JP2007153955A - ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェットグリップ性能に優れる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、架橋ゴムを粉砕して得られるゴム粉を２重量部以上含有するゴム組成物であって、該架橋ゴムのガラス転移点と、該架橋ゴムを構成する原料ゴムのガラス転移点との差が５℃以上であるゴム組成物。
【選択図】なし
【解決手段】ジエン系ゴム１００重量部に対して、架橋ゴムを粉砕して得られるゴム粉を２重量部以上含有するゴム組成物であって、該架橋ゴムのガラス転移点と、該架橋ゴムを構成する原料ゴムのガラス転移点との差が５℃以上であるゴム組成物。
【選択図】なし
Description
本発明は、ゴム組成物に関する。
近年、社会的省エネルギー化の要請に伴い、タイヤに要求される特性は年々厳しくなっており、たとえば、自動車の燃料消費節約を目的としたタイヤ用ゴム組成物の低発熱性の向上などがあげられる。一般に、低発熱性の向上、つまり、転がり抵抗の向上を図る場合、カーボンブラックの配合量の低減や、大粒径のカーボンブラックの使用が知られているが、いずれの場合も、補強性および耐摩耗性が低下するだけでなく、ウェットグリップ性能も低下するという問題がある。
低発熱性、ウェットグリップ性能、補強性および耐摩耗性に優れたゴム組成物が得られる配合剤として、含水ケイ酸(シリカ)が知られているが、同程度の比表面積を有するカーボンブラックと比較して、ゴム組成物の貯蔵弾性率が低下するため、ドライグリップ性能が低下するという問題があり、さらに、破壊特性および耐摩耗性が低下するという問題もある。前記貯蔵弾性率を向上させる方法としては、含水ケイ酸の含有量または比表面積を増大させる方法が知られているが、これらの場合、低発熱性が低下するという問題がある。
また、ガラス転移点（Ｔｇ）の高いポリマーを用い、損失正接（ｔａｎδ）を高め、ウェットグリップ性能を向上させる手法も知られているが、低発熱性が低下するという問題がある。
これらの問題を解決するために、様々な提案がされているが、ウェットグリップ性能、低発熱性および耐摩耗性を高度にバランスよく向上させたゴム組成物は、開示されていない。
特許文献１には、特定の硬度を有する架橋ゴムを粉砕した特定粒径のゴム粉末を特定量配合することで、氷上制動性能およびグリップ性能に優れるスタッドレスタイヤ用ゴム組成物が開示されているが、ゴム粉末のガラス転移温度が原料ゴムより５℃以上高いものではなく、充分なウェットグリップ性能を得られるものではなかった。
本発明は、低発熱性を維持し、ウェットグリップ性能に優れるゴム組成物を提供することを目的とする。
本発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、架橋ゴムを粉砕して得られるゴム粉を２重量部以上含有するゴム組成物であって、該架橋ゴムのガラス転移点と、該架橋ゴムを構成する原料ゴムのガラス転移点との差が５℃以上であるゴム組成物に関する。
前記ゴム粉の平均粒径は、５００μｍ以下であることが好ましい。
前記ジエン系ゴムは、天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムからなる群から選ばれる１種以上であり、前記原料ゴムは、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムからなる群から選ばれる１種以上であり、さらに、前記架橋ゴム中における架橋剤の含有量は、原料ゴム１００重量部に対して、３重量部以上であることが好ましい。
前記架橋ゴム中に、さらに、ヨウ素吸着量が５０〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラック、または窒素吸着比表面積が１００〜３００ｍ2／ｇであるシリカを、原料ゴム１００重量部に対して、２０重量部以下含有することが好ましい。
本発明によれば、架橋密度により、ガラス転移点を特定の範囲に調整した架橋ゴム粉を配合することで、低発熱性および耐摩耗性を維持し、ウェットグリップ性能を著しく向上させたゴム組成物を提供することができる。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム、および架橋ゴムを粉砕したゴム粉を含む。
ジエン系ゴムとしては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）などがあげられ、これらのジエン系ゴムは、とくに制限はなく、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、氷上性能が優れるという理由から、ＮＲ、ＳＢＲ、ＢＲ、ＥＮＲからなる群から選ばれる１種以上のジエン系ゴムが好ましく、ＮＲまたはＢＲがより好ましい。
ゴム粉は、架橋ゴムを粉砕することにより得られ、該架橋ゴムは、原料ゴムにより構成される。
原料ゴムとしては、たとえば、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲ、ＢＲ、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ＩＩＲなどのジエン系ゴムがあげられ、これらのジエン系ゴムは、とくに制限はなく、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、氷上性能が優れるＮＲ、ＢＲをゴム組成として用いることが多く相容性が良いという理由から、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲからなる群から選ばれる１種以上のゴム成分が好ましく、ＮＲまたはＳＢＲがより好ましい。
