(57)【要約】【課題】カーボンブラック配合のゴム組成物において、カーボンブラックの分散性を向上させることで、耐摩耗性を維持しつつ転がり抵抗特性とウェット性能をバランスよく改良する。【解決手段】ジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを１０〜１６０重量部含有してなるゴム組成物において、下記一般式（１）で表される有機シラン化合物を０．１〜１０重量部含有することを特徴とするゴム組成物である。  Ｒ１ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉ  ・・・（１）（式中、ｍ、ｎは整数で、ｍ＋ｎ＝４である。Ｒ１は炭素数３〜２０のアルキル基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基である。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを１０〜１６０重量部含有してなるゴム組成物において、
下記一般式（１）で表される有機シラン化合物を０．１〜１０重量部含有する
ことを特徴とするゴム組成物。
Ｒ１ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉ  ・・・（１）
（式中、ｍ、ｎは整数で、ｍ＋ｎ＝４である。Ｒ１は炭素数３〜２０のアルキル基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基である。）
【請求項２】
前記一般式（１）において、ｎが１または２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】
請求項１または２に記載のゴム組成物をトレッドに用いた
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、加工性、耐摩耗性を損なうことなく転がり抵抗特性と湿潤路面での制動性能をバランスよく両立することができるゴム組成物、及びこれをトレッドに用いた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤのトレッドに用いられるゴム組成物は、低燃費性の市場ニーズから転がり抵抗性の低減要求が強く、また安全性の面からの湿潤路面での制動性能や操縦安定性（以下、ウエット性能という）の向上が求められ、さらに耐久性、経済性の点で優れた耐摩耗性が求められている。
【０００３】
ところで、上記転がり抵抗特性とウェット性能とは、ゴムのヒステリシスロスに関わる特性であり、二律背反の関係にある転がり抵抗特性とウェット性能とのバランスが得られやすいシリカ配合のゴム組成物がタイヤトレッドに使用されるようになっている。
【０００４】
ところが、シリカは、親水性を有し、表面がシラノール基に覆われているため強い自己凝集性を持ち、ゴム中へ混合する際にゴム中への分散が容易でなくゴムの混練時間を長くし温度管理を必要とし、また分散不良に伴う後工程での加工性や耐摩耗性を低下させるという問題がある。
【０００５】
従来より、汎用に用いられている加工性や耐摩耗性の良好なカーボンブラック配合のゴム組成物においても、カーボンブラックの分散性をさらに改良することで、転がり抵抗特性とウェット性能とのバランスが得られると考えられており、例えば、溶液重合ＳＢＲと天然ゴムなどのブレンドポリマーにカーボンブラックとシランカップリング剤を配合することが提案されている（特許文献１）。また、重合方法によるジエンポリマーの改良や、改良カーボンブラックにシランカップリング剤を併用することが開示されている（特許文献２、３）。
【特許文献１】特開平５−３３１３１９号公報
【特許文献２】特開平５−２０９０１１号公報
【特許文献３】特開２００３−３３５９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、カーボンブラックやシリカなど補強性フィラーの分散性を改良させる手法としては、フィラーの表面活性を高めたり、溶液重合によるポリマー分子末端の変性が用いられるが、これによればフィラーの凝集に伴う加工性の悪化や溶液重合以外のポリマーには適用出来ないという欠点があり汎用性に劣っていた。また、シランカップリング剤の利用はカーボンブラックに対してカップリング効果が少なく、カーボンブラック分散効果が期待できないのが実状である。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、タイヤトレッドなどに用いられるジエン系ゴムにカーボンブラックを配合したゴム組成物において、カーボンブラックの分散性を向上させることで、加工性や耐摩耗性を維持しつつ転がり抵抗特性とウェット性能をバランスよく改良することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、化合物の末端にカーボンブラックとの相互作用を持つ反応基と、他端にカーボンブラックの凝集を防ぐ長鎖構造のアルキル基を有する化合物が、上記課題を解決できることを見出し本発明に到達したものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを１０〜１６０重量部含有してなるゴム組成物において、下記一般式（１）で表される有機シラン化合物を０．１〜１０重量部含有することを特徴とするゴム組成物である。
