JP4043403B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンと、パラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムとエポキシ化天然ゴムを所定比率で混合することで、空気透過性が大幅に低減された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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤは、タイヤ内部に空気を入れることで荷重を支えたり、乗り心地性能や低燃費性などの各種特性を発現したりすることができる。そのためにも、タイヤ内の空気圧を保持することは非常に重要である。そこで、空気漏れを防止しタイヤ内の空気圧を保持するために、空気入りタイヤの内面には、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムなどのような空気透過性の低いゴムからなるインナーライナーが設けられている。
【０００３】
しかし、ブチルゴムの含有量を多くすれば、未加硫ゴムの強度は低下し、ゴム切れやシートの穴あきなどを生じやすいという問題がある。一方、インナーライナーは空気透過性を低減させるだけでなく、自動車の燃費低減のためにも軽量化させる必要があり、薄ゲージも要求される。これらの要求特性を満足するために種々の工夫がなされている。たとえば、特許文献１にはタイヤインナーライナー用ゴム組成物として、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムを用いる方法が開示されている。しかしながら、この方法では空気透過性が充分に低減されず、タイヤ重量が重くなるという欠点を有している。また、特許文献２〜６などにはポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリニトリル樹脂、セルロース樹脂、フッ素系樹脂およびイミド系樹脂とエラストマーをブレンドまたは動的架橋させて得られるゴム組成物をタイヤインナーライナーに用いることが提案されている。しかしながら、これらのゴム組成物ではタイヤ成型や加硫などの加工時に他のゴム材料の伸縮に追従することが非常に困難であることや、走行時にも亀裂が発生するなどの問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−５０８４３５号公報
【特許文献２】
特開平８−２５９７４１号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９９７１３号公報
【特許文献４】
特開２０００−６３５７２号公報
【特許文献５】
特開２０００−１５９９３６号公報
【特許文献６】
特開２０００−１６００２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のとおり、空気透過性の低い組成物をインナーライナーに用いる種々の提案がなされているが、いまだ実用化されるには至っていない。したがって、本発明の目的は、従来用いられているインナーライナー用ゴム組成物の空気透過性を大幅に低減でき、接着性の良好なゴム組成物、および空気保持性を損なうことなく、軽量化が図れる空気入りタイヤを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の諸問題を改善すべく鋭意検討した結果、エポキシ化天然ゴムとブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種のゴムを含むことにより、他の性能を低下させることなく空気透過性を大幅に低減することを見いだした。
【０００７】
すなわち、本発明は、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムおよび炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種類のゴム６５〜９４重量％と、エポキシ化率が５〜２５モル％であるエポキシ化天然ゴム６〜３５重量％とを含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラック２０〜１００重量部、およびナトリウム−ベントナイト３〜２０重量部を含むゴム組成物からなるインナーライナーを有する空気入りタイヤに関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明において用いられるブチル系ゴムとしては、ブチルゴム（ＩＩＲ）、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴムなどのハロゲン化ブチル（Ｘ−ＩＩＲ）、または炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムがあげられる。これらのゴムは、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１１】
