特許 5920547 タイヤ用ゴム組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5920547

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】タイヤ用ゴム組成物

(51)【国際特許分類】

   C08L 9/00 20060101AFI20160428BHJP

   C08L 25/16 20060101ALI20160428BHJP

   C08K 3/04 20060101ALI20160428BHJP

   B60C 1/00 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   C08L9/00

   C08L25/16

   C08K3/04

   B60C1/00 A

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-551574(P2015-551574)

(86)(22)【出願日】2014年12月5日

(86)【国際出願番号】JP2014082222

(87)【国際公開番号】WO2015083818

(87)【国際公開日】20150611

【審査請求日】2015年8月11日

(31)【優先権主張番号】特願2013-253119(P2013-253119)

(32)【優先日】2013年12月6日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006714

【氏名又は名称】横浜ゴム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100138287

【弁理士】

【氏名又は名称】平井 功

(72)【発明者】

【氏名】串田 直樹

【審査官】 赤澤 高之

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｌ １／００−１０１／１４

Ｃ０８Ｋ ３／００− １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジエン系ゴム１００重量部に、窒素吸着比表面積が１８２〜４００ｍ²／ｇのカーボンブラックを９０〜１８０重量部、芳香族系共重合体を１〜１００重量部配合すると共に、前記芳香族系共重合体が下記一般式（Ｉ）で表されるα−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。

【化1】

（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表す。）

【請求項2】

前記芳香族系共重合体の軟化点が、１００〜１５０℃であ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。

【請求項3】

請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、高速走行時のグリップ性能の持続性および耐摩耗性を確保しながら、ドライグリップ性能を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

空気入りタイヤのグリップ性能は、タイヤ温度の影響が大きく、低温状態では十分なグリップ性能が得られないことが知られている。特に、サーキット走行向けの競技用タイヤでは、トレッドを構成するゴム組成物が、極めて優れたドライグリップ性能を有することが要求されている。このため、タイヤトレッド用ゴム組成物に粒径の小さいカーボンブラックを多量に配合したり、ガラス転移温度が高いスチレンブタジエンゴムを配合したりしている。しかし、上述したゴム組成物は、高温状態になるとモジュラスやゴム強度が低下しやすくなる。このため、高速走行が長時間になると耐摩耗性が低下しトレッド表面の摩耗状態が悪化したり、熱ダレ現象によりドライグリップ性能が徐々に低下し、場合によってはブローアウトを起こしたりすることがあった。

【0003】

特許文献１は、タイヤ用ゴム組成物として軟化点が１４０℃以上の芳香族ビニル化合物の単独重合体樹脂および／または共重合体樹脂を配合することにより、タイヤの初期グリップ性能と走行安定性の両方を改良することを提案している。しかしながら、需要者が競技用タイヤに求める要求性能はより高いものになり、グリップ性能の持続性および耐摩耗性を確保しながら、ドライグリップ性能を従来レベル以上に向上することができるタイヤ用ゴム組成物が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】日本国特開２００８−１６９２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、高速走行時のグリップ性能の持続性および耐摩耗性を確保しながら、ドライグリップ性能を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に、窒素吸着比表面積が１８２〜４００ｍ²／ｇのカーボンブラックを９０〜１８０重量部、芳香族系共重合体を１〜１００重量部配合すると共に、前記芳香族系共重合体が下記一般式（Ｉ）で表されるα−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体であることを特徴とする。

【化1】

（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表す。）

【発明の効果】

【0007】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、特定のα−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体１〜１００重量部と、窒素吸着比表面積が１８２〜４００ｍ²／ｇのカーボンブラックを９０〜１８０重量部を配合したことにより、グリップ性能の持続性および耐摩耗性を従来レベル以上に維持しながら、ドライグリップ性能を向上することができる。

【0008】

前記芳香族系共重合体の軟化点としては、好ましくは１００〜１５０℃であるとよく走行初期から後半までドライグリップ性能が両立可能となる。

【0009】

上述したゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、高速走行時のグリップ性能の持続性および耐摩耗性を従来レベル以上に維持しながら、ドライグリップ性能を向上することができ、特に競技用タイヤに好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は本発明のタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤの実施形態の一例を示すタイヤ子午線方向の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、タイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤの実施形態の一例を示し、この空気入りタイヤは、トレッド部１、サイドウォール部２、およびビード部３からなる。

