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JP2005248121A - ベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

ベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ Download PDF

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silica
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rubber
parts
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JP2004064007A
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Toshiaki Matsuo
俊朗 松尾
Tomoaki Hirayama
智朗 平山
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
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Sumitomo Rubber Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/86Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

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  • Tires In General (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

【課題】タイヤ低燃費化を達成し、操縦安定性を向上させたベーストレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】スチレンブタジエンゴムラテックスおよびシリカを水中でミクロ分散させることにより製造されたシリカマスターバッチ、ジエン系ゴムおよび補強剤を含有するベーストレッド用ゴム組成物であって、該補強剤、および該シリカマスターバッチ中のシリカを、全ゴム成分100重量部に対して合計70〜100重量部含有するベーストレッド用ゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、低燃費化を達成し、操縦安定性を向上させるベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関する。
近年、省エネルギー化を目的としてタイヤの転がり抵抗を低減させるために、種々の手段が取り上げられてきた。その手段の1つとしては、タイヤ用ゴム組成物に用いられる充填剤として、シリカを用いることがあげられる。
また、タイヤの低燃費化を達成するためにはゴムのエネルギーロスを少なくする必要があり、主にトレッドゴムに着目して開発が行なわれてきた。中でも、ウェットグリップ性能の向上を意識して、2重構造(内面層および表面層)からなるトレッドのうち、表面層を示すキャップトレッドに、シリカと溶液重合スチレンブタジエンゴムとを組み合わせて配合することで、タイヤの低燃費化が行なわれてきた。
一方、2重構造(内面層および表面層)からなるトレッドのうち、タイヤトレッド面に露出することのない内面層を示すベーストレッドは、乳化重合SBRとカーボンブラックとを混合使用することが多く、ベースゴム部分のエネルギーロスを低減させることを目的として、充填剤であるカーボンブラックの量を減らすことが一般的に行なわれてきた。しかし、カーボンブラックを減らすことで、ベースゴムの補強性を下げてタイヤの耐久性を低下させたり、タイヤの横剛性を減じることになり、操縦安定性を悪化させるという問題があった。
そこで、ベーストレッドのカーボンブラックをシリカに置換して用いることも検討されてきたが、乳化重合SBRではシリカの特徴を引き出すことが難しく、エネルギーロスを低減することができなかった。また、乳化重合SBRでは、シリカと直接的な反応が起こらず、エネルギーロスのコントロールをシリカの減量のみでしか達成できなかった。
特許文献1には、乳化重合SBRにおいてもシリカの低燃費性を向上させたシリカマスターバッチを配合したゴム組成物が開示されている。しかし、シリル化剤であらかじめシリカと反応させることにより、シリカとシランカップリング剤の反応効率が低下する点で本発明のゴム組成物とは相違があり、後で添加したシランカップリング剤のシリカとの反応が充分におこらず、耐摩耗性等の性能が劣る、また、後で添加するシランカップリング剤の反応により生じる副生成物のエタノールのゴム中の含有量が高くなるという問題があった。
