JP2001247721A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

タイヤトレッド用ゴム組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 乗用車用空気入りタイヤおよびトラック・バ
ス用空気入りタイヤの低発熱性と耐摩耗性を同時に向上
した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。 【解決手段】 シス含量を95重量%以上含みMw/M
nが3.5〜6.0であるポリブタジエンゴムを3〜3
0重量部含むゴム成分100重量部に、次の特性を有す
るカーボンブラックを5〜80重量部配合したタイヤト
レッド用ゴム組成物。(1)N2SAが130〜150
2/g、(2)沃素吸着量(IA)が120〜130
mg/g、(3)N2SA/IAが1.00〜1.2
5、(4)比着色力が120以上、(5)Dstが60
〜90nm、(6)ΔDstが40〜60nm。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は乗用車用空気入りタ
イヤおよび重荷重用空気入りタイヤのトレッド用ゴム組
成物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりトラック・バス用空気入りタイ
ヤあるいは乗用車用空気入りタイヤの耐摩耗性および高
速耐久性は最も重要な特性である。したがってトレッド
用ゴム組成物には天然ゴムまたは天然ゴムに少量のシス
ポリブタジエンゴムを混合してなるゴム成分に粒子径の
小さい、すなわち比表面積の大きいカーボンブラックが
配合されていた。ここでシスポリブタジエンゴムは耐摩
耗性の観点から分岐度の小さいものが採用されているが
ゴム組成物の加工性が低下する問題があった。一方粒子
径の小さいカーボンブラックを使用すると発熱が大きく
なり、高速耐久性を損なうという問題があった。
【0003】かかる問題を解決する方法として、たとえ
ば特開平7−118443号公報に開示するように、タ
イヤトレッド部を厚さ方向に二分割し、キャップゴムと
ベースゴムの2層で構成することが提案されている。こ
こで外側のキャップゴムに耐摩耗性の良好なゴム組成物
を用い、内側のベースゴムに低発熱性のゴム組成物を用
いて、耐摩耗性と低発熱性を同時に満足させようとする
ものである。しかしかかるキャップゴムとベースゴムの
2層構造のトレッドゴムでは製造工程を複雑にするとと
もに、キャップゴムがある程度摩耗すると使用できなく
なる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は引張強度等の
基本特性を損なうことなく加工性を改善したゴム組成物
であり、該ゴム組成物を乗用車用空気入りタイヤおよび
トラック・バス用空気入りタイヤに適用することによ
り、低発熱性と耐摩耗性を同時に向上したタイヤトレッ
ド用ゴム組成物を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はポリブタジエン
ゴムを3〜30重量部含むゴム成分100重量部に対し
て、カーボンブラックを5〜80重量部配合したタイヤ
トレッド用ゴム組成物において、(1)前記ポリブタジ
エンゴムはシス含量が95重量%以上で、重量平均分子
量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが
3.5〜6.0であり、(2)前記カーボンブラックは
窒素吸着比表面積(N2SA)が130〜150m2
g、沃素吸着量(IA)が120〜130mg/g、窒
素吸着比表面積(N2SA)と沃素吸着量(IA)の比
2SA/IAが1.00〜1.25、比着色力が12
0以上、ストークスモード径(Dst)が50〜90n
m、ストークスモード径の半値幅(ΔDst)が30〜
60nmである、ことを特徴とする前記トレッド用ゴム
組成物である。
【0006】本発明のゴム組成物に用いられるポリブタ
ジエンゴムは、シス構造を95重量%以上含み、重量平
均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/M
nが3.5以上である。
【0007】シス構造の含量が95重量%未満の場合、
発熱が高くなり高速耐久性が低下する。好ましくはシス
含量は97重量%以上である。
【0008】またMw/Mnが3.5未満の場合、分子
量分布が狭くなり、ゴム成分への分散あるいはカーボン
ブラックの分散が悪く加工性を損なうことになる。な
お、Mw/Mnが6.0以上になるとヒステリシスロス
が大きくなり、タイヤの発熱が激しく、耐破壊特性およ
び耐摩耗性を損なう傾向にあり好ましくない。
【0009】さらに本発明では粘度(TCP)が90C
PS以上であることが望ましい。90CPS未満の場
合、ゴム分子の分岐度が高くなり引張強度、引裂強度お
よび耐摩耗性等の基本特性が低下する傾向がある。ここ
で粘度(TCP)は次のようにして測定される。