【００１０】
Ｒ１ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉ  ・・・（１）
（式中、ｍ、ｎは整数で、ｍ＋ｎ＝４である。Ｒ１は炭素数３〜２０のアルキル基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基である。）
本発明のゴム組成物では、前記一般式（１）において、ｎが１または２である有機シラン化合物が好適である。
【００１１】
また、本発明の空気入りタイヤは、上記のゴム組成物をトレッドに用いることにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のゴム組成物によれば、有機シラン化合物のアルコキシル部分がカーボンブラック表面の極性基と相互作用し、長鎖構造のアルキル基がカーボンブラック粒子の集合を防ぐことでカーボンブラックの凝集を抑制して分散性をより向上し、転がり抵抗特性とウェット性能をバランス良く改良することができる。これにより、カーボンブラック配合のゴム組成物においても、燃費性、安全性、経済性に優れる空気入りタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として天然ゴム（ＮＲ）及びジエン系合成ゴムからなるジエン系ゴムが使用され、その単独あるいは２種以上のブレンドで使用することができ、そのブレンド比率も特に制限を受けることはない。
【００１５】
ジエン系合成ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などが挙げられる。
【００１６】
上記ジエン系合成ゴムとしては、その分子量やミクロ構造などは特に制限されない。例えば、ＳＢＲの場合、その重合方法やスチレン量、ビニル含量などのミクロ構造、分子量、或いは水酸基やアミノ基等の官能基による末端変性の有無などにより制限されることはない。タイヤトレッド用としては、強度や低発熱性、耐摩耗性、加工性等に優れる従来よりトレッド用に用いられる溶液重合或いは乳化重合により得られるＳＢＲ、末端変性ＳＢＲの中から選択し使用することが好ましく、またスタッドレスタイヤ用には低温特性の良いＢＲとのブレンド使用が好ましい。
【００１７】
本発明のゴム組成物に使用されるカーボンブラックとしては、特に制限されることはないが、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が７０ｍ２／ｇ以上であり、ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であるものが好ましい。
【００１８】
このＮ２ＳＡが７０ｍ２／ｇ未満では充分な耐摩耗性が得られにくく、Ｎ２ＳＡがあまり大きすぎると低燃費性が悪化する原因となり、耐摩耗性及び低燃費性を考慮するとＮ２ＳＡの好ましい範囲は８０〜１４０ｍ２／ｇである。さらに、ＤＢＰが９０ｍｌ／１００ｇ未満では充分な耐摩耗性が得られにくく、大きすぎると破断時伸びが悪化する傾向にあり、ＤＢＰの好ましい範囲は、９０〜１４０ｍｌ／１００ｇである。なお、Ｎ２ＳＡはＡＳＴＭ３０３７に、ＤＢＰはＪＩＳ Ｋ６２２１に準拠して測定した値である。
【００１９】
これらのカーボンブラックは、具体的にはＳＡＦ，ＩＳＡＦ、ＨＡＦ，ＦＥＦ級のカーボンブラックが挙げられ、それらの２種以上をブレンド使用してもよい。
【００２０】
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１０〜１６０重量部であり、好ましくは２０〜１２０重量部、より好ましくは４０〜１００重量部である。カーボンブラックが１０重量部未満ではゴム組成物の補強性が確保できず、１６０重量部を超えると転がり抵抗特性や耐摩耗性が維持できないおそれが生じる。
【００２１】
本発明のゴム組成物においては、下記一般式（１）で表される有機シラン化合物がジエン系ゴム成分１００重量部に対し０．１〜１０重量部含有される。
【００２２】
Ｒ１ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉ  ・・・（１）
式中、ｍ、ｎは整数で、ｍ＋ｎ＝４である。Ｒ１は炭素数３〜２０のアルキル基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基である。好ましくは、ｎが１または２である。
【００２３】
