JP5493298B2

JP5493298B2 - キャップトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP5493298B2
Application number: JP2008154599A
Authority: JP
Inventors: 哲夫落合; 圭介前島
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: JP2009298910A

Description

本発明は、キャップトレッド用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、環境負荷の低減を図るため再生ゴムを配合しながら、破断強度の低下及び耐エッジ切れ性の悪化の抑制と共に、シュリンク防止性を向上するようにした空気入りタイヤのキャップトレッド用ゴム組成物に関する。

空気入りタイヤは、未加硫状態のゴム組成物からシート状の押出成形体を押出成形し、そのシート状押出成形体を用いて未加硫タイヤを形成し、その未加硫タイヤを加硫することによって製造する。シート状押出成形体は、所定形状の開口部を有するダイからゴム組成物を連続的に押出すことにより成形される。このとき、押出成形体はダイから押出されると膨張するため、その断面積がダイ開口部面積より大きくなり（スウェル）、押出し方向に収縮（シュリンク）したり、ダイ開口部のうち鋭角部の形状が押出成形体の断面形状に反映されない（エッジ切れ）という不具合が起きて、設計通りの押出成形体が得られない問題がある。特に、キャップトレッド部は、タイヤ性能に大きな影響を与えるトレッドパターンを寸法精度よく形成する必要があるため、シュリンクやエッジ切れの起こらないゴム組成物であることが求められる。

一方、地球環境を保護する観点から、空気入りタイヤのリサイクル率を高くすることが要求されるようになり、使用済みのタイヤやチューブから回収された再生粉末ゴムを新しいゴム原料中に配合することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような再生ゴムをキャップトレッド用ゴム組成物に配合すると、破断強度が低下するばかりでなく、上述した押出成形時の耐エッジ切れ性が悪化するという問題があった。

したがって、特にキャップトレッド用のゴム組成物に再生ゴムを配合する場合に、破断強度の低下及び耐エッジ切れ性の悪化を抑制しながら、押出成形時のシュリンクを防止する性能を有するものの実現が望まれている。
特平１１−３３５４８８号公報

本発明の目的は、再生ゴムを配合しながら破断強度の低下及び耐エッジ切れ性の悪化を可及的に小さくし、かつシュリンク防止性を向上するようにしたキャップトレッド用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、スチレンブタジエンゴムを５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０重量部以上含む充填剤を３０〜１５０重量部、再生ゴムを１〜１０重量部配合したゴム組成物であり、前記カーボンブラックがＣＴＡＢ吸着比表面積７０〜２００ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量８０〜１２０ｍｌ／１００ｇであり、前記再生ゴムがムーニー粘度３５〜６５、該再生ゴム中のゴム成分の天然ゴム含有比率が６０重量％以上、かつ該再生ゴム中のゾルのゲル透過クロマトグラフによる重量平均分子量が６００００以下であることを特徴とする。

このキャップトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤのキャップトレッドを構成するのに好適である。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物によれば、スチレンブタジエンゴムを５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０重量部以上含む充填剤を３０〜１５０重量部、再生ゴムを１〜１０重量部配合するようにしたので、再生ゴムを配合しながら、押出成形時にシュリンクするのを防止することができる。また、カーボンブラックがＣＴＡＢ吸着比表面積７０〜２００ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量８０〜１２０ｍｌ／１００ｇであり、再生ゴムがムーニー粘度３５〜６５、再生ゴム中のゴム成分の天然ゴム含有比率が６０重量％以上、かつ再生ゴム中のゾルのゲル透過クロマトグラフによる重量平均分子量が６００００以下であるようにしたので、押出成形時のエッジ切れの悪化及び破断強度の低下を可及的に小さくすることができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物のゴム成分はジエン系ゴムとし、そのジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴムを５０重量％以上含むようにする。ジエン系ゴム中のスチレンブタジエンゴムは５０重量％以上、好ましくは６０〜１００重量％にする。スチレンブタジエンゴムの配合量が５０重量％未満の場合には、空気入りタイヤのキャップトレッドとして必要なグリップ性能が低下する。

スチレンブタジエンゴム以外のジエン系ゴムとしては、特に制限されるものではなく、キャップトレッド用ゴム組成物に通常用いられる天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブチルゴム等が挙げられる。好ましくはブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴムがよい。これらジエン系ゴムは、単独又は任意のブレンドとして使用することができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、再生ゴムを配合することによりリサイクル率を高くし環境負荷を低減すると共に、押出成形時のシュリンクが起こり難くする。同時に、後述するように再生ゴムの性状を特定することにより、破断強度の低下及び耐エッジ切れ性の悪化を抑制することができる。

再生ゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１〜１０重量部、好ましくは３〜８重量部にする。再生ゴムの配合量が１重量部未満では、リサイクル率を高くすることができない。また、再生ゴムの配合量が１０重量部を超える場合には、押出成形時の耐エッジ切れ性が悪化すると共に、破断強度が悪化する。

本発明で使用する再生ゴムは、ＪＩＳＫ６３１３に規定された自動車用タイヤ、チューブ及びその他のゴム製品の使用済みのゴムなどを再生したもの並びにこれと同等の性状を有するものとする。再生ゴムの種類は、チューブ再生ゴム、タイヤ再生ゴム、その他の再生ゴムから選ばれるいずれでもよく、複数の種類を組合わせることもできる。なかでも、タイヤ再生ゴムが好ましい。なお、本発明では、再生ゴムは、ＪＩＳＫ６３１３の規定に従い、所謂粉末ゴム以外の脱硫処理が施された再生ゴムとする。

