは20質量部以下である。
【0029】
本発明では、カーボンブラックを配合してもよい。これにより、ゴムの強度を向上することができる。使用できるカーボンブラックとしては、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFなどが挙げられるが、特に限定されない。
【0030】
ビードエイペックス用ゴム組成物の場合、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(NSA)の下限は好ましくは30m/g以上、より好ましくは50m/g以上であり、上限は好ましくは300m/g以下、より好ましくは250m/g以下である。クリンチ用ゴム組成物の場合、カーボンブラックのNSAの下限は好ましくは30m/g以上、より好ましくは50m/g以上、更に好ましくは90m/g以上であり、上限は好ましくは300m/g以下、より好ましくは250m/g以下である。下限未満では、充分な補強性が得られない傾向があり、上限を超えると加工性、低燃費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、7項のA法によって求められる。
【0031】
本発明のゴム組成物がカーボンブラックを含有する場合、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1質量部以上である。1質量部未満では、補強性の改善効果が充分に得られない傾向がある。また、該カーボンブラックの含有量は、好ましくは25質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。25質量部を超えると、発熱性が増加する傾向がある。
【0032】
本発明のゴム組成物はキノン・ジイミン系化合物を含む。これにより、ムーニー粘度を下げることができる。なお、該化合物は老化防止剤としても機能する。ここで、キノン・ジイミン系化合物としては、例えば、下記式(3)で表される化合物を用いることができる。
【0033】
【化3】

【0034】
式(3)において、R及びRは、同一若しくは異なって、アルキル基又はアリール基を表す。
【0035】
キノン・ジイミン系化合物としては、例えば、下記式で表されるベンゼンアミン,N−{4−[(1,3−ジメチルブチル)イミノ]−2,5−シクロヘキサジエン−1−イリジン}などが挙げられる。
【0036】
【化4】

【0037】
キノン・ジイミン系化合物の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは2質量部以上である。0.1質量部未満では、ムーニー粘度を下げる効果が充分に得られないおそれがある。該含有量は、好ましくは8質量部以下、より好ましくは6質量部以下である。8質量部を超えると、ゴムの表面に化合物がブルームし、ゴムを汚染してしまうおそれがある。
【0038】
本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、ステアリン酸、各種老化防止剤、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。
【0039】
本発明のゴム組成物(加硫後)のJIS−A硬度の下限は、好ましくは75以上、より好ましくは80以上であり、上限は特に限定されない。下限未満では、充分な操縦安定性が得られない傾向がある。
なお、本発明において、JIS−A硬度は、JIS K6253に準拠して23℃で測定した値である。
【0040】
本発明のゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、前記各成分をオープンロール、バンバリーミキサーなどのゴム混練装置を用いて混練し、その後加硫する方法などにより製造できる。
【0041】
本発明のゴム組成物は、タイヤのビードエイペックス又はクリンチに使用される。ビードエイペックスとは、ビードコアから半径方向外側にのびるように、タイヤクリンチの内側に配される部材であり、具体的には、特開2008−38140号公報の図1〜3、特開2004−339287号公報の図1などに示される部材に使用される。クリンチとは、サイドウォールからビードにかけての領域に配される部材であり、具体的には、特開2009−256516号公報の図1などに示される部材に使用される。
【0042】
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によって製造される。すなわち、必要に応じて各種添加剤を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのビードエイペックス又はクリンチの形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成した後、加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造できる。
【実施例】
【0043】
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。
【0044】
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。
NR:TSR
BR(1):住友化学(株)製の変性BR(ビニル含量:15質量%、R、R及びR=−OCH、R及びR=−CHCH、n=3)
BR(2):日本ゼオン(株)製のNipol BR1220(非変性)(ビニル含量:1質量%)
カーボンブラック(1):キャボットジャパン(株)製のショウブラックN330(NSA:75m/g)
カーボンブラック(2):キャボットジャパン(株)製のショウブラックN220(NSA:115m/g)
シリカ:デグッサ製のウルトラジルVN3(NSA:175m/g)
シランカップリング剤:デグッサ製のSi−69(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)
キノン・ジイミン系化合物:FLEXSYS社製のQ−FLEX QDl(下記式で表される化合物)
【化5】

ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックワックス
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
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
硫黄(1):四国化成工業(株)製のミュークロンOT(硫黄80質量%及びオイル分20質量%含む不溶性硫黄)
硫黄(2):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(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
加硫促進剤 CBS: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−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
【0045】
<実施例及び比較例>
表1に示す配合処方にしたがい、1.7L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130℃の条件下で2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、オープンロールを用いて、95℃の条件下で2分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を150℃で30分間、2mm厚の金型でプレス加硫し、加硫ゴム組成物(加硫ゴムシート)を得た。
【0046】
(ムーニー粘度)
JIS K6300−1「未加硫ゴム−物理特性−第1部:ムーニー粘度計による粘度及びスコーチタイムの求め方」に準じて、130℃の条件でムーニー粘度を測定した。測定結果を、比較例1、7を100とした指数で示した。指数が小さいほど粘度が低く、加工が容易であることを示す。
【0047】
(シート加工性)
ロールを用いて未加硫ゴム組成物をシーティングし、目視にて生地の形状を確認した。生地肌において耳切れなど問題が無いものを○、問題が少しあるものを△、問題があるものを×で表記した。
【0048】
(硬さ)
JIS K6253「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方」に従って、タイプAデュロメーターにより、前記加硫ゴムシートの硬度を23℃にて測定した。
【0049】
(ゴム強度)
上記加硫ゴム組成物を用いて3号ダンベル型ゴム試験片を作製し、JIS K6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて引張試験を行い、破断強度(TB)及び破断時伸び(EB)を測定し、ゴム強度(TB×EB)を算出した。比較例1、7のゴム強度を100とし、下記計算式により、各配合のゴム強度を指数表示した。指数が大きいほど、ゴム強度に優れることを示す。
(ゴム強度指数)=(各配合のTB×EB)/(比較例1、7のTB×EB)
【0050】
(発熱性)
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数10Hz、初期歪み10%および動歪2%の条件下で、70℃における加硫ゴムシートの損失正接tanδを測定し、比較例1、7の低発熱性指数を100とし、下記計算式により、各配合のtanδを指数表示した。低発熱性指数が小さいほど、発熱が小さく、低発熱性に優れることを示す。
(低発熱性指数)=(各配合のtanδ)/(比較例1、7のtanδ)x100
【0051】
(ピコ摩耗試験)
JIS K6264−2「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−耐摩耗性の求め方−第2部:試験方法」に準じ、(株)上島製作所のピコ摩耗試験機を用いて行い、比較例7の摩耗体積を100として下記式により指数表示した。ピコ摩耗指数が大きいほど、過酷条件下での耐摩耗性に優れることを示す。
(ピコ摩耗指数)=(比較例7の摩耗体積)/(各配合の摩耗体積)×100
【0052】
【表1】

【0053】
【表2】

【0054】
表1、2から、変性BR、シリカ及びキノン・ジイミン系化合物を用いた実施例は、押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び硬度をバランスよく改善できた。一方、比較例は、実施例に比べて、これらの性能が劣っていた。
【0055】
特に、実施例1、比較例3、5及び6の結果や実施例4、比較例9、11及び12の結果から、シリカ配合において変性BRとキノン・ジイミン系化合物を併用することで、ビードエイペックスでは、硬さを維持ながら、押出し加工性、ゴム強度及び低燃費性を相乗的に改善でき、クリンチでは、押出し加工性、ゴム強度、低燃費性及び耐摩耗性を相乗的に改善できることが明らかとなった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
天然ゴム及び下記式(1)で表される化合物により変性された変性ブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含むビードエイペックス用ゴム組成物。
【化1】

(式(1)中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、アルキル基、アルコキシ基、シリルオキシ基、アセタール基、カルボキシル基、メルカプト基又はこれらの誘導体を表す。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又はアルキル基を表す。nは整数を表す。)
【請求項2】
ゴム成分100質量部に対して、シリカの含有量が30質量部以上であり、キノン・ジイミン系化合物の含有量が0.1〜8質量部である請求項1記載のビードエイペックス用ゴム組成物。
【請求項3】
JIS−A硬度が75以上である請求項1又は2記載のビードエイペックス用ゴム組成物。
【請求項4】
ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラックの含有量が25質量部以下である請求項1〜3のいずれかに記載のビードエイペックス用ゴム組成物。
【請求項5】
変性ブタジエンゴムのビニル含量が35質量%以下である請求項1〜4のいずれかに記載のビードエイペックス用ゴム組成物。
【請求項6】
天然ゴム及び前記式(1)で表される化合物により変性された変性ブタジエンゴムを含むゴム成分と、シリカと、キノン・ジイミン系化合物とを含むクリンチ用ゴム組成物。
【請求項7】
ゴム成分100質量部に対して、シリカの含有量が30質量部以上であり、キノン・ジイミン系化合物の含有量が0.1〜8質量部である請求項6記載のクリンチ用ゴム組成物。
【請求項8】
ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラックの含有量が25質量部以下である請求項6又は7記載のクリンチ用ゴム組成物。
【請求項9】
変性ブタジエンゴムのビニル含量が35質量%以下である請求項6〜8のいずれかに記載のクリンチ用ゴム組成物。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれかに記載のゴム組成物を用いて作製したビードエイペックス及び/又はクリンチを有する空気入りタイヤ。

【公開番号】特開2012−180386(P2012−180386A)
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−42103(P2011−42103)
【出願日】平成23年2月28日(2011.2.28)
【出願人】(000183233)住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【Fターム(参考)】