(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ベース練り工程では、前記ゴム成分、前記シリカ及び前記シランカップリング剤を混練した後、前記塩基性物質を投入して混練する請求項1記載のタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の製造方法は、シス含量が96質量%以上、ムーニー粘度ML
1+4(100℃)が50以上であるブタジエンゴム(BR)を含むゴム成分、シリカ、シランカップリング剤及び塩基性物質を混練するベース練り工程と、前記ベース練り工程で得られた混練物に、加硫系材料を投入して混練する仕上げ練り工程とを含む。
【0012】
本発明では、ベース練り工程において、ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤とともに、塩基性物質を投入して混練することで、シリカとシランカップリング剤の反応を促進することができる。これにより、上記BRのように、シス含量が大きく、ムーニー粘度が高いBRを使用した場合であっても、シリカを良好に分散させ、一般に両立が困難な低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く改善されたタイヤ用ゴム組成物を提供することが可能となる。
【0013】
まず、本発明で使用する各成分について説明する。
【0014】
(ゴム成分)
本発明では、ゴム成分として、シス含量が96質量%以上、ムーニー粘度ML
1+4(100℃)が50以上であるBRを使用する。
【0015】
良好なウェットグリップ性能が得られるという理由から、上記BRのシス含量は、好ましくは97質量%以上、より好ましくは98質量%以上である。シス含量の上限は特に限定されない。
なお、シス含量は、赤外吸収スペクトル分析により算出される。
【0016】
良好なウェットグリップ性能が得られるという理由から、上記BRのムーニー粘度ML
1+4(100℃)は、好ましくは60以上、より好ましくは65以上、更に好ましくは70以上である。また、良好な加工性が得られるという理由から、好ましくは150以下、より好ましくは120以下である。
なお、ムーニー粘度ML
1+4(100℃)は、JIS K6300:2001−1に準じて測定される。
【0017】
上記BRの分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは1.3以上、より好ましくは1.4以上である。1.3未満であると、加工性が悪化するおそれがある。該Mw/Mnは、好ましくは5.0以下、より好ましくは4.0以下、更に好ましくは3.5以下である。5.0を超えると、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
なお、Mn、Mwは、GPCを用い、標準ポリスチレンより換算した値である。
【0018】
低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、ゴム成分100質量%中の上記BRの含有量は、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上であり、また、好ましくは85質量%以下、より好ましくは75質量%以下である。
【0019】
本発明では、上記BR以外に、他のゴム成分を使用してもよい。他のゴム成分としては特に限定されないが、例えば、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)等のジエン系ゴムが挙げられる。また、上記BR以外のBRを使用することもできる。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。なかでも、低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、NRが好ましい。NRとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
【0020】
低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、ゴム成分100質量%中のNRの含有量は、好ましくは15質量%以上、より好ましくは25質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。
【0021】
(シリカ)
シリカとしては、例えば、乾式法シリカ(無水ケイ酸)、湿式法シリカ(含水ケイ酸)等が挙げられるが、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。
【0022】
シリカの窒素吸着比表面積(N
2SA)は、好ましくは50m
2/g以上、より好ましくは100m
2/g以上である。50m
2/g未満では、充分な耐摩耗性が得られないおそれがある。また、シリカのN
2SAは、好ましくは220m
2/g以下、より好ましくは200m
2/g以下である。220m
2/gを超えると、ゴムへの分散が困難となり、分散不良を起こすおそれがある。
なお、シリカの窒素吸着比表面積は、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
【0023】
本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは40質量部以上、より好ましくは60質量部以上、更に好ましくは70質量部以上である。40質量部未満であると、充分な低燃費性が得られないおそれがある。また、該含有量は、好ましくは150質量部以下、より好ましくは120質量部以下、更に好ましくは100質量部以下である。150質量部を超えると、ゴムへの分散が困難となり、分散不良を起こすおそれがある。
【0024】
(シランカップリング剤)
シランカップリング剤としては特に限定されないが、例えば、スルフィド系、ビニル系、アミノ系、グリシドキシ系、ニトロ系、クロロ系シランカップリング剤が挙げられる。なかでも、良好な耐摩耗性が得られるという理由から、スルフィド系シランカップリング剤が好ましく、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドがより好ましい。
【0025】
本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは4質量部以上である。1質量部未満では、転がり抵抗の低減(低燃費性向上)効果が充分に得られない傾向がある。また、該含有量は、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは12質量部以下である。20質量部を超えると、高価なシランカップリング剤の添加量に見合った転がり抵抗の低減(低燃費性向上)効果が得られない傾向がある。
