JP4865363B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、詳しくは、特定のカーボンブラックを用いることにより、耐摩耗性と低発熱性を向上させた重荷重用タイヤに好適なタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

トラックやバスなどに使用される重荷重用タイヤにおいては、トレッド部の耐摩耗性を向上することが重要である。従来、耐摩耗性を向上するための方策として、ゴム成分として用いるブタジエンゴムについてシス−１，４含有量の高いハイシスタイプのものを使用したり、あるいは、充填剤としてのカーボンブラックについて、小粒径のものを使用したり、ストラクチャーの高いものを使用したり、添加量を増量したりなどといった方策が提案されている。

これら従来の方策を用いると確かに耐摩耗性の向上は見込まれるが、近年の高度な耐摩耗性の要求を満足するには至らず、また、重荷重タイヤ用トレッドゴムとして必要な低発熱性、耐カット／チップ性などの特性に悪影響を及ぼす欠点がある。

タイヤトレッド用ゴム組成物において、耐摩耗性と低発熱性を両立するため、従来、種々の提案がなされている（下記特許文献１〜６参照）。しかしながら、これらいずれの文献にも、本発明で使用した特定のカーボンブラックについては開示されておらず、また、該カーボンブラックをタイヤトレッド用ゴム組成物に用いることにより、耐摩耗性と低発熱性を従来にも増して高度に改良できることについて開示されていない。

例えば、下記特許文献２には、ブタジエンゴム１５〜３０重量％を含有するジエン系ゴム成分１００重量部に対して、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１４５〜１５１ｍ^２／ｇ、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１０４〜１１０ｍｌ／１００ｇ、ヨウ素吸着量（ＩＡ）に対するＣＴＡＢの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）が０．９５〜１．０４ｍ^２／ｍｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１６４〜１７０ｍ^２／ｇであるカーボンブラック５０〜５６重量部を含有させることにより、低燃費性を良好に保ちながら、耐摩耗性を向上し得るタイヤトレッド用ゴム組成物が提案されている。そして、その表３には、ＣＴＡＢが１３０ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰが１０８ｍｌ／１００ｇ、Ｎ_２ＳＡが１３１ｍ^２／ｇ、ＩＡが１２２ｍｇ／ｇであるカーボンＡが開示されている。このカーボンＡは、Ｎ_２ＳＡとＣＴＡＢとの差が１ｍ^２／ｇであり、表面荒れの小さいものであるが、表面活性の指標であるＮ_２ＳＡ／ＩＡが１．０７と小さく、そのため、耐摩耗性と低発熱性を高度に改良することはできない。
特開２００４−２５６７５６号公報 特開２００４−５９８０３号公報 特開２００１−１２３００８号公報 特開２００１−２８３５号公報 特開平６−１８４３６２号公報 特開平４−１７０４４８号公報

本発明は、耐摩耗性と発熱性を高度に向上させることのできるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、カーボンブラックの特性に着目して鋭意検討した結果、表面活性度を規定するとともに、表面の荒れを抑制することによって、低発熱性と耐摩耗性を高度に向上させることができることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、ヨウ素吸着量（ＩＡ）（ｍｇ／ｇ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）（ｍ ^２ ／ｇ）の比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２０〜１．３０、Ｎ_２ＳＡとＣＴＡＢ吸着比表面積の差が５ｍ^２／ｇ以下、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０〜１４０ｍ ^２ ／ｇ、及び、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１００〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合したことを特徴とするものである。

また、本発明のゴム組成物において、前記ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム９５〜５０重量％と、シス−１，４結合含有量が９５％以上のブタジエンゴム５〜５０重量％からなることが好ましい。

本発明によれば、タイヤトレッド用ゴム組成物に配合するカーボンブラックについて、表面活性の指標となるＮ_２ＳＡ／ＩＡを１．２０〜１．３０と高くしてゴムポリマーとのネットワークをより強くすることにより、耐摩耗性と低発熱性を改良することができる。また、カーボンブラックの表面荒れの指標となるＮ_２ＳＡとＣＴＡＢ吸着比表面積との差を小さく規定することで、耐摩耗性と低発熱性が更に改良される。よって、両者の組合せにより、耐摩耗性と低発熱性を大幅に向上することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明のゴム組成物において、ゴム成分として用いられるジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはいずれか一種を単独で用いても、２種以上ブレンドして用いてもよい。

