JP2007231177A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性及び耐カット／チップ性を損なうことなく、耐摩耗性と発熱性を高度に向上させる。
【解決手段】ジエン系ゴム１００重量部に対して、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０５〜１１５ｍｌ／１００ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が９０〜１１０ｍｇ／ｇ、ＩＡに対するＮ_２ＳＡの比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２５〜１．３０（ｍ^２／ｍｇ）であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合した重荷重用タイヤトレッドに好適なタイヤトレッド用ゴム組成物である。

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、詳しくは、特定のカーボンブラックを用いることにより、耐摩耗性と低発熱性を向上させた重荷重用タイヤに好適なタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

トラックやバスなどに使用される重荷重用タイヤにおいては、トレッド部の耐摩耗性を向上することが重要である。従来、耐摩耗性を向上するための方策として、ゴム成分として用いるブタジエンゴムについてシス−１，４含有量の高いハイシスタイプのものを使用したり、あるいは、充填剤としてのカーボンブラックについて、小粒径のものを使用したり、ストラクチャーの高いものを使用したり、添加量を増量したりなどといった方策が提案されている。

これら従来の方策を用いると確かに耐摩耗性の向上は見込まれるが、近年の高度な耐摩耗性の要求を満足するには至らず、また、重荷重タイヤ用トレッドゴムとして必要な低発熱性、耐カット／チップ性などの特性に悪影響を及ぼす欠点がある。

タイヤトレッド用ゴム組成物において、耐摩耗性と低発熱性を両立するため、従来、種々の提案がなされている（下記特許文献１〜６参照）。しかしながら、これらいずれの文献にも、本発明で使用した特定のカーボンブラックについては開示されておらず、また、該カーボンブラックをタイヤトレッド用ゴム組成物に用いることにより、加工性及び耐カット／チップ性を損なうことなく、耐摩耗性と低発熱性を大幅に改良できることについて開示されていない。

例えば、下記特許文献４には、ジエン系ゴム１００重量部に対して、Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）＝１２５〜１７０、ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）／Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）＝０．７５〜１．２、Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）／ＩＡ（ｍｌ／ｇ）＝１．０５〜１．３５、ＴＩＮＴ≧−１００（Ｄａ／Ｄｓｔ）＋２４９、（但しＤａ（ｎｍ）＝（２５４０＋７１（ＤＢＰ））／Ｎ_２ＳＡ）の各関係を満たす特性値を有するカ−ボンブラックを、３５〜６０重量部を配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物が提案されている。また、その実施例４には、Ｎ_２ＳＡが１２９ｍ^２／ｇ、ＩＡが９９ｍｌ／ｇ、Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）／ＩＡ（ｍｌ／ｇ）が１．３０であるカーボンブラックを配合したトレッド用ゴム組成物が開示されている。しかしながら、このカーボンブラックはストラクチャーの指標となるＤＢＰ吸油量が高すぎ、そのため、ゴム組成物のモジュラスが大きくなり、モジュラスを合わせるためにはカーボンブラックの配合量を少なくしなければならず、結果として補強性が低下して、耐カット／チップ性が損なわれてしまうという問題がある。
特開２００４−２５６７５６号公報 特開２００４−５９８０３号公報 特開２００１−１２３００８号公報 特開２００１−２８３５号公報 特開平６−１８４３６２号公報 特開平４−１７０４４８号公報

本発明は、加工性及び耐カット／チップ性を損なうことなく、耐摩耗性と発熱性を高度に向上させることの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。

本発明者は、カーボンブラックの特性に着目して鋭意検討した結果、一定のストラクチャー指数と表面活性度を規定することによって、耐カット／チップ性を損なうことなく、低発熱性と耐摩耗性を高度に向上させることができ、しかも、ヨウ素吸着量と窒素吸着比表面積の値を規定することで、耐摩耗性と低発熱性の更なる向上を図るとともに、加工性の悪化を防ぐことが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トレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０５〜１１５ｍｌ／１００ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が９０〜１１０ｍｇ／ｇ、ＩＡに対するＮ_２ＳＡの比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２５〜１．３０（ｍ^２／ｍｇ）であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合したことを特徴とするものである。

本発明のゴム組成物において、前記ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム９５〜５０重量％と、シス−１，４結合含有量が９５％以上のブタジエンゴム５〜５０重量％からなることが好ましい。

