JP2009013196A - インスレーション用ゴム組成物およびそれを用いたインスレーションを有するタイヤ - Google Patents

インスレーション用ゴム組成物およびそれを用いたインスレーションを有するタイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】加工性、低燃費性、ゴム強度および操縦安定性を向上させることができるインスレーション用ゴム組成物ならびにそれを用いたインスレーションを有するタイヤを提供する。
【解決手段】蛋白質の指標としての総チッ素含有率が0.3重量%以下である脱蛋白天然ゴムを含むゴム成分を含有するインスレーション用ゴム組成物、およびそれを用いたインスレーションを有するタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、インスレーション用ゴム組成物およびそれを用いたインスレーションを有するタイヤに関する。
従来から、タイヤの転がり抵抗を低減するためにインスレーション部に発熱性の低い配合を用いる技術が使用されてきた。低燃費インスレーションをさらに低発熱化させるにはカーボンブラックを減らすことやカーボンブラックの粒径を大きくすることが考えられる。
しかし、カーボンブラックを減量したり粒径の大きいカーボンブラックを用いるとゴム組成物の強度が低下する。この強度低下は、タイヤ耐久性の低下や横剛性の低下の原因となるので好ましくない。
また、一般に、インスレーションに使用されるゴム組成物において、ゴム成分としては天然ゴムやブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムなどが使用されており、とくに天然ゴムは必須として配合されている。この天然ゴムのなかには蛋白質や脂質などの非ゴム成分が5〜10重量%ほど存在しており、これらの非ゴム成分、とくに蛋白質は分子鎖の絡み合いの原因となると言われており、ゲル化を引きおこす要因となり、ゲル化がおこるとゴムの粘度が上昇し、加工性が悪化するという欠点がある。一般的に、天然ゴムの加工性を改良するために、練りロール機や密閉式混合機で素練りし、分子量を下げるという方法が用いられているが、このような素練りは分子主鎖をランダムに切断してしまうため、燃費特性の悪化を引きおこす。
そこでゲル化の要因の一つとしてあげられている蛋白質を除去する方法が知られており、得られた脱蛋白天然ゴムをタイヤのコンポーネント用のゴムとして使用することが提案されている(特許文献1参照)。
特許第3294901号公報
本発明は、加工性、低燃費性およびゴム強度を向上させることができるインスレーション用ゴム組成物ならびにそれを用いたインスレーションを有するタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、蛋白質の指標としての総チッ素含有率が0.3重量%以下である脱蛋白天然ゴムを含むゴム成分を含有するインスレーション用ゴム組成物に関する。
前記脱蛋白天然ゴムの総チッ素含有率は、0.1重量%以下であることが好ましい。
前記ゴム成分中の脱蛋白天然ゴムの含有率は、2〜100重量%であることが好ましい。
前記ゴム成分中の脱蛋白天然ゴムの含有率が2〜60重量%であり、天然ゴムの含有率が40〜98重量%であることが好ましい。
前記インスレーション用ゴム組成物は、ゴム成分100重量部に対して、充填剤を30〜70重量部含有することが好ましい。
前記充填剤は、チッ素吸着比表面積が25〜40m2/gのカーボンブラックであることが好ましい。
前記インスレーション用ゴム組成物は、ゴム成分100重量部に対して、オイルを5〜20重量部含有することが好ましい。
前記インスレーション用ゴム組成物は、ゴム成分100重量部に対して、ワックスを1.0〜4.0重量部含有することが好ましい。
また、本発明は、前記インスレーション用ゴム組成物を用いたインスレーションを有するタイヤに関する。
本発明によれば、特定の脱蛋白天然ゴムを含むことで、加工性、低燃費性、ゴム強度および操縦安定性を向上させることができるインスレーション用ゴム組成物ならびにそれを用いたインスレーションを有するタイヤを提供することができる。
本発明のインスレーション用ゴム組成物は、特定の脱蛋白天然ゴム(以下、DPNRということもある)を含むゴム成分を含有する。
本発明では、天然ゴム(NR)中に5〜10重量%程度含まれ、ゲル化を引きおこす蛋白質を除去し、蛋白質の指標としての総チッ素含有率を0.3重量%以下にしたDPNRをゴム成分の一部として配合することで、加工性、低燃費性、ゴム強度および操縦安定性を改善している。なお、NRを脱蛋白する処理としては、特開平6−329838号公報、特開2005−47993号公報などに記載されている従来から公知の方法を採用することができる。また、脱蛋白するNRとしては、RSS#3やTSR20など、従来から使用されるグレードのものを使用することができる。
本発明では、脱蛋白天然ゴムの蛋白質含有量の指標として総チッ素含有率を用いている。脱蛋白天然ゴムの総チッ素含有率は0.3重量%以下、好ましくは0.1重量%以下、より好ましくは0.05重量%以下である。総チッ素含有率が0.3重量%をこえると、ゲル化を引き起こす要因となり、加工性が悪化する。なお、脱蛋白天然ゴムの総チッ素含有率の下限値は低い方が好ましく、できればチッ素を含有しないことが望ましいが、製法などの制限から、下限は通常0.03重量%である。
