JP2010077257A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】天然ゴムを主成分にしながら、ドライグリップ性能及びウェットグリップ性能を従来レベル若しくはそれ以上のレベルにするようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴム５０〜９０重量％とエポキシ化天然ゴム１０〜５０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であるカーボンブラックを２０重量部以下、シリカを６０〜１２０重量部、天然可塑剤を５〜２０重量部、テトラベンジルチウラムジスルフィドを０．０５〜２重量部配合すると共に、特定のメルカプトシランカップリング剤を前記シリカ配合量の１〜２０重量％配合したことを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】天然ゴム５０〜９０重量％とエポキシ化天然ゴム１０〜５０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であるカーボンブラックを２０重量部以下、シリカを６０〜１２０重量部、天然可塑剤を５〜２０重量部、テトラベンジルチウラムジスルフィドを０．０５〜２重量部配合すると共に、特定のメルカプトシランカップリング剤を前記シリカ配合量の１〜２０重量％配合したことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、天然ゴムを主成分にしながら、ドライグリップ性能及びウェットグリップ性能を従来レベル以上にするタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
一般に、乗用車用空気入りタイヤでは、トレッド部を構成するゴム組成物にスチレンブタジエンゴムを配合することにより、高速走行時における乾燥路面でのドライグリップ性能と湿潤路面でのウェットグリップ性能とを高いレベルで兼備させることが行なわれている。例えば、特許文献１は、ガラス転移温度が高いスチレンブタジエンゴムを主成分とするゴム成分に、カーボンブラック、シリカなどを配合したゴム組成物をタイヤトレッドに使用することにより、湿潤路面における制動距離を短くすることを提案している。
一方、近年において、石油資源の枯渇問題が採り上げられるようになって、空気入りタイヤの製造に当たっても、石油資源以外から得られる原材料を使用することが検討されるようになり、石油資源から得られるスチレンブタジエンゴム等の代わりに、天然ゴムを使用することが試みられている。しかしながら、上述したトレッドゴム組成物において、スチレンブタジエンゴムを天然ゴムに置き換えると、ドライグリップ性能及びウェットグリップ性能が共に低下するという問題があった。
国際公開第２００６／０２８２５４号パンフレット
本発明の目的は、天然ゴムを主成分にしながら、ドライグリップ性能及びウェットグリップ性能を従来レベル若しくはそれ以上のレベルにするようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
上記目的を達成する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴム５０〜９０重量％とエポキシ化天然ゴム１０〜５０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であるカーボンブラックを２０重量部以下、シリカを６０〜１２０重量部、天然可塑剤を５〜２０重量部、テトラベンジルチウラムジスルフィドを０．０５〜２重量部配合すると共に、下記式（１）で表されるメルカプトシランカップリング剤を前記シリカ配合量の１〜２０重量％配合したことを特徴とする。
（式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜１８のヘテロ原子を含む官能基を有していてもよいアルキル基であり、Ｒ３はメチレン基又は炭素数２〜８のアルキレン基であり、ｎは１〜３の整数である。）
前記天然可塑剤は、テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、テルペン油、テルペン低重合体から選ばれる少なくとも１種であるとよい。このタイヤトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部を構成するのに好適である。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴム５０〜９０重量％とエポキシ化天然ゴム１０〜５０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であるカーボンブラックを２０重量部以下、シリカを６０〜１２０重量部、テトラベンジルチウラムジスルフィドを０．０５〜２重量部配合し、かつメルカプト基を有する特定のシランカップリング剤をシリカ配合量の１〜２０重量％配合すると共に、天然可塑剤を５〜２０重量部配合したことにより、天然ゴムからなるゴム成分と天然可塑剤との親和性が高いためゴム成分の混合性を改良することによりシリカの分散性を向上するので、非石油資源の天然ゴムを主成分にしながら、ドライグリップ性能とウェットグリップ性能とをスチレンブタジエンゴムを主成分とするゴム組成物のレベルとほぼ同等のレベル若しくはそれ以上にすることができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分は天然ゴムとエポキシ化天然ゴムとからなる。したがって、スチレンブタジエンゴム等の石油資源から得られるゴムを配合しないようにすると共に、エポキシ化天然ゴムを共に配合することにより、ガラス転移温度を高くする作用によりウェットグリップ性能を向上し、かつゴム組成物の３００％モジュラスが高くなり操縦安定性を向上することができる。
