JP5403399B2

JP5403399B2 - ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ

Info

Publication number: JP5403399B2
Application number: JP2009007963A
Authority: JP
Inventors: 里美井上
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010163560A

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関し、とりわけ氷雪面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させた空気入りタイヤに関する。

氷雪路面走行を目的として、スパイクタイヤの使用やタイヤへのチェーンの装着がなされてきたが、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これにかわる氷雪路面走行用タイヤとしてスタッドレスタイヤが開発された。スタッドレスタイヤは、氷雪路面では一般路面に比べ、著しく摩擦係数が低下し滑りやすくなるので、材料面および設計面での工夫がなされている。

氷雪面における摩擦性能を向上させるため、例えば、ゴムを低硬度にする手法がとられている。ゴムを低硬度にする手法としては、充填剤や硫黄の配合量を少なくしたり、オイルなどの軟化剤を多量に配合することが挙げられる。しかし、いずれの方法でも氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能との両立が困難であった。

また、近年では、シリカを補強剤として配合することにより、低燃費化が図られるようになった。しかし、シリカを配合すると、転がり抵抗の低減とウェットグリップ性能の向上を両立できるが、ゴム練り中にポリマーと結合してゲルを作りやすい。ゲルが生成されると、シリカの分散性が低下するので、押出しゴム生地の加工性が悪化するという工程上の問題が多発し、生産性が大きく低下するという問題があった。

そこで、特許文献１ではジエン系ゴム、シリカおよびカーボンブラックを特定量配合し、さらに軟化剤としてエポキシ化液状ポリイソプロピレンゴムを配合することにより、加工性および低温における硬度が改善されたゴム組成物、ならびに該ゴム組成物からなるキャップトレッド部を有することで、氷雪路面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤが提案されている。

しかし、上記の技術によっても、氷雪路面での摩擦性能と耐摩耗性能の向上効果が十分ではなかった。

特開２００６−１９９７８５号公報

本発明は、氷雪面での摩擦性能を低下させることなく優れた氷上性能を維持しつつ、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種を含むジエン系ゴム１００質量部に対して、粉砕したバナナ繊維を０．６〜７．５質量部含むゴム組成物である。

本発明のゴム組成物は、前記バナナ繊維が、バナナ繊維と、種子毛繊維、天然セルロース繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニア法レーヨン、再生セルロース繊維、精製セルロース繊維、動物性繊維、合繊繊維からなる群から選択された１種以上の繊維と紡糸してなるバナナ繊維混紡糸として配合されることが好ましい。

本発明のゴム組成物は、前記バナナ繊維混紡糸中、バナナ繊維の含有量が５質量％以上であることが好ましい。

本発明のゴム組成物は、前記バナナ繊維混紡糸が、バナナ繊維と、綿、ポリエステルまたはレーヨンから選択された１種以上の繊維とを紡糸してなることが好ましい。

本発明は、前記ゴム組成物をキャップトレッド部に用いて製造されたタイヤである。

本発明によれば、氷雪路面での摩擦性能を低下させることなく、耐摩耗性能を向上させたタイヤを提供することができる。

本発明に係る空気入りタイヤの断面図の右半分を示す図である。

本発明のゴム組成物は、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種を含むジエン系ゴムに、粉砕したバナナ繊維を添加してなる。

＜ジエン系ゴム＞
本発明のゴム組成物は、ゴム成分としてジエン系ゴムを用いる。さらにジエン系ゴムは天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなる群から選ばれた少なくとも１種を含む。

ジエン系ゴムとして天然ゴムを含む場合は、天然ゴムの含有量はゴム成分中、７０質量％以上、さらに好ましくは７５質量％以上である。天然ゴムの含有量が７０質量％未満であると、ゴムの加工性が悪化するため好ましくない。

ジエン系ゴムとしてブタジエンゴムを含む場合は、ブタジエンゴムの含有量はゴム成分中、好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは２５質量％以上である。ブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満では氷雪路面での摩擦性能が十分でない傾向にある。またブタジエンゴムの含有量は９０質量％以下であることが好ましい。９０質量％を超えると、ゴム組成物の加工性が低下する傾向にある。

ジエン系ゴムとしてポリイソプレンゴムおよび／またはスチレンブタジエンゴムを含む場合は、該含有量はゴム成分中、好ましくは５〜１０質量％である。

その他のジエン系ゴムとしては、たとえばブチルゴム（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−ブタジエン共重合ゴム（ＳＩＢＲ）などを使用することができる。

