JP2021042342A

JP2021042342A - タイヤ用ゴム組成物、その製造方法および空気入りタイヤ

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Publication number: JP2021042342A
Application number: JP2019167276A
Authority: JP
Inventors: 涼平進藤; Ryohei SHINDO
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2039-09-13
Also published as: JP7381846B2

Abstract

【課題】タイヤインナーライナー用ゴム組成物に層状充填剤、例えばタルクを配合する技術が知られているが、このような層状充填剤を配合すると耐疲労性が低下するという問題点がある。また、層状充填剤を配合すると、一般的に脆化温度が上昇するという現象が見られる。【解決手段】ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、を有する製造方法により得られた、タイヤ用ゴム組成物によって上記課題を解決した。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物、その製造方法および空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、脆化温度の上昇を抑制し、層状充填剤を配合しても耐疲労性に優れるタイヤ用ゴム組成物、その製造方法および空気入りタイヤに関するものである。

チューブレス空気入りタイヤの内面には、空気透過防止性能に優れたブチル系ゴムを主成分とするインナーライナーが設けられている。しかしインナーライナーは、タイヤ内腔の充填空気を完全に遮断できず、長期間の間に、充填空気がインナーライナーを透過し、外周側に配置されたカーカス層やベルト層に拡散する。そして充填空気中の酸素がカーカス層やベルト層のゴム成分を酸化劣化させ、耐久性を低下させるという問題があった。この対策として、タイヤインナーライナー用ゴム組成物に層状充填剤、例えばタルクを配合する技術が知られているが（例えば特許文献１参照）、このような層状充填剤を配合すると耐疲労性が低下するという問題点がある。また、層状充填剤を配合すると、一般的に脆化温度が上昇するという現象が見られる。

特開２００２−８８２０９号公報

したがって本発明の目的は、脆化温度の上昇を抑制し、層状充填剤を配合しても耐疲労性に優れるタイヤ用ゴム組成物、その製造方法および空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ブチル系ゴムおよび層状充填剤からなるマスターバッチをまず調製し、そのマスターバッチにさらにブチル系ゴムを練りこむことにより得られたゴム組成物が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。

１．ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、
前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、
を有する製造方法により得られた、タイヤ用ゴム組成物。
２．前記マスターバッチ全体に対し、前記層状充填剤が４０〜８０質量％を占めることを特徴とする前記１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
３．前記層状充填剤のアスペクト比が、３．０〜７．０であることを特徴とする前記１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
４．ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、
前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、
を有する、タイヤ用ゴム組成物の製造方法。
５．前記マスターバッチ全体に対し、前記層状充填剤が４０〜８０質量％を占めることを特徴とする前記４に記載のタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
６．前記層状充填剤のアスペクト比が、３．０〜７．０であることを特徴とする前記４または５に記載のタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
７．前記１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をインナーライナーに用いた空気入りタイヤ。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、を有する製造方法により得られる。この２つの工程を経ることにより、脆化温度の上昇が抑制され、かつ耐疲労性に優れるタイヤ用ゴム組成物を提供することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、脆化温度の上昇が抑制され、かつ耐疲労性に優れるので、とくにインナーライナー用途に有用である。
本発明において、前記工程（１）および前記工程（２）を経ることにより、なぜ所望の効果が奏されるのかは明らかではないが、本発明者の検討によれば、層状化合物を高濃度に配合したマスターバッチの状態で混合することにより、層状化合物に強いせん断力が印加され、ゴム中での層状化合物の分散性が向上することが判明した。従って、前記工程（１）および前記工程（２）を経ることにより、耐疲労性や脆化温度を改善するものと推測される。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