ゴム粉は、原料ゴムの他に、架橋剤を含むことが好ましい。
架橋剤としては、たとえば、硫黄、パーオキサイドなどの有機過酸化物、塩化硫黄、有機含硫黄化合物などがあげられる。これらの架橋剤はとくに制限はないが、疲労に強いという理由から、硫黄または有機過酸化物が好ましく、硫黄またはパーオキサイドがより好ましく、硫黄がさらに好ましい。
架橋ゴム中の架橋剤の含有量は、原料ゴム１００重量部に対して、３重量部以上が好ましく、４重量部以上がより好ましい。架橋剤の含有量が３重量部未満では、ゴム粉への架橋剤の配合によるガラス転移点の増大効果が不充分であり、ウェットグリップ性能の改善効果が得られない傾向がある。
架橋ゴムには、さらに、充填剤を含むこともできる。
一般に、架橋ゴム中に充填剤を配合すると、架橋ゴムの損失正接（ｔａｎδ）のピーク幅がブロード化し、ゴム組成物を作製したときに各種カテゴリーのタイヤに要求される温度域でのｔａｎδをピンポイントで向上させることができず、さらに、低発熱性も低下する傾向がある。
それに対して、架橋ゴム中の架橋剤の配合量を増大させることで、充填剤を少量配合したとしても、ｔａｎδピークが若干ブロードになるのみで、架橋ゴムのガラス転移点を高温側にシフトさせることに影響しない。さらに、架橋ゴムのｔａｎδのピーク幅がシャープ化させることが可能である。そのため、該架橋ゴムを粉砕して得られるゴム粉をゴム組成物に配合することにより、該ゴム組成物からなるタイヤは、各種カテゴリーのタイヤに要求される温度域でのｔａｎδをピンポイントで向上させることができ、低発熱性を維持し、ウェットグリップ性能を向上させることが可能となる。
充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、一般式ｍＭ・ｘＳｉＯｙ・ｚＨ2Ｏ（Ｍは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウムおよびジルコニウムからなる群から選ばれる金属、該金属の酸化物、水酸化物および炭酸塩ならびに該金属の酸化物および水酸化物の水和物からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、ｍ、ｘ、ｙおよびｚは定数）で表される無機充填剤があげられ、これらの充填剤はとくに制限はなく、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、補強効果が高いという理由から、カーボンブラックまたはシリカが好ましい。
カーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は、５０ｍｇ／ｇ以上が好ましく、７０ｍｇ／ｇ以上がより好ましい。カーボンブラックのＩＡが５０ｍｇ／ｇ未満では、十分な補強効果が得られない傾向がある。また、カーボンブラックのＩＡは、３００ｍｇ／ｇ以下が好ましく、２００ｍｇ／ｇ以下がより好ましい。カーボンブラックのＩＡが３００ｍｇ／ｇをこえると、加工性が悪くなる傾向がある。
シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）は、１００ｍ2／ｇ以上が好ましく、１１０ｍ2／ｇ以上がより好ましい。シリカのＮ2ＳＡが１００ｍ2／ｇ未満では、十分な補強効果が得られない傾向がある。シリカのＮ2ＳＡは、３００ｍ2／ｇ以下が好ましく、２５０ｍ2／ｇ以下がより好ましい。シリカのＮ2ＳＡが３００ｍ2／ｇをこえると、加工性が悪くなる傾向がある。
架橋ゴム中の充填剤の含有量は、５０重量部以下が好ましく、１５重量部以下がより好ましい。架橋ゴム中の充填剤の含有量が２０重量部をこえると、損失正接（ｔａｎδ）ピーク幅がブロード化し、各種カテゴリーのタイヤに要求される温度域でのｔａｎδをピンポイントで向上させられない傾向があり、さらに、低発熱性が低下する傾向もある。
架橋ゴムには、前記原料ゴム、架橋剤および充填剤のほかにも、従来ゴム工業にて通常に使用される配合剤、たとえば、ステアリン酸、酸化亜鉛、各種老化防止剤、各種加硫促進剤などを配合することができる。
架橋ゴムは、原料ゴム、必要に応じて他の充填剤および配合剤を、たとえばバンバリーミキサーにて混練りし、得られた混練物に対して、架橋剤および加硫促進剤を、たとえばオープンロールにて混練りし、さらに、加硫することにより得られる。
架橋ゴムのガラス転移点と、原料ゴムのガラス転移温度との差（Ｔｇの差）は、５℃以上、好ましくは７℃以上である。Ｔｇの差が５℃未満では、ゴム粉の配合によるウェットグリップ性能の改善効果が得られない。
本発明のゴム組成物に配合するゴム粉は、架橋ゴムを粉砕して得られるものであり、粉砕方法としては、液体窒素を用いて冷凍粉砕する方法、ボールミル、ロールあるいはミキサーによる粉砕、押し出し機による粉砕などがあげられるが、粒径が小さくできるという理由から、冷凍粉砕が好ましい。
また、ゴム粉の平均粒径は、５００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下がより好ましい。ゴム粉の平均粒径が５００μｍをこえると、混練時にゴム組成物が十分な流動性を有しないために、加工性が低下する傾向があり、また、摩耗を低下させてしまう場合がある。なお、ゴム粉の平均粒径は、電子顕微鏡、レーザー式粒度分布計、メッシュを用いたフルイ方式により測定した。
