JP2009114253A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性を改善しつつ、転がり抵抗性能を向上することができるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴムにシリカ粒子と籾殻炭粉末を配合したタイヤトレッド用ゴム組成物である。籾殻炭粉末は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、１〜８０重量部で配合され、シリカ粒子は、２０〜１００重量部で配合されることが好ましい。また、籾殻炭粉末は、二酸化ケイ素成分を３０〜９０重量％と、炭素成分を６０〜５重量％含有するものが好適である。
【選択図】なし

Description

本発明は、空気入りタイヤのトレッドに用いられるタイヤトレッド用ゴム組成物に関するものである。

最近の空気入りタイヤにおいては、湿潤路面でのグリップ性能であるウェット性能と、低燃費性に寄与する転がり抵抗性能とのバランスを向上することが求められており、かかる要求に応えるために、天然ゴム及び／又はジエン系合成ゴムからなるゴム成分に充填剤としてシリカ粒子が配合されている。

シリカ粒子は、カーボンブラックに比較すると、転がり抵抗性能に寄与する発熱性を著しく低減させることができるが、その反面、シリカ粒子の凝集により、未加硫ゴムの粘度が上昇し、加工性が著しく悪化するという欠点がある。

ところで、空気入りタイヤのトレッドを構成するゴム組成物に籾殻を配合する技術は、スタッドレスタイヤ用として既に提案されている（下記特許文献１〜３参照）。これらの文献に開示の技術は、籾殻のセルロース成分に着目し、籾殻が氷表面を引っ掻くスパイク効果を狙ったものである。そのため、籾殻は、炭化せずに所定粒径に粉砕した粉体加工品として用いられており、籾殻を炭化させた籾殻炭については開示されていない。

また、スタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物においては、活性炭や、木炭、竹炭などの多孔性炭化物粒子を配合することも知られているが（下記特許文献４，５参照）、これらは、氷上路面に発生する水膜を吸水し除去して氷上摩擦力を高めるために配合されている。また、これらの文献に開示の木炭や竹炭は二酸化ケイ素成分の含有比が低い点で、本発明で用いる籾殻炭とは明確に区別されるものであり、本発明特有の効果も奏されないものである。

なお、下記特許文献６には、籾殻シリカを配合した易燃焼性シリコーンゴム組成物が開示されている。しかしながら、同文献は、籾殻の二酸化ケイ素成分のみに着目して、籾殻を燃焼させた残渣の灰から得られるシリカを用いるものであり、ジエン系ゴムに配合するものでもなく、更にはタイヤ用として用いられるものでもない。
特開平０２−１６７３５３号公報 特開平１１−２５５９６６号公報 特開２０００−３５１３０４号公報 特開２０００−２１１３１５号公報 特開２００５−１６２８６５号公報 特開平１１−４３６０７号公報

本発明は、以上に鑑みてなされたものであり、加工性を改善しつつ、転がり抵抗性能を向上することができるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題に鑑みて鋭意検討していく中で、ジエン系ゴムに対して、籾殻を炭化させてなる籾殻炭の粉末を、充填剤の一部として配合することにより、転がり抵抗性能は同等量のシリカ粒子以上に向上し、しかも未加硫ゴムの粘度低減効果があることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴムにシリカ粒子と籾殻炭粉末が配合されたものである。

本発明によれば、ジエン系ゴムからなるタイヤトレッド用ゴム組成物にシリカ粒子とともに籾殻炭粉末を配合することにより、シリカ粒子と籾殻炭粉末を合わせた同等量のシリカ粒子以上に転がり抵抗性能を向上することができ、また、未加硫ゴムの粘度が下がるので加工性を改善することができる。

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。

本発明に係るゴム組成物において、ゴム成分としては、天然ゴム（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）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）などの各種ジエン系ゴムを用いることができ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。

これらの中でも、タイヤトレッドに一般に用いられていることから、ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ及びＳＢＲの少なくとも一種が、ゴム成分として好ましく用いられ、更には、ＳＢＲとＢＲのブレンド、ＮＲとＢＲのブレンドが好ましく用いられる。

上記ゴム組成物に配合される籾殻炭粉末とは、籾殻を加熱により炭化して得られる籾殻炭の粉末である。籾殻炭は、木炭や竹炭などに比べて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）成分を多量に含むものであり、このことが転がり抵抗性能の向上に寄与するものと考えられる。

