JP2012031302A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 低転がり抵抗と耐摩耗性を両立すると共に、耐チッピング性を向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物を提供する
【解決手段】 天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを５０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しカーボンブラックを３０〜６０重量部配合すると共に、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであり、前記カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が１００〜１５０ｍ^２／ｇであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、低転がり抵抗と耐摩耗性を両立すると共に、耐チッピング性を向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

一般に、重荷重用タイヤのトレッド部には、低転がり抵抗や耐摩耗性が優れると共に、耐チッピング性が優れることが求められる。重荷重用タイヤのトレッド部を構成するゴム組成物としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等を含むジエン系ゴムにカーボンブラックを配合したものが知られている。このようなゴム組成物において、ブタジエンゴムの配合量を増加すると、耐摩耗性は向上できるものの、発熱性が大きくなってタイヤの転がり抵抗が大きくなるという問題があった。また、トレッド用ゴム組成物に粒子径が小さいカーボンブラックを配合することで補強性を高くし耐摩耗性を改良することが出来るが、ゴム組成物の発熱性が大きくなりタイヤの転がり抵抗が大きくなるという問題があった。したがって、低転がり抵抗（低発熱性）と耐摩耗性とを両立することは困難であった。

このような問題に対して、特許文献１は、キャップゴムを構成するゴム組成物に重量平均分子量（Ｍｗ）が５０×１０⁴〜７５×１０⁴、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２３℃のトルエン溶液中の固有粘度［η］が９０以上のブタジエンゴムを配合すること及びＣＴＡＢ吸着比表面積が１３５〜１６０ｍ²／ｇのカーボンブラックを配合することにより、発熱性を小さくすると共に、耐摩耗性を改良することを提案している。

しかし、特許文献１に記載されたゴム組成物は、発熱性を小さくして耐摩耗性を改良することは出来るものの、トルエン溶液中の粘度が充分に高くないため、耐チッピング性が必ずしも充分ではなく未だ改善の余地があった。

特許３３９８４３４号公報

本発明の目的は、低転がり抵抗と耐摩耗性を両立すると共に、耐チッピング性を向上するようにしたタイヤ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、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを５０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しカーボンブラックを３０〜６０重量部配合すると共に、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであり、前記カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が１００〜１５０ｍ^２／ｇであることを特徴とする。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、重量平均分子量が７０万〜９０万、この重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであるブタジエンゴムを使用することにより、ゴム組成物の耐摩耗性を高くすると共に、ｔａｎδを小さくして転がり抵抗を低減することが出来る。特に、２５℃のトルエン溶液粘度を３００〜１０００ｍＰａ・ｓにすることにより、引張強度と破断伸びを同時に改良することが出来るので、耐チッピング性を向上することが出来る。

また、前記ジエン系ゴムが、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム５０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜５０重量％とからなることが好ましい。

また、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量を７６万以上に限定することにより、耐摩耗性と耐チッピング性をさらに高くすることが出来る。

このタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した重荷重用タイヤは、転がり抵抗を低減すると共に耐摩耗性を向上し、更に耐チッピング性を向上することが出来る。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分は天然ゴム及び／又はイソプレンゴム、ブタジエンゴムを含むジエン系ゴムとする。本発明で使用するブタジエンゴムは、分子量が高く、分子量分布が狭く、かつ分子鎖の分岐が少ないという特徴がある。ブタジエンゴムの分子量は、重量平均分子量（Ｍｗ）で７０万〜９０万、好ましくは７６万〜８５万である。ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性及びゴム強度が不足する。またブタジエンゴムの重量平均分子量が９０万を超えると、カーボンブラックの分散が悪くなり耐摩耗性が低下する。

また、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められるブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．５〜３．０、好ましくは２．０〜２．５である。ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５未満であると、カーボンブラックの分散が悪くなり、また工業的に入手するのが困難になる。またブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えるとヒステリシスロスが大きくなって転がり抵抗が上昇すると共に、耐摩耗性が低下する。

本発明においてブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により標準ポリスチレン換算により測定する。

