JP2005344063A

JP2005344063A - 重荷重用タイヤトレッドゴム組成物

Info

Publication number: JP2005344063A
Application number: JP2004167731A
Authority: JP
Inventors: Seishi Hatano; 晴司破田野; Hitoshi Uno; 仁宇野
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】発熱性などの特性に悪影響を与えることなく、耐摩耗性を高度に向上させることができる重荷重用タイヤトレッドゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム１００重量部に対して、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０ｍ^２／ｇ以上、圧縮ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であり、かつ、アグリゲート間ポア容積のうちポア径２５〜３０ｎｍの占める量が３０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合する。カーボンブラックのアグリゲート間ポアにつき、所定範囲のポア径を持つもののポア容積を多くすることで、カーボンブラックとゴム成分ポリマーとの結合促進により強固なネットワーク構造を形成させる。

Description

本発明は、トラックやバスなどの大型車に用いられる重荷重用タイヤにおいて、そのトレッド部を形成するゴム組成物として用いられる耐摩耗性に優れるゴム組成物に関するものである。

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が極めて重要である。従来、かかる耐摩耗性の向上のため、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含量の高いハイシスタイプのものを使用したり、あるいはまた、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、表面活性を向上させたり、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（例えば、下記特許文献１〜３など）。

また、下記特許文献４には、カーボンブラックについて、そのＮ_２ＳＡ、ＤＢＰ、ＩＡ（ヨウ素吸着量）の関係を規定するとともに、ＴＩＮＴ（比着色量）とＤｓｔ（ストークス相当径）の関係を規定することにより、耐摩耗性と低燃費性に優れるとともに、製造時の加工性を低下させないトレッドゴム組成物が提案されている。

また、下記特許文献５には、重荷重用タイヤではなく乗用車用タイヤに用いられるものであるが、タイヤトレッド用のゴム組成物において、Ｎ_２ＳＡが７５〜１２５ｍ^２／ｇ、圧縮ＤＢＰ吸油量が１００〜１３０ｍｌ／１００ｇのハード系領域に属し、かつＤｓｔ（ストークスモード径）とのその半値幅ΔＤｓｔの関係を規定するとともに、アグリゲートのポア径分布のモード径Ｄｐとその半値幅ΔＤｐの関係を規定したカーボンブラックを用いることが提案されている。
特開平１１−６０９８４号公報特開平１１−６０９８５号公報特開２０００−８０３０２号公報特開２００１−２８３５号公報特開平７−１７９６７２号公報

上記した従来の方策を用いると確かに耐摩耗性の向上は見込めるものの、近年の高度な耐摩耗性の要求を満足することはできず、また、重荷重用タイヤのトレッドゴムとして必要な発熱性や耐カット／チップ性などの特性に悪影響を及ぼすという欠点もあった。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、発熱性などの特性に悪影響を与えることなく、耐摩耗性を高度に向上させることができる重荷重用タイヤトレッド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アグリゲート間ポアに着目し、所定範囲のポア径を持つもののポア容積を多くすることで、カーボンブラックとゴム成分ポリマーとの結合促進により強固なネットワーク構造を形成させることができ、これにより、発熱性などの特性に悪影響を及ぼすことなく、耐摩耗性を高度に向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る重荷重用タイヤトレッドゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０ｍ^２／ｇ以上、圧縮ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であり、かつ、アグリゲート間ポア容積のうちポア径２５〜３０ｎｍの占める量が３０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを４０〜６０重量部含有するものである。

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１００〜５０重量％と、ブタジエンゴム０〜５０重量％からなるものであってもよい。

本発明によれば、上記した特定のカーボンブラックを用いることにより、カーボンブラックとゴム成分のポリマーとのネットワークをより強くすることができ、そのため、発熱性を損なうことなく、耐摩耗性を高度に向上させることができる。

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５０〜９０重量％で、ブタジエンゴムが１０〜５０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、下記（１）〜（３）を満足するものである。

