JP2003155384A

JP2003155384A - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP2003155384A
Application number: JP2001356589A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Hayashi; 浩文林
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性とウエットグリップ性を実質的に損
なうことなく低燃費性と低温性能を改良することができ
るタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。【解決手段】ゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比
表面積が８０〜１６０ｍ^２／ｇの範囲にあり、ＢＥＴ比
表面積（ｍ^２／ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１
００ｇ）の比が１．３以上であり、かつ、シアーズ滴定
量（ｍｌ）とＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）との関係が下
記式（１）を満足するシリカを５〜１２０重量部含有
し、該シリカ１００重量部に対してカップリング剤を２
〜２５重量部含有するタイヤトレッド用ゴム組成物であ
る。シアーズ滴定量≧0.0446×ＢＥＴ比表面積＋7.0 … （１）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タイヤトレッド用
ゴム組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】乗用車用タイヤのトレッドにおいては、
近年、環境や安全に対する要求が大きくなっており、転
がり抵抗の低減による低燃費性や、グリップ性、特にす
べりやすい湿潤路面でのグリップ性（ウエットグリップ
性）と氷雪上路面でのグリップ性（低温性能、即ち低温
時での硬度やモジュラスが低い性能）が重要になってい
る。また、経済面や環境面から、ライフに影響する耐摩
耗性も重要である。ところが、これらの特性は背反する
ことが多い。

【０００３】従来、タイヤトレッド用ゴム組成物におけ
る補強充填材としてはカーボンブラックが用いられてい
るが、これにシリカを一部又は全量置換し、シランカッ
プリング剤を添加することが提案されている（例えば、
特開平７−１９６８５０号公報など）。これにより、上
述した特性のバランスが向上するものの、先に述べた特
性を十分に満足するものではない。

【０００４】また、カーボンブラックにシリカを導入し
たハイブリッド型フィラーも提案されているが（例え
ば、特開平８−２７７３４７号公報など）、低燃費性と
グリップ性のバランスでは、依然として要求を満たして
はいない。

【０００５】また、特開２０００−３０２９１２号公報
には、耐摩耗性等を向上するため、タイヤトレッドのゴ
ム組成物に添加するシリカについて、表面のシラノール
基密度や細孔分布を所定範囲に規定することが開示され
ている。しかしながら、同公報では、耐摩耗性と引張強
度についてしか言及されておらず、また、粒径が比較的
小さいシリカを対象としており、表面活性もそれほど大
きくないことから、低燃費性やグリップ性の点で市場の
要求を満足することは難しい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ゴム組成物において補
強充填材として用いられるシリカは、その充填率を下げ
たり、粒径を大きくすると、転がり抵抗が低減し、低温
性能は向上するが、その反面、ウエットグリップ性や耐
摩耗性が低下してしまう。また、シリカのストラクチャ
ーを大きくすることは、耐摩耗性の向上には有利である
が、ウエットグリップ性の向上にはそれほど有効ではな
い。

【０００７】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
であり、耐摩耗性とウエットグリップ性を実質的に損な
うことなく低燃費性と低温性能を改良することができ、
これらの特性をバランスよく向上させることができるタ
イヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の
結果、比較的大粒径でかつ表面活性の大きいシリカを用
いることにより、耐摩耗性とウエットグリップ性を実質
的に損なうことなく低燃費性と低温性能を効果的に向上
できることを見い出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、ゴム成分１００重量
部に対し、ＢＥＴ比表面積が８０〜１６０ｍ^２／ｇの範
囲にあり、かつ、シアーズ滴定量（ｍｌ）とＢＥＴ比表
面積（ｍ^２／ｇ）との関係が下記式（１）を満足するシ
リカを５〜１２０重量部含有し、該シリカ１００重量部
に対してカップリング剤を２〜２５重量部含有すること
を特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物に関するもの
である。シアーズ滴定量≧0.0446×ＢＥＴ比表面積＋7.0 … （１）

【００１０】前記シリカとしては、ＢＥＴ比表面積（ｍ
^２／ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の
比ＤＢＰ／ＢＥＴが１．３以上である高ストラクチャー
品が好適である。

【００１１】また、前記ゴム成分には、重量平均分子量
７０万以上のポリマー、及び／又は、末端もしくは主鎖
にシリカのシラノール基と相互作用もしくは化学反応可
能な官能基を有するポリマーが３０重量％以上配合され
ていることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】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。

