JP2015164985A

JP2015164985A - タイヤトレッド用ゴム組成物

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Publication number: JP2015164985A
Application number: JP2014040224A
Authority: JP
Inventors: 綾子釜堀; Ayako KAMAHORI; 武田　慎也; Shinya Takeda; 慎也武田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: JP6287339B2

Abstract

【課題】優れた耐摩耗性を確保しながら、低発熱性を従来レベル以上に向上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】ブタジエンゴムを４０重量％以下と天然ゴムを含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックＡを１０〜３５重量部、カーボンブラックＢを１０〜４５重量部配合し、両者の合計を４０〜６５重量部にし、カーボンブラックＡの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２０〜１５０ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰが９５〜１１０ｍｌ／１００ｇ、Ｎ₂ＳＡとヨウ素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０．９５〜１．０５、ストークス径分布における最頻値の半値幅△Ｄｓｔが７０ｎｍ未満、比着色力（Ｔｉｎｔ）が１３０超、トルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％以上８０％未満であり、カーボンブラックＢの窒素吸着比表面積が９０〜１１９ｍ²／ｇであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、優れた耐摩耗性を確保しながら、低発熱性を従来レベル以上に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。

一般にバスやトラックなどの重荷重用タイヤおよび小型トラック用タイヤには、長距離走行に耐えうるタイヤ耐久性と、優れた低発熱性とを両立することが求められている。タイヤ耐久性としては、例えば耐摩耗性、耐カット性などが挙げられる。このうち耐摩耗性を改良するには、トレッドを形成するゴム組成物に配合するカーボンブラックを増量することや小粒径のカーボンブラックを使用することが考えられる。しかし、カーボンブラックを増量したり小粒径化したりするとゴム組成物の発熱性が大きくなり、タイヤにしたとき発熱性が大きくなるという問題がある。このように耐摩耗性に代表されるタイヤ耐久性と低発熱性とを同時に改良することは極めて困難である。さらにカーボンブラックの増量や小粒径化に伴い加工性が低下するという問題があった。

これに対し特許文献１は、重荷重用タイヤのトレッド用ゴム組成物として、ジエン系ゴムに、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）、２４Ｍ４ＤＢＰ、Ｎ₂ＳＡ／ヨウ素吸着量（ＩＡ）、△Ｄｓｔ、Ｔｉｎｔおよびトルエン着色透過度（Ｔ％）を限定した特定のカーボンブラックを配合することを提案している。しかしながら、近年、商用車向けタイヤに求められる要求性能はより高いものになり、耐摩耗性と低燃費性能とのバランスをより一層改良することが求められている。

特開平１０−３３０５４２号公報

本発明の目的は、優れた耐摩耗性を確保しながら、低発熱性を従来レベル以上に向上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、ブタジエンゴムを４０重量％以下と天然ゴムを含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックＡを１０〜３５重量部、カーボンブラックＢを１０〜４５重量部配合し、前記カーボンブラックＡおよびカーボンブラックＢの合計を４０〜６５重量部にしたゴム組成物であって、前記カーボンブラックＡの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２０〜１５０ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰが９５〜１１０ｍｌ／１００ｇ、前記窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）とヨウ素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０．９５〜１．０５、ストークス径分布における最頻値の半値幅△Ｄｓｔが７０ｎｍ未満、比着色力（Ｔｉｎｔ）が１３０超、トルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％以上８０％未満であり、前記カーボンブラックＢの窒素吸着比表面積が９０〜１１９ｍ²／ｇであり、かつ重荷重用タイヤまたは小型トラック用タイヤに用い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、天然ゴムおよび４０重量％以下のブタジエンゴムを必ず含むジエン系ゴム１００重量部に対し、Ｎ₂ＳＡ、２４Ｍ４ＤＢＰ、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ、△Ｄｓｔ、Ｔｉｎｔおよびトルエン着色透過度（Ｔ％）が特定されたカーボンブラックＡを１０〜３５重量部、特定のＮ₂ＳＡを有するカーボンブラックＢを１０〜４５重量部配合し、かつ両者の合計を４０〜６５重量部にしたので、優れた耐摩耗性を確保しながら、低発熱性を従来レベル以上に向上することができる。また耐カット性を維持、向上し、タイヤ耐久性をより優れたものにすることができる。

上述したゴム組成物をトレッド部に使用した重荷重用タイヤまたは小型トラック用タイヤは、耐摩耗性を確保し長寿命であるとともに、発熱性を従来レベル以上に小さくすることができる。このため、長寿命かつ発熱性に優れた重荷重用タイヤおよび小型トラック用タイヤにすることができる。

