JP5214886B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、より詳しくは、ウェット性能及び低燃費性能に優れた空気入りタイヤに関する。

近年、自動車の低燃費化に対する要請が高まり、タイヤの転がり抵抗を低減させ低燃費化に対応する技術開発が行われている。一方、車両の操縦安定性や安全性を改善するために、タイヤの運動特性、制動・駆動性能、耐摩耗性などを向上させることも求められている。

上記タイヤ性能を両立させる技術として、トレッドに用いられるゴム組成物の補強性充填剤として、従来のカーボンブラックに置換して、または併用してシリカを配合する技術が公知となっている（例えば、特許文献１など）。

このシリカ配合技術に加えて、さらにウェット性能と低燃費性能を両立させるために、ゴム組成物にゲル化ゴムを配合した技術が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献２に記載のように、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１５以上のゲルゴムは、ゴムとしての性能を有し、適度なガラス転移温度Ｔｇを持つゲルゴムを選択することによって、比較的容易にタイヤ性能を向上させることは可能であるが、ゲルゴムが互いに絡み合っている場合には、ゲルゴムを均一に分散させることが困難であり、得られるゴムの加工性やゴム物性に影響を与えることがあった。

上記問題点である加工性及びゴム物性を改良するものとして、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１６〜７０のゲル化ゴム５〜５０重量部、リビングアニオン重合で合成したジエン系ゴム５〜９０重量部及びその他のジエン系ゴム０〜４５重量部のゴム分１００重量部、シリカ５〜１００重量部並びにその他の充填剤０〜１００重量部を含んでなるタイヤトレッド用ゴム組成物が提案されている（特許文献３）。
特開平１０−１５６５号公報 特開２００１−１３９７２９号公報 特開２００５−１４６０５３号公報

上記特許文献３の技術によれば、加工性及びタイヤのウェット性能は優れるものとされているが、低燃費性能との両立については開示されておらず、また耐摩耗性などのタイヤの他の特性に与える影響についても何ら触れられていない。

本発明の目的は、耐摩耗性などのタイヤの他の特性を損なうことなく、ウェット性能と低燃費性能をバランス良く向上させることができる空気入りタイヤを提供することにある。

本発明は、トレッド部のタイヤ半径方向外側に配置されているキャップトレッド及びタイヤ半径方向内側に配置されているベーストレッドを有する空気入りタイヤであって、前記キャップトレッドゴムが、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部中に、ポリマー分子末端基がヒドロキシル基により変性された変性スチレンブタジエンゴム及び／又は変性ブタジエンゴムを１５重量部以上含み、前記ゴム成分１００重量部に対して、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有し、かつヒドロキシル基を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子を１〜６０重量部含むゴム組成物からなることを特徴とする空気入りタイヤである。

また、前記ゴム粒子は、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１〜１５であることが好ましい。

さらに、前記ゴム組成物が、前記ゴム成分１００重量部に対して、シリカを２０〜１００重量部含むことが望ましい。

従来の表面にヒドロキシル基を有する架橋されたゴム粒子は、それ自体の官能基同士の親和力により凝集しやすくゴム中での分散性が不十分となり、ゴム粒子の持つ効果を十分発揮できなかった。本発明では、官能基で末端変性された変性ポリマーをゴム成分として用いることで、ゴム粒子と変性ポリマーとの親和性を向上させてゴム粒子のゴム中への分散性を良好にし、ゴム粒子の持つ特長をゴム組成物に発現させ、これを空気入りタイヤのキャップトレッドゴムに用いることで耐摩耗性などの他の特性を損なわずにウェット性能と低燃費性能をバランスよく向上することができる。

本発明にかかるゴム組成物おいて用いられるゴム成分はジエン系ゴムである。ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）などが挙げられ、それらの単独あるいは２種以上のブレンドゴムで使用することができる。

本発明においては、ゴム成分として、ゴム成分１００重量部中に、ポリマー分子末端基が少なくとも１種の官能基により変性された変性スチレンブタジエンゴム（Ｍ−ＳＢＲ）及び／又は変性ブタジエンゴム（Ｍ−ＢＲ）を１５重量部以上含む。