【0026】
(塩基性物質)
本発明における塩基性物質は、塩基性を示す物質であれば特に限定されない。
【0027】
塩基性物質としては、シランカップリング剤とシリカとの反応を促進する効果が大きいという理由から、グアニジン類が好ましい。グアニジン類は、加硫促進剤としても使用される物質であり、その具体例としては、1,3−ジフェニルグアニジン、1,3−ジ−o−トリルグアニジン、1−o−トリルビグアニド、ジカテコールボレートのジ−o−トリルグアニジン塩、1,3−ジ−o−クメニルグアニジン、1,3−ジ−o−ビフェニルグアニジン、1,3−ジ−o−クメニル−2−プロピオニルグアニジン等が挙げられる。なかでも、反応性が高く、シランカップリング剤とシリカとの反応を促進する効果が特に大きいという理由から、1,3−ジフェニルグアニジン、1,3−ジ−o−トリルグアニジン及び1−o−トリルビグアニドが好ましく、1,3−ジフェニルグアニジンがより好ましい。
【0028】
本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、塩基性物質の含有量は、シリカ100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは1.5質量部以上である。0.5質量部未満では、シランカップリング剤とシリカとの反応を促進する効果が充分に得られないおそれがある。また、該含有量は、好ましくは15質量部以下、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。15質量部を超えると、ゴム中の異物が多くなり、転がり抵抗が上昇し、低燃費性が低下するおそれがある。
なお、ここに記載した塩基性物質の含有量は、ベース練り工程で投入する塩基性物質の含有量を意味しており、仕上げ練り工程で投入する加硫促進剤等、他の工程で投入する塩基性物質の量は含まれない。
【0029】
(加硫系材料)
加硫系材料としては、例えば、硫黄、加硫促進剤等を使用することができる。
【0030】
硫黄としては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できるが、粉末硫黄が好ましい。
【0031】
低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。
【0032】
加硫促進剤としては、特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できるが例えば、グアニジン類、スルフェンアミド類、チアゾール類、チウラム類、ジチオカルバミン酸塩類、チオウレア類、キサントゲン酸塩類等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、グアニジン類と他の加硫促進剤とを併用することが好ましく、グアニジン類とスルフェンアミド類とを併用することがより好ましい。グアニジン類の例示等は、塩基性物質で説明したものと同様である。
【0033】
低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下である。
なお、ここに記載した加硫促進剤の含有量は、全工程で使用する加硫促進剤の合計量であり、塩基性物質としてグアニジン類等の加硫促進剤を使用する場合、その量も含まれる。
【0034】
(その他の成分)
本発明の製造方法により得られるゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、カーボンブラック、オイル、老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等を適宜配合することができる。
【0035】
次に、本発明の製造方法における各混練工程について説明する。
【0036】
(ベース練り工程)
ベース練り工程では、上記BRを含むゴム成分、シリカ、シランカップリング剤及び塩基性物質を投入して混練する。混練方法としては特に限定されず、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー等の公知の混練機を用いることができる。また、混練時間(ベース練り全工程の混練時間)は、4〜30分が好ましく、混練温度は、130〜160℃が好ましい。
【0037】
シランカップリング剤とシリカとが結合するためには、シランカップリング剤の加水分解反応が生じた後、シランカップリング剤とシリカとの重縮合反応が生じることが必要である。そして、加水分解反応は、反応系を酸性にすることで促進され、重縮合反応は、反応系を塩基性にすることで促進される。本発明で使用する塩基性物質は、重縮合反応を促進するものであるため、加水分解反応がある程度進行してから、投入することが好ましい。このような観点から、ベース練り工程では、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を混練した後、塩基性物質を投入して混練することが好ましい。
【0038】
ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を投入して混練を開始してから、塩基性物質を投入するまでの時間(ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤の最初の混練時間)は、0.5〜10分が好ましい。また、塩基性物質を投入した後の混練時間は、0.5〜10分が好ましい。
【0039】
ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤及び塩基性物質は、全量を一度に投入してもよいし、分割して投入してもよいが、シリカとシランカップリング剤との反応を効率よく進行させることができるという理由から、全量を一度に投入することが好ましい。
【0040】
ベース練り工程では、少なくとも、ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤及び塩基性物質を混練すればよいが、これらとともに、カーボンブラック、ステアリン酸等を混練してもよい。シリカとシランカップリング剤の反応を効率よく進行させることができるという理由から、カーボンブラック、ステアリン酸は、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を混練する最初の段階で投入して混練することが好ましい。また、この場合、塩基性物質は、ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、カーボンブラック及びステアリン酸を混練した後に投入することが好ましい。
【0041】
