JP3948817B2

JP3948817B2 - Rubber composition for tire tread

Info

Publication number: JP3948817B2
Application number: JP07985498A
Authority: JP
Inventors: 也寸志菊地; 亨中村; 宏之斎藤; 克己林田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: JPH10330542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤトレッド用ゴム組成物に関し、更に詳しくは耐発熱性、加工性及び耐摩耗性のバランスが著しく改良されたタイヤトレッド、特にトラックやバスなどの大型タイヤのトレッド用として好適なタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやバスなどの大型タイヤのトレッド用ゴム組成物では耐摩耗性を向上させるためにＩＳＡＦ〜ＳＡＦ級の小粒径カーボンブラックを配合したタイヤトレッド用ゴム組成物が多く使用されている。
【０００３】
しかしながら、これらのカーボンブラックを配合したゴム組成物には耐摩耗性及び加工性が悪化するという問題があり、これを解決するために、カーボンブラックの小粒径化、表面活性の向上、アグリゲード形状などを規定したカーボンブラックを含むタイヤトレッド用ゴム組成物が数多く提案されている（例えば、特開昭６４−７４２４２号公報、特開昭６３−２６４６４７号公報、特開平３−１２１１６５号公報、特開平２−７７４４５号公報、特開平２−１４０２４４号公報及び特開平２−２８６７２７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した提案に従ったカーボンブラックでも、耐摩耗性、耐発熱性及び加工性の改良は十分とはいえなかった。
従って、本発明者らは耐摩耗性の改良に重点をおき乍ら、耐発熱性及び加工性も考慮し、下記のようなカーボンブラック特性の最適化を図ることを試みた。その結果、耐摩耗性のためには粒径が一般ＳＡＦ級で、ΔＤｓｔがシャープでしかもＴｉｎｔの高いカーボンブラックが好ましく、また耐発熱性のためには表面活性、特にトルエン着色透過度（Ｔ％）で最適化をはかり、また加工性のためには、カーボンブラックを低ストラクチャー化、かつ、Ｔ％及びＮ₂ＳＡ／ＩＡ比の最適化をはかることにより所望のカーボンブラックが得られることを認めた。
【０００５】
従って、本発明は、耐発熱性、加工性及び耐摩耗性のバランスに優れたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、ジエン系ゴム１００重量部に、窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２０〜１５０ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰが９５〜１１０ml／１００ｇ、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡが０．９５〜１．０５、ΔＤｓｔが７０nm未満、Ｔｉｎｔが１３０超でトルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％以上８０％未満のカーボンブラック３５〜６０重量部を配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成及び作用効果について詳しく説明する。
本発明において使用するジエン系ゴムとしては、従来からタイヤトレッド用ゴム組成物に一般的に配合されている任意のジエン系ゴム、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、各種ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）などをあげることができる。これらのジエン系ゴムは単独又は任意のブレンドとして使用することができるが、天然ゴムを全ジエン系ゴム１００重量部当り６０重量部以上含むのが好ましい。なお、これらのジエン系ゴムは、少量成分としてエチレン−プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）及びブチルゴム（ＩＩＲ）などとブレンドして使用することもできる。
【０００８】
本発明において使用されるカーボンブラックは、前記したゴム組成物の所望の特性を考慮して、Ｎ₂ＳＡが１２０〜１５０ｍ²／ｇ、好ましくは１３０〜１４５ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰが９５〜１１０ml／１００ｇ、好ましくは９８〜１０６ml／１００ｇ、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡが０．９５〜１．０５、ΔＤｓｔが７０nm未満、好ましくは５０〜６５nm、Ｔｉｎｔが１３０超、好ましくは１３５以上でトルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％以上８０％未満であることを要する。
【０００９】
カーボンブラックのＮ₂ＳＡが１２０ｍ²／ｇ未満では耐摩耗性の向上が十分でないため好ましくなく、逆に１５０ｍ²／ｇを超えると発熱が高くなりすぎるので好ましくない。また、加工性も悪化する。２４Ｍ４ＤＢＰが９５ml／１００ｇ未満では十分な耐摩耗性が得られず、混合の加工性（カーボンブラックの取込み）も悪いため好ましくない。逆に１１０ml／１００ｇを超えると摩耗・発熱の物性は向上するが、粘度が高くなりすぎるため加工性の点で好ましくない。カーボンブラックのＮ₂ＳＡ／ＩＡ比が０．９５未満では、カーボンブラック表面の活性が低いために発熱が高くなるので好ましくない。逆に１．０５を超えると低発熱には有効であるが、カーボンブラックの取込みが著しく悪化するため実用上加工が困難となる。またΔＤｓｔが７０nm以上では十分な耐摩耗性が得られないので好ましくなく、またＴｉｎｔが１３０以下でも耐摩耗性が十分でないため好ましくない。更にトルエン着色透過度（Ｔ％）が７０％未満では発熱が低くなるものの、カーボンブラックの取込みが悪化するため混合加工性上好ましくなく、逆に８０％以上では発熱が高くなりすぎるため好ましくない。
【００１０】
本発明に従えば、上記特性のカーボンブラックはジエン系ゴム１００重量部当り３５〜６０重量部、好ましくは４５〜５７重量部配合する。このカーボンブラックの配合量が少な過ぎると耐摩耗性の向上が不十分であり好ましくなく、逆に多過ぎると耐摩耗性は向上するが、発熱が大きくなりすぎるためタイヤの耐久性低下をまねき好ましくない。
【００１１】
本発明において使用するカーボンブラックは、現在、ゴム用カーボンブラックの主流になっているオイルファーネス法により製造され、特定のＮ₂ＳＡ，ΔＤｓｔ，Ｔｉｎｔ，トルエン着色透過度（Ｔ％）等の特性に応じては、原料油を均一にかつ微細に噴霧する反応炉や表面活性を調整する製造条件等を適宜制御する。
【００１２】
本発明に係るゴム組成物は一般的な方法に従ってジエン系ゴムとカーボンブラックとを配合することによって製造することができる。なお、本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物には、更に、硫黄、加硫促進剤、老化防止剤、充填剤、軟化剤、可塑剤などのタイヤトレッド用その他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る。本発明のゴム組成物は一般的な方法で加硫し、タイヤトレッドとすることができる。例えば硫黄の配合量はゴム成分１００重量部当り０．８重量部以上、好ましくは１．０〜３．０重量部とすることが好ましく、また加硫条件も従来通りである。
【００１３】
【実施例】
以下、標準例、実施例及び比較例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことは言うまでもない。
【００１４】
標準例１、実施例１〜２及び比較例１〜６
表Ｉに示す配合において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉型ミキサーで４分間混練した後この混合物に加硫促進剤と硫黄を８インチのオープンロールで４分間混練し、ゴム組成物を得た。
【００１５】
【表１】

