JP2008260807A - ゴム組成物及びそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性を維持し、低転がり性に優れた空気入りタイヤを与えることができるゴム組成物、並びにこのゴム組成物をトレッドに用いてなる前記の性能を有する空気入りタイヤを提供すること。
【解決手段】 ジエン系ゴムを含むゴム成分に１００質量部に対して、下記式（Ｉ）
Ｒｍ＞−０．１２５×Ｘ＋４０・・・（Ｉ）
［式中、Ｒｍは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径分布の半値幅、Ｘは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（ｍ²／ｇ）を示す。］の関係を満たすカーボンブラックを１０〜１００質量部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、ゴム組成物及びそれを用いた空気入りタイヤに関し、より詳しくは、耐摩耗性を維持し、低転がり性に優れた空気入りタイヤを与えることができるゴム組成物、並びにこのゴム組成物をトレッドに用いてなる前記の性能を有する空気入りタイヤに関するものである。

近年、環境保護のための要求が高まっており、タイヤの性能においても、タイヤの低転がり抵抗性（低燃費性）、及び耐摩耗性の向上（タイヤの長寿命化）はタイヤにとって非常に重要な性能となっている。
一般に、タイヤの耐摩耗性を向上させるために、トレッド用のゴム組成物には、補強性の高い充填材としてカーボンブラックが配合される。また、使用するカーボンブラックの諸物性を選択することで、タイヤの諸性能を調節することができ、例えば、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）吸着比表面積の大きい微粒子径のカーボンブラックを適用することで、カーボンブラックとゴム成分との接触面積を増加させることができ、また、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が多いカーボンブラックを適用することで、カーボンブラックとゴム成分との相互作用を増加させることができ、その結果としてゴム組成物の耐摩耗性を向上させることができる。

一方、タイヤの転がり抵抗を低減させるためには、トレッドに適用するゴム組成物に用いられる充填材としてＣＴＡＢ吸着比表面積の小さい大粒子径のカーボンブラックを適用してカーボンブラックとゴム成分との接触面積を低減し、ＤＢＰ吸油量が少ないカーボンブラックを適用して、カーボンブラックとゴム成分との相互作用を低下させることでタイヤの転がり抵抗を低減させることができる。

上述のように、トレッドゴム組成物に用いるカーボンブラックの性質を制御してタイヤの特性を制御する場合、耐摩耗性の向上と転がり抵抗の低減とは、二律背反の関係にあり、一般に、耐摩耗性を向上させつつ、転がり抵抗を低減することは困難である。

これに対して、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）、ＤＢＰ吸油量及び凝集体空隙容積が特定の範囲にあるカーボンブックを適用することで、耐摩耗性及び低発熱性に優れたゴム組成物が得られることが開示されている（特許文献１参照）。
また、水銀ポロシメータ法による細孔容積と水銀ポロシメータ法における細孔分布の最大ピークを占める細孔の容積とが特定の範囲にあるカーボンブラックを適用することで、補強性及び低発熱性が改善されたゴム組成物が得られることが開示されている（特許文献２参照）。
しかしながら、このような技術をもってしても、耐摩耗性と転がり抵抗とを高度にバランスすることは難しく、更なる改良が必要である。

特公平６−５１５４０号公報 特開平３−１４９２３６号公報

本発明は、このような状況下で、耐摩耗性維持し、低転がり性に優れた空気入りタイヤを与えることができるゴム組成物、並びにこのゴム組成物をトレッドに用いてなる前記の性能を有する空気入りタイヤを提供することを目的とするものである。

