JP2005015638A - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

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哲夫 落合
Akihiko Nakayama
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Abstract

【課題】高速/高荷重用タイヤのビード部の耐久性改良並びにタイヤトレッド部用ゴムの耐摩耗性及び低発熱性の両立化。
【解決手段】天然ゴム及び/又はイソプレンゴム70〜20重量部とブタジエンゴム30〜80重量部からなるジエン系ゴム100重量部、ビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛0.20〜3.0重量部並びにHAF級を含むこれより小粒径のカーボンブラック60〜90重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物並びにジエン系ゴム100重量部、CTAB吸着比表面積が110〜280m /gのカーボンブラック40〜60重量部及びビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛0.20〜3.0重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物。
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はゴム組成物に関し、更に詳しくはビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛(ZPNO)を配合した空気入りタイヤ用ゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
重荷重用タイヤのビード部の耐久性を改善するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4等には、摩耗性と硬化/熱老化後の破断伸びとを両立化させることにより、リム擦れの防止、プライ末端の耐剥離性向上及びビードトウ部の損傷の防止などを目的とする提案がなされている。
【0003】
上記先行技術にあるように、ビード部の耐久性(リム擦れ、プライ末端の耐剥離性向上、ビードトウ部の損傷等)を向上させるには特殊な高分子量ポリブタジエンゴム(BR)やスチレンブタジエン共重合体ゴム(SBR)の使用、2種以上の分子量の異なるBRのブレンド、又は耐摩耗性の向上のためのカーボンブラック高配合等の手法を用いることが提案されているが、これらの提案によっても所望の全ての特性を高次に両立化させることは難しく、特に高速/高荷重で使用される航空機タイヤ用等のチェーファーゴムとしては、ヘタリ(圧縮永久歪み)・低発熱化という面で十分でなかった。
【0004】
一方、特許文献5、特許文献6には、活性水素量(CTAB/IA比)及び表面活性(Tint)が一定の範囲のカーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物の発熱性−耐摩耗性−加工性がバランスしたゴム組成物が提案されている。また、特許文献7には、カーボンブラックのアグリゲード形態と表面活性を制御し、ゴムへの分散性を改良して耐摩耗性と低発熱とのバランスを向上させることが提案されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−266813号公報
【特許文献2】
特開平7−81335号公報
【特許文献3】
特開平4−369533号公報
【特許文献4】
特開1997−59430号公報
【特許文献5】
特開2000−344945号公報
【特許文献6】
特開2001−2835号公報
【特許文献7】
特開2001−123014号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速/高荷重用タイヤのビード部の耐久性を改良するのに適したゴム組成物を提供することを目的とする。
本発明はまた、耐摩耗性及び低発熱性の両性能を両立させた空気入りタイヤのトレッド部に使用するのに適したゴム組成物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】
本発明に従えば、天然ゴム及び/又はイソプレンゴム70〜20重量部とブタジエンゴム30〜80重量部からなるジエン系ゴム100重量部、ビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛0.20〜3.0重量部並びにHAF級を含むこれより小粒径のカーボンブラック60〜90重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物が提供される。
