JP2007112847A

JP2007112847A - ランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナー

Info

Publication number: JP2007112847A
Application number: JP2005303436A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hattori; 高幸服部
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】層状ケイ酸塩の分散を大幅に改善し、優れた特性を示すランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナーをより安価に提供する。
【解決手段】ゴム成分１００重量部に対して、層状ケイ酸塩、ならびに３．５重量部以上の脂肪酸および／またはその誘導体を含有するゴム組成物からなるランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナー。
【選択図】なし

Description

本発明は、ランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナーに関する。

近年、ポリマーに対して、モンモリロナイト、ベントナイト、マイカ等の層状ケイ酸塩を配合することでポリマーの物性を向上させることがおこなわれているが、層状ケイ酸塩は、ポリマー中に充分に分散されていない。

なかでも、天然ゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム等の極性の低いゴム成分を使用するタイヤ用ゴム組成物に対して、層状ケイ酸塩を分散させることはとくに困難であった。

しかし、層状ケイ酸塩を充分に分散させることにより、ゴム組成物のモジュラスや硬度を向上させたり、ゴム組成物の空気透過量や水蒸気透過量を低減させたりする効果が期待されており、それらの特性が必須とされるランフラットタイヤやタイヤ用インナーライナーへの適用の実現が望まれている。

特許文献１には、層状ケイ酸塩を配合するゴム組成物が開示されているが、高度な特性が要求されるランフラットタイヤとして使用することを想定したものではなく、さらに、層状ケイ酸塩のゴム組成物中における分散の点でも改善の余地がある。さらに、ポリマーラテックスと低濃度の層状ケイ酸塩の分散液とを混合する必要があり、本発明のように、固形ゴムへの単純な混練りで分散させる場合と比べ、製造コストが上昇しやすいという問題もある。

特開２００４−５１７４８号公報

本発明は、層状ケイ酸塩の分散が大幅に改善され、かつ工業的に単純な工程でその分散を可能とすることにより、優れた特性を示すランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナーをより安価に提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分１００重量部に対して、層状ケイ酸塩、ならびに３．５重量部以上の脂肪酸および／またはその誘導体を含有するゴム組成物を用いたランフラットタイヤに関する。

また、本発明は、ゴム成分１００重量部に対して、層状ケイ酸塩、ならびに３．５重量部以上の脂肪酸および／またはその誘導体を含有するゴム組成物を用いたタイヤ用インナーライナーに関する。

本発明によれば、層状ケイ酸塩ならびに特定量の脂肪酸および／またはその誘導体を配合し、ゴム組成物中の層状ケイ酸塩の分散を大幅に改善し、さらに、かかる分散をより単純な工程で実現することで、優れた特性を示し、安価なランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナーを提供することができる。

ランフラットタイヤとは、サイドウォール部の内側に配置されている高硬度のサイド補強層（補強層）を有することにより、パンクして空気圧が失われた状態になっても、ある程度の距離を走行できるタイヤのことをいう。ランフラットタイヤを使用することで、スペアタイヤを常備する必要性がなくなり、車輌全体における重量の軽量化を達成できる。

インナーライナーとは、タイヤの内部に配され、空気保持性（低空気透過性）を向上するはたらきを有するタイヤ部材のことをいう。インナーライナーがタイヤの内部に配されることで、釘などの小さな傷に対しては若干のシール効果があり、パンクなどを防ぐことができる。

本発明のランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナーはゴム組成物を用いたものであり、該ゴム組成物は、ゴム成分、層状ケイ酸塩、ならびに脂肪酸および／またはその誘導体を含む。

ゴム成分は、ランフラットタイヤ用としては、ジエン系ゴムが好ましく、具体的には、天然ゴム(ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、イソプレンゴム(ＩＲ）、ブタジエンゴム(ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム(ＳＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）などがあげられる。これらのジエン系ゴムは、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、ゴム成分は、インナーライナー用としては、具体的には、ＮＲ、ＥＮＲ、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、イソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体のハロゲン化物などがあげられる。これらのゴムは、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

