JP5087266B2

JP5087266B2 - 重荷重用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5087266B2
Application number: JP2006334594A
Authority: JP
Inventors: 宏文青木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: JP2008144074A

Description

本発明は、重荷重用空気入りタイヤ、特に転がり抵抗を著しく改良した重荷重用空気入りタイヤに関する。

従来から、タイヤの転がり抵抗を改良するために、カーボンブラックを減量する手法や低級カーボンブラックを使用するなどして低ヒステリシスロス化したゴム組成物をタイヤ部材に用いる手法が採用されていた。しかし、カーボンブラックの単純な減量は耐摩耗性の悪化を招く。また、ポリブタジエンゴムの比率を増加させたり、高弾性化することによっても転がり抵抗を改善できるが、耐テアー性を著しく低下させてしまう。

一方、末端変性ポリブタジエンゴム等の末端変性ポリマーを用いることによりカーボンブラックの分散性を改良して、耐摩耗性と転がり抵抗を両立させた例がある（特許文献１）。この例によれば一定の効果が得られポリブタジエンゴム中のヒステリシスロスが低減される。しかしながら、天然ゴム中のヒステリシスロスについては考慮されておらず、更なる改良の余地がある。

特開２００５−０４１９７５号公報

そこで、本発明は耐テアー性を損なうことなく転がり抵抗を著しく改良した重荷重用空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、タイヤトレッド用のゴム組成物中に部分脱タンパク処理した天然ゴムを所定の割合で使用し、好ましくは更に末端変性ポリブタジエンゴムを使用してポリブタジエンゴム中のヒステリシスロスを低減することにより、耐摩耗性、耐テアー性を維持しつつ天然ゴムの自己発熱性を抑制してタイヤ転がり抵抗を改良できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の重荷重用空気入りタイヤは、天然ゴム及びその他のジエン系ゴムからなるゴム成分１００質量部に対して、カーボンブラックを４０〜６０質量部配合してなり、前記ゴム成分の３０質量％以上が天然ゴムであって、該天然ゴムが天然ゴムラテックス中のタンパク質を機械的分離方法により部分脱タンパク処理してなるラテックスから得られた総窒素含量が０．１質量％を超え且つ０．４質量％以下であるゴム組成物をトレッドゴムに使用し、
前記ゴム成分が末端変性ポリブタジエンゴムを１０〜７０質量％含み、
前記末端変性ポリブタジエンゴムは、ポリブタジエンゴムの重合開始末端が、下記式（Ｉ）：

（式（Ｉ）中、Ｒ ^１は、それぞれ独立して炭素数１〜１２のアルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基である）で表される置換基、又は下記式（ＩＩ）：

（式（ＩＩ）中、Ｒ ^２は、３〜１６のメチレン基を有するアルキレン基、置換アルキレン基、オキシアルキレン基又はＮ−アルキルアミノ−アルキレン基を示す）で表される置換基で変性されたものであることを特徴とする。

上記ゴム組成物は従来における重荷重用空気入りタイヤの諸問題を解決することができ、特に重荷重用空気入りタイヤのタイヤトレッドに好適に使用できる。上記ゴム組成物をトレッドゴムに用いて製造した重荷重用空気入りタイヤは、従来の重荷重用空気入りタイヤに較べて、耐摩耗性及び耐テアー性等を損なうことなく転がり抵抗が著しく改良されている。

本発明の重荷重用空気入りタイヤのトレッドゴムには、天然ゴム及びその他のジエン系ゴムからなるゴム成分１００質量部に対して、カーボンブラック及びシリカから選択される少なくとも一種の充填剤を４０〜６０質量部配合してなり、前記ゴム成分の３０質量％以上が天然ゴムであって、該天然ゴムが天然ゴムラテックス中のタンパク質を機械的分離方法により部分脱タンパク処理してなるラテックスから得られた総窒素含量が０．１質量％を超え且つ０．４質量％以下であるゴム組成物を用いる。

前記天然ゴムの部分脱タンパク処理は、機械的な遠心分離濃縮法により行うことができる。他の方法、例えばタンパク質分解酵素を用いた分解処理方法、界面活性剤を用い繰り返し洗浄する方法、酵素と界面活性剤とを併用する方法などにより部分脱タンパク処理を行う場合には、固形ゴム中のタンパク質は減少するが、同時に老化防止作用を有するトコトリエノールなどの有効成分も失われるため、天然ゴム本来の耐老化性が低下する。一方、機械的分離手法では、トコトリエノール等の有効成分が殆ど失われないため、耐熱性を従来の天然ゴムとほぼ同等に維持することができる。

前記天然ゴム中の総窒素含有量は、タンパク質含量の指標となるもので、原料の天然ゴムラテックスの遠心分離条件（回転数，時間など）を調整してその含有量をコントロールすることができるが、得られる天然ゴム製品中の総窒素含有量が０．１質量％を超えて０．４質量％以下になるように調整して製造することが必要である。前記遠心分離の条件としては、特に制限されるものではないが、例えば７５００ｒｐｍ程度の回転数で数回繰り返し行うことが好ましい。総窒素含有量が０．１質量％以下では耐熱老化性が低下し、０．４質量％を超えると充分な低発熱性が得られないことがある。また、上記天然ゴム中の総窒素含有量は、０．２〜０．４質量％の範囲が好ましい。

前記処理ラテックスを凝固して得られたゴム成分は、洗浄後、真空乾燥機、エアドライヤー、ドラムドライヤー等の通常の乾燥機を用いて乾燥することにより、本発明で使用する部分脱タンパク天然ゴムを得ることができる。なお、原料となる天然ゴムラテックスは、特に限定されず、フィールドラテックスや市販のラテックス等を用いることができる。ここで、ゴム成分中の前記天然ゴムの含有率は３０質量％以上である。該含有率が３０質量％未満であると耐破壊性が維持できない。また、ゴム成分中の前記天然ゴムの含有率が４０質量％以上であることが好ましい。

上記トレッドゴムに用いるゴム組成物のゴム成分は、更に末端変性ポリブタジエンゴムを含むことが好ましい。該末端変性ポリブタジエンゴムは、炭化水素溶媒中で１，３−ブタジエンの溶液を生じさせ、ここに有機リチウムと下記式（Ｉ）：

（式中、Ｒ^１は、それぞれ独立して炭素数１〜１２のアルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基である）で表される置換基、又は下記式（ＩＩ）：

（式中、Ｒ^２は、３〜１６のメチレン基を有するアルキレン基、置換アルキレン基、オキシアルキレン基又はＮ−アルキルアミノ−アルキレン基を示す）で表される置換基を有するアミンから生じたリチオアミンを重合開始剤として用い上記１，３−ブタジエンを重合させる既知の方法によって製造できる。該重合により、ポリブタジエンゴムの重合開始末端を式（Ｉ）又は式（ＩＩ）で表される置換基で変性できる。更に、該重合終了後重合系にスズ化合物からなるカップリング剤を加えることで、ポリブタジエンゴムの分子内にスズ−炭素結合を導入できる。ここで、上記Ｒ^２基は、ヘキサメチレンイミン、２−（２−エチルヘキシル）ピロリジン、３−（２−プロピル）ピロリジン、３，５−ビス（２−エチルヘキシル）ピペリジン、４−フェニルピペリジン、７−デシル−１−アザシクロトリデカン、３，３−ジメチル−１−アザシクロテトラデカン、４−ドデシル−１−アザシクロオクタン、４−（２−フェニルブチル）−１−アザシクロオクタン等から誘導することができる。また、有機リチウムとしてはｎ−ブチルリチウム等、スズ化合物としては四塩化スズ等を使用できる。

上記ゴム成分中の末端変性ポリブタジエンゴム含有率は、１０〜７０質量％であることが好ましく、２０〜６０質量％であることが更に好ましい。末端変性ポリブタジエンゴムの含有率が１０質量％未満では充填剤の分散性を改良する効果に乏しく、７０質量％を超えると作業性が極端に悪化する。

上記トレッドゴム用のゴム組成物は、充填剤としてカーボンブラック及び／又はシリカを含む。カーボンブラックとしては、例えば、ＳＡＦ，ＨＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦなど種々のグレードのカーボンブラックを使用することができる。また、シリカとしては、特に限定されないが、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカが好ましい。ここで、上記ゴム組成物は、カーボンブラック及び／又はシリカから選択される充填剤を前記ゴム成分１００質量部に対して４０〜６０質量部配合してなる。充填剤の配合量が４０質量部未満であると耐摩耗性が著しく低下し、６０質量部を超えると作業性が極端に悪化する。また、上記ゴム組成物は、耐摩耗性及び作業性の観点から前記充填剤を４５〜５５質量部含むことが好ましい。

上記ゴム組成物には、少なくとも天然ゴムを含むゴム成分、カーボンブラック、シリカの他、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等のゴム業界で通常使用される配合剤を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択し配合することができる。これら配合剤は、市販品を好適に使用することができる。なお、上記ゴム組成物は、ゴム成分に、カーボンブラック及び／又はシリカと共に、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。

本発明の重荷重用空気入りタイヤは、上述のゴム組成物をトレッドゴムに用いたことを特徴とする。本発明の重荷重用空気入りタイヤは、上述のゴム組成物をトレッドゴムに用いる以外特に制限は無く、常法に従って製造することができる。なお、トレッドゴム以外のタイヤ部材としては、公知の部材を使用することができる。また、該重荷重用空気入りタイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。

表１に示す配合処方のゴム組成物を調製し、該ゴム組成物をトレッドゴムに適用したサイズ１１Ｒ２２．５の重荷重用空気入りタイヤを作製し、下記の方法で転がり抵抗、耐摩耗性及び耐テアー性に関する評価を行った（実施例１〜３）。なお、比較例として部分脱タンパク天然ゴム及び末端変性ポリブタジエンゴムの代わりに天然ゴム及びポリブタジエンゴムを含むゴム組成物をトレッドゴムに使用して製造した空気入りタイヤに関しても同様の測定を行った（比較例１〜３）。結果をそれぞれ表１に示す。なお、各測定及び評価等は以下のようにして行った。

