JP2009173784A - ジエン系ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンブラックおよび瀝青炭粉砕物を配合したジエン系ゴム組成物を、空気入りタイヤのトレッド部の一部を構成する導電性ゴム部材の加硫成形材料として用いたとき、加工性および低電気抵抗性を両立させた導電性ゴム部材を与え得るものを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム100重量部に対して、瀝青炭粉砕物20〜100重量部およびカルボキシル基含有液状ポリイソプレン5〜20重量部を配合したジエン系ゴム組成物。この組成物中には好ましくはさらに70重量部以下のカーボンブラックが配合される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ジエン系ゴム組成物に関する。さらに詳しくは、空気入りタイヤのトレッド部の一部を形成する導電性ゴム部材の加硫成形材料などとして好適に用いられるジエン系ゴム組成物に関する。

近年、乗用車用空気入りタイヤについては、低燃費性であることが要求性能の一つとして重視されている。車輌の燃費には、エンジンや駆動および伝達系の効率の寄与が大きいが、タイヤの転がり抵抗も、一般市街地走行の場合には約1割、定常走行の場合には1/4程度の寄与があるといわれている。そこで、空気入りタイヤの中でも構成重量比率の高いトレッド部の軽量化は特に重要であり、低燃費トレッド部、特にキャップトレッド部は、その性能を発現させるため、カーボンブラックの配合量を低減したり、あるいは補強性充填剤としてシリカが多用されるなどの対策がとられているが、こうした方法では電気抵抗が高くなるという傾向がみられる。

特に、車載の電子機器の動作を保証するためには、低燃費用タイヤ、中でもそのキャップトレッド部は、電気抵抗の低いことが要求される。一般には、各種性能と低電気抵抗性とは両立できないことから、アース構造をとることで導電路を確保し、この問題に対応している。

キャップトレッド部に要求される各種性能と低電気抵抗性とを両立させる手段として、異種ゴムをキャップトレッド部の一部に表出させ、これを地面に接触させることにより電気を逃がす方法がとられている。具体的には、表層ゴム層のタイヤ半径方向に外方表面から内方表面にわたって、タイヤ周方向に連続または不連続に配設させた導電性ゴム部材をトレッド部の一部として構成させることが提案されている。
特開２００３−２４６８８８号公報

ここで用いられる異種ゴムの材料には、より少ない表面積で効果的に電気を逃がすために、一般にカーボンブラックを多量に配合する方法がとられているが、このような配合系は、前述の低燃費トレッド部形成という動きに対して、それがトレッド部の一部ではあっても逆行するばかりではなく、この配合系ではゴムが硬くなり、加工性が悪化するという欠点がみられる。また、瀝青炭粉砕物をジエン系ゴムに配合することも知られており、瀝青炭粉砕物はゴムの粘度をあまり上昇させることなく、配合量を増やすことが可能なため、導電層向けの原料として好適であるが、配合量の増加に伴って瀝青炭粉砕物粒子間の凝集傾向が顕著となるので、電気抵抗の低減効果は頭打ちになるという傾向がみられる。

本発明の目的は、カーボンブラックおよび瀝青炭粉砕物を配合したジエン系ゴム組成物を、空気入りタイヤのトレッド部の一部を構成する導電性ゴム部材の加硫成形材料として用いたとき、加工性および低電気抵抗性を両立させた導電性ゴム部材を与え得るものを提供することにある。

かかる本発明の目的は、ジエン系ゴム100重量部に対して、瀝青炭粉砕物20〜100重量部およびカルボキシル基含有液状ポリイソプレン5〜20重量部を配合したジエン系ゴム組成物によって達成され、この組成物中には好ましくはさらに70重量部以下のカーボンブラックが配合される。

本発明に係るジエン系ゴム組成物においては、瀝青炭粉砕物、好ましくは瀝青炭粉砕物およびカーボンブラックに加えてカルボンキシル基含有液状ポリイソプレンを用いることにより、ムーニー粘度によって示される加工性および低電気抵抗性を両立させることを可能としている。このような特性は、空気入りタイヤのトレッド部の一部を構成する導電性ゴム部材として用いられたとき、有効に発揮される。

空気入りタイヤのトレッド部の一部を形成する導電性ゴム部材は、表層ゴム層のタイヤ半径方向に外方表面から内方表面にわたって、タイヤ周方向に連続または不連続に配設され、表層ゴム層の外方表面において導電性ゴム部材がトレッド部の一部として地面に接することにより、タイヤ内部に蓄られた電気を有効に逃がすことができる。好ましくは、導電性ゴム部材はタイヤ周方向に連続的に配設され、その場合には導電性ゴム部材は、表層ゴム層のタイヤ半径方向に外方表面から内方表面へトレッド部の厚さに相当する幅広に拡がっている薄いリング状体として形成される。リング状体の厚さは、一般に1〜20mm程度であることが好ましい。