これらのなかでも、下層との接着性を考慮すると、ハロゲン化ブチルゴムまたは炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムが好ましく、とくに炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムが好ましい。なお、ハロゲン化ブチルゴムまたは炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムを用いる場合、ハロゲン含有率は０．１〜５重量％であることが好ましい。ハロゲン含有率が０．１重量％未満では加硫度が低すぎて強度が低下する傾向があり、５重量％を超えると加硫度が高くなり、硬くなる傾向がある。
【００１２】
本発明のゴム組成物は、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を含んでいる。本発明で使用されるエポキシ化天然ゴムは、市販のエポキシ化天然ゴムを用いてもよいし、天然ゴムをエポキシ化して用いてもよい。天然ゴムをエポキシ化する方法としては特に限定されるものではなく、クロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法などの方法を用いて行なうことができる。たとえば、天然ゴムに過酢酸や過ギ酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。
【００１３】
本発明で使用するエポキシ化天然ゴムのエポキシ化率は５〜８５モル％、好ましくは５〜７５モル％、より好ましくは５〜６５モル％である。エポキシ化率が５モル％未満では、改質効果が小さく、８５モル％をこえるとポリマーがゲル化してしまう。ここでいうエポキシ化率とは、エポキシ化される前の全二重結合部分の割合に対する、天然ゴム、主鎖の二重結合部分を酸素で環化した部分の割合のことで、たとえばＮＭＲ測定データから、５．１０ｐｐｍ付近の天然ゴム由来メチンプロトンの面積強度Ａと、２．７ｐｐｍ付近のエポキシ基由来プロトンの面積強度Ｂを求め、下記式
エポキシ化率（％）＝ Ｂ／（Ａ＋Ｂ）×１００
より求める方法がある。
【００１４】
前記ゴム成分の比率は、エポキシ化天然ゴム６〜３５重量％、好ましくは１０〜３０重量％、より好ましくは１５〜３０重量％である。エポキシ化天然ゴムの配合比率が６重量％未満では空気透過性が充分に低減されず、エポキシ化天然ゴムを配合する効果が得られない。さらに、他部材との充分な接着が得られず好ましくない。また、３５重量％をこえると透湿性が高くなるだけでなく、耐熱老化性も低下するため好ましくない。ブチル系ゴムは６５〜９４重量％、好ましくは７０〜９０重量％、より好ましくは７０〜８５重量％である。ブチル系ゴムが６５重量％未満では、空気透過性が低減されず、かつ透湿性が高くなり、９４重量％を超えると配合ゴムとの接着性が悪くなる。
【００１５】
前記技術により、系内の主たるポリマーがブチル系ゴムである場合、ブチル系ゴムがマトリックス相となり、島相のＥＮＲの効果が認められる。すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分においてＥＮＲが島相にあり、前記ブチル系ゴムがマトリックス相にあることにより、ブチルゴムの有する低い空気透過性、低い水分透過性を維持しながら、ＥＮＲ相の接着性および隣接配合ゴムの接着性が改善されるという優れた効果を発現するものである。
【００１６】
本発明のゴム組成物は、その他のゴム成分として、通常の天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンブタジエンゴムを含むことができる。
【００１７】
本発明のゴム組成物は、カーボンブラックなどの無機充填剤を含んでいる。カーボンブラックは、とくに制限されないが、たとえば、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦなどを用いることができる。
【００１８】
前記充填剤は、前記ゴム成分１００重量部に対して２０〜１００重量部、好ましくは３０〜９０重量部、より好ましくは４０〜８０重量部配合される。前記充填剤の配合量が２０重量部未満では補強性が低くなり、１００重量部を超えると加工性が悪くなる。
【００１９】
なお、本発明のゴム組成物は、前記充填剤のほかにも、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、クレー、タルク、マイカなどを併用することもできる。
【００２０】
本発明に用いられる層状ケイ酸塩とは、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造を有している層状ケイ酸塩のことであり、平均粒子径が５μｍ以下、平均アスペクト比が５０〜５０００であるものであれば、とくに限定されない。ここでいう平均粒子径とは、層状ケイ酸塩の長径の平均値のことであり、平均アスペクト比とは層状ケイ酸塩の長径に対する厚さの比の平均値のことである。層状ケイ酸塩は、平均粒子径が５μｍよりも大きいと、タイヤ製造時における加工性が低下する傾向がある。さらに、前記層状ケイ酸塩は平均粒子径が０．１〜５μｍの範囲であることがより好ましい。前記層状ケイ酸塩は、平均アスペクト比が５０未満では空気透過性を低減させる効果が充分でなく、５０００よりも大きいものは技術的に得難く、経済的にも高価なものとなる。空気透過性を低減させる点から、前記層状ケイ酸塩は平均アスペクト比が２００〜３０００の範囲であることがより好ましい。
【００２１】
