JP5073254B2

JP5073254B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP5073254B2
Application number: JP2006246814A
Authority: JP
Inventors: 秀希尾辻; 秀一坂本
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP2007112983A

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

レースに使用される競技用タイヤなどの高性能タイヤに要求される性能としては、主として高いレベルの耐摩耗性、グリップ性能などが挙げられる。タイヤの耐摩耗性を改良する方法としては、一般的に充填剤としてカーボンブラックを配合することが行われている。また、タイヤのグリップ性能を改良する方法としては、一般的にガラス転移温度の高いゴムをタイヤ用ゴム組成物に配合する方法、または表面積の大きいカーボンブラックなどの充填剤をタイヤ用ゴム組成物に配合する方法が行われている。

特許文献１には、チッ素吸着比表面積および圧縮ジブチルフタレート吸油量が小さく、９５０℃における揮発分が２重量％以下で、さらに、凝集体分布の小さいカーボンブラックを配合したタイヤトレッド用ゴム組成物が開示されているが、充分なグリップ性能および耐摩耗性が得られなかった。

このように、耐摩耗性およびグリップ性能をともに高いレベルまで向上したタイヤトレッド用ゴム組成物はいまだに得られていないのが現状である。

特開２００１−８１２３９号公報

本発明は、高レベルまで耐摩耗性およびグリップ性能を向上させた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。

本発明は、スチレン量が２０〜５０％のスチレン−ブタジエンゴムを含有するゴム成分、およびチッ素吸着比表面積が１８０ｍ²／ｇ以上、ヨウ素吸着量が１５０ｍｇ／ｇ以上、臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積が１２０〜２５０ｍ²／ｇ、ジブチルフタレート吸油量が１２０ｍｌ／１００ｇ以上、圧縮ジブチルフタレート吸油量が１０８ｍｌ／１００ｇ以上、ヨウ素吸着量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積の比が０．４〜０．８、ならびに遠心沈降法による凝集体ストークス相当径（Ｄｓｔ）に対する該凝集体分布の半値幅（ΔＤｓｔ）の比（ΔＤｓｔ／Ｄｓｔ）が０．８５〜１．５であるカーボンブラックを配合するタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

前記タイヤトレッド用ゴム組成物は、さらに、ゴム成分１００重量部に対して、軟化剤を２０〜１６０重量部配合し、カーボンブラックの配合量が３０〜１９０重量部であり、軟化剤の配合量に対するカーボンブラックの配合量の比が１〜１．２であることが好ましい。

前記スチレン−ブタジエンゴムはカップリングされておらず、重量平均分子量が９０万以上であることが好ましい。

本発明によれば、特定のカーボンブラックおよびスチレン量が２０〜５０％のスチレンブタジエンゴムを組み合わせて配合することにより、高速走行におけるアブレージョン摩耗の発生を抑制し、常に良好な接地状態や摩耗係数を維持でき、さらに、耐摩耗性、グリップ性能、外乱吸収性および操縦安定性を高レベルまで向上させたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することができる。また、スチレンブタジエンゴムとして、カップリングされておらず、重量平均分子量が９０万以上のものを使用すれば、高歪における弾性率を高くして操縦性能を向上させ、低歪における弾性率を低減して外乱吸収性を向上させることができ、結果として、優れた操縦安定性を有するトレッド用ゴム組成物を提供することもできる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を含有するゴム成分および特定のカーボンブラックを含む。

ＳＢＲのスチレン量は２０％以上、好ましくは３０％以上である。スチレン量が２０％未満では、必要とするグリップ性能が得られない。また、ＳＢＲのスチレン量は５０％以下、好ましくは４５％以下である。スチレン量が５０％をこえると、低温における硬度が大きいため、低温時における充分なグリップ性能が得られない。

本発明では、ＳＢＲは、カップリングされていないことが好ましい。カップリングされたＳＢＲを使用すると、高歪での弾性率が低下し、操縦安定性が損なわれる傾向がある。

ＳＢＲの重量平均分子量（Ｍｗ）は９０万以上が好ましく、１００万以上がより好ましい。ＳＢＲのＭｗが９０万未満では、高歪での弾性率が低下し、操縦安定性が損なわれる傾向がある。また、ＳＢＲのＭｗは２２０万以下が好ましく、２００万以下がより好ましい。ＳＢＲのＭｗが２２０万をこえると、混合工程において、ＳＢＲの分散不良を引き起こし、期待される性能を発揮することができない傾向がある。

なお、本発明では、カップリングされておらず、スチレン量が２０〜５０％であり、Ｍｗが９０万以上のＳＢＲを使用すれば、高歪における弾性率を低減することなく、低歪における弾性率を効果的に低減することができ、外乱吸収性を向上させることができる。また、本発明では、カップリングされておらず、スチレン量が２０〜５０％であり、Ｍｗが９０万以上のＳＢＲと、それ以外のＳＢＲを組み合わせて配合することもできる。

