JP2021095507A - ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、(A)天然ゴム、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴムおよびハロゲン化ブチルゴムから選ばれるゴム100重量部に対して、(B)炭水化物を0.5〜10重量部、(C)メトキシ化メチロールメラミン樹脂を0.5〜10重量部、及び(D)カルボン酸コバルト塩をコバルト量として0.05〜1重量部を配合することにより、スチールコードとの加硫接着における接着性及びゴムの硬度を改良する技術が開示されている。
また、特許文献2には、ゴム組成物中に、特定のジエン系ゴム、及び、ガラス転移点及びCTAB吸着比表面積を特定範囲に規定したシリカを含有させることにより、耐摩耗性と、ウェット性能及び氷上性能との両立を図った技術が開示されている。
また、特許文献2に開示された技術についても、ゴム組成物が低弾性であるため、加硫後のゴム組成物の耐カット性や、耐摩耗性については、十分な効果が得られておらず、さらなる改良が望まれていた。
この技術によれば、低発熱性等の物性を悪化させることなく、従来に比べて耐カット性を高めることが可能となる。
上記構成を具えることによって、低発熱性や伸長疲労性等の性能を良好に維持しつつ、優れた耐カット性を実現できる。
い。作業性をより高めることができるためである。
上記構成を具えることによって、低転がり抵抗性や伸長疲労性等の性能を良好に維持しつつ、優れた耐カット性を実現できる。
<ゴム組成物>
本発明のゴム組成物は、天然ゴムを含有するゴム成分と、直鎖状多価アルコールと、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物と、を含むゴム組成物である。
本発明のゴム組成物に含まれるゴム成分については、天然ゴム(NR)を含有する。天然ゴムを一定量含有することで、後述する直鎖状多価アルコール及びヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物とともに用いることで、優れた耐カット性や、補強性、耐摩耗性等を得ることができる。
例えば、優れた耐カット性や耐摩耗性を得ることができる点からは、前記ゴム成分は、ジエン系合成ゴムを含むことが好ましい。
また、本発明のゴム組成物は、上述したゴム成分に加えて、直鎖状多価アルコールをさらに含む。
前記直鎖状多価アルコールをさらに含むことによって、ゴム組成物の耐カット性を高めることができる。
本発明のゴム組成物は、上述したゴム成分及び特鎖状多価アルコールに加えて、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物をさらに含む。
ゴム組成物中に含有されたヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、前記直鎖状多価アルコールと同様に、本発明のゴム組成物の耐カット性を大きく向上させることができる。また、前記ゴム成分のゴム分子と後述する剤との相互作用を高めることによって、架橋後のゴムの物理的特性を均質化させることができる結果、低発熱性や、補強性、耐摩耗性等の性能についても向上できる。そして、前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、ソルビトール等の前記直鎖状多価アルコールに比べて親水部位が少ないため、ゴム組成物中での自己凝集についても抑えることができる結果、ゴム組成物の伸長疲労性や低発熱性の悪化を抑えることができる。
なお、式(1)中のAは、環部分から1番目の原子(即ち、環に結合している原子)、又は環部分から2番目の原子が酸素原子であることが好ましい。環部分から1番目の原子が酸素原子であるAとしては、例えば、−O−A’、−O−CO−A’’で表わされる基が挙げられ、また、環部分から2番目の原子が酸素原子であるAとしては、例えば、−CH2−O−A''、−CH2−O−CO−A’’’で表わされる基が挙げられ、ここで、A'は炭素数6〜30のヒドロカルビル基、A''は炭素数5〜29のヒドロカルビル基、A’’’は炭素数4〜28のヒドロカルビル基であることが好ましく、また、A’、A’’及びA’’’は炭素数12〜24のヒドロカルビル基であることがさらに好ましい。
なお、式(2)及び式(3)中、nは自然数であり、11〜23の範囲が好ましい。
前記変性環状ポリオール化合物として、上記式(2)又は式(3)で表わされる化合物を配合することで、良低発熱性や伸長疲労性と、耐カット性とを、より高いレベルで両立させることができる。
また、これらの化合物の中でも、低発熱性や伸長疲労性と、耐カット性とを、より高いレベルで両立できる観点からは、前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、ソルビタンモノエステルであることが好ましい。
前記直鎖状多価アルコールと、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物との合計含有量が、前記天然ゴム100質量部に対して0.1質量部以上の場合には、耐カット性の効果をより高めることができ、一方、前記合計含有量が、前記天然ゴム100質量部に対して6質量部以下の場合には、ゴム組成物中での自己凝集に起因した伸長疲労性等の悪化をより確実に抑えることができる。
本発明のゴム組成物は、上述したゴム成分、直鎖状多価アルコール及び環状ポリオール化合物に加え、少なくともシリカを含有する充填剤を含むことが好ましい。
シリカを含む充填剤を前記ゴム成分とともに含むことによって、低発熱性や、低カット性、耐摩耗性等の特性を向上できる。
