JP4201559B2

JP4201559B2 - 被覆用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

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Publication number: JP4201559B2
Application number: JP2002281396A
Authority: JP
Inventors: 宏太北原
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2003176382A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆用ゴム組成物及びその組成物を用いた空気入りタイヤに関するものであり、特に、スチール製の補強材で補強されるゴム製品、例えば、タイヤ等のスチールコード補強材の被覆用として使用され、加硫後の補強材・ゴム複合部の剪断歪みを抑制すると共に補強材・ゴム間の老化接着力の改善を図って、ゴム製品の耐久性を向上させうる被覆用ゴム組成物、及びその組成物を用いた空気入りタイヤに関するものである。
【０００２】
近年、自動車の足廻りを支える空気入りタイヤに限らず、ベルト、ホース等のゴム製品にスチール製の補強材が必要に応じて使用されている。このようなゴム製品にあっては、その補強材・ゴム複合部の剪断歪みや接着性がしばしば問題にされることがある。
例えば、スチールコードで補強したタイヤのベルト層にコーティングゴムとして適用される被覆用ゴム組成物はタイヤの耐久性に関与する重要なゴムである。このゴム組成物に求められる性能としては、（１）硬さ、（２）低発熱性、（３）スチールコードとの接着性、及び（４）耐劣化性等がある。これらのうち上記（１）硬さを増加させることは、上記ベルト層間の剪断歪みを抑制してタイヤの耐久性を向上させるための有効な手段となっている。
この硬さを増加させるために、（ａ）カーボンブラック等の充填剤の配合量を増加すること、（ｂ）樹脂等を添加すること、（ｃ）硫黄等の架橋剤を添加すること、及び（ｄ）加硫促進剤の配合量を増加すること等の方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、上記（ａ）及び（ｂ）の充填剤等の配合量の増加や樹脂の添加等では、確かに硬さが増加するものの低発熱性の低下や発熱耐久性の悪化を招く。また上記（ｃ）の硫黄の配合量の増加は、未加硫ゴムの状態で放置した場合に硫黄がブルームするなどの作業性の著しい低下を招く。また、製品化したとしてもゴムの耐劣化性が低下するためタイヤの耐久性が著しく低下することがある。更に、上記（ｄ）の加硫促進剤の配合量の増加はある程度まで、作業性、低発熱性、耐劣化性について問題を起こさないが、多すぎるとスチールコードとの接着性が低下するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高温、高湿等の環境ストレスが加えられた後でもスチールコード等の補強材との間の接着性能の低下がなく、また硬さが増強されて高弾性率となる被覆用ゴム組成物、及びその被覆用ゴム組成物を用いることにより、補強材・ゴム複合部での剪断歪みの抑制や接着性能が高められて耐久性、及び耐劣化性が向上する空気入りタイヤを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、マレイミド系樹脂成分、特に、ビスマレイミド系樹脂成分をゴム組成物に配合して加硫すると、その加硫ゴムが硬くなり且つ高弾性率となること、また上記マレイミド系樹脂成分を配合したことで、その接着性、例えば環境ストレスを与えた後の老化接着性の低下が見られるが、これもビスフェノール系化合物をゴム組成物に含有させることで、その加硫後のゴムと補強材との間の接着力の低下が殆ど見られないということ見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明に係る被覆用ゴム組成物及びそれを使用するタイヤは、以下の（１）乃至（７）に記載される構成或いは手段を特徴とするものである。
（１）補強材を被覆する被覆用ゴム組成物において、ジエン系ゴム成分１００質量部と、マレイミド系樹脂成分０．１乃至５質量部と、２個のtert-butyl基を有する下記式で示されるビスフェノール系化合物０．５乃至８質量部とを配合してなり、また、上記ジエンゴム成分１００質量部中に、トランスポリブタジエンが０．１乃至１５質量部の範囲で配合されることを特徴とする被覆用ゴム組成物。
【化１】