好ましくは、二酸化ケイ素成分を３０〜９０重量％と、炭素成分を６０〜５重量％含有する籾殻炭粉末を用いることである。これらの成分比率は、炭化条件によって籾殻の燃焼度合を変えることにより調整可能であり、上記範囲内の籾殻炭粉末を用いることで、本発明の効果を一層高めることができる。二酸化ケイ素成分と炭素成分とのハイブリッド効果を高めるため、二酸化ケイ素成分が４０〜８０重量％であり、炭素成分が５０〜１５重量％であることがより好ましい。

籾殻炭の製法は、特に限定されず、公知の種々の方法を用いることができ、例えば、窯を用いて籾殻を蒸し焼きにすることで熱分解させて籾殻炭を得ることができる。籾殻炭粉末は、このようにして得られる籾殻炭を公知の粉砕機（例えば、ボールミル）を用いて粉砕し、所定の粒径範囲に選別し分級したものを用いることができる。籾殻炭粉末の粒径は、特に限定されないが、平均粒径が１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１〜５０μｍである。ここで、平均粒径は、島津製作所製のレーザー回折式粒度分布測定装置「ＳＡＬＤ−２０００Ａ」を用いて測定したメディアン径の値である。

籾殻炭粉末は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、１〜８０重量部にて配合されることが好ましい。籾殻炭粉末の配合量が少なすぎると、転がり抵抗性能の向上効果が不十分であり、逆に配合量が多すぎると、物性が低下し、ウェット性能も低下傾向となる。補強性及びウェット性能を維持しつつ、転がり抵抗性能を向上する上では、籾殻炭粉末の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して２〜４０重量部であることがより好ましく、更に好ましくは４〜２０重量部である。

籾殻炭粉末は、充填剤の一部として用いられるものであり、すなわち、本発明のゴム組成物には、籾殻炭粉末とともにシリカ粒子が配合される。シリカ粒子を配合したタイヤトレッド用ゴム組成物において、シリカ粒子の一部を同量の籾殻炭粉末で置換することにより、補強性及びウェット性能を損なうことなく、転がり抵抗性能を向上することができ、また、未加硫ゴムの粘度が下がることから加工性を改善することができる。

上記シリカ粒子としては、湿式シリカ、特には沈降法シリカが好ましく用いられる。その配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、２０〜１００重量部であることが好ましく、より好ましくは３０〜７０重量部である。なお、ここでいうシリカ粒子には、上記籾殻炭粉末に含まれる二酸化ケイ素成分は含まれない。

本発明のゴム組成物には、上記成分に加えて、シランカップリング剤を配合することが好適である。シランカップリング剤としては、従来からシリカ粒子とともにゴム組成物に使用されるものであればよく、例えば、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、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、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、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、通常、シリカ粒子及び籾殻炭粉末の合計量１００重量部に対して５〜１５重量部配合される。

本発明のゴム組成物には、タイヤトレッド用ゴム組成物において一般に配合される他の充填剤として、カーボンブラックを併用することができる。

本発明に係るゴム組成物には、上記の各成分の他に、老化防止剤、ワックス、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤など、タイヤトレッド用ゴム組成物に通常配合される各種添加剤を配合することができる。

本発明に係るゴム組成物は、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ローラーなどの混練機を用いて混練りすることにより得られ、常法に従い加硫成形することにより、各種空気入りタイヤのトレッドゴムを構成することができる。

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。

（第１実施例）
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合に従い、実施例及び比較例の各タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。表１中の各成分は以下の通りである。

・ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製「ＳＢＲ４３５０」、
・ＢＲ：ＪＳＲ（株）製「ＢＲ０１」、
・籾殻炭粉末１：籾殻炭（関西産業（株）製「バイオ炭」）をボールミルで粉砕して得られた平均粒径２０μｍの籾殻炭粉末（二酸化ケイ素成分＝６０重量％、炭素成分＝３８重量％）、
・籾殻炭粉末２：籾殻炭（関西産業（株）製「バイオ炭」）をジェットミルで粉砕して得られた平均粒径２．０μｍの籾殻炭粉末（二酸化ケイ素成分＝６０重量％、炭素成分＝３８重量％）、
・籾殻炭粉末３：籾殻炭（関西産業（株）製「バイオ炭」）をジェットミルで粉砕して得られた平均粒径２．０μｍの籾殻炭粉末（二酸化ケイ素成分＝７５重量％、炭素成分＝２０重量％）、
・木炭粉末：奈良炭化工業（株）製「みのり炭素（粉）」をボールミルで粉砕した木炭粉末（平均粒径＝２０μｍ）、
・シリカ粒子：東ソー・シリカ（株）製「ニップシールＡＱ」、
・シランカップリング剤：デグサ社製「Ｓｉ６９」、
・カーボンブラック：東海カーボン（株）製「シースト３」。

