JP2006002045A - 重荷重用タイヤトレッドゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱性などの特性に悪影響を与えることなく、耐摩耗性を高度に向上させることができる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】ジエン系ゴム１００重量部に対して、ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍｌ／１００ｇ以上であり、かつヨウ素吸着量（ＩＡ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）の比Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）／ＩＡ（ｍｇ／ｇ）の値が１．２以上であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合する。カーボンブラックは、好ましくは下記式（A）の関係を満たすものとする。
Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ＞−０．２７×（２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）＋１．３８ （A）

Description

本発明は、トラックやバスなどの大型車に用いられる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耐摩耗性に優れるゴム組成物に関するものである。

トラックやバスなどに使用される重荷重用タイヤにおいては、トレッド部の耐摩耗性が極めて重要である。従来、かかる耐摩耗性の向上のため、ゴム成分として用いるブタジエンゴムについてシス−１，４含有量の高いハイシスタイプのものを使用したり、あるいはまた、充填剤としてのカーボンブラックについて、小粒径のものを使用したり、ストラクチャーの高いものを使用したり、表面活性を向上させたり、添加量を増量したりなどといった方策が提案されている（例えば、下記特許文献１〜３など）。

また、下記特許文献４には、カーボンブラックについて、その窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）、ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰ）、ＩＡ（ヨウ素吸着量）の関係を規定するとともに、ＴＩＮＴ（比着色量）とＤｓｔ（ストークス相当径）の関係を規定することにより、耐摩耗性と低燃費性に優れるとともに、製造時の加工性を低下させないトレッドゴム組成物が提案されている。

また、下記特許文献５には、重荷重用タイヤトレッド用のゴム組成物において、ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１４５〜１５１ｍ^２／ｇ、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０４〜１１０ｍｌ／１００ｇであり、ＣＴＡＢ／ＩＡ及びＮ_２ＳＡもそれぞれ規定されたカーボンブラックを用いることが提案されている。
特開平１１−６０９８４号公報 特開平１１−６０９８５号公報 特開２０００−８０３０２号公報 特開２００１−２８３５号公報 特開２００４−５９８０３号公報

上記した従来の方策を用いると確かに耐摩耗性の向上は見込めるものの、近年の高度な耐摩耗性の要求を満足することはできず、また、重荷重用タイヤのトレッドゴムとして必要な低発熱性や耐カット／チップ性などの特性に悪影響を及ぼすという欠点もあった。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、発熱性などの特性に悪影響を与えることなく、耐摩耗性を高度に向上させることができる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。

本発明者は、特定の粒径、ストラクチャー指数、及び表面活性度を有するカーボンブラックを使用することで、カーボンブラックとゴム成分ポリマーとの結合促進により強固なネットワーク構造を形成させることができ、これにより、発熱性などの特性に悪影響を及ぼすことなく、耐摩耗性を高度に向上させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る重荷重用タイヤトレッドゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、ＣＴＡＢ吸着比表面積（以下、単に「ＣＴＡＢ」と略称することがある。）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍｌ／１００ｇ以上であり、かつヨウ素吸着量（ＩＡ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）の比Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）／ＩＡ（ｍｇ／ｇ）の値が１．２以上であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合したものとする。

上記カーボンブラックは下記式（A）の関係を満たすものであることが好ましい；
Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ＞−０．２７×（２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）＋１．３８ （A）。

本発明のゴム組成物において、前記ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム１００〜５０重量％と、ブタジエンゴム０〜５０重量％からなるものであってもよい。

上記ブタジエンゴムは、シス−１，４結合含有量が９５％以上であるハイシスタイプであることが好ましい。

本発明によれば、上記した特定のカーボンブラックを用いることにより、カーボンブラックとゴム成分のポリマーとのネットワークをより強くすることができ、そのため、発熱性を損なうことなく、耐摩耗性を高度に向上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、ゴム成分として用いられるジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはいずれか一種を単独で用いても、２種以上ブレンドして用いてもよい。

好ましくは、ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム１００〜５０重量％と、ブタジエンゴム０〜５０重量％からなるものとする。すなわち、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの単独、あるいは、これとブタジエンゴムとのブレンドであることが好ましい。ブレンドする場合、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムが５０重量％以上で、ブタジエンゴムが５０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムが５０〜９０重量％で、ブタジエンゴムが１０〜５０重量％である。

上記ブタジエンゴムとしては、シス−１，４結合含有量が９５％以上であるハイシスタイプのものが、耐摩耗性を向上させる上で好ましい。ここで、シス−１，４結合含有量は、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。

本発明のゴム組成物に使用されるカーボンブラックは、下記（１）〜（３）の要件を全て満足するものである。

（１）ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇ、
（２）圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍｌ／１００ｇ以上、
（３）窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）／ヨウ素吸着量（ＩＡ）≧１．２。

これらを全て満足するカーボンブラックを用いることにより、ポリマーとのネットワークをより強化して、発熱性を損なわずに耐摩耗性が高度に改良されたゴム組成物を得ることができる。

上記（１）のＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロミド）吸着比表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ３７６５に準じて測定される値であり、カーボンブラックの粒子径の指標となるものである。本発明ではＣＴＡＢが１２０〜１４０ｍ^２／ｇであるＳＡＦクラス（ＡＳＴＭグレード）のものを用いる。ＣＴＡＢが１２０ｍ^２／ｇ未満では、重荷重用タイヤのトレッドゴムとして良好な耐摩耗性を得ることができず、１４０ｍ^２／ｇを超えると耐摩耗性は向上するが、分散困難となり、カーボンブラックの性能を充分に発揮できなくなる。

