JP2010065138A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】引張り特性を補うための特別な配合調整を行なうことなく、ゴム組成物の破断伸びを実用レベルに維持しつつ、再生ゴムを配合することにより環境負荷を低減するようにした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１００重量部に対し、再生ゴムを１〜１５重量部、カーボンブラック及び／又はシリカの合計を４０重量部以上及び熱膨張性微粒子を配合したゴム組成物であって、加硫後の前記熱膨張性微粒子の平均直径が２０μｍ〜４００μｍであると共に、ゴム組成物に占める体積割合が８体積％以上であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、環境負荷の低減を図るため再生ゴムを配合しながら、ゴム組成物の破断伸びを実用レベルに維持可能にしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

地球環境を保護する観点から、空気入りタイヤのリサイクル率を高くすることが要求されるようになり、使用済みのタイヤやチューブから回収された再生ゴムを新しいゴム原料中に配合することが提案されている。

しかしながら、一般的に再生ゴムを配合するとゴム組成物の破断伸びが低下するため、タイヤの耐久性の低下が懸念され、再生ゴムを不用意に配合することはできなかった。この対策として、本発明者は、再生ゴムを配合しても引張り特性を低下させないように調製したゴム組成物の発明を行ない特許出願を行なった（特願２００８−５２３６０号）。しかし、このように調製したゴム組成物は、生産コストの増加が避けられない状況であった。

一方、特許文献１は、氷雪路用空気入りタイヤのトレッド用ゴム組成物に、熱膨張性マイクロカプセルを配合し、加硫工程での加熱によって膨張させることにより、トレッドゴム中に多数の気泡を形成してトレッドが氷面に踏み込むとき氷表面の水膜を吸収除去し、氷面から離れると遠心力で離脱させることを繰り返して氷上摩擦力を増大させることを提案している。このようなトレッド用ゴム組成物においてもゴム組成物の破断伸びを実用レベルに維持することが求められていた。
特開２００３−１０５１３８号公報

本発明の目的は、引張り特性を補うための特別な配合調整を行なうことなく、ゴム組成物の破断伸びを実用レベルに維持しつつ、再生ゴムを配合することにより環境負荷を低減するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、再生ゴムを１〜１５重量部、カーボンブラック及び／又はシリカの合計を４０重量部以上及び熱膨張性微粒子を配合したゴム組成物であって、加硫後の前記熱膨張性微粒子の平均直径が２０μｍ〜４００μｍであると共に、ゴム組成物に占める体積割合が８体積％以上であることを特徴とする。

前記熱膨張性微粒子としては、好ましくは熱膨張性マイクロカプセル及び／又は熱膨張性黒鉛を用いることができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物によれば、ジエン系ゴム１００重量部に対し、再生ゴムを１〜１５重量部、カーボンブラック及び／又はシリカの合計を４０重量部以上及び熱膨張性微粒子を配合したゴム組成物であり、その熱膨張性微粒子が加硫後において平均直径が２０μｍ〜４００μｍであると共に、ゴム組成物中に８体積％以上の体積を占めるようにしたので、この熱膨張性微粒子が再生ゴムによるゴム組成物の破断伸びの低下作用よりも大きく支配し、再生ゴムを１〜１５重量部も配合しながら、それに起因する破断伸びの低下を回避し、タイヤの耐久性を実用レベルに維持することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムとし、そのジエン系ゴムは、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブチルゴムから選ばれる少なくとも１種であるようにする。好ましくは天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムがよい。このようなジエン系ゴムは、単独又は複数のブレンドとして使用することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物に配合する再生ゴムは、廃棄タイヤのリサイクル率を高くするため環境負荷を低減する。上述したように、再生ゴムは、ゴム組成物に配合すると破壊の起点となるため破断伸びを低下させる。しかし、この再生ゴムに起因する破断伸びの低下は、後述する熱膨張性微粒子の加硫後の状態での粒子径と含有体積を調整することにより支配することが可能になり、破断伸びの低下を回避することができる。

このようにしてゴム組成物に配合可能にする再生ゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１〜１５重量部、好ましくは３〜１０重量部にする。再生ゴムの配合量が１重量部未満では、環境負荷の低減が十分でない。また、再生ゴムの配合量が１５重量部を超える場合には、タイヤトレッド用ゴム組成物の破断伸び低下が生じる。

