JP4755051B2 - ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物に関する。

タイヤの低燃費化を図るために、転がり抵抗を低減させることを目的として、タイヤを構成するゴム組成物のヒステリシスロス（一般に、粘弾性特性値における損失正接（ｔａｎδ）により、表される）を低減させることが重要である。

とくに、タイヤを構成するゴム組成物の中でも、トレッド、ベーストレッド、サイドウォールなどのタイヤにおける重量構成比率が高い部材のゴム組成物のヒステリシスロスを低減させることが一般的に行われている。

たとえば、サイドウォール用ゴム組成物においては、カーボンブラックの含有量を低減させたり、カーボンブラックの一部をシリカで代替したりすることにより、ヒステリシスロスを低減させる方法が用いられてきた。しかし、これらの従来の手法では、ヒステリシスロスを大幅に低減させる事は難しいという問題があった。

そこで、カーボンブラックの含有量をさらに大幅に減少させると、ヒステリシスロスを充分に低減させることはできるものの、サイドウォール用ゴム組成物として充分な強度特性を得ることが難しいという問題があった。

また、カーボンブラックをシリカで代替する場合、たとえシリカの含有比率を増加させたとしても、ヒステリシスロスを大幅に低減させることは困難であった。

特許文献１には、所定のジエン系ゴム、所定のカーボンブラック、所定のシリカおよびシランカップリング剤を所定量含有することにより、転がり抵抗を低減させ、耐摩耗性、ウェットグリップ性能、耐屈曲亀裂成長性および耐カット性に優れたサイドウォール用ゴム組成物が開示されている。しかし、さらにｔａｎδを低減するために、カーボンブラック、シリカの配合量を低減させた配合では、たとえｔａｎδは低減できても、破壊特性を要求特性以上にすることは難しい。

特開平１０−３６５５９号公報

本発明は、耐亀裂成長性を低下させることなく、カーボンブラックの分散性に優れ、ｔａｎδを充分に低減させ、転がり抵抗特性および破壊特性をともに向上させることができるゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを４０重量％以上、ならびにブタジエンゴムを２５重量％以上含有するゴム成分１００重量部に対して、ヨウ素吸着量が４０〜８０ｍｇ／ｇであり、ＤＢＰ吸油量が１００〜１４５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを１５〜３０重量部、ならびにＢＥＴ比表面積が１２０〜２００ｍ²／ｇのシリカを含有し、該カーボンブラックおよび該シリカの合計含有量が２５〜３５重量部であり、
７０℃における損失正接が０．０７以下であり、破断強度ＴＢおよび破断時伸びＥＢが下記式を満たすゴム組成物に関する。
ＴＢ×ＥＢ×０．５≧４０００
前記ゴム組成物は、カーボンブラック分散性が９０％以上であることが好ましい。

本発明によれば、所定のゴム成分、所定のカーボンブラックおよび所定のシリカを所定量含有することにより、耐亀裂成長性を低下させることなく、カーボンブラックの分散性に優れ、ｔａｎδを充分に低減させ、転がり抵抗特性および破壊特性をともに向上させることができるゴム組成物を提供することができる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分、カーボンブラックおよびシリカを含有する。

前記ゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）および／またはイソプレンゴム（ＩＲ）ならびにブタジエンゴム（ＢＲ）を含有する。

ＮＲとしては、タイヤ工業などにおいて一般的に使用されるＲＳＳ♯３などを使用することができる。また、ＩＲとしても同様に、タイヤ工業などにおいて一般的に使用されるものを使用することができる。

ゴム成分中のＮＲおよび／またはＩＲの含有率は４０重量％以上、好ましくは４５重量％以上である。ＮＲおよび／またはＩＲの含有率が４０重量％未満では、破壊強度（破断強度（ＴＢ）×破断時伸び（ＥＢ）×０．５）を４０００以上とすることが困難になり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。また、ＮＲおよび／またはＩＲの含有率は７５重量％以下が好ましく、６０重量％以下がより好ましい。ＮＲおよび／またはＩＲの含有率が７５重量％をこえると、耐屈曲亀裂成長性が著しく低下する傾向がある。