各ゴム組成物には、共通配合として、ジエン系ゴム１００重量部に対し、オイル（ジャパンエナジー株式会社製「プロセスＸ−１４０」）１５重量部、亜鉛華（三井金属鉱業株式会社製「亜鉛華１号」）３重量部、ステアリン酸（花王株式会社製「ルナックＳ−２０」）２重量部、老化防止剤６Ｃ（大内新興化学工業株式会社製「ノクラック６Ｃ」）２重量部、ワックス（大内新興化学工業株式会社製「サンノック」）２重量部、硫黄（細井化学工業株式会社製「ゴム用粉末硫黄１５０メッシュ」）２重量部、加硫促進剤ＣＢＳ（大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーＣＺ」）１．５重量部を配合した。

各ゴム組成物について、未加硫ゴムのムーニー粘度を測定するとともに、１６０℃で２０分間加硫して加硫ゴム片を作製し、各加硫ゴム片について、物性（硬さ、１００％、３００％モジュラス、引張強さ、切断時伸び）を測定した。また、各ゴム組成物を用いてキャップ／ベース構造のトレッドを有するタイヤのキャップトレッドに適用し、２０５／６５Ｒ１５ ９４Ｈの空気入りラジアルタイヤを常法に従い製造し、転がり抵抗とウェット性能と耐摩耗性を評価した。各測定、評価方法は、以下の通りである。

・ムーニー粘度：ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して（Ｌ形ロータ）、予熱１分、測定４分、温度１００℃にて測定。

・硬さ：ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、タイプＡデュロメータ（Ａ型）を用いて、２３℃で硬さを測定。

・モジュラス、引張強さ、切断時伸び：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験により測定（ダンベル状３号形）。

・転がり抵抗性能：空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定用の１軸ドラム試験機にて２３℃で８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。結果は、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、転がり抵抗が小さく、従って燃費性に優れることを示す。

・ウェット性能：２０００ｃｃの国産ＦＦ車に各タイヤを４本装着し、２〜３ｍｍの水深で水をまいたアスファルト路面上を走行し、９０ｋｍ／ｈでＡＢＳを作動させて２０ｋｍ／ｈまで減速時の制動距離を測定した。結果は、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほどウェット性能に優れることを示す。

・耐摩耗性：２０００ｃｃの国産ＦＦ車に各タイヤを４本装着し、乾燥アスファルトの一般路面において５０００ｋｍ毎にローテーションしながら、２万ｋｍ走行後のトレッド残溝深さから摩耗量を求めた。結果は、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど耐摩耗性に優れることを示す。

表１に示すように、充填剤として籾殻炭粉末を配合した実施例であると、比較例１に対して、転がり抵抗性能を向上することができ、また、未加硫ゴムのムーニー粘度が下がり、加工性が改善された。特に、シリカ粒子の一部を同量の籾殻炭粉末で置換した実施例１〜３及び６〜９であると、物性や耐摩耗性の低下は特にみられず、また、ウェット性能の低下もなく、従って、補強性及びウェット性能を実施的に損なうことなく、転がり抵抗性能を向上することができた。

（第２実施例）
下記表２に示す配合に従い、第１実施例と同様に、実施例及び比較例の各タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。表２中の「ＮＲ」はＲＳＳ３号であり、その他の成分は第１実施例と同じである。また、各ゴム組成物には、共通配合として第１実施例と同じものを配合した。

各ゴム組成物について、第１実施例と同様に、未加硫ゴムのムーニー粘度、物性、転がり抵抗、ウェット性能及び耐摩耗性を評価した。なお、転がり抵抗、ウェット性能及び耐摩耗性は、比較例４の値を１００とした指数で表示した。結果は、表２に示す通りであり、第１実施例と同様の効果が得られた。

本発明は、乗用車用ラジアルタイヤを始めとする各種空気入りタイヤのトレッドに用いることができる。

Claims (3)

1. ジエン系ゴムにシリカ粒子と籾殻炭粉末が配合されたタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、前記シリカ粒子２０〜１００重量部と、前記籾殻炭粉末１〜８０重量部を配合してなる、請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 前記籾殻炭粉末は、二酸化ケイ素成分を３０〜９０重量％と、炭素成分を６０〜５重量％含有するものである、請求項１又は２記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。