【0008】
本発明に従えば、また、ジエン系ゴム100重量部、CTAB吸着比表面積が110〜280m /gのカーボンブラック40〜60重量部及びビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛0.20〜3.0重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の態様に従えば、カーカスプライ層の両端が、タイヤ軸方向の左右に位置するビードワイヤー束回りに各々巻回されたビード部構造を有し、そのビード部のタイヤ軸方向内側から外側にかけて表面を覆うチェーファーゴムが、(A)天然ゴム(NR)及び/又はイソプレンゴム(IR)70〜20重量部(好ましくは60〜40重量部)とポリブタジエンゴム(BR)30〜80重量部(好ましくは40〜60重量部)からなるジエン系ゴム100重量部に対し、(B)ビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛(ZPNO)0.20〜3.0重量部(好ましくは0.5〜1.0重量部)及び(C)HAF級を含むこれより小粒径のカーボンブラック60〜90重量部(好ましくは65〜80重量部)を配合することによって高速/高荷重用タイヤのビード部の耐久性を改良することができるゴム組成物を得ることができる。
【0010】
本発明において成分(B)として配合するZNPOは下記式(I)で表わされ、FLEXSYS社製カーボンカップリング剤として市販されている。このZNPOを配合することで耐摩耗性/耐熱老化性/耐疲労性を悪化させることなく、圧縮永久歪み及び発熱性を改善することができる。
【0011】
【化1】
Figure 2005015638
【0012】
本発明の第二の態様によれば、耐摩耗性−低発熱性両立が要求されるタイヤトレッド用ゴムとして最適なゴム組成物が得られる。耐摩耗性を上げるために、より小粒子径のカーボンブラックを用いることが考えられるが、これでは発熱性が悪化してしまい、低発熱化のために、より粒子径の大きなカーボンブラックを使用すると耐摩耗性が悪化してしまうという知見に基づき、耐摩耗性−低発熱性両立を狙って、カーボンブラックについて、(1)N SA/IAを高くしたり、(2)Tintを高くしたりするなどのカーボンブラックの表面活性を上げる提案がされているが、さらなる耐摩耗性向上と低発熱性化が求められている。そこで本発明者らは、CTAB吸着比表面積(ASTM−D3765−80に準拠して測定)が110〜180m /gのカーボンブラックとFLEXSYS社からカーボンカップリング剤として市販の前記式(I)のZPNOを配合することにより、ゴム組成物の更なる耐摩耗性の向上及び低発熱性化を両立できることを見出した。
【0013】
本発明の第一の態様のタイヤ用ゴム組成物を構成するゴム成分としては、前述の如く、NR及び/又はIR70〜20重量部並びにBR30〜80重量部からなるジエン系ゴム100重量部に対し、ZPNO0.20〜3.0重量部及びHAF級を含むこれより小粒径の従来からゴム配合用として市販の一般的なカーボンブラック60〜90重量部を配合する。ZPNOの配合量が少な過ぎると発熱性および圧縮永久歪の改善効果が得られないので好ましくなく、逆に多過ぎると疲労性が低下するので好ましくない。
【0014】
HAF級より大粒径のカーボンブラックを用いる場合には十分な硬度が得られないので好ましくない。HAF級を含むこれより小粒径のカーボンブラックでも配合量が少な過ぎると十分な硬度が得られないので好ましくなく、逆に多過ぎると発熱性、疲労性が低下するので好ましくない。
【0015】
本発明の第二の態様において使用するジエン系ゴムは、従来よりタイヤ用として使用されている任意のジエン系ゴム、例えば天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(IR)、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、各種ポリブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴムなどをあげることができ、これらは単独又は任意のブレンドとして使用することができる。
【0016】
本発明の第二の態様に従えば、前記ジエン系ゴム100重量部に対し、前記ZNPOを0.20〜3.0重量部(好ましくは0.5〜2.0重量部)及びCTAB吸着比表面積(ASTM−D3765−80に準拠して測定)が110〜280m /g(好ましくは130〜200m /g)のカーボンブラックを40〜60重量部を配合することにより低発熱性及び耐摩耗性を両立させた、タイヤトレッド用として最適のゴム組成物を得ることができる。
【0017】
