JP2004099804A

JP2004099804A - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ

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Publication number: JP2004099804A
Application number: JP2002265885A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kono; 河野　昌次
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP4102143B2

Abstract

【課題】補強性とＬＲＲ性能とのバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】チッ素吸着比表面積が３０〜７０ｍ^２／ｇであり、ジブチルフタレート吸油量が１３４ｃｍ^３／１００ｇ以上であり、かつヨウ素吸着量が２０〜５０ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを含有するタイヤ用ゴム組成物、および、カーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエイペックスおよびベルトクッションよりなる群から選ばれた少なくとも１つのタイヤコンポーネントが、該ゴム組成物からなる空気入りタイヤ。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関し、とくには補強性と低転がり抵抗（ＬＲＲ）性能とのバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤの転がり抵抗を低減するためには、比表面積の小さいカーボンブラックを用いればよいが、比表面積の小さいカーボンブラックは補強性に劣る。また、転がり抵抗を低減する方法として、ストラクチャーの小さいカーボンブラックを用いる方法もあるが、これも補強性に劣る。タイヤのコンポーネントに用いるカーボンブラックには、ある程度以上の補強性が必要である。
【０００３】
補強性の高い、すなわち比表面積の大きいカーボンブラックを用いて、カーボンブラックの充填量を減少することにより、補強性と転がり抵抗とのバランスをとることができるが、転がり抵抗を一層低減するために、さらにカーボンブラックの充填量を減少すると、補強効果も減少する。
【０００４】
そこで、低発熱性と高補強性を備えたゴム組成物に関する従来技術として、特定のチッ素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）、ＤＢＰ吸油量およびチッ素吸着比表面積とヨウ素吸着量Ｎ_２ＳＡ／ＩＡを有するカーボンブラックを配合してなるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、このような従来技術においても、転がり抵抗の低減は充分でなかった。
【０００５】
以上のように、高度に補強性とＬＲＲ性能を併せもったタイヤ用途に適したカーボンブラックは、未だ存在しない。
【０００６】
なお、補強性能と防振性能に優れる防振用ゴムを目的として、特定のカーボンブラックを使用した技術もあるが（たとえば、特許文献２参照）、これらの技術はタイヤを想定していないため、転がり抵抗に関する知見は示されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−２７４９０１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７２５２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、補強性とＬＲＲ性能とのバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チッ素吸着比表面積が３０〜７０ｍ^２／ｇであり、ジブチルフタレート吸油量が１３４ｃｍ^３／１００ｇ以上であり、かつヨウ素吸着量が２０〜５０ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを含有するタイヤ用ゴム組成物に関する。
【００１０】
また、前記タイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量をＤＢＰ（ｃｍ^３／１００ｇ）、ヨウ素吸着量をＩＡ（ｍｇ／ｇ）とするとき、ＤＢＰ／ＩＡ≧２．６８を満足することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、カーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエイペックスおよびベルトクッションよりなる群から選ばれた少なくとも１つのタイヤコンポーネントが、前記の各タイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤに関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、特定の特性を有するカーボンブラックを含有する。
【００１３】
一般に、ＬＲＲ性能を得るためには、ソフト系カーボンブラックを使用するか、もしくはハード系カーボンブラックの配合量を減少して用いられることが多い。しかしながら、ソフト系カーボンブラックでは、比表面積が低いために補強性が不十分となることが避けられない。所定の補強性を得るためにソフト系カーボンブラックの配合量を増加させると、補強性は向上するが、ＬＲＲ性能が低下してしまうという欠点があった。また、ハード系カーボンブラックでは、比表面積が高いため、配合量を減少して使用することにより、ある程度補強性とＬＲＲ性能をバランスよくすることができるが、一層のＬＲＲ性能の向上を追及するためにさらに配合量を減少させると、カーボンブラックの配合量が非常に少なくなるために補強性が低下するという問題があった。
【００１４】
そこで、チッ素吸着比表面積、ヨウ素吸着量およびジブチルフタレート吸油量が、特定の範囲内にあり、特定の関係を満足する特性をもったカーボンブラックが、ＬＲＲ性能に有効であることを見出した。これは、カーボンブラック表面の細孔量および官能基の量を特定範囲になるよう調整したものであり、この範囲であれば、カーボンブラックのポリマーとの相互作用が高くなり、補強性が向上する。一方で、表面積（ヨウ素吸着量）は２０〜５０ｍｇ／ｇと、通常ソフトカーボンに分類される範囲に留められているため、ソフトカーボンに近いＬＲＲ性能が得られる。
【００１５】
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、ＪＩＳ　Ｋ６２１７、７項のＡ法によって求められる。本発明に使用されるカーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、３０〜７０ｍ^２／ｇ、好ましくは３０〜６５ｍ^２／ｇである。チッ素吸着比表面積が３０ｍ^２／ｇ未満では、カーボンブラックによる補強性が充分でなく、７０ｍ^２／ｇをこえると、発熱性、すなわち転がり抵抗が大きくなる。
【００１６】
カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量は、ＪＩＳ　Ｋ６２１７、９項のＡ法によって求められる。本発明に使用されるカーボンブラックのジブチルフタレート吸油量は、１３４ｃｍ^３／１００ｇ以上、好ましくは１３４〜１７０ｃｍ^３／１００ｇ、より好ましくは１３４〜１６０ｃｍ^３／１００ｇである。ストラクチャーの指標であるジブチルフタレート吸油量が１３４ｃｍ^３／１００ｇ未満では、本特許請求の範囲にて規定しているヨウ素吸着量の範囲のカーボンブラックでは、モジュラスが低く補強性が得られなくなり、１７０ｃｍ^３／１００ｇをこえると、加工性の低下が大きくなり、また、ゴム硬度が過大となり加硫ゴムがもろくなる傾向がある。
【００１７】
カーボンブラックのヨウ素吸着量は、ＪＩＳ　Ｋ６２１７、６項によって求められる。本発明に使用されるカーボンブラックのヨウ素吸着量は、２０〜５０ｍｇ／ｇ、好ましくは２３〜４０ｍｇ／ｇである。ヨウ素吸着量が２０ｍｇ／ｇ未満では配合ゴムが軟らかくなり、目的とする硬度を得るためにカーボンブラックの配合量を増すと、転がり抵抗が増大する。一方、ヨウ素吸着量が５０ｍｇ／ｇをこえると配合ゴムの発熱性が大きくなり、その結果、転がり抵抗が増大する。
【００１８】
本発明に使用されるカーボンブラックは、前記ジブチルフタレート吸油量をＤＢＰ（ｃｍ^３／１００ｇ）、前記ヨウ素吸着量をＩＡ（ｍｇ／ｇ）とするとき、ＤＢＰ／ＩＡ≧２．６８を満足することが好ましく、８．５≧ＤＢＰ／ＩＡ≧２．６８がより好ましく、８．０≧ＤＢＰ／ＩＡ≧３．３５がとくに好ましい。ＤＢＰ／ＩＡが２．６８未満では、本特許請求の範囲にて規定しているジブチルフタレート吸油量の範囲のカーボンブラックでは、ゴム硬度の上昇が大きくなり過ぎるとともに、転がり抵抗が増大する傾向があり、８．５をこえると配合ゴム硬度が過大となる傾向がある。
