JP2001002835A - タイヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、走行時の低発熱性と耐摩耗性及び
加工性に優れ、これらの性能がバランスよく高レベルで
達成されるタイヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用い
たタイヤを提供することを目的とする。 【解決手段】 ジエン系ゴム１００重量部に、下記 (1)
〜(4) の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
ゴム組成物及びこれを用いてなるタイヤである。 (1) Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）＝１２５〜１７０、(2) ＤＢ
Ｐ（ｍｌ／１００ｇ）／Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）＝０．７
５〜１．２、(3) Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）／ＩＡ（ｍｌ／
ｇ）＝１．０５〜１．３５、(4) ＴＩＮＴ≧−１００
（Ｄａ／Ｄｓｔ）＋２４９、（但しＤａ（ｎｍ）＝（２
５４０＋７１（ＤＢＰ））／Ｎ₂ ＳＡ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タイヤトレッド用
ゴム組成物及びこれを用いたタイヤ、特にトラック、バ
ス等に使用される重荷重用タイヤに好適な耐摩耗性に優
れたタイヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用いたタイ
ヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】トラック、バス等の大型車に使用される
重荷重用のゴム組成物は、耐摩耗性が要求されるため、
耐摩耗性向上の観点から、充填剤としてのカ−ボンブラ
ック（以下、単にカ−ボンという）について、その粒
径、凝集形態、表面活性等が種々検討されてきた。その
結果、例えば、カ−ボンの小粒径化、カ−ボン凝集体の
高ストラクチャ−化、カ−ボン粒子の表面活性の向上等
が耐摩耗性向上をもたらすことは既に知られている。

【０００３】しかし、まず、カ−ボンの小粒径化（高比
表面積化）について言えば、これは、走行時のタイヤト
レッドゴムの発熱上昇を大きくさせ、タイヤの高速耐久
性を低下させる問題がある。また、小粒径化は、混練り
加工時の分散性の低下をもたらすこと、カ−ボン粒子凝
集体同志の過度の接近を招いてゴム組成物中のポリマ−
鎖が過度に変形すること、前記走行時の発熱上昇はポリ
マ−の酸化劣化を促進すること等のため、耐摩耗性にも
悪影響を与える場合があり、粒径を限りなく小さくする
ことによる耐摩耗性改良には限界があった。

【０００４】次に、カ−ボン凝集体のストラクチャ−に
ついて言えば、このストラクチャ−は一般的にジブチル
フタレ−ト（ＤＢＰ）の吸油量で測定されるが、この原
理は凝集の複雑性の大きいカ−ボンは多量の油を吸収す
る能力が大きいという現象を基礎としている。しかし、
当該吸油量は、実走行における耐摩耗性の指標としては
バラツキがあり汎用性に欠ける問題があった。例えば、
当該指標の高いものでも、実走行の耐摩耗性の改良効果
の不十分なものも多々存在する。

【０００５】さらに、粒子表面の活性については、一般
的にカ−ボン表面の水素量を高めることでポリマ−との
化学反応性を高め、補強性の向上をもたらすものであ
り、これは耐摩耗性の改良だけでなく、走行時の発熱の
低下をももたらす。しかし、活性化を進め過ぎると、混
練時のポリマ−との反応が大きくなって混練物の粘度が
各段に上昇するため加工性が極端に低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、走
行時の耐摩耗性、低発熱性に優れ、しかも製造時の加工
性を低下させない、これらの性能がバランスよく高レベ
ルで達成されるタイヤトレッド用ゴム組成物及びこれを
用いたタイヤを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、表面活性については、カ−ボンの比表面積（Ｎ₂Ｓ
Ａ）とヨウ素吸着量の比を指標とし、またカ−ボンの凝
集形態については、前記ＤＢＰ吸油量が比表面積の影響
を受けることを加味し、実走行時のストラクチャ−指標
として該吸油量と比表面積の比を用いると共に、形態学
的構造因子等の尺度として知られているＤａ／Ｄｓｔ及
び比着色量（いわゆるＴＩＮＴ）を指標として加えて検
討した結果、これらの指標とカ−ボンの比表面積とカ−
ボン量の適正レベルの範囲で、走行時の耐摩耗性と低発
熱性及び製造時の加工性に優れたタイヤトレッド用ゴム
組成物及びこれを用いるタイヤが得られることを見出だ
し、本発明を完成させた。