＜バナナ繊維＞
本発明において、バナナ繊維とは天然バナナの茎の外皮を剥離し、茎の表面付近にある長繊維を乾燥させて開繊したステープルファイバー（単繊維または短繊維の束）を意味する。バナナ繊維は吸湿性に優れているため、氷上路面で優れた吸水効果を発揮することができる。

本発明において、前記バナナ繊維は、他の配合剤と混合する前にあらかじめ粉砕したものを用いる。粉砕後のバナナ繊維の平均繊維径は１０〜１００μｍが好ましい。平均繊維径が１０μｍ未満では、耐屈曲強度が乏しく、掘り起こし摩擦の効果が少ない。また平均繊維径が１００μｍを超えると、ゴム組成物の表面が粗くなるため、粘着摩擦が減少する。さらにゴムの補強性も乏しく耐摩耗性にも影響を及ぼす。バナナ繊維の平均繊維径は、下限が１５μｍ、上限が７０μｍであることがより好ましい。なお、平均繊維径とは繊維断面の平均径を意味し、バナナ繊維が混紡糸として配合されている場合は、バナナ繊維混紡糸の繊維断面の平均径を意味する。該平均繊維径は電子顕微鏡によって測定することができる。

また、バナナ繊維の平均長さは平均繊維径の約２５倍が好ましく、具体的には２５０〜２５００μｍが好ましい。

バナナ繊維の粉砕方法は特に限定されず、ミキサーなどを用いることができる。
バナナ繊維の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．６〜７．５質量部である。バナナ繊維の配合量が０．６質量部未満では、掘り起こし摩擦の効果が小さく、氷上性能が低下する。一方、バナナ繊維の配合量が７．５質量部を超えると耐摩耗性が低下する。バナナ繊維の配合量は、下限が３質量部であることがより好ましい。

＜バナナ繊維混紡糸＞
本発明のゴム組成物に配合されるバナナ繊維は、一般的には既存の素材であるコットンとかレーヨンステープルとの混用が吸水性の向上の観点から好ましい。したがって、本発明におけるバナナ繊維は、バナナ繊維を原料としたステープルファイバーと、バナナ繊維以外の繊維のステープルファイバーとからなるバナナ繊維混紡糸として配合されることが好ましい。バナナ繊維混紡糸中、バナナ繊維の含有量は５質量％以上である。

バナナ繊維以外の繊維としては、種子毛繊維、天然セルロース繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニア法レーヨン、再生セルロース繊維、精製セルロース繊維、動物性繊維、合繊繊維などを用いることができる。中でも、吸湿性に優れるため、綿、ポリエステルまたはレーヨンから選択された１種以上の繊維を用いることが好ましい。

バナナ繊維混紡糸は、バナナ繊維と他の繊維からなる混合ステープルファイバーを綿紡績の一般的な製造工程で糸状とし製造することができる。

＜シリカ＞
本発明のゴム組成物はシリカを含有することが好ましい。シリカとしては、ＢＥＴ法による窒素吸着比表面積が５０ｍ²／ｇ〜５００ｍ²／ｇの従来公知のシリカを用いることができる。たとえば乾式法により得られるシリカ（無水珪酸）および／または湿式法により得られるシリカ（含水珪酸）を用いることができる。なかでも、湿式法により得られるシリカを用いることが好ましい。

本発明のゴム組成物におけるシリカの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部が好ましい。該含有量によって、低い転がり抵抗と高い耐摩耗性とを両立して実現することができるゴム組成物を得ることができる。

本発明のゴム組成物に用いられるシリカはＢＥＴ法による窒素吸着比表面積が５０ｍ²／ｇ〜５００ｍ²／ｇであることが好ましい。シリカの窒素吸着比表面積が５０ｍ²／ｇ未満であると加硫後の破壊強度が低下する傾向があり、５００ｍ²／ｇを超えると加工性が悪化する傾向がある。なお、シリカのＢＥＴ法による窒素吸着比表面積は、ＡＳＴＭ−Ｄ−４８２０−９３に準拠した方法により測定することができる。

＜シランカップリング剤＞
本発明においては、シリカを用いる場合は、一般にシランカップリング剤として知られているものを配合するのが好ましい。シランカップリング剤の例としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピロトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトシメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビス−(３−トリエトキシシリルプロピル)−テトラスルフィドが挙げられる。シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の１〜２０質量％の量である。シランカップリング剤の配合量が１質量％未満では、シランカップリング剤の効果が十分に得られず、耐摩耗性が低下する傾向がある。一方、シランカップリング剤の配合量が２０質量％を超えると、コストが上がる割に効果が得られず、補強性、耐摩耗性が低下する傾向がある。分散効果、カップリング効果の観点から、シランカップリング剤の配合量は、シリカ配合量の２〜１５質量％であることが好ましい。

