JP4705380B2 - スタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、詳しくは、氷雪路走行に使用されるスタッドレスタイヤに好適なゴム組成物に関するものである。

一般に、氷雪路走行に使用されるスタッドレスタイヤのトレッドゴムには、優れた氷上・雪上性能が要求される。従来、これらの性能を向上するために、トレッドゴムの低温での硬度を低く変形を容易にすることにより接地性を上げたり、あるいはまた、トレッドゴム組成物に硬質粒状体を配合してトレッド表面から突出させることにより、氷路面を引っ掻く作用を向上させるといったことが行われている（下記特許文献１，２参照）。

しかしながら、これらの技術では、氷上路面での十分な制動性が得られない場合がある。氷上路面とタイヤとの間には両者の摩擦熱などにより発生する水膜があり、この水膜が原因となって十分な氷上摩擦力が得られないためである。

かかる水膜を除去するため、下記特許文献３で提案されているように、フライポンタイト−シリカ複合体のような親水性素材を配合してゴムに親水性を持たせる手法が提案されている。同文献の方法では氷上路面での制動性に一定の改良効果は認められるものの、十分なレベルには達していない。
特開平１０−７８４１号公報。 特開平８−３３３４８６号公報。 特開２００１−１２３０１７号公報。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、氷上路面での制動性を向上することができるタイヤ用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、海藻由来の糖質高分子であるアルギン酸を原料としたアルギン酸の多価金属塩粒子を配合することで、ゴム組成物により高い親水性を持たせて、氷上路面における制動性を改良できることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、吸水性を持つアルギン酸多価金属塩粒子を１〜２０重量部含有することを特徴とするスタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物である。

前記のアルギン酸多価金属塩粒子としては、アルギン酸カルシウム粒子が好適であり、また平均粒径は１〜２００μｍであることが好ましい。更に、本発明のゴム組成物には、種子の殻又は果実の核を粉砕してなる植物性粒状体を同時に配合することが好ましい。

本発明によれば、配合されたアルギン酸多価金属塩粒子が、氷上路面とタイヤとの間に形成される水膜の水分を効果的に吸収することができるので、氷上路面における制動性に優れる。

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。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分として使用されるジエン系ゴムは、タイヤ用ゴム組成物として通常使用される各種のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどが挙げられる。特には、天然ゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドであることが好ましい。

本発明のゴム組成物に使用されるアルギン酸の多価金属塩粒子は、アルギン酸を原料として合成されるアルギン酸多価金属塩の微粒子であり、本発明では、平均粒径が１〜２００μｍのものが好ましく用いられる。かかるアルギン酸多価金属塩粒子は、吸水性に優れ、またその放散も速やかな吸排水性ポリマーであり、しかも吸水したときの膨潤が小さいことから、タイヤのトレッドゴムに配合した場合に、氷上路面とタイヤとの間にできる水膜の除去効果に優れ、氷上路面での制動性を向上させることができる。これは、トレッドゴム中では周囲のゴムにより粒子の体積変化が規制されるため、膨潤せずに吸水できる方が有利であるところ、上記アルギン酸多価金属塩粒子であると、吸水時の膨張が小さいので、ゴム中に均一に分散した状態でも、粒子そのものが持つ高い吸水性を十分に発揮させることができるからである。

アルギン酸多価金属塩粒子の原料であるアルギン酸は、β−Ｄ−マンヌロン酸（Ｍ）とα−Ｌ−グルロン酸（Ｇ）からなる直鎖状のポリウロニド多糖であり、マンヌロン酸からなるＭブロックと、グルロン酸からなるＧブロックと、マンヌロン酸とグルロン酸の混合からなるブロックとを有する分子構造であると考えられている。Ｍブロックは、比較的平坦な線状構造をしているが、Ｇブロックは捻じれたポケット構造をしており、このポケット構造にカルシウムイオンなどの多価金属イオンが入り込み、キレート性の塩を形成することで架橋点を形成し、ゲル化すると考えられている。そのため、架橋点を形成し得るグルロン酸含有率の高いアルギン酸の方がより硬度の高いゲルを形成し、吸水時における膨潤を抑えることができるので、グルロン酸の含有率は高いことが好ましく、両者の含有比（Ｍ／Ｇ）は１．０以下であることが好ましい。