【０００８】すなわち、本発明のうち請求項１記載の発
明は、ジエン系ゴム１００重量部に、下記 (1)〜(4) の
関係を満たす特性値を有するカ−ボンを、３５重量部〜
６０重量部を配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物
である。 (1) Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）＝１２５〜１７０、 (2) ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）／Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）
＝０．７５〜１．２、 (3) Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）／ＩＡ（ｍｌ／ｇ）＝１．０
５〜１．３５， (4) ＴＩＮＴ≧−１００（Ｄａ／Ｄｓｔ）＋２４９、 但し、Ｄａ（ｎｍ）＝（２５４０＋７１（ＤＢＰ））／
Ｎ₂ ＳＡ

【０００９】ここで、ジエン系ゴムとしては、天然ゴ
ム、ジエン系合成ゴムとしてのイソプレンゴム、ブタジ
エンゴム、スチレン−ブタジエンゴム等が例示されるが
これらに限定されるものではない。

【００１０】なお、このタイヤトレッド用ゴム組成物に
は、ゴムタイヤに通常用いられる硫黄、加硫促進剤、老
化防止剤等を適宜配合することができる。また、本発明
の目的が達成される限り、上記以外の配合剤が配合され
ていてもよい。

【００１１】請求項１記載の発明において、カ−ボン粒
子の比表面積（Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ））は、１２５〜１
７０にする必要がある。Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）が１２５
未満では比表面積が小さく粒子が大き過ぎるため、耐摩
耗性が十分でなく、一方、１７０を超えると比表面積が
大きく粒子が小さ過ぎるため、走行時の発熱性が高くな
り、また混練時の分散性が悪く、加工性が大幅に低下す
るからである。

【００１２】請求項１記載の発明において、実走行時の
ストラクチャ−指標としては、前記したように、吸油量
と比表面積の比を用いた。この比、すなわちＤＢＰ（ｍ
ｌ／１００ｇ）とＮ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）との比は、０．
７５〜１．２の範囲にする必要がある。この比が０．７
５未満では耐摩耗性が十分でなく、１．２を超えると加
工性が低下する。さらに、比着色量については、ＴＩＮ
Ｔ≧−１００（Ｄａ／Ｄｓｔ）＋２４９、（但し、Ｄａ
（ｎｍ）＝（２５４０＋７１（ＤＢＰ））／Ｎ₂ ＳＡ）
の関係式を満足する必要がある。この関係式を満たす場
合に耐摩耗性が十分なものとなるからである。

【００１３】また、表面活性について、Ｎ₂ ＳＡ（ｍ²
／ｇ）とヨウ素吸着量（ＩＡ（ｍｇ／ｇ））の比は、
１．０５〜１．３５の範囲にする必要がある。この比が
１．０５未満では耐摩耗性が十分でなく、１．３５を超
えると混練時の反応が大きく粘度が上昇して加工性が低
下する。

【００１４】これらのカ−ボンの特性評価項目のうち、
Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）はＡＳＴＭＤ３０３７、ＤＢＰ
（ｍｌ／１００ｇ）はＪＩＳ Ｋ６２２１、ＩＡ（ｍｇ
／ｇ）はＡＳＴＭ Ｄ１５１０、ＴＩＮＴはＪＩＳ Ｋ
６２２１に従って測定したものである。Ｄｓｔは、ジョ
イス・レ−ブル社製ディスク・セントリフュ−ジを使用
し、遠心沈降法により、次の方法で測定した。まず乾燥
したカ−ボンを精秤し、少量の界面活性剤を含む２０％
エタノ−ル水溶液と混合して、カ−ボン濃度５０ｍｇ／
ｌの分散液を作成し、続いて超音波で十分分散させ、こ
れを試料溶液とした。次に、ディスク・セントリフュ−
ジの回転数を８０００ｒｐｍに設定し、スピン液（２％
グリセリン水溶液）を１０ｍｌ加えた後、１ｍｌのバッ
ファ−液（エタノ−ル水溶液）を注入し、これに前記試
料０．５ｍｌを注射器で加えた後、一斉に遠心分離を開
始させ、光電沈降法により凝集体分布曲線を作成した。
この曲線における最大農度のスト−クス相当径をＤｓｔ
とした。

【００１５】なお、カ−ボンの充填量は、ジエン系ゴム
１００重量部に対し、３５重量部〜６０重量部を配合す
る。３５重量部未満では補強性が十分でなく耐摩耗性が
低下し、一方６０重量部を超えると加工性の低下と発熱
による耐久性の低下とを招くからである。