【００１３】本発明のゴム組成物に用いられるシリカ
（含水珪酸）は、ＢＥＴ比表面積が８０〜１６０ｍ^２／
ｇの範囲にあるシリカである。ＢＥＴ比表面積は、この
値が大きいほどシリカの粒子径が小さいことを意味す
る。ここで、ＢＥＴが１６０ｍ^２／ｇを越えると、転が
り抵抗が高く、また低温性能も悪化してしまう。ＢＥＴ
が８０ｍ^２／ｇ未満では、耐摩耗性が悪化し、またウエ
ットグリップ性も悪化してしまう。ＢＥＴのより好まし
い下限は９０ｍ^２／ｇであり、より好ましい上限は１３
０ｍ^２／ｇである。

【００１４】本発明に用いられるシリカは、また、シア
ーズ滴定量（ｍｌ）とＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）との
関係が下記式（１）を満足するものである。

【００１５】シアーズ滴定量≧0.0446×ＢＥＴ比表面積＋7.0 … （１）シアーズ滴定量は、シリカ表面にシラノール基（Si-O
H）がどれだけ存在するかという指標であり、この値が
大きいほど、シリカ表面のシラノール基が多いこと、即
ち、シリカの表面活性が大きいことを意味する。

【００１６】この式（１）は、比表面積が比較的小さい
シリカを用いるものでありながら、表面活性を大きくし
て耐摩耗性とウエットグリップ性の悪化を抑制するため
に規定したものである。すなわち、式（１）を満たさな
い場合、本発明のような比較的大粒径のシリカでは、ポ
リマーとの結合量が少なく補強力が劣り、また湿潤路面
の水膜とシラノール基のヒドロキシル(OH)部との相互作
用が少なく、しかもポリマーの結合量が少ないことから
シリカの再凝集を抑制する力が不足してミクロ分散性が
不十分であることにより、耐摩耗性やウエットグリップ
性が悪化してしまう。

【００１７】シアーズ滴定量はＢＥＴ比表面積が大きく
なるほど大きくなる傾向にあるが、従来のタイヤトレッ
ド用ゴム組成物において、ＢＥＴ比表面積に対し上記の
ような高いシアーズ滴定量を持つシリカは用いられてい
ない。従来は、シアーズ滴定量は本発明のものと同等で
あっても、比表面積が大きい（小粒径）のものが用いら
れている。つまり、従来のタイヤトレッド用ゴム組成物
において通常用いられているシリカでは、シアーズ滴定
量が0.0446×ＢＥＴ比表面積＋5.7と同程度若しくはそ
れ以下であり、本発明で用いるシリカとは明らかに異な
るものである。ＢＥＴ比表面積が大きい（小粒径）のも
のは、むしろシリカのヒドロキシル部によって再凝集し
やすくなり、分散不良を起こして性能が低下する。

【００１８】シアーズ滴定量とＢＥＴ比表面積との関係
は、下記式（２）を満足することがより好ましい。シアーズ滴定量≧0.0446×ＢＥＴ比表面積＋7.5 … （２）この場合、比較的大粒径でありながら表面活性がより大
きいシリカを用いることになるので、耐摩耗性とウエッ
トグリップ性の低下を一層効果的に抑制することができ
る。

【００１９】本発明では、ＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）
に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の比ＤＢＰ
／ＢＥＴが１．３以上である高ストラクチャーのシリカ
が好ましく用いられる。ＤＢＰ／ＢＥＴが１．３未満で
は、低温性能の向上効果や耐摩耗性の低下抑制効果が得
にくい。ＤＢＰ／ＢＥＴのより好ましい範囲は１．４〜
２．４である。なお、一般に、ストラクチャーの指標と
してはＤＢＰ吸油量が単独で用いられるが、本発明で
は、ＢＥＴ比表面積に対する比であるＤＢＰ／ＢＥＴで
ストラクチャーの指標としている。これは、粒径が小さ
いものほど一定重量中の粒子数が多くなってその分だけ
ＤＢＰ吸油量が高くなってしまうので、ＤＢＰ吸油量単
独ではストラクチャーの度合がそのまま表現されないた
めである。