上記多価金属塩としては、カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩などが挙げられるが、カルシウム塩が実用上好ましい。そのため、以下ではアルギン酸カルシウム粒子を例に挙げて説明するが、他の多価金属塩でも同様である。

上記のように、アルギン酸カルシウム粒子の平均粒径は１〜２００μｍであることが好ましい。１μｍ未満では吸水効果が不十分であり、逆に２００μｍを越えると耐摩耗性が悪化する傾向にある。より好ましい平均粒径の下限は５μｍ以上であり、上限は１００μｍ以下である。なお、該平均粒径は、レーザー光散乱方式粒度分布測定装置にて測定される値である。また、アルギン酸カルシウム粒子は、ＢＥＴ法による比表面積が０．１〜１０ｍ^２／ｇであることが好ましい。

このようなアルギン酸カルシウム粒子は、例えば、アルギン酸ナトリウムの水溶液を噴霧乾燥等により微粒子化し、これにカルシウム架橋処理を行うことで製造することができ、市販品としては、日清紡績株式会社製の「フラビカファインＳ」などが挙げられる。

該アルギン酸カルシウム粒子は、上記ジエン系ゴム１００重量部に対して１〜２０重量部配合されることが好ましく、より好ましくは２〜１０重量部である。配合量が１重量部未満では吸水効果が不十分であり、逆に２０重量部を越えると耐摩耗性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物には、アルギン酸カルシウム粒子とともに植物性粒状体が配合されることが好ましい。アルギン酸カルシウム粒子と植物性粒状体とを併用することによって、アルギン酸カルシウム粒子の水膜除去効果と、植物性粒状体の掘り起こし効果とにより、氷上路面における制動性を飛躍的に向上させることができる。

かかる植物性粒状体としては、氷の硬さより硬い、換言すればモース硬度が２以上である胡桃（クルミ）、椿などの種子の殻、あるいは桃、梅などの果実の核を公知の方法で粉砕してなる粉砕粒状体が挙げられる。該植物性粒状体の粒径は特に限定されないが、１００〜６００μｍのものが好ましく用いられる。１００μｍ未満であると、トレッドに用いた場合に、該トレッドに形成される突起が小さくなって引っ掻き効果が小さくなる可能性がある。また、６００μｍを越えると、一定重量に対する個数が少なくなって突起も少なくなり、引っ掻き効果が小さくなる可能性がある。

また、該植物性粒状体としては、ゴムとのなじみを良くして植物性粒状体の脱落を防ぐために、ゴム接着性改良剤で表面処理されたものを用いてもよく、また、表面処理されたものと表面処理されていないものとを混合して使用することもできる。ゴム接着性改良剤としては、レゾルシン・ホルマリン樹脂初期縮合物とラテックスの混合物を主成分とするもの（ＲＦＬ液）が好ましいものとして挙げられる。該混合物は、例えば、レゾルシン１モルに対しホルマリン又はヘキサメチレンアルデヒド１〜２モルの比率で両者を水に溶解し、少量の苛性ソーダ又は苛性カリ水溶液を添加して熟成し、得られたレゾルシン・ホルマリン樹脂初期縮合物を、天然ゴムラテックスまたはジエン系ゴムラテックスあるいは両者の混合物に、固形分換算でラテックス１００重量部に対し１０〜８０重量部の比率で添加混合したものである。

上記植物性粒状体は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、１〜２０重量部配合されることが好ましく、より好ましくは、３〜１０重量部配合することである。配合量が１重量部未満では掘り起こし効果が小さく、逆に２０重量部を越えると耐摩耗性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、カーボンブラックやシリカなどの補強性充填剤、シランカップリング剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤのトレッドゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

以上よりなる本発明のタイヤ用ゴム組成物は、スタッドレスタイヤのトレッド部のためのゴム組成物として好適に用いられ、常法に従い加硫成形することにより、該トレッド部を形成することができる。そして、このゴム組成物からなるトレッド部であると、アルギン酸カルシウム粒子を配合したことにより、氷上路面における水膜除去効果に優れ、そのため、氷上路面での制動性を大幅に向上することができる。また、特に、植物性粒状体と併用することにより、アルギン酸カルシウム粒子によって水膜が除去された氷上路面に対し、植物性粒状体の掘り起こし効果を有効に発揮させることができるので、氷上路面での滑り防止効果をより一層高めることができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合に従い、スタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物を調製した。表１中の各成分は以下の通りである。