（式中、Ｘ^１及びＸ^２は水素、又は炭素数１乃至３のアルキル基であり、ｎは１乃至３の整数であり、またｙ ^１及びｙ ^２は炭素数１乃至１０の整数であり、ｔＢｕはtert-butyl基である。）
【０００７】
（２）上記マレイミド系樹脂成分は、下記式で示されるビスマレイミド系化合物からなることを特徴とする上記（１）記載のゴム組成物。
【化２】

（式中、Ｒは炭素数が６乃至１８の芳香族基、又は炭素数が７乃至２４のアルキル芳香族基を表し、Ｐ及びＳは０乃至３の整数であり、それぞれ独立に表す。）
【０００８】
（３）上記トランスポリブタジエンのトランス結合含有量が８２乃至９８モル％であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のゴム組成物。
【０００９】
（４）上記トランスポリブタジエンの質量平均分子量が３×１０ ^４乃至２０×１０ ^４であることを特徴とする上記（１）乃至（３）に記載のゴム組成物。
【００１０】
（５）上記（１）乃至（４）に記載のゴム組成物と、スチール製部材とからなることを特徴とするゴム−スチール複合体。
（６）上記スチール製部材の表面にコーティング処理が施されていることを特徴とすることを特徴とする上記（５）記載のゴム−スチール複合体。
（７）トレッド部、一対のサイドウォール部、一対のビード部、タイヤ子午線方向への実質平行に配置されたコードにより補強されたカーカス層、及び該カーカス層の半径方向外方に配置されたベルト層を有するタイヤであって、上記カーカス層及びベルトを構成するプライ層の少なくとも一層が、上記（５）又は（６）に記載のゴム−スチール複合体であることを特徴とする空気入りタイヤ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好ましい実施の形態を添付図面を参照して詳述する。尚、本発明は以下の実施形態及び実施例に限るものではない。
図１は、本発明に係る空気入りタイヤの半部分断面概略図である。
【００１２】
本発明に係る被覆用ゴム組成物は、スチールコード等のスチール製のゴム補強材を被覆するゴム組成物である。
本発明に係る被覆用ゴム組成物のゴム成分は特に限定されないが、後述するタイヤ等のスチールコード等に使用する場合、天然ゴム及び合成ゴムから選ばれた少なくとも１種からなるゴム成分であることが好ましい。
上記ゴム成分は、天然ゴムのみ、合成ゴムのみを含んでいてもよいし、両者を含んでいてもよい。上記合成ゴムとしては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、特にジェン系ゴムが好ましく、スチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、ポリイソプレン（ＩＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、及びブチルゴムから少なくとも１種を適宜選択することが好ましい。特に好ましくは、天然ゴム、合成イソプレンゴム等のイソプレン系ゴムであり、天然ゴムであることが最も好ましい。
【００１３】
本発明に係る被覆用ゴム組成物にあっては、ゴム成分１００質量部中にトランスポリブタジエンを０．１乃至１５質量部の範囲で含むこと、更には０.２乃至８質量部の範囲で含むこと、特には０.３乃至３質量部の範囲で含むことが好ましい。上記ゴム成分に上記範囲でトランスポリブタジエンを配合すると、亀裂成長性を抑制することができ、耐破壊特性を高めることができる。
上記トランスポリブタジエンの配合量が少ないと上記抑制効果が十分に発現せず、一方、配合量が多くなると、他のゴム成分との相溶性が低下し、却って耐破壊特性が低下する傾向がある。
【００１４】
本発明に係るに用いられるトランスポリブタジエンは、そのトランス結合含有量が８２乃至９８モル％であることが好ましく、更に好ましくは８６乃至９８％である。このトランス結合含量が高いほど、イソプレンゴムの伸張結晶性の促進効果を高くする傾向が生じる。一方、この含量が低くなると、イソプレンゴムの伸張結晶性を阻害する傾向が生じる。
【００１５】
また、上記トランスポリブタジエンの質量平均分子量は３×１０⁴乃至２０×１０⁴であることが好ましく、更に好ましくは５×１０⁴乃至１５×１０⁴である。分子量がこの範囲にあると、ゴム組成物の未加硫時の加工性と加硫時の物性バランスがよい。一方、分子量が低くなると弾性率が低下する傾向があり、分子量が高くなると作業性が低下する傾向がある。
【００１６】
本発明に係る被覆用ゴム組成物はマレイミド系樹脂成分を含有し、その加硫ゴムの高弾性能を十分に高めることを特徴とするものである。上記マレイミド系樹脂成分は、加硫時にゴム成分等のポリマー間を、硫黄等を介さずに直接架橋しうるものであり、特に、下記化式５で示されるビスマレイミド系化合物を含むモノマー、オリゴマー、プレポリマー等が好ましい。
【００１７】
【化５】

