JP2008031266A - タイヤ用ゴム組成物および重荷重用空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】実機のようなラージスケールでの混練りにおいても加工性に優れるポリブタジエンゴムと特定のカーボンブラックとを組み合わせることで、耐摩耗性、低発熱性及び加工性のバランスを改良することができるタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜６０×１０^４、該Ｍｗと数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．２〜３．５、更にムーニー粘度（ＭＬ１＋４）とトルエン溶液粘度（Ｔ−ｃｐ）の比（Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４）が２〜５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選択されるジエン系ゴム８５〜４０重量部と、ＢＥＴ比表面積が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が１３０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇであるカーボンブラックとを含有するゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関するものである。また、該ゴム組成物からなるトレッドを備える、トラックやバスなどの重荷重用空気入りタイヤ（大型タイヤ）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低発熱性、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、混練り工程において加工性が悪化したり、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場合がある。

そこで、例えば、下記特許文献１には、低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、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、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、ＣＴＡＢ吸着比表面積が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、このように小粒径のカーボンブラックとともに、分子量分布の狭いポリブタジエンゴムを組み合わせて用いると、加工性に劣るという問題がある。

また、下記特許文献２には、低発熱性及び加工性を損なうことなく、耐摩耗性を改善することを目的として、ポリブタジエンゴムとして、重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜７０×１０^４、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、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以上であるものを用いるとともに、カーボンブラックとして、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１１０〜１３０ｍ^２／ｇであるものを用いた重荷重用タイヤトレッドゴム組成物が提案されている。しかしながら、同文献においても、分子量分布が低いことから、実機のようなラージスケールで混練りした場合の加工性に劣り、タイヤ評価としても改良効果が不十分であるケースがみられた。
特開平７−１１８４４３号公報 特開２００５−２９８６１２号公報 特開２００６−０６３２８７号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、実機のようなラージスケールでの混練りにおいても加工性に優れるポリブタジエンゴムと特定のカーボンブラックとを組み合わせることで、耐摩耗性、低発熱性及び加工性のバランスを改良することができるタイヤ用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜６０×１０^４であり、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３．２〜３．５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２〜５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、よりなるゴム成分と、ＢＥＴ比表面積が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が１３０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇであるカーボンブラックとを含有するものである。

また、本発明に係る重荷重用空気入りタイヤは、該ゴム組成物からなるトレッドを備えるものである。

上記構成によれば、上記した特定のマクロ構造を持つポリブタジエンゴムと特定のコロイダル特性を持つカーボンブラックとを組み合わせて用いることにより、実機のようなラージスケールでの混練りを想定した場合でも、加工性と、耐摩耗性、低発熱性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、分子量分布が広く、かつ直鎖状傾向（リニアリティ）が高いという特徴を備えている。すなわち、従来、このように広い分子量分布を持つものはリニアリティの低いものであり、上記のように高リニアリティで分子量分布の広いポリブタジエンゴムは用いられていなかった。

該ポリブタジエンゴムは、重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜６０×１０^４の範囲内である。Ｍｗを上記範囲内とすることにより、他のマクロ構造との組合せにおいて、発熱性及び耐摩耗性を確保しながら、加工性を向上することができる。

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３．２〜３．５の範囲内にあることを要する。このように、Ｍｗ／Ｍｎを高くすることで、他のマクロ構造との組合せにおいて、低発熱性や耐摩耗性を損なうことなく、実機レベルでの加工性を改善することができる。

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、東ソー社製「ＨＣＬ−８２２０」、測定温度４０℃）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、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２〜５の範囲内にあることを要する。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、低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、低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い。

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（センチポイズ（ｃｐ）で示す値）である。また、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４）は、ＪＩＳ Ｋ６３００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。

該ポリブタジエンゴムは、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、耐摩耗性の点から、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り、シス：７４０ｃｍ^−１、ビニル：９１０ｃｍ^−１の吸収強度比からミクロ構造を算出することにより求められる。

本発明のゴム組成物において、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ことが好ましい。耐摩耗性を高めるという点から、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用いられるカーボンブラックは、ＢＥＴ比表面積が１２０〜１４０ｍ^２／ｇの範囲内にあり、かつＤＢＰ（フタル酸ジブチル）吸油量が１３０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇの範囲内にあるものである。

ＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ Ｚ８８３０の５点法により測定される値であり、カーボンブラックの粒径の指標となるものである。また、ＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２１７により測定される値であり、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、上記のＢＥＴ比表面積とＤＢＰ吸油量を持つ小粒径かつ高ストラクチャーのカーボンブラックを用いることで、耐摩耗性と低発熱性を向上することができる。

該カーボンブラックは、ゴム成分１００重量部に対して、２０〜８０重量部配合されることが好ましく、より好ましくは４０〜６０重量部配合することである。カーボンブラックの配合量が少なすぎると耐摩耗性に劣り、逆に多すぎると加工性、低発熱性に劣る。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、シリカ等の無機充填剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、可塑剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤ用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やサイドウォール部のためのゴム組成物として好適に用いられる。特には、該重荷重用タイヤのトレッド部のためのゴム組成物として用いることであり、常法に従い加硫成形することにより、かかるトレッド部を備える重荷重用空気入りタイヤを形成することができる。そして、このゴム組成物を用いた空気入りタイヤであると、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とを組合せて用いたことにより、ある一定の低発熱性と耐摩耗性を損なうことなく、実機スケールの混練における加工性を改善することができる。

