JP2006124487A - タイヤサイドウォール用ゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】耐疲労性、耐カット性および加工性を損なうことなく、タイヤの転がり抵抗を低減して低燃費化を図ることができるタイヤサイドウォール用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ネオジウム系触媒を用いて重合されたブタジエンゴム３０〜６０重量％と、他のジエン系ゴム７０〜４０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ^２／ｇ以下であり、かつＤＢＰ吸油量が１９０ｍｌ／１００ｇ以下であるシリカを１０〜４０重量部と、窒素吸着比表面積が３５〜１２０ｍ^２／ｇで、ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを１０〜３０重量部含有してなり、加硫物の硬度が５０〜６０であり、かつ、ｔａｎδが０．０５〜０．１であるタイヤサイドウォール用ゴム組成物である。

Description

本発明は、空気入りタイヤのサイドウォール部に用いられるタイヤサイドウォール用ゴム組成物、及び空気入りタイヤに関するものである。

従来、タイヤ性能を向上させ、自動車の低燃費化を実現するため、タイヤのヒステリシスロスを低減する一環としてトレッドゴムの開発検討が数多く実施されており、その成果として、タイヤの転がり抵抗は大きく低減されつつある。しかしながら、転がり抵抗を更に小さくするために、トレッド部のゴム配合のみでヒステリシスロスの低減を図ろうとした場合、耐摩耗性などの他の性能が低下することから、この方策には限界がある。

そのため、トレッド部以外の部位で転がり抵抗を低減させることが望ましく、そのような提案がなされている。
例えば、下記特許文献１には、タイヤのサイドウォール用ゴム組成物において、ジエン系ゴム１００重量部に対し、特定の平均粒子径、圧縮ＤＢＰ吸油量およびＣＴＡＢ表面積を有するカーボンブラック５〜５０重量部と、特定のＤＢＰ吸油量およびＢＥＴ窒素吸着比表面積を有する沈降性シリカ１０〜６０重量部と、更にシランカップリング剤の特定量とを配合することにより、転がり抵抗が小さく、耐摩耗性、ＷＥＴ性能に優れ、電気抵抗が小さいタイヤが得られることが記載されている。

また、下記特許文献２には、タイヤのビード部周りにおける各ゴムの損失正接ｔａｎδおよび複素弾性率Ｅ＊を一定の範囲に限定することにより、転がり抵抗を低減することが記載されている。
特開平１０−３６５５９号公報 特開２００２−１７８７２４号公報 特開平３−２１０３４５号公報

本発明者は、転がり抵抗を低減させるためにトレッド部以外の部位に着目したところ、サイドウォール部はトレッド部に比べて転がり抵抗への寄与率こそ低いが、サイドウォールゴムのヒステリシスは他の部位と比較して一般に高く、そのため、サイドウォールゴムのヒステリシスロスを大幅に低減すれば、転がり抵抗を小さくすることができると考えた。そして、サイドウォール部のゴム配合について種々検討を行った結果、ネオジウム系触媒を用いて合成される特定のブタジエンゴムと、特定のシリカおよび特定のカーボンブラックとを組み合わせることにより、サイドウォール部として要求される耐疲労性、耐カット性および加工性を損なうことなく、タイヤの転がり抵抗を低減できることを見い出した。

すなわち、本発明の課題は、耐疲労性、耐カット性および加工性を損なうことなく、タイヤの転がり抵抗を低減して低燃費化を図ることができるタイヤサイドウォール用ゴム組成物、およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
なお、上記特許文献３には、ネオジウム系触媒を用いて重合したブタジエンゴム３０〜９０重量部と、ハロゲン化ブチルゴム５〜３０重量部と、残部が天然ゴム等からなるゴム組成物をタイヤに使用することが開示されている。しかしながら、特許文献３のゴム組成物はトレッド部に使用されるものであり、サイドウォール部に用いる本発明とは使用部位が異なるだけでなく、その目的も氷雪路走行の安全性を向上するとともに一般路でも支障のない走行を可能にするというものであり、転がり抵抗の低減を目的とする本発明とは異なるものであり、よって、本発明を何ら示唆するものではない。

また、上記特許文献１には、ネオジウム系触媒を用いて重合したブタジエンゴムについては開示されておらず、また、本発明と同様に大粒径シリカを用いているものの、本発明とは異なりＤＢＰ吸油量が２００ｍｌ／１００ｇ以上であるストラクチャーの高いシリカを用いており、加工性を改善することも意図していないものである。