層状ケイ酸塩の具体例としては、グラファイト、リン酸塩系誘導体型化合物（リン酸ジルコニウム化合物）、カルコゲン化物、粘土系鉱物などがあげられる。大きなアスペクト比を有する層状ケイ酸塩としては、溶媒に膨潤・へき開する無機層状化合物が好ましく用いられる。これらのなかでも膨潤性をもつ粘土系鉱物が好ましく、粘土系鉱物はシリカの４面体層の上部に、アルミニウムやマグネシウムなどを中心金属とした８面体層を有する２層構造よりなるタイプと、シリカの４面体層がアルミニウムやマグネシウムなどを中心金属にした８面体層を両側から挟んだ３層構造よりなるタイプに分類される。前者としてはカオリナイト族、アンチゴライト族類があげられる。後者としては、層間カチオンの数によってスメクタイト族、バーミキュライト族、マイカ族などがあげられる。具体的には、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチゴライト、クリソタイル、パイロフェライト、モンモリロナイト、ヘクトライト、テトラシリリックマイカ、ナトリウムテニオライト、白雲母、マーガライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、ザンソフィライト、緑泥石などがあげられる。
【００２２】
前記層状ケイ酸塩を含むものとしては、ナトリウム−ベントナイトが、工業的なコストや分散性が優れている点で好ましい。
【００２３】
本発明のゴム組成物では、前記層状ケイ酸塩は前記ゴム成分中に微分散していることが好ましい。層状ケイ酸塩が前記ゴム成分中に微分散していることによって、空気透過性がさらに低減される。
【００２４】
層状ケイ酸塩が微分散されているとは、層状ケイ酸塩における層状のフィラーが剥離していることである。具体的には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による直接観察や、層状ケイ酸塩を含むゴム組成物にＸ線回折を試みたときに、２θが６〜８°において、強度のピークが消滅していることである。
【００２５】
かかる微分散は、層状ケイ酸塩の層間の交換性陽イオンをマトリックスに合わせて交換することにより実現することができる。具体的には、交換性陽イオンをナトリウムイオンにしたり、有機の陽イオン、たとえば第４級アンモニウム塩でイオン交換（親有機化処理）したりする方法などがあげられる。
【００２６】
本発明のゴム組成物において、層状ケイ酸塩を微分散させる方法は、通常のＢＲ型バンバリーミキサー、ロールやニ軸押出し機などで機械的に混練りすることにより微分散させる方法、配合オイルに予め微分散させておく方法や、ゴムを溶液状態にしたうえで、前記溶液に予め微分散させる方法などを用いてもよい。
【００２７】
前記層状ケイ酸塩は、前記ゴム成分１００重量部に対して、好ましくは３〜２０重量部、より好ましくは３〜１０重量部配合される。層状ケイ酸塩が３重量部未満では空気透過性を低減する効果が小さくなる傾向があり、２０重量部を超えると加工性が悪くなる傾向がある。
【００２８】
本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分、充填剤および層状ケイ酸塩のほかにも、その他の配合剤として、タイヤ用ゴム配合に用いられる一般的なもの、たとえば、薬品オイルなどの可塑剤、粘着付与剤、硫黄、亜鉛華などの架橋剤、架橋助剤、加硫促進剤などを含むことができる。
【００２９】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分、充填剤、層状ケイ酸塩および必要に応じてそのほかの配合剤を、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りすることにより得られる。
【００３０】
このようにして得られる本発明のゴム組成物は、空気透過性が低い。
【００３１】
本発明の空気入りタイヤは、前記ゴム組成物をインナーライナーに用いて通常の方法により製造することができる。なお、インナーライナーの厚さは０．５〜２ｍｍとすることが好ましい。インナーライナーの厚さが０．５ｍｍ未満では空気保持性が悪くなる傾向があり、２ｍｍを超えるとタイヤ重量が重くなり、転がり抵抗が悪化する傾向がある。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これは本発明の目的を限定するものではない。
【００３３】
実施例１および比較例１〜１４
以下に、実施例および比較例において評価用ゴムに用いた材料をまとめて示す。また、評価用ゴムの配合内容を表１〜３に示す。
【００３４】
天然ゴム：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）：ガスリー社製のＥＮＲ−５０（エポキシ化率：５０モル％）、ガスリー社製のＥＮＲ−２５（エポキシ化率：２５モル％）
ブロモブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ）：エクソン化学製のエクソンブロモブチル２２５５（臭素含有率２．０重量％）
クロロブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ）：エクソンクロロブチル１０６６
カーボンブラック（ＧＰＦ）：東海カーボン（株）製のシーストＶ（Ｎ2ＳＡ：４６ｍ2／ｇ）
層状ケイ酸塩（ナトリウム−ベントナイト）：クニミネ工業（株）製のクニピアＦ（平均粒子径０．１〜２μｍ、平均アスペクト比３２０、層間の交換性陽イオンの大部分がナトリウムであるもの）
オイル−１：昭和シェル石油（株）製のマシン油２２
レジン：エッソ（株）製のＥＳＣＯＲＥＺ１１０２