（１）ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０ｍ^２／ｇ以上、
（２）圧縮ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上、
（３）アグリゲート間ポア容積のうちポア径２５〜３０ｎｍの占める量が３０ｍｌ／１００ｇ以上。

上記（１）のＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロミド）吸着比表面積（以下、単に「ＣＴＡＢ」と略称することがある。）は、ＡＳＴＭＤ３７６５に準じて測定される値であり、カーボンブラックの粒子径の指標となるものである。本発明ではＣＴＡＢが１２０ｍ^２／ｇ以上である小粒径のものを用いるものであり、１２０ｍ^２／ｇ未満では、重荷重用タイヤのトレッドゴムとして良好な耐摩耗性を得ることができない。ＣＴＡＢの上限は特に限定されないが、１８０ｍ^２／ｇ以下であることがトレッドゴムの加工性を確保する上で好ましい。より好ましくは１３０ｍ^２／ｇ以下である
上記（２）の圧縮ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量は、２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量のことであり（以下、単に「２４Ｍ４ＤＢＰ」と略称することがある。）、ＡＳＴＭＤ３４９３に準じて測定され、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る。本発明では２４Ｍ４ＤＢＰが９０ｍｌ／１００ｇ以上であるハイストラクチャー品を用いるものであり、９０ｍｌ／１００ｇ未満では、重荷重用タイヤのトレッドゴムとして良好な耐摩耗性を得ることができない。２４Ｍ４ＤＢＰの上限は特に限定されないが、１５０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましい。より好ましくは１３０ｍｌ／１００ｇ以下である。

上記（３）のアグリゲート間ポア容積は、カーボンブラック粒子の凝集体であるアグリゲートの構造において、凝集体粒子間の空隙および細孔であるポアの容積のことである。本発明では、このポア容積のうち、ポア径が２５〜３０ｎｍであるポアの容積が３０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを用いることを特徴とする。

一般にゴム成分を構成するポリマーの鎖端距離（両端の距離）は１５〜２０ｎｍ程度であるため、カーボンブラックにおいて、これと同程度の大きさのポア径を持つポア容積を増加させることにより、ポリマーとカーボンブラックとのネットワーク（網状組織）をより強くすることができる。また、これにより、ゴムの変形時におけるゴム分子のスリップも防ぐことができ、発熱を抑えることも可能である。従来は、耐摩耗性を改良するためにアグリゲート間のポア径分布をシャープにしようとする試みがなされていたが、実際に耐摩耗性の向上に寄与するのはポア径２５〜３０ｎｍのものであって、この範囲のポア径を持つものの容積を上記した所定以上に設定することにより、耐摩耗性を高度に向上させることができるのであり、この点に本発明の最大の特徴がある。

なお、ポア径が２５ｎｍ未満のポア容積が多い場合には、そこにポリマー分子が入り込むと、分子に歪みがかかるため、良好な物性が得られない。また、ポア径が３０ｎｍを越えるポア容積が多い場合には、アグリゲート強度が弱くなり、混合時にアグリゲートが破壊されるため、良好な物性が得られない。

ポア径２５〜３０ｎｍの占める量の上限は特に限定されず、この値が大きいほど耐摩耗性には好ましいと言えるが、通常は５０ｍｌ／１００ｇ程度が上限である。

ここで、アグリゲート間ポア容積は、水銀圧入法により測定されるものであり、より詳細には、水銀ポロシメーター（マイクロメリティクス社製「Pore Sizer 9300」）の専用セル中に粒度０．２５〜０．５０ｍｍに調整したカーボンブラックペレットを装填し、圧力２５〜２０００ｌｂ／ｉｎ^２の範囲で水銀を圧入して圧入水銀量が急激に増加する点の圧力を測定し、この値からポア容積を算出する。より詳細には、上記の値から得られるデータは累積空隙であるため、微分計算により粒間空隙分布曲線に換算した後、ポア径が２５〜３０ｎｍの範囲の面積を算出してポア容積とする。

