JP2008169333A - ゴム組成物及びそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの耐テアー性を損なうことなく、耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立させることが可能なゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴムラテックス中の蛋白質を機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、総窒素含有量が0.1質量％を超え且つ0.4質量％以下の天然ゴムを40質量％以上含むゴム成分100質量部に対し、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が140〜220ml/100gであるカーボンブラックを20質量部以上配合してなることを特徴とするゴム組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物及び該ゴム組成物を用いたタイヤに関し、特にタイヤのトレッドに用いることで、耐テアー性を損なうことなく、耐発熱性と耐摩耗性とを高度に両立させることが可能なゴム組成物に関するものである。

トラックやバス等に用いられる重荷重用空気入りタイヤには、高い耐摩耗性及び耐発熱性が要求され、更には、耐テアー性等の耐破壊性も重要な特性となっている。

一般に、タイヤの耐摩耗性と耐発熱性を高度に両立させるためには、ストラクチャーの大きいカーボンブラックを配合したゴム組成物を用いることが知られている。しかしながら、かかるカーボンブラックを用いると、そのストラクチャー故にゴム組成物の弾性率が高まり、耐テアー性等の耐破壊性が低下するという問題があった。

また、タイヤの耐破壊性を補う手段として、ゴム組成物中の硫黄架橋の網目を低減する手法が知られているが、この場合、ゴム組成物のヒステリシスロスが悪化してしまい、耐発熱性が低下するという問題がある。更に、カーボンブラック等の充填剤の配合量を低減することもできるが、この場合、耐摩耗性を悪化してしまう。

以上のことから、タイヤの耐テアー性等の耐破壊性を損なうことなく、耐摩耗性と耐発熱性とを高度に両立させることは、困難であった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、タイヤの耐テアー性を損なうことなく、タイヤの耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立させることが可能なゴム組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかるゴム組成物を用い、耐テアー性を損なうことなく、耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立した空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、タイヤのトレッド用ゴム組成物に、機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、特定の総窒素含有量を有する天然ゴムと、特定のジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量を有するカーボンブラックとを併用することで、タイヤの耐テアー性を損なうことなく、耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明のゴム組成物は、天然ゴムラテックス中の蛋白質を機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、総窒素含有量が0.1質量％を超え且つ0.4質量％以下の天然ゴムを40質量％以上含むゴム成分100質量部に対し、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が140〜220ml/100gであるカーボンブラックを20質量部以上配合してなることを特徴とする。

本発明のゴム組成物の好適例においては、前記ゴム成分が、更にジエン系合成ゴムを含有し、前記天然ゴム（Ａ）と前記ジエン系合成ゴム（Ｂ）との質量比（Ａ／Ｂ）が、90/10〜50/50の範囲である。

本発明のゴム組成物において、前記カーボンブラックは、窒素吸着等温線から算出した細孔容積とセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）吸着比表面積とが下記式(I)：
Ｙ ＞ 0.0071 × Ｘ ＋ 0.03 ・・・ (I)
［式中、Ｙは窒素吸着等温線から算出した細孔容積（cc/g）であり、ＸはＣＴＡＢ吸着比表面積（m²/g）である］の関係を満たすことが好ましい。

本発明のゴム組成物において、前記カーボンブラックの配合量が、前記ゴム成分100質量部に対して40〜50質量部であることが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、上記のゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする。

本発明によれば、機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、特定の総窒素含有量を有する天然ゴムに、特定のジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量を有するカーボンブラックを配合することで、タイヤの耐テアー性を損なうことなく、耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立させることが可能なゴム組成物を提供することができる。また、かかるゴム組成物を用い、耐テアー性を損なうことなく、耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立した空気入りタイヤを提供することができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。本発明のゴム組成物は、天然ゴムラテックス中の蛋白質を機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、総窒素含有量が0.1質量％を超え且つ0.4質量％以下の天然ゴムを40質量％以上含むゴム成分100質量部に対し、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が140〜220ml/100gであるカーボンブラックを20質量部以上配合してなる。