【００１６】
なお、カーボンブラックを除く配合は標準例１、実施例１〜２及び比較例１〜６はすべて共通でカーボンブラックの種類のみ表IIに示すように変化させた。なお、カーボンブラックの特性は以下の通りにして測定した。
【００１７】
カーボンブラック特性の分析方法
Ｎ₂ＳＡ（ｍ²／ｇ）：ＡＳＴＭＤ３０３７−８６の方法に準拠
Ｉ．Ａ．（ヨウ素吸着量（mg／ｇ））、着色力（Ｔｉｎｔ）、トルエン着色透過度（Ｔ％）：ＪＩＳＫ６２２１−１９８２に準拠
２４Ｍ４ＤＢＰ（ml／１００ｇ）：ＡＳＴＭＤ３４９３に準拠
ΔＤｓｔ（nm）：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。
すなわち、ＪＩＳＫ６２２１（１９８２）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、ディスクセントリフ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のバッファ一液（２０容量％エタノール水溶液）を注入した。ついで、これに試料溶液０．５〜１．０mlを注射器で加え、遠心沈降を開始させ、光電沈降法により凝集体分布曲線を作成し、その曲線の最多頻度の１／２のときの凝集体の分布値を半値幅ΔＤｓｔとした。
【００１８】
使用したカーボンブラック
標準例１：Ｎ１１０（ダイアブラックＡ（三菱化学製））
実施例１：本発明試作品
実施例２：本発明試作品
比較例１：Ｎ２２０（ショウブラックＮ２２０（昭和キャボット製））
比較例２：Ｎ３３９（シーストＫＨ（東海カーボン製））
比較例３：ＩＳＡＦ（試作品）
比較例４：ＳＡＦ（試作品）
比較例５：ＳＡＦ（試作品）
比較例６：ＩＳＡＦ（試作品）
【００１９】
次に、このゴム組成物を１５０℃で３０分間プレス加硫して目的とする試験片を調製し、以下の加硫物性を評価した。結果を表IIに示す。
【００２０】
１）耐発熱性：岩本製作所製、粘弾性スペクトロメーターを用い、伸長変形で歪率１０±２％、周波数２０HZの条件下において１００℃について測定した。１００℃のｔａｎδ値が小さいほど発熱性が小さく、タイヤに使用した場合耐久性が良好である。
結果は標準例１を１００として指数表示した。値の小さい方が良好な結果を示す。
２）耐摩耗性：ランボーン摩耗試験機を用いてＪＩＳＫ６２６４に準拠して測定。（標準例１の摩耗量）×１００／（試料の摩耗量）で標準例１を１００として指数表示した。従って値の大きい方が良好な結果を示す。
３）加工性：１．７リットルの密閉型ミキサーで４分間混練した後の放出後のゴムのまとまり及びゴム中に取りこまれないで残った粉状のカーボンブラックの量を目視で判定した。
１：放出後のゴムは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いる。カーボンブラックの分散も目視で明らかに悪い。
２：ゴムのまとまりがやや悪く、粉状のカーボンブラックが残っている。
３：ゴムのまとまりはかなり良好であるが、粉状のカーボンブラックがわずかに見られる。
４：ゴムのまとまりが良好で、粉状のカーボンブラックは見られない。
（注：値の大きい方が加工性が良好であることを示す）
【００２１】
【表２】