【００１６】このように構成された組成物は、走行時の
耐摩耗性、低発熱性に優れ、しかも製造時の加工性を低
下させず、これらの性能がバランスよく高レベルで達成
される。これは、本発明に用いた比表面積と、実走
行時の耐摩耗性との関連で、ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）
／Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）とＴＮＩＴ及びＤａ／Ｄｓｔを
用いた評価と、粒子表面活性の評価との組み合わせで
選択したカ−ボンが、前記走行時の耐摩耗性、低発熱性
及び加工性のバランスを高次元で図る上で、ポリマ−と
の最適な相互作用を行い、好ましい補強を達成できるこ
とを示している。

【００１７】特に、の評価について言えば、カ−ボン
の凝集形態において、吸油量が比表面積の影響を受ける
ことを加味した実質的なストラクチャ−指標として、吸
油量／比表面積を用いることで耐摩耗性への影響が適切
化されたカ−ボンであって、当指標で特定した高ストラ
クチャ−カ−ボンにおいて、比着色量がＤａ／Ｄｓｔ
（カ−ボンの形態を表す指標として知られており、この
値が大きい程、Ｏｐｅｎ状又はＦｉｂｕｒｏｕｓ状であ
ることを表している）の増大に伴い低下する一般的関係
を評価するよりも、Ｄａ／Ｄｓｔを含む指標の所定値
（請求項１式(4) の右辺）以上に高い比着色量を示すも
のに付いて評価したカ−ボンが、実走行でバラツキのな
い汎用性の高いタイヤ摩耗性能に寄与することを示して
いると考えられる。すなわち、本発明に係る上記評価の
組み合わせは、重荷重用タイヤの優れた耐摩耗性を、発
熱性と加工性とのバランスを図りながら、達成し得る有
効な評価基準となる。

【００１８】本発明のうち請求項２記載の発明は、請求
項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いてなるタ
イヤである。前記組成物を用いているので、このタイヤ
は走行時の耐摩耗性、低発熱性と及び製造時の加工性に
優れ、これらの性能がバランスよく高レベルで達成され
る。その結果、トラック、バス等、重荷重用のタイヤと
して好適に用いられる。

【００１９】

【実施例】以下に、実施例をもって本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。

【００２０】（実施例１〜４）第１段階として、天然ゴ
ム（ＲＳＳ＃３）８０部にブタジエンゴム（ジェイ．エ
ス．ア−ル社製ＢＲ０１）２０部を配合したゴム成分１
００部に、表１に示す特性値を有するカ−ボン５０部を
配合し、更にその他の成分として酸化亜鉛を３部、ステ
アリン酸を３部、老化防止剤（６ＰＰＤ）を１部添加
し、バンバリ−ミキサ−にて十分混練後、一旦ミキサ−
外に排出して冷却する。次に、第２段階として、硫黄を
１．７部、加硫促進剤（ＴＢＢＳ）を１部添加し、再
度、バンバリ−ミキサ−にて混練し、タイヤトレッド用
ゴム組成物を得た。また、このようにして得られたゴム
組成物をトレッドゴムとするタイヤサイズ１１Ｒ２２．
５ １４ＰＲのラジアルタイヤを定法により製造した。

【００２１】（比較例１〜５）表２に示す特性値を有す
るカ−ボンを用い、ゴム成分及びその他の配合剤の種
類、量を実施例１〜４と同様に配合すると共に実施例１
〜４と同様に混練、加硫して、タイヤトレッド用ゴム組
成物を得た。また、これらをトレッドゴムとして用い、
実施例１〜４と同サイズのラジアルタイヤを得た。

【００２２】比較例１〜５のカ−ボンは、比較のために
用いた市販のカ−ボンであり、それぞれ次の特性を有す
るものである。なお、比較例１のカ−ボン（東海カ−ボ
ン社製シ−スト９）は、従来の重荷重用タイヤに用いら
れているものであり、それ故、比較例１を評価の基準と
した。比較例１のカ−ボン特性値は、表２に示すよう
に、Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）／ＩＡ（ｍｇ／ｇ）＝０．９
９であり、また、ＴＩＮＴ＝１３０で、請求項１式(4)
の右辺の計算値の１４８より小さくなっているため、請
求項１の式(3)(4)を満足しない。

【００２３】比較例２のカ−ボン特性値は、Ｎ₂ ＳＡ
（ｍ² ／ｇ）／ＩＡ（ｍｇ／ｇ）＝０．９９であり、請
求項１の式(3) を満足しない。比較例３のカ−ボン特性
値は、ＴＩＮＴ＝１２５で、式(4) の右辺の計算値の１
４５より小さくなっているため、請求項１の式(4) を満
足しない。比較例４のカ−ボン特性値は、ＤＢＰ（ｍｌ
／１００ｇ）／Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）＝０．７２であ
り、請求項１の式(2) を満足しない。比較例５のカ−ボ
ン特性値はＮ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）＝１７６であり、請求
項１の式(1) を満足しない。

