JP4550858B2

JP4550858B2 - ビードエイペックス用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ

Info

Publication number: JP4550858B2
Application number: JP2007115566A
Authority: JP
Inventors: 和郎保地
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: JP2007332354A

Description

本発明は、ビードエイペックス用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関する。

近年、自動車の性能の向上、道路網の発達により、タイヤにおいても操縦安定性が必要となっている。タイヤの優れた操縦安定性を得るためには、ビードエイペックスの剛性を向上させる必要があり、従来より多量のカーボンブラックを配合するビードエイペックス用ゴム組成物が開発されてきた。

しかし、フィラーでの高剛性化は可能であるものの、損失正接（ｔａｎδ）の増大によりタイヤ走行中に発熱しやすくなり、熱疲労により耐久性が損なわれ、かつ、タイヤの転がり抵抗が増大する（転がり抵抗特性が低減する）という不利益が生じる。

また近年、環境問題が重視されるようになり、ＣＯ₂排出の規制が強化され、さらに石油資源は有限であり、供給量が年々減少していることから、将来的に石油価格の高騰が予測され、カーボンブラックなどの石油資源由来の原材料の使用には限界がある。そのため将来、石油が枯渇した場合を想定すると、ＮＲ、シリカ、炭酸カルシウムなどのような石油外資源をビードエイペックス用ゴム組成物にも使用する必要があるが、その場合、従来用いていた石油資源の使用により得られるビードエイペックスの剛性などと同等、またはそれ以上の性能は得られないという問題がある。

特許文献１には、石油が枯渇した場合を想定したタイヤ用原材料を示す技術が開示されているが、充分に転がり抵抗を低減させ、操縦安定性に優れるビードエイペックス用ゴム組成物については開示されていない。

特開２００３−６３２０６号公報

本発明は、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、操縦安定性を向上させることができるビードエイペックス用ゴム組成物およびそれを用いたビードエイペックスを有するタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴムを３０〜１００重量％含有するゴム成分１００重量部に対して、シリカを２０〜１２０重量部、および黒鉛を５〜８０重量部含有するビードエイペックス用ゴム組成物に関する。

前記黒鉛の平均粒子径は、３〜５０μｍであることが好ましい。

また、本発明は、前記ビードエイペックス用ゴム組成物を用いたビードエイペックスを有するタイヤに関する。

本発明によれば、所定のゴム成分、シリカおよび黒鉛を所定量含有することにより、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、操縦安定性を向上させることができるビードエイペックス用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供することができる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、ゴム成分、シリカおよび黒鉛を含有する。

ゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）を含有する。ＮＲを含有することで、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもでき、さらに、転がり抵抗を低減させ、硬度、耐久性および耐疲労特性を向上させることができる。

ＮＲとしては、ＲＳＳ♯３、ＴＳＲ２０などのゴム工業で一般的に使用されているものを使用することができる。

ゴム成分中のＮＲの含有率は３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上である。ＮＲの含有率が３０重量％未満では、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもできないうえ、充分に転がり抵抗を低減させ、耐久性および耐疲労特性を向上させにくい。また、ＮＲの含有率は、操縦安定性と転がり抵抗に優れる点から、１００重量％以下、好ましくは９０重量％以下、より好ましくは８０重量％以下である。

ゴム成分としては、ＮＲとともに、ジエン系ゴムを好適に使用することができる。ここで、ＮＲ以外のジエン系ゴムとしては、たとえば、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンイソプレンゴム（ＳＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、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のハロゲン化物などを併用できる。なかでも、転がり抵抗を低減させ、硬度、耐久性および耐疲労特性を向上させることができることから、ＥＮＲ、ＳＢＲ、ＢＲ、ＩＲが好ましく、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもできることから、ＥＮＲがより好ましい。

ＥＮＲとしては、市販のＥＮＲを用いてもよいし、ＮＲをエポキシ化して用いてもよい。ＮＲをエポキシ化する方法としては、とくに限定されるものではないが、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うことができる。過酸法としてはたとえば、ＮＲに過酢酸や過蟻酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。

ゴム成分中のＥＮＲの含有率は、低発熱性に優れ、発熱を抑制できる点から、７０重量％以下が好ましく、５０重量％以下がより好ましい。また、ＥＮＲの含有率は、操縦安定性と転がり抵抗に優れる点から、０重量％以上が好ましく、１０重量％以上がより好ましく、２０重量％以上がさらに好ましい。

