JP7620183B2

JP7620183B2 - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ

Info

Publication number: JP7620183B2
Application number: JP2021010784A
Authority: JP
Inventors: 隆志鹿久保
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2025-01-23
Anticipated expiration: 2041-01-27
Also published as: JP2022114510A

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関するものであり、詳しくは、天然ゴムを配合した場合であっても耐摩耗性に優れ、モジュラスが向上し、かつ低発熱性を有するタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関するものである。

近年、重荷重用または建設車両用の空気入りタイヤにおいて、天然ゴムにシリカを配合する事例が増加している（例えば特許文献１参照）。しかし、天然ゴム中にシリカを良好に分散させるのは極めて困難であり、例えばシランカップリング剤を使用しても所望の分散性を得るのは難しい。
一方、タイヤ用ゴム組成物は、高モジュラスであるとともに、低転がり抵抗性を獲得して環境負荷を低減するという観点から、低発熱性であることも要求される。

特開２０１９－５９８２６号公報

したがって本発明の目的は、天然ゴムを配合した場合であっても耐摩耗性に優れ、モジュラスが向上し、かつ低発熱性を有するタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、天然ゴム、シリカおよびシランカップリング剤を特定量で配合するとともに、特定の構造を有するアセチレン系化合物を特定量でもって配合したゴム組成物が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。

すなわち本発明は、天然ゴムを５０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、
下記式（１）で表されるアセチレン系化合物を０．１～２０質量部、
シリカを２０～１２０質量部、および
シランカップリング剤を１～１５質量部
配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物を提供するものである。

（式（１）中、ｍ＋ｎは０～２０である）

本発明のゴム組成物は、天然ゴム、シリカおよびシランカップリング剤を特定量で配合するとともに、前記式（１）で表される特定の構造を有するアセチレン系化合物を特定量でもって配合したので、耐摩耗性に優れ、モジュラスが向上し、かつ低発熱性を有するタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供することができる。
一般的に、天然ゴムとカーボンブラックとは親和性を有することが知られている。一方、本発明における前記式（１）で表されるアセチレン系化合物は、カーボンブラックとシリカとの親和性を高めることができ、結果として天然ゴム中にシリカを良好に分散させることができる。このように、本発明のゴム組成物がとくにカーボンブラックを含有する場合、優れた効果を奏することができる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（ジエン系ゴム）
本発明で使用されるジエン系ゴムは、天然ゴム（ＮＲ）を必須成分とする。ＮＲの配合量は、ジエン系ゴム全体を１００質量部としたときに、５０質量部以上が好ましく、７０質量部以上がさらに好ましい。
また、本発明の効果向上の観点から、ジエン系ゴム１００質量部中、天然ゴムが７０質量部以上を占め、残部がスチレン－ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）および合成イソプレンゴム（ＩＲ）から選択された１種以上であることが好ましい。
また、本発明で使用されるジエン系ゴムは、上記以外にも、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、アクリロニトリル－ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、エチレン－プロピレン－ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）等を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。

（アセチレン系化合物）
本発明で使用されるアセチレン系化合物は、下記式（１）で表される。

式（１）中、ｍ＋ｎは０～２０であり、好ましくは１～２０であり、さらに好ましくは２～１２である。ｍ＋ｎが１以上、すなわちエチレンオキサイド基を含有するアセチレン系化合物は、シリカの分散性をさらに良好にすることができる。
本発明で使用されるアセチレン系化合物は、市販されているものを利用することができ、例えば川研ファインケミカル株式会社製商品名アセチレノール、エボニックインダストリーズ社製商品名サーフィノール等が挙げられる。

（シリカ）
本発明で使用されるシリカとしては、本発明の効果向上の観点から、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１００～２４０ｍ^２／ｇであるのが好ましく、１２０～２２０ｍ^２／ｇであるのがさらに好ましい。
なお、ＣＴＡＢ吸着比表面積は、シリカ表面への臭化ｎ－ヘキサデシルトリメチルアンモニウムの吸着量をＪＩＳＫ６２１７－３：２００１「第３部：比表面積の求め方－ＣＴＡＢ吸着法」にしたがって測定した値である。

（シランカップリング剤）
本発明で使用されるシランカップリング剤としては、とくに制限されないが、含硫黄シランカップリング剤が好ましく、例えばビス（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（３－トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３－トリメトキシシリルプロピル－Ｎ，Ｎ－ジメチルチオカルバモイル－テトラスルフィド、トリメトキシシリルプロピル－メルカプトベンゾチアゾールテトラスルフィド、トリエトキシシリルプロピル－メタクリレート－モノスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピル－Ｎ，Ｎ－ジメチルチオカルバモイル－テトラスルフィド、γ－メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３－オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。シランカップリング剤は、１種または２種以上を併用してもよい。

（カーボンブラック）
本発明のゴム組成物は、カーボンブラックを配合することができる。カーボンブラックは、本発明の効果向上の観点から、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０～１８０ｍ^２／ｇであるのが好ましく、４０～１４０ｍ^２／ｇであるのがさらに好ましい。
なお窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＪＩＳＫ６２１７－２：２００１「第２部：比表面積の求め方－窒素吸着法－単点法」にしたがって測定した値である。