カップリングされておらず、スチレン量が２０〜５０％であり、Ｍｗが９０万以上のＳＢＲを使用する場合、ゴム成分中における該ＳＢＲの含有率は２０重量％以上が好ましく、２５重量％以上がより好ましい。該ＳＢＲの含有率が２０重量％未満では、粘弾性におけるｔａｎδが不充分となり、充分なグリップ性能を発揮することができない傾向がある。また、該ＳＢＲの含有率は５０重量％以下が好ましく、４５重量％以下がより好ましい。該ＳＢＲの含有率が５０重量％をこえると、混合工程において、ＳＢＲの分散不良を引き起こし、期待される性能を発揮することができない傾向がある。

ゴム成分中におけるＳＢＲの合計含有率は６０重量％以上であることが好ましく、８０重量％以上であることがより好ましい。合計含有率が６０重量％未満では、必要とする充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、合計含有率は１００重量％であることがもっとも好ましい。

ゴム成分としては、天然ゴム、ブタジエンゴムなどの一般的なジエン系ゴムをスチレン−ブタジエンゴムと併用してもよい。

本発明では、ゴム成分として前記ＳＢＲを使用したうえで、さらに、以下のカーボンブラックを使用することによりはじめて、得られたゴム組成物のグリップ性能および耐摩耗性能を大幅に向上することができる。また、前記条件を満たすカーボンブラックは、低歪における弾性率を増大させることなく、高歪における弾性率のみを効果的に高し、操縦性能を向上させることが可能なので、カップリングされておらず、スチレン量が２０〜５０％であり、Ｍｗが９０万以上のＳＢＲとともに使用すれば、操縦性能および外乱吸収性をともに向上させ、操縦安定性を向上させることができる。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１８０ｍ²／ｇ以上、好ましくは１８５ｍ²／ｇ以上である。Ｎ₂ＳＡが１８０ｍ²／ｇ未満では、充分なグリップ性能が得られない。また、カーボンブラックのＮ₂ＳＡは３００ｍ²／ｇ以下が好ましく、２８０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。Ｎ₂ＳＡが３００ｍ²／ｇをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。

カーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は１５０ｍｇ／ｇ以上、好ましくは１９０ｍｇ／ｇ以上である。ＩＡは１５０ｍｇ／ｇ未満では、充分なグリップ性能が得られない。また、カーボンブラックのＩＡは３５０ｍｇ／ｇ以下が好ましく、３３０ｍｇ／ｇ以下がより好ましい。ＩＡが３５０ｍｇ／ｇをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。

カーボンブラックの臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積（ＣＴＡＢ）は１２０ｍ²／ｇ以上、好ましくは１４０ｍ²／ｇ以上、より好ましくは１５５ｍ²／ｇ以上である。ＣＴＡＢが１２０ｍ²／ｇ未満では、必要とする充分なグリップ性能が得られない。また、ＣＴＡＢは２５０ｍ²／ｇ以下、好ましくは２３０ｍ²／ｇ以下である。ＣＴＡＢが２５０ｍ²／ｇをこえると、硬度が大きいため充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練りにおける加工性や充填剤の分散性が低下する。

ヨウ素吸着量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積の比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）は０．４以上、好ましくは０．６以上である。ＣＴＡＢ／ＩＡが０．４未満では、耐摩耗性能が悪化する。また、ＣＴＡＢ／ＩＡは０．８以下、好ましくは０．７以下である。ＣＴＡＢ／ＩＡが０．８をこえると、充分なグリップ性能が得られない。

カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は１２０ｍｌ／１００ｇ以上、好ましくは１２５ｍｌ／１００ｇ以上である。ＤＢＰが１２０ｍｌ／１００ｇ未満では必要とする耐摩耗性が得られない。また、カーボンブラックのＤＢＰは１５０ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、１４０ｍｌ／１００ｇ以下がより好ましい。ＤＢＰが１５０ｍｌ／１００ｇをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能を得られない傾向がある。

カーボンブラックの圧縮ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）は１０８ｍｌ／１００ｇ以上、好ましくは１１０ｍｌ／１００ｇ以上である。２４Ｍ４ＤＢＰが１０８ｍｌ／１００ｇ未満では、必要とする耐摩耗性が得られない。また、カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰは１３０ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、１２５ｍｌ／１００ｇ以下がより好ましい。２４Ｍ４ＤＢＰが１３０ｍｌ／１００ｇをこえると、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。