上記課題を解決する本発明に係るタイヤサイドウォール用ゴム組成物は、ネオジウム系触媒を用いて重合されたブタジエンゴム３０〜６０重量％と、他のジエン系ゴム７０〜４０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇ以下であり、かつＤＢＰ吸油量が１９０ｍｌ／１００ｇ以下であるシリカを１０〜４０重量部と、窒素吸着比表面積が３５〜１２０ｍ２／ｇで、ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを１０〜３０重量部含有するものである。

かかる本発明のタイヤサイドウォール用ゴム組成物は、その加硫物の硬度が５０〜６０であり、かつ、ｔａｎδが０．０５〜０．１であることが好ましい。
また、本発明に係る空気入りタイヤは、これらのタイヤサイドウォール用ゴム組成物でサイドウォール部を作製してなるものである。

本発明によれば、上記した特定のブタジエンゴムと特定のシリカおよび特定のカーボンブラックとを併用することにより、サイドウォール部として要求される耐疲労性と耐カット性を損なうことなく、またタイヤ製造時の加工性も損なうことなく、タイヤの転がり抵抗を低減させることができ、低燃費化を図ることができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分として使用されるブタジエンゴムは、ネオジウム系触媒を用いて重合されたものである。かかるネオジウム系触媒で合成したブタジエンゴムを用いることにより、コバルト系触媒を始めとする他の触媒で重合したブタジエンゴムを用いた場合に比べて、加硫ゴムのｔａｎδを下げることができ、タイヤの転がり抵抗を低減することができる。ここで、ネオジウム系触媒としては、ネオジウム単体、ネオジウムと他の金属類との化合物、及び有機化合物が挙げられ、例えば、ＮｄＣｌ３、Ｅｔ−ＮｄＣｌ２等が具体例として挙げられる。

該ブタジエンゴムとしては、ムーニー粘度が４４以上である高分子量のブタジエンゴムを用いることが、上記した本発明の効果を高める上で好ましい。より好ましくは、ムーニー粘度が ５０ 〜 ６５ であるブタジエンゴムを用いることである。本発明において、ムーニー粘度とは、ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して測定される１００℃でのムーニー粘度（ＭＬ１＋４）のことである。

ネオジウム系触媒で合成したブタジエンゴムは、一般に、高シス含量で、かつ低ビニル含量のミクロ構造を有する。本発明では、上記ブタジエンゴムのミクロ構造は、特に限定されないが、好ましくは、シス−１，４結合含有量が９５％以上であり、かつビニル基含有量が１．８％以下のものを用いることである。シス−１，４結合含有量については９７％以上であることがより好ましく、また、ビニル基含有量については１．０％以下であることがより好ましい。なお、これらシス含有量及びビニル含有量は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）を用いて測定される値である。

本発明のゴム組成物においてゴム成分は、上記ブタジエンゴム３０〜６０重量％と、その他のジエン系ゴム７０〜４０重量％とのブレンドゴムからなる。上記ブタジエンゴムの配合比率が３０重量％未満では、耐屈曲疲労性に劣る。一方、上記ブタジエンゴムの配合比率が６０重量％を越えると、耐カット性に劣る。他のジエン系ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ネオジウム系触媒以外で重合したブタジエンゴムなどが挙げられ、これらはいずれか一種のみを用いても２種以上併用してもよい。好ましくは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを用いることである。

本発明のゴム組成物に使用されるシリカは、以下のコロイダル特性を持つシリカ（含水珪酸）である。
ＢＥＴ比表面積 ≦ １５０ｍ２／ｇ、かつ、
ＤＢＰ吸油量 ≦ １９０ｍｌ／１００ｇ。
このような大粒径で、かつストラクチャーの小さいシリカを用いることにより、加工性を向上させることができるとともに、タイヤの転がり抵抗を低減させることができる。ＢＥＴ比表面積のより好ましい範囲は、上限が１３０ｍ２／ｇであり、下限が８０ｍ２／ｇである。また、ＤＢＰ吸油量のより好ましい範囲は、上限が１８０ｍｌ／１００ｇであり、下限が１２０ｍｌ／１００ｇである。ここで、本発明において、シリカのＢＥＴ比表面積は、ＢＥＴ法の一点値により測定した。また、シリカのＤＢＰ（フタル酸ジブチル）吸油量は、ＪＩＳ Ｋ５１０１に準拠して測定される値であり、シリカのストラクチャーの指標となる。

上記シリカの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１０〜４０重量部である。該シリカの配合量が１０重量部未満であると、転がり抵抗の低減効果を充分に発揮することができなくなる。シリカのより好ましい配合量は、２０〜４０重量部である。