ＢＲとしては、ＢＲ１５０Ｂ（宇部興産（株）製）、ＢＲ０１（ＪＳＲ（株））などのゴム工業において一般的なものを使用することができる。

ゴム成分中のＢＲの含有率は２５重量％以上、好ましくは４０重量％以上である。ＢＲの含有率が２５重量％未満では、耐屈曲疲労性能が低下する。また、ＢＲの含有率は６０重量％以下が好ましく、５０重量％以下がより好ましい。ＢＲの含有率が６０重量％をこえると、破壊強度を４０００以上にすることが難しく、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる傾向がある。

ゴム成分としては、ＮＲ、ＩＲおよびＢＲ以外にも、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などのゴム成分があげられ、これらを含有してもよい。なかでも、ＮＲ、ＩＲおよびＢＲ以外のゴムを含有する場合、ＳＢＲが好ましい。

カーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は４０ｍｇ／ｇ以上である。カーボンブラックのＩＡが４０ｍｇ／ｇ未満では、破壊強度を４０００以上とすることが困難になり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。また、カーボンブラックのＩＡは８０ｍｇ／ｇ以下である。カーボンブラックのＩＡが８０ｍｇ／ｇをこえると、ｔａｎδを０．０７以下とすることが困難となり、転がり抵抗を充分に低減させることができない。

カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は１００ｍｌ／１００ｇ以上である。カーボンブラックのＤＢＰが１００ｍｌ／１００ｇ未満では、ｔａｎδを０．０７以下とすることが困難となり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。また、カーボンブラックのＤＢＰは１４５ｍｌ／１００ｇ以下である。カーボンブラックのＤＢＰが１４５ｍｌ／１００ｇをこえると、破壊強度を４０００以上とすることが困難となり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。

カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して１５重量部以上である。カーボンブラックの含有量が１５重量部未満では、破壊強度を４０００以上とすることが困難となり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。また、カーボンブラックの含有量は３０重量部以下である。カーボンブラックの含有量が３０重量部をこえると、ｔａｎδを０．０７以下とすることが困難となり、転がり抵抗を充分に低減させることができない。

シリカとしては、湿式法または乾式法により製造されたシリカがあげられるが、とくに制限はない。

シリカのＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）は１２０ｍ²／ｇ以上である。シリカのＢＥＴが１２０ｍ²／ｇ未満では、破壊強度を４０００以上とすることが困難となり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。また、シリカのＢＥＴは２００ｍ²／ｇ以下である。シリカのＢＥＴが２００ｍ²／ｇをこえると、ｔａｎδを０．０７以下とすることが困難となり、転がり抵抗を充分に低減させることができない。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上が好ましい。シリカの含有量が５重量部未満では、破壊強度が低下する傾向がある。また、シリカの含有量は２０重量部以下が好ましい。シリカの含有量が２０重量部をこえると、ｔａｎδを０．０７以下にすることが困難となり、転がり抵抗を充分に低減させることができない傾向がある。

カーボンブラックおよびシリカの合計含有量は、ゴム成分１００重量部に対して２５重量部以上である。カーボンブラックおよびシリカの合計含有量が２５重量部未満では、破壊強度を４００００以上とすることが困難となり、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。また、カーボンブラックおよびシリカの合計含有量は３５重量部以下である。カーボンブラックおよびシリカの合計含有量が３５重量部をこえると、ｔａｎδを０．０７以下とすることが困難となり、転がり抵抗を充分に低減させることができない。

本発明のゴム組成物は、上記のように、所定のゴム成分、粒子間のつながりが発達した（ＩＡおよびＤＢＰが上記範囲内の）カーボンブラックおよび粒子の細かい（ＢＥＴが上記範囲内の）シリカを所定量含有することにより、カーボンブラックを減量することによるカーボンブラックの分散性の低下を抑制することができ、補強効果の充分でない領域にシリカが入って補強し、破壊特性を向上させることができ、さらに、耐亀裂成長性を損なうことなく、ｔａｎδおよび転がり抵抗を充分に低減させることができる。