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−１〜５の５種類のポリブタジエンを用いた。

また、カーボンブラックとしては、下記表２に示すＣＢ−１〜６の６種類のカーボンブラックを用いた。ＣＢ−１は、Ｎ２２０（東海カーボン製「シースト６」）であり、ＣＢ−２は、Ｎ１１０（東海カーボン製「シースト９」）であり、ＣＢ−３は、Ｎ２３４（東海カーボン製「シースト７ＨＭ」）である。

また、ＣＢ−４〜６は、炉頭部に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、この燃焼室と同軸に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の径小の反応室及び径大の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、下記表２に示すような特性を持つように、原料油の導入条件、空気導入条件、燃料油導入条件、冷却条件を調整することにより得られたものである。

下記表３に示す配合に従い、実施例１〜６および比較例１〜１１のゴム組成物を調製した。調製に際しては、下記１重量部を１ｋｇとして、まず、第１ステップにおいて、加硫促進剤と硫黄を除く成分を２００Ｌの密閉型ミキサーで３〜５分間混練し、１６０±５℃に達した後に放出し、マスターバッチを得た。次いで、第２ステップにおいて、上記第１ステップで得られたマスターバッチに加硫促進剤と硫黄を加え、２００Ｌの密閉型ミキサーで４０〜８０秒混練し、１００±５℃に達した時に放出し、ゴム組成物を得た。

なお、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、ゴム成分１００重量部に対して、ステアリン酸（日本油脂製）２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「ＯＺＯＡＣＥ０６３０」）１重量部、硫黄（鶴見化学工業製）２重量部、加硫促進剤（三新化学製「ＣＢＳ」）１重量部を配合した。

各ゴム組成物について、未加硫状態にて加工性を評価するとともに、分散性（ΔＧ’）を評価した。また、１４５℃×３０分で加硫して所定形状の試験片を作製し、得られた試験片を用いて、３００％モジュラス、耐摩耗性、低発熱性を評価した。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。指数が小さいほど粘度が低く、加工性が良好であることを示す。

・分散性（ΔＧ’）：アルファテクノロジー社製「ＲＰＡ２０００」を用いて、歪み剪断応力Ｇ’を測定した。詳細には、未加硫ゴムを用いて、１６０℃×２０分で加硫を行い、歪み０．５％から３０％までのＧ’を測定し、その差異、即ちＧ’（０．５％）−Ｇ’（３０％）を求めて、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、分散が良好であることを示す。

・３００％モジュラス：ＪＩＳ Ｋ６２５１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。

・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。

・低発熱性：東洋精機製スペクトロメータを用いて、温度６０℃、初期伸張１０％、歪振幅２％、周波数１０Ｈｚの条件で、損失係数ｔａｎδ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、発熱温度の上昇を抑えることができ、低発熱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１〜６のゴム組成物であると、リニアリティ（Ｔ−ｃｐ／ＭＬ１＋４）が高く、かつ、重量平均分子量（Ｍｗ）を抑えながら、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）の広い高シス−低ビニルポリブタジエンゴムを用いたことにより、加工性／分散性が改良されており、その結果、耐摩耗性が実機スケールの混練においても良好であった。また、重量平均分子量を抑え、分子量分布を広げていることによる発熱性の悪化は、特定の粒子径、ストラクチャーを持つカーボンブラックを併用することで抑えることができた。そして、実施例６に示されるように、カーボンブラックの配合量を減らしてモジュラス同等で見た場合においては、更に、加工性および発熱性が改善されていた。

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、低発熱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が狭いため、加工性が悪化しており、耐摩耗性の改良効果も低いものであった。比較例５では、ポリブタジエンゴムのリニアリティが低いことから、耐摩耗性が低下していた。比較例６では、ポリブタジエンゴムの重量平均分子量が大きく、かつ、分子量分布が狭いため、加工性が悪く、耐摩耗性の改良効果も不十分であった。

また、ポリブタジエンゴムとして規定値内のものを用いていても、カーボンブラックが上記コロイダル特性を満足していない比較例７〜９では、耐摩耗性や発熱性の改良効果が不十分であった。逆に、カーボンブラックが上記コロイダル特性を満足していても、ポリブタジエンゴムが規定値外である比較例１０，１１では、対応する実施例２，４に比べて、加工性、耐摩耗性、低発熱性の両立効果が不十分であった。

本発明のゴム組成物は、トラックやバスなどの重荷重用空気入りタイヤをはじめとする各種空気入りタイヤにおいて、そのトレッド部やサイドウォール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 (3)

1. 重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０^４〜６０×１０^４であり、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３．２〜３．５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２〜５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、よりなるゴム成分と、
   ＢＥＴ比表面積が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が１３０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇであるカーボンブラックと
   を含有するタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記ポリブタジエンゴムは、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％以下であることを特徴とする請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 請求項１又は２記載のゴム組成物からなるトレッドを備える重荷重用空気入りタイヤ。