【００１９】
本発明のタイヤ用ゴム組成物に含まれるカーボンブラックの量は、後述するゴム成分１００重量部に対して、好ましくは２５〜６０重量部、より好ましくは３５〜５０重量部である。カーボンブラックの含有量が２５重量部未満では、配合ゴムに充分な補強性能を付与できない傾向があり、６０重量部をこえると配合ゴムの発熱性が高くなるため、転がり抵抗が増大する傾向がある。
【００２０】
本発明のタイヤ用ゴム組成物に含まれるゴム成分としては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、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３元共重合体ゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）などがあげられ、これらのうちの１種または２種以上のブレンドゴムが用いられる。
【００２１】
本発明のタイヤ用ゴム組成物には、前記ゴム成分およびカーボンブラックのほかに、たとえば、通常タイヤ用ゴムに使用されている加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、老化防止剤などの添加剤を適宜配合することができる。
【００２２】
加硫剤としてイオウを配合する場合、イオウの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、好ましくは２．０〜４．５重量部、より好ましくは２．５〜４．０重量部である。イオウの配合量が２．０重量部未満ではイオウによる架橋の量が不足し、モジュラスが低く、高発熱となる傾向があり、４．５重量部をこえるとゴム硬度が過大となる傾向がある。
【００２３】
軟化剤を配合する場合、軟化剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、好ましくは２．０〜１５．０重量部、より好ましくは３．５〜１３重量部である。軟化剤の配合量が２．０重量部未満では軟化剤の配合量が少ないため、練りゴムの粘度を充分に低下させられず、カレンダー、押し出し、トッピングなどの工程が困難となる傾向があり、１５．０重量部をこえると軟化剤による発熱性が大きくなり、ひいては転がり抵抗の増大をもたらす傾向がある。
【００２４】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、補強性とＬＲＲ性能に優れ、タイヤコンポーネント、とくに、カーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエーペックス、ベルトクッションに好適に使用することができる。なお、本発明のタイヤ用ゴム組成物は、これらのうち１つのコンポーネントにのみ使用してもよいし、これらの全てもコンポーネントに同時に使用してもよい。
【００２５】
【実施例】
以下に、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、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
カーボンブラックの製造
昭和キャボット（株）にて、通常のオイルファーネス法カーボンブラック製造装置を用い、表１に示す条件でカーボンブラックＡ、Ｂ、Ｃを試作した。物理化学特性を同表に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例１〜２および比較例１〜４
（原料）
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＳＢＲ：住友化学工業（株）製のＳＢＲ１５０２
カーボンブラックＡ：前記条件で製造されたもの
カーボンブラックＢ：前記条件で製造されたもの
カーボンブラックＣ：前記条件で製造されたもの
ＨＡＦカーボン：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ３３０（Ｎ_２ＳＡ：７５ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ：１０２ｃｍ^３／１００ｇ、ＩＡ：８１ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ／ＩＡ：１．２６）
ＦＥＦカーボン：昭和キャボット（株）製のＮ５５０（Ｎ_２ＳＡ：４２ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ：１１５ｃｍ^３／１００ｇ、ＩＡ：４４ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ／ＩＡ：２．６１）
ＧＰＦカーボン：三菱化学（株）製のダイアブラックＧ（Ｎ_２ＳＡ：２８ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ：８４ｃｍ^３／１００ｇ、ＩＡ：２４ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ／ＩＡ：３．５）
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の亜鉛華
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
芳香族伸展油：出光興産（株）製のＡＨ−１６
イオウ：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＮＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ
【００２９】
（ゴムシートの製造方法）
ＮＲ７０重量部、ＳＢＲ３０重量部、酸化亜鉛５重量部、ステアリン酸２重量部、芳香族進展油９．５重量部および表２に記載の種類のカーボンブラック４５重量部を、バンバリーミキサーによって、１５０℃で４分間混練したのち、オープンロールにてイオウ３．５重量部および加硫促進剤１．０重量部を混合し、試験片用の各種供試シートを作製した。ついで、該シートを、１７０℃、１５分間の条件で加硫して、２ｍｍスラブシートを得た。得られたゴムシートを使用して、以下に示す各物性の評価試験を行なった。
【００３０】
（ゴムシートの評価）
・破断強度および破断伸び（ＪＩＳ　Ｋ６２５１）
厚さ２ｍｍのサンプルからダンベル３号形サンプルを打ち抜き、ＪＩＳ　Ｋ６２５１にしたがって評価を行なった。ここで、破断強度は補強性の指標であり、２０ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００３１】
・損失正接
試験片は厚さ２ｍｍ、幅５ｍｍのスラブシートを用い、試料挟み間距離２ｃｍとして、初期伸張率１０％とした。（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを使用し、引張り動歪２％、周波数１０Ｈｚ、７０℃の条件で損失正接（ｔａｎδ）を測定し、比較例１を基準値（１００）とした指数で示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費である。
【００３２】
結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
（空気入りタイヤの製造方法）
ゴムシートの製造で作製したゴム組成物をカーカスゴムに用いて、タイヤサイズ：Ｐ２７５／６５Ｒ１７　１１３Ｓ　ＡＴ２０　ＴＬ（ＰＥ）の空気入りタイヤを試作した。得られた空気入りタイヤについて、以下の評価試験を行なった。
【００３５】
（空気入りタイヤの評価）
・転がり抵抗指数
直径１．７ｍのスムーズドラム試験機上で、使用リム８ＪＪ×１７、タイヤ内圧２００ＫＰａ、速度８０ｋｍ／時間、室温２５℃の条件にて、タイヤ軸に設けた２軸ロードセルによりタイヤ軸力を測定し、転がり抵抗を算出した。比較例１のゴム組成物からなる空気入りタイヤの転がり抵抗を基準（１００）として、それぞれ指数で示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費である。
【００３６】
・タイヤ耐久性
ＦＭＶＳＳ１０９　耐久性（Ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）テストに基づき、直径１．７ｍのスムーズドラム試験機上で、使用リム８ＪＪ×１７、タイヤ内圧１８０ＫＰａ、速度８０ｋｍ／時間、室温３８±３℃にて測定した。荷重は、第１ステップ：９７８ｋｇ（走行時間４時間）、第２ステップ：１０３５ｋｇ（走行時間６時間）、第３ステップ：１１５０ｋｇ（走行時間２４時間）とした。
【００３７】
結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】