【００２２】
次に表IIの数種のゴム組成物をトレッドゴムとして用いた１０００Ｒ２０１４ＰＲのリブパターンを有するトラック用タイヤを作製し、良路１００％のコースにて実走行テストを実施した。約５×１０⁴km走行後の残溝から溝深さが１mm減少する間に走行できる距離を算出し、表III 中標準例１の値の逆数で割り１００を乗じて得た数値を実車耐摩耗性の値として表III に示した。
【００２３】
【表３】

【００２４】
【発明の効果】
上記結果から明らかなように、本発明に従ったタイヤトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックＮ１１０を配合した標準例に比較し、加工性が同等で耐発熱性及び耐摩耗性に優れ、特に耐摩耗性については実車試験においても改善効果の大きいことが確認されている。これに対し、カーボンブラックＮ２２０及びＮ３３９を用いた比較例１及び２は加工性及び耐発熱性は良好であるが、耐摩耗性に劣り、カーボンブラックＩＳＡＦ及びＳＡＦを用いた比較例３及び４はいずれも加工性（カーボンブラックの取込性）に劣り、比較例３は耐摩耗性にも劣る。
更に比較例５は発熱性に劣り、比較例６は耐摩耗性及び加工性に問題がある。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rubber composition for a tire tread, and more particularly, a tire tread having a remarkably improved balance of heat resistance, workability and wear resistance, particularly a tire tread suitable for treads of large tires such as trucks and buses. The present invention relates to a rubber composition.
[0002]
[Prior art]
Rubber compositions for tire treads containing ISAF-SAF grade small particle size carbon black are often used in rubber compositions for treads of large tires such as trucks and buses in order to improve wear resistance.
[0003]
However, the rubber composition containing these carbon blacks has a problem that wear resistance and processability deteriorate, and in order to solve this problem, the carbon black has a smaller particle size, improved surface activity, and aggregate shape. Numerous rubber compositions for tire treads containing carbon black that define the above have been proposed (for example, JP-A 64-74242, JP-A 63-264647, JP-A 3-121165, (See Kaihei 2-77445, JP-A-2-140244, and JP-A-2-286727).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even with the carbon black according to the above-mentioned proposal, the improvement in wear resistance, heat resistance and workability was not sufficient.
Therefore, the present inventors focused on improving the wear resistance and tried to optimize the carbon black characteristics as described below in consideration of heat generation resistance and workability. As a result, carbon black having a general particle size of SAF, sharp ΔDst, and high Tint is preferable for wear resistance, and surface activity, particularly toluene coloring transmittance (T%) for heat resistance. ), And for processability, it is recognized that the desired carbon black can be obtained by reducing the structure of carbon black and optimizing the T% and N ₂ SA / IA ratio. It was.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a rubber composition for a tire tread having an excellent balance of heat resistance, workability, and wear resistance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, 100 parts by weight of diene rubber has a nitrogen adsorption specific surface area (N ₂ SA) of 120 to 150 m ² / g, 24M4DBP of 95 to 110 ml / 100 g, and N ₂ SA / IA of 0.95 to 1. .05, a rubber composition for a tire tread, comprising 35 to 60 parts by weight of carbon black having a ΔDst of less than 70 nm, a Tint of more than 130, and a toluene coloring transmittance (T%) of 70% or more and less than 80%. The
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operational effects of the present invention will be described in detail.
As the diene rubber used in the present invention, any diene rubber generally blended in a tire tread rubber composition, such as natural rubber (NR), polyisoprene rubber (IR), various styrene- Examples thereof include butadiene copolymer rubber (SBR), various polybutadiene rubbers (BR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), and the like. These diene rubbers can be used alone or as an arbitrary blend, but it is preferable that natural rubber is contained in an amount of 60 parts by weight or more per 100 parts by weight of the total diene rubber. These diene rubbers can also be used by blending with ethylene-propylene copolymer rubber (EPR, EPDM), butyl rubber (IIR) or the like as a minor component.
[0008]
