JP3676545B2

JP3676545B2 - ゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP3676545B2
Application number: JP21764297A
Authority: JP
Inventors: 充荒木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JPH1160809A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤに係り、詳しくは低転がり抵抗性すなわち低発熱性、かつ耐摩耗性、耐テア・クラック性に優れたゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球の温暖化、エネルギーの有効利用の観点から、車輛には燃量性向上が求められ、それに応えるため、タイヤには低転がり抵抗性（低発熱性）が要求されている。同時に、地球環境保全の立場からも、資源の有効活用、リサイクル率の向上を図る上でも、タイヤにはライフ（耐久性）向上が強く要請されている。タイヤのライフ向上は耐摩耗性要因、と乗用車用タイヤに比べて、使用条件が厳しい重荷重用であるトラック、バス用タイヤでは耐テア・クラック性要因に支配され、両支配要因により大きく左右される。つまり、重荷重用空気入りタイヤは低転がり抵抗性とライフ（耐摩耗性、耐テア・クラック性）向上の両立が要求される。
【０００３】
しかし、従来、トレッドゴムの低転がり抵抗性を満足すれば、耐摩耗性、耐テア・クラック性が劣り、耐摩耗性、耐テア・クラック性を向上すると低転がり抵抗性が満たされず、両特性には二律背反の関係のあることがよく知られており、両特性を両立させることは容易ではない。
【０００４】
一方、タイヤトレッド用の各種ゴム組成物が検討されており、例えば、キャップ／ベース構造のタイヤトレッド用ゴム組成物において、キャップ及びベースの二層構造別に、ゴム成分として、所定量の天然ゴム等のジエン系ゴム、と充填剤として所定量の特定のシリカ及びカーボンブラック、通常のシランカップリング剤を用いることにより、走行中の発熱を抑え、耐摩耗性を維持したタイヤが得られるという提案等が知られている。
【０００５】
しかし、シリカとカーボンブラックを併用し、通常のシランカップリング剤を用いることにより、低発熱性（通常、使用されているカーボンブラック系に比べて１０〜２０％発熱性が抑えられる）、と破断伸び増大による耐テア・クラック性は向上するが耐摩耗性は通常のカーボンブラック系に比べて５〜１０％低下し、十分とは言えない。
【０００６】
また、シリカを配合するにあたっては、その小粒径のため、ゴム中での分散確保が難しい。このためシリカ配合系はバンバリー練り負荷量が大きくなり、ゴム組成物製造時の消費電力が大きくなり、エコロジーの観点から好ましくない上、製造コトもかさむため、汎用タイヤへの展開も難しくなっているのが実状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、本発明の目的は低転がり抵抗性（低発熱性）と耐摩耗性、耐テア・クラック性を高度に両立したゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、タイヤトレッドのゴム組成物に着目し、鋭意検討の結果、下記の手段によって、課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、（１）本発明のゴム組成物は、天然ゴム１０〜１００重量部及び他のジエン系ゴム９０〜０重量部からなるゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックとシリカの合計量４０〜５５重量部を含み、この合計量のうち、シリカの量が５〜２５重量部であり、かつカーボンブラック量／シリカ量の混合比が１以上であり、該カーボンブラックが窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）７０〜１７０ｍ²／ｇ、かつジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量１００〜２００ｃｍ³／１００ｇの特性を有し、該シリカがＮ₂ＳＡ１２０〜２４０ｍ²／ｇ、かつＤＢＰ吸油量１７０〜２５０ｃｍ³／１００ｇの特性を有し、かつ下記一般式（Ｉ）で表されるシランカップリング剤をシリカ量の３〜３０重量％、好ましくは５〜１５重量％を含有するトレッドゴムからなることを特徴とする。
【００１０】
【化３】

【００１１】
（式中、ｎは１〜３の整数、ｍは１〜９の整数、ｙはポリサルファイド部の硫黄原子の平均数であり、２．０＜ｙ≦３．５、好ましくは２．５≦ｙ≦３の正数を表す）
（２）前（１）項において、前記天然ゴムが技術的格付天然ゴム（ＴＳＲ）を天然ゴム１００重量％中に３０重量％以上含むことが好ましい。
【００１２】
（３）前（１）項において、前記ゴム組成物が、さらに下記一般式（II）で表される３級アミン化合物をシリカ量に対して０．１〜２０重量％含むことが好ましい。
【００１３】
【化４】

