JP5164298B2 - ゴム組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物、特に、スタッドレスタイヤ用のゴム組成物として有用な、氷上摩擦力の向上と耐摩耗性の向上が両立できるゴム組成物およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタッドレスタイヤ用ゴム組成物の氷上性能改善のために、珪藻土やゼオライト（特開昭６１−１０６６８６号公報）、多孔質粒子（特開平９−３０２１５３号公報）、セピオライト（特開平１１−２４６７０７号公報）、層状化合物、非球形鉱物粒子を配合することが既に紹介され、その効果も確認されている。しかしながら、それらの非ゴムで補強性の無い小粒子をゴムに配合すると、氷上性能の改善と引き換えに耐摩耗性が大幅に悪化するという問題があった。また、従来より、分散性の悪いそれらの粒子の混合加工は、加硫剤投入より前のステップで行なうのが当該技術分野での常識であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明では、氷上摩擦力の向上と耐摩耗性の向上を両立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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、補強性の無い粉体粒子をカーボン練りの既に終了したゴム組成物に追加投入で混合することによって、氷上摩擦力の向上と耐摩耗性の向上を両立できることを見い出した。この場合、該粉体粒子の混合は、カーボン練りとステップを分けた加硫剤および加硫促進剤の混合時に行うことがより好ましいことも見い出した。
【０００５】
そこで、本発明によれば、ジエン系ゴム１００重量部にＮ２ＳＡ：７０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：９０ml／１００ｇ以上であるカーボンブラックを２０〜８０重量部、沈降シリカを０〜５０重量部およびその他の汎用配合剤を配合して混練りして得られたゴム組成物に対して、珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質（多孔質の無機物質を除く）で、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子を１〜３０重量部配合してなるゴム組成物が提供される。また、本発明によれば、前記粉体粒子が加硫剤および加硫促進剤の投入時に配合された前記ゴム組成物が提供される。
【０００６】
また、本発明によれば、ジエン系ゴム１００重量部にＮ２ＳＡ：７０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：９０ml／１００ｇ以上であるカーボンブラックを２０〜８０重量部、沈降シリカを０〜５０重量部およびその他の汎用配合剤を配合して混練りする工程、およびその後に珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質（多孔質の無機物質を除く）で、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子を１〜３０重量部配合して混練りする工程を含んでなるゴム組成物の製造方法が提供される。更に、前記粉体粒子が加硫剤および加硫促進剤の投入時に混合される前記ゴム組成物の製造方法が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
一般に、補強性の無い粉体粒子をゴムに配合すると、そのゴム組成物の耐摩耗性が悪化するのはその粉体粒子がゴムマトリックス中で異物として作用し、ゴムと補強剤（カーボンブラック等）との結合を阻害することが原因であると考えられる。しかし、本発明により、既にゴム／補強剤の結合が完了したゴムマトリックスに後から粉体粒子を添加混合した場合は、ゴムマトリックスそのものの耐摩耗性は犠牲にならないで、この混合によって分散性の悪化した粉体粒子のみがタイヤ製品使用時に優先的にゴムから脱落するため、タイヤゴム表面には氷上性能改善に必要な凹凸が適度に形成され、結果として耐摩耗性と氷上性能の両立したタイヤゴム製品が得られることとなる。
【０００８】
本発明に用いられるジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）および各種ポリブタジエン（ＢＲ）等を挙げることができ、特に、低温性能を考慮すれば、天然ゴムを少なくとも４０重量部以上とした他のジエン系ゴムとのブレンドゴムの使用が好ましい。
【０００９】
本発明に係るゴム組成物には、通常当該ゴム組成物に配合される補強剤としてのカーボンブラックおよび／またはシリカを配合する。本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックとしては、Ｎ2 ＳＡ（窒素吸着比表面積）が７０ｍ2 ／ｇ、ＤＢＰ吸油量が９０ml／１００ｇ以上であるものが好ましく、更にＮ2 ＳＡが８０〜２００ｍ2 ／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１００〜１５０ml／１００ｇであるものが一層好ましい。これらの物性値が低過ぎると引張強さ、モジュラスなどが低くなるので好ましくなく、逆に高過ぎるとＮ2 ＳＡでは発熱量が大きくなるので好ましくなく、ＤＢＰ吸油量ではカーボンとして製造が難かしいので好ましくない。また、シリカとしては湿式シリカの沈降シリカが使用される。これら補強剤の配合量としては、ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックが２０〜８０重量部、シリカが０〜５０重量部使用される。シリカは配合されなくてもよく、使用する場合は、ｔａｎδバランスが改良される範囲の配合量で用いるのが良く、これを過ぎると電気伝導度が低下し、また補強剤の凝集力が強くなり、混練中の分散が不充分となるので好ましくない。
