JP2009263478A - ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】転がり抵抗性能を悪化させることなく、良好な操縦安定性を有するとともに、強度および耐摩耗性能にも優れたタイヤを製造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】ゴムに、貝殻を粉砕して得られる平均粒径０．３〜１０μｍの貝殻粉砕粉末を配合してなるゴム組成物および該ゴム組成物を用いたタイヤに関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、良好な転がり抵抗性能を有するとともに、強度および耐摩耗性能にも優れたタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関する。

従来より、タイヤ、特に乗用車用タイヤにおいて転がり抵抗性能と耐摩耗性能を向上させる技術が、様々な方法により検討されている。たとえば、タイヤ用ゴム組成物に対してシリカおよびシランカップリング剤を配合させることにより、シリカ−シランカップリング剤−ポリマー間のより強固な化学結合によってヒステリシスロスを低減させ、転がり抵抗を下げることが提案されている。

しかし、このようにシリカを配合させる技術では、シリカの配合量の増大に応じて転がり抵抗の低下が認められるものの、シリカはその表面特性が特殊であることからゴム成分に分散しにくいという問題があり、このため配合量を増大させることによって十分な転がり抵抗の低下を達成させることは困難であった。この問題を解決するために種々のシランカップリング剤を添加することにより上記問題の解決を図ろうとする試みもなされているが、シランカップリング剤に含まれる硫黄がポリマーと反応してゴム組成物の粘度を上昇させ、ゴムの加工性を害するとともに各種フィラー類の分散性を悪化させることが知られている。またさらに、シランカップリング剤は、他のゴム配合薬品と配合させるとシリカとの反応性が低下する等の理由から種々の制限が課せられるという問題もあった。したがって、シランカップリング剤の配合によっては、シリカによる転がり抵抗の低下を十分に達成することはできなかった。

特許文献１では、タイヤトレッド用ゴム組成物に対して、シリカとともに粒子径が１００μｍ以下である未焼成ホタテ貝殻粉末を配合することで、シリカの配合量を増大させることなく転がり抵抗を下げるとともに、耐摩耗性能も向上させることが提案されている。

しかし、このような未焼成ホタテ貝殻粉末を配合させる技術では、該貝殻粉末に微粉砕処理をほどこしておらず、粒子径がゴム組成物中に十分分散する程度まで小さくなっていない。そのため、該貝殻粉末が破断の原因となり、破断時伸び（ＥＢ）が悪化し、耐久性能、耐摩耗性能に問題があった。
特開２００４−１９６９４４号公報

本発明は、転がり抵抗性能を悪化させることなく、良好な操縦安定性を有するとともに、強度および耐摩耗性能にも優れたタイヤを製造することができるタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

本発明は、ゴム成分に、貝殻を粉砕して得られる平均粒子径０．３〜１０μｍの貝殻粉砕粉末を配合してなるゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物において、前記貝殻粉砕粉末がかき殻粉砕粉末であり、その平均粒子径が０．３〜５μｍであることが好ましい。

前記ゴム組成物において、前記貝殻粉砕粉末がかき殻粉砕粉末であり、その平均粒子径が０．３〜２μｍであることが好ましい。

前記ゴム組成物において、前記貝殻粉砕粉末が、１０μｍ以下の粒子径を有する粒子が９０％以上存在する粒子分布を有することが好ましい。

前記ゴム組成物において、ゴム成分１００質量部に対して前記貝殻粉砕粉末を１０〜４０質量部配合することが好ましい。

本発明は、前記ゴム組成物を用いたタイヤに関する。

本発明によれば、ゴム組成物に貝殻粉砕粉末を添加することにより、転がり抵抗性能を悪化させることなく操縦安定性を改善することができるとともに強度および耐摩耗性能に優れたタイヤ用ゴム組成物を提供することができる。また、このような優れた効果を示す貝殻粉砕粉末は、廃棄物を利用するものであるため低コスト化が図れるとともに人体に対しても無害であるため産業上の利用性は極めて大きい。