ゴム組成物を構成するゴム成分は、天然ゴム５０〜９０重量％とエポキシ化天然ゴム１０〜５０重量％とを含むようにする。好ましくは天然ゴムが５０〜７５重量％、エポキシ化天然ゴムが２５〜５０重量％にするとよい。天然ゴムの配合量が５０重量％未満であると、ドライグリップ性能が不足する。また、天然ゴムの配合量が９０重量％を超えると、ウェットグリップ性能が不足する。同様に、エポキシ化天然ゴムの配合量が１０重量％未満であると、ウェットグリップ性能が不足する。また、エポキシ化天然ゴムの配合量が５０重量％を超えると、ドライグリップ性能が不足する。
本発明では、エポキシ化天然ゴムとしてエポキシ化率が、好ましくは１０〜６０％、より好ましくは２０〜５０％のものを使用するとよい。エポキシ化天然ゴムのエポキシ化率が１０％より低いと、ウェットグリップ性能を向上することができない。また、エポキシ化天然ゴムのエポキシ化率が６０％を超えると、天然ゴムとの相溶性が悪化すると共に、転がり抵抗が悪化する。
本発明において、カーボンブラックを配合することによりゴム剛性を大きくすることによりドライグリップ性能を高くする。カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対し２０重量部以下、好ましくは５〜２０重量部にする。カーボンブラック配合量が２０重量部を超えると、ウェットグリップ性能が不足する。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上、好ましくは１００〜１５０ｍ２／ｇである。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ未満であると、ドライグリップ性能が不足する。また、耐摩耗性が低下する。本発明において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めたものとする。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを配合することによりウェットグリップ性能を向上させる。シリカの配合量は、ゴム成分１００重量部に対し６０〜１２０重量部、好ましくは６０〜１００重量部にする。シリカ配合量が６０重量部未満であるとウェットグリップ性能が低下する。また、シリカ配合量が１２０重量部を超えると、ドライグリップ性能が低下すると共に、耐摩耗性が低下する。本発明で使用するシリカとしては、通常タイヤトレッド用ゴム組成物に配合されるシリカ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。
また、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカと共に下記式（１）で表されるメルカプトシランカップリング剤を配合することにより、シリカの分散性を向上させるのでウェットグリップ性能を一層向上することができる。
式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜１８のアルキル基であり、Ｏ，Ｎ，Ｓ等のヘテロ原子を含む官能基を有するアルキル基であってもよい。Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基などから選ばれるとよい。Ｒ３はメチレン基又は炭素数２〜８のアルキレン基であり、好ましくはエチレン基又はプロピレン基である。ｎは１〜３の整数であり、好ましくは３である。
上記式（１）で表されるメルカプトシランカップリング剤としては、例えば３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシランを例示することができる。なかでも３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランが好ましい。これらのメルカプトシランカップリング剤は、単独で配合してもよいし、複数を組合わせて配合してもよい。
本発明において、メルカプトシランカップリング剤の配合量は、シリカ配合量の１〜２０重量％、好ましくは４〜１４重量％にする。メルカプトシランカップリング剤の配合量が１重量％未満では、ゴム成分に対するシリカの分散性を向上することができず、ウェットグリップ性能が不足する。また、メルカプトシランカップリング剤の配合量が２０重量％を超えると、早期加硫を起こしやすくなり成形加工性が悪化する。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、天然可塑剤を配合することにより、ゴム成分中のシリカの分散性を向上するので、ドライグリップ性能とウェットグリップ性能とを、スチレンブタジエンゴムを配合したゴム組成物とほぼ同等のレベル若しくはそれ以上のレベルにすることができる。これは、天然ゴムからなるゴム成分と天然可塑剤との親和性が高いためゴム成分の混合性が改良され、シリカがゴム成分中に分散しやすくなるためと考えられる。
本発明において、天然可塑剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部、好ましくは５〜１８重量部にする。天然可塑剤の配合量が５重量部未満であると、シリカの分散性を向上する効果が得られない。また、天然可塑剤の配合量が２０重量部を超えると、混合中にオイルスリップを起こし充填剤の分散性が悪化しやすくなる。
本発明で使用する天然可塑剤とは、石油資源以外の原材料から得られた可塑剤であり、例えばテルペン樹脂、水添テルペン樹脂、テルペン油、テルペン低重合体等を例示することができる。これらの天然可塑剤は、単独で配合してもよいし、複数を組合わせて配合してもよい。