【0010】試料ゴムをトルエンに5wt%溶液として
溶解し、キャノンフェンスケ型動粘度計にて溶液粘度を
測定した。粘度(TCP)は次の式で示される。
【0011】粘度(CPS)=Ts×Ds×Tc/100 ここでTsは試料溶液流下時間(s)を示す。Dsは試料
溶液の密度(g/cm 3)を示し25℃では0.866
である。またTsは粘度計定数で次の式で定義される。
【0012】Tc=Vo/(To×Do) ここでToは校正油の流下時間(s)、Doは校正油の粘
度(CPS)、Voは校正油の密度(g/cm3)を示
す。なお校正油として昭和シェル石油(株)製JS20
0を用いた。
【0013】ポリブタジエンゴムはゴム成分100重量
部に対して3〜30重量部配合される。3重量部以上配
合することにより耐摩耗性は向上するが、30重量部を
超えると加工性が低下するとともにゴム組成物の剛性が
低くなり、さらに発熱が激しくなり高速耐久性が低下す
ることとなる。
【0014】本発明のゴム成分に用いられるポリブタジ
エン以外のゴムは、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、乳
化重合スチレン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−
ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム
等、タイヤに用いられる汎用ゴムが使用できるが、耐摩
耗性、耐発熱性および高速耐久性等の観点から天然ゴム
および/またはポリイソプレンゴムが最も好ましい。
【0015】次に本発明のゴム組成物に配合されるカー
ボンブラックは、まず窒素吸着比表面積(N2SA)は
130〜150m2/gである。130gm2/g未満の
場合、高度な耐摩耗性を維持することができなくなり、
他方150gm2/gを超えるとゴム配合時の粘度が高
くなって加工性、実用性に乏しくなる。なお窒素吸着比
表面積(N2SA)はASTM D3037−88に基
づいて測定される。
【0016】次に沃素吸着量(IA)は揮発分、トルエ
ン着色透過度などの表面化学性状の特性を示すもので1
20〜130mg/gの範囲である。120mg/g未
満では補強効果が不十分で、耐摩耗性は改善できず、一
方130mg/gを超えると加工性が低下する。
【0017】ここで沃素吸着量(IA)はJIS K6
221(1982)「ゴム用カーボンブラックの試験方
法」に基づいて測定される。
【0018】次に窒素吸着比表面積(N2SA)と沃素
吸着量(IA)の比(N2SA/IA)が1.00〜
1.25の範囲である。これは主に発熱性を抑制する要
素となるもので1.00未満では発熱性の抑制は不十分
で、一方1.25を超えると粘度が高くなりすぎる。か
かるカーボンブラックの特徴は小さい分子の窒素の吸着
量が、より大きい分子の沃素よりも吸着量(吸着比表面
積)が大きいので、カーボンブラック表面の凹凸が大き
く、活性が高いといえる。したがってカーボンブラック
の粒子径を変えずにゴムとの相互作用、すなわち補強効
果を高めることができるため、発熱をほとんど上げるこ
となく摩耗性を向上することができる。
【0019】次にカーボンブラックの比着色力は120
以上である。比着色力は粒子径、凝集体を形成する粒子
の数および凝集体分布に関係するメジャーであり、比着
色力が120未満の場合、低ストラクチャとなり耐摩耗
性が悪くなる。なお比着色力はJIS K6221(1
982)に従って測定される。
【0020】次にストークスモード径(Dst)が50
〜90nmでストークスモード径の半値幅(ΔDst)
が30〜60nmである。
【0021】カーボンブラックのストークスモード径
(Dst)およびアグリゲート分布を示す半値幅(ΔD
st)が大きくなるに従い、ゴム組成物の耐摩耗性が低
下する傾向を示す。逆に小さくなると発熱性の抑制効果
は減退する。したがって上記範囲の場合配合ゴムの耐摩
耗性と低発熱性をバランスよく付与する。
【0022】ここでストークスモード径(Dst)と半
値幅(ΔDst)は次の方法で測定する。
【0023】乾燥カーボンブラックを少量の界面活性剤
を含む20vol%エタノール水溶液と混合して、カー
ボンブラックの濃度が50mg/lの溶液を作製する。
これを超音波で十分に分散させる。ディスク・セントリ
フュージ装置を回転数8000rpmに設定し、2wt
%のグリセリン水溶液よりなるスピン液を10ml加え
る。その後20vol%のエタノール水溶液よりなる1
mlのバッファ液を注入する。そしてカーボンブラック
分散液0.5mlを加えて遠心沈降を開始し、光学的に
カーボンブラックアグリゲートのストークス径の分布曲
線を記録する。分布曲線における最大頻度のストークス
径をストークスモード径Dst(nm)とし、最大頻度
の50%の頻度が得られる大小2点のストークス径の差
を半値幅ΔDst(nm)とする。なお、カーボンブラ
ックはゴム成分100重量部に対して5〜80重量部配
合される。5重量部未満の場合、耐摩耗性が十分でな