前記ZNPOの配合量が少な過ぎると低発熱化の改善効果が小さいので好ましくなく、逆に多過ぎると硬度が高くなり過ぎ、破断伸びの低下が大きく、物性のバランスが悪化するので好ましくない。また前記カーボンブラックのCTAB吸着比表面積が小さ過ぎるとZPNO使用による低発熱化と耐摩耗性の改善効果が小さいので好ましくなく、逆に大き過ぎると粒子径が小さくなり過ぎるため混合作業が困難となるので好ましくない。またかかる特定のカーボンブラックもその配合量が少な過ぎると十分な硬度が得られないので好ましくなく、逆に多過ぎると、破断伸びの低下が大きいので好ましくない。
【0018】
本発明の第一及び第二の態様に係るタイヤ用ゴム組成物には、前記必須成分に加えて、さらに、通常の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、充填剤、可塑化剤、その他一般ゴム用に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、これらの添加剤の配合量も、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。
【0019】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうまでもない。
【0020】
標準例I−1、実施例I−1〜I−2及び比較例I−1〜I〜6
表Iに示す配合内容(重量部)にて硫黄、加硫促進剤を除く配合成分を常法に従って1.7リットルのバンバリーミキサーで混合し、次いで上記硫黄などをオープンロールで5分間混合混練して調製した。これらのゴム組成物を160℃で20分間プレス加硫して目的とする試験片を調製し、各種試験を行い、その物性を測定した。使用原料及び試験方法は以下の通りである。
【0021】
【表1】
Figure 2005015638
【0022】
使用原料
ポリブタジエンゴム(BR):NIPOL BR1220(日本ゼオン製)
カーボンブラック:シーストN(HAF級)(東海カーボン製)
老化防止剤 6PPD:SANTOFLEX 6PPD(FLEXSYS製)
亜鉛華:酸化亜鉛3種(正同化学工業製)
加硫促進剤 TBBS:ノクセラーNS−P(大内新興化学工業製)
ZNPO:ビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛(FLEXSYS製)
イオウ:油処理イオウ(イオウ/油=100/5)(軽井沢製錬所製)
【0023】
試験方法
破断伸び:JIS K6251に準拠(ダンベル状3号型)して、100℃で48時間老化後の破断伸びを測定。測定結果は標準例I−1を100として指数表示した。この値が大きいほど耐熱老化性に優れることを示す。
圧縮永久歪:JIS K6262に準拠して、100℃で72時間、25%圧縮後の圧縮永久歪(%)を測定。測定結果は標準例I−1を100として指数表示した。この値が大きいほどセット性が小さく良好なことを示す。
【0024】
粘弾性(tanδ):東洋精機製作所製の粘弾性スペクトロメータを用い、歪10±2%、周波数20Hz、雰囲気温度60℃の条件で測定。測定結果は、標準例I−1を100として指数表示とした。この値が大きいほど発熱性が高いことを示す。
【0025】
定歪疲労寿命:JIS K6251(〔旧〕K6301)に準じて、3号ダンベルにて70%の歪みを繰り返し与え、破断回数を測定することによった。破断回数の測定は、n=6で行い、それぞれの破断回数より正規確率分布による50%残存確率を求め、標準例I−1を100として指数で示す。この数値が大きい方が疲労寿命が長いことを示す。
【0026】
耐摩耗性:ピコ摩耗試験機でJIS K6264で測定。測定結果は標準例I−1を100として指数表示した。この数値が大きいほど耐摩耗性が高いことを示す。
【0027】
標準例I−1は一般的なチェーファーゴムの配合を示し、比較例I−1は促進剤を増やした配合であり、圧縮永久歪みは改善されるが破断伸び/定歪疲労性は低下してしまう。比較例I−2は促進剤/イオウを減らした配合であり、破断伸びは改善されるが圧縮永久歪/発熱/耐摩耗性は低下してしまう。比較例I−3はカーボン配合量を増やした配合であり、圧縮永久歪は改善されるが発熱/定歪疲労性は悪化してしまう。比較例I−4はカーボン配合量を減らした配合であり圧縮永久歪/耐摩耗性が低下してしまう。比較例I−5はZNPOの配合量が少なく改善効果が発現されない。そして比較例I−6はZNPOの配合量が多すぎ定歪疲労性・破断伸び(老化後)が悪化してしまう。これに対し、本発明に従った実施例I−1及びI−2は標準例I−1より低発熱化と摩耗改良化が達成できる。
【0028】
標準例 II −1、実施例 II −1〜 II −3及び比較例 II −1〜 II 〜9
表IIに示す配合内容(重量部)にて硫黄、加硫促進剤、ZNPOを除く配合成分を常法に従って1.7リットルのバンバリーミキサーで混合し、次いで上記硫黄などをオープンロールで5分間混合混練して調製した。これらのゴム組成物を150℃で30分間プレス加硫(金型15×15×0.2cm)して目的とする試験片を調製し、各種試験を行い、その物性を測定した。使用原料及び試験方法は以下の通りである。