＜カーボンブラック＞
本発明のゴム組成物は補強剤としてカーボンブラックを配合することが可能である。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、好ましくは５〜８０質量部、より好ましくは３０〜５５質量部である。カーボンブラックの配合量が５質量部未満では十分な補強性、剛性が得られず、８０質量部をこえると発熱しやすくなる。

カーボンブラックは、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が好ましくは２０〜１２０ｍ²／ｇであり、より好ましくは３０〜８０ｍ²／ｇである。チッ素吸着比表面積が２０ｍ²／ｇより低いと補強性、剛性（操縦安定性）が不十分であり、１２０ｍ²／ｇを超えると発熱しやすくなり好ましくない。

＜軟化剤＞
軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、石油アスファルト、ワセリンなどの石油系軟化剤、大豆油、パーム油、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油などの脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリンなどのワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸などの脂肪酸、などが挙げられる。軟化剤の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対してたとえば１００質量部以下とされることが好ましく、この場合、該ゴム組成物がタイヤに使用された際のウェットグリップ性能を低下させる危険性が少ない。

＜老化防止剤＞
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。

＜加硫助剤＞
加硫助剤としては、ステアリン酸、酸化亜鉛（亜鉛華）などを使用することができる。

＜加硫剤＞
加硫剤としては、有機過酸化物もしくは硫黄系加硫剤を使用できる。有機過酸化物としては、たとえば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３あるいは１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシプロピル）ベンゼン等を使用することができる。また、硫黄系加硫剤としては、たとえば、硫黄、モルホリンジスルフィドなどを使用することができる。これらの中では硫黄が好ましい。

＜加硫促進剤＞
加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくは、キサンテート系加硫促進剤のうち少なくとも一つを含有するものを使用することが可能である。

＜その他の成分＞
本発明のタイヤ用ゴム組成物には、その他の補強剤、充填剤、可塑剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物に配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の含有量も一般的な量とすることができる。

＜ゴム組成物の製造方法＞
本発明のゴム組成物の製造方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば上記各材料を所定の配合割合となるように秤量した後、オープンロール、バンバリーミキサー等のゴム混練装置を用いて、１００〜２５０℃で５〜６０分間混練する方法等がある。

＜タイヤの構造＞
本発明の空気入りタイヤの構造は、たとえば図１のタイヤ断面の右上半分に例示されるものである。タイヤ１は、トレッド部７を構成するキャップトレッドゴム７aとベーストレッドゴム７ｂ、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部を構成するサイドウォールゴム８と、各サイドウォール部の内方端に位置するクリンチ部を構成するクリンチゴム３およびリム上部に位置するチェーファーを構成するチェーファーゴム２とを備える。またクリンチ部、チェーファー間にはカーカス５が架け渡されるとともに、このカーカス５のタイヤ半径方向外側にブレーカー部を構成するブレーカーゴム９が配される。該カーカス５は、カーカスコードを配列する１枚以上のカーカスプライから形成され、このカーカスプライは、トレッド部からサイドウォール部を経て、ビードコア６と、該ビードコア６の上端からサイドウォール方向に延びるビードエーペックス４との廻りをタイヤ軸方向の内側から外側に折返され、折返し部によって係止される。ブレーカー部は、ブレーカーコードを配列した２枚以上のブレーカープライからなり、各ブレーカーコードがブレーカープライ間で交差するよう向きを違えて重置している。

本発明のタイヤは、キャップトレッド部７ａにバナナ繊維を配合したゴム組成物を用いて得られる。すなわち、本発明のタイヤは、このようなキャップトレッド部を備える限り、従来公知のいかなる構造を有するタイヤをも含むものである。

本発明のタイヤは、氷雪路表面において必要とされる特性を満足することが可能であるため、とくにスタッドレスタイヤとすることが好ましい。

＜タイヤの製造方法＞
本発明に係るゴム組成物をキャップトレッド部に用いたタイヤは、ゴム組成物の配合成分を、たとえばバンバリーミキサーやニーダー等により１３０℃以上１６０℃以下で混練して、ゴム組成物の未架橋物を調製し、該未架橋物を空気入りタイヤのキャップトレッド部に適用して加硫成形することによって形成されることができる。