ここで、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が140〜220ml/100gであるカーボンブラックは、ストラクチャーが大きいため、該カーボンブラックを適用したゴム組成物は、タイヤに耐摩耗性及び耐発熱性を付与することができる。更に、本発明のゴム組成物に用いる天然ゴムは、良好な低発熱性と、十分な耐摩耗性とを有する。加えて、上記天然ゴムは、機械的分離手法による部分脱蛋白処理により天然ゴム中の蛋白質の含有量が低減される結果、天然ゴム中の総窒素含有量を上記特定の範囲に調整することができ、良好な伸び特性を有する。このため、上記天然ゴムを40質量％以上含むゴム成分100質量部に対し、特定のジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量を有する上記カーボンブラックを20質量部以上配合した場合、得られるゴム組成物は、耐摩耗性及び耐発熱性を高度に両立できる上、耐テアー性を低減することがない。

本発明のゴム組成物に用いる天然ゴムは、通常の天然ゴムの製造工程、即ちラテックスのタッピング、凝固、洗浄、脱水、乾燥、パッキングの順に行われる工程において、タッピング後で凝固前のラテックスに、遠心分離等の機械的分離手法による部分脱蛋白処理を行うことにより、天然ゴムラテックス中の非ゴム成分に含まれる蛋白質の除去を行い、蛋白質の含有量の指標となる総窒素含有量を上記特定の範囲に調整することで得られる。ここで、原料となる天然ゴムラテックスとしては、特に限定されず、フィールドラテックスや市販のラテックスを用いることができる。

上記天然ゴムラテックスの脱蛋白化は、機械的分離手法、好ましくは遠心分離濃縮法により行うことを要する。ここで、機械的分離手法以外の手法、例えば、蛋白質分解酵素を用いた分解処理方法、界面活性剤を用い繰り返し洗浄する方法、酵素と界面活性剤とを併用する方法等により脱蛋白化を行うと、固形ゴム中の蛋白質は減少するものの、老化防止作用を有するトコトリエノール等の有効成分が失われ、天然ゴムが本来有する耐老化性が低下してしまう。

本発明のゴム組成物に用いる天然ゴム中の総窒素含有量は、天然ゴム中の蛋白質の含有量の指標となるものであり、0.1質量％を超え且つ0.4質量％以下であることを要し、0.2〜0.4質量％であることが好ましい。天然ゴム中の総窒素含有量が0.1質量％以下では、耐熱老化性が低下し、一方、0.4質量％を超えると、十分な低発熱性が得られない。なお、天然ゴム中の総窒素含有量は、原料天然ゴムラテックスの遠心分離条件（回転数、時間等）を適宜調整することで、制御することができる。

本発明のゴム組成物に用いるゴム成分は、上記天然ゴムを40質量％以上含有する。ここで、ゴム成分中の上記天然ゴムの割合が40質量％未満では、ゴム組成物の伸び特性が十分に得られず、タイヤの耐テアー性を確保することができない。また、本発明のゴム組成物のゴム成分は、上記天然ゴム以外のゴム成分を含有してもよく、ジエン系合成ゴムを含有することが好ましい。ここで、該ジエン系合成ゴムとしては、特に制限されるものではなく、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニリトル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。なお、上記ジエン系合成ゴムは、一種単独で用いてもよいし、二種以上をブレンドして用いてもよい。

また、本発明のゴム組成物に用いるゴム成分が、上記天然ゴムに加えて、更に上記ジエン系合成ゴムを含有する場合には、該天然ゴム（Ａ）と該ジエン系合成ゴム（Ｂ）との質量比（Ａ／Ｂ）が、90/10〜50/50の範囲であることが好ましい。天然ゴム（Ａ）の含有率が90質量％を超えると（ジエン系合成ゴム（Ｂ）の含有率が10質量％未満では）、十分な耐発熱性が得られない場合があり、一方、天然ゴム（Ａ）の含有率が50質量％未満では（ジエン系合成ゴム（Ｂ）の含有率が50質量％を超えると）、耐テアー性が十分に得られない場合がある。

本発明のゴム組成物に用いるカーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が140〜220ml/100gであることを要し、145〜200ml/100gであることが好ましく、150〜195ml/100gであることが更に好ましい。ＤＢＰ吸油量が140ml/100g未満のカーボンブラックを用いると、ゴム組成物の耐摩耗性を十分に確保できず、一方、ＤＢＰ吸油量が220ml/100gを超えるカーボンブラックを用いると、未加硫ゴムの加工性に問題が生じる。