また、前記湿式シリカは、沈降シリカを用いることができる。なお、沈降シリカとは、製造初期に、反応溶液を比較的高温、中性〜アルカリ性のpH領域で反応を進めてシリカ一次粒子を成長させ、その後酸性側へ制御することで、一次粒子を凝集させる結果得られるシリカのことである。
また、前記シリカのBET比表面積は、100m2/g以上、250m2/g以下とすることができる。なお、前記BET比表面積は、BET法により求めた比表面積のことであり、本発明では、ASTMD4820−93に準拠して測定することができる。
前記カーボンブラックとしては、特に限定されるものではなく、例えば、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFグレードのカーボンブラックが挙げられ、窒素吸着比表面積(N2SA、JIS K 6217−2:2001に準拠して測定する)が20〜250m2/gのカーボンブラックを用いることができる。これらの中でも、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させる観点から、ISAF、SAFグレードのカーボンブラックが好ましい。これらカーボンブラックは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記シリカの含有量に対する前記カーボンブラックの含有質量比が0.1以上であることで、より優れた耐摩耗性や補強性を得ることができ、前記シリカの含有量に対する前記カーボンブラックの含有質量比が4以下であることで、低発熱性の悪化を招くことなく、より優れた耐カット性を得ることができる。
nM・xSiOy・zH2O ・・・ (XX)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物又は水酸化物、及びそれらの水和物、またはこれらの金属の炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であり;n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数、及び0〜10の整数である]で表される無機化合物を含むこともできる。
前記一般式(XX)の無機化合物としては、γ−アルミナ、α−アルミナ等のアルミナ(Al2O3)、ベーマイト、ダイアスポア等のアルミナ一水和物(Al2O3・H2O)、ギブサイト、バイヤライト等の水酸化アルミニウム[Al(OH)3]、炭酸アルミニウム[Al2(CO3)3]、水酸化マグネシウム[Mg(OH)2]、酸化マグネシウム(MgO)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、タルク(3MgO・4SiO2・H2O)、アタパルジャイト(5MgO・8SiO2・9H2O)、チタン白(TiO2)、チタン黒(TiO2n−1)、酸化カルシウム(CaO)、水酸化カルシウム[Ca(OH)2]、酸化アルミニウムマグネシウム(MgO・Al2O3)、クレー(Al2O3・2SiO2)、カオリン(Al2O3・2SiO2・2H2O)、パイロフィライト(Al2O3・4SiO2・H2O)、ベントナイト(Al2O3・4SiO2・2H2O)、ケイ酸アルミニウム(Al2SiO5、Al4・3SiO4・5H2O等)、ケイ酸マグネシウム(Mg2SiO4、MgSiO3等)、ケイ酸カルシウム(Ca2SiO4等)、ケイ酸アルミニウムカルシウム(Al2O3・CaO・2SiO2等)、ケイ酸マグネシウムカルシウム(CaMgSiO4)、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、水酸化ジルコニウム[ZrO(OH)2・nH2O]、炭酸ジルコニウム[Zr(CO3)2]、各種ゼオライトのように、電荷を補正する水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む結晶性アルミノケイ酸塩等を挙げることができる。
前記一般式(XX)の無機化合物は、耐摩耗性とウェット性能のバランスの観点から、平均粒径が0.01〜10μmであることが好ましく、0.05〜5μmであることがより好ましい。
本発明のゴム組成物は、上述した、ゴム成分、直鎖状多価アルコール、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物及び充填剤の他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤を、その他の成分として含むことができる。その他の成分については、例えば、シランカップリング剤、架橋剤、加硫促進剤、ポリエチレングリコール、軟化剤、樹脂、老化防止剤、亜鉛華等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して含むことができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。
前記シランカップリング剤としては、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、ビス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、ジメトキシメチルシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド等が挙げられる。これらシランカップリング剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記架橋剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記ゴム成分100質量部に対し、0.1〜20質量部であることが好ましい。
前記軟化剤を含有する場合には、取り扱い容易性の観点から、上述した軟化剤中でも、25℃等の常温で液体であるもの、例えば、アロマオイル、パラフィンオイル、ナフテンオイル等の石油系軟化剤を含有することが好ましい。
