JP4496622B2

JP4496622B2 - タイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP4496622B2
Application number: JP2000245541A
Authority: JP
Inventors: 直也網野; 克己林田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: JP2002053701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、特定の熱処理カーボンブラックを配合してなるタイヤ用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤのサイドゴムや重荷重車両用タイヤトレッドゴムには、高い耐外傷性が要求され、硬度が高く破断伸びが大きいゴムが求められ、また、タイヤトレッド用ゴムとしては、安全性の観点から高い摩擦力をもったゴムが求められている。一方、環境衛生上の観点から、転がり抵抗の小さいタイヤ、即ちヒステリシスロスの小さいゴムが求められている。しかしながら、かかる要求の全てを満たすタイヤ用ゴム組成物は、未だ得られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明では、前記の要求を満足するようなタイヤ用ゴム組成物として、特定の熱処理カーボンブラックを配合したゴム組成物を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ジエン系ゴム１００重量部に対し、揮発分０．４重量％以下でかつ硫黄分０．００５重量％以下、さらに真比重が１．８７〜２．１８である熱処理カーボンブラックを３〜４０重量部配合したタイヤ用ゴム組成物が提供される。
【０００５】
また、本発明によれば、ジエン系ゴム１００重量部に対し、揮発分０．４重量％以下でかつ硫黄分０．００５重量％以下、さらに真比重が１．８７〜２．１８である熱処理カーボンブラックを５〜８０重量部配合し、かつ、ゴムの膨潤度から下記式（１）を用いて計算された網目鎖濃度ν（ mol／cm^３）が２．８×１０^−４〜８．６×１０^−４の範囲となるように架橋されたタイヤトレッド用ゴム組成物が提供される。
【数２】

（式中、ν：網目鎖濃度、Ｖ：膨潤溶媒（トルエン）の分子容、
ｇ：膨潤前試験片中のゲルゴムの容積分率、
Ｖ_Ｒ：膨潤ゲル中のゴムの容積分率、
μ：試料ゴムと膨潤溶媒（トルエン）との相互作用定数）
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明では、通常のファーネスカーボンブラックを特定の熱処理条件で処理した熱処理カーボンブラックをゴムに配合することによって、ゴムの硬度を変えずに破断伸びを大幅に改良できること、更には、この熱処理カーボンブラックをゴムに配合した後、網目鎖濃度が特定の値となるように架橋することによって、ゴムのヒステリシスロスを悪化させずに摩擦力を大幅に高めることができることを見出したものである。
【０００７】
本発明で用いる熱処理カーボンブラックには、揮発分０．４重量％以下でかつ硫黄分０．００５重量％以下、さらに真比重が１．８７〜２．１８にあるものが使用される。ここで規定する揮発分、硫黄分および真比重に係る数値をはずれる範囲の熱処理カーボンブラックを使ったゴム組成物では、いずれも所望の破断伸び特性が得られないので好ましくない。
【０００８】
本発明で用いるかかる熱処理カーボンブラックは、大気圧下、１０００℃以上の温度で７日間以上熱処理するなどして得ることができ、また、グラファイト化カーボンブラックとして市販されているものから、本発明の熱処理カーボンブラックの上記要件を満足するもの、例えば、トーカブラック＃３８５５（東海カーボン製）等を選定することによっても入手できる。
【０００９】
本発明での上記熱処理カーボンブラックを一般タイヤ用ゴム組成物として用いる場合には、この熱処理カーボンブラックを、ジエン系ゴム１００重量部に対して３〜４０重量部配合して使用される。この範囲外の配合量では所望の大幅な破断伸びの効果が期待できない。
【００１０】
本発明での上記熱処理カーボンブラックをタイヤトレッド用ゴム組成物として用いる場合には、この熱処理カーボンブラックを、ジエン系ゴム１００重量部に対して５〜８０重量部配合し、かつ、ゴムの膨潤度から下記式（１）：
【数３】

