JP2008013704A

JP2008013704A - ゴム組成物

Info

Publication number: JP2008013704A
Application number: JP2006187844A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kishimoto; 浩通岸本
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】低発熱性およびウェットグリップ性能を向上させることができるゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エポキシ化天然ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴムおよびハロゲン化ブチルゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分１００重量部に対して、次亜ハロゲン酸塩を用いた湿式酸化処理により得られる自己分散性カーボンブラックを０．５〜２５０重量部含有するゴム組成物。
【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、自動車の燃料消費量の節約を目的として、タイヤ用ゴム組成物の低発熱性を向上させることも要求されている。

一般に、低発熱性を向上させる、つまり転がり抵抗を低減させる場合、カーボンブラックの含有量を変化させたり、大粒径のカーボンブラックを配合したりすることなどが知られている。しかし、いずれの場合も、ウェットグリップ性能が低下するだけでなく、補強性および耐摩耗性も低下してしまう。

一方、低発熱性、ウェットグリップ性能、補強性および耐摩耗性を向上させることができる補強用充填剤としては、含水ケイ酸が知られている。しかし、同程度の比表面積を有するカーボンブラックと比較すると、ゴム組成物の貯蔵弾性率が低いため、ドライグリップ性能が劣る。貯蔵弾性率を向上させる方法として、含水ケイ酸を増量する方法、または比表面積を増大させる方法などがあげられるが、この場合は、低発熱性の低下を招いてしまう。

これらの諸問題を解決するために、種々の提案がなされており、たとえば、特許文献１には、ジアゾフェノールと反応させて表面のヒドロキシル基が化学修飾されたカーボンブラックを含有するゴム組成物が開示されている。しかし、ジアゾフェノールは爆発性を有するため、該カーボンブラックを作製する際には危険がともなうという問題があった。

特開２００１−１３９８３９号公報

本発明は、低発熱性およびウェットグリップ性能を向上させることができるゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エポキシ化天然ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴムおよびハロゲン化ブチルゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分１００重量部に対して、次亜ハロゲン酸塩を用いた湿式酸化処理により得られる自己分散性カーボンブラックを０．５〜２５０重量部含有するゴム組成物に関する。

前記自己分散性カーボンブラックは、チッ素吸着比表面積が３ｍ²／ｇ以上のカーボンブラックから合成して得られることが好ましい。

前記自己分散性カーボンブラックは、表面に含酸素親水性官能基を有することが好ましい。

前記含酸素親水性官能基は、カルボキシル基またはそのアルカリ金属塩であることが好ましい。

前記含酸素親水性官能基がカルボキシル基であり、表面カルボキシル基濃度が２００〜１４００μｍｏｌ／ｇであることが好ましい。

本発明によれば、所定のゴム成分および所定の自己分散性カーボンブラックを含有することで、低発熱性およびウェットグリップ性能を向上させることができる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、ゴム成分および自己分散カーボンブラックを含有する。

ゴム成分としては、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ゴム（ＥＰＭ）、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、これらのゴム成分は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。

通常、カーボンブラックは、水などの溶媒に対する分散性に劣るため、溶媒中に微細に分散させる場合、一般に、水溶性アクリル樹脂、スチレン−（メタ）アクリル酸樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂などの分散剤を使用する必要がある。

本発明で使用する自己分散性カーボンブラックとは、分散剤を使用しなくても、溶媒中に容易に分散させられるものをいう。具体的には、通常のカーボンブラックに含酸素親水性官能基を付与したものやカーボンブラックを酸化したものがあげられ、一般的にはカーボンブラックを酸化することにより得られる。自己分散性カーボンブラックを使用することで、ゴム中へのカーボンブラックの分散性が向上し、低発熱性およびウェットグリップ性能を向上させることができる。

含酸素親水性官能基としては、たとえば、カルボキシル基、カルボキシル基のアルカリ金属塩、水酸基などがあげられるが、水などの溶媒に対する分散性に優れるという理由からカルボキシル基またはそのアルカリ金属塩が好ましく、カルボキシル基がより好ましい。

