JP4076813B2

JP4076813B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP4076813B2
Application number: JP2002221816A
Authority: JP
Inventors: 洋一水野; 洋敏大槻; 道夫平山; 博一石田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: JP2004059803A

Description

【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。さらに詳しくは、耐疲労特性を低下させることなく耐摩耗性を向上させながら、低燃費性能に優れるタイヤトレッド用ゴム組成物、とりわけ重荷重用タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トラック、バスなどの重荷重用タイヤにおいては、耐摩耗性能が最重要視されてきており、タイヤライフ向上を目的とした配合、パターン開発が進められてきた。
【０００３】
一方、近年では、省エネ、低発熱性の観点から、ヒステリシスの低い配合もまた必要になってきている。したがって、タイヤ、とくに重荷重用タイヤにおいては、耐摩耗性を大幅に向上させながら、発熱性が低く、低燃費性に優れる配合開発が必要になってきている。
【０００４】
耐摩耗性改善手法の一つとして、カーボンブラックの粒子径を細かくしてポリマーとの相互作用を高めることによって、耐摩耗性を向上させる手法が取られている。しかし、カーボンブラックの粒子径を細かくすると、発熱性が高くなり燃費がわるくなるという問題があった。
【０００５】
そのほかに、１次粒子のつながりを高くした（ハイストラクチャ化）カーボンブラックをゴム組成物に配合すると、耐摩耗性と低発熱性が改善される技術が知られている。しかし、１次粒子のつながりを高くしすぎると、伸びなどの耐疲労特性が低下する傾向にあった。
【０００６】
また、カーボンブラックの表面活性度を向上させると、耐摩耗性と低発熱性が改善される技術が知られている。しかし、表面活性度を高くしすぎると、耐摩耗性の改善が不充分になったり、伸びなどの耐疲労特性が低下する傾向にあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低燃費性および耐疲労特性を良好に保ちながら、耐摩耗性を大幅に向上し得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】
前記課題を解決するために検討した結果、ブタジエンゴム（ＢＲ）を特定比率で配合したジエン系ゴムに、特定の範囲の粒径、ストラクチャー、表面活性度を有するカーボンブラックを特定量配合することによって、本発明の目的に達し得ることを見いだした。
【０００９】
また、前記ＢＲのタイプに関しても、リニアリティを示すトルエン溶液粘度と分子量を示すムーニー粘度に関して良好な領域があることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、ブタジエンゴム１５〜３０重量％を含有するジエン系ゴム成分１００重量部に対して、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１４５〜１５１ｍ²／ｇ、圧縮ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０４〜１１０ｍｌ／１００ｇ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）に対するＣＴＡＢの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）が０．９５〜１．０４ｍ²／ｍｇ、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１６４〜１７０ｍ²／ｇであるカーボンブラック５０〜５６重量部を含有するタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【００１１】
前記ブタジエンゴムは、ムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄、１００℃）が４０以上、５％トルエン溶液粘度（５％Ｔ−ＣＰ、２５℃）が１００以上であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴムに特定のカーボンブラックを特定量配合してなる。
【００１３】
本発明に使用される前記ジエン系ゴムは、耐摩耗性を改善させる目的でブタジエンゴム（ＢＲ）を１５〜３０重量％、好ましくは１７〜２７重量％含有する。ジエン系ゴムに占めるＢＲの配合量が１５重量％未満では、耐摩耗性改善の効果が不充分であり、耐亀裂成長性も劣る。一方、ＢＲの配合量が３０重量％より多くなると発熱性が高くなり、低燃費性が低下する。
【００１４】
前記ＢＲは、分子量に関しては高いほうが、また、分子構造に関して直鎖状であるほうが、耐摩耗性と低発熱性のバランスが優れており好ましい。本発明では、前記分子量の指標としてムーニー粘度を、また、前記直鎖状の指標としてトルエン溶液粘度を用いる。
【００１５】
前記ＢＲの１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄、１００℃）は、４０以上、とくには４３〜５３であることが好ましい。前記ムーニー粘度が４０未満では、耐摩耗性および低燃費性の大幅な改善がみられない傾向があり、５３より大きいと、加工性が低下し、耐摩耗性および低燃費性のさらなる改善がみられない傾向がある。前記ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄は、ＪＩＳＫ６３００に準じて求めた。
【００１６】
前記ＢＲの２５℃における５％トルエン溶液粘度（５％Ｔ−ＣＰ）は、１００以上、とくには１００〜１３０であることが好ましい。５％Ｔ−ＣＰが１００未満では、耐摩耗性および低燃費性の大幅な改善がみられない傾向があり、１３０より大きいと、加工性が著しく劣る傾向がある。