特開平11−286577号公報
本発明は、タイヤの低燃費化を達成し、操縦安定性を向上させたベース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、スチレンブタジエンゴムラテックスおよびシリカを水中でミクロ分散させることにより製造されたシリカマスターバッチ、ジエン系ゴムおよび補強剤を含有するベーストレッド用ゴム組成物であって、該補強剤、および該シリカマスターバッチ中のシリカを、全ゴム成分100重量部に対して合計70〜100重量部含有するベーストレッド用ゴム組成物に関する。
前記シリカマスターバッチが、シリカ100重量部に対して3〜10重量部のシランカップリング剤を含有する好ましい。
本発明は、前記ゴム組成物を用いたタイヤに関する。
本発明によれば、シリカとSBRラテックスを水中で混合して、SBRポリマー中にシリカをミクロ分散させることに成功したシリカマスターバッチをゴム組成物に配合し、ゴム組成物中の補強剤、およびシリカマスターバッチ中のシリカの配合量を特定することで、タイヤの低燃費化を達成し、操縦安定性を向上させることができる。
本発明のゴム組成物は、シリカマスターバッチ、ジエン系ゴムおよび補強剤からなる。
シリカマスターバッチは、スチレンブタジエンゴムラテックス(SBRラテックス)およびシリカを水中でミクロ分散させることにより製造される。
一般的に、シリカは、珪酸をアルカリ水溶液中に溶かして水ガラスを作製し、これを硫酸で中和することにより沈殿させ、一旦、乾燥させてこれを粉砕し、また、押し固める工程を経てペレット状のものが作製される。
また、乳化重合スチレンブタジエンゴムは、スチレンおよびブタジエンモノマーを含んだ懸濁溶液中に、ラジカル発生剤である開始剤を配合してスチレンとブタジエンとを共重合させ、その後、反応停止および乾燥工程を経て得られた粒状のポリマーを押し固めることでベール状のSBRが作製される。
このようにシリカおよびSBRの両作製方法において、水中で反応を行ない、さらに熱を加えることで乾燥させるという工程を経ていることから、シリカの溶液およびSBRの懸濁溶液を混合して、SBR中に分散しにくいシリカを予めミクロ分散させることで、熱処理工程および乾燥工程を経てシリカマスターバッチが得られる。このようにして得られたシリカマスターバッチは、別々に作製してドライ練り分散させることで得られたシリカマスターバッチと比較して、シリカそのものを微小な単位まで、より分散することができる。
シリカマスターバッチにおけるSBRのスチレン含有量は、15〜40%であることが好ましい。スチレン含有量の下限としては、20%であることがより好ましく、上限としては、35%であることがより好ましい。スチレン含有量が15%未満では、湿潤時のグリップ性能が大きくなってしまう傾向があり、40%をこえると、ポリマー部位での発熱が大きくなり、本来の目的である低燃費性を損なう傾向がある。
シリカマスターバッチにおけるシリカの含有量は、シリカ中のSBR100重量部に対して、40〜120重量部であることが好ましい。含有量の下限としては、45重量部であることがより好ましく、上限としては、110重量部であることがより好ましい。含有量が40重量部未満では、後入れの補強剤を多く配合させなければならず、さらにゴム硬度が低下し、操縦安定性が低下する傾向があり、120重量部をこえると、マスターバッチ中のポリマーに対して補強剤成分が多くなるため、シリカマスターバッチそのもののムーニー粘度が大きくなり、硬度が上昇するため、混練りが困難になる傾向がある。
シリカマスターバッチは、シランカップリング剤を含有していることが好ましい。シリカマスターバッチ作製の乾燥工程の前段階で、シランカップリング剤をあらかじめ配合しておくことで乾燥工程での加熱処理時にシリカとシランカップリング剤が反応し、反応効率を向上させる。また、反応副生成物であるエタノールの除去が、それぞれ別々に作製してドライ練り分散させることで得られる従来のシリカマスターバッチでは困難であったが、本発明に用いられるシリカマスターバッチにおいては、乾燥工程でエタノールを除去することが可能となる。
シランカップリング剤としては、Si69(ビス(3−トリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド)、Si75(ビス(3−トリエトキシプロピル)ジスルフィド)、A−189(γ―メルカプトプロピルトリメトキシシラン)、NXT(3−オクタノイルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン)などがあげられるが、混練り時や押し出し時の熱安定性(スコーチ安定性)という面で、テトラスルフィドやチオール系のSi69やA−189は使用が困難なので、Si75やNXTを用いることが好ましい。