カーボンブラックに含酸素親水性官能基を付与する方法としては、たとえば、空気接触による酸化法、チッ素酸化物やオゾンとの反応による乾式酸化処理、硝酸、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム、次亜塩素酸、過塩素酸、次亜ハロゲン酸塩、過酸化水素、臭素水溶液、オゾン水溶液などの酸化剤を用いた湿式酸化処理などがあげられるが、とくに好ましい方法として、反応性の点から、次亜ハロゲン酸塩を用いる液相酸化法を使用する。

自己分散性カーボンブラックを作製する場合、原材料カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は３ｍ²／ｇ以上が好ましく、２５ｍ²／ｇ以上がより好ましい。原材料カーボンブラックのＮ₂ＳＡが３ｍ²／ｇ未満では、配合ゴムの補強性が劣る傾向がある。また、原材料カーボンブラックのＮ₂ＳＡは３００ｍ²／ｇ以下が好ましく、２５０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。原材料カーボンブラックのＮ₂ＳＡが３００ｍ²／ｇをこえると、加工性および分散性が悪化する傾向がある。

自己分散性カーボンブラックの表面カルボキシル基濃度は２００μｍｏｌ／ｇ以上が好ましく、３００μｍｏｌ／ｇ以上がより好ましい。自己分散性カーボンブラックの表面カルボキシル基濃度が２００μｍｏｌ／ｇ未満では、水などの溶媒に対する分散性が悪化し、目的とする良好なゴム物性が得られない傾向がある。また、自己分散性カーボンブラックの表面カルボキシル基濃度は１４００μｍｏｌ／ｇ以下が好ましく、１２００μｍｏｌ／ｇ以下がより好ましい。自己分散性カーボンブラックの表面カルボキシル基濃度が１４００μｍｏｌ／ｇをこえると、補強性が悪化する傾向がある。

なお、自己分散性カーボンブラックの表面カルボキシル基濃度は、Ｘ線光電子分光法などにより測定できる。

自己分散性カーボンブラックの自己分散性指標は９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。なお、自己分散性指標とは、分散剤なしで自己分散性カーボンブラックを水中に分散させ、分散直後の自己分散性カーボンブラックの濃度に対する１日放置後の自己分散性カーボンブラックの濃度の割合のことをいう。

自己分散性カーボンブラックとしては、たとえば、キャボット社製のＲｅｇａｌ４００Ｒ、Ｒｅｇａｌ３３０Ｒ、Ｒｅｇａｌ６６０Ｒ、ＭｏｇｕｌＬ、Ｍｏｎａｒｃｈ７００、Ｍｏｎａｒｃｈ８００、Ｍｏｎａｒｃｈ８８０、Ｍｏｎａｒｃｈ９００、Ｍｏｎａｒｃｈ１０００、Ｍｏｎａｒｃｈ１１００、Ｍｏｎａｒｃｈ１３００、Ｍｏｎａｒｃｈ１４００、コロンビアン・カーボン社製のＲａｖｅｎ７０００、Ｒａｖｅｎ５７５０、Ｒａｖｅｎ５２５０、Ｒａｖｅｎ５０００ＵＬＴＲＡＩＩ、Ｒａｖｅｎ３５００、Ｒａｖｅｎ２５００ＵＬＴＲＡ、Ｒａｖｅｎ２０００、Ｒａｖｅｎ１５００、Ｒａｖｅｎ１２５５、Ｒａｖｅｎ１２５０、Ｒａｖｅｎ１２００、Ｒａｖｅｎ１１９０ＵＬＴＲＡＩＩ、Ｒａｖｅｎ１１７０、Ｒａｖｅｎ１０８０ＵＬＴＲＡ、Ｒａｖｅｎ１０６０ＵＬＴＲＡ、Ｒａｖｅｎ７９０ＵＬＴＲＡ、Ｒａｖｅｎ７８０ＵＬＴＲＡ、Ｒａｖｅｎ７６０ＵＬＴＲＡ、デグッサ社製のＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＦＷ１、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＦＷ２、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＦＷ２Ｖ、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ１８、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＦＷ２００、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＳ１５０、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＳ１６０、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＳ１７０、Ｐｒｉｎｔｅｘ３５、ＰｒｉｎｔｅｘＵ、ＰｒｉｎｔｅｘＶ、Ｐｒｉｎｔｅｘ１４０Ｕ、Ｐｒｉｎｔｅｘ１４０Ｖ、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ６、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ５、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４Ａ、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４、三菱化学（株）製のＮｏ．２５、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．４０、Ｎｏ．４７、Ｎｏ．５２、Ｎｏ．９００、Ｎｏ．２３００、ＭＣＦ−８８、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１００、オリエント化学工業（株）製のＢｏｎｊｅｔＢｌａｃｋＣＷ−２、ＳＭＰなどがあげられる。

