JP2009114257A - タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - 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用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴムに籾殻炭粉末とエポキシ化植物油を配合してなるタイヤ用ゴム組成物である。ジエン系ゴム１００重量部に対して、籾殻炭粉末は１〜８０重量部、エポキシ化植物油（例えば、エポキシ化大豆油）は１〜３０重量部含有することが好ましい。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。ジエン系ゴムは、極性基を有する変性天然ゴム（例えば、エポキシ化天然ゴム）の単独、又は該変性天然ゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤに関するものである。

最近の空気入りタイヤにおいては、低燃費性に寄与する転がり抵抗性能を向上すること、すなわち、転がり抵抗を低減することが求められている。かかる要求に応えるために、ジエン系ゴムに、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１参照）。同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用のゴム組成物として、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２，３参照）、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。

なお、下記特許文献４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、従って籾殻炭ではなく、また、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。

一方、従来よりタイヤ用ゴム組成物においては、可塑剤（軟化剤）としてプロセスオイルが配合されているが、エポキシ化天然ゴムとの組合せでエポキシ化植物油を用いることも知られている（下記特許文献５，６参照）。
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 特開２００７−１１２８４６号公報 特開２００５−１５４５８６号公報

上記のようにジエン系ゴムにエポキシ化植物油を配合することは知られているが、籾殻炭と組み合わせて用いることは知られていない。

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として用いるとともに、エポキシ化植物油を可塑剤として用いることにより、転がり抵抗性能は同等量のシリカ粒子以上に向上し、また未加硫ゴムの粘度低減効果があり、しかもエポキシ化植物油を用いることで転がり抵抗性能を一層向上できることを見い出し、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用ゴム組成物は、ジエン系ゴムに籾殻炭粉末とエポキシ化植物油を配合してなるものである。また、本発明に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物を用いてなるものである。

本発明によれば、ジエン系ゴムからなるタイヤ用ゴム組成物に籾殻炭粉末とエポキシ化植物油を組み合わせて配合することにより、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。

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、ゴム成分として用いられるジエン系ゴムとしては、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）、及びこれらの変性ゴムなどが挙げられ、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。

上記ジエン系ゴムとして、好ましくは、極性基を有する変性天然ゴムの単独、又は該変性天然ゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドを用いることである。該極性基としては、エポキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、オキシ基、アミノ基、イミノ基、ニトリル基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、イミド基、アミド基、アンモニウム基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基など、酸素や窒素、硫黄等のヘテロ原子を持つ基が挙げられる。このような極性基であれば、籾殻炭粉末中の二酸化ケイ素成分との間での相互作用により、発熱性の低下に寄与することができる。

これらの極性基を有する変性天然ゴムは、天然ゴムに対して上記極性基を有する化合物を反応させるなど、化学的処理を施すことにより得られる。具体的には、エポキシ化天然ゴム、メチルメタクリレート変性天然ゴム、マレイン酸変性天然ゴムなどが挙げられ、なかでもエポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を用いることが特に好適である。

エポキシ化天然ゴムは、天然ゴムの主鎖の二重結合にエポキシ基が導入されたものであり、例えば、天然ゴムラテックスに過酢酸を反応させることにより得られる。エポキシ化天然ゴムのエポキシ化率は、５〜５０モル％であることが好ましく、より好ましくは１５〜４０モル％である。

前記変性天然ゴムと併用する他のジエン系ゴムとしては、上記列挙の通りであり、即ち、未変性ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＥＰＤＭなどが挙げられる。この中でも、未変性ＮＲ及び／又はＢＲが特に好適である。

上記他のジエン系ゴムは、ジエン系ゴム１００重量部中に、０〜８０重量部にて配合することができる。すなわち、ゴム成分は、極性基を有する変性天然ゴムの単独、又は該変性天然ゴム２０重量部以上と他のジエン系ゴム８０重量部以下のブレンドからなることが好ましい。上記変性天然ゴムが２０重量部未満であると、ウェット性能が損なわれる。より好ましくは、上記変性天然ゴム１００〜５０重量部と他のジエン系ゴム０〜５０重量部のブレンドである。

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（炭化籾殻）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４０〜１５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、機械物性（特に引張強度）が低下する。機械物性を維持ないし向上しつつ、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２〜５０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ことが好ましい。すなわち、本発明のゴム組成物には、タイヤ用ゴム組成物において一般に配合されるカーボンブラックやシリカ粒子などの充填剤を併用することができる。特に、シリカ粒子を配合したタイヤ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、特に限定されないが、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３０〜８０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。

