JP2010111774A - タイヤ用ゴム組成物及びトラック・バス用タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】加硫戻りを抑制し、優れた耐摩耗性を有するとともに、低燃費性にも優れたタイヤ用ゴム組成物及びこれを用いたトラック・バス用タイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物、及びカーボンブラックを含有し、前記ゴム成分が天然ゴム及びブタジエンゴムを含み、該ブタジエンの含有量が前記ゴム成分１００質量％中１０〜５０質量％であるタイヤ用ゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物及びトラック・バス用タイヤに関する。

近年、輸送業界では、燃料代の高騰に伴う経費増大、環境規制の導入による出費増大の理由から低燃費性能に優れたタイヤが望まれている。タイヤにおいて、特にトラック・バス用タイヤにおいては、ゴム配合に低燃費性能を持たせる際に、ゴム成分の主成分として天然ゴムやブタジエンゴムが配合設計されることが多い。

しかし、天然ゴムやブタジエンゴムを使用し、硫黄加硫を行うと、加硫戻り（リバージョン）の現象が生じる。この現象では、ゴムの劣化（架橋状態の悪化）によるモジュラス低下や硬度低下を引き起こし、耐摩耗性が悪化したり、更には不必要に高温のｔａｎδが増大して燃費を悪化させる場合がある。

低燃費タイヤにするためには、低発熱性のゴム組成物を使用することが望ましく、その手法として、ゴム組成物中のカーボンブラックを減量することが知られている。しかし、減量することにより、モジュラスや硬度が低下するため、前述の問題が生じてしまう。

特許文献１には、脂肪族カルボン酸と芳香族カルボン酸亜鉛塩との混合物、特定比表面積のシリカ及びシランカップリング剤を所定量含有し、加硫戻りを抑制しつつ、転がり抵抗、加工性、耐摩耗性、ウェットスキッド性能を向上するゴム組成物が開示されている。また、特許文献２には、所定の特性値を持つカーボンブラック及び硫黄を含み、低発熱性、耐ゴム欠け性及び耐摩耗性をバランスよく向上するゴム組成物が提案されている。

しかしながら、加硫戻りを抑制し、優れた耐摩耗性を有しつつ、低燃費性能もバランスよく高めるという点については、未だ改善の余地がある。また、従来において、ブタジエンゴムに対するリバージョン抑制効果は確認されていない。

特開２００７−３２１０４１号公報 特開２００７−１３１７３０号公報

本発明は、前記課題を解決し、加硫戻りを抑制し、優れた耐摩耗性を有するとともに、低燃費性にも優れたタイヤ用ゴム組成物及びこれを用いたトラック・バス用タイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物、及びカーボンブラックを含有し、前記ゴム成分が天然ゴム及びブタジエンゴムを含み、該ブタジエンの含有量が前記ゴム成分１００質量％中１０〜５０質量％であるタイヤ用ゴム組成物に関する。

本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製したトレッドを有するトラック・バス用タイヤに関する。

本発明によれば、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物を使用するとともに、ゴム成分としての天然ゴム及びブタジエンゴムと、カーボンブラックとを、それぞれ所定量用いたタイヤ用ゴム組成物であるので、加硫戻りを抑制でき、優れた耐摩耗性及び低燃費性を両立することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分として天然ゴム（ＮＲ）及びブタジエンゴム（ＢＲ）を所定量にて併用し、かつ脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物、及びカーボンブラックを含有する。ＮＲ及びＢＲとカーボンブラックとを含むゴム組成物に、当該混合物を配合することにより、リバージョン（加硫戻り）を抑制することができ、特にＢＲのリバージョン抑制に効果がある。従って、ゴムの劣化や架橋状態の悪化を抑制できるため、タイヤにおいて、優れた耐摩耗性を得ることができる。また、これと同時に、良好な低燃費性を得ることも可能である。

更には、ＮＲ及びＢＲとカーボンブラックとに当該混合物を配合した未加硫ゴム組成物において、良好な加工性を得ることもできる。また、リバージョンを抑制できるため、高温短時間の加硫を行ってもモジュラス等の機械的強度の低下やｔａｎδの上昇を防止することができ、耐摩耗性及び低燃費性能を維持しつつ、生産性の向上に繋げることも可能である。

本発明のゴム組成物では、低燃費性や耐摩耗性能を向上できることから、ゴム成分として天然ゴム（ＮＲ）及びブタジエンゴム（ＢＲ）が併用される。

ＮＲとしては特に限定されず、例えば、ＳＩＲ２０、ＲＳＳ♯３、ＴＳＲ２０等、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。ＢＲとしては、高シス含有率のブタジエンゴム、低シス含有率のブタジエンゴム、分子構造の分岐度を少なくしたリニアータイプのブタジエンゴムなどが挙げられるが、高シス含有率のＢＲが好適に用いられる。ＢＲを配合することにより、耐摩耗性が高められ、特にトラック・バス用に好適に適用できる。