また、天然可塑剤は、市販品の中から入手可能であり、テルペン樹脂としては、例えばヤスハラケミカル社製ＹＳレジンを例示することができる。また、水添テルペン樹脂としては例えばヤスハラケミカル社製クリアロンを例示することができる。さらにテルペン油としてはヤスハラケミカル社製パインタール、テルペン低重合体としてはヤスハラケミカル社製ダイマロンを例示することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、テトラベンジルチウラムジスルフィドを加硫促進剤として配合することにより、ドライグリップ性能を向上可能にする。テトラベンジルチウラムジスルフィドの配合量は、ゴム成分１００重量部に対し０．０５〜２重量部、好ましくは０．０５〜１．２重量部である。テトラベンジルチウラムジスルフィド配合量が０．０５重量部未満であるとドライグリップ性能を向上することができない。また、テトラベンジルチウラムジスルフィドの配合量が２重量部を超えると、却ってウェットグリップ性能及びドライグリップ性能が低下する。また、成形加工時にゴム焼けが起こりやすくなる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、上述した成分に加えてクレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルク等の無機充填剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に使用され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ゴム組成物とし、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は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。本発明のゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部に使用するのが好適である。このタイヤトレッド用ゴム組成物を使用したトレッド部を備えた空気入りタイヤは、非石油資源である天然ゴムを主成分にしながら、ウェットグリップ性能とドライグリップ性能とを従来レベルとほぼ同等かそれ以上のレベルにすることができる。
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、これにより本発明の範囲が制限を受けるものではない。
表１に示す配合からなる８種類のゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜３）を、それぞれ硫黄、加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、１．７Ｌのバンバリーミキサーで５分間混練し、温度１６０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１．７Ｌのバンバリーミキサーで、硫黄、加硫促進剤及びテトラベンジルチウラムジスルフィドを加え混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。
得られた８種類のゴム組成物の加硫時間を下記に示す方法により測定した。また、８種類のゴム組成物をそれぞれ所定形状の金型中で、１６０℃、２５分間加硫して試験片を作製し、３００％モジュラス及び動的弾性率を下記に示す方法により測定した。
加硫時間
得られたゴム組成物の加硫時間を、ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠し、１６０℃で９５％加硫度に達するまでの時間を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数で表わし表１に示した。この指数が小さいほど加硫時間が短く、工業作業性が優れることを意味する。
得られたゴム組成物の加硫時間を、ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠し、１６０℃で９５％加硫度に達するまでの時間を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数で表わし表１に示した。この指数が小さいほど加硫時間が短く、工業作業性が優れることを意味する。
３００％モジュラス
得られた試験片の３００％モジュラスを、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、３号ダンベル型試験片、２５℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数で表わし表１に示した。この指数が大きいほど３００％モジュラスが高く、操縦安定性に優れることを意味する。
得られた試験片の３００％モジュラスを、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、３号ダンベル型試験片、２５℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数で表わし表１に示した。この指数が大きいほど３００％モジュラスが高く、操縦安定性に優れることを意味する。
動的弾性率（ウェットグリップ性能及びドライグリップ性能）
得られた試験片の動的弾性率Ｅ′を、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで、温度−１０℃及び６０℃の条件で測定した。得られた結果は、それぞれ比較例１の値を１００とする指数で表わし、温度−１０℃における動的弾性率Ｅ′の指数をウェットグリップ性能とし、温度６０℃における動的弾性率Ｅ′の指数をドライグリップ性能として表１に示した。温度−１０℃における動的弾性率Ｅ′の指数が大きいほどウェットグリップ性能が優れ、温度６０℃における動的弾性率Ｅ′の指数が大きいほどドライグリップ性能が優れることを意味する。