ブタジエンゴムの２５℃のトルエン溶液粘度は３００〜１０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは５００〜８００ｍＰａ・ｓである。トルエン溶液粘度はブタジエンゴムの分子鎖のリニアリティー（分岐の量）を示す指標であり、トルエン溶液粘度が高いほど、分子鎖の分岐が少なく直鎖の割合が多く強度（引張り破断強度及び破断伸び）が優れるため、耐チッピング性が優れることを意味する。ブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が３００ｍＰａ・ｓ未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性及び耐チッピング性が不足する。またブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超えると混合加工性が悪化し、それにより耐摩耗性や強度（引張り破断強度及び破断伸び）が悪化してしまう。本発明においてブタジエンゴムの２５℃のトルエン溶液粘度は、ブタジエンゴムを５重量％含むトルエン溶液の粘度をキャノンフェンスケ型粘度計を使用して２５℃で測定した。

ブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中５〜５０重量％、好ましくは１５〜４０重量％である。ブタジエンゴムの配合量が５重量％未満であると、耐摩耗性の改良効果が不足する。またブタジエンゴムの配合量が５０重量％を超えると、耐チッピング性が悪化する。

本発明で使用する天然ゴム及びイソプレンゴムは、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるものを使用することができる。また、天然ゴム及びイソプレンゴムとして、それぞれ変性したり改質したりしたものを使用することが出来る。天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中５０〜９５重量％、好ましくは６０〜８５重量％である。天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの配合量が５０重量％未満であると、破断強度が低下し、耐チッピング性が低下する。また、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの配合量が９５重量％を超えると、耐摩耗性が悪化する。

本発明では、上述した組成を満たす限り、天然ゴム、イソプレンゴム、及びブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、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、及び上述した特徴を有するブタジエンゴムを除いたブタジエンゴム等を例示することができる。これら他のジエン系ゴムは、任意の１種類を含有することができる。また、２種類以上の他のジエン系ゴムを組み合わせて含有することができる。

ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム５０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜５０重量％とからなることが好ましい。このようなゴム成分の組成にすることにより、耐摩耗性及び耐チッピング性を両立することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合することにより、タイヤトレッド用ゴム組成物の強度を高くし、耐摩耗性及び耐チッピング性を向上することが出来る。特に、ＣＴＡＢ吸着比表面積が大きいカーボンブラックを配合することにより、耐摩耗性を更に向上することが出来る。

カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し３０〜６０重量部、好ましくは４０〜５０重量部である。カーボンブラックの配合量が、３０重量部未満であると耐摩耗性及び耐チッピング性を向上する効果が充分に得られない。またカーボンブラックの配合量が、６０重量部を超えると発熱性が大きくなり転がり抵抗が増大すると共にゴム組成物の粘度が高くなり成形加工性が悪化する。

カーボンブラックとしては、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１００〜１５０ｍ²／ｇ、好ましくは１１０〜１４０ｍ²／ｇのものを使用する。カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が１００ｍ²／ｇ未満であると、耐摩耗性が不充分となる。また引張破断強度が不足するため耐チッピング性が不充分となる。また、カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が１５０ｍ²／ｇを超えると、発熱性が大きくなり転がり抵抗が増大すると共に、引張破断伸びが不足するため耐チッピング性が不足する。またゴム組成物の粘度が高くなり成形加工性が悪化する。なお本発明において、カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−３に準拠して測定するものとする。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、カーボンブラック以外に他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばシリカ、クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム等を必要に応じて配合することができる。

タイヤトレッド用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、加工助剤、老化防止剤、オイル、可塑剤などのタイヤ用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タイヤトレッド用ゴム組成物とし、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、通常のゴム用混練機械、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重荷重用タイヤのトレッド部を構成するのに好適である。このゴム組成物でトレッド部を構成した重荷重用タイヤは、転がり抵抗を低減すると共に耐摩耗性を向上し、更に耐チッピング性を一層優れたものにすることが出来る。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、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。

実施例及び比較例において、使用したブタジエンゴムの特性を表１に示す。表中、触媒の欄に記載した「Ｎｄ」及び「Ｃｏ」は、そのブタジエンゴムがネオジウム触媒及びコバルト触媒を使用して製造されたものであることを表す。また、重量平均分子量（Ｍｗ）、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）及び２５℃のトルエン溶液粘度は、それぞれ前述した方法により測定した。