本発明のゴム組成物中において、ゴム粉の含有量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、２重量部以上、好ましくは５重量部以上である。ゴム粉の含有量が２重量部未満では、ゴム粉の配合によるウェットグリップ性能の充分な改善効果が得られない。また、ゴム粉の含有量は、５０重量部以下が好ましく、３０重量部以下がより好ましい。ゴム粉の含有量が５０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。
本発明のゴム組成物には、前記ジエン系ゴムおよびゴム粉以外にも、従来ゴム工業において通常用いられる配合剤、たとえば、カーボンブラックやシリカなどの各種充填剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、各種老化防止剤、硫黄などの各種加硫剤、および各種加硫促進剤を配合することができる。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムおよびゴム粉、さらに必要に応じて他の充填剤および配合剤を、たとえばバンバリーミキサーにて混練りし、得られた混練物に対して、架橋剤および加硫促進剤を、たとえばオープンロールにて混練りし、さらに、加硫することにより得られる。
本発明のゴム組成物は、タイヤ、靴底のソール、ゴルフボール、テニスボールなどの用途とすることができるが、とくにウェットグリップ性能を大きく向上させることができることから、タイヤ用ゴム組成物とすることが好ましい。タイヤ用ゴム組成物とする場合、タイヤ部材としてはトレッド、サイドウォールなどがあげられるが、なかでも、トレッドが好ましい。
本発明を、製造例および実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。
次に、製造例、参考例、実施例および比較例で用いた薬品について、詳細に説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２
ゴム粉１〜８：下記製造例に記載の作製方法により作製
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ２２０（ヨウ素吸着量：１２１ｍｇ／ｇ）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−１，３−ジメチルブチル−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルファンアミド）
天然ゴム（ＮＲ）：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２
ゴム粉１〜８：下記製造例に記載の作製方法により作製
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ２２０（ヨウ素吸着量：１２１ｍｇ／ｇ）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−１，３−ジメチルブチル−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルファンアミド）
製造例１〜８
ＳＢＲまたはＮＲの原料ゴム、ステアリン酸、酸化亜鉛および老化防止剤を表１の配合処方にしたがって配合し、１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーにて、１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練物を得た。得られた混練物に、硫黄および加硫促進剤を表１の配合処方にしたがって配合し、オープンロールにて、６０℃で３分間混練りし、さらに、１５０℃で３０分間加硫することで架橋ゴム１〜８を得た。
ＳＢＲまたはＮＲの原料ゴム、ステアリン酸、酸化亜鉛および老化防止剤を表１の配合処方にしたがって配合し、１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーにて、１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練物を得た。得られた混練物に、硫黄および加硫促進剤を表１の配合処方にしたがって配合し、オープンロールにて、６０℃で３分間混練りし、さらに、１５０℃で３０分間加硫することで架橋ゴム１〜８を得た。
架橋ゴム１を、液体窒素を用いて、５分間冷凍粉砕し、ゴム粉１を作製した。
（架橋ゴム１〜８のガラス転移点）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪２％の条件下で、架橋ゴム１〜８の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、ｔａｎδ―温度カーブから、架橋ゴム１〜８のｔａｎδピーク温度（ガラス転移点）を算出した。
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪２％の条件下で、架橋ゴム１〜８の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、ｔａｎδ―温度カーブから、架橋ゴム１〜８のｔａｎδピーク温度（ガラス転移点）を算出した。