本発明によれば、タイヤトレッド用ゴム組成物に配合するカーボンブラックについて、ストラクチャーの指標となる２４Ｍ４ＤＢＰを高い所定レベルに維持しながら、表面活性の指標となるＮ_２ＳＡ／ＩＡを１．２５〜１．３０と高くしてゴムポリマーとのネットワークをより強くすることにより、耐カット／チップ性を損なうことなく、耐摩耗性と低発熱性を改良することができる。また、同時に、Ｎ_２ＳＡとＩＡの値を低くすることで、カーボンブラック表面の細孔を減らし、耐摩耗性、発熱性を改良するとともに、加工性の悪化を抑制することができる。

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、ゴム成分として用いられるジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはいずれか一種を単独で用いても、２種以上ブレンドして用いてもよい。

好ましくは、ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム１００〜５０重量％と、ブタジエンゴム０〜５０重量％からなることである。すなわち、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの単独、あるいは、これとブタジエンゴムとのブレンドであることが好ましい。ブレンドする場合、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムが５０重量％以上で、ブタジエンゴムが５０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムが５０〜９５重量％で、ブタジエンゴムが５〜５０重量％である。

上記ブタジエンゴムとしては、シス−１，４結合含有量が９５％以上であるハイシスタイプのものが、耐摩耗性を向上させる上で好ましい。ここで、シス−１，４結合含有量は、赤外吸収スペクトル法（モレロ法）により測定される値である。

本発明のゴム組成物に使用されるカーボンブラックは、圧縮ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０５〜１１５ｍｌ／１００ｇである特性を満足するものである。２４Ｍ４ＤＢＰは、カーボンブラックのストラクチャーの指標となるものであり、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３に準じて測定されるものであって、本発明では上記数値範囲内の高ストラクチャー品を用いる。２４Ｍ４ＤＢＰが上記範囲未満であると、高度な耐摩耗性向上効果が得られない。一方、上記範囲を超えると、ゴム組成物のモジュラスが高くなりすぎ、モジュラスを合わせるためにはカーボンブラックの配合量を少なくする必要が生じ、そのため結果として補強性が低下して、耐カット／チップ性が損なわれてしまう。

該カーボンブラックは、ＳＡＦ級のカーボンブラックであることが好ましい。すなわち、ＡＳＴＭ Ｄ１７６５において粒子径によって分類されてコード化された１００番台の小粒径カーボンブラックが用いられる。

また、該カーボンブラックは、ヨウ素吸着量（ＩＡ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）の比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２５〜１．３０（ｍ^２／ｍｇ）を満足するものである。この比は、カーボンブラックの表面活性の指標となるものであり、本発明では上記数値範囲内の高表面活性品を用いる。窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７に準じて測定される値であり、ヨウ素吸着量（ＩＡ）は、ＡＳＴＭ Ｄ１５１０に準拠して測定される値である。

このように該カーボンブラックは、粒子径及びストラクチャーを高いレベルで維持しながら、表面活性度を高くしてポリマーとのネットワークをより強くすることにより、耐摩耗性と低発熱性を改良することができる。

また、該カーボンブラックは、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇ、かつ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が９０〜１１０ｍｇ／ｇの特性を満足するものである。このように、表面活性度を高くしながら、Ｎ_２ＳＡとＩＡの値を低くすることにより、カーボンブラック表面の細孔を減らし、加工性の悪化を抑制することができ、また、耐摩耗性と低発熱性の更なる改良を図ることができる。

該カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して４０〜６０重量部である。該カーボンブラックの配合量が４０重量部未満であると補強性が十分でなく耐摩耗性が低下し、また、６０重量部を超えると加工性や低発熱性が低下する。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、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、重荷重用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ゴム組成物によれば、加工性及び耐カット／チップ性を損なうことなく、耐摩耗性と発熱性を高度に向上させることができるので、空気入りタイヤのトレッドゴムとして好適に用いることができ、特に、高荷重下で使用され、高度な耐摩耗性と耐カット／チップ性が要求される重荷重用タイヤトレッドに好適に用いられる。

かかるゴム組成物の調製には、バンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどの各種混合機を用いて行うことができ、混練されたゴム組成物をタイヤトレッドゴムとして用いて、常法に従い加硫成形することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

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。

実施例１〜５及び比較例１〜７
バンバリーミキサーを使用し、実施例１〜５及び比較例１〜７のタイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。各ゴム組成物の配合は、以下の通りである。