得られた試験片の動的弾性率Ｅ′を、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで、温度−１０℃及び６０℃の条件で測定した。得られた結果は、それぞれ比較例１の値を１００とする指数で表わし、温度−１０℃における動的弾性率Ｅ′の指数をウェットグリップ性能とし、温度６０℃における動的弾性率Ｅ′の指数をドライグリップ性能として表１に示した。温度−１０℃における動的弾性率Ｅ′の指数が大きいほどウェットグリップ性能が優れ、温度６０℃における動的弾性率Ｅ′の指数が大きいほどドライグリップ性能が優れることを意味する。
なお、表１において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
ＥＮＲ：エポキシ化天然ゴム、エポキシ化率２５％、クンプーランガスリー製２５％エポキシ化天然ゴム
カーボンブラック：東海カーボン社製シースト６、窒素吸着比表面積１１９ｍ２／ｇ
シリカ：Ｄｅｇｕｓｓａ社製ＶＮ−３
カップリング剤１：ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、Ｄｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ６９
カップリング剤２：３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、Ｄｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ２６３
亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
老化防止剤：大内新興化学工業社製ノクラック ６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業社製パラフィンワックス
アロマオイル：昭和シェル石油社製アロマ油４号
天然可塑剤１：テルペン低重合体、ヤスハラケミカル社製ダイマロン
天然可塑剤２：テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＰＸ
加硫促進剤１：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、大内新興化学工業社製ノクセラー ＣＺ−Ｇ
加硫促進剤２：ジフェニルグアニジン、大内新興化学工業社製ノクセラー Ｄ−Ｇ
加硫促進剤３：テトラベンジルチウラムジスルフィド、ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＰＥＲＫＡＣＩＴ ＴＢｚＴＤ
硫黄：細井化学工業社製油処理硫黄
ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
ＥＮＲ：エポキシ化天然ゴム、エポキシ化率２５％、クンプーランガスリー製２５％エポキシ化天然ゴム
カーボンブラック：東海カーボン社製シースト６、窒素吸着比表面積１１９ｍ２／ｇ
シリカ：Ｄｅｇｕｓｓａ社製ＶＮ−３
カップリング剤１：ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、Ｄｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ６９
カップリング剤２：３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、Ｄｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ２６３
亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
老化防止剤：大内新興化学工業社製ノクラック ６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業社製パラフィンワックス
アロマオイル：昭和シェル石油社製アロマ油４号
天然可塑剤１：テルペン低重合体、ヤスハラケミカル社製ダイマロン
天然可塑剤２：テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＰＸ
加硫促進剤１：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、大内新興化学工業社製ノクセラー ＣＺ−Ｇ
加硫促進剤２：ジフェニルグアニジン、大内新興化学工業社製ノクセラー Ｄ−Ｇ
加硫促進剤３：テトラベンジルチウラムジスルフィド、ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＰＥＲＫＡＣＩＴ ＴＢｚＴＤ
硫黄：細井化学工業社製油処理硫黄
Claims (3)
- 天然ゴム５０〜９０重量％とエポキシ化天然ゴム１０〜５０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、窒素吸着比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であるカーボンブラックを２０重量部以下、シリカを６０〜１２０重量部、天然可塑剤を５〜２０重量部、テトラベンジルチウラムジスルフィドを０．０５〜２重量部配合すると共に、下記式（１）で表されるメルカプトシランカップリング剤を前記シリカ配合量の１〜２０重量％配合したタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記天然可塑剤が、テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、テルペン油、テルペン低重合体から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物によりトレッド部を構成した空気入りタイヤ。
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