ＢＲとしては、シス含量が９５質量％以上のものを配合してもよい。このようなブタジエンゴムを配合することにより、耐摩耗性が向上する。また、ＢＲの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０〜３．４のブタジエンゴムを使用することにより、加工性の改善と耐摩耗性の改善を両立することができる。

ゴム組成物では、ゴム成分１００質量％中のＮＲの含有量は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは５５質量％以上、更に好ましくは６０質量％以上である。５０質量％未満であると、機械的強度が低下する傾向がある。ＮＲの含有量は、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは８５質量％以下、更に好ましくは８０質量％以下である。９０質量％を超えると、加工性の点で悪化する傾向となる。

また、ゴム組成物では、ゴム成分１００質量％中のＢＲの含有量は、１０質量％以上、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２０質量％以上である。１０質量％未満であると、耐加硫戻り性が低下し、十分に耐摩耗性を向上させることができない。ＢＲの含有量は、５０質量％以下、好ましくは４５質量％以下、より好ましくは４０質量％以下である。５０質量％を超えると、加工性が悪化してしまい現実的でない。

タイヤ用ゴム組成物において、ＮＲ及びＢＲを併用する場合、ゴム成分１００質量％中に、これらのゴム成分の配合量を合計７０質量％以上含有することが好ましい。７０質量％以上とすることにより、優れた耐摩耗性が得られ、耐加硫戻り性の効果も大きくなる。これらのゴム成分の配合量は、８０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上が更に好ましく、１００質量％が最も好ましい。

本発明のゴム組成物において、ＮＲ及びＢＲとともに使用できる他のゴム成分としては特に限定されず、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、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）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記混合物における脂肪族カルボン酸の亜鉛塩について、脂肪族カルボン酸としては、やし油、パーム核油、ツバキ油、オリーブ油、アーモンド油、カノーラ油、落花生油、米糖油、カカオ脂、パーム油、大豆油、綿実油、胡麻油、亜麻仁油、ひまし油、菜種油などの植物油由来の脂肪族カルボン酸、牛脂などの動物油由来の脂肪族カルボン酸、石油等から化学合成された脂肪族カルボン酸などが挙げられるが、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、更に、加硫戻りを充分に抑制できることから、植物油由来の脂肪族カルボン酸が好ましく、やし油、パーム核油又はパーム油由来の脂肪族カルボン酸がより好ましい。

脂肪族カルボン酸の炭素数は４以上が好ましく、６以上がより好ましい。脂肪族カルボン酸の炭素数が４未満では、分散性が悪化する傾向がある。脂肪族カルボン酸の炭素数は１６以下が好ましく、１４以下がより好ましく、１２以下が更に好ましい。脂肪族カルボン酸の炭素数が１６を超えると、加硫戻りを充分に抑制できない傾向がある。

なお、脂肪族カルボン酸中の脂肪族としては、アルキル基などの鎖状構造でも、シクロアルキル基などの環状構造でもよい。

上記混合物における芳香族カルボン酸の亜鉛塩について、芳香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、フタル酸、メリト酸、ヘミメリト酸、トリメリト酸、ジフェン酸、トルイル酸、ナフトエ酸などが挙げられる。なかでも、加硫戻りを充分に抑制できることから、安息香酸、フタル酸又はナフトエ酸が好ましい。

混合物中の脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との含有比率（モル比率、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩／芳香族カルボン酸の亜鉛塩、以下、含有比率とする）は１／２０以上が好ましく、１／１５以上がより好ましく、１／１０以上が更に好ましい。含有比率が１／２０未満では、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもできないうえに、混合物の分散性及び安定性が悪化する傾向がある。また、含有比率は２０／１以下が好ましく、１５／１以下がより好ましく、１０／１以下が更に好ましい。含有比率が２０／１を超えると、加硫戻りを充分に抑制できない傾向がある。

混合物中の亜鉛含有率は３質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。混合物中の亜鉛含有率が３質量％未満では、加硫戻りを充分に抑制できない傾向がある。また、混合物中の亜鉛含有率は３０質量％以下が好ましく、２５質量％以下がより好ましい。混合物中の亜鉛含有率が３０質量％を超えると、加工性が低下する傾向があるとともに、コストが不必要に上昇する。

混合物の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．２質量部以上、より好ましくは０．５質量部以上、更に好ましくは１質量部以上、最も好ましくは１．４質量部以上である。０．２質量部未満では、十分な耐加硫戻り性が確保できず、硬度低下に起因する摩耗性能の低下やｔａｎδの増大による燃費の悪化が懸念される。混合物の含有量は、好ましくは１０質量部以下、より好ましくは７質量部以下、更に好ましくは５質量部以下である。１０質量部を超えると、ブルームしたり、粘度が不必要に下がったり、粘着性が増大したりして加工性が悪くなるおそれが生じる。また、添加量による効果の向上が少なくなり、不必要にコストが増大する。