DPNRの重量平均分子量は、生ゴム強度が高く、耐摩耗性に優れる点から、140万以上が好ましい。なお、DPNRの重量平均分子量の上限値はとくに制限はないが、通常170万である。
また、DPNRはゲル分が減少したNRであり、トルエン不溶分として測定されるDPNRのゲル含有率は、未加硫ゴムの粘度の上昇を抑制でき、加工性に優れる点から、10重量%以下が好ましい。なお、DPNRのゲル含有率は低い方が好ましく、できればゲル分を含有しないことが望ましいが、製法などの制限から、下限は通常2.0重量%である。
ゴム成分中のDPNRの含有率は2重量%以上が好ましく、5重量%以上がより好ましく、10重量%以上がさらに好ましい。DPNRの含有率が上記範囲内にあれば、DPNRを配合することによる低転がり抵抗性能と操縦安定性をバランスよく向上させることができるため好ましい。なお、ゴム成分中のDPNRの含有率の上限値は、とくに制限はなく、100重量%でもよいが、コストを抑制できる点から、80重量%以下が好ましく、60重量%以下がより好ましい。
本発明では、ゴム成分として、DPNR以外のゴム成分を使用する場合、DPNRと併用するゴム成分としては、たとえば、NR、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)などがあげられるが、加工性、耐疲労性、耐屈曲性に優れる点から、NRが好ましい。
NRとしては、DPNRに使用するNRと同様に、RSS#3やTSR20など、従来から使用されるグレードのものを使用することができる。
NRを含む場合、ゴム成分中のNRの含有率は、加工性や耐疲労性などに優れる点から、40〜98重量%が好ましく、45〜90重量%がより好ましい。
なお、ゴム成分としてDPNRとNRを併用する場合、ゴム成分中のDPNRの含有率が2〜60重量%であり、ゴム成分中のNRの含有率が40〜98重量%であることが好ましい。
本発明のインスレーション用ゴム組成物には、さらに、充填剤を含むことが好ましい。
充填剤としては、カーボンブラックがよく知られており、カーボンブラックのかわりにシリカを用いてもインスレーション用ゴム組成物として同等の効果が得られる。また、これら以外にも、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、アルミナ、水酸化アルミニウム、クレー、タルクなどもあげられる。なかでも、補強性と加工性のバランスに優れる点から、カーボンブラック、シリカが好ましい。
充填剤としてカーボンブラックを使用する場合、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(N2SA)は、補強性、加工性、耐疲労性に優れる点から、25〜40m2/gが好ましい。
充填剤の配合量は、補強性、加工性、耐疲労性に優れる点から、ゴム成分100重量部に対して30〜70重量部が好ましい。
本発明では、充填剤としてシリカを使用する場合、シランカップリング剤を含有することが好ましい。本発明で好適に使用できるシランカップリング剤は、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤とすることができる。具体的には、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリメトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド等のスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン等のメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等のグリシドキシ系、3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、3−ニトロプロピルトリエトキシシラン等のニトロ系、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、2−クロロエチルトリメトキシシラン、2−クロロエチルトリエトキシシラン等のクロロ系等があげられる。カップリング剤添加効果とコストの両立からビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が好適に用いられる。これらシランカップリング剤は1種、または2種以上組み合わせて用いてもよい。
本発明のインスレーション用ゴム組成物は、さらに、オイルを含むことが好ましい。
オイルとしては、プロセスオイル、植物油脂、動物油脂などがあげられる。
プロセスオイルとしてはパラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイルなどがあげられる。
植物油としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、サフラワー油、桐油などがあげられる。
動物油脂としては、オレイルアルコール、魚油、牛脂などがあげられる。
なかでも、供給量が高く、低コストである点から、プロセスオイルが好ましく、アロマオイルがより好ましい。
オイルの配合量は、加工性に優れる点から、ゴム成分100重量部に対して5〜20重量部が好ましい。
本発明のインスレーション用ゴム組成物は、さらに、ワックスを含むことが好ましい。
