JP5700063B2

JP5700063B2 - タイヤ用ゴム組成物

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Publication number: JP5700063B2
Application number: JP2013068020A
Authority: JP
Inventors: 美幸岡; 慶寛亀田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: US9534101B2; JP2014189704A; CN105073872A; KR101586265B1; KR20150119456A; US20160053076A1; DE112014002070T5; CN105073872B; WO2014157335A1; DE112014002070B4

Description

本発明は、ゴム硬度、強度及び加工性を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物に関する。

従来、タイヤ用ゴム組成物には、増量効果（コスト削減）や成形安定性を確保する目的でクレーが配合されることがある。しかし、カーボンブラックの代わりにクレーを配合したゴム組成物は、カーボンブラックを配合したゴム組成物に比べ、ゴム硬度、強度が低下するという課題があった。

特許文献１は、平均粒子径が１０μｍ以下のクレー及びチッ素吸着比表面積が７０〜３００ｍ²／ｇのカーボンブラックを配合したタイヤトレッド用ゴム組成物を提案している。

しかし、平均粒子径１０μｍ以下のクレーを配合したゴム組成物では、その加工性が悪化することがあり、ゴム硬度、強度と加工性とを両立するようなタイヤ用ゴム組成物は未だ確立されていない。

特開２００２−８０６３８号公報

本発明の目的は、クレーを配合しながらゴム硬度、強度及び加工性を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に、窒素吸着比表面積が１５〜４０ｍ ² ／ｇ、ＤＢＰ吸収量が５０〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを３０〜１００重量部、無機充填剤を１０〜８０重量部配合すると共に、前記無機充填剤が、粒子径５μｍ以下の粒子が２０〜８０％であり、前記無機充填剤におけるアルミニウム含有率をＷａｌ重量％、ケイ素含有率をＷｓｉ重量％とするとき、アルミニウム含有率Ｗａｌが１１〜４０重量％、アルミニウムとケイ素の合計に対するアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）×１００が１５〜３８重量％であることを特徴とする。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、粒子径並びにアルミニウム及びケイ素の含有率を限定した特定の無機充填剤を配合するようにしたのでゴム硬度、強度及び加工性を従来レベル以上に改良することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物を使用してビード部を形成した空気入りタイヤは、優れたタイヤ性能を有する空気入りタイヤを、その高い品質を安定的に維持して製造することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物のゴム成分はジエン系ゴムからなる。ジエン系ゴムとしては、例えば天然ゴム、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、ブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等が挙げられる。なかでも、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。ジエン系ゴムが、天然ゴム及びスチレン−ブタジエンゴムからなるとき、その好適な組成は、天然ゴムがジエン系ゴム１００重量％中、好ましくは３０〜９０重量％、より好ましくは５０〜８０重量％であり、スチレン−ブタジエンゴムが好ましくは１０〜７０重量％、より好ましくは２０〜５０重量％である。

このゴム組成物は、上述したジエン系ゴムに、カーボンブラック及び無機充填剤を必ず配合する。無機充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、１０〜８０重量部、好ましくは２０〜６０重量部である。無機充填剤の配合量を１０〜８０重量部にすることにより、特定の無機充填剤を配合する効果をゴム組成物の特性に反映させることができる。

無機充填剤は、粒子径が５μｍ以下の粒子の割合が２０〜８０％、好ましくは２０〜６０％にする。５μｍ以下の粒子の割合を２０％以上にすることによりゴム組成物のゴム硬度、強度などの補強性能を高くすることができる。また５μｍ以下の粒子の割合を８０％以下にすることによりゴム組成物の粘度の増大を抑制し良好な加工性を得ることができる。本明細書において無機充填剤の粒子径は、ＪＩＳ８８２５-１に基づき、レーザー回折法により測定するものとする。また５μｍ以下の粒子の割合は、得られた測定値から粒子径とその個数の関係を表す累積粒度分布を求め、５μｍ以下の粒子の数割合を算出した。

また無機充填剤は、アルミニウム含有率をＷａｌ重量％、ケイ素含有率をＷｓｉ重量％とするとき、アルミニウム含有率Ｗａｌを１１〜４０重量％、アルミニウムとケイ素の合計に対するアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）×１００を１５〜３８重量％にする。