【００１４】
（式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立にメチル基、炭素数８〜３６のアルキル基、炭素数８〜３６のアルケニル基、シクロヘキシル基又はベンジル基を表す）
（４）前（３）項において、前（３）項に記載の一般式（II）中のＲ¹、Ｒ²がメチル基で、Ｒ³が炭素数１２〜３６のアルキル基であることが好ましい。
（５）前（３）項において、前記３級アミン化合物がジメチルステアリルアミンであることが好ましい。
（６）前（１）〜（５）項のいずれか１項に記載のゴム組成物がトレッドゴムとして用いられた重荷重用空気入りタイヤ。
【００１５】
本発明の重荷重用タイヤのゴム組成物は、上記のように、ゴム成分の種類、量を特定し、補強充填剤のカーボンブラックとシリカの各特性、合計量、各配合量（混合比率）を特定し、特にシランカップリング剤の種類、量を特定し、必要に応じて、シリカの分散改良剤として特定の３級アミン化合物を使用することに大きな特徴がある。
【００１６】
本発明のゴム組成物ではゴム成分を天然ゴム主体とし、ブタジエンゴムを適量用いることにより、低転がり抵抗性、耐摩耗性、耐テア・クラック性を高レベルでバランスをとり、また好ましくはＴＳＲを用いることにより、さらに必要に応じて、特定の３級アミンを使用することによりシリカのゴム中の分散性を向上し、低転がり抵抗性（低発熱性）、耐テア・クラック性を一層改良し、カーボンブラックとシリカの各特性の特定化により、補強性維持による耐摩耗性が確保され、破断伸び維持による耐テア・クラック性が高度に維持され、両補強充填剤の合計量の特定化により、耐摩耗性が維持され、破断伸び維持による耐テア・クラック性が確保され、さらに低発熱性（低転がり抵抗性）も維持され、また両補強充填剤の各配合量（混合比率）の特定化により、低発熱性、破断伸び、耐摩耗性の低下が抑えられ、さらに特に特定のシランカップリング剤の使用により、耐摩耗性が改良され、低発熱性も一層改善される。
【００１７】
以上のように、ゴム組成物を適正化することにより課題が解決できるという新知見を得るに至り、ここに低転がり抵抗性と耐摩耗性、耐テア・クラック性を同時に、高度に満足するゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤが得られたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるゴム成分は、全ゴム成分１００重量部中に天然ゴム（ＮＲ）１０〜１００重量部、好ましくは４０〜１００重量部、他のジエン系ゴム９０〜０重量部、好ましくは６０〜０重量部が用いられる。他のジエン系ゴムとしては合成イソプレンゴム、高シス１，４−ポリブタジエン等のブタジエンゴム（ＢＲ）、乳化重合スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、溶液重合ＳＢＲ等のＳＢＲ等を挙げることができる。中でもＢＲが好ましく用いられる。ＮＲとＢＲのブレンド系を用いる場合、ＮＲ／ＢＲの混合比は１００／０〜４０／６０が好ましく、８０／２０〜５０／５０がより好ましい。ＮＲが全ブレンド成分１００重量部に対して、４０重量部未満では耐テア・クラック性が劣り、ＢＲが６０重量部を越えると耐摩耗性、低発熱性は改善されるがＮＲの伸長結晶性による耐テア・クラック性のメリットが失われる。天然ゴムとしては各種の天然ゴムが用いられ、例えばＲＳＳ３号等のシートゴム、技術的格付けゴム（ＴＳＲ）等が挙げられる。中でも、シリカの分散性向上の観点からＴＳＲが好ましく用いられ、ＴＳＲが使用される場合、ＴＳＲの配合量は天然ゴム１００重量％中に３０重量％以上、好ましくは６０重量％以上である。３０重量％未満ではシリカの分散不良が起こり、耐テア・クラック性が低下する。
【００１９】
ゴム成分として、天然ゴム単味が用いられる場合、ＴＳＲの配合量は天然ゴム１００重量部中に、５０〜１００重量部が好ましい。
【００２０】
本発明のゴム組成物に用いられるカーボンブラックは窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が７０〜１７０ｍ²／ｇ、かつジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が１００〜２００ｃｍ³／１００ｇの特性を有するものが用いられる。Ｎ₂ＳＡが７０ｍ²／ｇ未満では補強性が不足し、耐摩耗性が不十分となり、１７０ｍ²／ｇを越えるとゴム中の分散が低下し、好ましくない。また、ＤＢＰ吸油量が１００ｃｍ³／１００ｇ未満では補強性が不足し、耐摩耗性が十分でなく、２００ｃｍ³／１００ｇを越えると破断伸びが低下し、耐テア・クラック性が不良となり、好ましくない。このカーボンブラックとしては、例えば上記特性を満足するＩＳＡＦ、ＳＡＦ等を挙げることができる。