【００１７】
前記ジエン系ゴムにおいて、前記ＢＲ以外に本発明に使用されるジエン系ゴムとしては、通常タイヤトレッドに使用されるジエン系ゴムであれば、とくに限定されず、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などがあげられ、これらは単独で、または２種類以上を混練りして用いられる。
【００１８】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物に配合される前記カーボンブラックは、特定の範囲の粒径、ストラクチャー、表面活性度を有する。
【００１９】
本発明では、前記カーボンブラックの粒径、ストラクチャーおよび表面活性度に対して、それぞれセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）、圧縮ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）およびヨウ素吸着量（ＩＡ）に対するＣＴＡＢの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）の値を指標とする。
【００２０】
前記カーボンブラックのＣＴＡＢは、１４５〜１５１ｍ²／ｇ、好ましくは１４６〜１５０ｍ²／ｇである。前記カーボンブラックのＣＴＡＢが１４５ｍ²／ｇ未満では、耐摩耗性の改善が不充分となり、１５１ｍ²／ｇをこえると発熱性が高くなり、低燃費性が低下する。ＣＴＡＢは、ＪＩＳＫ６２１７−３に準じて求めた。
【００２１】
前記カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰは、１０４〜１１０ｍｌ／１００ｇ、好ましくは１０５〜１１０ｍｌ／１００ｇである。前記カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰが１０４ｍｌ／１００ｇ未満では、耐摩耗性および低発熱性の改善が不充分となり、１１０ｍｌ／１００ｇをこえると伸びなどの耐疲労特性が低下する。２４Ｍ４ＤＢＰは、ＪＩＳＫ６２１７−４に準じて求めた。
【００２２】
前記カーボンブラックは、ヨウ素吸着量（ＩＡ）が１４６〜１５２ｍｇ／ｇであることが好ましい。前記カーボンブラックのＩＡが１４６ｍｇ／ｇ未満では、耐摩耗性の改善が不充分となる傾向があり、１５２ｍｇ／ｇをこえると発熱性が高くなり、低燃費性が低下する傾向がある。ＩＡは、ＪＩＳＫ６２１７−１に準じて求めた。
【００２３】
前記カーボンブラックのＣＴＡＢ／ＩＡは、０．９５〜１．０４ｍ²／ｍｇ、好ましくは０．９５〜１．０３ｍ²／ｍｇ、とくに好ましくは０．９６〜１．０３ｍ²／ｍｇである。前記カーボンブラックのＣＴＡＢ／ＩＡが０．９５ｍ²／ｍｇ未満では、耐摩耗性および低発熱性の改善が不充分となり、１．０４ｍ²／ｍｇをこえると摩耗性の改善が不充分になったり、伸びなどの耐疲労特性が低下したりする。
【００２４】
また、前記カーボンブラックは、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１６４〜１７０ｍ²／ｇである。前記カーボンブラックのＮ₂ＳＡが１６４ｍ²／ｇ未満では、耐摩耗性の改善が不充分となり、１７０ｍ²／ｇをこえると発熱性が高くなり、低燃費性が低下する。Ｎ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７−２に準じて求めた。
【００２５】
前記カーボンブラックは、ＩＡに対するＮ₂ＳＡの比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が１．０７〜１．１７ｍ²／ｍｇであることが好ましい。前記カーボンブラックのＮ₂ＳＡ／ＩＡが１．０７ｍ²／ｍｇ未満では、耐摩耗性および低発熱性の改善が不充分になる傾向があり、１．１７ｍ²／ｍｇをこえると耐摩耗性の改善が不充分になり、伸びなどの耐疲労特性が低下する傾向がある。
【００２６】
前記カーボンブラックは、通常のジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が１２３〜１２９ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。前記カーボンブラックのＤＢＰが１２３ｍｌ／１００ｇ未満では、耐摩耗性および低発熱性の改善が不充分となる傾向があり、１２９ｍｌ／１００ｇをこえると伸びなどの耐疲労特性が低下する傾向がある。ＤＢＰは、ＪＩＳＫ６２１７−４の測定方法により求めた。
【００２７】
かかるカーボンブラックは、通常のカーボンブラック製造方法により得られる。具体的には、たとえばファーネス法などの方法において、原料導入量、燃焼用空気導入量、燃焼用空気の酸素含有率、反応温度、反応時間などの因子を適宜調節することにより、前述の各要件をみたすカーボンブラックが得られる。
【００２８】
本発明における前記カーボンブラックの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、５０〜５６重量部、好ましくは５０〜５５重量部である。カーボンブラックの配合量が５０重量部より少ないと、剛性が低くなり耐摩耗性が不充分であり、５６重量部より多いと発熱が多くなり、かえって耐摩耗性能は低下する。
【００２９】
前述のとおり、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、前記ジエン系ゴムに前記カーボンブラックを特定量配合することにより、低燃費性および耐疲労特性を良好に保ちながら、耐摩耗性を大幅に向上し得た。
【００３０】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、前記ジエン系ゴム成分、カーボンブラックのほかに、通常タイヤトレッド用ゴム組成物に用いられる配合剤、たとえば、シリカなどの補強剤、シランカップリング剤、オイル、ステアリン酸、ワックス、老化防止剤、硫黄などの架橋剤、架橋助剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。