シリカマスターバッチにおけるシランカップリング剤の含有量は、シリカ100重量部に対して3〜10重量部であることが好ましい。含有量が3重量部未満では、混練り後のゴムのムーニー粘度が大きくなりすぎ、押し出し時に焼ける、あるいは形状安定性が悪く、タイヤ部材の形状を得ることが困難な傾向があり、10重量部をこえると、シリカに対して過剰に配合されているため、コストがかかるだけでなく、シリカ表面でシランカップリング剤が自己縮合反応をおこし、シリカ同士が凝着するという問題が生じる傾向がある。
シリカマスターバッチには、前記SBR、シリカおよびシランカップリング剤のほかにムーニー粘度を下げることを目的として、適宜オイル等の軟化剤を含有することができる。
本発明においてシリカマスターバッチとともに用いられるジエン系ゴム成分の具体的な例としては、たとえば、天然ゴム(NR)、各種ブタジエンゴム(BR)、溶液重合または乳化重合により得られるスチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)などがあげられる。これらは、単独で使用してもよく、2種類以上をブレンドして用いてもよい。ブレンドする場合のブレンド比にもとくに限定はない。これらのうちでは、加硫時の加硫戻りが発生しにくく、目的とする低燃費性を得やすいという点から、BR、SBRが好ましい。
シリカマスターバッチ中のSBRは、NRおよび/またはBRまたはIRとの総含有量100重量部に対して50重量部以上であることが好ましい。50重量部未満では、シランカップリング剤処理済シリカの量が相対的に減少することになり、後入れのカーボンブラックが増えた場合は、転がり抵抗が増大し、シリカが増えた場合は同時に配合されるシランカップリング剤から出てくるエタノールによるVOCが増大する傾向がある。
本発明においてシリカマスターバッチとともに用いられる補強剤としては、カーボンブラックおよび/またはシリカがあげられる。
カーボンブラックとしては、チッ素吸着比表面積(N2SA)が60〜130m2/gであることが好ましい。N2SAが60m2/g未満では、ベーストレッドの配合物が露出した場合に耐摩耗性が低下する傾向があり、130m2/gをこえると、転がり抵抗が悪化する傾向がある。このようなN2SAを満たすカーボンブラックとしては、N339、N351、N220、N234などがあげられる。
シリカとしては、ベーストレッド配合が露出したときの耐摩耗性を考慮すると、シリカVN3、ローディア115GR、195GR、165GR、1165MPなどのシリカを用いることができる。
後から添加される補強剤の配合量は、ゴム組成物中の全ゴム成分100重量部に対して30重量部以下であることが好ましく、20重量部以下であることがより好ましい。30重量部をこえると、後からカーボンブラックを充填すると転がり抵抗が低下し、シリカを充填すると、同時に配合されるシランカップリング剤の配合量が増えるため、VOCが増加する傾向がある。
本発明のゴム組成物は、補強剤、および前記シリカマスターバッチ中のシリカを、全ゴム成分100重量部に対して合計70〜100重量部含有する。さらに、合計含有量の下限としては、75重量部であることが好ましく、合計含有量の上限としては、90重量部であることが好ましい。合計含有量が70重量部未満では、ベーストレッド用ゴム組成物としての硬度が低下し、操縦安定性が劣る。また、100重量部をこえると、操縦安定性を確保することはできるが、ベーストレッド部の発熱が大きくなり、本来の目的である低燃費性が損なわれる。
さらに、本発明のゴム組成物は、前記成分のほかにゴム工業で通常使用されている各種薬品、たとえば、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤、各種軟化剤、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、酸化防止剤などの添加剤を配合することができる。
本発明のゴム組成物はタイヤベーストレッドとして用いられる。タイヤベーストレッドとは、2重構造(内面層および表面層)からなるトレッドのうち内面層を示す。本発明のゴム組成物は、耐摩耗性は低下するが、低燃費性を維持しながらコスト低下を図れるという理由から、タイヤ部位の中でも特にタイヤベーストレッドとして用いられる。
タイヤベーストレッドは、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどにより混練りし、シート状にしたものを、所定の形状に張り合わせる方法などにより作製することができる。