【００１０】
本発明のゴム組成物には、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、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汎用配合剤を配合して使用される。これら汎用配合剤の配合量は、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。
【００１１】
本発明のゴム組成物に使用される補強性の無い粉体粒子としては、珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質（多孔質の無機物質を除く）で、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子が用いられる。粉体粒子は、ジエン系ゴム１００重量部に対して１〜３０重量部配合して用いられることが好ましい。この配合量が少な過ぎると必要な氷上摩擦力を高める効果が表れにくくなるので好ましくなく、逆に多き過ぎるとゴム製品の硬度が高過ぎたり、粉体粒子の分散不良塊が発生したりするので好ましくない。
【００１２】
本発明のゴム組成物における粉体粒子の配合は、ジエン系ゴムにカーボンブラック等の補強剤およびその他の汎用配合剤を投入して混練りする工程の後に、別途所定の粉体粒子を添加、混練する工程を経て実施してもよいが、更に効率的な方法として、この粉体粒子の配合は、ジエン系ゴムにカーボンブラック等の補強剤、および加硫剤および加硫促進剤を除くその他の汎用配合剤を投入、混練りする工程の後の、加硫剤および加硫促進剤の添加、混練りする工程時に、これらと同時に該粉体粒子を添加、混練りするようにすると、ゴム混練工程の回数を増やす必要もなく、また、本発明による作用効果も十分に発揮し得るので、より効率の良い実施態様である。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例および比較例によ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】
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は、以下の市販品を用いた。
【００１５】
試験サンプルの作製
１．７Ｌの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分間混合（カーボン練り）した後、オープンロールにて、加硫促進剤、硫黄を配合、混練（加硫剤練り）した。珪藻土、セピオライト、炭酸マグネシウムは、比較例ではカーボン練り時に、実施例では加硫剤練り時に投入、混合した。次に、このゴム組成物を、１０MPa の圧力下、１２０℃で２０分間加硫して、２mm厚のシートを作製した。
【００１６】
各例における測定、評価方法は、以下のとおりである。
１）氷上摩擦力：各コンパウンドを加硫したシートを偏平円柱状の台ゴムに貼りつけ、インサイドドラム型氷上摩擦試験機によって氷上摩擦係数を測定した。測定温度は−３．０℃と−１．５℃、荷重５．５kg／cm3 、ドラム回転速度は２５km／時間。比較例１を標準として各例の結果を指数で示した。数値が大きい程、氷上摩擦力が高いことを示す。
２）摩耗性能：ランボーン摩耗試験機（岩本製作所製）を使用して荷重５kg、スリップ率２５％、時間４分、室温の条件下で測定し、摩耗減量を指数表示した。数値が大きい程、耐摩耗性能が高いことを示す。
【００１７】
実施例１〜３および比較例１〜３
試験結果を配合組成と共に、表１に示す。
【表１】
【００１８】
【発明の効果】
表１の結果からみられるように、本発明に従ったゴム組成物は、氷上摩擦力および摩耗性能が共に向上していることがわかる。よって、本発明のゴム組成物は、タイヤトレッド用ゴム組成物として極めて有用である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物、特に、スタッドレスタイヤ用のゴム組成物として有用な、氷上摩擦力の向上と耐摩耗性の向上が両立できるゴム組成物およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタッドレスタイヤ用ゴム組成物の氷上性能改善のために、珪藻土やゼオライト（特開昭６１−１０６６８６号公報）、多孔質粒子（特開平９−３０２１５３号公報）、セピオライト（特開平１１−２４６７０７号公報）、層状化合物、非球形鉱物粒子を配合することが既に紹介され、その効果も確認されている。しかしながら、それらの非ゴムで補強性の無い小粒子をゴムに配合すると、氷上性能の改善と引き換えに耐摩耗性が大幅に悪化するという問題があった。また、従来より、分散性の悪いそれらの粒子の混合加工は、加硫剤投入より前のステップで行なうのが当該技術分野での常識であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明では、氷上摩擦力の向上と耐摩耗性の向上を両立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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、補強性の無い粉体粒子をカーボン練りの既に終了したゴム組成物に追加投入で混合することによって、氷上摩擦力の向上と耐摩耗性の向上を両立できることを見い出した。この場合、該粉体粒子の混合は、カーボン練りとステップを分けた加硫剤および加硫促進剤の混合時に行うことがより好ましいことも見い出した。
【０００５】
そこで、本発明によれば、ジエン系ゴム１００重量部にＮ２ＳＡ：７０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：９０ml／１００ｇ以上であるカーボンブラックを２０〜８０重量部、沈降シリカを０〜５０重量部およびその他の汎用配合剤を配合して混練りして得られたゴム組成物に対して、珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質（多孔質の無機物質を除く）で、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子を１〜３０重量部配合してなるゴム組成物が提供される。また、本発明によれば、前記粉体粒子が加硫剤および加硫促進剤の投入時に配合された前記ゴム組成物が提供される。
【０００６】
また、本発明によれば、ジエン系ゴム１００重量部にＮ２ＳＡ：７０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：９０ml／１００ｇ以上であるカーボンブラックを２０〜８０重量部、沈降シリカを０〜５０重量部およびその他の汎用配合剤を配合して混練りする工程、およびその後に珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質（多孔質の無機物質を除く）で、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子を１〜３０重量部配合して混練りする工程を含んでなるゴム組成物の製造方法が提供される。更に、前記粉体粒子が加硫剤および加硫促進剤の投入時に混合される前記ゴム組成物の製造方法が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
一般に、補強性の無い粉体粒子をゴムに配合すると、そのゴム組成物の耐摩耗性が悪化するのはその粉体粒子がゴムマトリックス中で異物として作用し、ゴムと補強剤（カーボンブラック等）との結合を阻害することが原因であると考えられる。しかし、本発明により、既にゴム／補強剤の結合が完了したゴムマトリックスに後から粉体粒子を添加混合した場合は、ゴムマトリックスそのものの耐摩耗性は犠牲にならないで、この混合によって分散性の悪化した粉体粒子のみがタイヤ製品使用時に優先的にゴムから脱落するため、タイヤゴム表面には氷上性能改善に必要な凹凸が適度に形成され、結果として耐摩耗性と氷上性能の両立したタイヤゴム製品が得られることとなる。
【０００８】
本発明に用いられるジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）および各種ポリブタジエン（ＢＲ）等を挙げることができ、特に、低温性能を考慮すれば、天然ゴムを少なくとも４０重量部以上とした他のジエン系ゴムとのブレンドゴムの使用が好ましい。
【０００９】
本発明に係るゴム組成物には、通常当該ゴム組成物に配合される補強剤としてのカーボンブラックおよび／またはシリカを配合する。本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックとしては、Ｎ2 ＳＡ（窒素吸着比表面積）が７０ｍ2 ／ｇ、ＤＢＰ吸油量が９０ml／１００ｇ以上であるものが好ましく、更にＮ2 ＳＡが８０〜２００ｍ2 ／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１００〜１５０ml／１００ｇであるものが一層好ましい。これらの物性値が低過ぎると引張強さ、モジュラスなどが低くなるので好ましくなく、逆に高過ぎるとＮ2 ＳＡでは発熱量が大きくなるので好ましくなく、ＤＢＰ吸油量ではカーボンとして製造が難かしいので好ましくない。また、シリカとしては湿式シリカの沈降シリカが使用される。これら補強剤の配合量としては、ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックが２０〜８０重量部、シリカが０〜５０重量部使用される。シリカは配合されなくてもよく、使用する場合は、ｔａｎδバランスが改良される範囲の配合量で用いるのが良く、これを過ぎると電気伝導度が低下し、また補強剤の凝集力が強くなり、混練中の分散が不充分となるので好ましくない。
【００１０】
本発明のゴム組成物には、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、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汎用配合剤を配合して使用される。これら汎用配合剤の配合量は、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。
【００１１】