好ましくは、ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム１００〜５０重量％と、ブタジエンゴム０〜５０重量％からなることである。すなわち、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの単独、あるいは、これとブタジエンゴムとのブレンドであることが好ましい。ブレンドする場合、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムが５０重量％以上で、ブタジエンゴムが５０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムが５０〜９５重量％で、ブタジエンゴムが５〜５０重量％である。

上記ブタジエンゴムとしては、シス−１，４結合含有量が９５％以上であるハイシスタイプのものが、耐摩耗性を向上させる上で好ましい。ここで、シス−１，４結合含有量は、赤外吸収スペクトル法（モレロ法）により測定される値である。

本発明のゴム組成物に使用されるカーボンブラックは、ヨウ素吸着量（ＩＡ）（ｍｇ／ｇ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）（ｍ^２／ｇ）の比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２０〜１．３０である特性を満足するものである。この比は、カーボンブラックの表面活性の指標となるものであり、本発明では上記数値範囲内の高表面活性品を用いる。このように表面活性度の高いカーボンブラックを使用することにより、ゴムポリマーとのネットワークをより強くして、耐摩耗性と低発熱性を改良することができる。

ここで、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７に準じて測定される値であり、ヨウ素吸着量（ＩＡ）は、ＡＳＴＭ Ｄ１５１０に準拠して測定される値である。

該カーボンブラックは、また、Ｎ_２ＳＡとＣＴＡＢ吸着比表面積の差が５ｍ^２／ｇ以下である特性を満足するものである。ここで、ＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロミド）吸着比表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ３７６５に準じて測定される値であり、カーボンブラックの粒子径の指標となるものである。また、Ｎ_２ＳＡがカーボンブラックの全表面積の指標になるのに対し、ＣＴＡＢ吸着比表面積はカーボンブラックの外部表面積の指標となるものであり、そのため、両者の差はカーボンブラックの表面荒れを表す指標となり、この差が小さいほど、細孔が少なく表面荒れが小さいことを示す。本発明では両者の差が５ｍ^２／ｇ以下である表面荒れの小さいカーボンブラックを用いることにより、耐摩耗性と低発熱性を一層向上することができる。この差は小さいほど好ましく、３ｍ^２／ｇ以下であることがより好ましい。

該カーボンブラックは、また、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０〜１４０ｍ^２／ｇであり、かつ、圧縮ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１００〜１２０ｍｌ／１００ｇであるＳＡＦ級のカーボンブラックであることが好ましい。２４Ｍ４ＤＢＰは、カーボンブラックのストラクチャーの指標となるものであり、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３に準じて測定されるものであって、本発明では上記数値範囲内の高ストラクチャー品を用いる。また、ＳＡＦ級カーボンブラックとは、ＡＳＴＭ Ｄ１７６５において粒子径によって分類されてコード化された１００番台の小粒径カーボンブラックのことである。このような小粒径かつストラクチャーの高いカーボンブラックを用いることにより、耐摩耗性と低発熱性を一層解消することができる。

該カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して４０〜６０重量部である。該カーボンブラックの配合量が４０重量部未満であると補強性が十分でなく耐摩耗性が低下し、また、６０重量部を超えると加工性や低発熱性が低下する。

本発明のゴム組成物には、上記した成分の他に、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤など、重荷重用タイヤのトレッドゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

以上よりなる本発明のゴム組成物によれば、耐摩耗性と発熱性を高度に向上させることができるので、空気入りタイヤのトレッドゴムとして好適に用いることができ、特に、高荷重下で使用され、高度な耐摩耗性が要求される重荷重用タイヤトレッドに好適に用いられる。

かかるゴム組成物の調製には、バンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどの各種混合機を用いて行うことができ、混練されたゴム組成物をタイヤトレッドゴムとして用いて、常法に従い加硫成形することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４及び比較例１〜６
バンバリーミキサーを使用し、実施例１〜４及び比較例１〜６のタイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。各ゴム組成物の配合は、以下の通りである。