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)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等が単独であるいはブレンドゴムとして用いられ、好ましくはNR、BR、SBRまたはこれらのブレンドゴムが用いられる。SBRとしては、乳化重合SBR(E-SBR)、溶液重合SBR(S-SBR)のいずれをも用いることができる。

粘結炭または非粘結炭である瀝青炭粉砕物は、石炭の一種で高品位炭と呼ばれる瀝青炭(JIS M1002の石炭分類でB1、B2、C)を含む石炭一般を、平均粒径(ASTM D1511準拠；average 測定機Microtrac SRA 150を用いて測定)約0.01〜100μm、好ましくは約0.05〜50μmに粉砕したものであり、その比重が1.6以下、好ましくは1.35以下のものが用いられる。平均粒径をこの範囲に設定することにより、ゴムに配合したときの粘度を十分低い状態に維持することができ、また比重を小さくすることにより、構成ゴム部材の重量を軽量化し、低燃費化に貢献することができる。

瀝青炭粉砕物は、ジエン系ゴム100重量部当り20〜100重量部、好ましくは30〜80重量部の割合で用いられる。瀝青炭粉砕物の配合割合がこれよりも少ないと、加工性および低電気抵抗性の点で改善がみられず、一方これよりも多い割合で用いられても、電気抵抗の低減効果が頭打ちとなる。

カーボンブラックとしては、好ましくはSAF、ISAF、HAF、FEF、GPE、SRF等のファーネスカーボンブラックが用いられる。これらのカーボンブラックは、ジエン系ゴム100重量部当り70重量部以下、好ましくは10〜50重量部で、かつ瀝青炭粉砕物との合計配合量が20〜170重量部となるような割合で用いられる。これら充填剤の合計配合量がこれ以上の割合で用いられると、ムーニー粘度が上昇するようになり、加工性の改善を目的とする本発明の目的が達成されないことになる。

また、カルボキシル基含有液状ポリイソプレンとしては、数平均分子量Mnが10000〜60000で、かつそのようなMnを有するポリイソプレン1分子当りの官能基数が1〜15のものが用いられる。ここで、カルボキシル基含有とは、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸モノエステル等に由来するカルボン酸基を有するものだけではなく、不飽和ジカルボン酸無水物基を有するものであってもよい。実際には、市販品であるクラレ製品クラプレンの内、官能基タイプのもの、例えば次のようなポリイソプレン誘導体を用いることができる。
クラプレン LIR-403(Mn：34,000、1分子当りの官能基数：3)
〔 CH₂C(CH₃)=CHCH₂〕_m〔CH₂C(CH₃)=CHCH 〕n



クラプレン LIR-410(Mn：30,000、1分子当りの官能基数：10)
〔 CH₂C(CH₃)=CHCH₂〕_m〔CH₂C(CH₃)=CHCH 〕n
HOOC−CH−CH₂COOCH₃

これらのカルボキシル基含有液状ポリイソプレンは、ジエン系ゴム100重量部当り5〜20重量部、好ましくは8〜18重量部の配合割合で用いられる。この配合割合がこれ以下では、加工性を左右するムーニー粘度の値が大きくなって加工性を悪化させ、一方これ以上の配合割合で用いられると、混合初期の粘度が低下し、分散性の改善効果が低減するようになる。

以上の各成分を必須成分とするジエン系ゴム組成物中には、ゴムの配合剤として一般的に用いられている配合剤、例えばジエン系ゴムの種類に応じて硫黄等の加硫剤、チアゾール系、スルフェンアミド系、グアニジン系、チウラム系等の加硫促進剤、ステアリン酸、パラフィンワックス、アロマオイル等の加工助剤、酸化亜鉛、老化防止剤、可塑剤などが必要に応じて適宜配合されて用いられる。

組成物の調製は、ニーダ、バンバリーミキサ等の混練機およびオープンロール等を用いる一般的な方法で混練することによって行われ、得られた組成物は、用いられたジエン系ゴム、加硫剤、加硫促進剤の種類およびその配合割合に応じた加硫温度で加硫され、空気入りタイヤのトレッド部の一部を構成する導電性ゴム部材を形成する。

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１
天然ゴム(STR20) 50重量部
ポリブタジエンゴム(日本ゼオン製品Nipol BR 1220) 50 〃
FEFカーボンブラック(新日化カーボン製品HTC#100) 50 〃
瀝青炭粉砕物(Coal Fillers Incorporated社製品Austin Black 325； 30 〃
平均粒径5.50μm、比重1.31)
カルボン酸変性液状ポリイソプレンゴム(クラレ製品LIR-403) 8 〃
亜鉛華(正同化学工業製品酸化亜鉛3種) 3 〃
ステアリン酸(日本油脂製品ビーズステアリン酸) 2 〃
硫黄(鶴見化学工業製品金華印油入微粉硫黄) 2 〃
加硫促進剤(大内新興化学工業製品ノクセラーCZ-G) 2 〃

