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特許7473795ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤ
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(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】
(24)【登録日】2024-04-16
(45)【発行日】2024-04-24
(54)【発明の名称】ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤ
(51)【国際特許分類】
   C08L 7/00 20060101AFI20240417BHJP
   C08L 9/00 20060101ALI20240417BHJP
   C08K 3/36 20060101ALI20240417BHJP
   C08L 33/26 20060101ALI20240417BHJP
   B60C 1/00 20060101ALI20240417BHJP
【FI】
C08L7/00
C08L9/00
C08K3/36
C08L33/26
B60C1/00 A
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2020065836
(22)【出願日】2020-04-01
(65)【公開番号】P2021161312
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2023-03-07
(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】100089875
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 茂
(72)【発明者】
【氏名】進藤 涼平
(72)【発明者】
【氏名】高橋 佑樹
(72)【発明者】
【氏名】上西 和也
【審査官】松元 洋
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-030973(JP,A)
【文献】特開2001-123018(JP,A)
【文献】特開2004-010850(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L 1/00 - 101/14
C08K 3/00 - 13/08
B60C 1/00
CAplus/REGISTRY(STN)
Japio-GPG/FX
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、
(B)シリカを5~100質量部、および
(C)下限臨界溶液温度が5℃以下であるポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーを1~30質量部
配合してなることを特徴とするゴム組成物。
【請求項2】
前記(A)ジエン系ゴムのガラス転移温度(Tg)が、-50℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
【請求項3】
前記温度応答性ポリマーのアルキル基の炭素数が、4以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のゴム組成物。
【請求項4】
請求項1~のいずれかに記載のゴム組成物を使用したスタッドレスタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤに関するものであり、詳しくは、操縦安定性を損なうことなく、従来技術に比べ氷上性能をさらに向上させ得るゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤに関するものである。
【背景技術】
【0002】
氷雪路面では、一般路面に比べて摩擦係数が低下し、滑りやすくなる。そこで従来、スタッドレスタイヤの氷上性能(氷上での制動性)を向上させるために数多くの手法が提案されている。例えば、ゴムに硬質異物や中空ポリマーを配合し、これによりゴム表面にミクロな凹凸を形成することによって氷の表面に発生する水膜を除去し、氷上摩擦を向上させる手法が知られている(例えば特許文献1参照)。一方で、低温柔軟性を有するゴムを使用する等の手法もあるが、ゴムの柔軟性を高めると操縦安定性が低下するという問題がある。
【0003】
また特許文献2では、氷上性能の改善を目的として、ジエン系ゴムにN-ビニルカルボン酸アミド系ポリマーを配合する技術が開示されている。
しかし、さらなる氷上性能の向上が当業界で要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平11-35736号公報
【文献】特開2002-201308号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって本発明の目的は、操縦安定性を損なうことなく、従来技術に比べ氷上性能をさらに向上させ得るゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに、シリカを配合するとともに、ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーを特定量でもって配合したゴム組成物が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
【0007】
すなわち本発明は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(B)シリカを5~100質量部、および(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーを1~30質量部配合してなることを特徴とするゴム組成物を提供するものである。
また本発明は、前記(A)ジエン系ゴムのガラス転移温度(Tg)が、-50℃以下であることを特徴とする前記ゴム組成物を提供するものである。
また本発明は、前記温度応答性ポリマーの下限臨界溶液温度が、5℃以下であることを特徴とする前記ゴム組成物を提供するものである。
また本発明は、前記温度応答性ポリマーのアルキル基の炭素数が、4以上であることを特徴とする前記ゴム組成物を提供するものである。
また本発明は、前記ゴム組成物を使用したスタッドレスタイヤを提供するものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明のゴム組成物は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(B)シリカを5~100質量部、および(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーを1~30質量部配合してなることを特徴としているので、操縦安定性を損なわずに、従来技術よりもさらに氷上性能を向上させ得るゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤを提供することができる。
本発明における上記効果の作用機序としては、例えば前記(C)成分のポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーが環境温度低下により吸水可能となり氷上性能を向上させ、また該(C)成分はシリカが有する親水性と相互作用してゴムからの離脱が防止されて当該効果が維持されると推察される。また、下限臨界溶液温度以上の環境温度では該(C)成分が吸水せずに硬度を維持するため、操縦安定性も維持または向上するものと推察される。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0010】
(A)ジエン系ゴム
本発明で使用されるジエン系ゴムは、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、エチレン-プロピレン-ジエンターポリマー(EPDM)等が挙げられる。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。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