＜ゴム組成物＞
本発明のゴム組成物は、ゴム成分および貝殻粉砕粉末を含んでなるものである。さらに前記組成物は、その他の添加剤を含むことができるものである。

＜ゴム成分＞
本発明のゴム組成物に用いられるゴム成分としては、ジエン系ゴムが挙げられる。タイヤの用途に用いられる従来公知のものであればいずれのものも使用することができ、天然ゴムおよび合成ゴムの両者いずれのものをも挙げることができる。より具体的には、各種のジエン系天然ゴム（ＮＲ）をはじめ、ジエン系合成ゴムとして、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレン（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）などを挙げることができ、これらを各単独でまたは２種以上のものを組合せて用いることができる。なお、本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム以外の他のゴム成分を含んでいても差し支えない。そのような他のゴム成分としては、たとえばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等を挙げることができる。

＜貝殻粉砕粉末＞
本発明のゴム組成物は、貝殻粉砕粉末を配合したことを特徴としている。ゴム組成物の特性の向上の観点から、貝殻としては、かき殻を使用することが好ましい。かき殻の主成分は炭酸カルシウム（約９０％）であって、炭酸カルシウムと生体高分子が堆積した構造を有している。このようなかき殻の粉砕粉末は、前記かき殻に含まれる生体高分子の作用により、ゴム加硫時の加硫速度を促進させるため、ゴムの架橋密度を向上させ、膨潤度を低下させることができ、操縦安定性に優れたタイヤを得ることが可能となる。さらに、破断時強度および破断時伸びも改善されるため、強度および耐摩耗性能に優れたゴム組成物を得ることが可能となる。しかも、かき殻自体、廃棄物として大量に排出されるものであり、低コストで入手できる上、廃棄物のリサイクルとしても有効なものであり、また人体に対しても無害のものであることからその産業上の利用性は極めて大きいものである。

このような貝殻粉砕粉末を得る方法としては、種々の方法を挙げることができ特に限定されるものではないが、たとえば高性能な流動層式ジェットミルで、対抗ジェットエアーの衝突を利用して強力な衝撃作用を与えることにより粉砕する方法等を挙げることができる。

前記貝殻粉砕粉末は、上記の方法によりその平均粒子径を０．３〜１０μｍにすることが必要である。生体高分子の露出面積を増大し、加硫速度の促進効果を向上させる観点から、前記平均粒子径は０．３〜５μｍ、さらに０．３〜２μｍとすることがより好ましい。前記平均粒子径が１０μｍを超える場合は、耐摩耗性能が劣りタイヤの耐久性能が悪化するため好ましくない。一方、平均粒子径が小さくなるほど、貝殻中の生体高分子成分の露出面積が増大し、加硫速度が促進され、タイヤの加硫密度が向上するためその下限値をあえて特定する必要はないが、通常の粉砕条件において０．３μｍ未満とすることには困難を伴うため実質的にその下限値は０．３μｍになる。

一方、前記貝殻粉砕粉末は、焼成していないものであることを要する。これは、貝殻に含まれている前述の生体高分子が焼成により消失してしまうからであり、この生体高分子が消失すると加硫速度の促進が望めなくなるとともに耐摩耗性能も悪化することとなるからである。なお、前記生体高分子が、どのようなメカニズムによりこのように優れた効果を示すのかその詳細は未だ解明されていない。

前記貝殻粉砕粉末は、１０μｍ以下の粒子径を有する粒子が９０％以上存在する粒子分布を有することが好ましい。粒子径が１０μｍを超える場合は、耐摩耗性能が劣りタイヤの耐久性能が悪化するため好ましくない。また、前記粒子径を有する粒子の割合は、９０％以上、好ましくは９５％以上である。この割合が９０％未満では加硫速度の促進効果が小さくなる、あるいは耐摩耗性能が低下するため好ましくない。

