説明

ベーストレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

【課題】低燃費性、操縦安定性を同時に改善できるベーストレッド用ゴム組成物、及びそれを用いたベーストレッドを有する空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】本発明は、ゴム成分及び紙繊維を含有し、上記ゴム成分は、リチウム開始剤により重合され、スズ原子の含有量が50〜3000ppm、ビニル結合量が5〜50質量%、分子量分布(Mw/Mn)が2以下であるスズ変性ポリブタジエンゴムを5〜90質量%含み、上記ゴム成分100質量部に対して、紙繊維の含有量が0.5〜30質量部であるベース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、ベース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】
従来からタイヤの転がり抵抗を低減させることによる自動車の低燃費化が行われてきた。低燃費化する方法としては、例えば、トレッド部を2層構造(ベーストレッド及びキャップトレッド)とし、ベーストレッドに低発熱性を有するゴム組成物を使用する方法が知られているが、近年、低燃費化への要求がますます強くなり、より優れた低発熱性が求められている。
【0003】
また、自動車の性能の向上、道路網の発達により、タイヤに対して操縦安定性、特に高速走行時の操縦安定性の向上も要求されている。多量のカーボンブラックをベーストレッドに配合すると、トレッド部の剛性が高まり、操縦安定性が向上するものの、低燃費性が低下する。他方、カーボンブラックを減量すると、低燃費性は向上するものの、剛性(操縦安定性)が低下する。このように、操縦安定性と低燃費性とを同時に改善するのは困難であった。
【0004】
特許文献1には、低燃費性と操縦安定性とを両立するために、紙繊維とシランカップリング剤とを配合したタイヤ用ゴム組成物が開示されている。しかし、これらの両立という点については、未だ改善の余地を残している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−306955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、上記課題を解決し、低燃費性、操縦安定性を同時に改善できるベーストレッド用ゴム組成物、及びそれを用いたベース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】
【0007】
本発明は、ゴム成分及び紙繊維を含有し、上記ゴム成分は、リチウム開始剤により重合され、スズ原子の含有量が50〜3000ppm、ビニル結合量が5〜50質量%、分子量分布(Mw/Mn)が2以下であるスズ変性ポリブタジエンゴムを5〜90質量%含み、上記ゴム成分100質量部に対して、紙繊維の含有量が0.5〜30質量部であるベーストレッド用ゴム組成物に関する。
【0008】
紙繊維は、平均繊維長(L)が10μm以上、平均繊維径(D)が1〜100μm、平均繊維長(L)と平均繊維径(D)との比(L/D)が10以上であることが好ましい。
【0009】
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15〜50質量部であることが好ましい。
【0010】
本発明はまた、上記ベーストレッド用ゴム組成物を用いて作製したベース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、特定のスズ変性ポリブタジエンゴム及び紙繊維を含有するベーストレッド用ゴム組成物であるので、低燃費性、操縦安定性を同時に改善できる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明のベーストレッド用ゴム組成物は、特定のスズ変性ポリブタジエンゴム(スズ変性BR)及び紙繊維を所定量含有する。スズ変性BRと紙繊維とを併用することにより、低燃費性、操縦安定性の改善が相乗的に得られ、両性能を同時に改善できる。特に、これらの併用により、カーボンブラックを減量しても良好な剛性が得られるため、操縦安定性を改善しながら、低燃費性を顕著に改善でき、本発明の効果がより発揮される。
【0013】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として、リチウム開始剤により重合されたスズ変性BRを含有する。これにより、低燃費性を改善できる。これは、スズ変性BRによってフィラー(カーボンブラックなど)の分散性が改善されることによると推測される。
【0014】
上記スズ変性BRとしては、例えば、リチウム開始剤により1,3−ブタジエンの重合を行った後、スズ化合物を添加することにより得られたものを使用することができる。上記スズ変性BR分子の末端炭素は、スズと結合していることが好ましい。
【0015】
リチウム開始剤としては、例えば、アルキルリチウム、アリールリチウム、アリルリチウム、ビニルリチウム、有機スズリチウム、有機窒素リチウム化合物などのリチウム系化合物が挙げられる。リチウム系化合物を用いることで、ビニル結合量が高く、シス結合量の低いスズ変性BRを容易に作製できる。
【0016】
スズ化合物としては、例えば、四塩化スズ、ブチルスズトリクロライド、ジブチルスズジクロライド、ジオクチルスズジクロライド、トリブチルスズクロライド、トリフェニルスズクロライド、ジフェニルジブチルスズ、トリフェニルスズエトキシド、ジフェニルジメチルスズ、ジトリルスズクロライド、ジフェニルスズジオクタノエート、ジビニルジエチルスズ、テトラベンジルスズ、ジブチルスズジステアレート、テトラアリルスズ、p−トリブチルスズスチレンなどが挙げられ、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。
【0017】
スズ変性BR中のスズ原子の含有量は、50ppm以上、好ましくは60ppm以上、より好ましくは100ppm以上である。スズ原子の含有量が50ppm未満では、フィラーの分散性の改善効果が小さくなり、低燃費性が悪化する傾向がある。また、スズ変性BR中のスズ原子の含有量は、3000ppm以下、好ましくは2500ppm以下、より好ましくは1500ppm以下、更に好ましくは500ppm以下である。スズ原子の含有量が3000ppmを超えると、混練物のまとまりが悪く、エッジが整わないため、混練物の押出し性が悪化する傾向がある。