本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分、カーボンブラックおよびシリカ以外にも、従来ゴム工業で使用される配合剤、たとえば、ワックス、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種老化防止剤、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを、必要に応じて適宜配合することができる。

本発明のゴム組成物において、カーボンブラック分散性は９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。カーボンブラック分散性が９０％未満では、破壊強度が低下する傾向がある。なお、カーボンブラック分散性は１００％が最も好ましい。また、カーボンブラック分散性は、とくに制限されるわけではないが、たとえば、ＡＳＴＭ Ｄ２６６３Ｂに記載されている方法に準じて測定することができる。

本発明のゴム組成物は、耐屈曲性を確保するためにＢＲをブレンドしており、柔らかいゴムであるため、タイヤトレッドや、内部の配合には適さないという理由から、サイドウォール用とすることが好ましい。

本発明のゴム組成物を用いて、タイヤを通常の方法により製造することができる。すなわち、本発明のゴム組成物を未加硫の段階で、たとえば、サイドウォールの形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、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してタイヤを製造することができる。

本発明のゴム組成物をサイドウォール用としてタイヤを製造した場合、前記タイヤのサイドウォール部から切り出した所定サイズのゴムシートの損失正接（ｔａｎδ）は、７０℃、周波数１０Ｈｚ、初期歪１０％および動歪２％の条件下で、０．０７以下、好ましくは０．０６以下である。ｔａｎδが０．０７をこえると、転がり抵抗を充分に低減させることができない。

本発明のゴム組成物をサイドウォール用としてタイヤを製造した場合、前記タイヤのサイドウォール部から切り出したゴムシートのＴＢおよびＥＢは、下記式を満たす。
ＴＢ×ＥＢ×０．５≧４０００

なお、ＴＢおよびＥＢは、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に記載されている測定方法に準じて、測定される。

前記ゴムシートのＴＢ×ＥＢ×０．５（破壊強度）は４０００以上、好ましくは５０００以上である。破壊強度が４０００未満では、ゴム組成物の外傷に対する抵抗性が不充分となる。

実施例にもとづいて、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。

つぎに、実施例および比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：ＪＳＲ（株）製のＳＢＲ１５０２
カーボンブラック（１）：東洋カーボン（株）製のシースト３（Ｎ３３０、ＩＡ：８２ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ：１０２ｍｌ／１００ｇ）
カーボンブラック（２）：東海カーボン（株）製のシーストＮＨ（Ｎ３５１、ＩＡ：７０ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ：１２０ｍｌ／１００ｇ）
カーボンブラック（３）：三菱化学（株）製の試作カーボンブラック（Ｎ３５１ＨＡ、ＩＡ：５８ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ：１４７ｍｌ／１００ｇ）
カーボンブラック（４）：三菱化学（株）製の試作カーボンブラック（Ｎ３５１ＨＢ、ＩＡ：５８ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ：１４０ｍｌ／１００ｇ）
カーボンブラック（５）：東海カーボン（株）製のシーストＳＯ（Ｎ５５０、ＩＡ：４３ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ：１２１ｍｌ／１００ｇ）
カーボンブラック（６）：東海カーボン（株）製のシーストＶ（Ｎ６６０、ＩＡ：３６ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ：９０ｍｌ／１００ｇ）
シリカ（１）：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３（ＢＥＴ：１７５ｍ²／ｇ）
シリカ（２）：ローディア社製のローディア１１５ＧＲ（ＢＥＴ：１１２ｍ²／ｇ）
シリカ（３）：日本シリカ工業（株）製のニップシールＡＱ（ＢＥＴ：２０５ｍ²／ｇ）
シリカ（４）：デグッサ社製の試作シリカＢ（ＢＥＴ：１２３ｍ²／ｇ）
ワックス：日本精鑞（株）製のオゾエース０３５５
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製
ステアリン酸：日本油脂（株）製
老化防止剤：フレキシス社製のサントフレックス１３（Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン）
硫黄：日本乾硫工業（株）製のセイミサルファー
加硫促進剤：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ァンアミド）