【００３１】
低燃費化の観点からは、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物に、補強剤としてシリカを用いることが効果的である。しかし、とくにトラック、バスなどの重荷重用タイヤのトレッドゴムにおいては、高過酷条件においての耐摩耗性が劣るという難点がある。
【００３２】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、前記ジエン系ゴム、カーボンブラックおよび必要に応じてそのほかの配合剤を、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りすることにより得られる。
【００３３】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、タイヤトレッド、とくに重荷重用タイヤトレッドに適用されることにより、低燃費性および耐疲労特性を良好に保ちながら、耐摩耗性を大幅に向上し得るタイヤが得られる。
【００３４】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。なお、実施例および比較例では、以下の各材料を用いた。
【００３５】
（材料）
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＢＲ：ＢＲ１〜４
カーボンブラック：
Ｎ１１０：三菱化学（株）製のダイアブラックＡ
カーボンＡ〜Ｈ
老化防止剤：精工化学社製のオゾノン６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の銀嶺Ｒ
硫黄：鶴見化学（株）製の硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
【００３６】
ブタジエンゴム（ＢＲ１〜４）およびカーボンブラック（カーボンＡ〜Ｈ）については、通常のＢＲおよびカーボンブラック製造方法により、それぞれ得た。
【００３７】
ＢＲ１〜４の物性を表２に、また、カーボンブラック（Ｎ１１０およびカーボンＡ〜Ｈ）の物性を表３に示す。
【００３８】
なお、表２における１００℃でのＭＬ₁₊₄は、ＪＩＳＫ６３００に準じて測定した。また、２５℃での５％Ｔ−ＣＰは、ポリマーをトルエンに５重量％になるように溶解したのち、粘度校正用標準液（ＪＩＳＺ８８０９）を用いて、キャノンフェスケ粘度計によって２５℃で測定した。同様に、表３におけるＣＴＡＢはＪＩＳＫ６２１７−３に、２４Ｍ４ＤＢＰはＪＩＳＫ６２１７−４に、ＩＡはＪＩＳＫ６２１７−１に、Ｎ₂ＳＡはＪＩＳＫ６２１７−２に、ＤＢＰはＪＩＳＫ６２１７−４に準じて、それぞれ測定した。
【００３９】
実施例１〜１０および比較例１〜１０
（加工方法）
表１に示す基本配合から硫黄、加硫促進剤を除いた配合をバンバリーで約１５０℃で５分混練りする。その後得られたゴム組成物に、硫黄、加硫促進剤を加えて２軸オープンロールで約８０℃で５分間練り込んだ。得られたトレッド用ゴム組成物を１５０℃４５分で加硫した。得られた加硫ゴムの物性を、以下に示す試験方法を行ない評価した。
【００４０】
また、本発明のトレッド用ゴム組成物を用いて１５０℃４５分２０ｋｇｆの条件にて加硫を行ない、１１Ｒ２２．５のトラック用タイヤを製造した。
【００４１】
（試験方法）
（１）損失正接（粘弾性試験）
調製した新品タイヤのトレッドゴム組成物から試験片を作成し、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターで周波数１０Ｈｚ、動歪１．０％の条件下で６０℃の損失正接（ｔａｎδ）の測定を行なった。
【００４２】
いずれもｔａｎδ値の逆数を求め、比較例１のそれを１００として指数で示した。指数が大きいほどｔａｎδが低く性能が良好であり、発熱性が低く低燃費化が可能であることを示している。
【００４３】
（２）耐摩耗性
調製したラボのゴム組成物から試験片を作成し、（株）岩本製作所製のランボーン摩耗試験機を用いて、表面回転速度５０ｍ／ｍｉｎおよび落砂量１５ｇ／ｍｉｎで、温度２０℃、スリップ率２５％、試験時間３分間として低シビア条件（低過酷度条件）、高シビア条件（高過酷度条件）にて試験を実施し、容積損失を測定し、損失量を求めた。なお、低シビア条件（低過酷度条件）は負荷荷重２．５ｋｇにて、また、高シビア条件（高過酷度条件）は負荷荷重４．５ｋｇにて試験を実施した。
【００４４】
いずれも損失量の逆数を求め、比較例１のそれを１００として指数で示した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れる。
【００４５】
（３）引張試験
調製した新品タイヤのトレッドゴム組成物からＪＩＳ−Ｋ６２５１に準じて３号ダンベルを用いて引張り試験を実施し、破断時伸びＥＢ（％）を測定した。
【００４６】
いずれも、比較例１のＥＢを１００として指数で示した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れる。
【００４７】
（４）タイヤ転がり抵抗
製造したトラックタイヤを用いて、速度８０ｋｍ／ｈ、空気圧８００ｋＰａ、荷重３０ｋＮの条件下で転がり抵抗を測定した。
【００４８】
いずれも転がり抵抗の値の逆数を求め、比較例１のそれを１００として指数で示した。指数が大きいほど転がり抵抗が低く、発熱性が低く低燃費性に優れる。
【００４９】
（５）摩耗ロードテスト
３分割トレッドのトラックタイヤを試作し、主に高速道路を走行する１０１トラックに装着して２０万ｋｍ走行後の残溝を測定し、耐摩耗性を比較した。
【００５０】
いずれも、比較例１の残溝を１００として指数で示した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れる。
【００５１】
結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
【表２】