【００３９】
表３より、ゴム組成物に、特定のチッ素吸着比表面積、ジブチルフタレート吸油量およびヨウ素吸着量を有するカーボンブラックを配合した実施例１からなる空気入りタイヤは、該カーボンブラックを配合していない比較例１からなるそれと比べて、転がり抵抗が低減した。また、タイヤ耐久性について、実施例１からなる空気入りタイヤは、第３ステップを完走し、異常はみられなかった。
【００４０】
一方、配合したカーボンブラックのチッ素吸着比表面積およびジブチルフタレート吸油量の値が、本特許請求の範囲に記載の範囲外であった比較例３からなる空気入りタイヤでは、転がり抵抗は低減したものの、タイヤ耐久性が劣っていた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、チッ素吸着比表面積、ヨウ素吸着量およびジブチルフタレート吸油量が特定の範囲内にあるカーボンブラックを配合することにより、高度にＬＲＲと補強性のバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物、および、空気入りタイヤが得られる。

Claims

チッ素吸着比表面積が３０〜７０ｍ^２／ｇであり、ジブチルフタレート吸油量が１３４ｃｍ^３／１００ｇ以上であり、かつヨウ素吸着量が２０〜５０ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを含有するタイヤ用ゴム組成物。
カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量をＤＢＰ（ｃｍ^３／１００ｇ）、ヨウ素吸着量をＩＡ（ｍｇ／ｇ）とするとき、ＤＢＰ／ＩＡ≧２．６８を満足する請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
カーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエイペックスおよびベルトクッションよりなる群から選ばれた少なくとも１つのタイヤコンポーネントが、請求項１または２記載のタイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤ。