JP2022056653A

JP2022056653A - タイヤ用ゴム組成物及びタイヤ

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Publication number: JP2022056653A
Application number: JP2020164513A
Authority: JP
Inventors: 弥生赤堀; Yayoi Akabori
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP7553792B2

Abstract

【課題】Ｔ３０が適度な長さであり、且つ、加硫後に高い破断強度を示す、タイヤ用ゴム組成物、及び、上記タイヤ用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤを提供する。【解決手段】ジエン系ゴムと、カーボンブラックと、植物性球状タンパク質とを含有し、上記植物性球状タンパク質の含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．０１質量部以上０．５質量部未満である、タイヤ用ゴム組成物。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物及びタイヤに関する。

ゴム組成物を用いてタイヤを製造する場合、通常、ゴム組成物を加硫する。このとき、加硫が早く進み過ぎると加工し難くなるため、ゴム組成物に加硫遅延剤を配合して加硫の進み方を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００６－１１７７８１号公報

近年、化学物質管理促進法（ＰＲＴＲ法）によって、特許文献１の実施例で使用されている加硫遅延剤（Ｎ－（シクロヘキシルチオ）フタルイミド）（ＰＶＩ）を削減することが求められている。そのため、ＰＶＩの含有量が少なく（望ましくはＰＶＩを含有せず）、且つ、加硫の進み方が適度なタイヤ用ゴム組成物が求められている。また、タイヤ用ゴム組成物には、加硫後の機械的物性（特に破断強度）に優れることも当然求められている。
ここで、加硫の進み方は、例えば、ＪＩＳＫ６３００－２に準拠した最大トルクの３０％までの加硫時間（Ｔ３０）（分）によって評価することができる。Ｔ３０が短すぎると加工し難くなり、逆にＴ３０が長すぎると生産性が低下する。そのため、Ｔ３０は適度な長さであることが望ましい。

そこで、本発明は、上記実情を鑑みて、Ｔ３０が適度な長さであり、且つ、加硫後に高い破断強度を示す、タイヤ用ゴム組成物、及び、上記タイヤ用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、植物性球状タンパク質を少量配合することで上記課題が解決できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。

（１）ジエン系ゴムと、カーボンブラックと、植物性球状タンパク質とを含有し、
上記植物性球状タンパク質の含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．０１質量部以上０．５質量部未満である、タイヤ用ゴム組成物。
（２）上記植物性球状タンパク質が、ゼイン、グルテン又はソイプロテインである、上記（１）に記載のタイヤ用ゴム組成物。
（３）上記カーボンブラックの含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、２０～８０質量部である、上記（１）又は（２）に記載のタイヤ用ゴム組成物。
（４）上記（１）～（３）のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物を用いて製造された、タイヤ。

以下に示すように、本発明によれば、Ｔ３０が適度な長さであり、且つ、加硫後に高い破断強度を示す、タイヤ用ゴム組成物、及び、上記タイヤ用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤの実施態様の一例を表す部分断面概略図である。

以下に、本発明のタイヤ用ゴム組成物及び上記タイヤ用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤについて説明する。
なお、本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本発明のタイヤ用ゴム組成物が含有する各成分は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。ここで、各成分について２種以上を併用する場合、その成分について含有量とは、特段の断りが無い限り、合計の含有量を指す。
また、加硫後の破断強度を単に破断強度とも言う。また、Ｔ３０が適度な長さであること、又は、高い破断強度を示すことを、本発明の効果が優れるとも言う。

［タイヤ用ゴム組成物］
本発明のタイヤ用ゴム組成物（以下、単に「本発明の組成物」とも言う）は、
ジエン系ゴムと、カーボンブラックと、植物性球状タンパク質とを含有し、
上記植物性球状タンパク質の含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．０１質量部以上０．５質量部未満である、タイヤ用ゴム組成物、である。