【0018】
スズ変性BRの分子量分布(Mw/Mn)は、2以下、好ましくは1.8以下、より好ましくは1.5以下である。Mw/Mnが2を超えると、フィラーの分散性が悪化し、低燃費性が悪化する傾向がある。
なお、本明細書において、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)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。
【0019】
スズ変性BRのビニル結合量は、5質量%以上、好ましくは7質量%以上である。ビニル結合量が5質量%未満のスズ変性BRは、重合(製造)が困難になる傾向がある。また、スズ変性BRのビニル結合量は、50質量%以下、好ましくは20質量%以下である。ビニル結合量が50質量%を超えると、フィラーの分散性が悪化したり、ゴム組成物の引張強さが低下する傾向がある。
なお、ビニル結合量(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。
【0020】
ゴム成分100質量%中のスズ変性BRの含有量は、5質量%以上であり、好ましくは20質量%以上、より好ましくは25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、低燃費性を充分に改善できない傾向がある。また、ゴム成分100質量%中のスズ変性BRの含有量は、90質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは60質量%以下である。90質量%を超えると、ゴム組成物の破断強度が低下する傾向がある。
【0021】
本発明のゴム組成物は、上記スズ変性BR以外のゴム成分として、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)、クロロプレンゴム(CR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、スチレンイソプレンゴム(SIR)、イソプレンブタジエンゴム等のジエン系ゴムを用いてもよい。なかでも、低燃費性及び操縦安定性を両立できるという理由から、スズ変性BRとともに、NR、又はNR及びBRを使用することが好ましい。
【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。また、エポキシ化天然ゴム(ENR)や脱タンパク天然ゴム(DPNR)等も使用できる。
【0023】
本発明のゴム組成物において、ゴム成分100質量%中のNRの含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上である。10質量%未満であると、充分な引張強度が得られない傾向がある。
該NRの含有量は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは75質量%以下である。95質量%を超えると、スズ変性BRの含有量が少なく、低燃費性の効果が得られない傾向がある。
【0024】
BRとしては特に限定されず、例えば、日本ゼオン(株)製のBR1220、宇部興産(株)製のBR130B、BR150B等の高シス含有量のBR、宇部興産(株)製のVCR412、VCR617等のシンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するBR(SPB含有BR)等を使用できる。
【0025】
なお、本発明では、特段SPB含有BRを配合して剛性を高めなくても、スズ変性BRと紙繊維の併用によって充分な剛性(操縦安定性)が得られる。そのため、ゴム成分中のスズ変性ポリブタジエンゴムの含有比率を向上でき、低燃費性をより顕著に改善できる。ここで、本発明のゴム組成物において、SPB含有BRの含有量は、ゴム成分100質量%中、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下であり、SPB含有BRを含まなくてもよい。
【0026】
本発明では紙繊維が使用されるが、これにより、補強効果が発揮され、良好な剛性が得られる。
紙繊維とは、紙を粉砕などにより短繊維化したものであり、例えば、木材、パルプ、古紙などを粉砕し、叩解することで繊維状にしたセルロース繊維が挙げられる。なかでも、材料リサイクルができ、低コストであるという理由から、古紙が好ましい。また、紙繊維としては、物理的な力で木材を破砕しパルプ化する機械的方法(乾式粉砕など)により得られるものなどが好適に使用される。紙繊維の市販品としては、ネオファイバー(新聞古紙、王子製袋(株)製)、KCフロック(日本製紙ケミカル(株)製)、ミルファイブ(三共精粉(株)製)などが挙げられる。これらの紙繊維は、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。
【0027】
紙繊維の平均繊維長(L)は、10μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましく、100μm以上が更に好ましい。Lが10μm未満では、紙繊維を添加することによる剛性向上の効果が小さくなる傾向があり、また低燃費性の改善効果も小さくなる傾向がある。また、該Lは、2000μm以下が好ましく、1500μm以下がより好ましく、1000μm以下が更に好ましい。Lが2000μmを超えると、紙繊維の分散不良が生じる傾向がある。
【0028】
紙繊維の平均繊維径(D)は、1μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましく、5μm以上が更に好ましい。Dが1μm未満では、紙繊維の分散不良が生じる傾向がある。また、該Dは、100μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましく、60μm以下が更に好ましい。Dが100μmを超えると、補強効果が得られない傾向があり、また低燃費性の改善効果も小さくなる傾向がある。
【0029】