以上の各成分の内、加硫促進剤と硫黄を除く各成分を1.7L密閉型ミキサで5分間混練し、160℃に達したとき放出してマスターバッチを得た。このマスターバッチに加硫促進剤と硫黄を加え、オープンロールで混練し、ジエン系ゴム組成物を得た。

このジエン系ゴム組成物について、加工性の指標としてムーニー粘度を測定した。また、得られたジエン系ゴム組成物を160℃で20分間加硫して加硫ゴムシート(15×15×0.2cm)を得、得られた加硫ゴムシートについて、電気抵抗値の測定を行った。
加工性：JIS K6300準拠；ムーニー粘度ML₁₊₄(100℃)を測定し、比較例１の値を100とした指数で示した(この値が小さい程粘度が低く、すなわち加工性が良好であることを示している)。
電気抵抗値(体積固有抵抗)：三菱化学製「ロレスターGP」を用い、23℃、65％RHの条件下で体積固有抵抗を測定した(この値が小さい程導電性材料として好適であることを示している)。

実施例２
実施例１において、FEFカーボンブラック量が30重量部に、瀝青炭粉砕物量が80重量部にそれぞれ変更された。

実施例３
実施例１において、FEFカーボンブラック量が30重量部に、瀝青炭粉砕物量が80重量部に、カルボン酸変性液状ポリイソプレンゴム量が18重量部にそれぞれ変更された。

実施例４
実施例３において、FEFカーボンブラック量が70重量部に、瀝青炭粉砕物量が30重量部にそれぞれ変更された。

比較例１(従来例)
実施例１において、瀝青炭粉砕物およびカルボン酸変性液状ポリイソプレンゴムが用いられなかった。
比較例２
実施例１において、カルボン酸変性液状ポリイソプレンゴムが用いられなかった。

比較例３
実施例３において、カルボン酸変性液状ポリイソプレンゴムの代りに、同量(18重量部)の未変性液状ポリイソプレンゴム(クラレ製品クラプレンLIR-50；Mn54000)が用いられた。

比較例４
実施例３において、瀝青炭粉砕物量が120重量部に変更された。

以上の各実施例および各比較例における測定結果は、そこで用いられたFEFカーボンブラック量、瀝青炭粉砕物量、カルボン酸変性液状IR、未変性液状IRの配合量と共に、次の表に示される。
表
実施例 比較例
１ ２ ３ ４ １ ２ ３ ４
〔配合；重量部〕
FEFカーボンブラック ５０ ３０ ３０ ７０ ５０ ５０ ３０ ３０
瀝青炭粉砕物 ３０ ８０ ８０ ３０ − ３０ ８０ １２０
変性液状IR ８ ８ １８ １８ − − − １８
未変性液状IR − − − − − − １８ −
〔測定項目〕
加工性 ９６ ９５ ９１ １００ １００ １０５ １０２ ９２
電気抵抗(Ω・cm) １０³ １０² １０¹ １０² １０⁵ １０³ １０² １０¹

以上の結果から、次のようなことがいえる。
(1) 各実施例では、ムーニー粘度によって示される加工性が同等またはそれ以上に改善されており、瀝青炭粉砕物量の増加、さらには瀝青炭粉砕物量およびカルボン酸変性液状IRの増加によって、加工性改善の程度が次第に増加するばかりではなく、電気抵抗もやはり大幅に改善される。
(2) 従来例である比較例１と比較して、変性液状IRを配合せず、瀝青炭粉砕物を配合すると、加工性が悪化する(比較例２)。
(3) 変性液状IRの代りに、同量の未変性液状IRを用いた場合には、その配合量が多くても粘度低減効果が不十分で、加工性が改善されるとはいえない(比較例３)。
(4) 瀝青炭粉砕物を規定量以上配合しても、電気抵抗の低減効果が頭打ちとなる(比較例４)。

Claims (6)

1. ジエン系ゴム100重量部に対して、瀝青炭粉砕物20〜100重量部およびカルボキシル基含有液状ポリイソプレン5〜20重量部を配合してなるジエン系ゴム組成物。
2. さらに70重量部以下のカーボンブラックが配合された請求項１記載のジエン系ゴム組成物。
3. 数平均分子量Mnが10000〜60000であり、かつ1分子当りの官能基数が1〜15であるカルボキシル基含有液状ポリイソプレンが用いられた請求項１または２記載のジエン系ゴム組成物。
4. 空気入りタイヤのトレッド部の一部を構成する導電性ゴム部材の加硫成形材料として用いられる請求項１、２または３記載のジエン系ゴム組成物。
5. 表層ゴム層のタイヤ半径方向に外方表面から内方表面にわたって、タイヤ周方向に連続または不連続に配設された導電性ゴム部材を、請求項４記載のジエン系ゴム組成物からトレッド部の一部として構成させた空気入りタイヤ。
6. 導電性ゴム部材が表層ゴム層のタイヤ半径方向に外方表面から内方表面へ幅広に拡がっている薄いリング状体である請求項５記載の空気入りタイヤ。