シリカ粒子を配合する場合、更にシランカップリング剤を用い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１００重量部に対して５〜１５重量部配合される。

上記ゴム組成物に配合されるエポキシ化植物油は、植物油の脂肪酸の不飽和結合部分をエポキシ化してなるものであり、エポキシ基を有することで、籾殻炭粉末中の二酸化ケイ素成分との間での相互作用により、機械物性（特に強度）の向上と転がり抵抗性能の向上に寄与すると考えられる。

エポキシ化植物油の具体例としては、エポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化桐湯、エポキシ化ひまし油、エポキシ化サフラワー油、エポキシ化綿実油、エポキシ化菜種油、エポキシ化コーン油などが挙げられ、特にエポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油が好ましく用いられる。

エポキシ化植物油は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、１〜３０重量部にて配合されることが好ましい。エポキシ化植物油の配合量が少なすぎると、上記効果が少なく、逆に配合量が多すぎると、機械物性が却って低下する。機械物性を維持ないし向上しつつ、転がり抵抗性能を向上する上では、エポキシ化植物油の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して２〜２５重量部であることがより好ましい。

エポキシ化植物油は、可塑剤の一部として用いることができ、すなわち、タイヤ用ゴム組成物において一般に配合されるプロセスオイルや、エポキシ化していない植物油を併用してもよい。

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、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤など、タイヤ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ゴム部分（例えば、トレッドゴム部、サイドウォールゴム部など）を構成することができる。特に、空気入りタイヤのトレッドゴムを構成することが好適である。

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。

・ＥＮＲ２５：エポキシ化率が２５モル％のエポキシ化天然ゴム（マレーシアのＭＲＢ社製「ＥＮＲ−２５」）、
・ＮＲ：ＲＳＳ３号、
・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」、
・プロセスオイル：株式会社ジャパンエナジー製「Ｘ−１４０」、
・エポキシ化大豆油：株式会社アデカ製「アデカサイザーＯ−１３０Ｐ」。

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、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（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３０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、引裂強さ）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、転がり抵抗性能を評価した。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）。

・引裂強さ：ＪＩＳ Ｋ６２５２に準拠して測定（クレセント形試験片）。

・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。

表１に示すように、籾殻炭粉末とエポキシ化大豆油を組み合わせることにより、転がり抵抗性能を向上することができた。また、籾殻炭粉末を配合していない比較例３に対し、未加硫ゴムのムーニー粘度が下がり、加工性が改善されていた。また、この比較例３との対比から明らかなように、籾殻炭粉末を配合していない場合、エポキシ化大豆油を加えても転がり抵抗は高かった。また、実施例１〜４に示されるように、籾殻炭粉末を配合するとともに、エポキシ化大豆油を１〜３０重量部、特には２〜３０重量部配合することにより、機械強度が向上し、また切断時伸びも高くなっており、従って、機械物性の向上と転がり抵抗性能の向上を両立できた。

（第２実施例）
バンバリーミキサーを使用し、下記表２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２中の各成分は第１実施例と同じであり、共通配合も第１実施例と同じである。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、転がり抵抗性能を測定・評価した。なお、転がり抵抗性能は、比較例４の値を１００とした指数で表示した。

表２に示すように、シリカ粒子を同量の籾殻炭粉末で置換することにより、転がり抵抗性能が向上しており、従って、籾殻炭粉末は、シリカ粒子以上に転がり抵抗性能の向上効果を有していた。また、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１０〜１２であると、物性を維持しつつ、転がり抵抗性能を向上することができた。

（第３実施例）
下記表３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３中の「ＳＢＲ」は、ＪＳＲ（株）製「ＳＢＲ４３５０」であり、その他の成分は第１実施例と同じである。また、共通配合も第１実施例と同じである。

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、転がり抵抗性能を測定・評価した。なお、転がり抵抗性能は、比較例５の値を１００とした指数で表示した。

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に用いることができ、特に、これらタイヤのトレッドに好適に用いることができる。

Claims (7)

1. ジエン系ゴムに籾殻炭粉末とエポキシ化植物油を配合してなるタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、前記籾殻炭粉末を１〜８０重量部含有し、前記エポキシ化植物油を１〜３０重量部含有する、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
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記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. 前記エポキシ化植物油がエポキシ化大豆油である、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
5. 前記ジエン系ゴムが、極性基を有する変性天然ゴムの単独、又は該変性天然ゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなる、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
6. 前記極性基を有する変性天然ゴムがエポキシ化天然ゴムである、請求項５記載のタイヤ用ゴム組成物。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。