本発明で使用するカーボンブラックは、特定の遠心沈降法による凝集体ストークス相当径（Ｄｓｔ）および凝集体分布の半値幅（ΔＤｓｔ）を有することが好ましい。ここで、本発明におけるＤｓｔおよびΔＤｓｔの測定法の一例を以下に示す。

カーボンブラックを少量の界面活性剤を含む２０容量％のエタノール水溶液と混合して、超音波により充分に分散させることで分散液を作成する。次に、スピン液として蒸留水１３ｍｌを加えた回転ディスクの回転数を８０００ｒｐｍとし、前記分散液を０．５ｍｌを加え、それと同時に記録計を作動させて、回転ディスクの外周近傍の一定点を通過するカーボンブラックの一次凝集体（アグリゲート）の量を光学的に測定し、吸光度を時間に対する連続曲線として記録し、沈降時間からストークスの相当径を換算して分布曲線を作成する。分布曲線において、Ｄｓｔは、その分布曲線における最大吸光度（最大頻度）を与えるストークス相当径をいい、また、ΔＤｓｔは、最大頻度の５０％の頻度が得られる２つのストークス相当径の絶対値をいう。なお、ここで記載した回転数などの条件は一具体例にすぎないことは言うまでもない。

Ｄｓｔに対するΔＤｓｔの比（ΔＤｓｔ／Ｄｓｔ）は０．８５以上、好ましくは０．９５以上である。ΔＤｓｔ／Ｄｓｔが０．８５未満では、ゴムの硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する。また、ΔＤｓｔ／Ｄｓｔは１．５以下、好ましくは１．３５以下である。ΔＤｓｔ／Ｄｓｔが１．５をこえると、耐アブレージョン摩耗性能を含む耐摩耗性能が充分に得られない。Ｄｓｔに対するΔＤｓｔの比が小さいほど、カーボンブラックのアグリゲートの分布が小さいことをいう。なお、アブレージョン摩耗とは、硬く、鋭い突起（アスファルト舗装における骨材など）が、ゴム表面を引っかくときに生じる摩耗のことであり、滑り方向に対して直角に、波状の摩耗痕が発生する。

本発明において使用するカーボンブラックは、表面活性が低く、ストラクチャーが改善され、さらに、カーボンブラックの凝集体分布が最適化されており、該カーボンブラックおよびＳＢＲを含有する本発明のゴム組成物は、ヒステリシスロスを増加してグリップ性能が向上するとともに、さらに、耐摩耗性をも著しく改善することができる。そのため、近年における車両の高速化および運動性能の向上にも適応し、優れたグリップ性能および耐摩耗性を示す空気入りタイヤを本発明のゴム組成物から作製することが可能である。

カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して３０重量部以上が好ましく、５０重量部以上がより好ましい。カーボンブラックの配合量が３０重量部未満では、充分な耐摩耗性が得られず、さらに、持続したグリップ性能の維持ができない傾向がある。また、カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１９０重量部以下が好ましく、１７０重量部以下がより好ましい。カーボンブラックの配合量が１９０重量部をこえると、発熱が著しく、それによるグリップ性能の低下が著しい傾向がある。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分およびカーボンブラックのほかに、軟化剤を配合することが好ましい。軟化剤としては、アロマチックオイルなどが挙げられる。

軟化剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して２０重量部以上が好ましく、４０重量部以上がより好ましい。軟化剤の配合量が２０重量部未満では、硬度が大きいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。また、軟化剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１６０重量部以下が好ましく、１４０重量部以下がより好ましい。軟化剤の配合量が１６０重量部をこえると、硬度が小さいため、充分なグリップ性能が得られず、さらに、混練り時における加工性および充填剤の分散性が低下する傾向がある。

軟化剤の配合量に対するカーボンブラックの配合量の比は１〜１．２であることが好ましい。１未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、１．２をこえると、得られたゴム組成物について適当な硬度が得られず、グリップ性能が低下する傾向がある。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ほかに、通常タイヤ用ゴム組成物に用いられる配合剤、例えば、シリカなどの補強剤、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、グリップ性能および耐摩耗性をとくに大きく向上させることが可能であるため、タイヤ部材のなかでもとくにトレッドとして好適に使用される。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物から得られるタイヤは、レースなどの競技に使用される高性能タイヤとされることが好ましい。該タイヤは、サーキット走行において周回時間（ラップタイム）の安定が実現でき、過度の摩耗を抑制でき、タイヤの寿命をのばすことが可能であり、使用者のタイヤにかかるコストを低減できる。