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＴＢＢＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーのＮＳ（化学名：Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド）
加硫促進剤ＭＢＴＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーのＤＭ
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
表１〜３に示す配合処方にしたがい、硫黄、亜鉛華および加硫促進剤以外のゴム材料をＢＲ型バンバリーミキサーで混練りして、マスターバッチを作製した。そののち、８インチロールにてマスターバッチと硫黄、亜鉛華、加硫促進剤を混練りし、ゴム組成物を得た。これらの配合物を１７０℃で１５分間プレス加硫して加硫物を得た。これらについて以下に示す各特性の試験を行なった。
【００３９】
（空気透過係数測定方法）
ＪＩＳ Ｋ７１２６「プラスチックフィルムおよびシートの気体透過度試験方法（Ａ法）」に準じた。試験気体を空気（チッ素：酸素＝８：２）、試験温度を２５℃とし、厚さ０．５ｍｍの加硫ゴムシートを用いて空気透過量を測定した。
【００４０】
比較例１または５の空気透過係数を１００として、下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど空気透過性が低減されている。
耐空気透過性（指数）＝
比較例１または５の空気透過係数／各配合の空気透過係数×１００
【００４１】
（接着試験）
以下に接着試験で使用した接着用ゴムの材料をまとめて示す。また、接着用ゴムの配合内容を表４に示す。
【００４２】
天然ゴム：テックビーハング製のＲＳＳ＃３
カーボンブラック（ＨＡＦ）：三菱化学（株）製のダイヤブラックＨ
レジン：エッソ（株）製のＥＳＣＯＲＥＺ １１０２
オイル−２：（株）ジャパンエナジー製のＪＯＭＯプロセスＸ１４０
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＭＢＴＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）
【００４３】
【表４】
【００４４】
表４に示す接着用配合を所定の方法により混練りし、厚さ２ｍｍシートを得た。このゴムシートと厚さ２ｍｍの評価用ゴムシートとを張り合わせし、１７０℃で１５分間プレス加硫をし、接着試験用サンプルを得た。このサンプルを幅２５ｍｍに切断し、接着用ゴムと評価ゴムとの界面での剥離力（単位：ｋｇｆ／２５ｍｍ）を測定した。測定は、ＪＩＳ Ｋ６２５０法に準じて、インテスコ製のインテスコ引張試験機を用いて行った。比較例１または５の剥離力（接着力）を１００として、下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど接着力に優れる。
接着力（指数）＝各配合の剥離力／比較例１または５の剥離力×１００
【００４５】
（タイヤでの評価）
各種ゴム組成物をインナーライナーに用いてタイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１４）を作製し、初期内圧２００ｋＰａ、無負荷条件にて室温（２５℃）で３ヵ月間放置して、測定間隔４日毎に圧力を測定した。これを測定圧力Ｐｔとして下記式より１ヵ月あたりの圧力低下率を求めた。
Ｐｔ／Ｐ０＝ｅｘｐ（−αｔ）
β＝｛１−ｅｘｐ（−αｔ）｝×１００
Ｐｔ：測定圧力
Ｐ０：初期圧力
ｔ：経過日数
α：定数
β：１ヵ月あたりの圧力低下率（％／月）
【００４６】
比較例１または５の圧力低下率を１００として下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど圧力低下率が低いことを示す。
圧力低下率（指数）＝比較例１または５／各配合の圧力低下率×１００
【００４７】
空気透過性測定および接着試験の結果、ならびに１ヵ月あたりのタイヤ内圧低下率を表５〜７に示す。
【００４８】
【表５】
【００４９】
【表６】
【００５０】
【表７】
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、エポキシ化天然ゴムとブチル系ゴム（ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴム）を所定比率ブレンドすることにより、空気透過性を大幅に低減でき、タイヤ成型時や走行時におけるタイヤ伸縮に対しても接着性に優れたゴム組成物が得られる。
【００５２】
したがって、前記ゴム組成物を空気入りタイヤのインナーライナーに用いることにより、前記インナーライナーを薄くしてもタイヤ内の空気圧を保持することができ、タイヤの軽量化が図れる。
【００５３】