上記変性ポリマーは、トレッドの接地面を構成するキャップトレッドに適用されることから、耐摩耗性、転がり抵抗、グリップ性能などタイヤの経済性、タイヤ特性を維持、向上する観点からＭ−ＳＢＲ、Ｍ−ＢＲが用いられ、タイヤサイズや用途により上記ジエン系ゴムとの組み合わせによりブレンド使用することができる。

変性ポリマーは、ポリマー鎖の分子末端に反応性の高い官能基を導入し、ポリマーを変性させるもので、これらの好ましい官能基としてはアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシル基、アルキルシリル基、ポリシロキサン基、カルボキシル基、ラクタム基などが挙げられる。これらの官能基の２種以上を導入し変性したものでもよい。

変性ポリマーはリチウム開始剤などを使用して重合されたリビングポリマーに官能基を持つ化合物を反応させ末端変性されるもので、末端変性の方法は公知の方法によることができる。

変性ポリマーは、分子末端に導入された官能基がゴム粒子表面のヒドロキシル基との親和性を向上し、ゴム粒子同士の凝集を抑えてゴム中での分散性を良好にし、ゴム粒子の持つウェット性能と低燃費性能の優れた特長をゴム組成物に発現させることができる。ゴム成分中の変性ポリマーの量が１５重量部未満では、特に燃費性能の改良効果が不十分となる。変性ポリマーの含有量は、好ましくは３０重量部以上であり、上限は特に制限されない。

また、変性ポリマーは、シリカ表面のシラノール基と相互作用することで、シリカ粒子の分散を助ける働きもし、シリカ配合の加工性、ゴム物性を向上し、シランカップリング剤を減量することも可能になる。

本発明において用いられるゴム粒子は、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル基（ＯＨ基）を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子である。

かかるゴム粒子を上記変性ポリマーと組み合わせて配合することで、ゴム中でのゴム粒子同士の凝集を抑えて分散性を良好にし、補強効果を向上し耐摩耗性などのゴム物性を損なわずにウェット性能と燃費性能を向上することができる。

該ゴム粒子は、平均粒子径（ＤＩＮ５３２０６によるＤＶＮ値）が５〜２０００ｎｍであり、好ましくは２０〜６００ｎｍ、より好ましくは４０〜２００ｎｍである。平均粒子径が上記範囲にあると、ゴム組成物の加工性や補強効果を維持して、耐摩耗性などを損なわずにウェット性能と低燃費性能を発現することができる。

上記ゴム粒子は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−１００〜−６５℃のものが用いられる。Ｔｇが−１００℃未満ではウェット性能が低下する傾向にあり、−６５℃を超えると燃費性能が悪化する。Ｔｇは、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して測定される。

さらに、ゴム粒子は、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１〜１５であることが好ましい。より好ましくは、Ｑｉが１〜１０である。Ｑｉが１未満では強度や弾性率などゴム物性が確保し難く、１５を超えると粒子が柔らかくなり補強効果が失われ強度や耐摩耗性が低下する。

また、ゴム粒子のゲル含量が９４重量％以上であることが好ましい。ゲル含量が９４重量％未満ではゴム粒子の弾性率が低下する傾向にあり、これを配合するゴム組成物にも影響する。

ここで、Ｑｉは、例えば、ゴム粒子２５０ｍｇをトルエン２５ｍｌ中で２４時間振とうしながら膨潤させた後、遠心分離しゲルを溶剤から分離し秤量し（濡れ重量）、次いで７０℃で恒量になるまで乾燥し乾燥重量を秤量し、次式から求められる値である。
Ｑｉ＝濡れ重量／乾燥重量
また、ゲル含量は、使用されたゴム粒子に対する乾燥ゴム粒子の重量比（％）である。

該ゴム粒子は、未加硫ゴム分散液を架橋することにより得られるゲル化ゴムである。ゴム分散液としては、乳化重合により製造されるゴムラテックス、天然ゴムラテックス、或いは溶液重合されたゴムを水中に乳化させて得られるゴム分散液が挙げられる。構成ゴム成分としては、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲ、ＢＲ、ニトリルゴム、クロロプレンゴムなどのジエン系ゴムが挙げられ、好ましくはＮＲ、ＢＲ、ＳＢＲ、又はこれらと他のジエン系ゴムとのブレンドゴムである。