式中、Ｒは炭素数が６乃至１８の芳香族基、又は炭素数が７乃至２４のアルキル芳香族基を表し、Ｐ及びＳは０乃至３の整数であり、それぞれ独立に表す。
【００１８】
特に、上記ビスマレイミド系化合物としては、Ｎ，Ｎ'−１，２−フェニレンジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−１，３−フェニレンジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−１，４−フェニレンジマレイミド、Ｎ，Ｎ'−（４，４−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、２，２−ビス［４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニル）メタン等を挙げることができ、特に好ましくは、Ｎ，Ｎ'−（４，４−ジフェニルメタン）ビスマレイミドである。上記ゴム組成物中にこれらを１種以上含むことができる。
尚、上記ビスマレイミド系化合物の上記式中のＰ及びＳが４以上では、分子量が大きくなり、配合量の割には目的とする動的貯蔵弾性率の増加効果が得られないため好ましくない。
【００１９】
上記被覆用ゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して上記マレイミド系樹脂成分を０．１乃至５質量部の範囲で配合し、好ましくは０．５乃至２質量部の範囲で配合し、その加硫ゴムの高弾性能を十分に高めている。
上述したようにマレイミド系樹脂成分、特にビスマレイミド系化合物はゴム成分等のポリマー鎖を、硫黄を介さずに直接架橋するため、加硫ゴム組成物の低発熱性及び耐劣化性を損なうことなく、硬さを増加させることができる。
上記マレイミド系樹脂成分がゴム成分１００質量部に対して０．１質量部未満では配合効果を十分に発揮せず、また５質量部を超える場合には加硫戻りが大きくなり発熱性が悪くなる。また、後述するビスフェノール系化合物をゴム組成物に配合しても、ゴム組成物の老化接着性を高めることができない。
【００２０】
また、本発明に係る被覆用ゴム組成物においては、２個のtert-butyl基を有するビスフェノール系化合物が含有されることを特徴とし、特に、下記化６式で示されるビスフェノール系化合物であることが好ましい。
【００２１】
【化６】