ワックスとしては、パラフィン系ワックスなどの石油系ワックスや、カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、ジャパンワックス、ウルシロウ、サトウキビロウ、パームロウなどの植物性ワックスなどがあげられる。なかでも、供給量が高く、ゴムとの相溶性に優れる点から、石油系ワックスが好ましい。
ワックスの配合量は、析出によるブルーミングを考慮して、ゴム成分100重量部に対して1.0〜4.0重量部が好ましい。
本発明のインスレーション用ゴム組成物は、前記ゴム成分、充填剤、シランカップリング剤、オイルおよびワックス以外にも、従来からタイヤ工業において使用される配合剤、たとえば、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
本発明のインスレーション用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記ゴム成分、必要に応じてその他の配合剤を混練りし、その後加硫することにより、本発明のインスレーション用ゴム組成物を製造することができる。
本発明のインスレーション用ゴム組成物は、タイヤの発熱や操縦安定性への寄与率が大きいという理由から、タイヤ部材のなかでもインスレーションとして使用するものである。
以下、図面を用いて、本発明のインスレーション用ゴム組成物を用いたインスレーションを有するタイヤにおけるインスレーションについて説明する。
図1は、本発明のインスレーション用ゴム組成物を用いたインスレーションを有する構造を示すタイヤの部分断面図である。図1に示すように、インスレーション6とは、トレッド1、サイドウォール2と、トレッド1とサイドウォール2の内側に配設されるカーカス3、トレッド1の内側でカーカス3の外側に配されるブレーカー4、カーカス3の内側に配設されるインナーライナー5を有するタイヤにおいて、カーカス3の内側でインナーライナー5の外側に配設されるゴム層のことであり、カーカスとの粘着による成形性や、耐屈曲性を確保する役割がある。
本発明のタイヤは、本発明のインスレーション用ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のインスレーション用ゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのインスレーションの形状にあわせて押出し加工し、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製造する。
実施例に基づいて、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市販薬品について説明する。
天然ゴム(NR):RSS#3
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N660(N2SA:35m2/g)
シリカ:デグッサ社製のウルトラジル(Ultrasil)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)
プロセスオイル:(株)ジャパンエナジー製のJOMOプロセスX140
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
酸化亜鉛: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(N,N’−ジフェニル・グアニジン)
調製例1:脱蛋白天然ゴム(1)(DPNR(1))の調製
マレーシアのソフテック社製の高アンモニアタイプの天然ゴムラテックス(固形分60.2%)150mlをゴム固形分が10%になるように2Lの蒸留水で希釈し、0.12%のナフテン酸ソーダで安定化させ、リン酸二水素ナトリウムを添加してpHを9.2に調整した。ついで、脱蛋白酵素アルカラーゼ(ノボノディスクバイオインダストリー(株)製)7.8gを100mlの蒸留水に分散させて、前記希釈した天然ゴムラテックスに加えた。ラテックスのpHを再度9.2に調整した後、37℃で24時間維持して脱蛋白処理を行なった。脱蛋白処理を完了したラテックスに対して、陰イオン性界面活性剤ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム(花王(株)製のKP4401)を1重量%の割合で添加し、10000rpmで30分間遠心分離を行なった。遠心分離後、上層に分離したクリーム状のゴム分を取り出し、さらに水で希釈することにより、ゴム固形分60%の脱蛋白処理された天然ゴムラテックスを得た。
脱蛋白処理された天然ゴムラテックスをガラス板上にキャストし、室温で乾燥させた後、減圧下で乾燥させてポリマーを得た。
得られたポリマーと市販の高アンモニア天然ゴムラテックス(野村貿易(株)製のHytex)をガラス板上に流延し、室温で乾燥させた後、減圧下で乾燥させた。乾燥後、アセトンと2−ブタノンの混合溶媒(3:1)で抽出し、ホモポリマーなどの不純物を除去し、脱蛋白天然ゴム(1)(DPNR(1))を得た。
調製例2:脱蛋白天然ゴム(2)(DPNR(2))の調製
脱蛋白酵素アルカラーゼを2.0g加えたこと以外は調製例1と同様に、脱蛋白天然ゴム(2)(DPNR(2))を得た。
調製例3:脱蛋白天然ゴム(3)(DPNR(3))の調製
脱蛋白酵素アルカラーゼを0.1g加えたこと以外は調製例1と同様に、脱蛋白天然ゴム(3)(DPNR(3))を得た。
(チッ素含有率)
ケルダール試験法によりチッ素含有率を測定した。
(ゲル含有率)
