JP2005298612A

JP2005298612A - 重荷重用タイヤトレッドゴム組成物

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Publication number: JP2005298612A
Application number: JP2004114705A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Uno; 仁宇野; Seishi Hatano; 晴司破田野
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】発熱性及び加工性を損なうことなく、耐摩耗性を改善した重荷重用タイヤトレッドゴム組成物を提供する。
【解決手段】重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜７０×１０^４、該Ｍｗと数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が２．５〜３．０、シス−１，４結合含有量が９７％以上でかつビニル結合含有量が１％以下、かつ、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）に対するトルエン溶液粘度（Ｔ−ｃｐ）の比（Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４）が２以上であるポリブタジエンゴム１５〜６０重量部と、天然ゴム、合成ポリイソプレンゴム及びスチレンブタジエンゴムからなる群より選択されるジエン系ゴム８５〜４０重量部と、よりなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積が１１０〜１３０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合する。

Description

本発明は、トラックやバスなどの重荷重用タイヤにおいて、そのトレッド部を形成するゴム組成物として用いられるトレッドゴム組成物に関するものである。

近年、重荷重用空気入りタイヤにおいては、トレッド部の耐摩耗性が益々重要になってきており、耐摩耗性の向上を図るために様々な検討がなされている。

一般に、耐摩耗性を重視したタイヤ用途の分野では、天然ゴムに対するシスポリブタジエンゴムのブレンド比率を高めたゴム組成物を使用することにより、耐摩耗性が向上することが知られている。しかしながら、その反面、ブタジエンゴムの使用比率が上がるにつれて、加工性が低下し、また耐摩耗性と同じく重要である発熱性、カット／チップ性が劣るため、多量に使用することはできない。

また、粒径の小さいカーボンブラックを使用したり、カーボンブラックの添加量を増加することにより、トレッドゴムの補強性を高めると、耐摩耗性が改良されることも知られている。しかしながら、この場合にも、粒径の小さいカーボンブラックの使用により、一般に高発熱化を招くことになる。

このように従来、重荷重用タイヤのトレッドゴム配合においては、耐摩耗性と、発熱性、加工性を両立させることが求められているものの、未だこの要求に充分に応えたものはなかった。

下記特許文献１には、発熱性を悪化させることなく、耐摩耗性と耐偏摩耗性を改善するために、ポリブタジエンゴムとして、重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜７５×１０^４の範囲内にあり、該重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表される分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０の範囲内にあり、かつ２３℃におけるトルエン溶液中の固有粘度〔η〕が９０以上であるものを使用するとともに、カーボンブラックとしてそのセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１３５〜１６０ｍ^２／ｇであるものを使用したトラック・バス用ゴム組成物が提案されている。しかしながら、この特許文献１に開示のゴム組成物では、分子量分布の比較的狭いポリブタジエンゴムが使用されており、また、カーボンブラックとしても小粒径のものが使用されているために、加工性が劣るという問題がある。
特開平７−１１８４４３号公報。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、発熱性及び加工性を損なうことなく、耐摩耗性を改善した重荷重用タイヤトレッドゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明に係る重荷重用タイヤトレッドゴム組成物は、重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜７０×１０^４の範囲内にあり、該重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表される分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が２．５〜３．０の範囲内にあり、シス−１，４結合含有量が９７％以上でかつビニル結合含有量が１％以下であり、更に、１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ１＋４）に対する２５℃におけるトルエン溶液粘度（Ｔ−ｃｐ）の比（Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４）が２以上であるポリブタジエンゴム１５〜６０重量部と、天然ゴム、合成ポリイソプレンゴム及びスチレンブタジエンゴムからなる群より選択される少なくとも一種のジエン系ゴム８５〜４０重量部と、よりなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１１０〜１３０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックを４０〜６０重量部含有するものである。

本発明によれば、上記した特定のポリブタジエンゴムとカーボンブラックを組み合わせて用いることにより、加工性及び発熱性を損なうことなく、耐摩耗性を改善することができ、従来にもまして耐摩耗性と、加工性及び発熱性とを両立させることができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分として使用されるポリブタジエンゴムは、上記した特定の分子量、分子量分布、及び粘度特性を有する高シスポリブタジエンゴムであり、汎用タイプの高シスポリブタジエンゴムと比較すると、分子量が大きく、分子量分布が比較的広くて、直鎖状傾向が高いという特徴を備えている。かかるポリブタジエンゴムは、例として、ランタン系列希土類元素化合物、有機アルミニウム化合物、ルイス酸及び／又はルイス塩基の組み合わせよりなる触媒の存在下にて１，３−ブタジエンを重合させることにより製造することができるが、本発明ではその製造方法は特に限定されるものでなく、上記した特定の分子量、分子量分布、シス含量及び粘度特性を有するものであれば使用可能である。

該ポリブタジエンゴムは、重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜７０×１０^４の範囲内にあることが必要である。Ｍｗが５０×１０^４未満では、配合ゴムのヒステリシスロスが大きくなって、タイヤの発熱温度の上昇を招き、引張強度、引裂強度などの耐破壊特性が低下して、疲労摩耗や偏摩耗が生じやすくなる。Ｍｗが７０×１０^４を超えると、カーボンブラック及びポリマーの分散が悪くなって、耐摩耗性が低下する。