前記貝殻粉砕粉末の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、１０〜４０質量部であることが好ましい。１０質量部未満では、加硫速度の促進効果が小さくなる傾向がある。また、４０質量部を超えると、耐摩耗性能が大幅に低下する傾向がある。加硫速度の促進効果と耐摩耗性能のバランスの観点から、２０〜３０質量部であることがより好ましい。

＜シリカ＞
本発明のゴム組成物に用いられるシリカとしては、この種の用途に用いられる従来公知のものであればいずれのものも用いることができる。このようなシリカは、たとえば前記ゴム成分１００質量部に対して１０〜９０質量部、好ましくは３０〜８０質量部の割合で配合することが好適である。１０質量部未満となる場合には補強性を出すことができず、一方、９０質量部を超える場合には分散不良となったり、加工性が劣ったものとなるため好ましくない。

＜他の添加剤＞
本発明のゴム組成物は、上述した各種配合剤以外にもこの種の用途に用いられる従来公知の添加剤を所望に応じ含有することができる。このような添加剤としては、たとえば、補強剤、シランカップリング剤、加硫剤、架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、充填剤、軟化剤等を挙げることができるが、これらのみに限られるものではない。

＜ゴム組成物の製造方法＞
本発明のゴム組成物は、従来公知の製造方法により製造することができ、その製造方法が限定されるものではない。たとえば、上記各成分をバンバリーミキサーや混練ロール等の混練機を用いて、通常の方法および条件で混練することによって製造することができる。

＜ゴム組成物を用いたタイヤの製造方法＞
本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記添加剤を配合した本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤの各部材の形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成形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加硫タイヤを得る。本発明のゴム組成物の適用可能なタイヤ部材としては、トレッド、サイドウォール、インナーライナー、クリンチ、チェーファー、ブレーカーなどが挙げられる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１〜３および比較例１〜７＞
（かき殻粉砕粉末の作成）
本実施例で使用したかき殻は、（財）鳥羽市開発公社 鳥羽かき殻加工センター製のもので、かき殻の塩分を抜き、乾燥、粉砕工程を経たのものであり、かき殻の平均粒子径は約１００μｍである（以下、粗粉砕かき殻粉砕粉末ともいう）。

前記粗粉砕かき殻粉砕粉末をホソカワミクロン製カウンタジェットミル（ＡＧＦ１００）を用いて粉砕して、微粉砕かき殻粉砕粉末を得た。カウンタジェットミルは、高速回転羽根を約２万回／分で回転させ、粒子同士をぶつけて粉砕する。本工程を経ることにより、かき殻の平均粒子径は粉砕前の約１００μｍから２．２３μｍとなった。そのうち６μｍ以下の粒子径を有する粒子が９５％存在する粒子分布となった。

（ゴム組成物の作製）
まず、加硫促進剤と硫黄を除く下記の表１に示す配合成分をラボブラストミルで４分間混合させた後、この混合物を混練ロールに移し前記加硫促進剤と硫黄とを添加し６０℃で３〜５分間混練した。この後、この混練物をさらに１７０℃で２０分間加硫することにより加硫ゴム組成物を得た。該ゴム組成物について以下の物性を評価した。その結果を表１に示す。

（加硫速度）
ＪＩＳ Ｋ ６３００「未加硫ゴムの試験方法」に記載されている振動式加硫試験機（キュラストメーター）を用い、測定温度１７０℃で加硫試験を行い、時間とトルクとをプロットした加硫速度曲線を得た。得られた加硫速度曲線のトルクの最小値をＭＬ、最大値をＭＨ、その差（ＭＨ−ＭＬ）をＭＥとしたとき、ＭＬ＋０．１ＭＥに到達する時間Ｔ１０（分）を読み取った。この数値は、加硫成形時の加硫速度の指標であり、小さいほど架橋が早い。

