JP2562338B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents
タイヤ用ゴム組成物Info
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- JP2562338B2 JP2562338B2 JP62303698A JP30369887A JP2562338B2 JP 2562338 B2 JP2562338 B2 JP 2562338B2 JP 62303698 A JP62303698 A JP 62303698A JP 30369887 A JP30369887 A JP 30369887A JP 2562338 B2 JP2562338 B2 JP 2562338B2
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- Japan
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- rubber
- rubber composition
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、自動車用タイヤ（乗用車用タイヤ、バス・
トラック用タイヤ等）のトレッド部、サイドトレッド
部、ベーストレッド部等のゴム質として利用し得る発熱
性と耐摩耗性とを改良したタイヤ用ゴム組成物に関す
る。
トラック用タイヤ等）のトレッド部、サイドトレッド
部、ベーストレッド部等のゴム質として利用し得る発熱
性と耐摩耗性とを改良したタイヤ用ゴム組成物に関す
る。
従来、タイヤ用ゴム組成物の耐摩耗性を改善する方法
として、粒子径の小さい、比表面積の大きいカーボン
ブラックを使用したり、カーボンブラック配合量を多
くしたりする方法がとられている。しかしながら、用い
るカーボンブラックの粒子径が小さくなるかカーボンブ
ラック配合量を多くすると、通常、ゴム組成物中でのカ
ーボンブラックの分散が悪くなったり、カーボンブラッ
ク充填ゴム組成物の動的特性、特に発熱性を増大させ、
ヒステリシスロスに基づく配合ゴムの劣化促進をうなが
し、性能低下をもたらす。
として、粒子径の小さい、比表面積の大きいカーボン
ブラックを使用したり、カーボンブラック配合量を多
くしたりする方法がとられている。しかしながら、用い
るカーボンブラックの粒子径が小さくなるかカーボンブ
ラック配合量を多くすると、通常、ゴム組成物中でのカ
ーボンブラックの分散が悪くなったり、カーボンブラッ
ク充填ゴム組成物の動的特性、特に発熱性を増大させ、
ヒステリシスロスに基づく配合ゴムの劣化促進をうなが
し、性能低下をもたらす。
また、カーボンブラック充填ゴム組成物の動的特性に
対して、カーボンブラックの粒子径（比表面積）以外に
いわゆる凝集体の大きさ（アグリゲートサイズ）及びそ
の分布が大きな影響を与えることも近年明らかになって
きた（特開昭59−86636号公報、特開昭59−86641号公
報）。しかし、カーボンブラックの最多頻度モード径
（Dst）が大きければ発熱体の低いゴム組成物を与える
一方で耐摩耗性の低下をきたし、このため動的特性と耐
摩耗性とを兼備することはアグリゲートサイズ、分布の
制御のみでは殆んど不可能であった。
対して、カーボンブラックの粒子径（比表面積）以外に
いわゆる凝集体の大きさ（アグリゲートサイズ）及びそ
の分布が大きな影響を与えることも近年明らかになって
きた（特開昭59−86636号公報、特開昭59−86641号公
報）。しかし、カーボンブラックの最多頻度モード径
（Dst）が大きければ発熱体の低いゴム組成物を与える
一方で耐摩耗性の低下をきたし、このため動的特性と耐
摩耗性とを兼備することはアグリゲートサイズ、分布の
制御のみでは殆んど不可能であった。
本発明者らは、タイヤ用ゴム組成物の耐摩耗性を向上
させる目的で耐摩耗性とカーボンブラックの物理的諸特
性との関連について種々研究を重ねた結果、カーボンブ
ラックの発生水素量と凝集体のストークスモード径が特
定な関係にある場合に、発熱性を低位に保持しながら飛
躍的に耐摩耗性の向上が図られることを発見し、本発明
に達するに至った。
させる目的で耐摩耗性とカーボンブラックの物理的諸特
性との関連について種々研究を重ねた結果、カーボンブ
ラックの発生水素量と凝集体のストークスモード径が特
定な関係にある場合に、発熱性を低位に保持しながら飛
躍的に耐摩耗性の向上が図られることを発見し、本発明
に達するに至った。
したがって、本発明は、低発熱性を有すると共に耐摩
耗性に優れたタイヤ用ゴム組成物を提供することを目的
とする。
耗性に優れたタイヤ用ゴム組成物を提供することを目的
とする。
このため、本発明は、窒素吸着比表面積（N2SA）100
〜200m2/g、24M4DBP吸油量90〜120ml/100gの特性領域に
あって、かつ1300℃でカーボンブラック1g当りに発生す
る水素量（H2）がmgで表わして遠心沈降法による凝集体
分布の最多頻度モード径（Dst mμ）と下記式の関係を
有するカーボンブラックを、ゴム100重量部に対して20
〜100重量部配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴ
ム組成物を要旨とするものである。
〜200m2/g、24M4DBP吸油量90〜120ml/100gの特性領域に
あって、かつ1300℃でカーボンブラック1g当りに発生す
る水素量（H2）がmgで表わして遠心沈降法による凝集体
分布の最多頻度モード径（Dst mμ）と下記式の関係を
有するカーボンブラックを、ゴム100重量部に対して20
〜100重量部配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴ
ム組成物を要旨とするものである。
H2≧3.74−0.02（Dst）（mg/g） 以下、本発明の構成につき詳しく説明する。
（１） カーボンブラック。
ここで用いるカーボンブラックは、窒素吸着比表面
積（N2SA）が100〜200m2/gであり、24M4DBP吸油量90
〜120ml/100gであって、1300℃でカーボンブラック中
から発生する水素量が、カーボンブラック1g当りに換算
した量をmgで表わした場合、凝集体分布の最多頻度モー
ド径Dstとの関係で3.74−0.02（Dst）式により算出され
る値以上であること。
積（N2SA）が100〜200m2/gであり、24M4DBP吸油量90
〜120ml/100gであって、1300℃でカーボンブラック中
から発生する水素量が、カーボンブラック1g当りに換算
した量をmgで表わした場合、凝集体分布の最多頻度モー
ド径Dstとの関係で3.74−0.02（Dst）式により算出され
る値以上であること。
カーボンブラックから発生する水素は、粒子径やスト
ラクチャーとは異なる別個の特性要素で、カーボンブラ
ック表面とゴムとの吸着を引き起こす活性点としての役
割を果たすものとみられる。カーボンブラックは、高温
気流中での原料炭化水素油の熱分解、脱水素重縮合を経
て、溶融凝集化から炭化のプロセスで生成される。この
場合、脱水素重縮合後の残存水素量を多くすることによ
り発生水素量を増加させることができることから、発生
水素量の多いカーボンブラックは炭素微結晶構造の形成
が不十分な状態にあり、構成する粒子表面が化学的活性
ラジラルに富む状態を示している。したがって、カーボ
ンブラックから発生する水素量の多少はカーボンブラッ
クの生成過程における反応時間、反応温度と密接に関係
している。その結果、カーボンブラック凝集体の最多頻
度モード径（Dst）と相関する関係にある。本発明で
は、カーボンブラックからの発生水素量を3.74−0.02
（Dst）式により算出される値以上に設定することによ
り、表面活性度が高い独特の表面性状の付与が可能とな
る。ここで、最多頻度モード径（Dst）とは、第１図に
示されるように、凝集体分布のピークにおける凝集体モ
ード径をいう。
ラクチャーとは異なる別個の特性要素で、カーボンブラ
ック表面とゴムとの吸着を引き起こす活性点としての役
割を果たすものとみられる。カーボンブラックは、高温
気流中での原料炭化水素油の熱分解、脱水素重縮合を経
て、溶融凝集化から炭化のプロセスで生成される。この
場合、脱水素重縮合後の残存水素量を多くすることによ
り発生水素量を増加させることができることから、発生
水素量の多いカーボンブラックは炭素微結晶構造の形成
が不十分な状態にあり、構成する粒子表面が化学的活性
ラジラルに富む状態を示している。したがって、カーボ
ンブラックから発生する水素量の多少はカーボンブラッ
クの生成過程における反応時間、反応温度と密接に関係
している。その結果、カーボンブラック凝集体の最多頻
度モード径（Dst）と相関する関係にある。本発明で
は、カーボンブラックからの発生水素量を3.74−0.02
（Dst）式により算出される値以上に設定することによ
り、表面活性度が高い独特の表面性状の付与が可能とな
る。ここで、最多頻度モード径（Dst）とは、第１図に
示されるように、凝集体分布のピークにおける凝集体モ
ード径をいう。
上記のようにカーボンブラックの発生水素量を特定す
ることによりポリマー成分との界面反応が十分に進行
し、発熱の増加を伴わずに耐摩耗性の飛躍的向上がはか
られる。つまり、カーボンブラック凝集体の最多頻度モ
ード径（Dst）が同一の場合は、相対的に高い耐摩耗性
を付与することが可能となる。これらの効果は、タイヤ
のキャップトレッド用等の優れた耐摩耗性の要求される
ゴム組成物において著しく、特に窒素吸着比表面積が10
0〜200m2/gのカーボンブラックに適用した場合に実用的
効果が大きい。
ることによりポリマー成分との界面反応が十分に進行
し、発熱の増加を伴わずに耐摩耗性の飛躍的向上がはか
られる。つまり、カーボンブラック凝集体の最多頻度モ
ード径（Dst）が同一の場合は、相対的に高い耐摩耗性
を付与することが可能となる。これらの効果は、タイヤ
のキャップトレッド用等の優れた耐摩耗性の要求される
ゴム組成物において著しく、特に窒素吸着比表面積が10
0〜200m2/gのカーボンブラックに適用した場合に実用的
効果が大きい。
本発明のカーボンブラックにおいて、窒素吸収比表面
積が100m2/g未満の場合には耐摩耗性が低くなり、200m2
/gを越すと耐発熱性、加工性の大幅な低下が起って実用
的でない また、24M4DBP吸油量を90〜120ml/100gとする理由
は、90ml/100g未満では耐摩耗性が十分でなく、一方、1
20ml/100g超では配合ゴムの弾性率が上昇し、例えば、
トレッド部などに用いた場合には耐チッピング性が低下
するからである。したがって、耐発熱性の低下を招かな
いで耐摩耗性の向上をもたらすゴム組成物を得るには、
上記〜を同時に満足するカーボブラック特性が必要
であり、いずれか１つでも満たされない場合には両特性
を兼備することはできない。
積が100m2/g未満の場合には耐摩耗性が低くなり、200m2
/gを越すと耐発熱性、加工性の大幅な低下が起って実用
的でない また、24M4DBP吸油量を90〜120ml/100gとする理由
は、90ml/100g未満では耐摩耗性が十分でなく、一方、1
20ml/100g超では配合ゴムの弾性率が上昇し、例えば、
トレッド部などに用いた場合には耐チッピング性が低下
するからである。したがって、耐発熱性の低下を招かな
いで耐摩耗性の向上をもたらすゴム組成物を得るには、
上記〜を同時に満足するカーボブラック特性が必要
であり、いずれか１つでも満たされない場合には両特性
を兼備することはできない。
（２） ゴム。
ゴムとしては、例えば、天然ゴム、スチレン−ブタジ
エン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、合成ポリイソ
プレンゴム、ブチルゴムなどのタイヤ用ゴムとして通常
用いられる各種のゴムを単独あるいはブレンドして用い
ることができる。
エン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、合成ポリイソ
プレンゴム、ブチルゴムなどのタイヤ用ゴムとして通常
用いられる各種のゴムを単独あるいはブレンドして用い
ることができる。
上記カーボンブラックの配合割合は、ゴム100重量部
に対して20重量部未満では目的とする高補強性のゴム組
成物が得られず、一方、100重量部超では耐発熱性の大
幅な低下が起って配合ゴムの劣化促進をうながし性能低
下を引き起こす。
に対して20重量部未満では目的とする高補強性のゴム組
成物が得られず、一方、100重量部超では耐発熱性の大
幅な低下が起って配合ゴムの劣化促進をうながし性能低
下を引き起こす。
本発明のゴム組成物は、カーボンブラックの他に必要
に応じて、例えば、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、加硫
促進助剤、老化防止剤、粘着付与剤、軟化剤、充填剤等
を含有してもよい。
に応じて、例えば、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、加硫
促進助剤、老化防止剤、粘着付与剤、軟化剤、充填剤等
を含有してもよい。
以下に実施例および比較例を示す。
実施例、比較例 第１表に示される配合内容（重量部、カーボンブラッ
ク以外の成分は全て（共通）で種々のゴム組成物（実施
例１〜４、比較例１〜６）を作製した。
ク以外の成分は全て（共通）で種々のゴム組成物（実施
例１〜４、比較例１〜６）を作製した。
この場合に用いるそれぞれのカーボンブラック特性を
第１表に示す。なお、その特性値は下記の測定方法
（１）〜（４）によるものである。
第１表に示す。なお、その特性値は下記の測定方法
（１）〜（４）によるものである。
（１） 窒素吸着比表面積（N2SA）。
ASTM−D3037（1984年）“Standard Methods of Testi
ng Carbon Black−Surface Areaby Nitroqen Adsorptio
n"Mothod.Cによる。
ng Carbon Black−Surface Areaby Nitroqen Adsorptio
n"Mothod.Cによる。
（２） 24M4DBP吸油量。
ASTM−D3493（1984年）による。
（３） 発生水素量。
カーボンブラックを次に示す条件で、1300℃で発生す
る水素量をカーボンブラック1gあたりに換算したmg数で
表わしたものである。測定は、まず、カーボンブラック
の10mgを高温熱分解装置（ソリッド・パイロライザー）
を用いて1300℃で120秒（20秒×６回）熱分解させ、接
続したガスクロマトグラフィー（島津GC−9A）に発生ガ
スを導入する。この際、キャリアガスとして窒素ガスを
一定流量（30ml/分）で流入させる。
る水素量をカーボンブラック1gあたりに換算したmg数で
表わしたものである。測定は、まず、カーボンブラック
の10mgを高温熱分解装置（ソリッド・パイロライザー）
を用いて1300℃で120秒（20秒×６回）熱分解させ、接
続したガスクロマトグラフィー（島津GC−9A）に発生ガ
スを導入する。この際、キャリアガスとして窒素ガスを
一定流量（30ml/分）で流入させる。
ガスクロマトグラフィーの分析方法はTCD方式を用
い、条件は次の通りである。
い、条件は次の通りである。
カラム：モレキュラシーブ、5A、3mφ×3m 試料注入部温度:100℃ カラム温度:40℃ キャリアーガス：窒素ガス、30ml/分 発生水素量の定量はあらかじめ所定量（1ccの水素ガ
スに空気を混合して１とし、そのうちの1ccを使用）
の水素量の面積−重量（mg）を求めておき、面積法によ
って求めた。
スに空気を混合して１とし、そのうちの1ccを使用）
の水素量の面積−重量（mg）を求めておき、面積法によ
って求めた。
（４） カーボンブラック凝集体の最多頻度モード径
（Dst）。
（Dst）。
ジョイス・レーブル社製ディスク・セントリフュージ
を使用し、遠心沈降法により次の方法で測定を行った。
を使用し、遠心沈降法により次の方法で測定を行った。
すなわち、JIS K 6221（1982）５法により乾燥して精
秤したカーボンブラックを、エタノール20％水溶液に加
え、カーボンブラック濃度を0.005重量％にした後、超
音波で十分に分散させて試料とした。一方、ディスク・
セントフリュージの回転速度を8000rpmに設定し、スピ
ン液（蒸溜水）10mlをこのディスク・セントリフュージ
に加えたのちに0.5mlのバッファー液（20容量％エタノ
ール水溶液）を注入した。ついで、これを試料溶液0.5
〜1.0mlを注射器で加え、遠心沈降を開始させ、光電沈
降法により第１図に示すような凝集体分布曲線を作成し
た。この曲線からDstを求めた。
秤したカーボンブラックを、エタノール20％水溶液に加
え、カーボンブラック濃度を0.005重量％にした後、超
音波で十分に分散させて試料とした。一方、ディスク・
セントフリュージの回転速度を8000rpmに設定し、スピ
ン液（蒸溜水）10mlをこのディスク・セントリフュージ
に加えたのちに0.5mlのバッファー液（20容量％エタノ
ール水溶液）を注入した。ついで、これを試料溶液0.5
〜1.0mlを注射器で加え、遠心沈降を開始させ、光電沈