また、該ポリブタジエンゴムは、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表される分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が２．５〜３．０の範囲内にあることが必要である。Ｍｗ／Ｍｎが２．５未満であると加工性が低下してしまうという問題があり、Ｍｗ／Ｍｎを２．５以上として分子量分布を比較的広く設定することにより、加工性を改善することができ、また、ゴム組成物の粘度の経時的変化を抑えて貯蔵安定性を確保することができる。一方で、Ｍｗ／Ｍｎが３．０を超えると、ヒステリシスロスが大きくなり、発熱温度が上昇するとともに、耐破壊特性が低下して耐摩耗性が低下する。Ｍｗ／Ｍｎは２．７〜３．０の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは２．７〜２．９の範囲内である。

ここで、これら重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）は、テトロヒドロフラン（ＴＨＦ）を展開溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定される値である。詳細には、分子量既知のポリスチレンについて、ＧＰＣスペクトログラムのピーク位置と分子量の関係について検量線を作成しておき、ＧＰＣで測定したポリブタジエンゴムのスペクトログラムを分子量既知のポリスチレンの検量線と比較し、ポリスチレン換算重量平均分子量とポリスチレン換算数平均分子量とを計算することにより求められる。

該ポリブタジエンゴムは、また、シス−１，４結合含有量が９７％以上であり、かつビニル結合含有量が１％以下であることが必要である。シス含有量が９７％未満では耐摩耗性に劣る。シス含有量は９８％以上であることがより好ましい。ここで、これらシス含有量及びビニル含有量は、赤外吸収スペクトル法（モレロ法）により測定される値である。

該ポリブタジエンゴムは、更に、２５℃におけるトルエン溶液粘度（Ｔ−ｃｐ）と１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ１＋４）との比Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４が２以上であることが必要である。この比はポリブタジエンゴムのリニアリティに関連し、この値が大きいほどリニアリティが高いこと、即ち直鎖状傾向が高いことを意味する。なお、トルエン溶液粘度のみで規定した場合、トルエン溶液粘度が高いほど耐摩耗性は良好となるが、発熱性や加工性に劣る場合があり、本発明のようにムーニー粘度との比で規定し、かつ、その比を２以上とすることにより、耐摩耗性を向上させながら、発熱性と加工性を改善することができる。Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４は、２．５以上であることが好ましく、より好ましくは３以上である。

ここで、トルエン溶液粘度（Ｔ−ｃｐ）は、ブルックフィールド（ＢＬ）型粘度計により測定される２５℃、１０％のトルエン溶液粘度の値である。また、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）は、ＪＩＳＫ６３００に準拠して、予熱１分、測定４分、温度１００℃にて測定される値である。

本発明のゴム組成物におけるゴム成分は、上記ポリブタジエンゴム１５〜６０重量部と、他のジエン系ゴム８５〜４０重量部とのブレンドゴムからなる。上記ポリブタジエンゴムの配合比率が１５重量部未満では、その効果が十分発揮されず、耐摩耗性に劣ることになる。より好ましい配合比率は、該ポリブタジエンゴムが３０〜６０重量部、他のジエン系ゴムが７０〜４０重量部である。

前記他のジエン系ゴムとしては、天然ゴム、合成ポリイソプレンゴム及びスチレンブタジエンゴムからなる群より選択される少なくとも一種が用いられる。好ましくは、天然ゴム単独、又は、天然ゴムと合成ポリイソプレンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムとのブレンドゴムである。

本発明のゴム組成物に使用されるカーボンブラックは、１１０≦セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）≦１３０ｍ^２／ｇであるものが用いられる。ＣＴＡＢが１１０ｍ^２／ｇ未満では、補強性が低下して耐摩耗性が悪化してしまう。一方、ＣＴＡＢが１３０ｍ^２／ｇを超えると、加工性が悪化してしまう。ここで、ＣＴＡＢ比表面積は、ＡＳＴＭＤ３７６５に準じて測定される値である。

上記カーボンブラックは、ゴム成分１００重量部に対して４０〜６０重量部配合される。カーボンブラックの配合量が４０重量部未満であると耐摩耗性が悪化し、また、６０重量部を超えると発熱性が悪化する。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤など、重荷重用タイヤのトレッドゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

以上よりなる本発明の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物は、トラックやバスなどの重荷重用空気入りラジアルタイヤのトレッド部のためのゴム組成物として用いられ、常法に従い加硫成形することにより、該トレッド部を形成することができる。そして、このゴム組成物からなるトレッド部であると、上記した特定のポリブタジエンゴムとカーボンブラックを組み合わせて用いたことにより、加工性及び発熱性を損なうことなく、耐摩耗性を改善することができ、耐摩耗性と、加工性及び発熱性とを両立させることができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