（式中、ν：網目鎖濃度、Ｖ：膨潤溶媒（トルエン）の分子容、
ｇ：膨潤前試験片中のゲルゴムの容積分率、
Ｖ_Ｒ：膨潤ゲル中のゴムの容積分率、
μ：試料ゴムと膨潤溶媒（トルエン）との相互作用定数）
を用いて計算された網目鎖濃度ν（ mol／cm^３）が２．８×１０^−４〜８．６×１０^−４の範囲となるように架橋することによって所望のタイヤトレッド用ゴム組成物が得られる。上記網目鎖濃度を満足するようにゴム組成物の架橋度を調整することによって、ヒステリシスロスを悪化させずに、ゴム組成物の摩擦力を大幅に高めることができる。ゴムの架橋度を上記網目鎖濃度範囲にあるように十分上げるためには、例えば、架橋剤の硫黄量を通常よりも多く配合するか、あるいはチウラム系の加硫促進剤やシランカップリング剤（例えば、Ｓｉ６９等）を配合することなどによって、容易に実施し得る。
【００１１】
本発明による熱処理カーボンブラックを配合するゴムとしてはジエン系ゴムが使用でき、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、各種ブタジエンゴム（ＢＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム等が挙げられる。ジエン系ゴムは、本発明のタイヤトレッド用として使用する場合には、その低転動抵抗と耐摩耗性、低温性能を両立させて向上するために、平均ガラス転移温度（Ｔｇ）が−４５℃〜−１５℃の範囲にある１種以上のゴムを用いることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物およびタイヤトレッド用ゴム組成物には、更に通常の加硫または架橋剤、加硫または架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、充填剤、可塑化剤、軟化剤、その他当該ゴム用に一般的に配合されている各種配合剤を配合することができる。これら添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例および比較例に従って本発明を更に詳しく説明するが、本発明の技術的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】
実施例１〜３および比較例１〜２
本実施例では、各熱処理カーボンブラック配合のゴム組成物に関して、そのＪＩＳ硬度（ＨＳ）および破断伸び（％）に係る物性を測定、評価した。
以下の実施例および比較例の各例の配合に用いた配合成分には、次の市販品を用いた。
天然ゴム：ＲＳＳ＃３
カーボンブラック：ＳＥＡＳＴ９（東海カーボン製）
（揮発分＝１．８％、硫黄分＝０．８％、真比重＝１．８２）
熱処理カーボンブラック−１：トーカブラック＃３８８５（東海カーボン製）
（揮発分＝０．２８％、硫黄分＝０．００２％、真比重＝２．０２）
熱処理カーボンブラック−２：トーカブラック＃３８５５（東海カーボン製）
（揮発分＝０．１２％、硫黄分＝０．００４％、真比重＝２．０２）
熱処理カーボンブラック−３：トーカブラック＃３８４５（東海カーボン製）
（揮発分＝０．３８％、硫黄分＝０．００５％、真比重＝２．０２）
熱処理カーボンブラック−４：ＳＥＡＳＴ９を１０００℃で、１時間熱処理することによって得たもの）
（揮発分＝０．４％、硫黄分＝０．０５％、真比重＝１．８２）
老化防止剤：ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ６ＰＰＤ（ＦＬＥＸＳＩＳ製）
酸化亜鉛３号：（正同化学工業製）
ステアリン酸：（日本油脂製）
アロマオイル：（富士興産製）
加硫促進剤：ＳＡＮＴＯＣＵＲＥＮＳ（ＦＬＥＸＳＩＳ製）
硫黄：（軽井沢精練所製）
【００１５】
サンプルの作製
１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーを用いて、ゴム、カーボンブラック等の配合剤を５分間配合した後、オープンロールにて、加硫促進剤、硫黄を配合、混練してゴム組成物を得た。次いで、このゴム組成物を、１０MPa の圧力下で１６０℃で２０分間加硫して、２mm厚のシートを作製し、ＪＩＳ硬度（ＨＳ）および破断伸び（％）の試験に供した。
【００１６】
各例における測定、評価方法は、次のとおりである。
１）ＪＩＳ硬度（ＨＳ）：ＪＩＳＫ６３０１の５．２（スプリング硬さ、Ａ型）に準拠して測定。
２）破断伸び（％）：ＪＩＳＫ６３０１の試験法に準拠して測定。
【００１７】
結果を以下の表１に示す。
【表１】

