JP3778663B2 - 高性能タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高性能タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、更に詳しくは特定の相互作用パラメータの関係にある高ガラス転移温度(Tg)ジエン系ゴムと低ガラス転移温度(Tg)ジエン系ゴムとのブレンド系に芳香族ビニル化合物を主成分とした重合体(樹脂)を配合することによってタイヤの転がり抵抗をあげることなくウェットグリップを高めた高性能タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
高性能タイヤ用トレッドの配合として、従来からタイヤのウェットグリップと転がり抵抗をバランスさせる技術が開発されている。そのような技術として、例えば、特開平8−231767号公報、特開平1−135845号公報、特開昭55−110136号公報などにはポリマーブレンドによる方法が提案され、例えば、特開昭62−1735号公報、特開平7−90124号公報、7−70370号公報などには、クマロン・インデン樹脂やp−t−ブチルフェノールを配合する方法が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる方法によっても高性能タイヤトレッド用として好適なウェットグリップと転がり抵抗とのバランスが必ずしも得られなかった。従って、本発明はかかる従来技術の問題点を排除して、ウェットグリップと転がり抵抗とのバランスに優れた高性能タイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、ガラス転移温度Tgが−45〜0℃であるジエン系ゴムA10〜90重量部、ガラス転移温度Tgが−110〜−45℃であるジエン系ゴムB90〜10重量部から成るジエン系ゴム100重量部に対し、ガラス転移温度Tgが5〜100℃である芳香族ビニル化合物を主成分とした重合体1〜60重量部を配合して成り、ジエン系ゴムA及びBのゴム同士の相互作用パラメータ(χeff )とそのゴムブレンド系のスピノーダル点の相互作用パラメータ(χs )とが下記関係:
0.0002≦χeff −χs ≦0.012
を満たし、かつ、ジエン系ゴムA及びBのTgの差が20℃以上であるタイヤトレッド用ゴム組成物が提供される。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明に従えば、前述の如く、Tgが−45〜0℃、好ましくは−40〜−10℃であるジエン系ゴムA10〜90重量部、好ましくは20〜80重量部とTgが−110〜−45℃、好ましくは−105〜−50℃であるジエン系ゴムB90〜10重量部、好ましくは80〜20重量部とを配合したジエン系ゴム100重量部に対し、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、核置換α−メチルスチレン、核置換ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物を主成分とした重合体(樹脂)を1〜60重量部、好ましくは3〜30重量部配合する。
【0006】
前記ジエン系ゴムA及びBは、それぞれのTgの差が20℃以上、好ましくは25〜60℃である。またA−B間のχパラメータの値が、
0.0002≦χeff −χs ≦0.012
好ましくは
0.0005≦χeff −χs ≦0.0015
の関係を満たすことが必要である。
【0007】
本発明において使用するジエン系ゴムAのTgが−45℃未満ではウエットグリップが不十分で好ましくなく、逆に0℃を超えると常温で硬く、逆にグリップ力が低下するので好ましくない。また、ジエン系ゴムBのTgが−110℃未満のジエン系ゴムは入手困難であり好ましくなく、逆に−45℃を超えると転がり抵抗耐摩耗性が悪化するので好ましくない。更にジエン系ゴムA及びBのTgの差が20℃未満ではウエットグリップと転がり抵抗を高度にバランスすることができないので好ましくない。
【0008】
ジエン系ゴムAの配合量が10重量部未満であったり、ジエン系ゴムBの配合量が90重量部より多い場合には高いウエットグリップ力が得られないので好ましくなく、逆にジエン系ゴムAの配合量が90重量部を超えたり、ジエン系ゴムBの配合量が10重量部未満では転がり抵抗、耐摩耗性が悪化するので好ましくない。
【0009】