本発明で使用する再生ゴムは、市販の再生ゴムを使用することができる。再生ゴムとは、ＪＩＳ Ｋ６３１３に規定された自動車用タイヤ、チューブ及びその他のゴム製品の使用済みのゴムなどを脱硫処理により再生したもの並びにこれと同等の性状を有するものとする。再生ゴムの種類は、チューブ再生ゴム、タイヤ再生ゴム、その他の再生ゴムから選ばれるいずれでもよく、複数の種類を組合わせることもできる。

本発明において使用する熱膨張性微粒子とは、ゴム組成物の加硫時に膨張機能により体積が膨張して中空或いは気泡を形成する粒子体をいう。この熱膨張性微粒子は、スタッドレスタイヤのトレッドにおいて、表面に露出することにより、氷の表面の水膜を効率的に吸収除去すると共に、ミクロなエッジ効果を発生するため、氷上摩擦力を向上する作用を行なう。同時に、この熱膨張性微粒子は、ゴム組成物における破壊の起点となり、ゴム組成物の破断伸びの低下を支配する。このため、再生ゴムの配合量を上述した範囲内にする限りにおいて、再生ゴムに起因する破断伸びの低下の影響が現れないようにすることができる。

熱膨張性微粒子は、タイヤトレッド用ゴム組成物を加硫したときにゴム組成物中の体積割合が８体積％以上、好ましくは８〜２５体積％になるようにする。熱膨張性微粒子が８体積％未満であると、氷上摩擦力を向上することができない。熱膨張性微粒子の体積割合の上限は、ゴム組成物の破断伸びを実用レベルに維持するため２５体積％にするとよい。

なお、本発明において、加硫後のゴム組成物中の熱膨張性微粒子の体積割合とは、加硫後のゴム組成物の全体積に対する加硫後の熱膨張性微粒子の体積の割合である。加硫後の熱膨張性微粒子の体積は、加硫後のゴム組成物の全体積から、熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の体積を、差し引いた体積とする。また、加硫後のゴム組成物の全体積は、加硫後のゴム組成物の全重量を加硫後のゴム組成物の比重で割った値とし、熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の体積は、熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の重量を、熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の比重で割った値とする。したがって、加硫後のゴム組成物中の熱膨張性微粒子の体積割合φは、下記の計算式により求めたものとする。
φ［体積％］＝（（Ｗ／Ｐ）−（ｗ／ρ））／（Ｗ／Ｐ）×１００

式中、φは加硫後のゴム組成物中の熱膨張性微粒子の体積割合、Ｗは加硫後のゴム組成物の全重量、Ｐは加硫後のゴム組成物の比重、ｗは熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の重量、ρは熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の比重である。ここで、加硫後のゴム組成物の全重量Ｗ、比重Ｐ及び熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の比重ρは、測定により求められる。熱膨張性微粒子を除いた成分の加硫後の重量ｗは、加硫後のゴム組成物の全重量Ｗとゴム組成物の配合量（全重量部）に対する熱膨張性微粒子を除いた成分の配合量（重量部）の比との積から求められる。

上記熱膨張性微粒子の大きさは、タイヤトレッド用ゴム組成物を加硫した後のゴム組成物中の平均直径が２０μｍ〜４００μｍ、好ましくは２０μｍ〜３００μｍになるようにする。熱膨張性微粒子の平均直径が２０μｍ未満であると、氷上摩擦力の向上が不十分になる。また、熱膨張性微粒子の平均直径が４００μｍを超えると、ゴム組成物の破断伸びを実用レベルに維持することが難しくなる。

なお、本発明において、熱膨張性微粒子の平均直径は、加硫したゴム組成物の断面を１６５倍で拡大観察し、画像処理により観察面内に存在するすべての熱膨張性微粒子の直径を１０視野について測定したときの平均値である。

熱膨張性微粒子の配合量は、加硫後の体積割合が８体積％以上になれば特に制限されるものではなく、その膨張率にもよるが、ジエン系ゴム１００重量部に対し熱膨張性微粒子を好ましくは２〜１０重量部、より好ましくは３〜７重量部配合するとよい。熱膨張性微粒子の配合量が２重量部未満では、氷上性能を向上することができない。また、熱膨張性微粒子の配合量が１０重量部を超える場合には、加硫後の体積割合が過大になり破断伸びを実用レベルに維持することができない。