【００２１】
本発明のゴム組成物に用いられるシリカはＮ₂ＳＡが１２０〜２４０ｍ²／ｇ、好ましくは１６０〜２００ｍ²／ｇ、かつＤＢＰ吸油量が１７０〜２５０ｃｍ³／１００ｇ、好ましくは１７０〜２２０ｃｍ³／１００ｇの特性を有するものが使用される。Ｎ₂ＳＡが１２０ｍ²／ｇ未満では補強性が十分でなく、耐摩耗性に劣り、２４０ｍ²／ｇを越えるとゴム中の分散が低下し、好ましくない。ＤＢＰ吸油量が１７０ｃｍ³／１００ｇ未満では補強性が不良となり、耐摩耗性が低下し、２５０ｃｍ³／１００ｇを越えると破断伸びが低下し、耐テア・クラック性が不良となり、好ましくない。
【００２２】
シリカとしては、沈降法による合成シリカが用いられ、具体的には、日本シリカ工業（株）製のニップシールＡＱ、ドイツデグサ社製のＵＬＴＲＡＳＩＬＶＮ３、ＢＶ３３７０ＧＲ、ローヌ・プーラン社製のＲＰ１１６５ＭＰ、Ｚｅｏｓｉｌ１６５ＧＲ、Ｚｅｏｓｉｌ１７５ＶＰ、ＰＰＧ社製のＨｉｓｉｌ２３３、Ｈｉｓｉｌ２１０、Ｈｉｓｉｌ２５５等（いずれも商品名）が挙げられるが上記特性を満足するものであればよく、特に限定するものではない。
【００２３】
本発明に用いられる充填剤は上記のような、カーボンブラック及びシリカからなる。カーボンブラックとシリカの合計配合量はゴム成分１００重量部に対して、４０〜５５重量部であり、この合計量のうち、シリカが５〜２５重量部であり、かつカーボンブラック量／シリカ量の混合比は１以上である。合計量が４０重量部未満では耐摩耗性が低下し、５５重量部を越えると、補強充填剤の分散不良が起こるため耐摩耗性、破断伸び（耐テア・クラック性）が低下すると共に、低発熱性すなわち低転がり抵抗性が悪化するので、好ましくない。またシリカの量が少なすぎるとシリカ配合系の低発熱性（低転がり抵抗性）、破断伸び（耐テア・クラック性）というメリットが十分生かされない。シリカの量が多すぎるとゴム中での分散不良が生じ、上記メリットが発揮できなくなる。カーボンブラック量／シリカ量の混合比が１未満すなわち全充填剤中のシリカ比率が５０％を越えると、本来シリカ系は耐摩耗性不良となるデメリットを有するがさらに耐摩耗性の悪化を招く。
【００２４】
本発明に用いられるカップリング剤はシリカ−ゴム成分間の物理結合がカーボンブラック−ゴム成分間の結合に比べ弱いため、タイヤの耐摩耗性が低下するので、このシリカ−ゴム成分間の結合を強化し、耐摩耗性を確保するために使用される。
【００２５】
本発明において、カップリング剤は前記一般式（Ｉ）で表されるシランカップリング剤が用いられる。式中、ｎは１〜３の整数、ｍは１〜９の整数、好ましくは２〜５の整数を表す。
【００２６】
またポリサルファイド部Ｓｙのｙは硫黄原子の平均数を表し、２．０＜ｙ≦３．５を満足する正数、好ましくは２．５≦ｙ≦３を満足する正数である。硫黄原子の平均数とは該ポリサルファイド部はＳ₁〜Ｓ₉のような異なる硫黄原子数の分布を有するので、この分布の平均の数を意味する。硫黄原子の平均数ｙが２以下すなわちＳ₁、Ｓ₂ではカップリング作用を示さないので補強性が悪化し、ｙが３．５を越えると１５０℃以上の高温練りにおいて、ゴム成分のゲル化が起こり易くなり、ムーニー粘度が大幅に上昇して、生産性が劣ることになる。
【００２７】
シランカップリング剤としては、例えば一般式（Ｉ）のビス（トリアルコキシシリルアルキル）ポリサルファイドのアルコキシ基が例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基；アルキル基が例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基；ポリサルファイド基−Ｓｙ−が上記硫黄原子の平均数を有する基である化合物等が用いられる。
【００２８】
本発明に用いられるシランカップリング剤の製法は特に制限されないが、例えば特開平７−２２８５８８号公報記載の方法などに準拠し次のように製造することができる。
【００２９】
無水硫化ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ）と硫黄（Ｓ）とを不活性ガス雰囲気下、極性溶媒中で適切なモル比例えば１：１〜１：３の範囲で反応させて多硫化ナトリウムを得、次いでこの多硫化ナトリウムをハロゲノアルコキシシランを加えて不活性ガス雰囲気下で反応させて得られる。
【００３０】
本発明で用いられるカップリング剤の配合量はシリカ量に対して、３〜３０重量％、好ましくは５〜１５重量％である。３重量％未満では耐摩耗性が低下し、３０重量％を越えると効果のさらなる向上は認められず、経済的な観点からもこれ以上の増量は必要がない。
【００３１】