本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物をベーストレッドとして用いて製造される。
実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
実施例1〜3および比較例1〜3
以下に実施例および比較例で用いた各種薬品について詳細に説明する。
SBR−A:三菱化学(株)製のパウダーラバーPR2310(スチレン含有量23%のSBR100重量部に対してシリカ100重量部およびシランカップリング剤(Si75)8重量部含有)(SBR:48重量%、シリカ:48重量%、シランカップリング剤:4重量%)
SBR−B:三菱化学(株)製のパウダーラバーPR2350(スチレン含有量23%のSBR100重量部に対してシリカ50重量部およびシランカップリング剤(Si75)4重量部含有)(SBR:64.9重量%、シリカ:32.5重量%、シランカップリング剤:2.6重量%)
SBR:JSR(株)製のSBR1502
BR:宇部興産(株)製のBR−150L
カーボンブラック:昭和キャボット(株)製のN351(N2SA:64m2/g)
シリカ:デグサ社製のVN3
プロセスオイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスPS32
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックワックス
老化防止剤:フレキシス社製のサントフレックス13
ステアリン酸:日本油脂(株)製の桐
亜鉛華:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2号
硫黄:日本乾溜工業(株)のセイミサルファー
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)のノクセラーNS
(株)神戸製鋼所製1.7Lバンバリーを用いて、前記各種薬品を表1に示す配合内容に加えて、ゴム成分100重量部に対してワックス2重量部、老化防止剤2重量部、ステアリン酸2重量部、亜鉛華2重量部を混練りした後、オープンロール上で得られた混練り物に、ゴム成分100重量部に対して硫黄を5.5重量部、および加硫促進剤を1.5重量部を加えて練りこんだ混合物を、150℃において30分間加硫することでゴム組成物を得た。得られたゴム組成物を用いて、以下に示す特性試験をおこなった。
(硬度)
作製したゴム組成物を25℃でJIS−A硬度計で測定した。
(粘弾性測定)
(株)岩本製作所製のVES−F−3を用いて、周波数10Hz、初期歪み10%、動歪み2%で60℃における複素弾性率(E*)と損失正接(tanδ)を測定した。
このE*値が大きいほど剛性が高く、操縦安定性に有利となる。また、tanδ値が小さいほど、転がり抵抗が低減され有利となる。
(押し出し特性)
設計上のスペック内の押出し形状で押し出すことのできる最高速度を決めることで押し出し速度(m/s)を測定した。数値が大きいほど、生産性が良好である。また、目視により表面状態を観察することで生地を評価した。
(操縦安定性)
195/65R15サイズのタイヤを常法で作製し、当該タイヤを装着した普通乗用車にてテストコースにおいて官能試験を実施した。
とくにハンドル応答性について比較例1を6点として相対評価した。点数が高いほど操縦安定性が良好である。
(転がり抵抗)
本発明のゴム組成物をベーストレッドに用いた195/65R15サイズのタイヤを用いて、台上でのタイヤの転がり抵抗を測定した。下記式により比較例1の値を100として、転がり抵抗指数を算出した。転がり抵抗が小さいほど良好である。
転がり抵抗指数=(各タイヤの転がり抵抗値)/(比較例1におけるタイヤの転がり抵抗値)×100
Figure 2005248121

Claims (3)

  1. スチレンブタジエンゴムラテックスおよびシリカを水中でミクロ分散させることにより製造されたシリカマスターバッチ、ジエン系ゴムおよび補強剤を含有するベーストレッド用ゴム組成物であって、
    該補強剤、および該シリカマスターバッチ中のシリカを、全ゴム成分100重量部に対して合計70〜100重量部含有するベーストレッド用ゴム組成物。
  2. 前記シリカマスターバッチが、シリカ100重量部に対して3〜10重量部のシランカップリング剤を含有する請求項1記載のベーストレッド用ゴム組成物。
  3. 請求項1または2記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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