Ｒ１は炭素数が３〜２０のアルキル基であり、このようなアルキル基としては、ジエチル、プロピル、ペンチル、イソペンチル、２級ペンチル、ネオペンチル、ターシャリペンチル、ヘキシル、２級ヘキシル、ヘプチル、２級ヘプチル、オクチル、２−エチルヘキシル、２級オクチル、ノニル、２級ノニル、デシル、２級デシル、ウンデシル、２級ウンデシル、ドデシル、２級ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、２級トリデシル、テトラデシル、２級テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、２級ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、ステアリル、イコシル、ドコシル、テトラコシル、トリアコンチル、２−ブチルオクチル、２−ブチルデシル、２−ヘキシルオクチル、２−ヘキシルデシル、２−オクチルデシル、２−ヘキシルドデシル、２−オクチルドデシル、２−デシルテトラデシル、２−ドデシルヘキサデシル、２−ヘキサデシルオクタデシル、２−テトラデシルオクタデシル基等が挙げられる。Ｒ１は上記に記載のアルキル基を２種類以上含んでいても良い。
【００２４】
Ｒ１の炭素数が３未満では、アルキル基がカーボンブラック表面の極性基と反応しカーボンブラックの凝集を抑制する作用が得られず、また、炭素数が２０を超えるとゴム物性への影響、特にゴム硬度の低下が予想され、耐摩耗性や転がり抵抗特性への悪影響が考えられる。
【００２５】
一般式（１）中のＲ２は、炭素数１〜３のアルキル基であり、すなわちメチル、エチル、プロピル基である。このＲ２は酸素原子と結合してアルコキシル基（Ｒ２Ｏ）を形成し、すなわちＲ２Ｏはメトキシ、エトキシ、プロポキシ基のいずれかであるが、メトキシ、エトキシ基が好ましく、カーボンブラック表面の極性基との相互作用に優れる。
【００２６】
すなわち、本発明にかかる有機シラン化合物は、Ｒ１が長鎖構造のアルキル基からなり、その長鎖は適度に長い鎖状であることが好ましく、Ｒ２Ｏはメトキシ、エトキシ基が好ましい。
【００２７】
このような有機シラン化合物は、メトキシ、エトキシ基がカーボンブラック表面のフェノール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基などの極性基と相互作用しカーボンブラックの凝集を抑制するとともに、他末端の長鎖構造アルキル基はカーボンブラック粒子同士の集合を防ぐ作用をすることで、カーボンブラックの分散性を向上するものと考えられる。
【００２８】
一般式（１）で表される有機シラン化合物としては、ｎ＝３の場合は、例えば、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリブトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリプロポキシシラン、ブチルトリブトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシランなどが挙げられる。
【００２９】
ｎが２の場合の有機シラン化合物としては、例えば、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジブトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジブチルジプロポキシシラン、ジブチルジブトキシシランなどが挙げられる。
【００３０】
また、ｎが１の場合の有機シラン化合物としては、例えば、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリメチルブトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリエチルプロポキシシラン、トリエチルブトキシシラン、トリプロピルメトキシシラン、トリプロピルエトキシシラン、トリプロピルプロポキシシラン、トリプロピルブトキシシラン、トリブチルメトキシシラン、トリブチルエトキシシラン、トリブチルプロポキシシラン、トリブチルブトキシシランなどが挙げられる。
【００３１】
上記有機シラン化合物の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して０．１〜１０重量部である。配合量が、０．１重量部未満では、カーボンブラック表面との相互作用が不十分で分散性が改善されず、１０重量部を超えると低発熱性が得られないばかりでなく、体積効果によりゴム自体が軟化し、ウェット性能を悪化させる原因となる。
【００３２】
また、本発明のゴム組成物は、シリカを含んでいてもよい。シリカとしては特に制限はなく、従来ゴム補強用として慣用されているもの、例えば乾式法シリカ、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などの中から適宜選択して用いることができるが、湿式法シリカが好適である。このシリカは、耐摩耗性及び低燃費性などの観点から、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００〜３００ｍ２／ｇの範囲にあるものが好適であり、その配合量はカーボンブラックとの合計量で１６０重量部以下であり、シリカ量の２〜２０重量％のシランカップリング剤を併用することが好ましい。