【００２０】以上のように、シリカの粒子特性として、
比表面積が比較的小さいが、ストラクチャーが高く、表
面活性が大きいものを使用することにより、シリカが物
理的又は化学的にポリマーと結合し、低い転がり抵抗で
ありながら、耐摩耗性の低下を抑制することができる。
また、ポリマーとシリカの結合量が多くなることで、シ
リカの再凝集を抑制することによるミクロ分散性が向上
し、湿潤路面の水膜とシラノール基のOH部との相互作用
により、耐摩耗性やウエットグリップ性の低下を抑制し
ながら、低温性能を向上することができる。

【００２１】本発明のゴム組成物に用いられるカップリ
ング剤は、シリカとゴム成分であるポリマーとを結合さ
せるものであれば、特に限定されることなく公知のもの
を用いることができる。具体的には、スルフィド、アミ
ノ基、メルカプト基、ビニル基、メタクリル基、エポキ
シ基などのポリマーと反応し得る有機部と、ハロゲンや
アルコキシ基などを有する有機シラン化合物が挙げら
れ、トリアルコキシシラン類が一般的に用いられ、ビス
−（３−トリエトキシシリルプロピル）Ｓ_ｘ（ｘ＝２〜
５）のスルフィド基がテトラスルフィドやジスルフィド
のものが最も多く使用される。

【００２２】本発明のゴム組成物において、ゴム成分で
あるポリマーとしては、天然ゴム、ブタジエンゴム、ス
チレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴ
ム、クロロプレンゴム等のジエン系合成ゴムが挙げら
れ、更にポリイソブチレン系ゴムなどの他の合成ゴムも
挙げられる。これらは１種のみで用いても、あるいは２
種以上併用してもよい。

【００２３】該ゴム成分には、（Ａ）重量平均分子量７
０万以上のポリマー、及び／又は、（Ｂ）末端もしくは
主鎖にシリカのシラノール基と相互作用もしくは化学反
応可能な官能基を有するポリマーが、３０重量％以上配
合されていることが好ましい。より好ましくは５０重量
％以上配合されていることである。

【００２４】上記（Ａ）を配合した場合、分子量の大き
いポリマーでは単位重量当たりの自由末端が少なくなる
ので、それだけポリマー同士の内部摩擦を小さくするこ
とができ、転がり抵抗を低下させることができる。ま
た、ポリマー鎖が長くなることで、ポリマー同士の絡み
合いが増え、耐摩耗性が向上する。ポリマー（Ａ）の重
量平均分子量はより好ましくは８５万以上である。

【００２５】上記（Ｂ）を配合した場合、ポリマーとシ
リカとの相互作用が高まり、補強性が向上することで耐
摩耗性が向上する。また、シリカとの相互作用によって
シリカとポリマーが動きにくくなり内部摩擦が減少する
ことで、転がり抵抗を低減することができる。特に、ポ
リマー（Ｂ）が末端又は末端近くに官能基を持つ場合、
内部摩擦を起こしやすい末端の動きが規制されるので、
より効果的にポリマー同士の内部摩擦が低減される。こ
こで、シリカ表面のシラノール基との相互作用もしくは
化学反応可能な官能基としては、特にこれらに限定され
るものではないが、例として、アミノ基、ヒドロキシル
基、カルボキシル基、ハロゲン、アルコキシ基などが挙
げられる。ポリマー（Ｂ）の具体例としては、末端又は
主鎖がアルコキシ基で変性された変性スチレンブタジエ
ンゴム、イソブチレン−パラメチルスチレン共重合体の
ハロゲン化物などが挙げられる。

【００２６】また、上記した特定のシリカにこれらポリ
マー（Ａ）及び／又は（Ｂ）を組み合わせることによ
り、以下の作用効果も奏される。上記シリカの特性を最
大限発揮させるためにはシリカをゴム中に更に均一に分
散させる必要があるが、シリカは表面のシラノール基同
士で結合して再凝集しやすく、これを防ぐためにシリカ
の拡散を抑える必要がある。そのための手法としては、
配合系の粘度を上昇させたり、シリカをポリマーで化学
的・物理的に包み込むことで見かけのサイズを大きくし
て、拡散を抑えたり、またシリカを固定化することが考
えられる。これに関し、ポリマー（Ａ）では、分子量が
増加することで配合系の粘度を上昇させることができ、
ポリマー（Ｂ）では、シリカとの反応により配合系の粘
度を上昇させることができる。また、ポリマー（Ａ）で
は、高分子量とすることでシリカに対するポリマーの物
理的な絡み合いを増やして動きにくくし、かつ、上記見
かけのサイズを大きくすることで動きにくくすることが
でき、ポリマー（Ｂ）では、官能基との相互作用や反応
によってシリカの周りに層を形成し、上記見かけのサイ
ズを大きくして動きにくくし、かつ、官能基がシリカを
アンカーのように固定化することができる。以上より、
これら特定のポリマーを用いることで上記シリカの分散
性を飛躍的に向上することができる。