The carbon black used in the present invention has N ₂ SA of 120 to 150 m ² / g, preferably 130 to 145 m ² / g, and 24M4DBP of 95 to 110 ml / g in consideration of the desired characteristics of the rubber composition described above. 100 g, preferably 98-106 ml / 100 g, N ₂ SA / IA is 0.95-1.05, ΔDst is less than 70 nm, preferably 50-65 nm, Tint is more than 130, preferably 135 or more, and toluene-colored transmittance ( T%) is required to be 70% or more and less than 80%.
[0009]
If the N ₂ SA of the carbon black is less than 120 m ² / g, the abrasion resistance is not sufficiently improved, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 150 m ² / g, the heat generation becomes too high, which is not preferable. Moreover, workability also deteriorates. If 24M4DBP is less than 95 ml / 100 g, sufficient abrasion resistance cannot be obtained, and mixing processability (incorporation of carbon black) is also unfavorable. Conversely, if it exceeds 110 ml / 100 g, the physical properties of abrasion and heat generation are improved, but the viscosity becomes too high, which is not preferable from the viewpoint of workability. If the N ₂ SA / IA ratio of the carbon black is less than 0.95, the activity on the surface of the carbon black is low, and the heat generation becomes high. On the other hand, if it exceeds 1.05, it is effective for low heat generation, but the carbon black uptake is remarkably deteriorated, so that practical processing becomes difficult. Further, when ΔDst is 70 nm or more, sufficient wear resistance cannot be obtained, and it is not preferable. Even when Tint is 130 or less, wear resistance is not sufficient, which is not preferable. Further, if the toluene coloring transmittance (T%) is less than 70%, the heat generation is low, but the incorporation of carbon black is deteriorated, which is not preferable for mixing processability. On the other hand, if it is 80% or more, the heat generation becomes too high.
[0010]
According to the present invention, the carbon black having the above characteristics is blended in an amount of 35 to 60 parts by weight, preferably 45 to 57 parts by weight, per 100 parts by weight of the diene rubber. If the amount of carbon black is too small, the improvement in wear resistance is not sufficient, which is not preferable. On the other hand, if the amount is too large, the wear resistance is improved, but heat generation becomes excessive, which leads to a decrease in tire durability. Absent.
[0011]
The carbon black used in the present invention is manufactured by the oil furnace method, which is currently the mainstream of carbon black for rubber, and has characteristics such as specific N ₂ SA, ΔDst, Tint, and toluene color permeability (T%). Accordingly, the reactor for spraying the raw material oil uniformly and finely, the production conditions for adjusting the surface activity, and the like are appropriately controlled.
[0012]
The rubber composition according to the present invention can be produced by blending a diene rubber and carbon black according to a general method. The rubber composition for tire treads according to the present invention is generally further compounded for tire treads such as sulfur, vulcanization accelerators, anti-aging agents, fillers, softeners and plasticizers. Various additives can be blended. The rubber composition of the present invention can be vulcanized by a general method to obtain a tire tread. For example, the amount of sulfur is 0.8 parts by weight or more, preferably 1.0 to 3.0 parts by weight per 100 parts by weight of the rubber component, and the vulcanization conditions are also conventional.
[0013]
【Example】
Hereinafter, although the present invention will be further described with reference to standard examples, examples and comparative examples, it goes without saying that the scope of the present invention is not limited to these examples.
[0014]
Standard Example 1, Examples 1-2 and Comparative Examples 1-6
In the formulation shown in Table I, the components except the vulcanization accelerator and sulfur were kneaded for 4 minutes with a 1.7 liter closed mixer, and then the vulcanization accelerator and sulfur were kneaded for 4 minutes with an 8-inch open roll. Thus, a rubber composition was obtained.
[0015]
[Table 1]