本明細書において、重荷重用タイヤおよび小型トラック用タイヤは、トラック、バス、ライトトラック等の主に商用に使用される大型車両および小型車両に用いられる空気入りタイヤを表す。本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、重荷重用タイヤおよび小型トラック用タイヤのトレッド部に用いられるものである。

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、ジエン系ゴムであり、ブタジエンゴムおよび天然ゴムを必ず含み、かつこれらを主成分とする。ブタジエンゴムおよび天然ゴムを主成分にするとは、ジエン系ゴム１００重量％に対し、ブタジエンゴムおよび天然ゴムを合計で５０重量％以上含むことを意味する。ブタジエンゴムおよび天然ゴムを主成分にすることにより、ゴム組成物の耐摩耗性や耐カット性を高くすることができる。ブタジエンゴムおよび天然ゴムの合計は、好ましくは５０〜１００重量％、より好ましくは８０〜１００重量％であるとよい。

本発明において、ブタジエンゴムを含有させることにより、ゴム組成物の耐摩耗性や耐カット性を改良するとともに、発熱を小さくすることができる。ブタジエンゴムの含有量はジエン系ゴム１００重量％中、４０重量％以下、好ましくは１０〜４０重量％である。ブタジエンゴムの含有量が４０重量％を超えると、耐カット性が低下する。

また天然ゴムを含有させることにより、重荷重用タイヤおよび小型トラック用タイヤのトレッドに要求されるゴム強度を確保することができる。天然ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中、好ましくは６０〜９０重量％であるとよい。

本発明において、ブタジエンゴムおよび天然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、例えばイソプレンゴム、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、エチレン−α−オレフィンゴム、クロロプレンゴム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では、カーボンブラックＡおよびカーボンブラックＢの２種類のカーボンブラックを必ず配合する。カーボンブラックＡは、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２０〜１５０ｍ²／ｇであるＳＡＦ級のカーボンブラックであり、更に種々の性質が特定される。またカーボンブラックＢは、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が９０〜１１９ｍ²／ｇであるＩＳＡＦ級のカーボンブラックである。

カーボンブラックＡの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１２０〜１５０ｍ²／ｇ、好ましくは１３０〜１４５ｍ²／ｇである。カーボンブラックＡのＮ₂ＳＡが１２０ｍ²／ｇ未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性を十分に高くすることができない。またカーボンブラックＡのＮ₂ＳＡが１５０ｍ²／ｇを超えると、発熱性が大きくなるとともに、加工性が悪化する。本明細書において、カーボンブラックＡおよびＢのＮ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７−２に基づいて測定するものとする。

カーボンブラックＡの２４Ｍ４ＤＢＰは９５〜１１０ｍｌ／１００ｇ、好ましくは９８〜１０６ｍｌ／１００ｇである。カーボンブラックＡの２４Ｍ４ＤＢＰが９５ｍｌ／１００ｇ未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性を十分に高くすることができず、さらに混合時のカーボンブラックの取込み性などの加工性が悪化する。またカーボンブラックＡの２４Ｍ４ＤＢＰが１１０ｍｌ／１００ｇを超えると、ゴム組成物の粘度が高くなり、この場合も加工性が悪化する。カーボンブラックＡの２４Ｍ４ＤＢＰは、ＪＩＳＫ６２１７−４（圧縮試料）に基づいた２４Ｍ４−ＤＢＰ吸収量として測定される。

カーボンブラックＡは、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）とヨウ素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０．９５〜１．０５である。比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０．９５未満であると、カーボンブラックＡの表面の活性が低いために、ゴム組成物の発熱性が大きくなり、発熱性が悪化する。また比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が１．０５を超えると、カーボンブラックの取込みが悪化し、実用上加工が困難になる。カーボンブラックＡのヨウ素吸着量（ＩＡ）は、ＪＩＳＫ６２１７−１に基づいて測定するものとする。

カーボンブラックＡは、その凝集体のストークス径分布における最頻値の半値幅△Ｄｓｔが７０ｎｍ未満である。カーボンブラックＡの半値幅△Ｄｓｔが７０ｎｍを超えると、カーボンブラックＡの凝集体のストークス径分布がブロードになり、ゴム組成物の耐摩耗性を十分に高くすることができない。カーボンブラックＡの半値幅△Ｄｓｔは、ＪＩＳＫ６２１７−６に基づいて測定されたディスク遠心光沈降法による凝集体のストークス径の質量分布曲線における質量頻度の最大点（最頻値；モード径）の半分の高さのときの分布の幅（半値幅）として求められる。

カーボンブラックＡの比着色力（Ｔｉｎｔ）は１３０超である。カーボンブラックＡの比着色力（Ｔｉｎｔ）が１３０以下であると、ゴム組成物の耐摩耗性を十分に高くすることができない。カーボンブラックＡの比着色力（Ｔｉｎｔ）は、ＪＩＳＫ６２１７−５に基づいて測定された比着色力である。