無機充填剤のアルミニウム含有率Ｗａｌは１１〜４０重量％、好ましくは１１〜３５重量％である。アルミニウム含有率Ｗａｌを１１重量％以上にすることにより、硬度を向上することができる。またアルミニウム含有率Ｗａｌを４０重量％以下にすることにより、加工性を良化することができる。

無機充填剤のアルミニウムとケイ素の合計に対するアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）×１００は１５〜３８重量％、好ましくは１６〜３５重量％である。割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）×１００を１５重量％以上にすることにより、ゴム組成物の硬度・引張り強度を増大し、良好な補強性を得ることができる。また割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）×１００を３８重量％以下にすることにより、ゴム組成物の粘度の増大を抑制し良好な加工性を得ることができる。

本明細書において無機充填剤におけるアルミニウム含有率Ｗａｌ重量％、ケイ素含有率Ｗｓｉ重量％は、ＪＩＳＫ０１１９に基づき、蛍光Ｘ線分析法により測定するものとする。

無機充填剤の種類としては、上述した粒子径及びアルミニウム、ケイ素の組成範囲を満たす限り特に限定されるものではない。無機充填剤としては、例えばクレー、雲母類、ろう石鉱物類等を例示することができる。なかでもクレーが好ましい。

本発明のゴム組成物は、カーボンブラックを必ず配合する。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、３０〜１００重量部、好ましくは４０〜８５重量部である。カーボンブラックの配合量を３０重量部以上にすることにより、引張り強度・硬度を向上することができる。またカーボンブラックの配合量を１００重量部以下にすることにより、加工性の悪化を抑制することができる。

また本発明のタイヤ用ゴム組成物において、上述した無機充填剤とカーボンブラックの配合量の比としては、重量比（無機充填剤／カーボンブラック）が好ましくは（１０／９０）〜（７０／３０）、より好ましくは（３０／７０）〜（６０／４０）にするとよい。重量比（無機充填剤／カーボンブラック）を（１０／９０）以上にすることにより、
加工性の悪化を抑制することができる。また重量比（無機充填剤／カーボンブラック）を（７０／３０）以下にすることにより、加工性を良化することができる。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、１５〜４０ｍ²／ｇ、好ましくは２５〜３５ｍ²／ｇにする。窒素吸着比表面積を１５ｍ²／ｇ以上にすることにより硬度を増大できる。また窒素吸着比表面積を４０ｍ²／ｇ以下にすることにより加工性を良化することができる。本明細書において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＡＳＴＭＤ１９９３−０３に基づきＢＥＴ法で測定されたものである。

カーボンブラックのＤＢＰ吸収量は、５０〜１２０ｍ²／ｇ、好ましくは８０〜１００ｍ²／ｇにする。ＤＢＰ吸収量を５０ｍ²／ｇ以上にすることにより、引張り強度・硬度を増大できる。またＤＢＰ吸収量を１２０ｍ²／ｇ以下にすることにより加工性悪化を抑制できる。本明細書において、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量は、ＪＩＳＫ６２１７−４に基づきＢＥＴ法で測定されたものである。

本発明において、ゴム組成物及びゴム組成物には、上記の限定された無機充填剤、カーボンブラック以外の他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばタルク、マイカ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等が例示される。

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム組成物及びゴム組成物は、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、テルペン系樹脂、熱硬化性樹脂などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲内で配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。本発明のタイヤ用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部、サイドウォール部、ビード部を形成するのに使用することができる。なかでもビード部をこのタイヤ用ゴム組成物で形成するのが好ましい。本発明のタイヤ用ゴム組成物を使用してビード部を形成した空気入りタイヤは、ゴム組成物のゴム硬度、強度が高いため、操縦安定性、耐久性などのタイヤ性能が優れる。またゴム組成物の加工性が良好であるため、その高い品質を安定的に維持して製造することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表４に示す配合剤を共通配合とし、表１，２に示す配合からなる１４種類のタイヤ用ゴム組成物（実施例１〜６、比較例１〜８）を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練しマスターバッチとして放出した。このマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することによりタイヤ用ゴム組成物を調製した。なお、表４に記載した共通配合剤の添加量は、表１，２に記載したジエン系ゴム１００重量部（正味のゴム量１００重量部）に対する重量部で表わした。