本発明者は、前記目的を達成するために従来技術とは異なる視点から鋭意研究を重ねた結果、タイヤのトレッド用ゴム組成物に小角Ｘ線散乱法による一次粒子径分布の半値幅（Ｒｍ）が大きく、該半値幅（Ｒｍ）とＣＴＡＢ吸着費表面積の値が特定の関係式を満たすカーボンブラックを充填材として使用することによって、タイヤの耐摩耗性を維持させつつ転がり抵抗を低減することを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち本発明は、
［１］ ジエン系ゴムを含むゴム成分に１００質量部に対して、下記式（Ｉ）
Ｒｍ＞−０．１２５×Ｘ＋４０・・・（Ｉ）
［式中、Ｒｍは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径分布の半値幅、Ｘは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（ｍ²／ｇ）を示す。］の関係を満たすカーボンブラックを１０〜１００質量部配合してなることを特徴とするゴム組成物、
［２］ カーボンブラックが前記（Ｉ）式の関係を満たし、かつ、下記式（ＩＩ）
Ｒｄ＞−０．１０５×Ｘ＋４２・・・（ＩＩ）
［式中、Ｒｄは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径の最頻度値を示す。］の関係をも満たす上記（１）のゴム組成物、
［３］ カーボンブラックが前記（Ｉ）及び（ＩＩ）式の関係を満たし、さらに前記ＣＴＡＢ吸着比表面積が７５〜１５０（ｍ²／ｇ）の範囲内である上記（１）又は（２）のゴム組成物、
［４］ さらに、カーボンブラックのジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が１１０〜２２０（ｍｌ／１００ｇ）の範囲内である上記（１）〜（３）いずれかのゴム組成物、
［５］ 上記（１）〜（４）いずれかのゴム組成物をタイヤ部材のいずれかに適用したことを特徴とする空気入りタイヤ、及び
［６］ 前記タイヤ部材がトレッドである上記（５）の空気入りタイヤ、
を提供するものである。

本発明によれば、小角Ｘ線散乱法によって求めた一次粒子径分布の半値幅ＲｍとＣＴＡＢ吸着比表面積とが特定の関係式を満たすカーボンブラックを充填材として使用することで、耐摩耗性を維持させ、低転がり抵抗性に優れたタイヤを与えることができるゴム組成物、並びにこのゴム組成物をトレッドに用いてなる前記の性能を有する空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムを含むゴム成分に１００質量部に対して、下記式（Ｉ）
Ｒｍ＞−０．１２５×Ｘ＋４０・・・（Ｉ）
［式中、Ｒｍは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径分布の半値幅、Ｘは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（ｍ²／ｇ）を示す。］の関係を満たすカーボンブラックを１０〜１００質量部配合してなる。

次に、本発明のゴム組成物に用いられるカーボンブラックについて説明する。
一般に、カーボンブラックの一次粒子径を小さくすることで、カーボンブラックの表面積が増加することによってカーボンブラックとゴム成分との接触面積が増加するため、微粒径カーボンブラックを適用することによってゴム組成物の耐摩耗性を向上させることが出来る。しかしながら、該微粒径カーボンブラック配合したゴム組成物をタイヤに適用すると、タイヤの転がり抵抗が上昇してしまう。そのため微粒径のカーボンブラックを用いたのでは、耐摩耗性と転がり抵抗を同時に改善することが出来ない。それに対して本発明では、同等の粒子径（ＣＴＡＢ吸着比表面積）を有するカーボンブラックにおいて、前記（Ｉ）式に示されているように、小角Ｘ線散乱方によって算出された一次粒子径分布の半値幅（Ｒｍ）を大きくすることが必要であり、同時に前記（ＩＩ）式に示されている小角Ｘ線散乱方によって算出された一次粒子径分布の最頻値（Ｒｄ）を大きくすることが好ましい。これによって耐摩耗性維持しつつ、転がり抵抗を大幅に低減することが可能となった。
Ｒｄ＞−０．１０５×Ｘ＋４２・・・（ＩＩ）
［式中、Ｒｄは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径の最頻度値を示す。］
大粒径のカーボンブラックと微粒径のカーボンブラックをブレンドしても小角Ｘ線散乱方によって算出された一次粒子径分布の半値幅（Ｒｍ）は大きくなるものの、ＣＴＡＢ吸着比表面積や小角Ｘ線散乱方によって算出された一次粒子径分布の最頻値（Ｒｄ）はブレンド前のそれぞれのカーボンブラックの値の中心値にしかならない。
つまり、本発明のゴム組成物に用いられるカーボンブラックは、単にブレンドしたカーボンブラックとは特性が大きく異なるものである。

上記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。したがって、ＣＴＡＢ吸着比表面積が８０〜１４０ｍ²／ｇのカーボンブラックを用いることで、転がり抵抗の悪化を防止しつつ、耐摩耗性を大幅に向上させることができる。