シリカとしては、とくに制限はなく、タイヤ工業において一般的に使用されているものを用いることができる。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して２０重量部以上、好ましくは３０重量部以上、より好ましくは４０重量部以上である。シリカの含有量が２０重量部未満では、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもできないうえ、ビードエイペックス用ゴム組成物として充分な硬度が得られない。また、シリカの含有量は１２０重量部以下、好ましくは１００重量部以下、より好ましくは９０重量部以下である。シリカの含有量が１２０重量部をこえると、ゴムの加工が困難になる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもできることを目的としており、補強用充填剤として通常使用されるカーボンブラックを使用しないことが好ましい。

補強用充填剤としては、クレー、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化チタンなどもあげられ、これらの補強用充填剤のなかから、単独、または２種以上をシリカと併用して用いることもできる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、シリカとともにシランカップリング剤を併用することが好ましい。なかでも、１３０〜１６０℃で混練りする際の混練り加工性および押し出し加工性を改善することが可能であることから、下記一般式で表される有機シランカップリング剤が好ましい。
（ＲＯ）₃−Ｓｉ−（ＣＨ₂）_x−Ｓ_n−（ＣＨ₂）_y−Ｓｉ−（ＯＲ）₃
（式中、Ｒは直鎖状または分岐鎖状の１〜８個の炭素数を有するアルキル基；ｘおよびｙは同じかまたは異なり、いずれも１〜８の整数；ｎは２〜８の整数である）

前記式を満たす化合物としては、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）ジスルフィドなどのスルフィド系などがあげられる。

シランカップリング剤の含有量は、ゴムの混練りおよび押出し時の加工性に優れる点から、シリカ１００重量部に対して４重量部以上が好ましく、８重量部以上がより好ましい。また、シランカップリング剤の含有量は、ゴムの混練りおよび押し出し時の加工性の改善効果に優れ、コストも抑制できる点から、２０重量部以下が好ましく、１５重量部以下がより好ましい。

補強用充填剤として、シリカのような白色充填剤のみを含有した場合、白色充填剤は光の遮蔽度が低く、光を透過しやすいため、ビードエイペックスの内層にまで光が到達し、ゴムの劣化が促進される。従来は、カーボンブラックを使用することで遮蔽効果を得ていたが、石油資源由来の原材料であり、好ましくないため、本発明では、同様の効果を有する石油外資源である黒鉛を使用することで、上記の白色充填剤の問題点を補うことができる。

本発明では、黒鉛とは、六角板状の結晶構造を有する層状の黒鉛であり、カーボンブラックなどは含まない。

黒鉛の平均粒子径は、充分な硬度が得られる点から、３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、１０μｍ以上がさらに好ましい。また、黒鉛の平均粒子径は、強度に優れ、破壊の起点となりにくく、引き裂き強度および耐屈曲亀裂性能にも優れる点から、５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。

黒鉛の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上、好ましくは１０重量部以上である。黒鉛の含有量が５重量部未満では、充分な補強効果が得られない。また、黒鉛の含有量は８０重量部以下、好ましくは５０重量部以下である。黒鉛の含有量が８０重量部をこえると、耐久性および耐疲労特性が低下する。本発明では、黒鉛の含有量を５〜８０重量部とすることで、転がり抵抗を低減させ、耐久性および耐疲労特性を向上させることができる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、さらに、熱硬化性樹脂を含有することが好ましい。ここで熱硬化性樹脂とは、具体的には、フェノール系樹脂、クレゾール系樹脂などがあげられる。

フェノール系樹脂としては、たとえば、アルキルフェノール樹脂や、カシューオイル変性フェノール樹脂やその他のオイルで変性したフェノール樹脂などのオイル変性フェノール樹脂などがあげられる。