本発明において使用されるジエン系ゴムA及びBとしては、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(IR)などをあげることができ、これらは単独又は任意の混合物として使用することができる。またこれらのガラス転移温度(Tg)は、例えば、SBRの場合のスチレン含量、ブタジエンの場合のビニル含量、シス及びトランス比、分子量などを適宜制御することにより調節することができる。全ジエン系ゴム組成物100重量部中にSBRが60重量部以上含まれるのが好ましい。
【0010】
本発明においては、ジエン系ゴムA及びBのゴム同士の相互作用パラメータ(χeff )及びそのブレンド系のスピノーダル点の相互作用パラメータ(χs )が前記関係式を満足することが必須でこの差(χeff −χs )が0.0002未満ではA,Bは相溶に近く、ブレンドした効果が発現されないので好ましくなく、逆に0.012を超えると分散相のドメインサイズが大きくなりすぎ、引張強度や耐摩耗性が悪化するので好ましくない。
【0011】
ここでχeff はMacromolewles, 24 , 4844 (1991) に示される下記式(1)によって計算される。
χeff =χ1 −χ2 …(1)
【0012】
また、χs は下記の熱力学の一般式(2)により計算される。
2χs =1/N1 φ1 +1/N2 φ2 …(2)
1 :1成分の重合度、N2 :2成分の重合度、φ1 :1成分のモル分率、φ2 :2成分のモル分率
【0013】
χeff <χs :相溶、χeff >χs :非相溶
χ1 =aeχsv+afχSB+bdχsv+bfχVB+cd
χSB+ceχVB
χ2 =abχsv+acχSB+bcχVB+deχsv+df
χSB+efχVB
χsv=56.5×10-3+5.62/T
χSB=8.43×10-3+10.2/T
χVB=2.69×10-3+1.87/T
【0014】
a:一方のジエン系ゴムのスチレン量
b:一方のジエン系ゴムのビニル量
c:一方のジエン系ゴムのブタジエン量
d:他方のジエン系ゴムのスチレン量
e:他方のジエン系ゴムのビニル量
f:他方のジエン系ゴムのブタジエン量
χsv:スチレンユニットと1,2−結合ブタジエンユニットの相互作用パラメータ
χSB:スチレンユニットと1,4−結合ブタジエンユニットの相互作用パラメータ
χVB:1,2−結合ブタジエンユニットと1,4−結合ブタジエンユニットの相互作用パラメータ
χeff :ポリマー間の相互作用パラメータ
χ1 :ポリマー分子間の相互作用パラメータ
χ2 :ポリマー分子内の相互作用パラメータ
χs ポリマーブレンド系のスピノーダル点の相互作用パラメータ
【0015】
本発明において使用する芳香族ビニル化合物重合体は、前記した通りα−メチルスチレン、ビニルトルエン、核置換α−メチルスチレン、核置換ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物を主成分とした重合体(樹脂)であり、そのTgが5〜100℃、好ましくは10〜90℃のものである。この重合体樹脂Tgが5℃未満では、樹脂の軟化温度が低すぎてブロッキングしやすく、取り扱いが困難となるので好ましくなく、逆にTgが100℃を超えると、転がり抵抗が悪化したり、ムーニー粘度が上昇したりすることによって加工性の悪化を招くので好ましくない。
【0016】
本発明によれば、以下の実施例にも示すように、転がり抵抗を維持しつつウェットグリップを高めたゴム組成物を得ることができる。これはα−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物を主成分とする重合体はtanδ曲線のピークを高温側にシフトさせるが、40〜60℃のtanδは上昇させない。そのため、−10〜−40℃付近に高いtanδのピークを有するゴムに配合することが望ましく、非相溶となる高Tgゴムと低Tgゴムのブレンド系への配合が最も効果が高い。
【0017】
本発明に係るゴム組成物には、前記した必須成分に加えて、通常の補強剤、加硫または架橋剤、加硫または架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、充填剤、可塑化剤、軟化剤、その他一般ゴム用に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる配合物は、一般的な方法で混練、加硫して組成物とし、加硫または架橋することができる。これらの添加剤の配合量も、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。
【0018】
【実施例】
以下、実施例及び比較例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことは言うまでもない。