なかでも、ゴム成分としては、ランフラットタイヤ用およびインナーライナー用ともに、ＮＲおよび／またはＮＢＲが好ましく、ＮＲとＮＢＲをそれぞれ単独で使用することがさらに好ましい。

なお、ＮＲは、ごく一般的な場合、好ましくは、石油外資源由来のゴム比率を高めたい場合や、インナーライナー用途で、ジエン系ゴムを用いた他の部材との接着性が要求され、ブチル系のゴムが使用しにくい場合においてゴム成分として使用され、また、ＮＢＲは、空気透過率をより低下させる必要がある場合などにおいてゴム成分として好適に使用される。

層状ケイ酸塩は、層状構造をしたメタケイ酸塩またはオルトケイ酸塩であり、具体的には、膨潤性をもつ粘土系鉱物があげられる。

粘土系鉱物は、シリカの４面体層の上部に、アルミニウムやマグネシウムなどを中心金属にした８面体層を有する２層構造よりなるタイプと、シリカの４面体層がアルミニウムやマグネシウムなどを中心金属にした８面体層を両側から挟んだ３層構造よりなるタイプとに分類される。前者としては、カオリナイト族、アンチゴライト族類をあげることができる。後者としては、層間カチオンの数によってスメクタイト族、バーミキュライト族、マイカ族などをあげることができる。具体的には、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチゴライト、クリソタイル、パイロフェライト、モンモリロナイト、ヘクトライト、テトラシリックマイカ、ナトリウムテニオライト、白雲母、マーガライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、ザンソフィライト、緑泥石などをあげることができる。このような層状ケイ酸塩を含むものとしては、工業的なコストや分散性が優れ、さらに、より高いモジュラスやバリアー性を得られることから、ベントナイトが好ましい。

層状ケイ酸塩は、ゴムへの分散性が優れていることから、有機化処理されていることが好ましい。なお、層状ケイ酸塩の有機化処理とは、第４級アンモニウム塩や第４級ホスホニウム塩などのようなオニウム塩で層状ケイ酸塩の層間の交換性陽イオンをイオン交換処理し、層状ケイ酸塩を処理することなどをいう。

有機化処理される層状ケイ酸塩としては、具体的には、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライトなどのスメクタイト類などがあげられるが、なかでも、イオン交換による有機化処理をしやすいことから、モンモリロナイトおよび／またはバイデライトが好ましく、工業的にすでに有機化処理されたものがあり、入手しやすいことから、モンモリロナイトがとくに好ましい。

層状ケイ酸塩の平均粒子径は、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。層状ケイ酸塩の平均粒子径が１０μｍをこえると、力学強度が低下してしまう傾向がある。なお、平均粒子径とは、層状ケイ酸塩の長径の平均値をいう。

層状ケイ酸塩の平均アスペクト比は、２５以上が好ましく、５０以上がより好ましい。層状ケイ酸塩の平均アスペクト比が２５未満では、ゴム組成物のモジュラスや強度が低下し、空気透過量や水蒸気透過量を低減しにくくなる傾向がある。また、層状ケイ酸塩の平均アスペクト比は、５０００以下が好ましく、２０００以下がより好ましい。層状ケイ酸塩の平均アスペクト比が５０００をこえると、技術的に分散させにくくなるとともに、経済的にもコストアップしてしまう傾向がある。なお、平均アスペクト比とは、層状ケイ酸塩の長径の厚さに対する比の平均値をいう。

層状ケイ酸塩の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、２．５重量部以上が好ましく、４重量部以上がより好ましく、２０重量部以上がさらに好ましい。層状ケイ酸塩の含有量が２．５重量部未満では、モジュラスや強度の充分な向上、ならびに空気透過量や水蒸気透過量の充分な低減が実現しにくくなる傾向がある。また、層状ケイ酸塩の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、１００重量部以下が好ましく、６０重量部以下がより好ましく、４０重量部以下がさらに好ましい。層状ケイ酸塩の含有量が１００重量部をこえると、ゴムが硬くなりすぎて成形性が悪化したり、走行時の変形に追従できなくなったりする傾向がある。