本発明の組成物はこのような構成をとるため、上述した効果が得られるものと考えられる。その理由は明らかではないが、およそ以下のとおりと推測される。

上述のとおり、本発明の組成物は少量の植物性球状タンパク質を含有する。植物性球状タンパク質は、表面に存在するアミノ基の割合が高く、これが加硫時にラジカルをトラップし、加硫反応を遅延させるものと考えられる。一方、後述する実施例欄にも示すように、本発明者らの検討から、動物性のタンパク質や、植物性であるが繊維状のタンパク質の場合には、このような加硫反応の遅延が見られないことが分かっている。これは、これらのタンパク質は、表面に存在するアミノ基の割合が少ない、硫黄原子を含む官能基（加硫を促進）が多い、又は、ゴム成分との相溶性が低いためと考えられる。また、本発明では植物性球状タンパク質の含有量が少量であるため、加硫時間が遅延し過ぎることもない。結果として、本発明の組成物は、Ｔ３０が適度な長さになるものと考えられる。

〔ジエン系ゴム〕
本発明の組成物に含有されるジエン系ゴムは特に制限されず、その具体例としては、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、芳香族ビニル－共役ジエン共重合体ゴム、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｂｒ－ＩＩＲ、Ｃｌ－ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）などが挙げられる。上記芳香族ビニル－共役ジエン共重合体ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレンイソプレン共重合体ゴムなどが挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、天然ゴムが好ましい。

＜分子量＞
上記ジエン系ゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、１００，０００～５，０００，０００であることが好ましく、２００，０００～３，０００，０００であることがより好ましく、３００，０００～２，０００，０００であることがさらに好ましい。
なお、本明細書において重量平均分子量（Ｍｗ）及び数平均分子量（Ｍｎ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）測定により得られる標準ポリスチレン換算値である。

〔カーボンブラック〕
本発明の組成物に含有されるカーボンブラックは特に限定されず、例えば、ＳＡＦ－ＨＳ、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ－ＨＳ、ＩＳＡＦ、ＩＳＡＦ－ＬＳ、ＩＩＳＡＦ－ＨＳ、ＨＡＦ－ＨＳ、ＨＡＦ、ＨＡＦ－ＬＳ、ＦＥＦ等の各種グレードのものを使用することができる。
上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、５０～２００ｍ^２／ｇであることが好ましく、７０～１５０ｍ^２／ｇであることがより好ましい。
ここで、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、カーボンブラック表面への窒素吸着量をＪＩＳＫ６２１７－２：２００１「第２部：比表面積の求め方－窒素吸着法－単点法」にしたがって測定した値である。

上記カーボンブラックの含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して１～２００質量部であることが好ましく、２０～８０質量部であることがより好ましい。

〔植物性球状タンパク質〕
本発明の組成物に含有される植物性球状タンパク質は、植物性の球状タンパク質である。
ここで、球状タンパク質とは、球状または回転楕円体で近似される形状のタンパク質の総称である。
この様なタンパク質は、ポリペプチド鎖が折りたたまれて全体として球状になっていて、分子内部に疎水性アミノ酸側鎖が集まってできた疎水性領域（疎水性コア）を持つ傾向があり、親水性側鎖は分子表面にある傾向があって、球状の形状を保持している。また、水中でコロイド状に分散する傾向の強いタンパク質でもある。
球状タンパク質かどうかの判断は、例えば、（株）東京化学同人発行の生化学実験講座１・タンパク質の化学III・高次構造研究法のｐ．４２５乃至ｐ．４２８に記載されている様な、並進摩擦係数等による方法で判断すればよい。並進摩擦係数ｆと最小並進摩擦係数ｆｍｉｎとの比ｆ／ｆｍｉｎ＝１．１～１．３程度であれば球状タンパク質と判断される。

上記植物性球状タンパク質は、本発明の効果がより優れる理由から、ゼイン（とうもろこしタンパク質）、グルテン又はソイプロテイン（大豆タンパク質）であることが好ましく、グルテン又はソイプロテインであることがより好ましい。

本発明の組成物は、上記植物性球状タンパク質を天然由来物として含有するのでもよい。例えば、ゼインをとうもろこし（ゼインの含有量：約５質量％）として、グルテンを小麦（グルテンの含有量：約６～１５質量％）として、ソイプロテインを大豆やきな粉（ソイプロテインの含有量：約３５質量％）として含有するのでもよい。

＜含有量＞
本発明の組成物において、植物性球状タンパク質の含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．０１質量部以上０．５質量部未満である。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、０．１質量部以上であることが好ましく、０．２質量部超であることがより好ましく、０．３質量部以上であることがさらに好ましい。

本発明の組成物が後述する加硫剤を含有する場合、植物性球状タンパク質の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、加硫剤の含有量に対して、１～５０質量％であることが好ましく、５～３０質量％であることがより好ましく、１０～２０質量％であることがさらに好ましい。

本発明の組成物が後述する加硫促進剤を含有する場合、植物性球状タンパク質の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、加硫促進剤の含有量に対して、１～５０質量％であることが好ましく、５～４０質量％であることがより好ましく、１５～３０質量％であることがさらに好ましい。

〔任意成分〕
本発明の組成物は、必要に応じて、その効果や目的を損なわない範囲で上述した成分以外の成分（任意成分）を含有することができる。
そのような成分としては、例えば、シリカ、カーボンブラック及びシリカ以外の充填剤、シランカップリング剤、テルペン樹脂（好ましくは、芳香族変性テルペン樹脂）、熱膨張性マイクロカプセル、酸化亜鉛（亜鉛華）、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、加工助剤、プロセスオイル、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、加硫剤（例えば、硫黄）、加硫促進剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤などが挙げられる。

＜加硫剤＞
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、加硫剤（特に、硫黄）を含有するのが好ましい。
本発明の組成物において、上記加硫剤の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して、０．１～１０質量部であることが好ましく、１～５質量部であることがより好ましい。

＜加硫促進剤＞
本発明の組成物は、本発明の効果がより優れる理由から、加硫促進剤を含有するのが好ましい。
上記加硫促進剤は特に制限されないが、その具体例としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド－アミン系、アルデヒド－アンモニア系、イミダゾリン系、キサンテート系加硫促進剤などが挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記加硫促進剤は、スルフェンアミド系（例えば、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－２－ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）であることが好ましい。
本発明の組成物において、上記加硫促進剤の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して、０．１～１０質量部であることが好ましく、１～５質量部であることがより好ましい。
また、本発明の組成物において、上記加硫促進剤の含有量は、本発明の効果がより優れる理由から、上述した加硫剤の含有量に対して、２０～１００質量％であることが好ましく、４０～８０質量％であることがより好ましい。

［タイヤ］
本発明のタイヤは、上述した本発明の組成物を用いて製造されたタイヤである。本発明のタイヤは、空気入りタイヤであることが好ましく、空気、窒素等の不活性ガス及びその他の気体を充填することができる。
本発明のタイヤは、スタッドレスタイヤであることが好ましい。

図１に、本発明のタイヤの実施態様の一例を表すタイヤの部分断面概略図を示す。ただし、本発明のタイヤは図１に示す態様に限定されるものではない。

図１において、符号１はビード部を表し、符号２はサイドウォール部を表し、符号３はタイヤトレッド部を表す。
また、左右一対のビード部１間においては、繊維コードが埋設されたカーカス層４が装架されており、このカーカス層４の端部はビードコア５及びビードフィラー６の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。
また、タイヤトレッド部３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。
また、ビード部１においては、リムに接する部分にリムクッション８が配置されている。
なお、符号２～３、５～６及び８の少なくともいずれかは上述した本発明の組成物により形成されている。

本発明のタイヤは、例えば、従来公知の方法に従って製造することができる。また、タイヤに充填する気体としては、通常のまたは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いることができる。

以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔タイヤ用ゴム組成物の調製〕
下記表１に示す成分を、同表に示す割合（質量部）で配合した。
具体的には、まず、下記表１に示す成分のうち硫黄及び加硫促進剤を除く成分を、１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーを用いて１４０℃付近に温度を上げてから、５分間混合した後に放出し、室温まで冷却してマスターバッチを得た。さらに、上記バンバリーミキサーを用いて、得られたマスターバッチに硫黄及び加硫促進剤を混合し、タイヤ用ゴム組成物を得た。

〔評価〕
得られたタイヤ用ゴム組成物について以下の評価を行った。

＜Ｔ３０＞
得られたタイヤ用ゴム組成物について、ＪＩＳＫ６３００－２に準拠して最大トルクの３０％までの加硫時間（Ｔ３０）（分）を測定した。
結果を表１に示す。Ｔ３０は、実用上、２．５～１０．０分であることが好ましく、３．０～９．０分であることがより好ましく、４．０～８．０分であることがさらに好ましい。

＜破断強度＞
得られたタイヤ用ゴム組成物を、金型（１５ｃｍ×１５ｃｍ×０．２ｃｍ）中、１６０℃で１５分間プレス加硫して、加硫ゴムシートを作製した。次いで、得られた加硫ゴムシートについて、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に準拠し、ＪＩＳ３号ダンベル型試験片（厚さ２ｍｍ）を打ち抜き、温度２０℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で破断強度を評価した。
結果を表１に示す。結果は、比較例１を１００とする指数で表した。実用上、９５以上であることが好ましい。

表１中、各成分の詳細は以下のとおりである。
・ＮＲ：ＴＳＲ２０（天然ゴム、ガラス転移温度：－６２℃）
・カーボンブラック：ショウブラックＮ３３９（キャボットジャパン社製）
・ステアリン酸：ビーズステアリン酸（日油社製）
・亜鉛華：酸化亜鉛３種（正同化学工業社社製）
・硫黄：金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５．２４質量％、鶴見化学工業社製）
・加硫促進剤：サンセラーＮＳ－Ｐ（大内新興化学工業社製）（Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－２－ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
・加硫遅延剤：Ｎ－（シクロヘキシルチオ）フタルイミド（ＰＶＩ）
・植物性球状タンパク質１：グルテン
・植物性球状タンパク質２：ソイプロテイン（大豆タンパク質）
・動物性タンパク質：カゼイン
・植物性繊維状タンパク質：ココナッツ繊維（植物性の繊維状タンパク質）

表１から分かるように、植物性球状タンパク質を含有する実施例１～３は、Ｔ３０が適度な長さであり、且つ、高い破断強度を示した。
実施例１～２の対比（植物性球状タンパク質としてグルテンを含有する態様同士の対比）から、植物性球状タンパク質の含有量がジエン系ゴム１００質量部に対して０．２質量部超である実施例２は、Ｔ３０がより適度な長さであり、且つ、より高い破断強度を示した。

一方、植物性球状タンパク質を含有しない比較例１は、Ｔ３０が短かった。また、植物性球状タンパク質を含有するがその含有量がジエン系ゴム１００質量部に対して０．５質量部以上である比較例３～４は、Ｔ３０が長く、適度な長さと言えず、また、破断強度が低かった。また、植物性球状タンパク質の代わりに動物性タンパク質を含有する比較例５、及び、植物性球状タンパク質の代わりに植物性の繊維状タンパク質を含有する比較例６は、Ｔ３０が短く、また、破断強度が低かった。

１ビード部
２サイドウォール部
３タイヤトレッド部
４カーカス層
５ビードコア
６ビードフィラー
７ベルト層
８リムクッション

Claims

ジエン系ゴムと、カーボンブラックと、植物性球状タンパク質とを含有し、
前記植物性球状タンパク質の含有量が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．０１質量部以上０．５質量部未満である、タイヤ用ゴム組成物。
前記植物性球状タンパク質が、ゼイン、グルテン又はソイプロテインである、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記カーボンブラックの含有量が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して、２０～８０質量部である、請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
請求項１～３のいずれか１項に記載のタイヤ用ゴム組成物を用いて製造された、タイヤ。