カーボンブラックＡのトルエン着色透過度（Ｔ％）は７０％以上８０％未満である。カーボンブラックＡのトルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％未満であると、カーボンブラックの取込みが悪化し、混合加工性が得られない。またカーボンブラックＡのトルエン着色透過度（Ｔ％）が８０％以上であると、ゴム組成物の発熱性が大きくなり発熱性が大きくなる。カーボンブラックＡのトルエン着色透過度（Ｔ％）は、ＪＩＳＫ６２１８−４に基づい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おいて、カーボンブラックＢは窒素吸着比表面積が９０〜１１９ｍ²／ｇである。カーボンブラックＢの窒素吸着比表面積が９０ｍ²／ｇ未満であると、耐摩耗性および耐カット性が低下する。またカーボンブラックＢの窒素吸着比表面積が１１９ｍ²／ｇを超えると、発熱性が大きくなる。

カーボンブラックＡの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１０〜３５重量部、好ましくは１５〜３０重量部である。カーボンブラックＡの配合量が１０重量部未満であると、耐摩耗性が悪化する。またカーボンブラックＡの配合量が３５重量部を超えると、発熱性が大きくなる。

カーボンブラックＢの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１０〜４５重量部、好ましくは１５〜４０重量部である。カーボンブラックＢの配合量が１０重量部未満であると、カーボンブラックＡの配合量が多くなり発熱性が大きくなる。またカーボンブラックＢの配合量が３５重量部を超えると、カーボンブラックＡの配合量が少なくなり耐摩耗性が悪化する。

本発明において、カーボンブラックＡの配合量およびカーボンブラックＢの配合量の合計は４０〜６５重量部、好ましくは４３〜６３重量部である。カーボンブラックＡおよびＢの合計が４０重量部未満であると、耐摩耗性が悪化する。またカーボンブラックＡおよびＢの合計が６５重量部を超えると、発熱性が大きくなるとともに、加工性が悪化する。

また、カーボンブラックＡの配合量（ａ重量部）およびカーボンブラックＢの配合量（ｂ重量部）の比（ａ／ｂ）は、上記配合量を満たす限り時に制限されるものでがないが、好ましくはａ／ｂ＝０．２２〜３．５、より好ましくはａ／ｂ＝０．２５〜３．０であるとよい。比（ａ／ｂ）が０．２２未満であると、カーボンブラックＡの割合が小さくなり過ぎ、耐摩耗性が悪化する。また比（ａ／ｂ）が３．５を超えると、カーボンブラックＡの割合が大きくなり過ぎ、発熱性が大きくなる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、本発明の課題を達成するのを損なわない範囲で、カーボンブラック以外の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、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等が例示される。

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、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂などのタイヤトレッド用ゴム組成物に一般的に使用される各種配合剤を配合することができる。このような配合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。これらの配合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にすることができる。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、上記各成分を混練、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、空気入りタイヤ、とりわけ重荷重用タイヤまたは小型トラック用タイヤに好適に使用することができる。このゴム組成物をトレッド部に使用した重荷重用タイヤまたは小型トラック用タイヤは、優れた耐摩耗性および耐カット性を有しながら、低発熱性を従来レベル以上に向上することができる。

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。

表１に示す配合からなる１１種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（標準例、実施例１〜３、比較例１〜７）を、硫黄及び加硫促進剤を除く成分を、１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練したマスターバッチを放出し室温冷却させた。このマスターバッチの混合時の加工性を下記に示す３段階の判定基準で評価し、得られた評点を表１に示した。

加工性
１：放出したマスターバッチがボソボソでまとまりがなく、粉状のカーボンブラックが多く残っており、カーボンブラックの分散も目視で明らかに悪い。
２：放出したマスターバッチのまとまりがやや悪く、粉状のカーボンブラックがやや残っている。
３:放出したマスターバッチのまとまりは良好で粉状のカーボンブラックは見られない。

上記により得られた冷却したマスターバッチに硫黄及び加硫促進剤を加えて１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーで混合することにより、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

得られた１１種類のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッドに用いて空気入りタイヤ（サイズ２０５／８５Ｒ１６）を加硫成形し、以下の方法で、発熱性、耐摩耗性、耐カット性を評価した。

発熱性
得られた１１種類の空気入りタイヤ（サイズ２０５／８５Ｒ１６）を１６．０Ｘ５．５のリムに装着し６００ｋＰａの空気圧を充填した。この空気入りタイヤをＪＩＳＤ４２３０に準拠する室内ドラム試験機（ドラム径１７０７ｍｍ）にかけて、荷重１２．６ｋＮを負荷し、速度８０ｋｍ／ｈの条件で走行させたときのタイヤの抵抗力を測定した。得られた結果は、標準例のタイヤの抵抗力を１００とする指数として、表１に示した。この指数が小さいほど発熱が小さく、燃費性能が優れた空気入りタイヤであることを意味する。