表２，３に示す配合からなる１０種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜４、比較例１〜６）を、それぞれ加硫促進剤及び硫黄を除く配合成分を秤量し、１．５Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、温度１６０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。その後このマスターバッチをロールにて加硫促進剤及び硫黄を加え２分間混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

得られた１０種類のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いて、所定の金型中、１６０℃で２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を作成し、下記に示す方法により引張破断強度、引張破断伸び、ｔａｎδ（６０℃）及び耐摩耗性を測定した。

引張破断強度、引張破断伸び
得られた加硫ゴム試験片をＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、加硫ゴム試験片からＪＩＳ３号形ダンベルを用い、厚さ２ｍｍのゴムシートを打ち抜き、５００ｍｍ／分の引張速度条件下で、引張破断強度（ＴＢ）及び引張破断伸び（ＥＢ）を測定した。得られた結果はそれぞれ比較例１を１００とする指数にし「引張破断強度」「引張破断伸び」として表２，３に示した。「引張破断強度」「引張破断伸び」の指数が共に大きいほど耐チッピング性が優れる。

ｔａｎδ（６０℃）
得られた加硫ゴム試験片の動的粘弾性を、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定し、温度６０℃におけるｔａｎδを求めた。得られた結果は、比較例１を１００とする指数とする指数にし「ｔａｎδ（６０℃）」として表２，３に示した。この指数が小さいほどｔａｎδ（６０℃）が小さく転がり抵抗が優れる。

耐摩耗性
得られた加硫ゴム試験片をＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠して、ランボーン摩耗試験機（岩本製作所社製）を使用して、温度２０℃、試験片表面回転速度８０ｍ／ｍｉｎ、荷重４０Ｎ、スリップ率３０％、時間１０分の条件で摩耗量を測定した。得られた結果は、比較例１の値の逆数を１００とする指数にし「耐摩耗性」として表２，３に示した。この指数が大きいほど耐摩耗性が優れる。

なお、表２，３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、ＳＩＲ２０
ＢＲ−１〜ＢＲ−５：それぞれ表１に示したブタジエンゴム
ＣＢ１：カーボンブラック、Ｃａｂｏｔ社製Ｖｕｌｃａｎ １０Ｈ、ＣＴＡＢ吸着比表面積１３８ｍ^２／ｇ
ＣＢ２：カーボンブラック、東海カーボン社製シースト３、ＣＴＡＢ吸着比表面積８２ｍ^２／ｇ
亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：千葉脂肪酸社製ステアリン酸５０Ｓ
老化防止剤：ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＮＳ−Ｐ
硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄

表３の結果から明らかなように実施例１〜４のタイヤトレッド用ゴム組成物は、いずれも比較例１と比べ転がり抵抗及び耐摩耗性を向上すると共に、耐チッピング性を向上することができる。

一方、表２の結果から明らかなように、比較例２のゴム組成物は、ブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）が７０万未満、２５℃のトルエン溶液粘度が３００未満であるため耐チッピング性を充分に向上することが出来ない。比較例３のゴム組成物は、ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えるため、耐チッピング性が不足する。比較例４のゴム組成物は、カーボンブラックの配合量が３０重量部未満であるため破断強度や耐摩耗性が不足する。比較例５のゴム組成物は、カーボンブラックの配合量が６０重量部を超えるため６０℃におけるｔａｎδ（転がり抵抗）が悪化し、破断伸びが不足する。

また表３の結果から明らかなように、比較例６のゴム組成物は、カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が１００未満であるため耐摩耗性と破断強度が不足する。

Claims (4)

1. 天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを５０〜９５重量％、ブタジエンゴムを５〜５０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対しカーボンブラックを３０〜６０重量部配合すると共に、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が３００〜１０００ｍＰａ・ｓであり、前記カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が１００〜１５０ｍ^２／ｇであることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴムが、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム５０〜９５重量％とブタジエンゴム５〜５０重量％とからなる請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７６万以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. 重荷重用タイヤに使用する請求項１、２又は３に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。