本発明のゴム組成物において、使用できるカーボンブラックの例としては、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。

カーボンブラックとしては、平均粒子径が３１ｎｍ以下及び／又はＤＢＰ吸油量が１１５ｍｌ／１００ｇ以上のものが好ましい。粘度が低すぎると、未加硫ゴム組成物が取り扱いにくくなる上、成形物同士が過粘着して成形性が悪化したり、作業性が損なわれたりするが、前記特性を持つカーボンブラックを、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩及び芳香族カルボン酸の亜鉛塩の混合物とともに使用すると、未加硫ゴムの粘度を上昇させ、加工性を改善することができる。また、このようなカーボンブラックを配合することによって、トラック・バス用タイヤとして必要な補強性をトレッドに付与し、ブロック剛性、耐偏摩耗性、耐摩耗性を確保することもできる。

カーボンブラックの平均粒子径が３１ｎｍを超えると、摩耗性能が低下する傾向がある。上記平均粒子径は、より好ましくは２２ｎｍ以下である。また、上記平均粒子径は、好ましくは１２ｎｍ以上、より好ましくは１５ｎｍ以上である。１２ｎｍ未満であると、加工性が悪化し、分散が悪くなる上、コストも高くなる。
本発明において平均粒子径は数平均粒子径であり、透過型電子顕微鏡により測定される。

カーボンブラックのＤＢＰ吸油量が１１５ｍｌ／１００ｇ未満であると、ゴム組成物のｔａｎδが高くなり、良好な低燃費性が得られなくなる傾向がある。上記ＤＢＰ吸油量は、より好ましくは１２０ｍｌ／１００ｇ以上である。また、上記ＤＢＰ吸油量は、好ましくは１４０ｍｌ／１００ｇ以下、より好ましくは１３５ｍｌ／１００ｇ以下である。１４０ｍｌ／１００ｇを超えると、良好な破壊特性が得られなくなる傾向がある。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、好ましくは１００ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは１１０ｍ^２／ｇ以上、更に好ましくは１２０ｍ^２／ｇ以上である。１００ｍ^２／ｇ未満であると、補強性が低下し、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、カーボンブラックのＮ_２ＳＡは、好ましくは１７５ｍ^２／ｇ以下、より好ましくは１７０ｍ^２／ｇ以下、更に好ましくは１６５ｍ^２／ｇ以下である。１７５ｍ^２／ｇを超えると、加硫後のゴム組成物の低発熱性が劣り、低燃費性が悪化する傾向がある。

カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１５質量部以上、より好ましくは２５質量部以上、更に好ましくは３５質量部以上、最も好ましくは４０質量部以上である。１５質量部未満では、補強性が不足し、必要なブロック剛性、操縦安定性、耐偏摩耗性、耐摩耗性を確保しにくくなる傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、好ましくは１２０質量部以下、より好ましくは８０質量部以下、更に好ましくは６０質量部以下である。１２０質量部を超えると、加工性が悪化したり、硬度が高くなりすぎる傾向がある。

上記ゴム組成物には、前記ゴム成分、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物、カーボンブラックの他に、従来ゴム工業で使用される配合剤、例えば、シリカ等の充填剤、シランカップリング剤、オイル又は可塑剤、ワックス、ステアリン酸、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、老化防止剤、加硫促進助剤、酸化亜鉛、過酸化物、硫黄、含硫黄化合物等の加硫剤、加硫促進剤等を含有してもよい。

本発明のゴム組成物には、パラフィン系ワックスを配合してもよい。パラフィン系ワックスとは、直鎖状の炭化水素を主成分とする石油由来のワックスをいう。

パラフィン系ワックスの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．５質量部以上、より好ましくは１質量部以上である。０．５質量部未満では、オゾンによるゴム組成物の劣化を防ぐことができない。また、パラフィン系ワックスの含有量は、好ましくは４質量部以下、より好ましくは３質量部以下である。４質量部を超えると、パラフィン系ワックスが過剰にゴム表面にブルームし、得られたゴム組成物が変色するため好ましくない。

加硫促進剤としては、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＴＢＢＳ）、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＤＺ）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアゾリルジスルフィド（ＭＢＴＳ）、ジフェニルグアニジン（ＤＰＧ）などが挙げられる。なかでも、ＴＢＢＳを用いることが好ましい。この場合、遅延系加硫促進剤として製造過程において焼けが起こりにくく、加硫特性に優れ、加硫後のゴムの物性においても外力による変形に対して低発熱性に優れ、耐摩耗性等の性能の向上に対する効果も大きい。