【0019】
実施例1〜7及び比較例1〜6
1.7リットルの密閉型バンバリーミキサーを用いて、表Iに示す配合(重量部)のゴムおよびカーボンブラック等の加硫促進剤及び硫黄を除く配合剤を5分間混合した後、オープンロールにて、加硫促進剤及び硫黄を混合した。
【0020】
【表1】
Figure 0003778663
【0021】
【表2】
Figure 0003778663
【0022】
ポリマー1〜5のスチレン量、ビニル量は、常法の赤外分光分析法(スチレン量:ハンプト法、ビニル量:モレロ法)により測定した。分子量(Mw)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した。
ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(DSC)を用い、昇温速度10℃/min で測定した。
【0023】
ショーブラック(SHOBLACK)N220:昭和キャボット(株)製
サントフレックス(SANTOFLEX)6PPD:FLEXSIS製
酸化亜鉛3種:正同化学工業(株)製
ステアリン酸:日本油脂(株)製
アロマオイル:富士興産(株)製
サントキュア(SANTOCURE)NS:FLEXSIS製
硫黄:(株)軽井沢精練所製
エスクロンG−90:新日鉄化学(株)製 クマロン・インデン樹脂(Tg=25℃)
エンデックス160:理化ハーキュレス製 芳香族ビニル化合物重合体樹脂(Tg=103℃)
FTR7080:三井石油化学工業(株)製 芳香族化合物C5 留分共重合体樹脂(Tg=15℃)
FTR0120:三井石油化学工業(株)製 α−メチルスチレン重合体樹脂(Tg=60℃)
FTR9135:三井石油化学工業(株)製 芳香族ビニル化合物重合体樹脂(Tg=70℃)
【0024】
次に、この組成物を15×15×0.2cmの金型中で160℃で20分間プレス加硫して目的とする試験片(ゴムシート)を調製し、χeff −χs 及びtanδ(0℃および60℃)を測定した。結果は表III に示す。
【0025】
各例において得られた組成物の加硫物性の試験方法は、以下のとおりである。
(1)χeff −χs
表IIの値を式(1)及び(2)に代入して計算
【0026】
(2)tanδ(0℃および60℃)
東洋精機製作所製レオログラフソリッドを用い、初期歪み=10%、動的歪み=2%、周波数=20Hzで粘弾性を測定(試料幅:5mm)。
【0027】
【表3】
Figure 0003778663
【0028】
樹脂未配合の比較例1に対し、本発明の範囲外の樹脂を配合すると比較例2,3のようにtanδ(0℃)が上昇する反面tanδ(60℃)も上昇するので好ましくない(注:tanδ(0℃)はウェット路面の摩擦力と相関し、値が大きい程、摩擦力が高く、tanδ(60℃)はタイヤの転がり抵抗と相関し、値が小さい程転がり抵抗が低い)。これに対し、本発明の範囲内の樹脂を配合すると実施例1〜5に示すようにtanδ(60℃)を上げることなく、tanδ(0℃)だけを上昇させることができる。
【0029】
一方、比較例4及び6のように(χeff −χs )の値が本発明の範囲外では、本発明の目的が達成されない。また、比較例5のようにポリマーのガラス転移温度が本発明の範囲外の場合も同様である。
【0030】
【発明の効果】
以上の通り、χパラメータの値が、0.0002≦(χeff −χs )≦0.012の関係にある高Tgゴムと低Tgゴムのブレンド系は、ウェットグリップ、耐摩耗性及び転がり抵抗のバランスが良く、これに芳香族ビニル化合物重合体を配合することにより、さらにウェットグリップを向上させることができる。

Claims (2)

  1. ガラス転移温度Tgが−45〜0℃であるジエン系ゴムA10〜90重量部、ガラス転移温度Tgが−110〜−45℃であるジエン系ゴムB90〜10重量部から成るジエン系ゴム100重量部に対し、ガラス転移温度Tgが5〜100℃である芳香族ビニル化合物を主成分とした重合体1〜60重量部を配合して成り、ジエン系ゴムA及びBのゴム同士の相互作用パラメータ(χeff )とそのゴムブレンド系のスピノーダル点の相互作用パラメータ(χs )とが下記関係:
    0.0002≦χeff −χs ≦0.012
    を満たし、かつ、ジエン系ゴムA及びBのTgの差が20℃以上であるタイヤトレッド用ゴム組成物。
  2. 前記ジエン系ゴム100重量部のうちの60重量部以上がスチレン−ブタジエン共重合体ゴムである請求項1に記載のゴム組成物。
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