また、本発明のゴム組成物に用いるカーボンブラックの配合量は、上記ゴム成分100質量部に対して20質量部以上であることを要し、40〜50質量部であることが好ましい。該カーボンブラックの配合量が40質量部未満では、ゴム組成物の耐摩耗性が十分に得られない場合があり、一方、50質量部を超えると、ゴム組成物の耐発熱性が十分に得られない場合がある。

更に、本発明のゴム組成物に用いるカーボンブラックは、窒素吸着等温線から算出した細孔容積とセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）吸着比表面積とが上記式(I)の関係を満たすことが好ましい。ここで、カーボンブラックの細孔容積を窒素吸着等温線から算出した場合、その測定値はミクロ細孔（2nm以下）からメソ細孔（0.05〜0.002μm）の容積であるため、窒素吸着等温線から算出した細孔容積は、カーボンブラックの一次粒子自身の細孔容積を求めたものである。従って、窒素吸着等温線から算出した細孔容積を増加させることで、カーボンブラックの細孔内に拘束されるゴム成分の量を増加させて、耐摩耗性を向上させることができる。本発明においては、カーボンブラックの細孔内に拘束されるゴム成分の量を増加させて、耐摩耗性を向上させるため、窒素吸着等温線から算出した細孔容積Ｙが式(I)の関係を満たすカーボンブラックを用いることが好ましい。また、式(I)中のＣＴＡＢ吸着比表面積Ｘは、カーボンブラックの微細孔を含まない外部表面積を測定した値であるため、式(I)の関係を満たすカーボンブラックは、通常のカーボンブラックよりも細孔容積が大きく、細孔内に拘束するゴム成分の量が多く、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させる効果が大きい。

また更に、本発明のゴム組成物に用いるカーボンブラックは、ＣＴＡＢ吸着比表面積が75〜150m²/gであることが好ましく、80〜140m²/gであることが更に好ましい。ＣＴＡＢ吸着比表面積が75m²/g未満のカーボンブラックを用いると、ゴム組成物の耐摩耗性が大幅に悪化し、一方、ＣＴＡＢ吸着比表面積が150m²/gを超えるカーボンブラックを配合したゴム組成物をタイヤに用いると、タイヤの転がり抵抗が大幅に悪化する上、カーボンブラックの粒径が小さ過ぎるため、カーボンブラックのゴム成分への分散性が低下し、耐摩耗性を十分に向上させることができない場合がある。

上記諸物性を有するカーボンブラックは、例えば、カーボンブラック製造炉における空気導入条件、原料油導入条件、並びに反応停止のために導入する水の導入位置、導入量及びその後の温度等を調整することで製造できる。

本発明のゴム組成物には、上記ゴム成分、上記カーボンブラックの他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、軟化剤、老化防止剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。上記ゴム組成物は、上記ゴム成分に、上記カーボンブラックと、必要に応じて適宜選択した各種配合剤とを配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。

本発明の空気入りタイヤは、上述したゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする。上記ゴム組成物をトレッドに用いたタイヤは、耐テアー性を損なうことなく、優れた耐摩耗性及び耐発熱性を有する。なお、本発明の空気入りタイヤは、上述のゴム組成物をトレッドに用いる以外特に制限は無く、常法に従って製造することができる。また、該タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

＜天然ゴムの製造例＞
アンモニア0.4質量％を添加した天然ゴムラテックス（ＣＴ-１）を、ラテックスセパレーターＳＬＰ−３０００[斎藤遠心工業製]を用いて回転数7500rpmで15分間遠心分離することにより濃縮した。濃縮したラテックスを更に回転数7500rpmで15分間遠心分離した。得られた濃縮ラテックスを固形分として約20％に希釈した後、蟻酸を加え一晩放置して凝固させた。得られたゴム分を、110℃で210分間乾燥して天然ゴムＡを製造した。得られた天然ゴム中の総窒素含有量は、0.15質量％であった。なお、天然ゴム中の総窒素含有量は、ラテックスを酸凝固し乾燥して得られた固形成分（サンプル）を精秤し、ケルダール法によって総窒素含有量を測定し、固形成分に対する割合（質量％）として求めた。