また、(A)ジエン系ゴムは、ガラス転移温度(Tg)が-50℃以下であることが好ましい。このようにTgを規定することにより、氷上性能が向上する。
なおジエン系ゴムが複数種類含まれる場合において、本明細書で言うTgは、各ゴムのガラス転移温度に、各ゴムの重量分率を乗じた積の合計、すなわち加重平均に基づき算出される値とする。なお計算時には各成分の重量分率の合計を1.0とする。本発明で言うガラス転移温度(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を指すものとする。
さらに好ましい前記平均Tgは、-60℃以下である。
【0011】
(B)シリカ
本発明に使用されるシリカとしては、具体的には、例えば、湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾式シリカ(無水ケイ酸)、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカは、氷上性能向上の観点から、CTAB吸着比表面積が50~300m/gであるのが好ましく、90~200m/gであるのがさらに好ましい。
なお、CTAB吸着比表面積は、シリカ表面への臭化n-ヘキサデシルトリメチルアンモニウムの吸着量をJIS K6217-3:2001「第3部:比表面積の求め方-CTAB吸着法」にしたがって測定した値である。
【0012】
(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマー
本発明に使用されるポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーは、水に対する下限臨界溶解温度(LCST)を有する成分が好ましく、例えば、N-アルキルアクリルアミドの繰り返し単位として、
N-t-ブチルアクリルアミド(LCST=0℃)、
N-イソプロピルアクリルアミド(LCST=32℃)、
N-イソプロピルメタクリルアミド(LCST=44℃)、
N-n-プロピルアクリルアミド(LCST=21℃)、
N,N-ジエチルアクリルアミド(LCST=32℃)、
N-n-プロピルメタクリルアミド(LCST=28℃)、
N-メチル-N-イソプロピルアクリルアミド(LCST=23℃)、
N-メチル-N-n-プロピルアクリルアミド(LCST=20℃)
等が挙げられる。
中でもシリカとの相互作用の点から、アルキル基の炭素数が4以上であるものが好ましい。
また、前記LCSTは、氷上性能向上の観点から、35℃以下が好ましく、5℃以下がさらに好ましい。
本発明に使用される(C)成分は、公知の方法にしたがい合成することが可能である。
【0013】
(ゴム組成物の配合割合)
本発明のゴム組成物は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(B)シリカを5~100質量部、および(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーを1~30質量部配合してなることを特徴とする。
(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(B)シリカの前記配合量が5質量部未満では、ゴム組成物の機械的特性や耐摩耗性が悪化し、逆に100質量部を超えるとゴム組成物の低温柔軟性が低下して氷上性能が悪化する。
(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーの配合量が1質量部未満では、添加量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができず、逆に30質量部を超えると機械的特性が低下する。
【0014】
前記(B)シリカの配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、20~80質量部が好ましい。
前記(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーの配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、3~20質量部が好ましい。
【0015】
(その他成分)
本発明におけるゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤;加硫又は架橋促進剤;カーボンブラック;酸化亜鉛;老化防止剤;可塑剤;シランカップリング剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、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。
【0016】
また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに適しており、トレッド、とくにキャップトレッドに適用し、スタッドレスタイヤとするのがよい。
【実施例
【0017】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
【0018】
標準例1~2、実施例1~6、比較例1
表1に示す配合(質量部)において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーで5分間混練した後、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られた未加硫のゴム組成物を所定の金型中で160℃、20分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。
【0019】
E’(60℃):JIS K6394に準拠し、東洋精機製作所製粘弾性スペクトロメータを用い、初期歪5%、振幅±2%、周波数20Hzの条件下で、60℃における貯蔵弾性率E’(60℃)(MPa)を求めた。数値が大きいほど弾性率が高く、操縦安定性に優れることを意味する。
氷上性能:得られた加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度-1.5℃、荷重5.5kg/cm、ドラム回転速度25km/hの条件で氷上摩擦係数を測定した。得られた氷上摩擦係数を、各標準例の値を100として指数で示した。指数が大きいほど氷上摩擦力が大きく氷上性能に優れることを意味する。
結果を表1に示す。なお、実施例1~6は標準例1と対比され、比較例1は標準例2と対比される。
【0020】
【表1】
【0021】
*1:NR(RSS#3)
*2:BR(日本ゼオン株式会社製Nipol BR1220)
*3:カーボンブラック1(東海カーボン株式会社製シーストKHA)
*4:カーボンブラック2(キャボットジャパン株式会社製ショウブラックN339)
*5:シリカ(ローディア社製Zeosil 1165MP、CTAB比表面積=159m/g)
*6:シランカップリング剤(エボニックデグッサ社製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)
*7:オイル(昭和シェル石油株式会社製エキストラクト4号S)
*8:温度応答性ポリマー1(N-イソプロピルアクリルアミド(LCST=32℃))
*9:温度応答性ポリマー2(N-n-プロピルアクリルアミド(LCST=21℃))
*10:温度応答性ポリマー3(N-t-ブチルアクリルアミド(LCST=0℃))
*11:硫黄(鶴見化学工業株式会社製金華印油入微粉硫黄)
*12:加硫促進剤CZ(大内新興化学工業(株)製ノクセラーCZ-G)
*13:加硫促進剤NS(大内新興化学工業(株)製ノクセラーNS-F)
【0022】
表1の結果から、各実施例のゴム組成物は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(B)シリカを5~100質量部、および(C)ポリ(N-アルキルアクリルアミド)からなる温度応答性ポリマーを1~30質量部配合してなるものであるので、標準例1に比べて、操縦安定性を維持または高めつつ氷上性能の向上が確認される。
比較例1は、シリカを配合せず、カーボンブラック系のゴム組成物であるので、氷上性能の改善が見られなかった。