・天然ゴム：ＲＳＳ３号
・ブタジエンゴム：ＪＳＲ製「ＢＲ０１」
・アルギン酸カルシウム粒子：日清紡績製「フラビカファインＳ」（平均粒径＝２０μｍ、ＢＥＴ法による比表面積＝１〜２ｍ^２／ｇ）
・植物性粒状体：日本ウォルナット製「ソフトグリッド＃４６」（平均粒径３００μｍのクルミ殻粉末）
・フライポンタイト−シリカ複合体：水澤化学製「ミズカナイトＨＰ」。

各ゴム組成物には、共通配合として、カーボンブラック（東海カーボン製「シーストＫＨ」）２５重量部、シリカ（日本シリカ製「ニップシールＡＱ」）２５重量部、シランカップリング剤（デグサ社製「Ｓｉ６９」）２重量部、パラフィンオイル（ＪＯＭＯ製「プロセスＰ２００」）２０重量部、亜鉛華（三井金属製「亜鉛華１種」）２重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２０」）２重量部、老化防止剤（住友化学製「アンチゲン６Ｃ」）２重量部、ワックス（日本精鑞製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」）２重量部、硫黄（鶴見化学製「粉末硫黄」）１重量部、加硫促進剤（住友化学製「ソクシノールＣＺ」）１．５重量部を配合した。

得られた各ゴム組成物について硬度を測定した。また、各ゴム組成物を用いてスタッドレスタイヤを作製して、耐摩耗性と氷上路面における制動性能（アイス制動指数）を評価した。タイヤサイズは１８５／７０Ｒ１４として、そのトレッドに各ゴム組成物を適用し、定法に従い加硫成形することにより製造した。各使用リムは１４×６ＪＪとした。各測定・評価方法は次の通りである。

・硬度：ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したタイプＡデュロメーターを使用し、２３℃で測定した。

・耐摩耗性：上記タイヤを２０００ｃｃのＦＦ車に装着し、２５００ｋｍ毎に前後ローテーションして、１００００ｋｍ走行後の残溝（４本のタイヤの残溝の平均値）を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど耐摩耗性が良好であることを示す。

・アイス制動指数：上記タイヤを２０００ｃｃのＦＦ車に装着し、氷盤路（−５±３℃）上で４０ｋｍ／ｈ走行からＡＢＳ作動させて制動距離を測定し（ｎ＝１０の平均値）、比較例１を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど制動距離が短く、制動性能に優れることを示す。

結果は表１に示すとおりであり、アルギン酸カルシウム粒子を配合した実施例１〜３では、植物性粒状体単独使用の比較例２や、フライポンタイト−シリカ複合体を配合した比較例３よりもアイス制動性に優れていた。特に、アルギン酸カルシウム粒子と植物性粒状体を併用した実施例２，３では、アイス制動性が大幅に向上していた。なお、比較例４では、アルギン酸カルシウム粒子の配合量が多すぎたため、耐摩耗性に劣っていたが、実施例１〜３では、耐摩耗性を損なうことなく、アイス制動性が改良されていた。

本発明に係るゴム組成物は、氷上路面での制動性に優れるため、主としてスタッドレスタイヤのトレッドを構成するゴムに好適に利用することができる。

Claims (4)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対し、吸水性を持つアルギン酸多価金属塩粒子を１〜２０重量部含有することを特徴とするスタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物。
2. 前記アルギン酸多価金属塩粒子がアルギン酸カルシウム粒子である請求項１記載のスタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物。
3. 前記アルギン酸多価金属塩粒子の平均粒径が１〜２００μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のスタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物。
4. 種子の殻又は果実の核を粉砕してなる植物性粒状体を更に含有する請求項１〜３のいずれかに記載のスタッドレスタイヤ用トレッドゴム組成物。