本発明のタイヤは、上述した本発明のゴム組成物を、トレッド部に用いたことを特徴とする。本発明のゴム組成物をタイヤトレッド部に適用することで、低転がり抵抗性や伸長疲労性等の性能を良好に維持しつつ、優れた耐カット性を実現できる。
ここで、本発明のタイヤは、建設車両用タイヤ、トラック・バス用タイヤ又は航空機用タイヤとして用いることが好ましい。トレッド部の材料として用いている本発明のゴム組成物は、優れた耐カット性に優れており、建設車両用タイヤとして使用した際のメリットが大きいためである。
表1に示す配合に従って、常法で配合・混練することで、ゴム組成物のサンプルを調製した。
なお、得られた各サンプルについては、以下の評価(1)〜(3)を実施した。
(1)耐カット性
実施例及び比較例の各サンプルについて、加硫処理を施した後、pure shear型の試験片を作製し、引張試験装置(株式会社島津製作所)を使用して試験片を引っ張った状態で切り込みを入れ、き裂が進展する様子を観察し、き裂進展速度が不連続に増大するエネルギー解放率(転移エネルギー)を測定した。
評価は、測定した各サンプルの転移エネルギーの逆数を算出し、比較例1のサンプルの移転エネルギーの逆数を100としたときの指数値で表示する。なお、表1中の指数値は、大きいほど耐カット性が良好であることを示す。
実施例及び比較例の各サンプルについて、加硫処理を施した後、引張試験装置(株式会社島津製作所)を使用し、幅6mmのダンベル型の試験片に0.5mm幅の切り込みを入れて5Hzで繰り返し引張する試験を行った。評価については、エネルギー解放率の常用対数をとった値が4.3のときの破断回数を測定した。評価については、比較例1の破断回数を100としたときの、指数として表示し、表1に示す。なお、表1中の指数値は、大きいほど伸長疲労性に優れることを示す。
実施例及び比較例の各サンプルについて、加硫処理を施した後、粘弾性測定装置(株式会社上島製作所製)を使用し、周波数15Hz、引張ひずみ2%、温度50℃の条件で測定し、正接損失tanδを測定した。
評価については、比較例1の正接損失tanδを100としたときの指数値の逆数として表示し、指数値が大きいほど、正接損失tanδが小さく、低発熱性に優れることを示す。なお、低発熱性は、指数値が90以上で良好な低発熱性を有する合格ラインとする。
*2 ソルビタンモノエステル:ソルビタンモノステアレート、株式会社花王製、「レオドールAS−10V」、水酸基数3
*3 ソルビトール:東京化成工業株式会社製、「D−ソルビトール」、水酸基数6
*4 カーボンブラック:N234、三菱化学株式会社製、「DIABLACK N234」
*5 シリカ: 東ソーシリカ株式会社製、「NIPSIL AQ」
*6 老化防止剤、加硫促進剤及びその他成分の合計含有量
*7 シランカップリング剤:ビストリエトキシシリルプロピルポリスルフィド、信越化学株式会社製
Claims (15)
- 天然ゴムを含有するゴム成分と、直鎖状多価アルコールと、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物と、を含むことを特徴とする、ゴム組成物。
- 前記直鎖状多価アルコールが、3つ以上の水酸基を有することを特徴とする、請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記直鎖状多価アルコールの融点が160℃未満であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のゴム組成物。
- 前記直鎖状多価アルコールが、キシリトール、ソルビトール、マンニトール及びガラクチトールからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記直鎖状多価アルコールの含有量が、前記ゴム成分中の天然ゴム100質量部に対して、0.5〜6質量部であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物の含有量が、前記ゴム成分中の天然ゴム100質量部に対して、0.1〜6質量部であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、式(1)中のAのヒドロカルビル基部分の炭素数が12〜24であることを特徴とする、請求項7に記載のゴム組成物。
- 前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物の融点が、40〜100℃であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記ゴム成分中の天然ゴムの含有量が、70質量%以上であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- シリカを少なくとも含有する充填剤を、さらに含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記シリカの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して5〜100質量部であることを特徴とする、請求項11に記載のゴム組成物。
- 前記充填剤がカーボンブラックをさらに含有することを特徴とする、請求項11又は12に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載のゴム組成物を、トレッド部に用いたことを特徴とする、タイヤ。
- 前記タイヤは、建設車両用タイヤであることを特徴とする、請求項14に記載のタイヤ。
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