上記（２）の圧縮ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量は、２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量のことであり（以下、単に「２４Ｍ４ＤＢＰ」と略称することがある。）、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３に準じて測定され、カーボンブラックのストラクチャーの指標となるものである。本発明では２４Ｍ４ＤＢＰが９０ｍｌ／１００ｇ以上であるハイストラクチャー品を用いるものであり、９０ｍｌ／１００ｇ未満では、重荷重用タイヤのトレッドゴムとして良好な耐摩耗性を得ることができない。２４Ｍ４ＤＢＰの上限は特に限定されないが、１５０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましい。より好ましくは１３０ｍｌ／１００ｇ以下である。

上記（３）の窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）／ヨウ素吸着量（ＩＡ）は表面活性度の指標となるものであり、Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７に準じて測定される値であり、ＩＡ（ｍｇ／ｇ）はＡＳＴＭ Ｄ１５１０に準じて測定される値である。Ｎ_２ＳＡ／ＩＡが１．２未満であると、耐摩耗性と発熱性の改良において充分な効果は得られない。Ｎ_２ＳＡ／ＩＡの上限は特に限定されないが、１．５以下であることが好ましく、より好ましくは１．４以下である。

また、本発明で用いるカーボンブラックは、Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）、ＩＡ（ｍｇ／ｇ）、２４Ｍ４ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）及びＣＴＡＢ（ｍ^２／ｇ）が次の式（Ａ）で表される関係を満たすものであることがより好ましく、式（Ｂ）の関係を満たすものであることがさらに好ましい。

Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ＞−０．２７×（２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）＋１．３８ （Ａ）、
Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ＞−０．２７×（２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）＋１．４３ （Ｂ）。

すなわち、カーボンブラックの表面活性度とストラクチャーとの間には一定の関係が存在し、表面活性度の指標としてＮ_２ＳＡ／ＩＡを用い、ストラクチャー指数としてＤＢＰが比表面積の影響を受けることも考慮して２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢを用いると、Ｎ_２ＳＡ／ＩＡと２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢとの間には一定の比例関係が成立するが、この比例関係のバランスを崩して、上記式（Ａ）、より好ましくは式（Ｂ）の関係を満たすカーボンブラックを用いることにより、ゴム組成物の耐摩耗性、発熱性が顕著に改良されるのみならず、破断強度の向上も可能となる。

上記カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して４０〜６０重量部である。該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、上記した特定のカーボンブラックを用いたことにより、発熱性などの特性に悪影響を及ぼすことなく、耐摩耗性を高度に向上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。

天然ゴム（ＲＳＳ３号）８０重量部にブタジエンゴム（ＪＳＲ製「ＢＲ０１」（シス−１，４結合含有量＝９６％））２０重量部を配合したゴム成分１００重量部に、下記表１に示す特性値を有するカーボンブラック５０重量部を配合し、更に、その他の成分として、亜鉛華（三井金属製「亜鉛華１号」）３重量部、ステアリン酸（日本油脂製）３重量部、老化防止剤（モンサント製「６ＰＰＤ」）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「ＴＢＢＳ」）１重量部を添加し、バンバリーミキサーにて混練して重荷重用タイヤトレッドゴム組成物を調製した。

なお、カーボンブラックは、比較例１で用いたものは東海カーボン製Ｓｅａｓｔ９（ＡＳＴＭグレードＳＡＦクラス）であり、比較例２，３、実施例１，２で用いたものは、炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に装着された燃焼バーナーを備える燃焼室と、該燃焼室と同軸的に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の狭径反応室および広径反応室とにより構成されるオイルファーネス炉を用いて、原料油の分割導入条件、燃料油および空気の供給量、酸素ガスの添加条件を調整することにより得られたものである。

得られた各ゴム組成物について、引張試験を行って、３００％モジュラス、破断強度および破断伸びを測定するとともに、加工性、耐摩耗性、及び発熱性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・加工性：ＪＩＳ Ｋ６３００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。指数が小さいほど加工性に優れることを示す。

・引張試験：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、３００％モジュラス、破断強度および破断伸びを測定し（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。

・耐摩耗性：ＪＩＳ Ｋ６２６４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：粘弾特性（６０℃でのｔａｎδ）により評価した。６０℃でのｔａｎδは、東洋精機製スペクトロメーターを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期伸張１０％、歪振幅２％として測定し、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。

表１に示すように、比較例１，２は、表面活性度（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が低いカーボンブラックを用いており、耐摩耗性と発熱性が劣っている。比較例３は、耐摩耗性の改良は認められたが、粒径が小さくＣＴＡＢが大きいため発熱性の改良は認められず、さらに加工性が悪化（ムーニー粘度が上昇）するのが認められた。これに対し、実施例のものはＮ_２ＳＡ／ＩＡの値が１．２以上と高く、さらにストラクチャーとの関係も通常の比例関係を崩した高いレベルであって、耐摩耗性、発熱性ともに改良され、さらに破断強度の向上も認められた。

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 (4)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対して、
   ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９０ｍｌ／１００ｇ以上であり、かつヨウ素吸着量（ＩＡ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）の比Ｎ_２ＳＡ（ｍ^２／ｇ）／ＩＡ（ｍｇ／ｇ）の値が１．２以上であるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合した
   ことを特徴とする重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。
2. 前記カーボンブラックが下記式（A）の関係を満たすものであることを特徴とする請求項１記載の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。
   Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ＞−０．２７×（２４Ｍ４ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）＋１．３８ （A）
3. 前記ジエン系ゴムが、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム１００〜５０重量部と、ブタジエンゴム０〜５０重量部とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。
4. 前記ブタジエンゴムが、シス−１，４結合含有量が９５％以上であるハイシスタイプであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。