自己分散性カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して０．５重量部以上、好ましくは５重量部以上である。自己分散性カーボンブラックの含有量が０．５重量部未満では、ゴム物性の改善効果がみられない傾向がある。また、自己分散性カーボンブラックの含有量は２５０重量部以下、好ましくは１５０重量部以下である。自己分散性カーボンブラックの含有量が２５０重量部をこえると、加工性および分散性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物には、自己分散性カーボンブラック以外の補強用充填剤を含有することもできる。

補強用充填剤としては、自己分散性カーボンブラック以外のカーボンブラック、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。

補強用充填剤の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して２００重量部以下が好ましく、１５０重量部以下がより好ましい。補強用充填剤の含有量が２００重量部をこえると、加工性が悪化し、低発熱性が低下する傾向がある。

本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、自己分散性カーボンブラック、補強用充填剤、加硫促進剤以外にも、ゴム工業で通常用いられる配合剤、たとえば、シランカップリング剤、軟化剤、ワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを必要に応じて適宜配合することができる。

本発明のゴム組成物は、低発熱性およびウェットグリップ性能に優れるという理由から、タイヤのトレッドに使用することが好ましい。

本発明のゴム組成物を用いて、通常の方法でタイヤを製造することができる。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのトレッドの形状にあわせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧してタイヤを得る。

実施例にもとづいて、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、実施例および比較例で使用した各種薬品をまとめて説明する。
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
自己分散性カーボンブラック：オリエント化学工業（株）製のＳＭＰ（次亜塩素酸ナトリウムを用いて酸化処理、原材料カーボンブラックのＮ₂ＳＡ：２００ｍ²／ｇ、表面カルボキシル基濃度：９００μｍｏｌ／ｇ、自己分散性指標：９９％）
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１５ｍ²／ｇ）
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
オイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
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）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤（１）：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ェンアミド）
加硫促進剤（２）：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（１，３−ジフェニルグアニジン）

実施例１〜６および比較例１
表１に示す配合処方にしたがい、１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を温度が１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練り物を得た。つぎに、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、３〜５分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃の条件下で１５分間プレス加硫し、実施例１〜６および比較例１の加硫ゴム組成物を得た。

（低発熱性）
（株）上島製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪１０％、動歪２％および周波数１０Ｈｚの条件下で、７０℃における加硫ゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、その逆数を算出した。さらに、比較例１の低発熱性指数を１００とし、下記計算式により、各配合のｔａｎδの逆数を指数表示した。なお、低発熱性指数が大きいほど、低発熱性に優れていることを示す。
（低発熱性指数）＝（各配合のｔａｎδの逆数）
÷（比較例１のｔａｎδの逆数）×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ウェットグリップ性能を測定し、比較例１のウェットグリップ性能指数を１００とし、下記計算式により、各配合のウェットグリップ性能を指数表示した。なお、ウェットグリップ性能指数が大きいほど、ウェットグリップ性能に優れることを示す。
（ウェットグリップ性能指数）＝（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

上記試験の評価結果を表１に示す。

Claims

天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エポキシ化天然ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴムおよびハロゲン化ブチルゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のゴムを含有するゴム成分１００重量部に対して、
次亜ハロゲン酸塩を用いた湿式酸化処理により得られる自己分散性カーボンブラックを０．５〜２５０重量部含有するゴム組成物。
自己分散性カーボンブラックが、チッ素吸着比表面積が３ｍ²／ｇ以上のカーボンブラックから合成して得られる請求項１記載のゴム組成物。
自己分散性カーボンブラックが、表面に含酸素親水性官能基を有する請求項１または２記載のゴム組成物。
含酸素親水性官能基が、カルボキシル基またはそのアルカリ金属塩である請求項３記載のゴム組成物。
含酸素親水性官能基がカルボキシル基であり、
表面カルボキシル基濃度が２００〜１４００μｍｏｌ／ｇである請求項３または４記載のゴム組成物。