実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

次に、実施例において使用した薬品をまとめて示す。
試作ＳＢＲ（１）：試作溶液重合ＳＢＲ（スチレン量：４０％、カップリング：ＳｉＣｌ₄、Ｍｗ：９５万）
試作ＳＢＲ（２）：試作品（スチレン量：３０％、カップリング：なし、Ｍｗ：１２０万）
アロマチックオイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＸ−２６０
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸「桐」
亜鉛華：三菱金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
カーボンブラックＮ１１０：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ１１０
試作カーボンブラックＡ〜Ｄ（ＣＢＡ〜Ｄ）：試作品
亜鉛華：三菱金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学工業（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−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド）
ＣＢＡ〜Ｄの物性値をそれぞれ表１に示す。

（試作ＳＢＲの作製）
充分にチッ素置換した拌翼つきの２Ｌオートクレーブに、シクロヘキサン１０００ｇ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２０ｇ、１，３−ブタジエンおよびスチレンを導入し、オートクレーブ内の温度を２５℃に調整した。つぎに、ｎ−ブチルリチウムを加えて昇温条件下で６０分間重合し、モノマーの転化率が９９％であることを確認した。その後、老化防止剤として２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを１．５ｇ加えた。なお、分子量を調製する際には、モノマー比と触媒量を調整した。

実施例１〜２および比較例１〜３
（ゴム組成物の作製）
硫黄および加硫促進剤以外の薬品を表２に示す配合量にしたがって添加し、バンバリーミキサーで混練りした。その後、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を表２に示す配合量にしたがって添加して、２軸オープンロールで練り込んで、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を加硫することで、実施例１〜２および比較例１〜３のゴム組成物を作製し、以下の測定試験において使用した。

（Ｔａｎδの測定）
粘弾性スペクトロメーター（（株）岩本製作所製）を用いて、温度５０℃、初期歪率１０±０．５％、周波数１０Ｈｚ、動的歪５％の条件にて、前記ゴム組成物からなる試験片のＴａｎδをそれぞれ測定した。Ｔａｎδの値が大きいほどグリップ性能は良好であることを示す。

（３００％伸長時のモジュラス（Ｍ３００）の測定）
ＪＩＳＫ６２５１に基づき、前記ゴム組成物からなるダンベル３号型試験片にて引張試験を２３℃で実施し、Ｍ３００を測定した。この値が大きいほど耐アブレージョン摩耗性能が良好であることを示す。

実施例１〜２および比較例１〜３の試験結果を表２に示す。

実施例３〜４および比較例４〜５
（ゴム組成物の作製）
薬品の配合量について、表２ではなく、表３に示す配合量にしたがって添加したこと以外は実施例１〜２および比較例１〜３と同様に、実施例３〜４および比較例４〜５のゴム組成物を作製し、以下の測定試験において使用した。

（低歪弾性率の測定）
前記Ｔａｎδの測定において、動的歪を５％にし、各ゴム組成物の弾性率（Ｅ＊（ＭＰａ、５％））を測定した。なお、Ｅ＊（ＭＰａ、５％）が小さいほど、外乱吸収性に優れることを示す。

（高歪弾性率の測定）
前記Ｔａｎδの測定において、動的歪を２０％にし、各ゴム組成物の弾性率（Ｅ＊（ＭＰａ、２０％））を測定した。なお、Ｅ＊（ＭＰａ、２０％）が大きいほど、操縦性能に優れることを示す。

実施例３〜４および比較例４〜５の試験結果を表３に示す。

Claims

スチレン量が２０〜５０％のスチレン−ブタジエンゴムを含有するゴム成分、および
チッ素吸着比表面積が１８０ｍ²／ｇ以上、ヨウ素吸着量が１５０ｍｇ／ｇ以上、臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積が１２０〜２５０ｍ²／ｇ、ジブチルフタレート吸油量が１２０ｍｌ／１００ｇ以上、圧縮ジブチルフタレート吸油量が１０８ｍｌ／１００ｇ以上、ヨウ素吸着量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積の比が０．４〜０．８、ならびに遠心沈降法による凝集体ストークス相当径（Ｄｓｔ）に対する該凝集体分布の半値幅（ΔＤｓｔ）の比（ΔＤｓｔ／Ｄｓｔ）が０．８５〜１．５であるカーボンブラックを配合するタイヤトレッド用ゴム組成物。
さらに、ゴム成分１００重量部に対して、
軟化剤を２０〜１６０重量部配合し、
カーボンブラックの配合量が３０〜１９０重量部であり、
軟化剤の配合量に対するカーボンブラックの配合量の比が１〜１．２である請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
スチレン−ブタジエンゴムが、カップリングされておらず、重量平均分子量が９０万以上であるスチレン−ブタジエンゴムを含むものである請求項１または２記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
カップリングされておらず、重量平均分子量が９０万以上であるスチレン−ブタジエンゴムの、ゴム成分中における含有率が２０重量％〜５０重量％である請求項３記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
ゴム成分中におけるスチレン−ブタジエンゴムの合計含有率が６０重量％以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載にタイヤトレッド用ゴム組成物。