降法により第１図に示すような凝集体分布曲線を作成し
た。この曲線からDstを求めた。
第１表にゴム組成物の加硫物性を示す。この加硫物性
は、各種カーボンブラックを配合したゴム組成物を混練
し、148℃で30分間プレス加硫して得られた加硫物につ
いて、粘弾性特性、ランボーン摩耗を評価した結果を記
したものである。
は、各種カーボンブラックを配合したゴム組成物を混練
し、148℃で30分間プレス加硫して得られた加硫物につ
いて、粘弾性特性、ランボーン摩耗を評価した結果を記
したものである。
発熱性の代替指標であるtanδについては、粘弾性ス
ペクトロメーター（岩本製作所（株）製）を用いて温度
100℃、歪率10±２％、周波数20Hzで測定した値を用い
た。配合１を100として指数で示した。値が小さい程良
好である。
ペクトロメーター（岩本製作所（株）製）を用いて温度
100℃、歪率10±２％、周波数20Hzで測定した値を用い
た。配合１を100として指数で示した。値が小さい程良
好である。
ランボーン摩耗については、ランボーン式摩耗試験機
により試験片円板と研磨円板とを角度をつけずに接触回
転させ、このとき試験片との間にスリップを生じさせ、
単位時間当りの試験片の摩耗量を測定する。（配合１の
摩耗量）×100÷（試料の摩耗量）で表示。値が大きい
ほど良好。
により試験片円板と研磨円板とを角度をつけずに接触回
転させ、このとき試験片との間にスリップを生じさせ、
単位時間当りの試験片の摩耗量を測定する。（配合１の
摩耗量）×100÷（試料の摩耗量）で表示。値が大きい
ほど良好。
表１から、本発明に係るゴム組成物（実施例１〜４）
は、同水準の窒素吸着比表面積（N2SA）レベルでは、従
来品種のSAF（N110、N121）、ISAF（N220）級カードカ
ーボンブラックを配合したゴム組成物（比較例１〜３）
以上の耐摩耗性を有しながら、発熱性の代替指標である
tanδを低いレベルに保有することがわかる。
は、同水準の窒素吸着比表面積（N2SA）レベルでは、従
来品種のSAF（N110、N121）、ISAF（N220）級カードカ
ーボンブラックを配合したゴム組成物（比較例１〜３）
以上の耐摩耗性を有しながら、発熱性の代替指標である
tanδを低いレベルに保有することがわかる。
比較例５は、24M4DBPが本発明カーボンブラックの範
囲外のものであり、tanδが本発明カーボンブラックに
比べて高く、発熱性が劣ることがわかる。比較例６は発
生水素量が本発明カーボンブラックの範囲外であり、実
施例１への本発明カーボンブラックに比べて、発熱性、
耐摩耗性がいずれも劣っていることがわかる。
囲外のものであり、tanδが本発明カーボンブラックに
比べて高く、発熱性が劣ることがわかる。比較例６は発
生水素量が本発明カーボンブラックの範囲外であり、実
施例１への本発明カーボンブラックに比べて、発熱性、
耐摩耗性がいずれも劣っていることがわかる。
表１の（ ）内の数値は、ほぼ同じ窒素吸着比表面積
である比較例２、実施例3,4を比較するため、比較例２
のtanδ指数、耐摩耗性指数を100としたときの実施例3,
4それぞれの指数をあらわしたものである。実施例3,4
は、比較例２に比べて発熱性、耐摩耗性が優れているこ
とがわかる。
である比較例２、実施例3,4を比較するため、比較例２
のtanδ指数、耐摩耗性指数を100としたときの実施例3,
4それぞれの指数をあらわしたものである。実施例3,4
は、比較例２に比べて発熱性、耐摩耗性が優れているこ
とがわかる。
第２図にカーボンブラックの発生水素量（H2）と最多
頻度モード径（Dst）との関係を示す。第２図中の番号
は、表１における配合番号を示す。第２図から、本発明
に係るカーボンブラックは、H2＝3.74−0.02×Dstの線
よりも上に位置することがわかる（配合7,6,8,3、すな
わち実施例１〜４）。
頻度モード径（Dst）との関係を示す。第２図中の番号
は、表１における配合番号を示す。第２図から、本発明
に係るカーボンブラックは、H2＝3.74−0.02×Dstの線
よりも上に位置することがわかる（配合7,6,8,3、すな
わち実施例１〜４）。
以上、説明したように本発明によれば、特定のカーボ
ンブラックをゴムに特定量配合することにより、発熱性
を低位に保持しながら、耐摩耗性の優れたゴム組成物を
得ることができる。このゴム組成物は、特に大型車両用