天然ゴム（ＲＳＳ３号） ８０重量部
ブタジエンゴム（シス１，４結合＝９５％、ＪＳＲ社製「ＢＲ０１」） ２０重量部
カーボンブラック 表１記載の通り
亜鉛華（三井金属社製「亜鉛華１号」） ３重量部
ステアリン酸（日本油脂社製） ３重量部
老化防止剤（モンサント社製「６ＰＰＤ」） １重量部
硫黄（鶴見化学工業社製） ２重量部
加硫促進剤（三新化学社製「ＴＢＢＳ」） １重量部。

カーボンブラックの特性は下記表１に示す通りである。比較例１〜３のカーボンブラックは、いずれも市販のＡＳＴＭグレードＳＡＦ、ＩＳＡＦ級のカーボンブラックであり、比較例１は東海カーボン社製「シースト９」、比較例２は東海カーボン社製「シースト６」、比較例３は東海カーボン製「シースト７ＨＭ」である。

また、比較例４〜６及び実施例１〜４のカーボンブラックは、炉頭部に空気供給口と炉軸方向に装着された燃焼バーナーを備える燃焼室と、この燃焼室と同軸に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の径小の反応室及び径大の反応室とにより構成されるオイルファーネス炉を用いて、下記表１に示すような特性を持つように、原料油の導入条件、空気導入条件、燃料油導入条件、冷却条件を調整することにより得られたものである。なお、実施例３と実施例４のカーボンブラックは同一品である。

各ゴム組成物について、引張試験を行って、３００％モジュラス、破断強度および破断伸びを測定し、また、耐摩耗性、低発熱性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・引張試験：ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、３００％モジュラス、破断強度および破断伸びを測定し（ダンベル状３号形）、比較例１の値を１００とした指数で表示した。

・耐摩耗性：ＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠したランボーン法により、標準条件：スリップ率３０％、負荷荷重４０Ｎ、落砂量２０ｇ／分で測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。数値が大きいほど耐摩耗性に優れることを示す。

・低発熱性：東洋精機製スペクトロメータを用いて６０℃での粘弾特性ｔａｎδを周波数１０Ｈｚ、初期伸張１０％、歪振幅２％として測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。数値が小さいほど低発熱性に優れることを示す。

結果は表１に示す通りであり、比較例１〜４のカーボンブラックでは、小粒径品であるものの、表面活性度が低いものであるため、耐摩耗性と低発熱性の改良効果が低く不十分であった。また、比較例５では、カーボンブラックの表面活性度が高いため、耐摩耗性、低発熱性ともに改良されたが、カーボンブラックの表面荒れが大きく、そのため、その改良効果は小さいものであった。また、比較例６では、カーボンブラックの表面荒れは小さいものであり、そのため、耐摩耗性は改良されたが、表面活性度が小さいため、その効果は必ずしも十分でなく、特に低発熱性の改良効果はほとんど得られなかった。

これに対し、実施例１〜４のカーボンブラックでは、表面活性度の指標であるＮ_２ＳＡ／ＩＡの値が１．２０以上と高く、さらにストラクチャーとの関係も比例関係のバランスを崩して高いレベルにあり、耐摩耗性、低発熱性とも改良されていた。また、該カーボンブラックの表面荒れが抑制されたものであるため、耐摩耗性及び低発熱性が一層高度に改良されていた。なお、実施例４では、カーボンブラックの配合量を少なくし、モジュラスを同じところで評価した場合でも、十分な耐摩耗性が得られ、更なる低発熱化が達成されていた。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、各種空気入りタイヤのトレッドゴムとして用いることができ、特に、トラックやバスなどに使用される大型タイヤ、即ち重荷重用タイヤのトレッドゴムとして好適に用いることができる。

Claims (2)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対して、
   ヨウ素吸着量（ＩＡ）（ｍｇ／ｇ）に対する窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）（ｍ ^２ ／ｇ）の比（Ｎ_２ＳＡ／ＩＡ）が１．２０〜１．３０、Ｎ_２ＳＡとＣＴＡＢ吸着比表面積の差が５ｍ^２／ｇ以下、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０〜１４０ｍ ^２ ／ｇ、及び、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１００〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを４０〜６０重量部配合した
   ことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴム９５〜５０重量％と、シス−１，４結合含有量が９５％以上のブタジエンゴム５〜５０重量％からなることを特徴とする請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。