シリカと通常のシランカップリング剤からなる充填剤は通常のカーボンブラックをシリカと同量で使用する場合に比べて、破断伸びによる耐テア・クラック性、低発熱による低転がり抵抗性で１０〜２０％のメリットがあるが一方耐摩耗性が５〜１０％低下する。しかし、本発明では、特定のシランカップリング剤の使用により、耐摩耗性が高度に維持される。この予想外の効果は本発明の大きな特徴の一つである。
【００３２】
本発明に用いることができる３級アミンは特に充填剤シリカの分散向上の役割を有し、低転がり抵抗性、耐摩耗性の改良とともに、特にタイヤ走行時の発熱を抑えることによって、トレッドゴムの硬化を抑制し、破断伸びを高度に維持し、耐テア・クラック性を改良する。
【００３３】
３級アミン化合物としては、前記一般式（II）中のＲ¹、Ｒ²、Ｒ³が、それぞれ独立にメチル基、炭素数８〜３６のアルキル基、炭素数８〜３６のアルケニル基、シクロヘキシル基又はベンジル基である化合物を挙げることができる。具体的には、トリオクチルアミン、トリラウリルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジメチルデシルアミン、ジメチルミリスチルアミン、ジラウリルモノメチルアミン、ジメチルオクタデセニルアミン、ジメチルヘキサデセニルアミンなどが好ましく挙げられる。より好ましくは、Ｒ¹、Ｒ²がメチル基で、Ｒ³が炭素数１２〜３６のアルキル基である３級アミン化合物であり、更に好ましくは、引火点と低発熱性、充填剤の分散改良の面からジメチルステアリルアミンである。
【００３４】
また、本発明で用いる３級アミン化合物の分子量は、１８０以上であることが好ましい。３級アミン化合物の分子量が１８０より低いと引火点が１００℃以下となり、加工工程で発火の恐れがあり、好ましくない。
【００３５】
上記３級アミン化合物の配合量は、シリカ量に対して０．１〜２０重量％、好ましくは、効果の点から０．５〜４重量％である。
【００３６】
本発明の重荷重用空気入りタイヤのゴム組成物として前記諸成分と共に通常ゴム工業で用いられる、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、ＷＡＸ、加硫剤等の成分を本発明の効果を損なわない範囲において適宜配合することができる。
【００３７】
加硫剤としては、硫黄等が挙げられ、この使用量は、ゴム成分１００重量部に対して硫黄分として０．１〜５重量部、好ましくは１〜２重量部である。０．１重量部未満では加硫ゴムの破壊強度、耐摩耗性が低下し、５重量部を越えるとゴム弾性が損なわれる傾向がある。
【００３８】
本発明の空気入りタイヤ用ゴム組成物は、ロール、インターナルミキサー、バンバリーミキサー等の混練機を用いて混練りすることによって得られ、成形加工後、加硫を行い、タイヤトレッド等に用いられる。
【００３９】
【実施例】
以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明の主旨を越えない限り、本実施例に限定されるものではない。
【００４０】
各種の測定は下記の方法によった。
（１）耐摩耗性
平均接地圧が０．８ＭＰａで使用されるサイズＴＢＲ１１Ｒ２２．５、リブパターンの試作タイヤを１０トントラック全輪に装着し、５万ｋｍ走行後、トレッドゴムのパターンの残溝深さから摩耗量を測定し、その逆数を用いて、従来例１の値を１００とした指数で表示した。従って、数値が大きいほど、耐摩耗性が良好であることを表す。
【００４１】
（２）耐テア・クラック性
試作タイヤを１０トントラック全輪に装着し、５万ｋｍ走行後のタイヤを縁石に対して４５°の角度で乗り上げて、リブ引裂・亀裂の発生具合（引裂・亀裂の長さ）を測定し、その逆数を用いて、従来例１の値を１００とした指数で表示した。従って、数値が大きいほど、耐テア・クラック性が良好であることを表す。
（３）転がり抵抗性
試作タイヤをドラム試験にて、８０ｋｍ／時の走行時のタイヤ接地面に発生する進行方向に対する抵抗を測定し、従来例１の値を１００として指数表示した。数値は大きい程、低転がり抵抗性は良好である。
【００４２】
なお、タイヤ性能の総合評価の目安として、Ｅ転がり抵抗性指数、Ｆ耐摩耗性指数、Ｇ耐テア・クラック性指数のＥ−Ｆ、Ｅ−Ｇの算術平均を算出した。いずれも平均値が大きい程、タイヤ性能は良好である。
【００４３】
（実施例１〜８、従来例１〜２、比較例１〜５）
下記の表１〜４に示す配合処方に従って、混練配合を行い、このトレッドゴム組成物を用いて、タイヤ構造として４スチールベルト、１スチールカーカス、リブパターンの平均接地圧が０．８ＭＰａで使用されるサイズＴＢＲ１１Ｒ２２．５のタイヤを試作し、タイヤの諸特性を測定した。結果を表１〜４に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【表２】