ゴム粉１〜８のガラス転移点、ならびにゴム粉とその原料ゴムのガラス転移点の差を表１に示す。なお、Ｔｇの差を算出する基準として、原料ゴム（ＳＢＲおよびＮＲ）のガラス転移点も併せて表１に示す。
実施例１〜２および比較例１〜３
天然ゴム、ゴム粉末１〜２、カーボンブラック、ステアリン酸、酸化亜鉛および老化防止剤を表２の配合処方にしたがって配合し、１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーにて、１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練物を得た。得られた混練物に、硫黄および加硫促進剤を表２の配合処方にしたがって配合し、オープンロールにて、６０℃で３分間混練りし、得られた混練物を、１５０℃で３０分間加硫することで実施例１〜２および比較例１〜３のゴム組成物を得た。
天然ゴム、ゴム粉末１〜２、カーボンブラック、ステアリン酸、酸化亜鉛および老化防止剤を表２の配合処方にしたがって配合し、１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーにて、１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練物を得た。得られた混練物に、硫黄および加硫促進剤を表２の配合処方にしたがって配合し、オープンロールにて、６０℃で３分間混練りし、得られた混練物を、１５０℃で３０分間加硫することで実施例１〜２および比較例１〜３のゴム組成物を得た。
（粘弾性試験）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪２％の条件下で、０℃および７０℃における損失正接ｔａｎδの測定を行い、それぞれ比較例１の０℃および７０℃におけるｔａｎδを１００とし、下記計算式により、指数表示した。０℃における粘弾性指数が大きいほど、ウェットグリップ性能が向上していることを示す。また、７０℃における粘弾性指数の値が大きいほど、ゴム組成物の発熱が抑制され、低発熱性が向上していることを示す。
（０℃における粘弾性指数）＝（０℃における各配合の粘弾性指数）
÷（０℃における比較例１の粘弾性指数）×１００
（７０℃における粘弾性指数）＝（７０℃における比較例１の粘弾性指数）
÷（７０℃における各配合の粘弾性指数）×１００
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪２％の条件下で、０℃および７０℃における損失正接ｔａｎδの測定を行い、それぞれ比較例１の０℃および７０℃におけるｔａｎδを１００とし、下記計算式により、指数表示した。０℃における粘弾性指数が大きいほど、ウェットグリップ性能が向上していることを示す。また、７０℃における粘弾性指数の値が大きいほど、ゴム組成物の発熱が抑制され、低発熱性が向上していることを示す。
（０℃における粘弾性指数）＝（０℃における各配合の粘弾性指数）
÷（０℃における比較例１の粘弾性指数）×１００
（７０℃における粘弾性指数）＝（７０℃における比較例１の粘弾性指数）
÷（７０℃における各配合の粘弾性指数）×１００
（ウェットグリップ性能）
スタンレイロンドン社製のブリティッシュスタンダードポータブルスキッドテスターを用いて、ＡＳＴＭ Ｅ３０３−８３の方法にしたがって、各試験用ゴム組成物を測定し、比較例１のウェットグリップ性能を１００とし、下記計算式により指数表示した。ウェットグリップ指数が大きいほど、ウェットグリップ性能が優れる。
（ウェットグリップ指数）＝（各配合のウェットグリップ性能）
÷（比較例１のウェットグリップ性能）×１００
スタンレイロンドン社製のブリティッシュスタンダードポータブルスキッドテスターを用いて、ＡＳＴＭ Ｅ３０３−８３の方法にしたがって、各試験用ゴム組成物を測定し、比較例１のウェットグリップ性能を１００とし、下記計算式により指数表示した。ウェットグリップ指数が大きいほど、ウェットグリップ性能が優れる。
（ウェットグリップ指数）＝（各配合のウェットグリップ性能）
÷（比較例１のウェットグリップ性能）×１００
結果を表２に示す。
Claims (4)
- ジエン系ゴム１００重量部に対して、
架橋ゴムを粉砕して得られるゴム粉を２重量部以上含有するゴム組成物であって、
該架橋ゴムのガラス転移点と、該架橋ゴムを構成する原料ゴムのガラス転移点との差が５℃以上であるゴム組成物。 - ゴム粉の平均粒径が５００μｍ以下である請求項１記載のゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴムが、天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムからなる群から選ばれる１種以上であり、
前記原料ゴムが、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムからなる群から選ばれる１種以上であり、さらに、
前記架橋ゴム中における架橋剤の含有量が、原料ゴム１００重量部に対して、３重量部以上である請求項１または２記載のゴム組成物。 - 前記架橋ゴム中に、さらに、
ヨウ素吸着量が５０〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラック、または
窒素吸着比表面積が１００〜３００ｍ2／ｇであるシリカを、
原料ゴム１００重量部に対して、２０重量部以下含有する請求項１、２または３記載のゴム組成物。
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