【0012】

図１において、空気入りタイヤには、左右のビード部３間にタイヤ径方向に延在する補強コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列してゴム層に埋設した２層のカーカス層４が延設され、その両端部がビード部３に埋設したビードコア５の周りにビードフィラー６を挟み込むようにしてタイヤ軸方向内側から外側に折り返されている。カーカス層４の内側にはインナーライナー層７が配置されている。トレッド部１のカーカス層４の外周側には、タイヤ周方向に傾斜して延在する補強コードをタイヤ軸方向に所定の間隔で配列してゴム層に埋設した２層のベルト層８が配設されている。この２層のベルト層８の補強コードは層間でタイヤ周方向に対する傾斜方向を互いに逆向きにして交差している。ベルト層８の外周側には、ベルトカバー層９が配置されている。このベルトカバー層９の外周側に、トレッド部１がトレッドゴム層１２により形成される。トレッドゴム層１２は、本願のタイヤ用ゴム組成物により構成することが好ましい。各サイドウォール部２のカーカス層４の外側にはサイドゴム層１３が配置され、各ビード部３のカーカス層４の折り返し部外側にはリムクッションゴム層１４が設けられている。なお、競技用タイヤは、図１に例示した空気入りタイヤの実施形態に限定されるものではない。

【0013】

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分は、ジエン系ゴムであり、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン−α−オレフィンゴム、クロロプレンゴム等を例示することができる。なかでもスチレンブタジエンゴムが好ましい。

【0014】

スチレンブタジエンゴムとしては、スチレン量が好ましくは２５〜５０重量％、より好ましくは３０〜４５重量％であるとよい。スチレン量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能を発現することができる。本明細書において、スチレン量は赤外分光分析（ハンプトン法）により測定するものとする。

【0015】

スチレンブタジエンゴムのビニル量としては、好ましくは１０〜７５重量％、より好ましくは１５〜７０重量％であるとよい。ビニル量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能を発現することができる。本明細書において、ビニル単量は赤外分光分析（ハンプトン法）により測定するものとする。

【0016】

スチレンブタジエンゴムの重量平均分子量としては、好ましくは５０００００〜２００００００、より好ましくは７５００００〜１８０００００であるとよい。重量平均分子量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。本明細書において、スチレンブタジエンゴムの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により標準ポリスチレン換算により測定するものとする。

【0017】

好適なスチレンブタジエンゴムとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が好ましくは−４５℃〜−５℃、より好ましくは−４０〜−１０℃であるとよい。ガラス転移温度（Ｔｇ）をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。ガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により２０℃／分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。また、スチレンブタジエンゴムが油展品であるときは、油展成分（オイル）を含まない状態におけるスチレンブタジエンゴムのガラス転移温度とする。

【0018】

このようなスチレンブタジエンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中、好ましくは２０〜１００重量％、より好ましくは３５〜１００重量％であるとよい。スチレンブタジエンゴムの含有量をこのような範囲内にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。

【0019】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、下記一般式（Ｉ）で表されるα−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体からなる芳香族系共重合体を配合する。

【化2】

（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表す。）

【0020】

上記一般式（Ｉ）において、Ｒは、メチル、エチル、ｎ−プロピル又はイソプロピルであり、好ましくはメチルである。上記α−メチルスチレン誘導体とインデンの共重合体は、通常用いられる方法により共重合することができる。また市販された芳香族系共重合体のなかから適宜選択して使用することができる。

【0021】

上記一般式（Ｉ）で表されるα−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体からなる芳香族系共重合体を配合することにより、このゴム組成物を使用した空気入りタイヤのドライグリップ性能を大幅に向上させながら、その持続性および耐摩耗性を低下させないようにすることができる。従来の粘着性付与樹脂を配合したゴム組成物では、ドライグリップ性能を改良することができても、高速走行に伴い高温になったタイヤではグリップ性能が早期に低下したり耐摩耗性が悪化したりして、その耐久性に問題があった。これらの課題に対し、粘着性付与樹脂の代わりに上述した芳香族系共重合体を配合することにより、グリップ性能の持続性および耐摩耗性を維持しながらドライグリップ性能を向上させることができる。

【0022】

本発明において、α−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１〜１００重量部、好ましくは１０〜６０重量部である。α−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体の配合量を１重量部以上にすることにより、優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。またα−メチルスチレン誘導体およびインデンの共重合体の配合量を１００重量部以下にすることにより優れたドライグリップ性能と持続性を発現することができる。