（ゴム組成物の配合割合）
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記式（１）で表されるアセチレン系化合物を０．１～２０質量部、シリカを２０～１２０質量部、およびシランカップリング剤を１～１５質量部配合してなることを特徴とする。
ジエン系ゴム１００質量部に対し、アセチレン系化合物の配合量が０．１質量部未満では、配合量が少なすぎて本発明の効果を奏することができず、逆に２０質量部を超えると耐摩耗性が悪化する。
シリカの前記配合量が２０質量部未満では、ゴム組成物の機械的特性や耐摩耗性が悪化し、逆に１２０質量部を超えると破断物性が悪化する。
シランカップリング剤の前記配合量が１質量部未満では、配合量が少なすぎて本発明の効果を奏することができず、逆に１５質量部を超えると破断物性が悪化する。

アセチレン系化合物の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、０．５～１５質量部が好ましく、１～１０質量部がさらに好ましい。
シリカの配合量の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、４０～８０質量部が好ましい。
シランカップリング剤の配合量の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、１～１０質量部が好ましい。
カーボンブラックを配合する場合、その配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、５～６０質量部が好ましく、１０～５０質量部がさらに好ましい。

（その他成分）
本発明におけるゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤；加硫又は架橋促進剤；酸化亜鉛；老化防止剤；可塑剤などのゴム組成物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、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、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。

また本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物を使用して調製することができ、空気入りタイヤであることが好ましく、空気、窒素等の不活性ガス及びその他の気体を充填することができる。また本発明のタイヤは、トレッド、とくに重荷重用または建設車両用タイヤのキャップトレッドに適用するのがよい。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

実施例１～１５、比較例１～２
表１、２に示す配合（質量部）において、加硫系（加硫促進剤、硫黄）と硬化剤を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物を同バンバリーミキサーに再度入れ、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物を１６０℃、２０分の条件でプレス加硫し、以下に示す試験法で物性を測定した。

発熱性：（株）東洋精機製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪＝１０％、振幅＝±２％、周波数＝２０Ｈｚの条件下でｔａｎδ（６０℃）を測定し、この値をもって発熱性を評価した。結果は、比較例１または２の値を１００として指数で示した。指数が小さいほど、低発熱性であることを示す。
１００％モジュラス（Ｍ１００）：ＪＩＳＫ６２５１に従い、２３℃にて引張試験を実施し、伸び１００％時の引張応力を測定した。結果は、比較例１または２を１００として指数で示した。指数が大きいほど、高モジュラスであることを示す。
耐摩耗性：ＪＩＳＫ６２６４－２に準拠して、岩本製作所社製ランボーン摩耗試験機を使用し、荷重４９Ｎ、スリップ率２５％、時間４分、室温の条件で測定した。結果は、比較例１または２の値を１００として指数で示した。指数が大きいほど耐摩耗性に優れることを意味する。
結果を表１、２に示す。なお、比較例１は、実施例１～７と比較され、比較例２は、実施例８～１５と比較される。

＊１：ＮＲ（ＳＴＲ２０）
＊２：ＳＢＲ（日本ゼオン株式会社製Ｎｉｐｏｌ１５０２）
＊３：シリカ（UNITED SILICA INDUSTRIAL社製ULTRASIL VN-3G、ＣＴＡＢ比表面積＝１４７ｍ^２／ｇ）
＊４：カーボンブラック（東海カーボン株式会社製シーストＫＨ、Ｎ_２ＳＡ＝９２ｍ^２／ｇ）
＊５：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊６：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊７：老化防止剤（フレキシス社製サントフレックス６ＰＰＤ）
＊８：シランカップリング剤（エボニックデグッサジャパン社製Ｓｉ６９）
＊９：硫黄（四国化成工業株式会社製ミュークロンＯＴ－２０）
＊１０：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＣＺ－Ｇ）
＊１１：アセチレン系化合物１（川研ファインケミカル株式会社製商品名アセチレノールＥ６０、式（１）で表されるアセチレン系化合物において、ｍ＝３、ｎ＝３の化合物）
＊１２：アセチレン系化合物２（川研ファインケミカル株式会社製商品名アセチレノールＥ１００、式（１）で表されるアセチレン系化合物において、ｍ＝５、ｎ＝５の化合物）
＊１３：アセチレン系化合物３（川研ファインケミカル株式会社製商品名アセチレノールＥ００、式（１）で表されるアセチレン系化合物において、ｍ＝０、ｎ＝０の化合物）

表１、２の結果から、各実施例のゴム組成物は、天然ゴムを５０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、前記式（１）で表されるアセチレン系化合物を０．１～２０質量部、シリカを２０～１２０質量部、およびシランカップリング剤を１～１５質量部配合してなるものであるので、比較例１または２に比べて、耐摩耗性に優れ、モジュラスが向上し、かつ低発熱性を有する。
なお、比較例１、２は、前記式（１）で表されるアセチレン系化合物を配合していない例である。

Claims

天然ゴムを５０質量部以上含むジエン系ゴム１００質量部に対し、
下記式（１）で表されるアセチレン系化合物を０．１～２０質量部、
シリカを２０～１２０質量部、および
シランカップリング剤を１～１５質量部
配合してなるタイヤ用ゴム組成物であって、
前記タイヤ用ゴム組成物はさらにカーボンブラックを含有することを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。

（式（１）中、ｍ＋ｎは０～２０である）
前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックを５～６０質量部配合してなることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記ジエン系ゴム１００質量部中、天然ゴムが７０質量部以上を占め、残部がスチレン－ブタジエン共重合体ゴム、ブタジエンゴムおよび合成イソプレンゴムから選択された１種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記式（１）で表されるアセチレン系化合物において、ｍ＋ｎが１～２０であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物。
請求項１～４のいずれかに記載のゴム組成物を使用したタイヤ。