【００２４】また、本実施例で使用した、タイヤトレッ
ド用ゴム組成物及びこれを用いたタイヤの性能評価の試
験法は次の通りである。 (1) 加工性；実施例１〜４、比較例１〜５のタイヤトレ
ッド用ゴム組成物のム−ニ−粘度を、ＪＩＳ Ｋ ６３
００に準拠して測定し、比較例１を１００とした指数に
換算し、次の３段階評価を行った。なお、前記指数は数
値が大きい程、粘度が高く、加工性が劣ることを示す。 ３；前記指数が９６〜１０５である。 ２；前記指数が１０６〜１１５である。 １；前記指数が１１６以上である。

【００２５】(2) 耐摩耗性；１台のトラックの後輪に、
実施例１〜４、比較例１〜５のタイヤのうち、比較例１
とそれ以外のタイヤの２種類を装着して１０万ｋｍ走行
した後、各タイヤの溝深さを測定し、走行前後の溝深さ
の差を摩耗量として両タイヤの摩耗量の比を求め、下記
式を用いて計算した指数を耐摩耗性の評価値とした。こ
の値が大きいほど、摩耗量が少ないことを示し、好まし
い。 （比較例１のタイヤの摩耗量）×１００／（他のタイヤ
の摩耗量）

【００２６】(3) 発熱性；実施例１〜４、比較例１〜５
のタイヤをＦＭＶＳＳ １１９に規定する高速耐久性試
験条件にてドラム走行させ、ショルダ−部における最外
層ベルト表面の温度を測定することにより評価した。表
１に示す値は、比較例１を１００として指数表示したも
のであり、数値が小さいほど発熱が低く、高速耐久性が
良好である。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように、実施例１、３、４のタ
イヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用いたタイヤは、
耐摩耗性が従来のタイヤ（比較例１）より大幅にアップ
し、走行時の発熱性が従来のタイヤと同等若しくはそれ
以下である。また、実施例２は発熱性が従来のタイヤよ
り僅かに上昇しているものの、耐摩耗性の改良効果が十
分大きいので、その意味で耐摩耗性の改良と発熱性との
バランスがとれているといえる。更に、加工性は実施例
１〜４のいずれも、従来のタイヤに用いるゴム組成物と
遜色がない。したがって、実施例１〜４のタイヤトレッ
ド用ゴム組成物及びこれを用いたタイヤは、耐摩耗性、
低発熱性、加工性のバランスが高レベルで達成されてお
り、トラック、バス等の重荷重用として好適に用いるこ
とができる。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示す比較例１（比較ための基準）
は、従来のタイヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用い
たタイヤであり、耐摩耗性、発熱性の改良が求められて
いたものである。前記したように、請求項１の式(3)(4)
を満足しないカ−ボンが用いられている。

【００３１】比較例２のカ−ボン特性値は式(3) の最小
の臨界値に足りず、比較例４のカ−ボン特性値は式(2)
の最小の臨界値に足りず、比較例３のカ−ボン特性値は
式(4) を満足していないため、いずれも、基準の比較例
１に対し、発熱性が上昇し、その割りには耐摩耗性の改
良が小さく、耐摩耗性の改良と発熱性とのバランスがと
れていない。

【００３２】また、比較例５のカ−ボンは、比表面積を
大きくしため、耐摩耗性は基準値より向上するものの、
特性値が式(1) を満足せず比表面積が大きすぎるため、
走行時の発熱性が増大して高速耐久性が低下するばかり
か、混練物の粘度が上昇し、加工性の評価が１に低下す
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るタイ
ヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用いたタイヤは、走
行時の耐摩耗性と低発熱性に優れ、しかも加工性が従来
のタイヤと遜色がないので、これらの性能がバランスよ
く高レベルで達成されている。そのため、トラック、バ
スなど重荷重用のタイヤとして、耐久性の面でもコスト
的にも好適に用いることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジエン系ゴム１００重量部に、下記 (1)
   〜(4) の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。 (1) Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）＝１２５〜１７０、 (2) ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）／Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）
   ＝０．７５〜１．２、 (3) Ｎ₂ ＳＡ（ｍ² ／ｇ）／ＩＡ（ｍｌ／ｇ）＝１．０
   ５〜１．３５， (4) ＴＩＮＴ≧−１００（Ｄａ／Ｄｓｔ）＋２４９、 但し、Ｄａ（ｎｍ）＝（２５４０＋７１（ＤＢＰ））／
   Ｎ₂ ＳＡ
2. 【請求項２】 請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組
   成物を用いてなるタイヤ。