【００２７】本発明のゴム組成物において、上記シリカ
はゴム成分（ポリマー）１００重量部に対して５〜１２
０重量部配合される。シリカの配合量が５重量部未満で
は上記した各性能を発揮させることができず、また、１
２０重量部を越えると転がり抵抗や低温性能が悪化す
る。好ましくは、１５〜９０重量部配合することであ
る。また、カップリング剤は、シリカ１００重量部に対
して２〜２５重量部、好ましくは４〜１５重量部配合さ
れる。

【００２８】本発明のゴム組成物には、上記した各成分
の他に、加硫剤、加硫促進剤、着色剤、補強剤、老化防
止剤、カーボンブラック等のシリカ以外の充填剤、軟化
剤、可塑剤、活性剤、滑剤等の各種添加剤を必要に応じ
て添加することができる。シリカとカーボンブラックの
配合割合は、重量比でシリカ／カーボンブラック＝１０
０／０〜２０／８０であることが好ましい。

【００２９】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさ
らに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定さ
れるものではない。

【００３０】シリカ特性の測定方法、及び、タイヤ性能
の評価方法は以下の通りである。

【００３１】ＢＥＴ比表面積：ＢＥＴ法の一点値により
測定した。

【００３２】ＤＢＰ吸油量：ＪＩＳＫ−５１０１に準
拠して測定した。

【００３３】シアーズ滴定量：G. W. Sears, Analytica
l Chemistry, Vol. 28, No. 12, 1982-83 (1956) によ
り測定。

【００３４】ウエットグリップ性：タイヤサイズ１８５
／７０Ｒ１４のタイヤにて、トレーラーに装着し、６４
ｋｍ／ｈにてロックさせて、その時のピーク摩耗係数を
測定した。試験例１では比較例１を１００とし、試験例
２では比較例４を１００として指数表示した。数字が大
きいほどウエットグリップ性が良好であることを示す。

【００３５】転がり抵抗性：タイヤサイズ１８５／７０
Ｒ１４のタイヤにて、一軸ドラム試験機で８０ｋｍ／
ｈ、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４００ｋｇの条件にて転
がり抵抗を測定した。試験例１では比較例１を１００と
し、試験例２では比較例４を１００として指数表示し
た。数字が小さいほど転がり抵抗が小さいことを示す。

【００３６】低温性能：ゴム試験片（１６０℃×２０分
プレス加硫）にて、０℃時のＥ’を粘弾性スペクトロメ
ーターを用いて、初期歪３％、動的歪±１．５％、周波
数５０Ｈｚの条件で測定した。試験例１では比較例１を
１００とし、試験例２では比較例４を１００として指数
表示した。数字が小さいほど低温性能が良好であること
を示す。

【００３７】耐摩耗性：ゴム試験片（１６０℃×２０分
プレス加硫）にて、ランボーン摩耗試験機を用いて、温
度２３℃、スリップ率５０％の条件で摩耗損失体積を測
定した。試験例１では比較例１を１００とし、試験例２
では比較例４を１００として指数表示した。数字が大き
いほど耐摩耗性が良好であることを示す。

【００３８】シリカとしては下記表１に示す３種類のシ
リカを用いた。シリカ（１）はタイヤトレッド用ゴム組
成物に配合するシリカとして汎用されている日本シリカ
工業（株）製「Nipsil AQ」である。

【００３９】

【表１】

【００４０】ゴム成分としては以下の５種のポリマーを
用いた。

【００４１】ＳＳＢＲ（１）：溶液重合により製造され
た重量平均分子量９０万のスチレンブタジエンゴムＳＳＢＲ（２）：溶液重合により製造された重量平均分
子量６５万のスチレンブタジエンゴムであり、ポリマー
鎖の末端がアルコキシ基で変性されたものＳＳＢＲ（３）：溶液重合により製造された重量平均分
子量６０万のスチレンブタジエンゴムＮＲ：重量平均分子量１００万の天然ゴムＢＲ：重量平均分子量４５万のブタジエンゴム。