【００５４】
【表３】

【００５５】
ＢＲを特定比率で含むジエン系ゴムに、ＣＴＡＢ、２４Ｍ４ＤＢＰ、ＣＴＡＢ／ＩＡ、Ｎ₂ＳＡが特定の範囲にあるカーボンブラック（カーボンＣ、Ｄ、Ｅ）を特定量配合した実施例１〜１０は、従来のカーボンブラックを配合した比較例１と比べて耐摩耗性が優れ、ＥＢ、損失正接およびタイヤ転がり抵抗が良好であることがわかる。このことは、実施例のゴム組成が、耐摩耗性を大幅に向上させながら、低燃費性および耐疲労特性を良好に保ち得ることを示している。
【００５６】
一方、前述の物性値が特定の範囲から外れるカーボンブラックを配合した比較例２〜６では、損失正接および／またはＥＢが低下した。
【００５７】
ジエン系ゴム１００重量部に対する、カーボンブラックの配合量が５０重量部より少なかった比較例７では、耐摩耗性が改善されたが、充分ではなかった。また、カーボンブラックの配合量が５６重量部より多かった比較例８では、損失正接、タイヤ転がり抵抗およびＥＢが低下した。
【００５８】
ジエン系ゴムに占めるＢＲの配合比率が１５重量％未満であった比較例９では、耐摩耗性が改善されたが、充分ではなかった。また、ＢＲの配合比率が３０重量％をこえた比較例１０では、損失正接、タイヤ転がり抵抗およびＥＢが低下した。
【００５９】
実施例１〜１０のなかでは、物性値が本発明の特許請求の範囲（請求項２）に記載のＢＲを使用した実施例８および１０が、耐摩耗性に関してとくに優れていることが分かる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＢＲを特定比率で含むジエン系ゴムに、特定のカーボンブラックを特定量配合することによって、低シビア条件だけでなく高シビア条件においても耐摩耗性を大幅に向上させながら、低燃費性および耐疲労特性を良好に保ったタイヤトレッド用ゴム組成物が得られる。したがって、該ゴム組成物は、タイヤトレッドに好適であり、高シビア条件での耐摩耗性が要求されるトラック、バスなどの重荷重用タイヤトレッドにも好適である。

Claims

ブタジエンゴム１５〜３０重量％を含有するジエン系ゴム成分１００重量部に対して、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１４５〜１５１ｍ²／ｇ、圧縮ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０４〜１１０ｍｌ／１００ｇ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）に対するＣＴＡＢの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）が０．９５〜１．０４ｍ²／ｍｇ、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１６４〜１７０ｍ²／ｇであるカーボンブラック５０〜５６重量部を含有するタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記ブタジエンゴムが、ムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄、１００℃）４０以上、５％トルエン溶液粘度（５％Ｔ−ＣＰ、２５℃）１００以上である請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。