天然ゴム（ＲＳＳ３号） ８０重量部
ブタジエンゴム（シス１，４結合＝９５％、ＪＳＲ社製「ＢＲ０１」） ２０重量部
カーボンブラック 表１記載の通り
亜鉛華（三井金属社製「亜鉛華１号」） ３重量部
ステアリン酸（日本油脂社製） ３重量部
老化防止剤（モンサント社製「６ＰＰＤ」） １重量部
硫黄（鶴見化学工業社製） ２重量部
加硫促進剤（三新化学社製「ＴＢＢＳ」） １重量部。

カーボンブラックの特性は下記表１に示す通りである。比較例１〜３のカーボンブラックは、いずれも市販のＡＳＴＭグレードＳＡＦ、ＩＳＡＦ級のカーボンブラックであり、比較例１は東海カーボン社製「シースト９」、比較例２は東海カーボン社製「シースト６」、比較例３は東海カーボン製「シースト７ＨＭ」である。

また、比較例４〜７及び実施例１〜５のカーボンブラックは、炉頭部に空気供給口と炉軸方向に装着された燃焼バーナーを備える燃焼室と、この燃焼室と同軸に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の径小の反応室及び径大の反応室とにより構成されるオイルファーネス炉を用いて、下記表１に示すような特性を持つように、原料油の導入条件、空気導入条件、燃料油導入条件、冷却条件を調整することにより得られたものである。なお、実施例４と実施例５のカーボンブラックは同一品である。

各ゴム組成物について、加工性を評価するとともに、引張試験を行って、３００％モジュラス、破断強度および破断伸びを測定し、また、耐摩耗性、低発熱性、耐カット／チップ性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・加工性：ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して、予熱１分、測定４分、温度１００℃でのムーニー粘度を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。数値が小さいほど粘度が低く、加工性に優れることを示す。

・引張試験：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、３００％モジュラス、破断強度および破断伸びを測定し（ダンベル状３号形）、比較例１の値を１００とした指数で表示した。

・耐摩耗性：ＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠したランボーン法により、標準条件：スリップ率３０％、負荷荷重４０Ｎ、落砂量２０ｇ／分で測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。数値が大きいほど耐摩耗性に優れることを示す。

・低発熱性：東洋精機製スペクトロメータを用いて６０℃での粘弾特性ｔａｎδを周波数１０Ｈｚ、初期伸張１０％、歪振幅２％として測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。数値が小さいほど低発熱性に優れることを示す。

・耐カット／チップ性：ＪＩＳ Ｋ６２５２（クレセント形）に準拠して測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。数値が大きいほど耐カット／チップ性に優れることを示す。

結果は表１に示す通りであり、比較例１〜３のカーボンブラックでは、小粒径品であるものの、ストラクチャー及び表面活性度が低いものであるため、耐摩耗性と低発熱性の改良効果が低く不十分であった。また、比較例４，５では、カーボンブラックのストラクチャーは高いものの表面活性度が低いため、加工性は良好も耐摩耗性の改良効果が不十分であった。比較例６では、カーボンブラックのストラクチャーと表面活性度が高いため、耐摩耗性、低発熱性ともに改良されていたが、Ｎ_２ＳＡとＩＡの値が高いため、加工性が大幅に悪化しており、また、耐摩耗性と低発熱性の改良効果も十分と言えるレベルのものではなかった。更に、比較例７では、カーボンブラックの表面活性度が高く、また、Ｎ_２ＳＡとＩＡの値も低いものであったが、ストラクチャーが低いため、耐摩耗性と低発熱性の改良効果が不十分であり、また、耐カット／チップ性の低下も見られた。

これに対し、実施例１〜５では、カーボンブラックのストラクチャーを所定の高いレベルで維持しながら、表面活性度の指標であるＮ_２ＳＡ／ＩＡの値が１．２５以上と高く、さらにＮ_２ＳＡとＩＡの値が低いため、耐摩耗性、低発熱性とも高度に改良されており、さらに加工性の悪化や耐カット／チップ性の悪化が抑制されていた。なお、実施例５では、カーボンブラックの配合量を少なくし、モジュラスを同じところで評価した場合でも、十分な耐摩耗性が得られ、更なる低発熱化が達成されていた。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、各種空気入りタイヤのトレッドゴムとして用いることができ、特に、トラックやバスなどに使用される大型タイヤ、即ち重荷重用タイヤのトレッドゴムとして好適に用いることができる。

Claims (2)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対して、
   圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０５〜１１５ｍｌ／１００ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が９０〜１１０ｍｇ／ｇ、ＩＡに対するＮ_２ＳＡの比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２５〜１．３０（ｍ^２／ｍｇ）であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合した
   ことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム９５〜５０重量％と、シス−１，４結合含有量が９５％以上のブタジエンゴム５〜５０重量％からな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。