紙繊維の平均繊維長(L)と平均繊維径(D)との比(L/D、平均アスペクト比)は、10以上が好ましく、20以上がより好ましく、30以上が更に好ましい。L/Dが10未満では、補強効果が得られない傾向があり、また低燃費性の改善効果も小さくなる傾向がある。また、該L/Dは、2000以下が好ましく、1000以下がより好ましく、500以下が更に好ましい。L/Dが2000を超えると、紙繊維の分散不良が生じる傾向がある。
なお、紙繊維のD、L、L/Dは、走査型電子顕微鏡を用いて撮影された画像から画像解析によって算出する方法等により測定できる。
【0030】
紙繊維の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5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。0.5質量部未満では、補強効果が得られないおそれがある。また、該紙繊維の含有量は、好ましくは30質量部以下、より好ましくは25質量部以下、更に好ましくは20質量部以下である。30質量部を超えると、ゴムが硬くなり、加工性及び乗心地性能が悪化するおそれがある。
【0031】
本発明のベーストレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを含有することが好ましい。スズ変性BR及び紙繊維に更にカーボンブラックを配合することにより、補強性が付与され、剛性(操縦安定性)を改善できる。
【0032】
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(NSA)は50m/g以上が好ましく、60m/g以上がより好ましく、70m/g以上が更に好ましく、77m/g以上が特に好ましい。50m/g未満では、充分な引張強度が得られない傾向がある。また、カーボンブラックのNSAは110m/g以下が好ましく、100m/g以下がより好ましく、90m/g以下が更に好ましい。110m/gを超えると、加工性や低燃費性が悪化するおそれがある。
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ジブチルフタレート(DBP)吸油量は、好ましくは90ml/100g以上、より好ましくは103ml/100g以上である。また、カーボンブラックのDBP吸油量は、好ましくは120ml/100g以下、より好ましくは110ml/100g以下である。
なお、カーボンブラックのDBP吸油量は、JIS K6221の測定方法によって求められる。
【0034】
上記ベーストレッド用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15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。15質量部未満であると、充分な補強性が得られない傾向がある。また、該カーボンブラックの含有量は、好ましくは50質量部以下、より好ましくは45質量部以下、更に好ましくは40質量部以下、より更に好ましくは35質量部以下、特に好ましくは32質量部以下である。50質量部を超えると、低燃費性が悪化する傾向がある。
【0035】
本発明のゴム組成物において、紙繊維及びカーボンブラックの合計含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは15質量部以上、より好ましくは25質量部以上、更に好ましくは30質量部以上である。また、該合計含有量は、好ましくは80質量部以下、より好ましくは60質量部以下、更に好ましくは50質量部以下である。特定量のスズ変性BR及び紙繊維を併用し、かつ上記合計含有量を上記範囲に調整することにより、低燃費性、操縦安定性をより顕著に改善できる。
【0036】
本発明のベーストレッド用ゴム組成物には、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、シリカ、炭酸カルシウム、クレー等の補強用充填剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種老化防止剤、アロマオイル等のオイル、ワックス、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
【0037】
本発明のベーストレッド用ゴム組成物は、老化防止剤を含有することが好ましい。
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。なかでも、アミン系が好ましく、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がより好ましい。
【0038】
老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは1.3質量部以上である。また、該含有量は、好ましくは2質量部以下、より好ましくは1.7質量部以下である。上記範囲内に調整した場合、本発明の効果が良好に得られる。
【0039】
本発明のゴム組成物において、オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、6質量部以上がより好ましい。該含有量は、8.5質量部以下が好ましく、7.5質量部以下がより好ましい。オイルの含有量を上記範囲内とすることにより、本発明の効果が良好に得られる。
【0040】
本発明のベーストレッド用ゴム組成物は、加硫促進剤を含有することが好ましい。加硫促進剤としては、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(TBBS)、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(CBS)、N,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DZ)、メルカプトベンゾチアゾール(MBT)、ジベンゾチアゾリルジスルフィド(MBTS)、ジフェニルグアニジン(DPG)などが挙げられる。これらの加硫促進剤は、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。なかでも、加硫特性に優れ、加硫後のゴムの物性において、低燃費性に優れるという理由から、TBBS、CBSなどのスルフェンアミド系加硫促進剤が好ましく、TBBSがより好ましい。
【0041】