熱硬化性樹脂としては、高硬度が得られる点から、フェノール系樹脂が好ましい。

熱硬化性樹脂の含有量は、ビードエイペックス用ゴム組成物として充分な硬度が得られる点から、ゴム成分１００重量部に対して１重量部以上が好ましく、３重量部以上がより好ましい。また、熱硬化性樹脂の含有量は、未加硫ゴムが硬くなりすぎず、加工性に優れる点から、２０重量部以下が好ましく、１５重量部以下がより好ましい。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、環境に配慮し、将来の石油資源の供給量の減少に備えることを目的としており、アロマオイルを含有しないことが好ましく、オイルを使用しなくても、操縦安定性や転がり抵抗などの充分な物性が得られる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、前記ゴム成分、シリカ、補強用充填剤、シランカップリング剤、黒鉛および熱硬化性樹脂以外にも、タイヤ工業において一般的に使用される硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、ワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛などの添加剤を適宜配合することができる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記ゴム成分、シリカ、黒鉛、必要に応じてその他の配合剤を混練りし、その後加硫することにより、本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を製造することができる。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物は、タイヤ部材のなかでもビードエイペックスとして使用するものである。

本発明のタイヤは、本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を用いて、通常の方法により製造することができる。すなわち、必要に応じて前記添加剤を配合した本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を、未加硫の状態で、タイヤのビードエイペックスの形状にあわせて押し出し加工し、他のタイヤ部材とともに貼りあわせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを得ることができる。

本発明のタイヤは、本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を用いたビードエイペックスを有する。図１は、本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を用いたビードエイペックスを有するタイヤのビード部の断面図である。ここで、該タイヤは、トレッド両側で連なる一対のサイドウォール２に形成された一対のビード１と、該ビード１中のビードコア４で両端部が折り返されたカーカス５とを備えており、ビードエイペックス３とは、図１に示すように、該カーカス５の折り返しの間に配置され、タイヤのサイドウォール２の方向に向かってのびるタイヤ部位をいい、ビードエイペックス３において、ａはビードエイペックスの高さ、ｂはビードエイペックスの厚さを示し、これらのばらつきが小さいことが好ましい。

なお、本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を用いたタイヤは、環境に配慮することも、将来の石油資源の供給量の減少に備えることもできるエコタイヤとすることができる。

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

以下、実施例および比較例で使用した各種薬品について詳細に説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３（タイ製）
黒鉛：日本黒鉛工業（株）製のＣＰ（平均粒子径：１９μｍ）
シリカ：デグッサ社製のＶＮ３（ＢＥＴ：１７５ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ７５：ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド
熱硬化性樹脂：住友ベークライト（株）製のフェノール系硬化レジン「スミライトレジンＰＲ１２６８６」
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸「つばき」
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン６Ｃ（Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
硫黄：鶴見化学工業（株）製
加硫促進剤ＮＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
加硫促進剤Ｈ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＨ（ヘキサメチレンテトラミン）

実施例１〜３および比較例１〜４
表１に示す配合処方にしたがい、（株）神戸製鉄所製の１．７Ｌバンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を１５０℃の条件下で４分間混練りし、混練り物を得た。得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、二軸ローラーを用いて、８０℃の条件下で４分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物をビードエイペックスの形状に成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１５０℃および２５ｋｇｆ（２４５．１６６２５Ｎ）の条件下で３５分間加硫することにより、実施例１〜３および比較例１〜４の試験用ラジアルタイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５、Ｈレンジ）を製造した。

（操縦安定性）
製造した試験用ラジアルタイヤを車輌（国産ＦＦ２０００ｃｃ）の全軸に装着させ、テストコースを実車走行し、ドライバーの官能評価により操縦安定性を評価した。なお、評価は１０点満点とし、比較例１の操縦安定性を６点として、相対評価を行なった。また、操縦安定性の評点は大きいほど、優れることを示す。

（転がり抵抗）
製造した試験用ラジアルタイヤをドラム上で転がすことにより、抵抗のトルク（転がり抵抗）を測定し、比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、下記計算式により、各配合の転がり抵抗を指数表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が低減され、転がり抵抗特性に優れることを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１の転がり抵抗）／（各配合の転がり抵抗）×１００

上記試験の評価結果を表１に示す。

本発明のビードエイペックス用ゴム組成物を用いたビードエイペックスを有するタイヤのビード部の断面図である。

符号の説明

１ビード
２サイドウォール
３ビードエイペックス
４ビードコア
５カーカス
ａビードエイペックスの高さ
ｂビードエイペックスの厚さ

Claims

天然ゴムを３０重量％以上含有するゴム成分１００重量部に対して、
シリカを２０〜１２０重量部、および
平均粒子径が３〜５０μｍである黒鉛を５〜８０重量部含有するビードエイペックス用ゴム組成物。
請求項１記載のビードエイペックス用ゴム組成物を用いたビードエイペックスを有するタイヤ。