【００４６】
【表３】

【００４７】
【表４】

【００４８】
表１〜４に示されるように、本発明のゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤは、低転がり抵抗性と耐摩耗性、耐テア・クラック性を高度に両立した優れた特性を有する。
【００４９】
カーボンブラックとシリカの合計量が本発明に係る範囲を越える場合（従来例１、２，比較例１）は、低転がり抵抗性及び耐テア・クラック性が悪化し、カーボンブラックとシリカの合計量が本発明に係る範囲より少ない場合（比較例２）、カーボンブラック量／シリカ量の混合比が本発明に係る範囲より小さい場合（比較例３）はいずれも耐摩耗性及び耐テア・クラック性が不良となり、シリカの特性（Ｎ₂ＳＡ）が本発明に係る範囲を越える場合（比較例４）は低転がり抵抗性が十分でなく、耐テア・クラック性が悪化し、及びカップリング剤を用いない場合（比較例５）はタイヤ性能全般にわたってレベルが低いことがわかる。タイヤ性能の総合評価に相当する転がり抵抗性指数−耐摩耗性指数の平均値及び転がり抵抗性指数−耐テア・クラック性指数の平均値は実施例に比べて、従来例、比較例が大幅に劣っていることがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤは、上記のような構成としたので、低転がり抵抗性と耐摩耗性、耐テア・クラック性が高度に両立するという優れた効果を奏する。

Claims

天然ゴム１０〜１００重量部及び他のジエン系ゴム９０〜０重量部からなるゴム成分１００重量部に対して、
カーボンブラックとシリカの合計量４０〜５５重量部を含み、この合計量のうち、シリカの量が５〜２５重量部であり、かつカーボンブラック量／シリカ量の混合比が１以上であり、
該カーボンブラックが窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）７０〜１７０ｍ²／ｇ、かつジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量１００〜２００ｃｍ³／１００ｇの特性を有し、
該シリカがＮ₂ＳＡ１２０〜２４０ｍ²／ｇ、かつＤＢＰ吸油量１７０〜２５０ｃｍ³／１００ｇの特性を有し、かつ
下記一般式（Ｉ）で表されるシランカップリング剤をシリカ量の３〜３０重量％、
を含有するトレッドゴムからなることを特徴とするゴム組成物。

（式中、ｎは１〜３の整数、ｍは１〜９の整数、ｙはポリサルファイド部の硫黄原子の平均数であり、２．０＜ｙ≦３．５の正数を表す）
前記天然ゴムが技術的格付天然ゴム（ＴＳＲ）を天然ゴム１００重量％中に３０重量％以上含むことを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。
前記請求項１に記載の一般式（Ｉ）で表されるシランカップリング剤のポリサルファイド部の硫黄原子の平均数ｙが２．５≦ｙ≦３の正数であることを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。
前記シランカップリング剤の配合量がシリカ量の５〜１５重量％であることを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。
前記ゴム組成物が、さらに下記一般式（II）で表される３級アミン化合物をシリカ量に対して０．１〜２０重量％含むことを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。

（式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立にメチル基、炭素数８〜３６のアルキル基、炭素数８〜３６のアルケニル基、シクロヘキシル基又はベンジル基を表す）
前記請求項５に記載の一般式（II）中のＲ¹、Ｒ²がメチル基で、Ｒ³が炭素数１２〜３６のアルキル基であることを特徴とする請求項５記載のゴム組成物。
前記３級アミン化合物がジメチルステアリルアミンであることを特徴とする請求項５記載のゴム組成物。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のゴム組成物がトレッドゴムとして用いられた重荷重用空気入りタイヤ。