また、前記ゴム組成物はカーカスゴムとの接着性に優れているために、前記ゴム組成物からなるインナーライナーを有する本発明の空気入りタイヤは、耐久性を維持したまま、空気圧の保持特性を損なうことなく、インナーライナーの厚さを薄くできる。すなわちタイヤの軽量化が図れるという効果を有する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンと、パラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムとエポキシ化天然ゴムを所定比率で混合することで、空気透過性が大幅に低減された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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤは、タイヤ内部に空気を入れることで荷重を支えたり、乗り心地性能や低燃費性などの各種特性を発現したりすることができる。そのためにも、タイヤ内の空気圧を保持することは非常に重要である。そこで、空気漏れを防止しタイヤ内の空気圧を保持するために、空気入りタイヤの内面には、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムなどのような空気透過性の低いゴムからなるインナーライナーが設けられている。
【０００３】
しかし、ブチルゴムの含有量を多くすれば、未加硫ゴムの強度は低下し、ゴム切れやシートの穴あきなどを生じやすいという問題がある。一方、インナーライナーは空気透過性を低減させるだけでなく、自動車の燃費低減のためにも軽量化させる必要があり、薄ゲージも要求される。これらの要求特性を満足するために種々の工夫がなされている。たとえば、特許文献１にはタイヤインナーライナー用ゴム組成物として、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムを用いる方法が開示されている。しかしながら、この方法では空気透過性が充分に低減されず、タイヤ重量が重くなるという欠点を有している。また、特許文献２〜６などにはポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリニトリル樹脂、セルロース樹脂、フッ素系樹脂およびイミド系樹脂とエラストマーをブレンドまたは動的架橋させて得られるゴム組成物をタイヤインナーライナーに用いることが提案されている。しかしながら、これらのゴム組成物ではタイヤ成型や加硫などの加工時に他のゴム材料の伸縮に追従することが非常に困難であることや、走行時にも亀裂が発生するなどの問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−５０８４３５号公報
【特許文献２】
特開平８−２５９７４１号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９９７１３号公報
【特許文献４】
特開２０００−６３５７２号公報
【特許文献５】
特開２０００−１５９９３６号公報
【特許文献６】
特開２０００−１６００２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のとおり、空気透過性の低い組成物をインナーライナーに用いる種々の提案がなされているが、いまだ実用化されるには至っていない。したがって、本発明の目的は、従来用いられているインナーライナー用ゴム組成物の空気透過性を大幅に低減でき、接着性の良好なゴム組成物、および空気保持性を損なうことなく、軽量化が図れる空気入りタイヤを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の諸問題を改善すべく鋭意検討した結果、エポキシ化天然ゴムとブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種のゴムを含むことにより、他の性能を低下させることなく空気透過性を大幅に低減することを見いだした。
【０００７】
すなわち、本発明は、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムおよび炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種類のゴム６５〜９４重量％と、エポキシ化率が５〜２５モル％であるエポキシ化天然ゴム６〜３５重量％とを含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラック２０〜１００重量部、およびナトリウム−ベントナイト３〜２０重量部を含むゴム組成物からなるインナーライナーを有する空気入りタイヤに関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明において用いられるブチル系ゴムとしては、ブチルゴム（ＩＩＲ）、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴムなどのハロゲン化ブチル（Ｘ−ＩＩＲ）、または炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムがあげられる。これらのゴムは、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１１】
これらのなかでも、下層との接着性を考慮すると、ハロゲン化ブチルゴムまたは炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムが好ましく、とくに炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムが好ましい。なお、ハロゲン化ブチルゴムまたは炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムを用いる場合、ハロゲン含有率は０．１〜５重量％であることが好ましい。ハロゲン含有率が０．１重量％未満では加硫度が低すぎて強度が低下する傾向があり、５重量％を超えると加硫度が高くなり、硬くなる傾向がある。