式中、Ｘ¹及びＸ²は水素、又は炭素数１乃至３のアルキル基であり、ｎは１乃至３の整数であり、またＹ¹及びＹ²は炭素数１乃至１０の整数であり、ｔＢｕはtert-butyl基である。
【００２２】
特に、上記ビスフェノール系化合物としては、式中、Ｘ¹及びＸ²は水素で、ｎは１乃至３の整数である、２，２'−メチレンビス（４−メチル−６−tert−ブチルフェノール）、２，２'−エチレンビス（４−メチル−６−tert−ブチルフェノール）、２，２'−プロピレンビス（４−メチル−６−tert−ブチルフェノール）等が製造及び入手容易なことから好ましい。
【００２３】
上記ビスフェノール系化合物は上記ゴム成分１００質量部に対して、０．５乃至８質量部の範囲で含み、特に１．０乃至３．０質量部の範囲で含むことが好ましい。
上記ビスフェノール系化合物は上記被覆用ゴム組成物の接着性能の点から配合されるものであり、上記範囲内にあれば、接着性能が十分に維持され、特に、加硫後における耐環境ストレス接着性能を有することができる。上記ビスフェノール系化合物の量が０．５質量部未満であると、上記マレイミド系樹脂成分の配合による老化接着性の低下を抑制することができず、その加硫ゴムに耐環境ストレス接着性能が十分に見られない。一方、上記ビスフェノール系化合物が８質量部を超えると、上記マレイミド系樹脂成分を配合しても、ゴム組成物の弾性率を高めることができない。
【００２４】
また、本発明に係る被覆用ゴム組成物にあっては、上記配合物以外に、加硫促進剤等を添加することができる。
加硫促進剤は各種のものが用いられるが、中でもスルフェンアミド系のものが好んで用いられる。スルフェンアミド系の促進剤の中でも、ＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）やＤＺ（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）が好ましい。上記加硫促進剤は、ゴム成分１００質量部に対して０．５乃至２．０質量部の範囲で配合されることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る被覆用ゴム組成物にあっては、上記ゴム成分１００質量部に対してカーボンブラックが４０質量部以上、更には４０乃至８０質量部、特に、４
５乃至６０質量部配合されることが好ましい。カーボンブラックの量が少なくなると、弾性率が低下する傾向がある。また、カーボンブラックの量が多くなると加硫ゴム組成物の低発熱性が低下する傾向にある。
上記カーボンブラックは、通常ゴム業界で用いられるものから適宜選択することができ、例えば、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＲ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ等を挙げることができるが、中でもＧＰＦ、ＨＡＦが物性とコストのバランスの面から好ましい。
【００２６】
本発明に係る被覆用ゴム組成物にあっては、ゴム成分１００質量部に対して硫黄成分を１乃至１０質量部、特に４乃至７質量部の範囲で配合することが好ましい。硫黄成分が１質量部未満では加硫ゴムの接着不足が生じる一方、１０質量部を超えるとＥ_B（破壊伸度）不足が生じる。硫黄成分は硫黄として配合しても含硫黄化合物として配合しても良い。
【００２７】
本発明に係る被覆用ゴム組成物は、上述した配合物の他に、他の配合物、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、タルク等の無機充填剤、老化防止剤、オゾン劣化防止剤、軟化剤、コバルト有機酸塩等の加硫短縮剤などを添加することができる。
【００２８】
以上の如く構成される被覆用ゴム組成物にあっては、硬さが増強されて高弾性率となると共に、その加硫後の補強材との接着力は強力であるだけでなく、環境ストレスを与えた後も、例えば、高温、高湿条件に晒した後もゴムと補強材との間の老化接着性能が十分に維持されるバランスの取れた被覆用ゴム組成物とすることができる。