得られた１４種類のタイヤ用ゴム組成物について、下記に示す方法でムーニー粘度を測定することにより加工性を評価した。

加工性（ムーニー粘度）
得られたゴム組成物のムーニー粘度をＪＩＳＫ６３００に準拠して、ムーニー粘度計にてＬ型ロータ（３８．１ｍｍ径、５．５ｍｍ厚）を使用し、予熱時間１分、ロータの回転時間４分、１００℃、２ｒｐｍの条件で測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として、表１，２の「加工性」の欄に示した。この指数が小さいほど粘度が小さく加工性が優れることを意味する。

得られた１４種類のタイヤ用ゴム組成物を所定形状の金型中で、１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を作製し、下記に示す方法でゴム硬度及び引張り強度を評価した。

ゴム硬度
得られた加硫ゴム試験片のゴム硬度を、ＪＩＳＫ６２５３に準拠し、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として、表１，２の「ゴム硬度」の欄に示した。この指数が大きいほど、ゴム硬度が高く機械的特性が優れること、また空気入りタイヤにしたとき操縦安定性が優れることを意味する。

引張り強度
得られた加硫ゴム試験片から、ＪＩＳＫ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片（厚さ２ｍｍ）を打ち抜き、温度２０℃で５００ｍｍ／分の引張り速度で試験を行い、引張り破断強度を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として、表１，２の「引張り強度」の欄に示した。この指数が大きいほど、引張り破断強度が大きく機械的特性が優れること、また空気入りタイヤにしたとき耐摩耗性及び操縦安定性が優れることを意味する。

なお、表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＴＲ-２０
・ＳＢＲ：乳化重合スチレンーブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２
・カーボンブラック１：窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が３５ｍ²/ｇ、ＤＢＰ吸収量が
８５ｍｌ／１００ｇ、新日化カーボン社製Ｎ６６０（ニテロン＃ＧＮ）
・カーボンブラック２：窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が９０ｍ²/ｇ、ＤＢＰ吸収量が
１２２ｍｌ／１００ｇ、ＴＨＡＩＣＡＲＢＯＮＢＬＡＣＫＰＵＢＬＩＣＫＣＯ．製Ｎ３３９（ＴＨＡＩＢＬＡＣＫＮ３３９）
・クレー１〜クレー９：表３に示す、５μｍ以下の粒子割合、アルミニウム含有率及びアルミニウムとケイ素の合計に対するアルミニウムの割合の化学組成のクレー

表４において使用した原材料の種類を下記に示す。
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・硫黄：細井化学工業社製油処理硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ-Ｇ

表１から明らかなように実施例１〜６のタイヤ用ゴム組成物は、加工性、ゴム硬度及び引張り強度を従来レベル以上に改良することが確認された。

これに対し、比較例１のタイヤ用ゴム組成物は、クレー３のアルミニウム含有率Ｗａｌが１１重量％未満、アルミニウムとケイ素の合計に対するアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）が１５重量％未満であるので、加工性、ゴム硬度及び引張り強度を、実施例１〜４のゴム組成物のようには改良することができない。

比較例２及び３のタイヤ用ゴム組成物は、クレー１及び２のアルミニウム含有率Ｗａｌが１１重量％未満、アルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）が１５重量％未満、かつ５μｍ以下の粒子割合が２０％未満であるので、加工性及びゴム硬度を改良することができず、引張り強度が悪化する。

比較例４のタイヤ用ゴム組成物は、クレー４のアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）が３８重量％を超え、かつ５μｍ以下の粒子割合が８０％を超えるので、加工性が悪化する。

比較例５のタイヤ用ゴム組成物は、クレー５のアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）が３８重量％を超えるので、加工性が悪化する。

比較例６のタイヤ用ゴム組成物は、特定のクレーを配合せずに、カーボンブラックだけを配合したので、加工性が悪化する。

比較例７のタイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合しなかったので、引張り強度、硬度が悪化する。

Claims

ジエン系ゴム１００重量部に、窒素吸着比表面積が１５〜４０ｍ ² ／ｇ、ＤＢＰ吸収量が５０〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを３０〜１００重量部、無機充填剤を１０〜８０重量部配合すると共に、前記無機充填剤が、粒子径５μｍ以下の粒子が２０〜８０％であり、前記無機充填剤におけるアルミニウム含有率をＷａｌ重量％、ケイ素含有率をＷｓｉ重量％とするとき、アルミニウム含有率Ｗａｌが１１〜４０重量％、アルミニウムとケイ素の合計に対するアルミニウムの割合Ｗａｌ／（Ｗａｌ＋Ｗｓｉ）×１００が１５〜３８重量％であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物で、ビード部を形成した空気入りタイヤ。