本発明に使用する熱膨張性微粒子としては、例えば熱膨張性マイクロカプセル、熱膨張性黒鉛を例示することができる。これらの熱膨張性微粒子は、単独で用いてもよく、複数種を組合わせて使用してもよい。また、上述の熱膨張性微粒子を共に使用してもよい。

本発明で好適に使用する熱膨張性マイクロカプセルは、熱可塑性樹脂で形成された殻材中に、熱膨張性物質を内包した構成からなる。このため、未加硫タイヤの加硫時にゴム組成物中の熱膨張性マイクロカプセルが加熱されると、殻材に内包された熱膨張性物質が膨張して殻材の粒径を大きくし、トレッドゴム中に多数の樹脂被覆気泡を形成する。これにより、氷の表面に発生する水膜を効率的に吸収除去すると共に、ミクロなエッジ効果が得られるため、氷上摩擦力を向上させる。

上述した熱膨張性マイクロカプセルとしては、スェーデン国エクスパンセル社製の商品名「ＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９１ＤＵ−８０」又は「ＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９２ＤＵ−１２０」等、或いは松本油脂製薬社製の商品名「マイクロスフェアー Ｆ−８５Ｄ」又は「マイクロスフェアー Ｆ−１００Ｄ」等を使用することができる。

本発明で好適に使用する熱膨張性黒鉛とは、層間に熱により気化する物質を内包する粒子であって、その加硫前の平均粒径が好ましくは１０〜３００μｍ、より好ましくは１００〜２００μｍの粉体粒子であり、加硫時の熱によって膨張して黒鉛膨張体となるものをいう。熱膨張性黒鉛は、炭素原子から形成されたシートが層状となった構造をしており、その層間物質の気化によって膨張させることができる。材質が硬いために混合による品質低下が起こりにくく、また一定温度で不可逆的に膨張するため、ゴムマトリクス内部に空間を容易に形成させることができる。このようなゴム組成を用いたタイヤのトレッド部は、摩耗時に凹凸が適度に形成されて表面上の水膜を効率よく除去することによって氷上摩擦力の向上をもたらす。また、熱膨張性黒鉛は、炭素原子からなる骨格構造を有しているためにゴムマトリクスやカーボンブラックとの親和性が良好であり、加硫ゴムの耐摩耗性を低下させないという利点もある。

このような熱膨張性黒鉛は、スタッドレス用タイヤに通常配合されるものを使用することができる。例えば天然の鱗片状グラファイト、熱分解グラファイト、キッシュグラファイト等を無機酸（濃硫酸又は硝酸等）と強酸化剤（濃硝酸、過塩素酸塩、過マンガン酸塩又は重クロム酸塩等）で処理してグラファイト層間化合物を生成させた炭素の層状構造を維持したままの結晶質化合物を挙げることができる。更に、酸処理した熱膨張性黒鉛を塩基性化合物で中和したものを使用することが好ましい。このような熱膨張性黒鉛としては、巴工業社製の商品名「グラフガード１６０−５０」、「グラフガード１６０−８０」又は「グラフガード１６０−５０Ｎ」等を使用することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、上述した配合剤のほか、補強剤としてカーボンブラック及び／又はシリカが配合される。カーボンブラックはトレッドゴムの耐摩耗性を高くする作用を行なうと共に、シリカはトレッドゴムの低温時の柔軟性を維持し、氷面に対する凝着性を高め氷上摩擦力を向上する作用を行なう。カーボンブラック及びシリカは、いずれか一方を配合しても両方を共に配合してもよい。カーボンブラック及び／又はシリカを配合する合計量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、４０重量部以上であり、好ましくは４０〜６０重量部にする。カーボンブラック及びシリカの合計量が４０重量部未満であると耐摩耗性が不足する。また、カーボンブラック及び／又はシリカの合計量が、６０重量部と超えると、トレッドゴムのしなやかさが損なわれ、氷上性能が低下する。