実施例１〜３，５，６、参考例４および比較例１〜１２
表１に示す配合処方にしたがい、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を、バンバリーミキサーを用いて、排出温度１６０℃の条件下で２．５分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に、硫黄および加硫促進剤を添加し、バンバリーミキサーを用いて、排出温度１００℃の条件下で２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１５０℃の条件下で３０分間プレス加硫し、実施例１〜３，５，６、参考例４および比較例１〜１２の加硫ゴム組成物を得た。

（カーボンブラック分散性）
ＡＳＴＭ Ｄ２６６３Ｂに準じて、前記加硫ゴム組成物をカットしたとき、その断面において、カーボンブラックの単位面積あたりの割合を測定し、カーボンブラックが全て分散しており、凝集が確認できない状態を１００として指数表示した（ＣＢ分散）。なお、ＣＢ分散が大きいほど、ゴム組成物中にカーボンブラックが分散しており、良好であることを示す。

（粘弾性試験）
前記未加硫ゴム組成物をタイヤ成型機上でサイドウォールの形状に成形し、他のタイヤ部材とともに貼りあわせて未加硫タイヤを作製した。該未加硫タイヤを１４１℃の条件下で４５分間プレス加硫することにより、実施例１〜３，５，６、参考例４および比較例１〜１２の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１１Ｒ２２．５ １４ＰＲ、オールシーズンパターン）を製造した。

製造した試験用タイヤのサイドウォール部から、幅４ｍｍ、厚さ１．８〜２．２ｍｍおよび長さ３０ｍｍのゴムシートを切り出し、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、初期歪１０％、動歪２％および周波数１０Ｈｚの条件下で、７０℃における損失正接（ｔａｎδ）の測定を行なった。なお、ｔａｎδの値が小さいほど、転がり抵抗が低減され、好ましいことを示す。

（破壊特性）
製造した試験用タイヤのサイドウォール部から、厚さ１．８〜２．２ｍｍのゴムシートを切り出し、ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に準じて、引張り強度（ＴＢ）および破断時伸び（ＥＢ）を測定し、破壊強度（ＴＢ×ＥＢ×０．５）を算出した。なお、破壊強度が大きいほど、優れることを示す。

（転がり抵抗特性）
ドラム試験機を用いて、タイヤ内圧７００ｋＰａおよび荷重２４．５Ｎの条件下で、製造した試験用タイヤを８０ｋｍ／ｈでドラム走行させ、設置面と試験用タイヤとの間に発生する最大摩擦係数を測定した。さらに、比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、下記計算式により、各配合の最大摩擦係数を指数表示した。なお、転がり抵抗指数が小さいほど、転がり抵抗が低減されており、優れることを示す。
（転がり抵抗指数）＝（各配合の最大摩擦係数）
÷（比較例１の最大摩擦係数）×１００

（耐亀裂成長性試験）
製造した試験用タイヤのサイドウォールの最大歪位置に、幅５ｍｍおよび深さ２ｍｍのカット傷をつけ、ドラム試験機を用いて、タイヤ内圧８５０ｋＰａおよび荷重３７．５ｋＮの条件下で、４０ｋｍ／ｈで１５０００ｋｍドラム走行させ、ドラム走行後のカット傷の幅および深さを測定し、カット傷が成長（２００％以内）していなければ、合格（○）とした。

上記試験の評価結果を表１に示す。

Claims (2)

1. 天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを４０重量％以上、ならびにブタジエンゴムを２５重量％以上含有するゴム成分１００重量部に対して、
   ヨウ素吸着量が４０〜８０ｍｇ／ｇであり、ＤＢＰ吸油量が１００〜１４５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを１５〜３０重量部、ならびに
   ＢＥＴ比表面積が１７５〜２００ｍ²／ｇのシリカを含有し、
   該カーボンブラックおよび該シリカの合計含有量が２５〜３５重量部であり、
   ７０℃における損失正接が０．０７以下であり、
   破断強度ＴＢおよび破断時伸びＥＢが下記式を満たすゴム組成物。
   ＴＢ×ＥＢ×０．５≧４５００
2. カーボンブラック分散性が９０％以上である請求項１記載のゴム組成物。