【００１２】
本発明のゴム組成物は、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を含んでいる。本発明で使用されるエポキシ化天然ゴムは、市販のエポキシ化天然ゴムを用いてもよいし、天然ゴムをエポキシ化して用いてもよい。天然ゴムをエポキシ化する方法としては特に限定されるものではなく、クロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法などの方法を用いて行なうことができる。たとえば、天然ゴムに過酢酸や過ギ酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。
【００１３】
本発明で使用するエポキシ化天然ゴムのエポキシ化率は５〜８５モル％、好ましくは５〜７５モル％、より好ましくは５〜６５モル％である。エポキシ化率が５モル％未満では、改質効果が小さく、８５モル％をこえるとポリマーがゲル化してしまう。ここでいうエポキシ化率とは、エポキシ化される前の全二重結合部分の割合に対する、天然ゴム、主鎖の二重結合部分を酸素で環化した部分の割合のことで、たとえばＮＭＲ測定データから、５．１０ｐｐｍ付近の天然ゴム由来メチンプロトンの面積強度Ａと、２．７ｐｐｍ付近のエポキシ基由来プロトンの面積強度Ｂを求め、下記式
エポキシ化率（％）＝ Ｂ／（Ａ＋Ｂ）×１００
より求める方法がある。
【００１４】
前記ゴム成分の比率は、エポキシ化天然ゴム６〜３５重量％、好ましくは１０〜３０重量％、より好ましくは１５〜３０重量％である。エポキシ化天然ゴムの配合比率が６重量％未満では空気透過性が充分に低減されず、エポキシ化天然ゴムを配合する効果が得られない。さらに、他部材との充分な接着が得られず好ましくない。また、３５重量％をこえると透湿性が高くなるだけでなく、耐熱老化性も低下するため好ましくない。ブチル系ゴムは６５〜９４重量％、好ましくは７０〜９０重量％、より好ましくは７０〜８５重量％である。ブチル系ゴムが６５重量％未満では、空気透過性が低減されず、かつ透湿性が高くなり、９４重量％を超えると配合ゴムとの接着性が悪くなる。
【００１５】
前記技術により、系内の主たるポリマーがブチル系ゴムである場合、ブチル系ゴムがマトリックス相となり、島相のＥＮＲの効果が認められる。すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分においてＥＮＲが島相にあり、前記ブチル系ゴムがマトリックス相にあることにより、ブチルゴムの有する低い空気透過性、低い水分透過性を維持しながら、ＥＮＲ相の接着性および隣接配合ゴムの接着性が改善されるという優れた効果を発現するものである。
【００１６】
本発明のゴム組成物は、その他のゴム成分として、通常の天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンブタジエンゴムを含むことができる。
【００１７】
本発明のゴム組成物は、カーボンブラックなどの無機充填剤を含んでいる。カーボンブラックは、とくに制限されないが、たとえば、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦなどを用いることができる。
【００１８】
前記充填剤は、前記ゴム成分１００重量部に対して２０〜１００重量部、好ましくは３０〜９０重量部、より好ましくは４０〜８０重量部配合される。前記充填剤の配合量が２０重量部未満では補強性が低くなり、１００重量部を超えると加工性が悪くなる。
【００１９】
なお、本発明のゴム組成物は、前記充填剤のほかにも、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、クレー、タルク、マイカなどを併用することもできる。
【００２０】
本発明に用いられる層状ケイ酸塩とは、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造を有している層状ケイ酸塩のことであり、平均粒子径が５μｍ以下、平均アスペクト比が５０〜５０００であるものであれば、とくに限定されない。ここでいう平均粒子径とは、層状ケイ酸塩の長径の平均値のことであり、平均アスペクト比とは層状ケイ酸塩の長径に対する厚さの比の平均値のことである。層状ケイ酸塩は、平均粒子径が５μｍよりも大きいと、タイヤ製造時における加工性が低下する傾向がある。さらに、前記層状ケイ酸塩は平均粒子径が０．１〜５μｍの範囲であることがより好ましい。前記層状ケイ酸塩は、平均アスペクト比が５０未満では空気透過性を低減させる効果が充分でなく、５０００よりも大きいものは技術的に得難く、経済的にも高価なものとなる。空気透過性を低減させる点から、前記層状ケイ酸塩は平均アスペクト比が２００〜３０００の範囲であることがより好ましい。
【００２１】