（転がり抵抗の評価）
供試タイヤに対して、正規の荷重、内圧で８０ｋｍ／ｈでの転がり抵抗を測定しコントロール（比較例１）対比の軸トルクを指数で表示した。値が小さいほど、転がり抵抗が良好であることを示す。

（耐摩耗性の評価）
供試タイヤをトラックのドライブ軸に装着して１０万ｋｍ走行後の摩耗量を測定し、比較例１の値を１００として指数で表示した。指数の値が大きいほど摩耗量が少なく、耐摩耗性が良好であることを示す。

（耐テアー性の評価）
供試タイヤをトラックのドライブ軸に装着し１０万ｋｍ走行後のテアーの総長さを測定し、比較例１の値を１００として指数で表示した。指数の値が大きいほど傷の数が少なく、耐テアー性が良好であることを示す。

*1 下記の方法で製造した部分脱タンパク天然ゴム
*2 ＪＳＲ製、ＢＲ０１
*3 下記の方法で製造した末端変性ポリブタジエンゴム
*4 大内新興化学製、ノクセラーＣＺ

（部分脱タンパク天然ゴムの製造方法）
アンモニア0.4質量％を添加した天然ゴムラテックス（ＣＴ−１）を、ラテックスセパレーターＳＬＰ−３０００（斉藤遠心機工業製）を用いて回転数７５００ｒｐｍで１５分間遠心分離することにより濃縮した。濃縮したラテックスを更に回転数７５００ｒｐmで１５分間遠心分離した。得られた濃縮ラテックスを固形分として約２０％に希釈した後、蟻酸を添加し、一晩放置後、凝固して得られたゴム分を、１１０℃で２１０分間乾燥して部分脱タンパク天然ゴムを製造した。得られ天然ゴムの総窒素含有量を、ケルダール法によって測定したところ、０．１５質量％であった。

（末端変性ポリブタジエンゴムの製造方法）
乾燥し、窒素置換された内容積約９００ｍＬの耐圧ガラス容器に、シクロヘキサン２８３ｇ、１，３−ブタジエン５０ｇ、２，２−ジテトラヒドロフリルプロパン０．００５７ｍｍｏｌ、及びヘキサメチレンイミン０．５１３ｍｍｏｌをそれぞれシクロヘキサン溶液として注入し、これに０．５７ｍｍｏｌのｎ−ブチルリチウム（ＢｕＬｉ）を加えた後、撹拌装置を備えた５０℃の温水浴中で４．５時間重合を行った。重合添加率はほぼ１００％であった。この重合系に四塩化スズ０．１００ｍｍｏｌをシクロヘキサン溶液として加え５０℃で３０分撹拌した。その後さらに、２，６−ジ−ｔ−ブチルパラクレゾール（ＢＨＴ）のイソプロパノール５％溶液０．５ｍＬを加えて反応を停止させ、さらに，常法に従い乾燥して末端変性ポリブタジエンゴムを得た。得られた末端変性ポリブタジエンのビニル結合（１，２−結合）量を、^１Ｈ−ＮＭＲ［日本電子製，Ａｌｐｈａ４００ＭＨｚＮＭＲ装置、ＣＤＣｌ_３中］スペクトルにおける積分比より求めたところ、ブタジエン単位のビニル結合量が１４％であった。また、得られた末端変性ポリブタジエンのカップリング効率を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）より得られるデータのうち高分子量側のピークの面積比率を用いて算出したところ、カップリング効率は６５％であった。また、ガラス転移温度は−９５℃であった。

表１に示す結果より、天然ゴム：ポリブタジエンゴム又は変性天然ゴム：末端変性ポリブタジエンゴム＝８０質量部：２０質量部としたもの（比較例１、２、実施例１）及び天然ゴム：ポリブタジエンゴム又は変性天然ゴム：末端変性ポリブタジエンゴム＝６０質量部：４０質量部としたもの（比較例３、実施例２、３）のいずれも、比較例よりも実施例の方が転がり抵抗、耐摩耗性及び耐テアー性とも性能が向上していることがわかる。

Claims

天然ゴム及びその他のジエン系ゴムからなるゴム成分１００質量部に対して、カーボンブラックを４０〜６０質量部配合してなり、前記ゴム成分の３０質量％以上が天然ゴムであって、該天然ゴムが天然ゴムラテックス中のタンパク質を機械的分離方法により部分脱タンパク処理してなるラテックスから得られた総窒素含量が０．１質量％を超え且つ０．４質量％以下であるゴム組成物をトレッドゴムに使用し、
前記ゴム成分が末端変性ポリブタジエンゴムを１０〜７０質量％含み、
前記末端変性ポリブタジエンゴムは、ポリブタジエンゴムの重合開始末端が、下記式（Ｉ）：

（式（Ｉ）中、Ｒ ^１は、それぞれ独立して炭素数１〜１２のアルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基である）で表される置換基、又は下記式（ＩＩ）：

（式（ＩＩ）中、Ｒ ^２は、３〜１６のメチレン基を有するアルキレン基、置換アルキレン基、オキシアルキレン基又はＮ−アルキルアミノ−アルキレン基を示す）で表される置換基で変性されたものであることを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。