【００１８】
表１より、本発明の熱処理カーボンを配合したゴム組成物では、硬度（ＨＳ）を一定に維持した組成配合で、破断伸び（％）特性が大幅に向上していることがわかる。
【００１９】
標準例、実施例４〜７および比較例３〜５
本実施例では、各熱処理カーボンブラック配合のゴム組成物について、網目鎖濃度と摩擦試験（μ ｐｅａｋ）およびｔａｎδ（６０℃）との関係を測定、評価した。
以下の標準例、実施例および比較例の各例の場合に用いた配合成分には、次の市販品を用いた。
ＳＢＲ−１：ＮＩＰＯＬ１７１２（日本ゼオン製）
ＳＢＲ−２：ＮＩＰＯＬ９５２８（日本ゼオン製）
ＳＢＲ−３：Ｔｕｆｄｅｎｅ１０００（旭化成工業製）
カーボンブラック：ＳＥＡＳＴ９（東海カーボン製）
（揮発分＝１．８％、硫黄分＝０．８％、真比重＝１．８２）
熱処理カーボンブラック−１：トーカブラック＃３８８５（東海カーボン製）
（揮発分＝０．２８％、硫黄分＝０．００２％、真比重＝２．０２）
熱処理カーボンブラック−２：トーカブラック＃３８５５（東海カーボン製）
（揮発分＝０．１２％、硫黄分＝０．００４％、真比重＝２．０２）
熱処理カーボンブラック−４：ＳＥＡＳＴ９を１０００℃で、１時間熱処理することによって得たもの）
老化防止剤：ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ６ＰＰＤ（ＦＬＥＸＳＩＳ製）
酸化亜鉛３号：（正同化学工業製）
ステアリン酸：（日本油脂製）
アロマオイル：（富士興産製）
加硫促進剤−１：ＳＡＮＴＯＣＵＲＥＮＳ（ＦＬＥＸＳＩＳ製）
加硫促進剤−２：ノクラックＴＯＴ−Ｎ（大内新興化学製）
硫黄：（軽井沢精練所製）
【００２０】
サンプルの作製
１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーを用いて、ゴムおよびカーボンブラック等の配合剤を５分間混合した後、オープンロールにて加硫促進剤、硫黄を配合、混練してゴム組成物を得た。次いで、このゴム組成物を１５cm×１５cm×０．２cmの金型中において１６０℃で２０分間プレス加硫して、試験片（ゴムシート）を作製し、所定の試験に供した。
【００２１】
各例における測定、評価方法は、次のとおりである。
１）網目鎖濃度（×１０^-4）：
膨潤溶媒としてトルエンを用いてゴムの膨潤度を測定した。ゴム試験片をトルエン中に４８時間浸漬し、浸漬前後の体積を測定した。ＳＢＲとトルエンの相互作用定数μ＝０．３１２、トルエンの分子容Ｖ＝１０６とした。
２）摩擦試験（μ ｐｅａｋ）：
幅２cm、直径１０cmの円筒状のゴム試験片を加硫し、この試験片をシリコーンカーバイトクロスを貼った回転ドラムに押しつけ、ゴムの摩擦力を測定した。ゴム試験片と回転ドラムの回転速度を変えながら測定し、最も高い摩擦力をμ ｐｅａｋとした。
３）ｔａｎδ（６０℃）：東洋精機製作所製レオログラフソリッドを用い、初期歪＝１０％、動的歪＝±２％、周波数２０Hzで粘弾性（試験幅：５mm）を測定した。
【００２２】
結果を以下の表２に示す。
【表２】

【００２３】
表２より、本発明の熱処理カーボンブラックを配合したゴム組成物は、所定の網目鎖濃度範囲で、優れた摩擦ピーク値と粘弾性特性を有することがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による特定の熱処理カーボンブラックをゴム組成物に配合することにより、ゴムの硬度を変えずに破断伸びのゴム物性を大幅に向上することができ、また、ゴムのヒステリシスロスを悪化させずに摩擦力を大幅に高めることができるので、本発明のゴム組成物はタイヤ用に有用であり、特に、タイヤトレッド用に好適である。

Claims

ジエン系ゴム１００重量部に対し、揮発分０．４重量％以下でかつ硫黄分０．００５重量％以下、さらに真比重が１．８７〜２．１８である熱処理カーボンブラックを３〜４０重量部配合したタイヤ用ゴム組成物。
ジエン系ゴム１００重量部に対し、揮発分０．４重量％以下でかつ硫黄分０．００５重量％以下、さらに真比重が１．８７〜２．１８である熱処理カーボンブラックを５〜８０重量部配合し、かつ、ゴムの膨潤度から下記式（１）を用いて計算された網目鎖濃度ν（ mol／cm^３）が２．８×１０^−４〜８．６×１０^−４の範囲となるように架橋されたタイヤトレッド用ゴム組成物。

（式中、ν：網目鎖濃度、Ｖ：膨潤溶媒（トルエン）の分子容、
ｇ：膨潤前試験片中のゲルゴムの容積分率、
Ｖ_Ｒ：膨潤ゲル中のゴムの容積分率、
μ：試料ゴムと膨潤溶媒（トルエン）との相互作用定数）
前記ジエン系ゴムが、平均Ｔｇ−４５℃〜−１５℃の範囲にある１種以上のゴムである、請求項２記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。