＜実施例１〜６、比較例１〜２＞
（ゴム試験片およびタイヤの作製）
ゴム試験片の作製は次の方法で行った。表１に示す配合に基づき、硫黄および加硫促進剤以外の配合成分をバンバリーミキサーを用いて、１５０℃で５分間混練りした。その後、得られた混練物に対して硫黄および加硫促進剤を表１に示す配合量添加し、２軸オープンロールを用いて８０℃で５分間混練りし、未加硫ゴムシートを調製し、該ゴムシートを１７０℃で１５分間プレス加硫した。得られた加硫物、すなわちゴム組成物を用いて破壊強度を測定した。なお、バナナ繊維混紡糸は日清紡製の天然バナナの茎繊維（テキスタイル）をミキサーによって平均繊維径１０〜１００μｍまで粉砕したものを使用した。

また、表１の配合に基づき得られたゴム組成物からなるキャップトレッド部を有する１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを作製し、氷上摩擦性能試験および耐摩耗性能試験を行った。実施例および比較例で行った試験および評価の方法は次に示すとおりである。

（破壊強度試験）
前記ゴム試験片を用いて、ＪＩＳ−Ｋ６３０１に準拠し、破壊強度（ＴＢ）を測定した。比較例１の破壊強度を１００としてそれぞれ指数で示した。数値が大きい程破壊強度に優れることを示す。

（氷上摩擦性能試験）
前記タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着して実車走行をおこない、時速３０ｋｍ／時間からの氷盤上での制動停止距離を求めた。比較例１の制動停止距離の値を１００としてそれぞれ指数で示した。数値が大きいほど氷上摩擦性能に優れることを示す。

（耐摩耗性能試験）
前記タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着して実車走行をおこない、３００００ｋｍ走行後の摩耗量を測定した。比較例１の摩耗量を値を１００として指数で示した。数値が大きいほど耐摩耗性能に優れている。
評価結果を表１に示す。

ＮＲ：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
ＳＢＲ：ＪＳＲ社製のＳＢＲ１５０２
ＩＲ：ＪＳＲ社製のＩＲ２２００
シリカ：日本シリカ工業社製のＮｉｐｓｉｌＡＱ（Ｎ₂ＳＡ：２００ｍ²／ｇ）
カーボンブラック：キャボットジャパン製のショウブラックＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１１ｍ²／ｇ）
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック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）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
シランカップリング剤：デグサ社製のＳｉ６９
バナナ繊維混紡糸：日清紡製の天然バナナの茎繊維（テキスタイル）を平均繊維径１０〜１００μｍまで粉砕したもの、バナナ繊維含有量３０％
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＣＺ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
加硫促進剤Ｄ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ
（評価結果）
実施例１〜６はジエン系ゴム１００質量部に対してバナナ繊維混紡糸を２〜２５質量部（バナナ繊維として０．６〜７．５質量部）含むゴム組成物およびそれをキャップトレッド部に用いたタイヤである。バナナ繊維混紡糸を含まない比較例１に比べて氷上摩擦性能、耐摩耗性能、破壊強度のいずれも向上した。

比較例２はジエン系ゴム１００質量部に対してバナナ繊維混紡糸を３０質量部（バナナ繊維として９質量部）含むゴム組成物およびそれをキャップトレッド部に用いたタイヤである。比較例１に比べて氷上性能は向上したが、耐摩耗性能、破壊強度はやや悪化した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１タイヤ、２チェーファーゴム、３クリンチゴム、４ビードエーペックス、５カーカス、６ビードコア、７トレッド部、７ａキャップトレッドゴム、７ｂベーストレッドゴム、８サイドウォール部、９ブレーカー。

Claims

天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも１種を含むジエン系ゴム１００質量部に対して、粉砕したバナナ繊維を０．６〜７．５質量部含み、
前記バナナ繊維が、バナナ繊維と、種子毛繊維、天然セルロース繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニア法レーヨン、再生セルロース繊維、精製セルロース繊維、動物性繊維、合繊繊維からなる群から選択された１種以上の繊維と紡糸してなるバナナ繊維混紡糸として配合され、
前記バナナ繊維混紡糸中、バナナ繊維の含有量が５質量％以上である、ゴム組成物。
前記バナナ繊維混紡糸が、バナナ繊維と、綿、ポリエステルまたはレーヨンから選択された１種以上の繊維とを紡糸してなる請求項１記載のゴム組成物。
請求項１または２に記載のゴム組成物をキャップトレッド部に用いて製造されたタイヤ。