層状ケイ酸塩の具体例としては、グラファイト、リン酸塩系誘導体型化合物（リン酸ジルコニウム化合物）、カルコゲン化物、粘土系鉱物などがあげられる。大きなアスペクト比を有する層状ケイ酸塩としては、溶媒に膨潤・へき開する無機層状化合物が好ましく用いられる。これらのなかでも膨潤性をもつ粘土系鉱物が好ましく、粘土系鉱物はシリカの４面体層の上部に、アルミニウムやマグネシウムなどを中心金属とした８面体層を有する２層構造よりなるタイプと、シリカの４面体層がアルミニウムやマグネシウムなどを中心金属にした８面体層を両側から挟んだ３層構造よりなるタイプに分類される。前者としてはカオリナイト族、アンチゴライト族類があげられる。後者としては、層間カチオンの数によってスメクタイト族、バーミキュライト族、マイカ族などがあげられる。具体的には、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチゴライト、クリソタイル、パイロフェライト、モンモリロナイト、ヘクトライト、テトラシリリックマイカ、ナトリウムテニオライト、白雲母、マーガライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、ザンソフィライト、緑泥石などがあげられる。
【００２２】
前記層状ケイ酸塩を含むものとしては、ナトリウム−ベントナイトが、工業的なコストや分散性が優れている点で好ましい。
【００２３】
本発明のゴム組成物では、前記層状ケイ酸塩は前記ゴム成分中に微分散していることが好ましい。層状ケイ酸塩が前記ゴム成分中に微分散していることによって、空気透過性がさらに低減される。
【００２４】
層状ケイ酸塩が微分散されているとは、層状ケイ酸塩における層状のフィラーが剥離していることである。具体的には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による直接観察や、層状ケイ酸塩を含むゴム組成物にＸ線回折を試みたときに、２θが６〜８°において、強度のピークが消滅していることである。
【００２５】
かかる微分散は、層状ケイ酸塩の層間の交換性陽イオンをマトリックスに合わせて交換することにより実現することができる。具体的には、交換性陽イオンをナトリウムイオンにしたり、有機の陽イオン、たとえば第４級アンモニウム塩でイオン交換（親有機化処理）したりする方法などがあげられる。
【００２６】
本発明のゴム組成物において、層状ケイ酸塩を微分散させる方法は、通常のＢＲ型バンバリーミキサー、ロールやニ軸押出し機などで機械的に混練りすることにより微分散させる方法、配合オイルに予め微分散させておく方法や、ゴムを溶液状態にしたうえで、前記溶液に予め微分散させる方法などを用いてもよい。
【００２７】
前記層状ケイ酸塩は、前記ゴム成分１００重量部に対して、好ましくは３〜２０重量部、より好ましくは３〜１０重量部配合される。層状ケイ酸塩が３重量部未満では空気透過性を低減する効果が小さくなる傾向があり、２０重量部を超えると加工性が悪くなる傾向がある。
【００２８】
本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分、充填剤および層状ケイ酸塩のほかにも、その他の配合剤として、タイヤ用ゴム配合に用いられる一般的なもの、たとえば、薬品オイルなどの可塑剤、粘着付与剤、硫黄、亜鉛華などの架橋剤、架橋助剤、加硫促進剤などを含むことができる。
【００２９】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分、充填剤、層状ケイ酸塩および必要に応じてそのほかの配合剤を、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りすることにより得られる。
【００３０】
このようにして得られる本発明のゴム組成物は、空気透過性が低い。
【００３１】
本発明の空気入りタイヤは、前記ゴム組成物をインナーライナーに用いて通常の方法により製造することができる。なお、インナーライナーの厚さは０．５〜２ｍｍとすることが好ましい。インナーライナーの厚さが０．５ｍｍ未満では空気保持性が悪くなる傾向があり、２ｍｍを超えるとタイヤ重量が重くなり、転がり抵抗が悪化する傾向がある。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これは本発明の目的を限定するものではない。
【００３３】
実施例１および比較例１〜１４
以下に、実施例および比較例において評価用ゴムに用いた材料をまとめて示す。また、評価用ゴムの配合内容を表１〜３に示す。
【００３４】
天然ゴム：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）：ガスリー社製のＥＮＲ−５０（エポキシ化率：５０モル％）、ガスリー社製のＥＮＲ−２５（エポキシ化率：２５モル％）
ブロモブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ）：エクソン化学製のエクソンブロモブチル２２５５（臭素含有率２．０重量％）
クロロブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ）：エクソンクロロブチル１０６６
カーボンブラック（ＧＰＦ）：東海カーボン（株）製のシーストＶ（Ｎ2ＳＡ：４６ｍ2／ｇ）
層状ケイ酸塩（ナトリウム−ベントナイト）：クニミネ工業（株）製のクニピアＦ（平均粒子径０．１〜２μｍ、平均アスペクト比３２０、層間の交換性陽イオンの大部分がナトリウムであるもの）
オイル−１：昭和シェル石油（株）製のマシン油２２
レジン：エッソ（株）製のＥＳＣＯＲＥＺ１１０２
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＴＢＢＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーのＮＳ（化学名：Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド）