く、80重量部を超えると発熱性が悪くなる。
【0024】なお本発明においては上記成分の他に通常
用いられる配合剤、たとえば加硫剤、加硫促進剤、加硫
促進助剤、プロセス油、老化防止剤その他の加工助剤等
が適宜添加され得る。
【0025】
【実施例】表1に示す配合内容で加硫促進剤と硫黄を除
く原料ゴムおよび配合剤を1.7リットルのバンバリー
ミキサーで5分間混合した後、この混合物に加硫促進剤
と硫黄とを8インチのロール機で5分間混練して、ゴム
組成物を得た。このゴム組成物を160℃で10分間プ
レス加硫して試験片を作製し、各種試験を行なった。得
られた物性は表1に示すとおりである。なお表1に用い
たポリブタジエンの詳細な仕様は表2に、またカーボン
ブラックの詳細な仕様は表3に示している。ここで表1
で用いた配合剤の詳細は次のとおりである。
【0026】
【表1】
【0027】注1) 酸化亜鉛3種:三井金属社製 注2) ビーズステアリン酸、つばき:日本油脂社製 注3) サンフレックス6PPD:フレキシス社製 注4) オゾエース0355:日本精蝋社製 注5) 金華印微粉硫黄:鶴見化学社製 注6) サンセラーNSG:三新化学社製
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】そして物性の評価方法は次のとおりであ
る。 (1) 引張試験 JIS K6301の「加硫ゴム物理試験法」によっ
た。
【0031】(2) ピコ摩耗試験 ピコ摩耗試験機を用いてASTM D228に準拠して
測定した。測定値は標準例の摩耗量を100とした場合
の指数[(標準例の摩耗量)/(試料の摩耗量)×10
0]で示した。数字が大きいほど耐摩耗性が良好であ
る。
【0032】(3) ランボーン摩耗試験 ランボーン摩耗試験機を用いて荷重4.5kg、スリッ
プ率30%と50%の条件で測定した。(標準例の摩耗
量)×100/(試料の摩耗量)で指数表示した。値が
大きいほど耐摩耗性は良好である。
【0033】(4) 耐発熱性 グッドリッチ式フレクソ試験機で測定した。初期温度4
0℃から20分間繰返し圧縮を加えた後の温度変化を測
定した。
【0034】(5) 加工性 JIS K6300に基づき、ムーニー試験(100
℃、ML1+4)を行なった。指数化しており数値が大き
いほど良好である。
【0035】比較例1、2はポリブタジエンの分子量分
布、Mw/Mnが2.3で本発明の範囲3.5以上から
外れるものであり、加工性が劣っている。なお比較例2
はカーボンブラックに本発明の範囲内のものを用いてお
り、引張特性、ピコ摩耗およびランボーン摩耗は標準例
よりも改善されている。
【0036】比較例3は窒素吸着比表面積(N2
A)、沃素吸着量(IA)がいずれも高いカーボンブラ
ックを用いており、破断時伸びが低く発熱が高くなって
いる。
【0037】比較例4はポリブタジエンゴムの配合量が
30重量部を超えているので加工性が悪く、また発熱性
も高くなっている。
【0038】実施例1〜4はいずれも引張特性、耐摩耗
性、低発熱性および加工性が総合的に優れた物性が得ら
れる。
【0039】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【0040】
【発明の効果】上述のごとく本発明は特定のミクロ構造
で広い分子量分布を有するポリブタジエンゴムをゴム成
分に配合するとともに、カーボンブラックに特定の物性
のものを使用したため、引張特性を維持しながら耐摩耗
性、低発熱性および加工性を改善することができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリブタジエンゴムを3〜30重量部含
    むゴム成分100重量部に対して、カーボンブラックを
    5〜80重量部配合したタイヤトレッド用ゴム組成物に
    おいて、 (1) 前記ポリブタジエンゴムはシス含量が95重量
    %以上で、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(M
    n)の比Mw/Mnが3.5〜6.0であり、 (2) 前記カーボンブラックは窒素吸着比表面積(N
    2SA)が130〜150m2/g、沃素吸着量(IA)
    が120〜130mg/g、窒素吸着比表面積(N2
    A)と沃素吸着量(IA)の比N2SA/IAが1.0
    0〜1.25、比着色力が120以上、ストークスモー
    ド径(Dst)50〜90nm、ストークスモード径の
    半値幅(ΔDst)が30〜60nmであることを特徴
    とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
  2. 【請求項2】 粘度(TCP)が90CPS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。
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