（ブチル系ゴム）
本発明で使用されるブチル系ゴムとしては、インナーライナー用として使用されている任意のブチル系ゴム、例えばブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ、Ｃｌ−ＩＩＲ）、イソブチレン−パラメチルスチレン共重合体およびそのハロゲン化物等を挙げることができる。ブチル系ゴムの市販品としては、例えば臭素化ブチルゴムであるＥＸＸＯＮＭＯＢＩＬＥ社製、商品名ＢＲＯＭＯＢＵＴＹＬ２２５５等が挙げられる。
また、ゴム成分には、ブチル系ゴム以外に、任意のジエン系ゴムを配合することが必要である。ジエン系ゴムとしては、ゴム組成物として使用されるジエン系ゴムをいずれも使用することができ、例えば天然ゴム（ＮＲ）や合成イソプレンゴム（ＩＲ）等が挙げられる。

（層状充填剤）
本発明で使用される層状充填剤としては、例えばクレー、タルク、ベントナイト、モンモリロナイト等が挙げられる。
層状充填剤としては、扁平タルクがとくに好ましい。
層状充填剤の窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、５０ｍ^２／ｇ以下が好ましく、１０〜３０ｍ^２／ｇであるのがさらに好ましい。
層状充填剤の配合量は、前記ブチル系ゴム１００質量部に対し、１０〜１００質量部であり、好ましくは１５〜４５質量部である。

前記層状充填剤のアスペクト比Ａｒは、３．０〜７．０が好ましく、３．４〜５．４がさらに好ましい。このようなアスペクト比Ａｒを採用することにより、空気透過防止性能をさらに高めることができる。
また、前記層状充填剤の平均粒子径は、４．９〜７．５μｍが好ましく、５．５〜７．１μｍがさらに好ましい。このような平均粒子径を採用することにより、空気透過防止性能をさらに高めることができる。

なお、アスペクト比Ａｒは、下記式（１）により測定される。
Ａｒ＝（Ｄｓ−Ｄｌ）／Ｄｓ（１）
式中、Ａｒはアスペクト比、Ｄｓは遠心沈降法で測定された累積分布により求められた５０％粒子径、Ｄｌはコヒーレント光のレーザー回折法で測定された累積分布により求められた５０％粒子径を表す。
遠心沈降法で測定された５０％粒子径Ｄｓは、例えばマイクロメリテックス計器社製セディグラグ５１００粒子径測定装置を使用して測定することができる。またコヒーレント光のレーザー回折法で測定された５０％粒子径Ｄｌは、マルバーン社製レーザー・マルバーン・マスターサイザー２０００回折式粒子分布測定装置を使用して測定することができる。
また、平均粒子径はレーザー回折法により測定したメディアン径（Ｄ５０：粒子径累積分布で５０％のものの粒子径）である。

（その他成分）
本発明におけるタイヤ用ゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤；加硫又は架橋促進剤；酸化亜鉛；カーボンブラック；老化防止剤；可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されてい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も、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。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、を有する製造方法により得られることを特徴としている。

前記工程（１）は、ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程であり、この工程（１）において、層状充填剤の配合すべき量のすべてを投入するのが好ましい。また、製造されたタイヤ用ゴム組成物に含まれるブチル系ゴムの全体に対し、前記工程（１）で使用されるブチル系ゴムの割合は、例えば２．５質量％以上１００質量％未満であり、好ましくは３．８〜６７．５質量％である。なお、前記工程（１）において、カーボンブラックのようなその他の成分を投入してしまうと本発明の効果を低減する恐れがある。

また、前記工程（１）で調製されるマスターバッチは、その全体に対し、前記層状充填剤が４０〜８０質量％、好ましくは５０〜７５質量％を占めるようにするのがよい。この形態によれば、脆化温度の上昇を抑制するとともに、耐疲労性に一層優れるタイヤ用ゴム組成物を提供することができる。

前記工程（１）は、公知のミキサーを用いて行うことができる。混練時間は、例えば１分〜６分であり、好ましくは２分〜５分である。

前記工程（２）は、前記工程（１）で得られたマスターバッチに、さらにブチル系ゴムを混練する工程である。この工程（２）では、タイヤ用ゴム組成物に必要なその他の成分を投入することができる。
その他の成分としては、ブチル系ゴム以外のジエン系ゴム；酸化亜鉛；カーボンブラック；老化防止剤；可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤が挙げられる。
なお、前記工程（１）で投入されるブチル系ゴムと、前記工程（２）で投入されるブチル系ゴムとは、同一でも異なっていてもよい。また、前記工程（２）は２段階に分けて行ってもよい。例えば、前記工程（２）で混練予定の成分（例えばカーボンブラック）の一部を１段階目で混練し、２段階目で混練予定の残りの成分を混練してもよい。