本発明において、シリカを配合する場合には、シランカップリング剤をシリカ重量に対して好ましくは３〜１５重量％、より好ましくは５〜１０重量％を配合するとよい。シランカップリング剤の配合により、シリカの分散性を向上しゴムに対する補強性を高めることにより、低温時のゴムの柔軟性を向上することができる。シランカップリング剤がシリカ重量の３重量％未満の場合、シリカの分散が悪化し低温時のゴムの柔軟性の向上効果は期待することができない。また、シランカップリング剤が１５重量％を超える場合、シランカップリング剤同士が重合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。

シランカップリング剤は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであればよいが、なかでも硫黄含有シランカップリング剤が好ましく、例えば、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物にはカーボンブラック及びシリカ以外の充填剤を配合してもよい。充填剤としては、例えばクレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルク等を例示することができる。また、タイヤトレッド用ゴム組成物には、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、オイルなどのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。タイヤトレッド用ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、再生ゴムを配合してリサイクル率を高くすると共に、再生ゴムに起因した破断伸びの低下を可及的に小さくすることができる。このゴム組成物は、スタッドレスタイヤのキャップトレッド部に適用することが好ましく、このゴム組成物から構成されたキャップトレッド部を有するスタッドレスタイヤは、使用済みタイヤを再利用し環境負荷を低減可能にするものである。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１〜３に示す配合からなる１３種類のゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜８）を、それぞれ硫黄、加硫促進剤、熱膨張性微粒子を除く配合成分を秤量し、１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで４分間混練し、温度１５０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、硫黄、加硫促進剤、熱膨張性微粒子を加え混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

得られた１３種類のゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜８）をそれぞれ所定形状の金型中で、１７０℃、１０分間加硫して試験片を作成し、破断伸びを下記に示す方法により測定した。なお、１３種類のゴム組成物を加硫した試験片について、熱膨張性微粒子の平均直径及び体積割合を下記に示す方法により測定した。

平均直径
各ゴム組成物を加硫した試験片の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用し、１６５倍で拡大観察し、画像処理により観察面内に存在する熱膨張性マイクロカプセル及び熱膨張性黒鉛の直径を１０視野について測定し、それぞれの平均値を求めた。その結果、熱膨張性マイクロカプセルの加硫後平均直径は１００μｍ、熱膨張性黒鉛の加硫後平均直径は２００μｍであった。

体積割合
各ゴム組成物を加硫した試験片の比重及び加硫後の熱膨張性マイクロカプセル、熱膨張性黒鉛及びその他の構成成分の比重を、ＪＩＳ Ｋ６２６８に準拠して測定した。得られた比重と配合重量とから前述した計算式に基づいて、加硫後のゴム組成物中の熱膨張性マイクロカプセル及び熱膨張性黒鉛の体積割合を求めた。得られた結果を表１〜３に示した。

破断伸び
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、３号ダンベル型試験片、２０℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で引張り破断伸びを測定した。得られた結果は、表１では比較例１を１００とし、表２では比較例２を１００とし、表３では比較例６を１００とする指数として表１〜３に示した。この指数が大きいほど破断伸びが高いことを意味する。

なお、表１〜３において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
再生ゴム：村岡ゴム社製タイヤリク紫線、再生ゴム中のゴム成分の含有量は約５０重量％であった。
カーボンブラック：東海カーボン社製シーストＫＨ（窒素吸着比表面積９３ｍ^２／ｇ）
シリカ：東ソー社製ニップシールＡＱ
カップリング剤：シランカップリング剤、デグサ社製Ｓｉ６９
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
老化防止剤：フレキシス社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
ワックス：大内新興化学工業社製サンノック
プロセスオイル：富士興産社製アロマオイル
熱膨張性カプセル：熱膨張性マイクロカプセル、松本油脂製薬社製マイクロスフェアー Ｆ−１００Ｄ
熱膨張性黒鉛：巴工業社製グラフガード１６０−５０Ｎ
硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ

Claims (4)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対し、再生ゴムを１〜１５重量部、カーボンブラック及び／又はシリカの合計を４０重量部以上及び熱膨張性微粒子を配合したゴム組成物であって、加硫後の前記熱膨張性微粒子の平均直径が２０μｍ〜４００μｍであると共に、ゴム組成物に占める体積割合が８体積％以上であるタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記熱膨張性微粒子が、熱膨張性マイクロカプセルである請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 前記熱膨張性微粒子が、熱膨張性黒鉛である請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4. 請求項１，２又は３に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物によりトレッドを構成した空気入りスタッドレスタイヤ。