【００４２】〔試験例１：実施例１〜３及び比較例１〜
３〕ゴム成分及び充填材を下記表２に示す配合処方（重
量部）にて配合し、また、シランカップリング剤として
ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスル
フィド（デグッサ社製「Si69」）を８重量部と、その他
の添加剤として、アロマ油を３０重量部、亜鉛華を２重
量部、ステアリン酸を２重量部、老化防止剤６ＰＰＤを
２重量部、ワックスを１．５重量部、イオウを２重量
部、加硫促進剤ＣＢＳを１．５重量部、及び加硫促進剤
ＤＰＧを２重量部、それぞれ添加して、実施例１〜３及
び比較例１〜３のゴム組成物を調製した。得られたゴム
組成物を評価した結果を表２に示す。

【００４３】

【表２】表２に示されるように、本発明の粒子特性を満足するシ
リカ（３）を用いた実施例では、耐摩耗性とウエットグ
リップ性を実質的に損なうことなく低燃費性と低温性能
を改良することができた。そして、特に、このシリカ
（３）と上記特定のポリマーを組み合わせた実施例２，
３では、耐摩耗性とウエットグリップ性を損なうことな
く低燃費性と低温性能を飛躍的に改善することができ
た。

【００４４】〔試験例２：実施例４及び比較例４，５〕
ゴム成分及び充填材を下記表３に示す配合処方（重量
部）にて配合し、また、シランカップリング剤としてビ
ス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフ
ィド（デグッサ社製「Si69」）を２重量部と、その他の
添加剤として、アロマ油を３０重量部、亜鉛華を２重量
部、ステアリン酸を２重量部、老化防止剤６ＰＰＤを２
重量部、ワックスを１．５重量部、イオウを１．５重量
部、加硫促進剤ＣＢＳを１．２重量部、及び加硫促進剤
ＤＰＧを０．８重量部、それぞれ添加して、実施例４及
び比較例４，５のゴム組成物を調製し、性能を評価した
結果を表３に示す。なお、表３中のカーボンブラック
は、三菱化成（株）製「ダイヤブラックＮ」である。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、比較的
大粒径でかつ表面活性の大きいシリカを用いることによ
り、耐摩耗性とウエットグリップ性を実質的に損なうこ
となく低燃費性と低温性能を改良することができ、これ
らの特性をバランスよく向上させることができる。

【００４７】また、特に、この特定のシリカに高分子量
ポリマーやシリカと親和性の高い官能基を持つポリマー
を組み合わせることで、シリカとポリマーとの物理的な
絡み合いや化学的な結合が大幅に増加して、低い転がり
抵抗を持つものでありながら、耐摩耗性の低下を抑制す
ることができる。また、該ポリマー特性により、シリカ
の分散性が向上して、耐摩耗性の低下が抑制され、ウエ
ットグリップ性や低温性能を向上することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 101:00）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表
面積が８０〜１６０ｍ^２／ｇの範囲にあり、かつ、シア
ーズ滴定量（ｍｌ）とＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）との
関係が下記式（１）を満足するシリカを５〜１２０重量
部含有し、該シリカ１００重量部に対してカップリング
剤を２〜２５重量部含有することを特徴とするタイヤト
レッド用ゴム組成物。シアーズ滴定量≧0.0446×ＢＥＴ比表面積＋7.0 … （１）
【請求項２】前記シリカは、ＢＥＴ比表面積（ｍ^２／
ｇ）に対するＤＢＰ吸油量（ｃｍ^３／１００ｇ）の比Ｄ
ＢＰ／ＢＥＴが１．３以上のものであることを特徴とす
る請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
【請求項３】前記シリカは、シアーズ滴定量（ｍｌ）と
ＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）との関係が下記式（２）を
満足するものであることを特徴とする請求項１又は２記
載のタイヤトレッド用ゴム組成物シアーズ滴定量≧0.0446×ＢＥＴ比表面積＋7.5 … （２）
【請求項４】重量平均分子量７０万以上のポリマー、及
び／又は、末端もしくは主鎖にシリカのシラノール基と
相互作用もしくは化学反応可能な官能基を有するポリマ
ーが、前記ゴム成分中に３０重量％以上配合されたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤト
レッド用ゴム組成物。