本発明のゴム組成物に使用される補強性の無い粉体粒子としては、珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質（多孔質の無機物質を除く）で、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子が用いられる。粉体粒子は、ジエン系ゴム１００重量部に対して１〜３０重量部配合して用いられることが好ましい。この配合量が少な過ぎると必要な氷上摩擦力を高める効果が表れにくくなるので好ましくなく、逆に多き過ぎるとゴム製品の硬度が高過ぎたり、粉体粒子の分散不良塊が発生したりするので好ましくない。
【００１２】
本発明のゴム組成物における粉体粒子の配合は、ジエン系ゴムにカーボンブラック等の補強剤およびその他の汎用配合剤を投入して混練りする工程の後に、別途所定の粉体粒子を添加、混練する工程を経て実施してもよいが、更に効率的な方法として、この粉体粒子の配合は、ジエン系ゴムにカーボンブラック等の補強剤、および加硫剤および加硫促進剤を除くその他の汎用配合剤を投入、混練りする工程の後の、加硫剤および加硫促進剤の添加、混練りする工程時に、これらと同時に該粉体粒子を添加、混練りするようにすると、ゴム混練工程の回数を増やす必要もなく、また、本発明による作用効果も十分に発揮し得るので、より効率の良い実施態様である。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例および比較例によ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】
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は、以下の市販品を用いた。
試験サンプルの作製
１．７Ｌの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分間混合（カーボン練り）した後、オープンロールにて、加硫促進剤、硫黄を配合、混練（加硫剤練り）した。珪藻土、セピオライト、炭酸マグネシウムは、比較例ではカーボン練り時に、実施例では加硫剤練り時に投入、混合した。次に、このゴム組成物を、１０MPa の圧力下、１２０℃で２０分間加硫して、２mm厚のシートを作製した。
【００１６】
各例における測定、評価方法は、以下のとおりである。
１）氷上摩擦力：各コンパウンドを加硫したシートを偏平円柱状の台ゴムに貼りつけ、インサイドドラム型氷上摩擦試験機によって氷上摩擦係数を測定した。測定温度は−３．０℃と−１．５℃、荷重５．５kg／cm3 、ドラム回転速度は２５km／時間。比較例１を標準として各例の結果を指数で示した。数値が大きい程、氷上摩擦力が高いことを示す。
２）摩耗性能：ランボーン摩耗試験機（岩本製作所製）を使用して荷重５kg、スリップ率２５％、時間４分、室温の条件下で測定し、摩耗減量を指数表示した。数値が大きい程、耐摩耗性能が高いことを示す。
【００１７】
実施例１〜３および比較例１〜３
試験結果を配合組成と共に、表１に示す。
【表１】
【発明の効果】
表１の結果からみられるように、本発明に従ったゴム組成物は、氷上摩擦力および摩耗性能が共に向上していることがわかる。よって、本発明のゴム組成物は、タイヤトレッド用ゴム組成物として極めて有用である。
Claims (4)
- ジエン系ゴム１００重量部にＮ２ＳＡ：７０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：９０ml／１００ｇ以上であるカーボンブラックを２０〜８０重量部、沈降シリカを０〜５０重量部およびその他の汎用配合剤を配合して混練りして得られたゴム組成物に対して、珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質を主成分としその平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子を１〜３０重量部配合してなるゴム組成物（ただし、無機多孔質粒子に次の式（１）
- 前記粉体粒子が加硫剤および加硫促進剤の投入時に配合されてなる、請求項１に記載のゴム組成物。
- ジエン系ゴム１００重量部にＮ２ＳＡ：７０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：９０ml／１００ｇ以上であるカーボンブラックを２０〜８０重量部、沈降シリカを０〜５０重量部およびその他の汎用配合剤を配合して混練りする工程、およびその後に珪酸塩、炭酸金属塩、硫酸金属塩、酸化アルミニウムのうちから選ばれる少なくとも一種の無機物質を主成分とし、その平均粒子径が１〜３００μｍである粉体粒子を１〜３０重量部配合して混練りする工程を含んでなるゴム組成物（ただし、無機多孔質粒子に次の式（１）
- 前記粉体粒子が加硫剤および加硫促進剤の投入時に混合される、請求項３に記載のゴム組成物の製造方法。
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| JP2000249200A JP5164298B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | ゴム組成物およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|
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