本発明において、生ゴム中のゲル含有率は、トルエン不溶分として測定した値を意味する。生ゴムを1mm×1mmに切断したサンプル70mgを計り取り、これに35mlのトルエンを加え1週間冷暗所に静置した。ついで、遠心分離してトルエンに不溶のゲル分を沈殿させ上澄みの可溶分を除去し、ゲル分のみをメタノールで洗浄した後、乾燥し重量(mg)を測定した。つぎの式によりゲル含有率(%)を求めた。
(ゲル含有率)=(乾燥後の重量)/(最初のサンプル重量)×100
(重量平均分子量)
ゲルパーミエイションクロマトグラフィー法により測定(溶媒;テトラヒドロフラン)し、重量平均分子量を求めた。
NRおよびDPNR(1)〜(3)についての分析の結果を表1に示す。
Figure 2009013196
実施例1〜7および比較例1〜5
(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤を除く各種材料を160℃排出で4分間混練りして混練り物を得た。その後、オープンロール上で、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を加えて100℃の条件下で2分間練り込み、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150℃の条件下で30分間プレス加硫することで、実施例1〜7および比較例1〜5のインスレーション用ゴム組成物を得た。なお、以下の特性評価において、実施例1〜5および比較例1〜3では比較例1を、実施例6〜7および比較例4〜5では比較例4を、それぞれ基準配合とした。
(ムーニー粘度)
JIS K 6300「未加硫ゴムの試験方法」に準じて、(株)島津製作所製のムーニー粘度試験機を用い、1分間の予熱によって熱せられた130℃の温度条件にて、小ローターを回転させ、4分間経過した時点での未加硫ゴム組成物のムーニー粘度を測定した。そして、基準配合のムーニー粘度指数を100とし、以下の計算式により、各配合のムーニー粘度を指数表示した。なお、ムーニー粘度指数の値が大きいほど加工しやすく、加工性が優れていることを示す。
(ムーニー粘度指数)=(基準配合のムーニー粘度)
÷(各配合のムーニー粘度)×100
(粘弾性試験)
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターVESを用いて、初期歪み10%、動歪み2%および振動周波数10Hzの条件下で70℃におけるtanδおよびE*を測定した。そして、基準配合の転がり抵抗指数およびゴム強度指数を100とし、以下の計算式により、各配合のtanδおよびE*をそれぞれ指数表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど低燃費性に優れることを示し、ゴム強度指数が大きいほどゴム強度に優れることを示す。
(転がり抵抗指数)=(比較例1のtanδ)÷(各配合のtanδ)×100
(ゴム強度指数)=(各配合のE*)÷(比較例1のE*)×100
(操縦安定性)
前記未加硫ゴム組成物をインスレーションの形状に成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成して加硫することで195/65R15サイズのタイヤを製造した。
製造したタイヤを2000ccクラスの前輪駆動車(FF車)に装着させ、操縦時における操縦安定性をテストドライバーが評価した。評価は、基準配合を6点とし、0.5点きざみで評価した。なお、評点が高いほど操縦安定性が優れることを示す。
上記評価結果を表2〜4に示す。
Figure 2009013196
Figure 2009013196
Figure 2009013196
本発明のインスレーション用ゴム組成物を用いたインスレーションを有する構造を示すタイヤの部分断面図である。
符号の説明
1 トレッド
2 サイドウォール
3 カーカス
4 ブレーカー
5 インナーライナー
6 インスレーション

Claims (9)

  1. 蛋白質の指標としての総チッ素含有率が0.3重量%以下である脱蛋白天然ゴムを含むゴム成分を含有するインスレーション用ゴム組成物。
  2. 脱蛋白天然ゴムの総チッ素含有率が0.1重量%以下である請求項1記載のインスレーション用ゴム組成物。
  3. ゴム成分中の脱蛋白天然ゴムの含有率が2〜100重量%である請求項1または2記載のインスレーション用ゴム組成物。
  4. ゴム成分中の脱蛋白天然ゴムの含有率が2〜60重量%であり、天然ゴムの含有率が40〜98重量%である請求項1〜3のいずれかに記載のインスレーション用ゴム組成物。
  5. ゴム成分100重量部に対して、
    充填剤を30〜70重量部含有する請求項1〜4のいずれかに記載のインスレーション用ゴム組成物。
  6. 充填剤が、チッ素吸着比表面積が25〜40m2/gのカーボンブラックである請求項5記載のインスレーション用ゴム組成物。
  7. ゴム成分100重量部に対して、
    オイルを5〜20重量部含有する請求項1〜6のいずれかに記載のインスレーション用ゴム組成物。
  8. ゴム成分100重量部に対して、
    ワックスを1.0〜4.0重量部含有する請求項1〜7のいずれかに記載のインスレーション用ゴム組成物。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載のインスレーション用ゴム組成物を用いたインスレーションを有するタイヤ。
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