(仕上げ練り工程)
仕上げ練り工程では、ベース練り工程で得られた混練物に、加硫系材料を投入して混練する。混練方法としては特に限定されず、例えば、オープンロール等の公知の混練機を用いることができる。また、混練時間は、3〜15分が好ましく、混練温度は、40〜80℃が好ましい。
【0042】
仕上げ練り工程では、少なくとも、ベース練り工程で得られた混練物、硫黄、加硫促進剤を混練すればよいが、これらとともに、酸化亜鉛、老化防止剤、オイル等を混練してもよい。
【0043】
(その他の工程)
仕上げ練り工程で得られた混練物(未加硫ゴム組成物)を、トレッドなどの部材の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成した後、加硫機中で加熱加圧することで、タイヤを製造することができる。製造されたタイヤは、乗用車用タイヤ、バス用タイヤ、トラック用タイヤ等として好適に用いられる。
【実施例】
【0044】
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【0045】
以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
NR:TSR
BR1:LANXESS社製のBuna CB21(シス含量:98質量%、ML
1+4(100℃):73、Mw/Mn:2.4)
BR2:LANXESS社製のBuna CB22(シス含量:97質量%、ムーニー粘度(ML
1+4、100℃):63、Mw/Mn:1.6)
BR3:日本ゼオン(株)製のBR1250H(シス含量:42質量%、ムーニー粘度(ML
1+4、100℃):65.5)
シリカ:エボニックデグッサ社製のウルトラシルVN3(N
2SA:175m
2/g)
カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイヤブラックN220(N
2SA:114m
2/g)
シランカップリング剤:エボニックデグッサ社製の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)
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸「椿」
加硫促進剤DPG:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(1,3−ジフェニルグアニジン)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−フェニル−N'−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン)
オイル:(株)ジャパンエナジー製のX140
加硫促進剤CZ:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
硫黄:鶴見化学(株)製の硫黄200メッシュ
【0046】
実施例及び比較例
(ベース練り工程)
1.7Lバンバリーミキサーを用いて、表1中のベース練りの項目に記載の材料を混練し混練物を得た。表1中、X−1、X−2は、この順に、各材料を項目毎に投入して混練したことを意味している。各項目の混練温度、混練時間は以下のとおりである。
X−1 混練温度:150℃、混練時間:5分
X−2 混練温度:150℃、混練時間:5分
(仕上げ練り工程)
オープンロールを用いて、ベース練り工程で得られた混練物に、表1中の仕上げ練りの項目に記載の材料を投入して70℃で8分間混練し、未加硫ゴム組成物を得た。
(加硫工程)
仕上げ練り工程で得られた未加硫ゴム組成物を170℃で20分間、0.5mm厚の金型でプレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
また、仕上げ練り工程で得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に押出し成形し、タイヤ成形機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃の条件下で20分間プレス加硫し、試験用タイヤを得た。
【0047】
得られた未加硫ゴム組成物、加硫ゴム組成物、試験用タイヤについて、下記の評価を行った。結果を表1に示す。
【0048】
(加工性指数(ムーニー粘度))
JIS K6300に準じ、未加硫ゴム組成物のムーニー粘度を130℃で測定した。結果は、下記計算式に基いて指数表示した。指数が大きいほどムーニー粘度が低く、加工性に優れることを示す。
(加工性指数)=(比較例1のML
1+4)/(各配合のML
1+4)×100
【0049】
(転がり抵抗指数)
粘弾性スペクトロメーターVES((株)岩本製作所製)を用いて、温度70℃、初期歪み10%、動歪み2%の条件下で各加硫ゴム組成物のtanδを測定した。結果は、下記計算式に基いて指数表示した。転がり抵抗指数が大きいほど、低燃費性に優れることを示す。
(転がり抵抗指数)=(比較例1のtanδ)/(各配合のtanδ)×100
【0050】
(ウェットグリップ性能指数)
試験用タイヤを国産FF車に装着し、湿潤アスファルト路面を走行させ、初速度100km/hからの制動距離を求めた。結果は、下記計算式に基いて指数表示した。指数が大きいほど、ウェットグリップ性能に優れることを示す。
(ウェットグリップ性能指数)=(比較例1の制動距離)/(各配合の制動距離)×100
【0051】
(耐摩耗性指数)
試験用タイヤを国産FF車に装着し、走行距離8000km後のタイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤ溝深さが1mm減るときの走行距離を算出した。結果は、下記計算式に基いて指数表示した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
(耐摩耗性指数)=(各配合の1mm溝深さが減るときの走行距離)/(比較例1のタイヤ溝が1mm減るときの走行距離)×100
【0052】
【表1】
【0053】
表1より、シス含量が96質量%以上、ムーニー粘度ML
1+4(100℃)が50以上であるBR(BR1、2)を含むゴム成分、シリカ、シランカップリング剤及び塩基性物質(加硫促進剤DPG)を混練するベース練り工程と、ベース練り工程で得られた混練物に、加硫系材料を投入して混練する仕上げ練り工程とを含む製造方法で得られた実施例は、低燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性及び加工性がバランス良く改善されることが明らかとなった。また、シス含量が上記範囲外のBR(BR3)を用いた場合、塩基性物質をベース練り工程で混練しても、性能の改善効果が小さいことが分かった。