【0023】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、上述した芳香族系共重合体と後述するカーボンブラックを共に配合することにより、グリップ性能の持続性および耐摩耗性を従来レベル以上に維持しながら、ドライグリップ性能を向上するものである。芳香族系共重合体の軟化点としては、好ましくは１００〜１５０℃、より好ましくは１２０〜１４５℃であるとよい。芳香族系共重合体の軟化点を１００℃以上にすることにより優れたドライグリップ性能を発現することができる。また芳香族系共重合体の軟化点を１５０℃以下にすることにより走行初期グリップ性能が向上する。芳香族系共重合体の軟化点はＪＩＳ Ｋ６２２０−１（環球法）に準拠し測定したものとする。

【0024】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対し窒素吸着比表面積が１８２〜４００ｍ²／ｇのカーボンブラックを９０〜１８０重量部配合する。

【0025】

本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックとしては、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１８２〜４００ｍ²／ｇ、好ましくは２５０〜３９０ｍ²／ｇ、である。カーボンブラックのＮ₂ＳＡを１８２ｍ²／ｇ以上にすることにより、グリップ性能を確保することができる。またカーボンブラックのＮ₂ＳＡを４００ｍ²／ｇ以下にすることにより、耐摩耗性を維持することができる。カーボンブラックのＮ₂ＳＡはＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めるものとする。

【0026】

カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し９０〜１８０重量部、好ましくは９０〜１６０重量部、より好ましくは９０〜１４０重量部である。カーボンブラックの配合量を９０重量部以上にすることにより、ドライグリップ性能を確保することができる。またカーボンブラックの配合量を１８０重量部以下にすることによりグリップ性能の持続性および耐摩耗性を維持することができる。

【0027】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、本発明の課題を達成するのを損なわない範囲で、カーボンブラック以外の他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばシリカ、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等が例示される。なお、ドライグリップ性能を向上するため、タイヤ用ゴム組成物は好ましくはカーボンブッラク以外の他の充填剤を含有しないのがよい。

【0028】

タイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種配合剤を配合することができる。このような配合剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの配合剤の配合量は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。タイヤ用ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

【0029】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤ、とくにサーキットのドライ走行向けの競技用空気入りタイヤに好適に使用することができる。このゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、高速走行時に高温状態におけるグリップ性能および耐摩耗性を確保しながら、ドライグリップ性能を従来レベル以上に維持、向上することができる。

【0030】

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例】

【0031】

表３に示す配合剤を共通配合とし、表１，２に示す配合からなる１３種類のタイヤ用ゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜８）を、硫黄及び加硫促進剤を除く成分を、１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄及び加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。なお表１，２において、油展オイルを含むＳＢＲについて、括弧内に各ゴム成分の正味の配合量を記載した。また表３に記載した共通配合剤の添加量は、表１，２に記載したジエン系ゴム１００重量部（正味のゴム量１００重量部）に対する重量部で表わした。

【0032】

得られた１３種類のタイヤ用ゴム組成物を所定形状の金型中で、１６０℃、２０分間プレス加硫して試験片を作製し、下記に示す方法で高温状態でのｔａｎδ（１００℃）、３００％モジュラス（１００℃）及び引張り破断強度（１００℃）を評価した。

【0033】

ドライグリップ性能（１００℃のｔａｎδ）
得られた試験片を使用しドライグリップ性能の指標として、損失正接ｔａｎδ（１００℃）を評価した。ｔａｎδは、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚ、温度１００℃の条件下で測定した。得られた結果は比較例１の値を１００とする指数として、表１，２の「ｔａｎδ（１００℃）」の欄に示した。ｔａｎδ（１００℃）の指数が大きいほど、空気入りタイヤにしたときドライグリップ性能が優れることを意味する。

【0034】

３００％モジュラス及び引張り破断強度（１００℃）
得られた試験片から、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片（厚さ２ｍｍ）を打ち抜き、温度１００℃で５００ｍｍ／分の引張り速度で試験を行い、３００％モジュラス（３００％変形応力）及び引張り破断強度を測定した。得られた結果は、比較例１の値をそれぞれ１００とする指数として、表１，２の「高温モジュラス」及び「高温破断強度」の欄に示した。