＜カーボンブラックの製造例＞
表１に示す条件でカーボンブラックをそれぞれ製造した。また、得られたカーボンブラックのＤＢＰ吸油量、ＣＴＡＢ吸着比表面積及び細孔容積を下記の方法で測定した。結果を表１に示す。

（１）ＤＢＰ吸油量
ＩＳＯ４６５６−１法に準拠して、各カーボンブラックの100g当りのジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量（ml）を測定した。

（２）ＣＴＡＢ吸着比表面積
ＩＳＯ６８１０法に準拠して、各カーボンブラックの単位質量当りの比表面積（m²/g）を測定した。

（３）細孔容積
200mgのカーボンブラックを2時間真空乾燥後、77Ｋ（-196℃）の下（Ｎ₂相対圧＝0.995）で窒素吸着等温線を測定し、該窒素吸着等温線から細孔容積を算出した。

上記カーボンブラックを用い、バンバリーミキサーで混練して、表２に示す配合処方のゴム組成物を調製した。次に、得られたゴム組成物をトレッドに用いて、サイズ：１１Ｒ２２.５のタイヤを試作し、下記の方法で該タイヤの耐摩耗性、耐発熱性及び耐テアー性を評価した。結果を表２に示す。

（４）耐摩耗性
上記供試タイヤを車両に装着し、5万km走行した時点でのタイヤの溝の深さを測定し、走行距離／（走行前のタイヤの溝深さ−走行後のタイヤの溝深さ）の値を算出して、比較例１のタイヤの値を100として指数表示した。指数値が大きい程、耐摩耗性に優れることを示す。

（５）耐発熱性
一定速度、ステップロードの条件下、ドラムテストを実施し、タイヤ内部の一定深さ位置の温度を測定し、比較例１のタイヤの温度の逆数を100として指数表示した。指数値が大きい程、耐発熱性に優れることを示す。

（６）耐テアー性
上記供試タイヤを車両に装着し、5万km走行した時点でのタイヤのトレッドに発生した一定以上の傷の数を測定し、比較例１のタイヤの傷の数の逆数を100として指数表示した。指数値が大きい程、耐テアー性に優れることを示す。

*1 ＪＳＲ(株)製，ＢＲ０１.
*2 Ｎ-シクロヘキシル-２-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド.

機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、特定の総窒素含有量を有する天然ゴムと、ＤＢＰ吸油量が大きいカーボンブラックとを組み合わせた実施例１〜３のタイヤは、通常の天然ゴム及びＤＢＰ吸油量が小さいカーボンブラックを用いた比較例１のタイヤと比べて、耐テアー性が同等に維持されているにもかかわらず、耐摩耗性及び耐発熱性が大幅に向上していることが分かる。

比較例２及び３の結果から、機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、特定の総窒素含有量を有する天然ゴム及びＤＢＰ吸油量が大きいカーボンブラックの内の該天然ゴムのみを用いた比較例３のタイヤは、耐摩耗性が十分に得られず、一方、ＤＢＰ吸油量が大きいカーボンブラックのみを用いた比較例２のタイヤは、耐摩耗性及び耐発熱性が改善されるものの、耐テアー性が大幅に低下していることが分かる。

Claims (5)

1. 天然ゴムラテックス中の蛋白質を機械的分離手法により部分脱蛋白処理してなるラテックスから得られた、総窒素含有量が0.1質量％を超え且つ0.4質量％以下の天然ゴムを40質量％以上含むゴム成分100質量部に対し、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が140〜220ml/100gであるカーボンブラックを20質量部以上配合してなることを特徴とするゴム組成物。
2. 前記ゴム成分が、更にジエン系合成ゴムを含有し、
   前記天然ゴム（Ａ）と前記ジエン系合成ゴム（Ｂ）との質量比（Ａ／Ｂ）が、90/10〜50/50の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
3. 前記カーボンブラックは、窒素吸着等温線から算出した細孔容積とセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）吸着比表面積とが下記式(I)：
   Ｙ ＞ 0.0071 × Ｘ ＋ 0.03 ・・・ (I)
   ［式中、Ｙは窒素吸着等温線から算出した細孔容積（cc/g）であり、ＸはＣＴＡＢ吸着比表面積（m²/g）である］の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
4. 前記カーボンブラックの配合量が、前記ゴム成分100質量部に対して40〜50質量部であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。