また、上記カーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が１１０〜２２０ｍＬ／１００ｇであることが好ましく、１３０〜２００ｍＬ／１００ｇであることが更に好ましく、１５０〜２００ｍＬ／１００ｇであることがより一層好ましい。ＤＢＰ吸油量を上記範囲にすることによってゴム組成物の優れた耐摩耗性を得ることができ、更にゴム組成物の加工性の低下を抑制することができる

上記カーボンブラックの配合量は、特に限定されるものではないが、後述するゴム成分１００質量部に対して１０〜１００質量部の範囲が好ましい。上記カーボンブラックの配合量がゴム成分１００質量部に対して上記範囲にすることによって、ゴム組成物の耐摩耗性を確保し、該ゴム組成物を用いたタイヤの転がり抵抗の上昇を抑え、すぐれた低燃費性を得ることができる。

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のゴム成分は、少なくともジエン系ゴムを含むことを要し、該ジエン系ゴムを１０質量％以上含むことが好ましい。ここで、ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）の他、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）等のジエン系合成ゴムが挙げられる。なお、これらゴム成分は、１種単独で用いてもよいし、２種以上のブレンドとして用いてもよい。

本発明のゴム組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、通常ゴム工業界で用いられる各種薬品、例えば加硫剤、加硫促進剤、プロセス油、老化防止剤、スコーチ防止剤、亜鉛華、ステアリン酸等を含有させることができる。
上記加硫剤としては、硫黄等が挙げられ、その使用量は、ゴム成分１００質量部に対し、硫黄分として０．１〜１０．０質量部が好ましく、０．５〜５．０質量部がより好ましい。
本発明で使用できる加硫促進剤は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｍ（２−メルカプトベンゾチアゾール）、ＤＭ（ジベンゾチアジルジスルフィド）、ＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）等のチアゾール系、あるいはＤＰＧ（ジフェニルグアニジン）等のグアニジン系の加硫促進剤等を挙げることができ、その使用量は、ゴム成分１００質量部に対し、０．１〜５．０質量部が好ましく、更に好ましくは０．２〜３．０質量部である。
また、本発明のゴム組成物で使用できるプロセス油としては、例えばパラフィン系、ナフテン系、アロマチック系等を挙げることができる。引張強度、耐摩耗性を重視する用途にはアロマチック系が、ヒステリシスロス、低温特性を重視する用途にはナフテン系又はパラフィン系が用いられる。その使用量は、ゴム成分１００質量部に対して、０〜１００質量部が好ましく、１００質量部以下であれば加硫ゴムの引張強度、低発熱性が良好となる。

本発明のゴム組成物は、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサー等の混練り機を用いて混練りすることによって得られ、成形加工後、加硫を行い、タイヤ用途として、タイヤトレッド、アンダートレッド、サイドウォール、カーカスコーティングゴム、ベルトコーティングゴム、ビードフィラー、チェーファー、ビードコーティングゴム等にも用いることができる。ここで、本発明のタイヤにおいては、上記ゴム組成物をトレッドに用いることが特に好ましく、上記ゴム組成物をトレッドに用いたタイヤは、耐摩耗性に優れる上、転がり抵抗が低く、低燃費性に優れる。なお、本発明の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変えた空気、又は窒素等の不活性ガスが挙げられる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。なお、各種の測定法は下記の方法に基づいておこなった。
＜カーボンブラックの製造例＞
第１表に示す条件でカーボンブラックをそれぞれ製造した。

注」
＊．カーボンブラックＡ〜Ｄ：上記製造条件にて得られた本発明に係わるカーボンブラック
＊．カーボンブラックＥ：Ｃａｂｏｔ社製、Ｎ２３４「ＶＵＬＣＡＮ７Ｈ」
＊．カーボンブラックＦ：Ｄｅｇｕｓｓａ社製、Ｎ３３０
＊．カーボンブラックＧ：Ｃａｂｏｔ社製、Ｎ１３４「ＶＵＬＣＡＮ１Ｈ」

注」
＊１．詳細を第３表に示す。
＊２．Ｎ-ｔ-ブチル-２-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド

実施例１〜４、比較例１〜２
第１表に示した本発明に係わるカーボンブラックＡ〜Ｄ及び市販のカーボンブラックＥ、Ｆを使用してバンバリーミキサ−を用いて表２に示す配合処方のゴム組成物を調製した。また市販品のカーボンブラックと本発明に係わるカーボンブラックの特性値を測定し、その結果を表３に示す。

＜カーボンブラックの各特性値の測定＞
（１）ＣＴＡＢ吸着比表面積
ＡＳＴＭ Ｄ３７６５法に準拠して測定した。単位質量あたりの比表面積（ｍ²／ｇ）で表示される。
（２）ＤＢＰ吸油量
ＡＳＴＭ Ｄ２４１４法に準拠して測定した。カーボンブラック１００ｇ当りに吸収されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）のｍｌで表される。
（３）一次粒子径分布Ｒｍ、Ｒｄの測定
測定には理学電気（株）社製のＲＵ−２００（回転対陰極型）を使用した。Ｘ線源としてＣｕＫα線を使用。出力は３０ｋＶ−３００ｍＡで実施。光学系は理学電気（株）社製のＫｒａｔｋｙカメラを使用。検出器は理学電気（株）社製の位置敏感型比例係数装置（ＰＳＰＣ）を使用した。

＜タイヤ性能評価＞
（１）耐摩耗性の評価
調製した組成物をトレッドに用いて常法によりトラック用タイヤ（タイヤサイズ１１Ｒ２２．５）を試作した。
前記トラック用タイヤを車両に装着し、４万ｋｍ走行した時点でトレッド溝深さの減量を測定し、比較基準となるタイヤ溝深さの減量の逆数を１００として指数で表した。この値が大きい程耐摩耗性に優れている。評価結果を第３表に示す。
（２）転がり抵抗の測定
ドラム試験機の上でフリー回転させたときの走行抵抗を測定した。これによりこれにより得た抵抗値を用いて次式に従って転がり抵抗指数を求めた。
転がり抵抗指数＝比較対照するタイヤの転がり抵抗×１００／従来タイヤの転がり抵抗
すなわち数値が小さいほど転がり抵抗は良好である。評価結果を第３表に示す。

第３表から次のようなことが分かる。
比較例１及び比較例２は式（Ｉ）を満足していないためＣＴＡＢの値が同じ実施例１、実施例３対比転がり抵抗が高いことがわかる。

本発明は、小角Ｘ線散乱法によって求めた一次粒子径分布の半値幅ＲｍとＣＴＡＢ吸着比表面積とが特定の関係式を満たすカーボンブラックを充填材として使用することで、耐摩耗性を維持し、低転がり抵抗性に優れたタイヤを与えることができるゴム組成物、並びにこのゴム組成物をトレッドに用いてなる前記の性能を有する空気入りタイヤを提供する。特にトラック・バス用タイヤのトレッドに好適に適用することができる。

Claims (6)

1. ジエン系ゴムを含むゴム成分に１００質量部に対して、下記式（Ｉ）
   Ｒｍ＞−０．１２５×Ｘ＋４０・・・（Ｉ）
   ［式中、Ｒｍは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径分布の半値幅、Ｘは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（ｍ²／ｇ）を示す。］の関係を満たすカーボンブラックを１０〜１００質量部配合してなることを特徴とするゴム組成物。
2. カーボンブラックが前記（Ｉ）式の関係を満たし、かつ、下記式（ＩＩ）
   Ｒｄ＞−０．１０５×Ｘ＋４２・・・（ＩＩ）
   ［式中、Ｒｄは、小角Ｘ線散乱法によって求めたカーボンブラックの一次粒子径の最頻度値を示す。］の関係をも満たす請求項1に記載のゴム組成物。
3. カーボンブラックが前記（Ｉ）及び（ＩＩ）式の関係を満たし、さらに前記ＣＴＡＢ吸着比表面積が７５〜１５０（ｍ²／ｇ）の範囲内である請求項１又は２に記載のゴム組成物。
4. さらに、カーボンブラックのジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量が１１０〜２２０（ｍｌ／１００ｇ）の範囲内である請求項１〜３のいずれか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タイヤ部材のいずれかに適用したことを特徴とする空気入りタイヤ。
6. 前記タイヤ部材がトレッドである請求項５に記載の空気入りタイヤ。