加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは1.3質量部以上である。1質量部未満であると、ゴム組成物が充分に加硫されず、必要とするゴム特性が得られないおそれがある。該配合量は、好ましくは2質量部以下、より好ましくは1.7質量部以下である。2質量部を超えると、ゴム焼けの原因となるおそれがある。
【0042】
本発明のベーストレッド用ゴム組成物は、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やニーダー、オープンロールなどで前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。
【0043】
本発明の空気入りタイヤは、上記ベーストレッド用ゴム組成物を用いて通常の方法で製造できる。すなわち、上記ゴム組成物を用いてベーストレッドを作製し、他の部材とともに貼り合わせ、タイヤ成型機上にて加熱加圧することにより製造できる。
【0044】
本発明の空気入りタイヤは、乗用車、トラック、バス、二輪車(バイク)などに使用でき、なかでも、乗用車、二輪車(バイク)に好適に使用できる。
【実施例】
【0045】
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。
【0046】
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。
スズ変性BR:日本ゼオン(株)製のBR1250(リチウム開始剤を用いて重合、ビニル結合量:10〜13質量%、Mw/Mn:1.5、スズ原子の含有量:250ppm、ポリスチレン換算分子量で10以下の成分の含有率:2〜3質量%)
NR:RSS#3
BR:宇部興産(株)製のBR150B(シス含量:97質量%)
カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイアブラックN330(NSA:79m/g、DBP吸油量:105ml/100g)
紙繊維:王子製袋(株)製のネオファイバー(平均繊維長(L):1000μm、平均繊維径(D):20μm、L/D:50)
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノック
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)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
アロマオイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−140
硫黄:軽井沢硫黄(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)
【0047】
(実施例1〜6および比較例1〜7)
バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を150℃の条件下で4分間混練りし、混練物を得た。次に、オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、80℃の条件下で3分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を160℃の条件下で20分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を作製した。
【0048】
得られた加硫ゴム組成物を用いて、以下の評価を行った。その結果を表1に示す。
【0049】
(粘弾性試験)
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪10%、動的歪振幅1%および周波数10Hzの条件下で、70℃における加硫ゴム組成物のヒステリシスロス(tanδ)、複素弾性率(E)を測定した。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。指数が大きいほど転がり抵抗性(低燃費性)が優れる。また、比較例1のEを100として、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど剛性が高く、操縦安定性に優れる。
(低燃費性指数)=(比較例1のtanδ)/(各配合のtanδ)×100
(ゴム剛性指数)=(各配合のE)/(比較例1のE)×100
【0050】
【表1】

【0051】
表1より、特定のスズ変性BRと紙繊維とを併用した実施例では低燃費性及び剛性(操縦安定性)の両性能を同時に改善できたが、比較例ではこれらの性能を同時に改善できなかった。また、実施例1と比較例1〜3の結果から、上記併用によって両性能が相乗的に改善されることが明らかとなった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゴム成分及び紙繊維を含有し、
前記ゴム成分は、リチウム開始剤により重合され、スズ原子の含有量が50〜3000ppm、ビニル結合量が5〜50質量%、分子量分布(Mw/Mn)が2以下であるスズ変性ポリブタジエンゴムを5〜90質量%含み、
前記ゴム成分100質量部に対して、紙繊維の含有量が0.5〜30質量部であるベーストレッド用ゴム組成物。
【請求項2】
紙繊維は、平均繊維長(L)が10μm以上、平均繊維径(D)が1〜100μm、平均繊維長(L)と平均繊維径(D)との比(L/D)が10以上である請求項1記載のベーストレッド用ゴム組成物。
【請求項3】
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15〜50質量部である請求項1又は2記載のベース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ベーストレッド用ゴム組成物を用いて作製したベーストレッドを有する空気入りタイヤ。

【公開番号】特開2011−252116(P2011−252116A)
【公開日】平成23年12月15日(2011.12.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−128086(P2010−128086)
【出願日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【出願人】(000183233)住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【Fターム(参考)】