【００２９】
本発明に係る被覆用ゴム組成物はバンバリーミキサー等の密閉式混練機、オープンロール等の混練機を用いて混練することによって得られ、成形加工後、加硫を行い、上記特性を必要とするタイヤの各種部材並びに各種工業用品に用いることができ、特に、以下に示すタイヤのベルトコーティング用ゴム、例えば、スチールコードコーティング用ゴムとして好適に使用されると、その走行時或いは超重量付加時等にタイヤに発熱等が生じても上述のような耐環境ストレス接着性能を発揮することができる。特に、補強材・ゴム複合体部での剪断歪みが抑制されるので、タイヤは耐久性及耐劣化性が向上する。
【００３０】
本発明に係るゴム−スチール複合体は、上記ゴム組成物と、スチール製部材とからなることを特徴とする。具体的には、本発明に係る上記被覆用ゴム組成物でスチール部材を被覆してなるものである。
上記スチール部材は、そのゴム製品によってその形状を異ならせることができ、特に制限されるものではなく、例えば、後述するタイヤにあってはスチールコード、特に、ブラスコートされ、加硫ゴムとの接着性が高められたスチールコードが好ましい。そのコーティング処理の方法は特に制限されず、通常用いる方法を適宜用いることができ、例えば、メッキ処理法、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などを挙げることができる。
【００３１】
本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部、一対のサイドウォール部、一対のビード部、実質平行に配置されたコードにより補強された補強層を有する。そして、上記カーカス層及び補強層を構成するプライの少なくとも一層を構成するゴム組成物が本発明の被覆用ゴム組成物よりなる。ここでいう補強層とは、ラジアルタイヤにおいてはベルト層、バイアスタイヤにおいてはブレーカー層と呼ばれるものである。
【００３２】
次に、本発明に係る空気入りタイヤの１例について図１に従って簡単に説明する。
即ち、図１に示す実施態様の重用車用タイヤ１にあっては、ビードコア２が埋設された一対のビード部３と、これらビード部３からほぼ半径方向外側に向かって延びる一対のサイドウォール部４と、これらサイドウォール部４の半径方向外端同士を連ねるトレッド部５とを有している。タイヤ１は一方のビード部３から他方のビード部３まで延びるカーカス層８によって補強されている。
また、トレッドの内側にはベルト層１３が配設されている。カーカス層８はタイヤの子午線方向に実質平行に配された有機繊維コードで補強されたプライの一層からなり、ベルト層１３は実質平行に配置されたスチールコードで補強され、本発明の被覆用ゴム組成物で被覆されたプライの２層からなる。
【００３３】
このように構成される本発明に係る空気入りタイヤにあっては、そのスチールコードの被覆用ゴム組成物として上記被覆用ゴム組成物を用いているため、スチールコードに対する接着性能が高くなる。環境ストレス（高温、高湿）によっても接着性能が低下しない。また、硬さが増強されて高弾性率となることにより、補強材・ゴム複合体中での剪断歪みが抑制され、耐ヒートセパレーション性を低下させることもない。このようなことから、タイヤの耐久性をアップさせることができる。尚、本発明の空気入りタイヤの内部には空気のほかに、窒素等の不活性ガスを充填することができる。
【００３４】
【実施例】
次に、実施例、比較例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに制約されるものではない。
【００３５】
参考例１乃至３、実施例１、比較例１乃至６
下記表１に示すゴム成分、Ｎ，Ｎ’−（４，４−ジフェニルメタン）ビスマレイミド（ＢＭＩ）、及び２，２’-メチレンビス（４−メチル−６−tert−ブチルフェノール（ＮＳ−６：ビスフェノール系化合物）を使用して、下記表１に示す各配合量（質量部）を２２００ｃｃのバンバリーミキサーを使用して混練りし、未加硫のゴム組成物を得、以下の方法でのゴム組成物の加硫後の特性を評価した。
【００３６】
【表１】