本発明で用いるカーボンブラックにおいて、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は特に限定されないが、１２０〜１８０ｍ^２／ｇ程度のものが好ましく用いられる。ここで、Ｎ_２ＳＡは、ＡＳＴＭＤ３０３７に準じて測定される値である。

上記カーボンブラックの配合量は、ゴム成分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耐摩耗性が悪化し、また、６０重量部を超えると発熱性が悪化する。

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重荷重用タイヤトレッドゴム組成物は、トラックやバスなどの重荷重用空気入りラジアルタイヤのトレッド部のためのゴム組成物として用いられ、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、上記した特定のカーボンブラックを用いたことにより、発熱性などの特性に悪影響を及ぼすことなく、耐摩耗性を高度に向上させることができる。

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。

天然ゴム（ＲＳＳ３号）８０重量部にブタジエンゴム（ＪＳＲ製「ＢＲ０１」（シス−１，４結合含有量＝９６％））２０重量部を配合したゴム成分１００重量部に、下記表１に示す特性値を有するカーボンブラック５０重量部を配合し、更に、その他の成分として、亜鉛華（三井金属製「亜鉛華１号」）３重量部、ステアリン酸（日本油脂製）３重量部、老化防止剤（モンサント製「６ＰＰＤ」）１重量部、硫黄（四国化成製）２重量部、加硫促進剤（三新化学製「ＴＢＢＳ」）１重量部を添加し、バンバリーミキサーにて混練して重荷重用タイヤトレッドゴム組成物を調製した。

上記カーボンブラックは、炉頭部に接線方向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、該燃焼室と同軸的に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の狭径反応室および広径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、原料油の分割導入条件、燃料油および空気の供給量、酸素ガスの添加条件を調整することにより得られたものである。なお、比較例１で用いたカーボンブラックが、重荷重用タイヤのトレッドゴムにおいて、従来より耐摩耗性の改善効果が高いとして使用されている小粒径カーボンブラックである。

得られた各ゴム組成物について、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するとともに、耐摩耗性と発熱性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・引張試験：ＪＩＳＫ６２５１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：ＪＩＳＫ６２６４に準拠して測定し（ランボーン。標準条件：スリップ率３０％、負荷荷重４０Ｎ、落砂量２０ｇ／分）、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に優れることを示す。

・発熱性：粘弾特性（６０℃でのｔａｎδ）により評価した。６０℃でのｔａｎδは、東洋精機製スペクトロメーターを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期伸張１０％、歪振幅２％として測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど発熱性に優れることを示す。

表１に示すように、比較例１のカーボンブラックの方が小粒径であるにもかかわらず、アグリゲート間ポア容積を所定の範囲に制御したカーボンブラックを用いた実施例の方が、耐摩耗性が良好であった。より詳細には、実施例１〜３では、耐摩耗性が８％程度改善されるとともに、発熱性も３〜１０％改善されており、バランスの良い例であった。また、実施例４では、比較例１と粒径が同等であり、物性も同等であったが、耐摩耗性が６％改善されていた。更に、実施例５，６では、耐摩耗性が１２〜１７％も改善されており、耐摩耗性の大幅な向上が認められた。

本発明のゴム組成物は、トラックやバスをはじめとする各種の重荷重用空気入りタイヤにおいて、そのトレッド部を形成するためのゴム組成物として利用することができる。

Claims

ジエン系ゴム１００重量部に対して、
ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０ｍ^２／ｇ以上、圧縮ＤＢＰ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ以上であり、かつ、アグリゲート間ポア容積のうちポア径２５〜３０ｎｍの占める量が３０ｍｌ／１００ｇ以上であるカーボンブラックを４０〜６０重量部含有する
ことを特徴とする重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。
前記ジエン系ゴムは、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％からなることを特徴とする請求項１記載の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。