前記工程（２）は、公知のミキサーを用いて行うことができる。混練時間は、例えば１分〜６分であり、好ましくは２分〜５分である。

加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤のような加硫系は、前記工程（２）終了後に、ミキサーに投入して混練するのが好ましい。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、脆化温度の上昇が抑制され、層状充填剤を配合しても耐疲労性に優れることから、タイヤインナーライナーに好適に用いられ得る。
また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに使用することができる。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

実施例１〜４
表１に示す配合（質量部）において、工程（１）として、臭化ブチル（Ｂｒ−ＩＩＲ）およびタルクのみを１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで４分間混練し、マスターバッチを調製し、ミキサー外に取り出した。
続いて、工程（２）として、前記工程（１）で得られたマスターバッチ、Ｂｒ−ＩＩＲ、カーボンブラックおよび酸化亜鉛を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、ミキサー外に取り出し、室温冷却した。
次に、工程（２）で調製した組成物を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーに入れ、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得た。この加硫ゴム試験片の物性を下記のように測定した。

脆化温度：ＪＩＳＫ６２６１に準拠して、ゴムの脆化温度を測定した。結果は、比較例１の脆化温度に対する差として示した。この差がマイナス方向に大きいほど、低温脆化性に優れることを意味する。
耐疲労性：得られたゴム試験片を使用し、ＪＩＳＫ６２５１に準拠して、ダンベルＪＩＳ３号形試験片を作製し、ＪＩＳ−Ｋ６２７０を参考にして、２０℃、歪１２０％、試験周波数６．６７Ｈｚ（回転数４００ｒｐｍ）の条件で引張定歪疲労試験を行い、破壊するまでの繰り返し回数を測定した。結果は、比較例１で得られた値を１００として指数表示した。指数が大きいほど耐疲労性に優れることを示す。

比較例１
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、ゴムをミキサー外に放出して室温冷却した。次いで、該ゴムを同ミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得た。この加硫ゴム試験片の物性を上記のように測定した。

結果を表１に併せて示す。

＊１：Ｂｒ−ＩＩＲ（ＥＸＸＯＮＭＯＢＩＬＥ社製ＢＲＯＭＯＢＵＴＹＬ２２５５）
＊２：タルク（Ｉｍｅｒｙｓ社製タルク、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝３０ｍ^２／ｇ、アスペクト比Ａｒ＝４．７、平均粒子径＝５．７μｍ）
＊３：カーボンブラック（新日化カーボン（株）製ニテロン＃Ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝４０ｍ^２／ｇ）
＊４：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊５：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＮＳ−Ｐ）
＊６：硫黄（軽井沢精錬所社製油処理イオウ）

表１の結果から、実施例１〜４のゴム組成物は、ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、を有する製造方法により得られたものであるので、比較例１に対し、脆化温度の上昇が抑制され、層状充填剤を配合しても耐疲労性に優れることが分かる。

Claims

ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、
前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、
を有する製造方法により得られた、タイヤ用ゴム組成物。
前記マスターバッチ全体に対し、前記層状充填剤が４０〜８０質量％を占めることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記層状充填剤のアスペクト比が、３．０〜７．０であることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
ブチル系ゴムおよび層状充填剤のみを混練し、マスターバッチを調製する工程（１）と、
前記工程（１）で得られたマスターバッチおよびブチル系ゴムを混練する工程（２）と、
を有する、タイヤ用ゴム組成物の製造方法。
前記マスターバッチ全体に対し、前記層状充填剤が４０〜８０質量％を占めることを特徴とする請求項４に記載のタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
前記層状充填剤のアスペクト比が、３．０〜７．０であることを特徴とする請求項４または５に記載のタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をインナーライナーに用いた空気入りタイヤ。