【００３３】
本発明のゴム組成物には、上記ゴム成分とカーボンブラック、有機シラン化合物、必要に応じシリカの他に、ゴム工業において通常に用いられる硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、プロセスオイル、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、加硫助剤などの各種配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じ適宜配合し用いることができる。
【００３４】
本発明のゴム組成物は、原料ゴムと上記成分に各種配合剤を配合しバンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどの各種混練機を使用して常法に従い作製することができ、タイヤのトレッドを始めとしてサイドウォール、ビード部などのタイヤ各部位に使用することができるが、特にカーボンブラックの分散状態を均一にすることで、耐摩耗性を損なわず転がり抵抗特性とウェット性能とがバランスするタイヤトレッド用ゴムとして好適に使用され、もちろんスタッドレスタイヤにも好適である。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００３６】
［ゴム組成物の調製］
有機シラン化合物としては、下記に示す３種類の有機シラン化合物Ａ〜Ｃを用いた。
【００３７】
［有機シラン化合物］
・有機シラン化合物Ａ：ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３（メチルトリメトキシシラン）
・有機シラン化合物Ｂ：Ｃ４Ｈ９Ｓｉ（ＯＣＨ３）３（ｎ−ブチルトリメトキシシラン）
・有機シラン化合物Ａ：Ｃ１０Ｈ２１Ｓｉ（ＯＣＨ３）３（ｎ−デシルトリメトキシシラン）
【００３８】
容量２０リットルのバンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合処方に従い、ゴム組成物を調製した。表１のゴム成分及びカーボンブラック、共通配合成分と配合量は以下の通りである。
【００３９】
［ゴム成分、カーボンブラック］
・ゴム成分：スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、旭化成工業（株）、ＴＵＦＤＥＮＥ３３３０（スチレン含有率＝３１％、オイル含量３７．５％）
・カーボンブラック（Ｎ３３９）：東海カーボン（株）、Ｎ３３９
【００４０】
［共通配合成分、配合量］
・亜鉛華：３重量部（三井金属鉱業（株）、亜鉛華１号）
・ステアリン酸：１重量部（花王（株）、ルナックＳ−２０）
・ワックス：１重量部（大内新興化学工業（株）、サンノック）
・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）
・老化防止剤ＲＤ：２重量部（大内新興化学工業（株）、ノクラック２２４）
・硫黄：２重量部（細井化学工業（株）、ゴム用粉末硫黄１５０メッシュ）
・加硫促進剤ＣＺ：１．５重量部（大内新興化学工業（株）、ノクセラーＣＺ）
【００４１】
［評価］
得られた各ゴム組成物について、転がり抵抗特性及びウェット性能（耐スキッド性）を下記の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００４２】
［転がり抵抗特性］
レオロジー社製のレオスペクトラを用い、６０℃、剪断ひずみ５％の条件でｔａｎδを測定した。ｔａｎδの値を比較例１を１００とした指数で示し、小さいほど転がり抵抗が小さく好ましい。
【００４３】
［ウェット性能］
耐スキッド性をスタンレー社製のポータブルスキッドテスターを用い、表面を水で濡らしたセーフティーウォーク路面（住友スリーＭ社製）上で、室温にて滑り抵抗を測定した。比較例１を１００とした指数で示し、大きいほど好ましい。
【００４４】
【表１】
2007224217.tif 000002
【００４５】
表１に示すように、炭素数３以上の長鎖アルキル基部分を有する有機シラン化合物Ｂ、Ｃを使用した実施例１〜４では、転がり抵抗特性（燃費性）とウェット性能をバランスよく両立し、比較例１に比べてカーボンブラック分散性の向上効果が得られることが知られる。一方、アルキル基の炭素数が３未満の有機シラン化合物Ａを用いた比較例２では転がり抵抗が悪化し、長鎖有機シラン化合物Ｃの配合量を多くしすぎた比較例３は転がり抵抗特性は小さくなるがウェット性能が悪化し両者のバランスが得られない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のゴム組成物は、低燃費性、安全性、耐久性に優れる空気入りタイヤのトレッドゴムに好適であり、乗用車用タイヤからトラック、バス用の大型タイヤ、またスタッドレスタイヤに使用することができる。