耐摩耗性および耐カット性
得られた１１種類の空気入りタイヤ（サイズ２０５／８５Ｒ１６）を１６．０Ｘ５．５のリムに装着し、商用車両に取り付けて、走行距離が５００００ｋｍになるまで市場モニター試験を行った。モニター試験後のタイヤのトレッド部における摩耗量およびカット状況を評価した。得られた評価結果は、それぞれ標準例のタイヤの結果を１００とする指数として、表１に示した。それぞれの指数が大きいほど、耐摩耗性、耐カット性が優れることを意味する。

なお、表１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＃１
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本合成ゴム社製ＢＲ０１（シス１，４構造９７％）
・ＣＢ−１：ＳＡＦ級カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ１１０、Ｎ₂ＳＡ＝１４２ｍ²／ｇ、ＩＡ＝１４０ｍｇ／ｇ、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ＝１．０１、２４Ｍ４ＤＢＰ＝１００ｍｌ／１００ｇ、△Ｄｓｔ＝７３ｎｍ、比着色力（Ｔｉｎｔ）＝１１５、トルエン着色透過度（Ｔ％）＝９８％
・ＣＢ−２：カーボンブラックＡ、キャボットジャパン社製ショウブラックＳ１１８、Ｎ₂ＳＡ＝１４４ｍ²／ｇ、ＩＡ＝１４３ｍｇ／ｇ、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ＝１．０１、２４Ｍ４ＤＢＰ＝１０３ｍｌ／１００ｇ、△Ｄｓｔ＝６０ｎｍ、比着色力（Ｔｉｎｔ）＝１３８、トルエン着色透過度（Ｔ％）＝７５％
・ＣＢ−３：カーボンブラックＢ、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ２３４、Ｎ₂ＳＡ＝１１８ｍ²／ｇ
・ＣＢ−４：ＨＡＦ級カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３９、Ｎ₂ＳＡ＝８８ｍ²／ｇ
・ステアリン酸：ＮＯＦコーポレーション社製ステアリン酸ＹＲ
・硫黄：軽井沢製錬所社製油処理硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＮＳ

表１から明らかなように実施例１〜５のタイヤトレッド用ゴム組成物は、良好な加工性を有することが確認され、商用車向け空気入りタイヤにしたとき、発熱性を小さくし、かつ耐摩耗性および耐カット性に優れることが確認された。

表１から明らかなように比較例１のゴム組成物は、ブタジエンゴムおよびカーボンブラックＢを配合しなかったので、発熱性が増大した。
比較例２のゴム組成物は、ブタジエンゴムを配合しなかったので、耐摩耗性および耐カット性が悪化した。
比較例３のゴム組成物は、ブタジエンゴムの含有量が４０重量％を超えたので、発熱性が大きくなり、耐カット性が悪化するとともに、加工性も低下した。

比較例４のゴム組成物は、カーボンブラック（ＣＢ−４）のＮ₂ＳＡが９０ｍ²／ｇ未満であるので、耐摩耗性および耐カット性が悪化した。
比較例５のゴム組成物は、カーボンブラックＡおよびＢの配合量の合計が６５重量部を超えるので、発熱性が増大し、かつ加工性が大幅に悪化した。
比較例６のゴム組成物は、カーボンブラックＡを配合しなかったので、耐摩耗性および耐カット性が悪化した。

比較例７のゴム組成物は、カーボンブラックＡの要件を満たさなかったので、耐摩耗性が悪化し加工性が低下した。

Claims

ブタジエンゴムを４０重量％以下と天然ゴムを含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックＡを１０〜３５重量部、カーボンブラックＢを１０〜４５重量部配合し、前記カーボンブラックＡおよびカーボンブラックＢの合計を４０〜６５重量部にしたゴム組成物であって、前記カーボンブラックＡの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２０〜１５０ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰが９５〜１１０ｍｌ／１００ｇ、前記窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）とヨウ素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０．９５〜１．０５、ストークス径分布における最頻値の半値幅△Ｄｓｔが７０ｎｍ未満、比着色力（Ｔｉｎｔ）が１３０超、トルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％以上８０％未満であり、前記カーボンブラックＢの窒素吸着比表面積が９０〜１１９ｍ²／ｇであり、かつ重荷重用タイヤまたは小型トラック用タイヤに用いることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した重荷重用空気入りタイヤ。
請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した小型トラック用空気入りタイヤ。