脂肪酸は、飽和脂肪酸および／または不飽和脂肪酸をいう。

飽和脂肪酸としては、具体的に、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸などがあげられる。

不飽和脂肪酸としては、具体的に、オレイン酸、マレイン酸などがあげられる。

脂肪酸としては、炭素数が８〜２０の高級脂肪酸が好ましい。炭素数が８未満では、ゴムに配合したときにブリードしやすくなる傾向がある。また、炭素数が２０をこえた脂肪酸は、安価に得ることが難しくなる傾向がある。

また、脂肪酸の誘導体としては、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル、脂肪酸アミドなどがあげられる。

脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛などがあげられる。

脂肪酸エステルとしては、高級アルコール脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールアルキルエステルなどがあげられる。

また、脂肪酸アミドとしては、高級アルコール脂肪酸アミドなどがあげられ、具体的には、オレイン酸アミド、エルカ酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミドとステアリン酸アミド、ベヘニン酸アミドなどの飽和脂肪酸アミドがあげられる。

脂肪酸および／またはその誘導体のなかでも、層状ケイ酸塩を分散させやすいことから、脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステルおよび脂肪酸アミドからなる群から選ばれる１種以上が好ましく、飽和脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステルおよび脂肪酸アミドからなる群から選ばれる１種以上がより好ましく、ステアリン酸、脂肪酸アミド、脂肪酸カルシウムと脂肪酸アミドとの混合物（例えば、ストラクトール社製ＷＢ１６など）、または
脂肪酸金属塩と脂肪酸エステルとの混合物（例えば、川口化学工業(株)製エクストンＬ−７など）が更に好ましい。

脂肪酸および／またはその誘導体の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、３．５重量部以上、好ましくは４．５重量部以上、より好ましくは７．５重量部以上である。脂肪酸および／またはその誘導体の含有量が３．５重量部未満では、層状ケイ酸塩を充分に分散させることができず、とくにランフラットタイヤの補強層として必須となる優れたゴム硬度、弾性率および引張特性、ならびにランフラットタイヤの補強層およびタイヤ用インナーライナーとして必須となる優れた耐空気透過性および耐水蒸気透過性を達成することができない。また、脂肪酸および／またはその誘導体の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、５０重量部以下が好ましく、２５重量部以下がより好ましく、１５重量部以下がさらに好ましい。脂肪酸および／またはその誘導体の含有量が５０重量部をこえると、ゴム配合時にブリードしやすくなる傾向がある。

本発明におけるゴム組成物は、ゴム成分、層状ケイ酸塩、ならびに脂肪酸および／またはその誘導体のほかに、金属酸化物を配合することができる。

金属酸化物としては、具体的に、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどがあげられるが、ゴム用として安価であり、さらに、ゴムの加硫を助ける役割があることから、酸化亜鉛が好ましい。

金属酸化物の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して、０．５重量部以上が好ましく、１重量部以上がより好ましく、２重量部以上がさらに好ましい。金属酸化物の含有量が０．５重量部未満では、金属酸化物配合による効果が得られない傾向がある。また、金属酸化物の含有量は、１５重量部以下が好ましく、１０重量部以下がより好ましく、７重量部以下がさらに好ましい。金属酸化物の含有量が１５重量部をこえると、金属酸化物配合による効果が小さくなり、不必要にコストが上昇してしまう傾向がある。

本発明におけるゴム組成物は、一般的に加硫促進剤や加工助剤として使用されていた脂肪酸および／またはその誘導体の含有量を大きくしたうえで、層状ケイ酸塩を組み合わせて含有することにより、かかる層状ケイ酸塩の層間剥離や分散を促進し、それによって硬度やモジュラスを向上させ、空気や水蒸気に対するバリアー性を向上させるというランフラットタイヤおよびタイヤ用インナーライナーとしての優れた効果が得られる。

本発明におけるゴム組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、一般的にゴム配合に用いられるカーボンブラックなどの補強用充填剤、ワックス、オイル、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤などを含んでもよい。

本発明におけるゴム組成物は、ランフラットタイヤまたはタイヤ用インナーライナーに用いられる。該ゴム組成物は、ランフラットタイヤ用としては、コンポーネントのなかでもとくに、補強層に好適に使用される。補強層とは、ランフラットタイヤのサイドウォール部の内側に配置されたライニングストリップ層のことをいい、ランフラットタイヤにおいて補強層が存在することで、空気圧が失われた状態でも車輌を支えることができる。さらに、本発明におけるゴム組成物は、この他、乗用車用やトラック・バス用のタイヤのインナーライナーとしても好適に使用される。

以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

以下に、実施例および比較例で用いた各種薬品を以下に示す。
ＮＲ：ＳＭＲＣＶ６０
ＮＢＲ：日本ゼオン（株）製のＤＮ００９
有機化クレー１：ＳｏｕｔｈｅｒｎＣｌａｙＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．製のＣｌｏｉｓｉｔｅ２０Ａ（平均粒子径：６μｍ、平均アスペクト比：１００、有機化処理：ジメチル水素化牛脂第４級アンモニウム塩（アルキル基の炭素数：１８〜１４）によりイオン交換処理されたモンモリロナイト）
有機化クレー２：ＳｏｕｔｈｅｒｎＣｌａｙＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．製のＣｌｏｉｓｉｔｅ１０Ａ（平均粒子径：６μｍ、平均アスペクト比：１００、有機化処理：ジメチルベンジル水素化牛脂第４級アンモニウム塩（アルキル基の炭素数：１８〜１４）によりイオン交換処理されたモンモリロナイト）
非有機化クレー：クニミネ工業（株）製のクニピアＦ（平均粒子径：０．１〜２μｍ、平均アスペクト比：３２０、層間の交換性陽イオンの大部分がナトリウムイオンであるモンモリロナイト）
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
脂肪酸系混合物１：ストラクトール社製のＷＢ１６（脂肪酸金属塩（脂肪酸カルシウム）と脂肪酸アミドとの混合物）
脂肪酸系混合物２：川口化学工業（株）製のエクストンＬ−７（脂肪酸金属塩と脂肪酸エステルとの混合物）
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＢＢＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ
加硫促進剤ＭＢＴＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤＭ

実施例１〜２０および比較例１〜１５
ＮＲ、ＮＢＲ、有機化クレー１、有機化クレー２、非有機化クレー、ステアリン酸、脂肪酸系混合物１、脂肪酸系混合物２および酸化亜鉛を、表１および２に示す配合量に基づいて、密閉式混練機（（株）東洋精機製作所製の容量２５０ミリリットルのラボプラストミル（ＭＯＤＥＬ１００Ｃ１００））により混練した（回転数：７５ｒｐｍ、混練時間：７分）。

得られた混練物に対して、表１および２に示す配合量の硫黄、加硫促進剤ＢＢＳおよび加硫促進剤ＭＢＴＳを添加して、オープンロールにより混練し（混練温度６０℃、混練時間５分）、未加硫ゴム組成物を得た。

未加硫ゴム組成物をオープンロールからシート出しして、それを金型に仕込んで、１５０℃で最適時間プレス加硫した。なお、加硫時間はキュラストメーター等により測定し、９５％トルク上昇時間ｔ₉₆［分］程度を目安に適宜調整した。

加硫により、厚さ約２ｍｍの引張特性および弾性率評価用の加硫ゴムスラブシートならびに厚さ約１ｍｍの耐空気透過性試験および耐水蒸気透過性試験用の加硫ゴムスラブシートを得た。

また、加硫ゴムスラブシートの作製に並行して、加硫ゴムスラブシートと同様の加硫条件により、硬度測定用の加硫ゴム試験片（厚さ１０ｍｍ×６５ｍｍ（Ｗ）×４５ｍｍ（Ｌ））も作製した。

かかるスラブシートおよび試験片を用いて、以下の試験をおこなった。

なお、以下の試験において、指数評価は「ケイ酸塩無配合に対する指数」および「ステアリン酸標準量配合に対する指数」の２つの評価をおこなっているが、「ケイ酸塩無配合に対する指数」は、実施例１〜１２および比較例１〜８については比較例１、実施例１３〜２０および比較例９〜１５については比較例９を基準配合とし、基準配合の指数を１００とし、下記計算式により算出した値である。