ゴム粒子の架橋剤としては、硫黄、有機硫黄化合物などの硫黄系架橋剤が挙げられるが、有機パーオキシド、有機アゾ化合物などの架橋剤を併用してもよい。

また、上記ゴム粒子は、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有しかつヒドロキシル（ＯＨ）基を有する化合物で変性されたものである。すなわち、ジエン系ゴムをベースとして硫黄架橋されたゴム粒子を、変性剤としてＯＨ基を有する化合物を用いて変性してなる。かかる変性については、例えば特表２００４−５０６０５８号公報に記載されており、変性剤としては、ヒドロキシブチルアクリレート又はメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート又はメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート又はメタクリレートなどが挙げられる。ＯＨ基変性により、上記のように変性ポリマーやシリカ表面の官能基との親和性を向上し、ウェット性能や低燃費性能をより向上させることができる。

上記ゴム粒子はゴム成分１００重量部に対して、１〜６０重量部で配合される。配合量が１重量部未満では、ゴム粒子による効果がゴム組成物に発現されず、６０重量部を超えると耐摩耗性が低下する傾向にある。かかるゴム粒子は、ラインケミー社製の商品名「マイクロモフ」シリーズが市販品としてあり、使用することができる。

また、前記ゴム組成物の補強性充填剤として、ゴム成分１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合することが好ましい。これにより、ウェット性能と低燃費性能との両立がよりバランスされるようになる。シリカの配合量が２０重量部未満では、ウェット性能が向上代が少なく、１００重量部を超えると、未加硫ゴムの粘度が高くなり、ゴムの成形性、加工性が低下する。

このシリカとしては、種類は特に制限されないが、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００〜２５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１００ｍｌ／１００ｇ以上の湿式シリカが補強効果と加工性の点から好ましく、東ソーシリカ工業（株）製のニプシールＡＱ、ＶＮ３、デグサ社製のウルトラジルＶＮ３などの市販品が使用できる。また、ビス（トリエトキシシリルプロピル）−テトラスルフィド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、トリエトキシシリルプロピルイソシアネートなどのシランカップリング剤の併用が好ましく、その配合量は、シリカ量の５〜１５重量％、好ましくは５〜１０重量％で使用される。シランカップリング剤の配合量が５重量％未満では、シリカ分散の悪化、強度、弾性率などゴム物性が低下する傾向があり、１０重量％を超えると、カップリング剤を添加した割にその効果が少なく、コスト高になる傾向がある。

もちろん、シリカ以外の補強性充填剤として、タイヤに一般的に使用されているカーボンブラック、クレー、炭酸カルシウムなどの無機充填剤を配合してもよい。

カーボンブラックを用いる場合、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦクラスのカーボンブラックを配合することが好ましい。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、５〜５０重量部であることが好ましい。

また、ゴム組成物には、そのほかに、一般にタイヤトレッドゴムで使用される添加剤、例えば、プロセスオイル、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、ワックス、樹脂類、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。

本発明の空気入りタイヤは、通常の方法により製造される。すなわち、前記ゴム組成物は、それぞれ通常の加工方法、例えば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練される。得られたゴム組成物は別途準備されたベースゴム用ゴム組成物と共に、キャップ／ベースの２層構造トレッドの形状に押し出し加工し、タイヤ成形機上で通常の方法により未加硫タイヤを成形し、加硫機中で加硫成形してタイヤを製造することができる。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用、ライトトラック用、トラック・バス用の大型車両用タイヤなど各種用途のタイヤに適用することができる。

以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。

表１に記載の配合処方（重量部）に従い、実施例及び比較例のキャップゴム用ゴム組成物を容量２００リットルのバンバリーミキサーを使用し常法により混練し調製した。使用したゴム成分、配合剤は下記である。なお、共通の配合成分、配合量は下記の通りである。

［ゴム成分］
・末端ＯＨ基変性スチレンブタジエンゴム（変性ＳＢＲ）：旭化成（株）、「タフデンＥ１０」
・スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：旭化成（株）、「タフデン１０００」
・ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）、「ＢＲ１５０」
・ゴム粒子−Ａ：ラインケミー社、「マイクロモフ３０Ｂ」、ＢＲをベースとするゲルゴム粒子、平均粒子径＝１３０ｎｍ、Ｔｇ＝−８０℃、Ｑｉ＝５．９、ゲル含量＝９７重量％
・ゴム粒子−Ｂ：ラインケミー社、「マイクロモフ３Ｂ」、ＳＢＲをベースとするゲルゴム粒子、平均粒子径＝６０ｎｍ、Ｔｇ＝−６０℃，Ｑｉ＝５．９、ゲル含量＝９７重量％
・ゴム粒子−Ｃ：三洋貿易（株）より供給、「ＶＰ６０１」、シリコンゴムをベースとするゲルゴム粒子、平均粒子径＝１００ｎｍ、Ｔｇ＝−１１５〜−１２０℃

［共通成分］
・シリカ：変量（デグサ社、ウルトラジルＶＮ３）
・シランカップリング剤：変量（デグサ社、Ｓｉ６９）
・アロマオイル：３０重量部（ジャパンエナジー（株）、Ｘ−１４０）
・老化防止剤６Ｃ：２重量部（大内新興化学工業（株）、ノクラック６Ｃ）
・ステアリン酸：２重量部（花王（株）、ルナックＳ−２０）
・酸化亜鉛：３重量部（三井金属鉱業（株）、亜鉛華１号）
・パラフィンワックス：２重量部（日本精蝋（株）、オゾエース０３５５）
・硫黄：２重量部（細井化学工業（株）、５％オイル処理粉末硫黄）
・加硫促進剤ＮＳ：１．５重量部（大内新興化学工業（株）ノクセラーＮＳ−Ｐ）

各ゴム組成物の動的粘弾特性（損失係数ｔａｎδ）、耐摩耗性、ウェット性能を下記試験方法に従い評価した。結果を表１に示す。

［ｔａｎδ］
動的粘弾性測定装置（上島製作所（株）製）を使用し、ＪＩＳ Ｋ６３９４に準じて、周波数５０Ｈｚ、動歪み１．０％、温度５０℃の条件で損失係数ｔａｎδを測定した。比較例１を１００とする指数で示し、値が小さいほどｔａｎδが低く燃費性が良好である。

［耐摩耗性］
ランボーン摩耗試験機（岩本製作所（株）製）を使用し、ＪＩＳ Ｋ６２６４に準じて、荷重３ｋｇ、スリップ率２０％、温度２３℃の条件で摩耗減量を測定した。比較例１を１００とする指数で示し、値が大きいほど耐摩耗性が良好である。

［ウェット性能］
リュプケ式反発弾性試験機を使用し、ＪＩＳ Ｋ６３０１に準じて、反発弾性（％）を測定した。比較例１を１００とする指数で示し、値が大きいほど反発弾性が高く、ウェット性能が良好である。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用を始めとし、ライトトラック用、トラック・バス用の大型車両用タイヤなどタイヤサイズに関わらず各種用途の車両に装着し使用することができる。

Claims (3)

1. トレッド部のタイヤ半径方向外側に配置されているキャップトレッド及びタイヤ半径方向内側に配置されているベーストレッドを有する空気入りタイヤであって、
   前記キャップトレッドゴムが、
   ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部中に、ポリマー分子末端基がヒドロキシル基により変性された変性スチレンブタジエンゴム及び／又は変性ブタジエンゴムを１５重量部以上含み、
   前記ゴム成分１００重量部に対して、硫黄及びＣ＝Ｃ二重結合を有し、かつヒドロキシル基を有する化合物で変性された、平均粒径が５〜２０００ｎｍ、ガラス転移温度が−１００〜−６５℃である架橋されたゴム粒子を１〜６０重量部含むゴム組成物からなる
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記ゴム粒子は、トルエン膨潤指数（Ｑｉ）が１〜１５である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記ゴム組成物が、前記ゴム成分１００重量部に対して、シリカを２０〜１００重量部含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。