タイヤ、乗用車用タイヤのトレッドとして用いて効果が
極めて大である。
ンブラックをゴムに特定量配合することにより、発熱性
を低位に保持しながら、耐摩耗性の優れたゴム組成物を
得ることができる。このゴム組成物は、特に大型車両用
タイヤ、乗用車用タイヤのトレッドとして用いて効果が
極めて大である。
第１図はカーボンブラックの凝集体分布と最多頻度モー
ド径（Dst）の関係図である。 第２図は本発明に係るカーボンブラックのトレッドを示
すために図示した発生水素量（H2）と最多頻度モード径
（Dst）との関係図である。
ド径（Dst）の関係図である。 第２図は本発明に係るカーボンブラックのトレッドを示
すために図示した発生水素量（H2）と最多頻度モード径
（Dst）との関係図である。
Claims (1)
- 【請求項１】窒素吸着比表面積（N2SA）100〜200m2/g、
24M4DBP吸油量90〜120ml/100gの特性領域にあって、か
つ1300℃でカーボンブラック1g当りに発生する水素量
（H2）がmgで表わして、遠心沈降法による凝集体分布の
最多頻度モード径（Dst mμ）と下記式の関係を有する
カーボンブラックを、ゴム100重量部に対して20〜100重
量部配合してなることを特徴とするタイヤ用ゴム組成
物。 H2≧3.74−0.02（Dst）（mg/g）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303698A JP2562338B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | タイヤ用ゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303698A JP2562338B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | タイヤ用ゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144434A JPH01144434A (ja) | 1989-06-06 |
| JP2562338B2 true JP2562338B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=17924167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62303698A Expired - Lifetime JP2562338B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | タイヤ用ゴム組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2562338B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005220150A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Showa Cabot Kk | 耐摩耗性にすぐれたカーボンブラック |
| JP4673005B2 (ja) * | 2004-06-08 | 2011-04-20 | キャボットジャパン株式会社 | 半導電性組成物 |
| JP6383602B2 (ja) * | 2014-08-11 | 2018-08-29 | 株式会社ブリヂストン | ゴム組成物、架橋ゴム組成物及びタイヤ |
| JP6620009B2 (ja) * | 2015-12-22 | 2019-12-11 | 株式会社ブリヂストン | ゴム組成物及びタイヤ |
| JP6897206B2 (ja) * | 2017-03-23 | 2021-06-30 | 横浜ゴム株式会社 | 重荷重用空気入りタイヤ |
-
1987
- 1987-12-01 JP JP62303698A patent/JP2562338B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01144434A (ja) | 1989-06-06 |
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