本発明のゴム組成物には、上記シリカとともに、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が３５〜１２０ｍ２／ｇであり、かつ、ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上のカーボンブラックが配合される。シリカ単独では、サイドウォール部として要求される補強性を保ちながら加工性を確保することが難しいため、かかるカーボンブラックを併用することにより、上記した本発明の効果を充分に発揮させることができる。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７に準じて測定される値であり、この値が３５ｍ２／ｇ未満では、補強性が低く、サイドウォール部として要求される耐疲労性、耐カット性を満足することができない。一方、窒素吸着比表面積が１２０ｍ２／ｇを越えると、転がり抵抗の低減効果が劣る。窒素吸着比表面積のより好ましい範囲は、下限が４０ｍ２／ｇであり、上限が１００ｍ２／ｇである。

カーボンブラックのＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２１７に準じて測定され、カーボンブラックのストラクチャーの指標となるものであり、この値が９０ｍｌ／１００ｇ未満であると、サイドウォール部として要求される耐疲労性、耐カット性を満足することができない。ＤＢＰ吸油量の上限は特に限定されないが、１５０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１３０ｍｌ／１００ｇ以下である。

上記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１０〜３０重量部である。カーボンブラックの配合量が１０重量部未満であると、補強効果が不足して耐カット性が低下し、一方、３０重量部を越えると、発熱性が悪化する傾向となる。

本発明のゴム組成物には、上記シリカとポリマーとの結合を促進するために、通常シランカップリング剤が配合される。シランカップリング剤としては、特に限定されるものではなく、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（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、シリカ１００重量部に対して０．５〜２０重量部であることが好ましい。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤのサイドウォール用ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

本発明のタイヤサイドウォール用ゴム組成物は、その加硫物が以下の物性を持つものであることが好ましい。すなわち、該加硫物の硬度が５０〜６０であることが好ましい。本発明において硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡに準拠して測定される値であり、この値が上記範囲から外れると、タイヤのサイドウォール部として要求される性能を確保することが難しくなる。

また、該加硫物は、ｔａｎδが０．０５〜０．１であることが好ましい。本発明においてｔａｎδは、粘弾性スペクトロメータを用いて、初期歪み１５％、動的歪み±２．５％、周波数１０Ｈｚ、温度６０℃の条件下で測定される損失正接であり、この値が０．１を越えると転がり抵抗の改善効果が不十分となる。

以上よりなる本発明のタイヤサイドウォール用ゴム組成物は、空気入りラジアルタイヤのサイドウォール部のためのゴム組成物として用いられ、常法に従い加硫成形することにより、サイドウォール部を形成することができる。本発明のゴム組成物は、特に、トラックやバスなどの大型車に用いられる重荷重用タイヤのサイドウォール用に好適であるが、これに限定されるものではなく、乗用車用タイヤにも適用することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合に従い、サイドウォール用ゴム組成物を調製した。表１中の各配合物の詳細は以下の通りである。
・ＮＲ：天然ゴム（ＲＳＳ＃３）
・Ｃｏ−ＢＲ：宇部興産製「ＢＲ１５０Ｂ」（コバルト系触媒により重合されたブタジエンゴム、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）＝４１、シス−１，４結合含有量＝９６％、ビニル基含有量＝２％）。
・Ｎｄ−ＢＲ１：バイエル製「Ｂｕｎａ ＣＢ２５」（ネオジウム系触媒により重合されたブタジエンゴム、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）＝４４、シス−１，４結合含有量＝９７％、ビニル基含有量＝０．２％）。
・Ｎｄ−ＢＲ２：バイエル製「Ｂｕｎａ ＣＢ２２」（ネオジウム系触媒により重合されたブタジエンゴム、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）＝６３、シス−１，４結合含有量＝９７％、ビニル基含有量＝０．２％）。
・Ｎｄ−ＢＲ３：エニケム製「ネオシスＢＲ６０」（ネオジウム系触媒により重合されたブタジエンゴム、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）＝６３、シス−１，４結合含有量＝９８％、ビニル基含有量＝０．５％）。
・シリカ１：日本シリカ工業製「ニップシールＡＱ」（ＢＥＴ比表面積＝２０５ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１５０ｍｌ／１００ｇ）。
・シリカ２：デグサ製「ＵＬＴＲＡＳＩＬ ＶＮ３」（ＢＥＴ比表面積＝１７５ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝２００ｍｌ／１００ｇ）。
・シリカ３：ＢＥＴ比表面積＝１０５ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１７５ｍｌ／１００ｇのシリカ。
・シリカ４：ヒューバー製「Ｚ８７１５」（ＢＥＴ比表面積＝１１０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１８０ｍｌ／１００ｇ）。
・ＩＳＡＦ：東海カーボン製「シースト６」（窒素吸着比表面積＝１１９ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１１４ｍｌ／１００ｇ）。
・ＨＡＦ：東海カーボン製「シースト３」（窒素吸着比表面積＝７９ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１０１ｍｌ／１００ｇ）。
・ＦＥＦ：東海カーボン製「シーストＳＯ」（窒素吸着比表面積＝４２ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１１５ｍｌ／１００ｇ）。
・ＧＰＦ：東海カーボン製「シーストＶ」（窒素吸着比表面積＝２７ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝８７ｍｌ／１００ｇ）。
・シランカップリング剤：デグサ製「Ｓｉ６９」。