（ケイ酸塩無配合に対する指数）
＝（各配合の測定値）／（基準配合の測定値）×１００

「ステアリン酸標準量配合に対する指数」は、ケイ酸塩の種類および含有量が同一である比較例を基準配合（たとえば、実施例１〜３および比較例３については比較例３、実施例４および比較例４については比較例４、実施例５および比較例２については比較例２、実施例６〜７および比較例５については比較例５、実施例８〜１０および比較例７については比較例７、実施例１１および比較例８については比較例８、実施例１２および比較例６については比較例６、実施例１３〜１４および比較例１１については比較例１１、実施例１５および比較例１２については比較例１２、実施例１６および比較例１０については比較例１０、実施例１７〜１８および比較例１４については比較例１４、実施例１９および比較例１５については比較例１５、ならびに実施例２０および比較例１３については比較例１３が基準配合となる）とし、基準配合の指数を１００とし、下記計算式により算出した値である。

（ステアリン酸標準量配合に対する指数）＝（各配合の測定値）
÷（基準配合の測定値）×１００

＜引張応力試験＞
ＪＩＳＫ６２５１の「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」にしたがって、実施例１〜２０および比較例１〜１５の加硫ゴムスラブシートの１００％伸び引張応力を測定した。そして、上記のようにして、「ケイ酸塩無配合に対する指数」および「ステアリン酸標準量配合に対する指数」を算出した。指数が大きいほど、ランフラットタイヤの補強層とした場合の性能に優れることを示す。

＜硬度試験＞
ＪＩＳＫ６２５３の「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」にしたがって、タイプＡデュロメーターにより、実施例１〜２０および比較例１〜１５の加硫ゴム試験片の硬度を測定した。そして、上記のようにして、「ケイ酸塩無配合に対する指数」および「ステアリン酸標準量配合に対する指数」を算出した。指数が大きいほど、ランフラットタイヤの補強層とした場合の性能に優れることを示す。

＜弾性試験＞
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度２３℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で、実施例１〜２０および比較例１〜１５の加硫ゴムスラブシートの引張弾性率（Ｅ＊）を測定した。そして、上記のようにして、「ケイ酸塩無配合に対する指数」および「ステアリン酸標準量配合に対する指数」を算出した。指数が大きいほど、ランフラットタイヤの補強層とした場合の性能に優れることを示す。

＜耐空気透過性試験＞
ＡＳＴＭＰ−１４３４−７５Ｍ法にしたがって、（株）東洋精機製作所製の空気透過率測定装置（ＧＴＲＴＥＳＴＥＲＭ−Ｃ１）を用いて、２０℃の温度により実施例１〜２０および比較例１〜１５の加硫ゴムスラブシートの空気透過係数を測定した。そして、上記のようにして、「ケイ酸塩無配合に対する指数」および「ステアリン酸標準量配合に対する指数」を算出した。指数が小さいほど、空気透過量が小さく、ランフラットタイヤの補強層またはタイヤ用インナーライナーとした場合、優れた耐空気透過性に優れることを示す。

＜耐水蒸気透過性試験＞
ＪＩＳＫ７１２９にしたがって、実施例１〜２０および比較例１〜１５の加硫ゴムスラブシートの水蒸気透過係数を測定した。そして、上記のようにして、「ケイ酸塩無配合に対する指数」および「ステアリン酸標準量配合に対する指数」を算出した。指数が小さいほど、水蒸気透過量が小さく、ランフラットタイヤの補強層およびタイヤ用インナーライナーとした場合、優れた耐水蒸気透過性に優れることを示す。

結果を表１および２に示す。

Claims

ゴム成分１００重量部に対して、
層状ケイ酸塩、ならびに
３．５重量部以上の脂肪酸および／またはその誘導体を含有するゴム組成物
を用いたランフラットタイヤ。
ゴム成分１００重量部に対して、
層状ケイ酸塩、ならびに
３．５重量部以上の脂肪酸および／またはその誘導体を含有するゴム組成物
を用いたタイヤ用インナーライナー。