ポリブタジエンゴムとしては、下記表１に示すＢＲ−１〜６の６種類のポリブタジエンを用いた。そのうち、ＢＲ−３は宇部興産製の高シスポリブタジエン「ＢＲ１５０」、ＢＲ−４は宇部興産製の高シスポリブタジエン「ＢＲ１５０Ｌ」、ＢＲ−５は宇部興産製の高シスポリブタジエン「ＢＲ１５０Ｂ」、ＢＲ−６は旭化成工業製の低シスポリブタジエン「Ｄ・ＮＦ３５」である。

また、カーボンブラックとしては、下記表２に示すＣＢ−１〜４の４種類のカーボンブラックを用いた。ＣＢ−１は「Ｎ１１０」、ＣＢ−２は「Ｎ２２０」、ＣＢ−３は「Ｎ３３９」、ＣＢ−４は「Ｎ３３０」（いずれも東海カーボン製）である。

バンバリーミキサーを使用し、下記表３に示す配合に従い、重荷重用タイヤトレッドゴム組成物を調製した。表３中のＮＲは、天然ゴム（ＲＳＳ３号）である。また、各ゴム組成物には、共通配合として、ステアリン酸（日本油脂製）１重量部、老化防止剤（モンサント製「６ＰＰＤ」）１重量部、亜鉛華（三井金属製「亜鉛華１号」）３重量部、ワックス（日本精鑞製「オゾエース０３５５」）１重量部、硫黄（四国化成製）２重量部、加硫促進剤（三新化学製「ＣＢＳ」）１重量部を配合した。

得られた各ゴム組成物について、加工性、３００％モジュラス、耐摩耗性、発熱性、耐引裂抵抗性（耐カット・チップ性）、貯蔵安定性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・加工性：ＪＩＳＫ６３００に準拠してムーニー粘度を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低いこと、即ち加工性が良好であることを示す。

・３００％モジュラス：ＪＩＳＫ６２５１に準拠した引張試験により測定し（ダンベル状３号形）、比較例１の値を１００とした指数で表示した。この値は１００に近いほど、コントロールである比較例１と同じタイヤ基本性能を有することを意味し、好ましい。

・耐摩耗性：ＪＩＳＫ６２６４に準拠して測定し（ランボーン。標準条件：スリップ率３０％、負荷荷重４０Ｎ、落砂量２０ｇ／分）、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど耐摩耗性に優れることを示す。

・発熱性：ＪＩＳＫ６２６５に準拠してフレクソメータによる発熱温度を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど発熱性に優れることを示す。

・耐引裂抵抗性（耐カット・チップ性）：ＪＩＳＫ６２５２に準拠して測定し（クレセント形）、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど耐カット・チップ性に優れることを示す。

・貯蔵安定性：ゴム組成物の混合日から２ヶ月後にＪＩＳＫ６３００に準拠してムーニー粘度を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど貯蔵安定性に優れることを示す。

表３に示すように、本発明に係る実施例１〜５のゴム組成物であると、加工性、発熱性を損なうことなく、耐摩耗性が向上しており、特に、実施例２，３，５では、加工性を損なうことなく、耐摩耗性及び発熱性が大幅に改善されており、また、実施例４では、加工性及び発熱性が大幅に改善されておりかつ耐摩耗性の改善効果も認められた。

これに対し、比較例２では、ポリブタジエンゴムの配合比率が低すぎたために、耐摩耗性に劣るものであった。比較例３では、逆にポリブタジエンゴムの配合比率が高すぎたために、加工性が悪化し、また、発熱性、耐カット・チップ性に劣るものであった。比較例４では、ポリブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が２．５未満であるため、貯蔵安定性に欠け、加工性にも劣るものであった。比較例５では、ポリブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３を超えるものであるため、低分子量領域の含有率が増加してヒステリシスロスが大きくなり、発熱温度が上昇するとともに、耐破壊特性が低下して耐摩耗性が低下していた。比較例６では、低シスポリブタジエンゴムを使用したため、耐摩耗性に劣るものであった。比較例８では、カーボンブラックのＣＴＡＢが１３０ｍ^２／ｇを超えるものであったため、加工性、発熱性に劣るものであり、また、比較例９では、カーボンブラックのＣＴＡＢが１１０ｍ^２／ｇ未満であったため、耐摩耗性に劣るものであった。

本発明のゴム組成物は、トラックやバスをはじめとする各種の重荷重用空気入りタイヤにおいて、そのトレッド部を形成するためのゴム組成物として利用することができる。

Claims

重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜７０×１０^４の範囲内にあり、該重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比で表される分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が２．５〜３．０の範囲内にあり、シス−１，４結合含有量が９７％以上でかつビニル結合含有量が１％以下であり、更に、１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ１＋４）に対する２５℃におけるトルエン溶液粘度（Ｔ−ｃｐ）の比（Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４）が２以上であるポリブタジエンゴム１５〜６０重量部と、
天然ゴム、合成ポリイソプレンゴム及びスチレンブタジエンゴムからなる群より選択される少なくとも一種のジエン系ゴム８５〜４０重量部と、
よりなるゴム成分１００重量部に対し、
セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１１０〜１３０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックを４０〜６０重量部含有する
ことを特徴とする重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。