各ゴム組成物には、共通配合として、亜鉛華（三井金属鉱業製「亜鉛華３号」）２重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ２０」）２重量部、老化防止剤（住友化学工業製「アンチゲン６Ｃ」）５重量部、ワックス（日本精鑞製「ＯＺＯＡＣＥ−０３５５」）１重量部、加硫促進剤（住友化学工業製「ソクシールＣＺ」）１重量部、加硫促進剤（住友化学工業製「ソクシールＤ−Ｇ」）０．５重量部、硫黄（鶴見化学工業製「粉末硫黄」）２重量部を配合した。

得られた各ゴム組成物について、加工性を評価するとともに、１５０℃×３０分で加硫して所定形状の試験片を作製し、得られた試験片を用いて、硬度、耐カット性、耐屈曲疲労性、損失係数ｔａｎδを測定した。評価・測定方法は、硬度およびｔａｎδについては上記した通りであり、それ以外については以下の通りである。
・加工性：ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠してムーニー粘度を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低いこと、即ち加工性が良好であることを示す。
・耐カット性：ＪＩＳ Ｋ６２５２に準拠して測定し、比較例１をコントロールとして、これと同等であれば「○」、比較例１よりも悪化した場合には「×」と評価した。
・ 耐屈曲疲労性：ＪＩＳ Ｋ６２６０に準拠して測定し、比較例１をコントロールとして、これと同等であれば「○」、比較例１よりも悪化した場合には「×」と評価した。結果を表１に示す。

また、各ゴム組成物をサイドウォール用ゴムとして用いて、トラックバス用１１Ｒ２２．５ １４ＰＲサイズの試作タイヤを作製し、転がり抵抗性を評価した。転がり抵抗性は１軸ドラム試験機を用い、内圧７００ｋＰａ，荷重２５００ｋｇ、速度６０ｋｍ／ｈでドラム上を走行する時の転がり抵抗を測定した。結果は、比較例１のタイヤを１００とした指数で表示した。指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、低燃費性に優れることを意味する。結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例１では、コバルト系触媒により重合されたブタジエンゴムを用い、これと小粒径シリカとを組み合わせたものであるため、ｔａｎδが大きく、転がり抵抗の低減効果が得られないものであった。また、比較例２では、比較例１においてブタジエンゴムをネオジウム系触媒で重合させたものに置換しているものの、小粒径シリカと組み合わせたものであるため、加工性に劣るだけでなく、転がり抵抗の低減効果も不十分であった。また、比較例３では、比較例２のシリカを置換してストラクチャーの高いシリカを用いたため、更に加工性が悪化し、また、転がり抵抗の低減効果にも劣っていた。

これに対し、本発明に係る実施例１〜６であると、耐屈曲疲労性および耐カット性を損なうことなく、転がり抵抗が低減しており、低燃費化が実現されていた。また、加工性についても改良されていた。なお、比較例４では、ブタジエンゴムの配合量が規定値を超えるため、耐カット性に劣っており、比較例５では、ブタジエンゴムの配合量が規定値未満であるため、耐屈曲疲労性に劣っていた。また、比較例６では、大粒径シリカを用いているものの、コバルト系触媒で重合させたブタジエンゴムと組み合わせたものであるため、転がり抵抗の低減効果が不十分であった。更に、比較例７では、カーボンブラックが本発明特定のものでないため、耐カット性が劣っていた。

Claims (3)

1. ネオジウム系触媒を用いて重合されたブタジエンゴム３０〜６０重量％と、他のジエン系ゴム７０〜４０重量％とからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ^２／ｇ以下であり、かつＤＢＰ吸油量が１９０ｍｌ／１００ｇ以下であるシリカを１０〜４０重量部と、窒素吸着比表面積が３５〜１２０ｍ^２／ｇで、ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを１０〜３０重量部含有することを特徴とするタイヤサイドウォール用ゴム組成物。
2. 加硫物の硬度が５０〜６０であり、かつ、ｔａｎδが０．０５〜０．１であることを特徴とする請求項１記載のタイヤサイドウォール用ゴム組成物。
3. 請求項１又は２記載のゴム組成物でサイドウォール部を作製してなる空気入りタイヤ。