[0016]
The composition except for carbon black was the same in Standard Example 1, Examples 1-2 and Comparative Examples 1-6, and only the type of carbon black was changed as shown in Table II. The characteristics of carbon black were measured as follows.
[0017]
Carbon black characteristics analysis method N ₂ SA (m ² / g): Conforms to ASTM D3037-86 method. A. (Iodine adsorption amount (mg / g)), coloring power (Tint), toluene coloring transmission rate (T%): compliant with JIS K6221-1982 24M4DBP (ml / 100 g): compliant with ASTM D3493 ΔDst (nm): Joyce The measurement was performed by the following method by centrifugal sedimentation using a disk centrefuge manufactured by Reble.
That is, carbon black, which was dried and precisely weighed according to JIS K6221 (1982), was added to a 20% aqueous ethanol solution to adjust the carbon black concentration to 0.005% by weight, and then sufficiently dispersed with ultrasound to prepare a sample. . On the other hand, the rotational speed of the disc centrifugation was set to 8000 rpm, and 10 ml of spin solution (distilled water) was added to the disc centrefuge, and then 0.5 ml of a buffer solution (20 vol% ethanol aqueous solution) was injected. Next, 0.5 to 1.0 ml of the sample solution is added to this with a syringe, centrifugal sedimentation is started, an aggregate distribution curve is created by photoelectric precipitation, and the aggregate when the curve is 1/2 of the most frequent frequency The distribution value was defined as the full width at half maximum ΔDst.
[0018]
Carbon black standard example 1 used: N110 (Dia Black A (Mitsubishi Chemical))
Example 1: Invention prototype Example 2: Invention prototype comparison example 1: N220 (Show Black N220 (manufactured by Showa Cabot))
Comparative Example 2: N339 (Seast KH (manufactured by Tokai Carbon))
Comparative Example 3: ISAF (prototype)
Comparative Example 4: SAF (prototype)
Comparative Example 5: SAF (prototype)
Comparative Example 6: ISAF (prototype)
[0019]
Next, this rubber composition was press vulcanized at 150 ° C. for 30 minutes to prepare a target test piece, and the following vulcanized physical properties were evaluated. The results are shown in Table II.
[0020]
1) Heat resistance: Using a viscoelastic spectrometer manufactured by Iwamoto Seisakusho, measurement was performed at 100 ° C. under conditions of elongation deformation, a strain rate of 10 ± 2%, and a frequency of 20 Hz. The smaller the tan δ value at 100 ° C., the lower the heat build-up and the better the durability when used in a tire.
The results are shown as an index with the standard example 1 being 100. Smaller values indicate better results.
2) Abrasion resistance: Measured according to JIS K6264 using a Lambourn abrasion tester. Standard Example 1 was represented as 100 by (Abrasion Amount of Standard Example 1) × 100 / (Abrasion Amount of Sample). Therefore, a larger value indicates a better result.
3) Workability: The amount of the powdery carbon black remaining after being mixed into the rubber after being kneaded for 4 minutes with a 1.7 liter hermetic mixer and remaining unincorporated in the rubber was visually determined.
1: After release, the rubber is uncoordinated and a lot of powdery carbon black remains. The dispersion of carbon black is also clearly bad visually.
2: The rubber mass is slightly poor and powdery carbon black remains.
3: The rubber mass is quite good, but a slight amount of powdery carbon black is seen.
4: The rubber is well packed and no powdery carbon black is seen.
(Note: Larger values indicate better workability)
[0021]
[Table 2]

[0022]
Next, truck tires having a rib pattern of 1000R20 14PR using several types of rubber compositions shown in Table II as tread rubber were prepared, and actual running tests were conducted on a course with 100% good road. Calculate the distance that can be traveled while the groove depth decreases by 1 mm from the remaining groove after traveling about 5 × 10 ⁴ km, and multiply by 100 and reciprocal of the value of standard example 1 in Table III. The wear values are shown in Table III.
[0023]
[Table 3]

[0024]
【The invention's effect】
As is clear from the above results, the rubber composition for tire treads according to the present invention has comparable processability and excellent heat resistance and wear resistance compared to a standard example containing carbon black N110. As for wearability, it has been confirmed that the improvement effect is great in the actual vehicle test. In contrast, Comparative Examples 1 and 2 using carbon blacks N220 and N339 have good workability and heat resistance, but poor wear resistance. Comparative Examples 3 and 4 using carbon black ISAF and SAF are All are inferior in workability (capture of carbon black), and Comparative Example 3 is also inferior in wear resistance.
Further, Comparative Example 5 is inferior in heat generation, and Comparative Example 6 has problems in wear resistance and workability.

Claims

100 parts by weight of diene rubber, 120 to 150 m ² / g of nitrogen adsorption specific surface area (N ₂ SA), 95 to 110 ml / 100 g of 24M4DBP, 0.95 to 1.05 of N ₂ SA / IA, and 70 nm of ΔDst A rubber composition for tire treads, comprising 35 to 60 parts by weight of carbon black having a Tint of more than 130 and a toluene coloring transmittance (T%) of 70% or more and less than 80%.