【0029】
【表2】
Figure 2005015638
【0030】
使用原料
*1:Nipol BR 1220(日本ゼオン(株)製)
*2:ショウブラックN330(昭和キャボット(株)製)、CTAB吸着比表面積 75m /g
*3:ショウブラックN220(昭和キャボット(株)製)、CTAB吸着比表面積 104m /g
*4:ショウブラックN110(昭和キャボット(株)製)、CTAB吸着比表面積 129m /g
*5:レゾレックス3号(昭和シェル石油(株)製)
*6:SANTOFLEX6PPD(FLEXSYS製)
*7:油処理イオウ(イオウ/油=100/5)(軽井沢製錬所製)
*8:ノクセラー−NS−P(大内新興化学工業製)
*9:ZNPO:ビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛(FLEXSYS製)
【0031】
*10 :JIS K6253に準拠して測定。測定結果は標準例II−1を100として指数表示した。この数値が大きいほど硬いことを示す。
*11 :JIS K6251に準拠(ダンベル状3号型)して測定。測定結果は標準例II−1を100として指数表示した。この値が大きいほどモジュラスおよび破断伸びが高いことを示す。。
【0032】
*12 :東洋精機製作所製の粘弾性スペクトロメータを用い、歪10±2%、周波数20Hz、雰囲気温度60℃の条件で測定。測定結果は、標準例II−1を100とした指数表示とした。この値が大きいほど発熱が高いことを示す。
【0033】
*13 :ランボーン摩耗試験機(岩本製作所(株))を使用して荷重5kg、スリップ率25%、時間4分、室温で測定し、標準例II−1を100とした耐摩耗性指数として示した。この値が大きいほど耐摩耗性良好なことを示す。
【0034】
比較例II−1はHAFを使用し、標準例II−1よりも低発熱だが、摩耗性に劣り、比較例II−2は比較例II−1にZNPOを使用し、標準例II−1よりも低発熱化したが摩耗改良化は得られなかった。比較例II−3はカーボンブラックとしてISAFを使用したが、標準例II−1よりも低発熱性だが、摩耗性に劣り、比較例II−4は比較例II−3にZNPOを使用し、標準例よりも低発熱化したが摩耗改良化は得られず、比較例II−5は標準例II−1にZNPOを0.1phr 添加したが、その使用量が少ないため、所望の効果は認められなかった。
【0035】
比較例II−6は標準例II−1のZNPOを5.0phr 添加したが、その使用量が多すぎるため、破断伸びの低下が大きく、比較例II−7では、カーボン配合量を減らした配合であり、硬度/モジュラス/耐摩耗性が低下した。比較例II−8では、カーボン配合量を増加した配合であり、破断伸びが低下するとともに発熱性が悪化した。比較例II−9は、標準例II−1のポリマーをNR/BRに変更したもので、耐摩耗性は良好になったが、硬度/モジュラスが低下した。
【0036】
これらに対し、実施例II−1〜II−3では、標準例I−1に対し、低発熱化/耐摩耗性の改良が達成された。
【0037】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の第一の態様によれば、従来技術のように、ヘタリ(圧縮永久歪み)/発熱の改善としては不十分であったり、従来のカーボン増量のように圧縮永久歪み改善に伴い発熱性が大きくなったりすることはなく、ヘタリ/発熱性の更なる改善が達成可能である。また、本発明に第二の態様によれば、従来技術では高耐摩耗性/低発熱化の両立化が不十分であったのに対し、従来のようにカーボン小粒径化/増量で耐摩耗性の上昇に伴い発熱性が大きくなるという問題はなく、低発熱/耐摩耗性の更なる改善が達成可能である。

Claims (2)

  1. 天然ゴム及び/又はイソプレンゴム70〜20重量部とブタジエンゴム30〜80重量部からなるジエン系ゴム100重量部、ビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛0.20〜3.0重量部並びにHAF級を含むこれより小粒径のカーボンブラック60〜90重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物。
  2. ジエン系ゴム100重量部、CTAB吸着比表面積が110〜280m /gのカーボンブラック40〜60重量部及びビス(1−ヒドロキシ−2(1H)−ピリジンチオナート−O,S)−亜鉛0.20〜3.0重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物。
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