【0035】

高温モジュラス（１００℃での３００％モジュラス）の指数が大きいほど、高温状態での剛性が大きく、空気入りタイヤにして長時間高速走行をしたときグリップ性能の持続性が優れることを意味する。また高温破断強度（１００℃での引張り破断強度）の指数が大きいほど、高温状態での引張り破断強度が大きく、空気入りタイヤにして長時間高速走行をしたとき高温状態での耐摩耗性が優れることを意味する。

【0036】

【表1】

【0037】

【表2】

【0038】

なお、表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・Ｓ−ＳＢＲ１：溶液重合スチレンブタジエンゴム、スチレン量が３７重量％、ビニル量が４２重量％、Ｍｗが１２６万、Ｔｇが−２７℃、ジエン系ゴム１００重量部に対しオイル分３７．５重量部を含む油展品、旭化成ケミカルズ社製タフデンＥ５８１
・Ｓ−ＳＢＲ２：溶液重合スチレンブタジエンゴム、スチレン量が３６重量％、ビニル量が６５重量％、Ｍｗが１６０万、Ｔｇが−１３℃、ジエン系ゴム１００重量部に対しオイル分３７．５重量部を含む油展品、旭化成ケミカルズ社製タフデンＥ６８０
・Ｓ−ＳＢＲ３：溶液重合スチレンブタジエンゴム、スチレン量が４８重量％、ビニル量が５２重量％、Ｍｗが１５０万、Ｔｇが−７℃、ジエン系ゴム１００重量部に対しオイル分３７．５重量部を含む油展品、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＮＳ４６２
・ＣＢ１：カーボンブラック、コロンビアンカーボン社製ＣＤ２０１９、Ｎ₂ＳＡ＝３４０ｍ²／ｇ
・ＣＢ２：カーボンブラック、東海カーボン社製シーストＫＨＡ、Ｎ₂ＳＡ＝７７ｍ²／ｇ
・ＣＢ３：カーボンブラック、三菱化学社製ダイアブラック ＵＸ１０、Ｎ₂ＳＡ＝１８２ｍ²／ｇ
・共重合体１：芳香族変性テルペン樹脂、ヤスハラケミカル社製ＹＳレジンＴＯ１２５、軟化点＝１２５℃
・共重合体２：テルペンフェノール共重合体、ヤスハラケミカル社製ＹＳポリスターＴ１４５、軟化点＝１４５℃
・共重合体３：４−メチル−αメチル−スチレン／インデン共重合体、三井化学社製ＦＭＲ０１５０、軟化点＝１４５℃
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト ４号Ｓ

【0039】

【表3】

【0040】

表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ

【0041】

表１，２から明らかなように実施例１〜５のタイヤ用ゴム組成物は、高温状態における３００％モジュラス、引張り破断強度及びｔａｎδ（１００℃）が高いことが確認され、空気入りタイヤにしたとき優れたドライグリップ性能を有し、そのグリップ性能を長く持続させ、かつ耐摩耗性に優れる。

【0042】

比較例２のゴム組成物は、本発明の芳香族系共重合体の代わりに芳香族変性テルペン樹脂（共重合体１）を配合したので、１００℃の３００％モジュラス、引張り破断強度が低下し、タイヤにしたとき高速走行により高温になるとグリップ性能の持続性および耐摩耗性が悪化する。

【0043】

比較例３のゴム組成物は、本発明の芳香族系共重合体の代わりにテルペンフェノール共重合体（共重合体２）を配合したので、１００℃の３００％モジュラス、引張り破断強度が低下することにより、高速走行により高温になった空気入りタイヤのグリップ性能の持続性および耐摩耗性が悪化する。

【0044】

比較例４のゴム組成物は、カーボンブラック（ＣＢ２）のＮ₂ＳＡが１８２ｍ²／ｇ未満であるので、１００℃のｔａｎδが低下し、タイヤにしたときドライグリップ性能が悪化する。

【0045】

比較例５のゴム組成物は、カーボンブラックの配合量が９０重量部未満であるので、１００℃のｔａｎδが低下し、タイヤにしたときドライグリップ性能が悪化する。

【0046】

比較例６のゴム組成物は、カーボンブラックの配合量が１８０重量部を超えるので、１００℃の３００％モジュラス、引張り破断強度が低下することにより、高速走行により高温になった空気入りタイヤのグリップ性能の持続性および耐摩耗性が悪化する。

【符号の説明】

【0047】

１ トレッド部
１２ トレッドゴム層

【図1】