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、トラック・バス用タイヤのトレッドに好適に使用される。

本発明のタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、前記成分を配合したタイヤ用ゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドの形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを得る。

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＴＳＲ２０
ＢＲ：宇部興産（株）製ＢＲ１５０Ｂ（シス１，４結合量９７％、ＭＬ_１＋４（１００℃）４０、２５℃でのトルエン溶液粘度４８ｃｐｓ、Ｍｗ／Ｍｎ３．３）
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ２２０（Ｎ_２ＳＡ：１２０ｍ^２／ｇ、平均粒子径：２３ｎｍ、ＤＢＰ吸油量：１１５ｍｌ／１００ｇ）
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス（パラフィンワックス）
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
ステアリン酸：日本油脂（株）のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
リバージョン防止剤（脂肪族カルボン酸の亜鉛塩及び芳香族カルボン酸の亜鉛塩の混合物）：ストラクトール社製のアクチベーター７３Ａ（（ｉ）脂肪族カルボン酸亜鉛塩：やし油由来の脂肪酸（炭素数：８〜１２）の亜鉛塩、（ｉｉ）芳香族カルボン酸亜鉛塩：安息香酸亜鉛、含有モル比率：１／１、亜鉛含有率：１７質量％）
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド）

実施例１〜４及び比較例１〜２
表１に示す配合内容に従い、バンバリーミキサーを用いて、配合材料のうち、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を１５０℃の条件下で５分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、８０℃の条件下で３分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
得られた未加硫ゴム組成物をトレッド形状に成形して、他のタイヤ部材と貼り合せ、１５０℃で３０分間加硫することにより、試験用タイヤを作製した。

得られた未加硫ゴム組成物、試験用タイヤ（加硫ゴム組成物）を使用して、下記の評価を行った。それぞれの試験結果を表１に示す。

＜リバージョン率＞
キュラストメーターを用い、１７０℃における未加硫ゴム組成物の加硫曲線を測定した。最大トルク上昇値（ＭＨ−ＭＬ）を１００として、加硫開始時点から１５分後のトルク上昇値（Ｍ（１５分）−ＭＬ）を相対値で示し、相対値を１００から引いた値をリバージョン率とした。リバージョン率が小さいほど、リバージョンが抑制され、良好であることを示す。

＜ブルーム＞
未加硫ゴム組成物を３日間放置し、リバージョン防止剤のブルーム状態の有無を調べた。

＜ゴム発熱性能指数＞
実施例及び比較例で作製した試験用タイヤのトレッドを切り出し、粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度７０℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で各配合のｔａｎδを測定し、比較例１のｔａｎδを１００として、下記計算式により指数表示した。指数が低いほど低発熱となる。
（ゴム発熱性能指数）＝（各配合のｔａｎδ）／（比較例１のｔａｎδ）×１００

＜摩耗試験＞
タイヤサイズ１１Ｒ２２．５にて、国産２−Ｄ車に装着し、走行距離５万ｋｍ後のタイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤ溝深さが１ｍｍ減るときの走行距離を算出し下記の式により指数化した。指数が大きいほど、耐摩耗性が良好である。
（摩耗指数）＝（１ｍｍ溝深さが減るときの走行距離）／（比較例１のタイヤ溝が１ｍｍ減るときの走行距離）×１００

＜ゴム強度＞
試験用タイヤのトレッドから切り出したゴム試験片をＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて引張試験を行い、破断伸び（破断強度）を測定した。測定結果を、比較例１を１００とした指数で示した。指数が大きいほどゴム強度（破壊強度）が良好である。

表１において、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩及び芳香族カルボン酸の亜鉛塩の混合物を用いた実施例では、加硫戻りが抑制され、耐摩耗性が良好であった。更に、耐摩耗性を維持しつつ、転がり抵抗性（低燃費性能）も良好であった。また、ブルームもみられなかった。更に、ゴム強度も優れていた。

一方、当該混合物を配合しなかった比較例１では、耐加硫戻り性、耐摩耗性、低燃費性、ゴム強度に劣っていた。また、ＢＲ量の多い比較例２では、ゴム強度が劣っていた。

Claims (2)

1. ゴム成分、脂肪族カルボン酸の亜鉛塩と芳香族カルボン酸の亜鉛塩との混合物、及びカーボンブラックを含有し、
   前記ゴム成分が天然ゴム及びブタジエンゴムを含み、該ブタジエンの含有量が前記ゴム成分１００質量％中１０〜５０質量％であるタイヤ用ゴム組成物。
2. 請求項１記載のゴム組成物を用いて作製したトレッドを有するトラック・バス用タイヤ。