（破断時強度）
ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に準じて、該ゴム組成物からなる３号ダンベル型試験片を用いて引張試験を実施し、各試験片の破断時強度ＴＢ（ＭＰａ）を測定した。ＴＢの値が大きいほど、補強性に優れることを示す。なお、測定温度は２３℃とした。

（破断時伸び）
ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に準じて、該ゴム組成物からなる３号ダンベル型試験片を用いて引張試験を実施し、各試験片の破断時伸びＥＢ（％）を測定した。ＥＢの値が大きいほど、耐クラック性能に優れることを示す。なお、測定温度は２３℃とした。

（膨潤度）
得られた加硫ゴム組成物をトルエンで抽出し、抽出前後の体積変化率（膨潤度、ＳＷＥＬＬ）を測定した。膨潤度の値が小さいほど架橋密度があがっていることを示す。

（転がり抵抗指数）
粘弾性スペクトロメータＶＥＳ（（株）岩本製作所）を用いて、温度３０℃、１０Ｈｚ、初期歪１０％および動歪２％の条件下で各配合の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、実施例１の損失正接（ｔａｎδ）を１００として、下記計算式により指数表示した（転がり抵抗指数）。指数が小さいほど転がり抵抗特性が優れる。

（転がり抵抗指数）＝（各配合のｔａｎδ）／（実施例１のｔａｎδ）×１００
（評価結果）
実施例１、２および３はそれぞれ微粉砕かき殻粉砕粉末（平均粒子径２．２３μｍ）１０質量部、２０質量部、３０質量部を配合したゴム組成物である。これらの実施例は、いずれも加硫速度は粗粉砕かき殻粉砕粉末（平均粒子径１００μｍ）を配合した比較例１〜３とほぼ同等で、破断時強度、破断時伸びは比較例１〜３より向上している。また、かき殻粉砕粉末を配合しない比較例４〜７と破断時強度、破断時伸びおよび転がり抵抗指数はほぼ同等で、加硫速度および膨潤度が向上している。

比較例１〜３はそれぞれ粗粉砕かき殻粉砕粉末１０質量部、２０質量部、３０質量部を配合したゴム組成物である。これらの比較例は、いずれも加硫速度および膨潤度は比較例４〜７より向上しているが、破断時強度および破断時伸びの数値が悪いためタイヤの製造には不適である。

注１：ＳＢＲ１５０２（ＪＳＲ(株)製）
注２：ウルトラジルＶＮ３（デグサ社製）
注３：微粉砕かき殻粉砕粉末、平均粒子径２．２３μｍ
注４：粗粉砕かき殻粉砕粉末、平均粒子径５０μｍ
注５：タンカル＃２００（竹原化学製）
注６：Ｓｉ２６６（デグサ社製）
注７：硫黄（鶴見化学（株）製）
注８：ノクセラーＮＳ（大内新興化学工業（株）製）
注９：ソクシノールＤ（住友化学（株）製）
注１０：ステアリン酸椿（日本油脂（株）製）
注１１：酸化亜鉛二種（三井金属鉱業（株）製）
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

粉砕後のかき殻のＳＥＭ像

Claims (6)

1. ゴムに、貝殻を粉砕して得られる平均粒径０．３〜１０μｍの貝殻粉砕粉末を配合してなるゴム組成物。
2. 前記貝殻粉砕粉末がかき殻粉砕粉末であり、その平均粒径が０．３〜５μｍである、請求項１記載のゴム組成物。
3. 前記貝殻粉砕粉末がかき殻粉砕粉末であり、その平均粒径が０．３〜２μｍである、請求項１記載のゴム組成物。
4. 前記貝殻粉砕粉末が、１０μｍ以下の粒子径を有する粒子が９０％以上存在する粒子分布を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物。
5. ゴム成分１００質量部に対して前記貝殻粉砕粉末を１０〜４０質量部配合したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のゴム組成物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のゴム組成物を用いたタイヤ。