加硫促進剤ＭＢＴＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーのＤＭ
【００３５】
【表１】
【表２】
【表３】
表１〜３に示す配合処方にしたがい、硫黄、亜鉛華および加硫促進剤以外のゴム材料をＢＲ型バンバリーミキサーで混練りして、マスターバッチを作製した。そののち、８インチロールにてマスターバッチと硫黄、亜鉛華、加硫促進剤を混練りし、ゴム組成物を得た。これらの配合物を１７０℃で１５分間プレス加硫して加硫物を得た。これらについて以下に示す各特性の試験を行なった。
【００３９】
（空気透過係数測定方法）
ＪＩＳ Ｋ７１２６「プラスチックフィルムおよびシートの気体透過度試験方法（Ａ法）」に準じた。試験気体を空気（チッ素：酸素＝８：２）、試験温度を２５℃とし、厚さ０．５ｍｍの加硫ゴムシートを用いて空気透過量を測定した。
【００４０】
比較例１または５の空気透過係数を１００として、下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど空気透過性が低減されている。
耐空気透過性（指数）＝
比較例１または５の空気透過係数／各配合の空気透過係数×１００
【００４１】
（接着試験）
以下に接着試験で使用した接着用ゴムの材料をまとめて示す。また、接着用ゴムの配合内容を表４に示す。
【００４２】
天然ゴム：テックビーハング製のＲＳＳ＃３
カーボンブラック（ＨＡＦ）：三菱化学（株）製のダイヤブラックＨ
レジン：エッソ（株）製のＥＳＣＯＲＥＺ １１０２
オイル−２：（株）ジャパンエナジー製のＪＯＭＯプロセスＸ１４０
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＭＢＴＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）
【００４３】
【表４】
表４に示す接着用配合を所定の方法により混練りし、厚さ２ｍｍシートを得た。このゴムシートと厚さ２ｍｍの評価用ゴムシートとを張り合わせし、１７０℃で１５分間プレス加硫をし、接着試験用サンプルを得た。このサンプルを幅２５ｍｍに切断し、接着用ゴムと評価ゴムとの界面での剥離力（単位：ｋｇｆ／２５ｍｍ）を測定した。測定は、ＪＩＳ Ｋ６２５０法に準じて、インテスコ製のインテスコ引張試験機を用いて行った。比較例１または５の剥離力（接着力）を１００として、下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど接着力に優れる。
接着力（指数）＝各配合の剥離力／比較例１または５の剥離力×１００
【００４５】
（タイヤでの評価）
各種ゴム組成物をインナーライナーに用いてタイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１４）を作製し、初期内圧２００ｋＰａ、無負荷条件にて室温（２５℃）で３ヵ月間放置して、測定間隔４日毎に圧力を測定した。これを測定圧力Ｐｔとして下記式より１ヵ月あたりの圧力低下率を求めた。
Ｐｔ／Ｐ０＝ｅｘｐ（−αｔ）
β＝｛１−ｅｘｐ（−αｔ）｝×１００
Ｐｔ：測定圧力
Ｐ０：初期圧力
ｔ：経過日数
α：定数
β：１ヵ月あたりの圧力低下率（％／月）
【００４６】
比較例１または５の圧力低下率を１００として下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど圧力低下率が低いことを示す。
圧力低下率（指数）＝比較例１または５／各配合の圧力低下率×１００
【００４７】
空気透過性測定および接着試験の結果、ならびに１ヵ月あたりのタイヤ内圧低下率を表５〜７に示す。
【００４８】
【表５】
【表６】
【表７】
【発明の効果】
本発明によれば、エポキシ化天然ゴムとブチル系ゴム（ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴム）を所定比率ブレンドすることにより、空気透過性を大幅に低減でき、タイヤ成型時や走行時におけるタイヤ伸縮に対しても接着性に優れたゴム組成物が得られる。
【００５２】
したがって、前記ゴム組成物を空気入りタイヤのインナーライナーに用いることにより、前記インナーライナーを薄くしてもタイヤ内の空気圧を保持することができ、タイヤの軽量化が図れる。
【００５３】
また、前記ゴム組成物はカーカスゴムとの接着性に優れているために、前記ゴム組成物からなるインナーライナーを有する本発明の空気入りタイヤは、耐久性を維持したまま、空気圧の保持特性を損なうことなく、インナーライナーの厚さを薄くできる。すなわちタイヤの軽量化が図れるという効果を有する。
Claims (1)
- ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムおよび炭素数が４〜７のイソモノオレフィンとｐ−アルキルスチレンとの共重合体をハロゲン化したゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種類のゴム６５〜９４重量％と、エポキシ化率が５〜２５モル％であるエポキシ化天然ゴム６〜３５重量％とを含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラック２０〜１００重量部、およびナトリウム−ベントナイト３〜２０重量部を含むゴム組成物からなるインナーライナーを有する空気入りタイヤ。
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