【００３７】
評価試験方法は、ＰＳＲ１８５／７０Ｒ１４のタイヤ試作にて行い、それぞれのタイヤに上記のベルトコーティングゴムを用い、それ以外は同一の配合／製法にて、試作した。
試作タイヤを用いて以下の評価を行い、その結果を下記表２に示した。
ａ.ドラム耐久性：ステップスピードで、速度をアップする耐久テスト（破壊が生じるまでの時間を指数で表示）。
ｂ.接着力：実地テストで、国産の１８００ｃｃの車両に実際に装着し、５万Ｋｍ走行させた後、タイヤを解剖してゴム／スチールコード間の接着力を測定したものである。
両者の評価方法は、どちらも比較例１の値を１００とした指数で表示し、数値が大きいほど良好となる。
【００３８】
【表２】

【００３９】
表２の結果から、ゴム組成物にマレイミド系樹脂成分を０から５質量部まで配合するとドラム耐久性が増加することが判る。また、所定量のビスフェノール系化合物を上記マレイミド系樹脂成分と併用させると、上記ビスフェノール系化合物は接着力をアップさせることが判る。
一方、所定量の上記ビスフェノール系化合物の配合は、ゴム組成物の接着力をアップさせているが、上記ビスマレイミド系樹脂成分の配合量を徐々に多くすると、接着力が低下し、効果が相殺されることが判る。従って、表２の結果が示すように、弾性率及び接着性を共に高める配合組成が存在し、参考例１乃至３及び実施例１がこのような範囲に該当することが判る。
【００４０】
以上のことから、表２の参考例１乃至３及び実施例１に示すように、特定量のマレイミド系樹脂成分とビスフェノール系化合物を被覆用ゴム組成物に配合すると、高弾性率で、且つ環境ストレス、例えば、タイヤにあって走行中、荷重走行中等に生じる発熱及び高湿等の環境ストレスを与えた後もドラム耐久性及び接着力（又は老化接着性）は低下せず維持される。
【００４１】
これに対して、比較例１乃至４に示されるように、ビスフェノール系化合物の配合がないと、その接着性が悪くなってしまう。一方、比較例５に示すようにマレイミド系樹脂成分の配合がないと加硫後のゴムの弾性率が低く、ドラム耐久性が低下する。またビスフェノール系化合物が過剰に配合されると、比較例６に示すようにマレイミド系樹脂成分が配合されていても、加硫後のゴムの弾性率が低く、ドラム耐久性が低下する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る被覆用ゴム組成物によれば、マレイミド系樹脂成分に加えて、上記ビスフェノール系化合物を特定量配合することにより、スチールコード等のゴム補強材とゴムとの間における剪断歪みを抑制するだけでなく、環境ストレスを与えた後のトラム耐久性及び接着性（老化接着性）も優れたものとなり、これをタイヤ等のゴム製品に使用した場合には、耐久性及び耐劣化性に優れたゴム製品とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る空気入りタイヤの半部分断面概略図である。
【符号の説明】
１タイヤ
２ビードコア
３ビード部
４サイドウォール部
５トレッド部
８カーカス層
１０カーカスプライ
１３ベルト層

Claims

補強材を被覆する被覆用ゴム組成物において、ジエン系ゴム成分１００質量部と、マレイミド系樹脂成分０．１乃至５質量部と、２個のtert-butyl基を有する下記式で示されるビスフェノール系化合物０．５乃至８質量部とを配合してなり、また、上記ジエンゴム成分１００質量部中に、トランスポリブタジエンが０．１乃至１５質量部の範囲で配合されることを特徴とする被覆用ゴム組成物。

（式中、Ｘ^１及びＸ^２は水素、又は炭素数１乃至３のアルキル基であり、ｎは１乃至３の整数であり、またｙ ^１及びｙ ^２は炭素数１乃至１０の整数であり、ｔＢｕはtert-butyl基である。）
上記マレイミド系樹脂成分は、下記式で示されるビスマレイミド系化合物からなることを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。

（式中、Ｒは炭素数が６乃至１８の芳香族基、又は炭素数が７乃至２４のアルキル芳香族基を表し、Ｐ及びＳは０乃至３の整数であり、それぞれ独立に表す。）
上記トランスポリブタジエンのトランス結合含有量が８２乃至９８モル％であることを特徴とする請求項１又は２記載のゴム組成物。
上記トランスポリブタジエンの質量平均分子量が３×１０ ^４乃至２０×１０ ^４であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のゴム組成物。
請求項１乃至４の何れかの項に記載のゴム組成物と、スチール製部材とからなることを特徴とするゴム−スチール複合体。
上記スチール製部材の表面にコーティング処理が施されていることを特徴とする請求項５記載のゴム−スチール複合体。
トレッド部、一対のサイドウォール部、一対のビード部、タイヤ子午線方向への実質平行に配置されたコードにより補強されたカーカス層、及び該カーカス層の半径方向外方に配置されたベルト層を有するタイヤであって、上記カーカス層及びベルトを構成するプライ層の少なくとも一層が、上記請求項５又は６項に記載のゴム−スチール複合体であることを特徴とする空気入りタイヤ。