再生ゴムの特性としては、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４）が３５〜６５、好ましくは４０〜６０のものを使用する。ムーニー粘度が３５未満であると、破断強度が悪化する。また、ムーニー粘度が６５を超えると、押出成形時のエッジ切れが起こり易くなる。ここで、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４）とは、ＪＩＳＫ６３００に準拠し、１００℃で測定した値をいう。

また、再生ゴム中のゴム成分は、天然ゴム含有比率が６０重量％以上、好ましくは７０〜９５重量％である。天然ゴム含有比率が６０重量％未満であると、破断強度が悪化する。なお、再生ゴム中の天然ゴム含有比率は、熱分解ガスクロマトグラフィー（ＰｙＧＣ）の測定により求められる値をいう。

本発明で使用する再生ゴムは、ゾルの分子量がゲル透過クロマトグラフによる重量平均分子量で６００００以下、好ましくは３００００〜６００００にする。ゾルの重量分子量が６００００を超える場合には、押出成形時のエッジ切れが起こり易くなる。ここで、再生ゴム中のゾルは、常温でトルエンに溶解する成分とする。ゾルの分子量は再生ゴムをフィルムにしたものを切断し小片化し、約２００倍量のトルエンに浸漬し２４時間静置する。次いで、２００メッシュの金網で再生ゴムを浸漬したトルエン溶液を濾過し、その濾液に含まれるゾルの分子量をゲル透過クロマトグラフ（Gel permeation chromatography（ＧＰＣ））により重量平均分子量（ポリスチレン換算）で測定したものをいう。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合することにより破断強度を高くする。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２０重量部以上、好ましくは４０〜９０重量部にする。カーボンブラックの配合量が２０重量部未満の場合には十分な破断強度が得られない。

本発明において使用するカーボンブラックは、ＣＴＡＢ吸着比表面積が７０〜２００ｍ^２／ｇ、好ましくは９０〜１６０ｍ^２／ｇであり、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量が８０〜１２０ｍｌ／１００ｇ、好ましくは９０〜１１０ｍｌ／１００ｇである。カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が７０ｍ^２／ｇ未満の場合には、十分な破断強度が得られない。また、カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積が２００ｍ^２／ｇを超える場合には、押出成形時の耐エッジ切れ性が悪化する。カーボンブラックのＣＴＡＢ吸着比表面積は、ＪＩＳＫ６２１７−３に準拠して求められるものとする。

また、カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量が８０ｍｌ／１００ｇ未満の場合には、十分な破断強度が得られない。また、カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量が１２０ｍｌ／１００ｇを超える場合には、押出成形時の耐エッジ切れ性が悪化する。カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量は、ＪＩＳＫ６２１７−４に準拠して求められるものとする。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物には、カーボンブラック以外の充填剤を配合してもよい。充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、３０〜１５０重量部であり、好ましくは４０〜９０重量部である。なお、充填剤の配合量は、カーボンブラックの配合量を含むものとする。充填剤の配合量が３０重量部未満の場合、十分な破断強度が得られない。また、充填剤の配合量が１５０重量部を超えると、押出成形時の耐エッジ切れ性が悪化する。

カーボンブラック以外の充填剤としては、例えば、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルク等を例示することができる。なかでも、シリカ、水酸化アルミニウムが好ましい。特に、カーボンブラックとシリカとを共に配合したゴム組成物は、押出成形時にシュリンクが起きやすくなるが、上述した再生ゴムを配合することによりシュリンクの発生を防止することができる。

また、キャップトレッド用ゴム組成物には、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、オイルなどのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加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。キャップトレッド用ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、再生ゴムを使用してリサイクル率を高くしながら、押出成形時のシュリンク防止性を向上すると共に、破断強度及びエッジ切れ等の押出し加工性の低下を可及的に小さくすることができる。このキャップトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤのキャップトレッド部に適用することが好ましく、このゴム組成物から構成されたキャップトレッド部を有する空気入りタイヤは、押出成形時の重量・寸法安定性に優れるため品質安定性に優れる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１，２に示す配合からなる１６種類のゴム組成物（実施例１〜８、比較例１〜８）を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、１.５Ｌのバンバリーミキサーで４分間混練し、温度１６０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１.５Ｌのバンバリーミキサーに供し、硫黄及び加硫促進剤を加え混合し、キャップトレッド用ゴム組成物を調製した。なお、表１の１０種類のゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜５）は、充填剤としてカーボンブラックを配合したものであり、表２の６種類のゴム組成物（実施例６〜８、比較例６〜８）は、充填剤としてカーボンブラックとシリカとを共に配合したものである。

得られた１６種類のゴム組成物（実施例１〜８、比較例１〜８）を、それぞれ所定形状の金型中で、１５０℃、３０分間加硫して試験片を作製し、破断強度を下記に示す方法により測定した。また、これらのゴム組成物の押出成形時のシュリンク防止性及び耐エッジ切れ性を下記に示す方法により測定した。

破断強度
ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、３号型ダンベル試験片、２３℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で測定した。得られた結果は、比較例１，６の値をそれぞれ１００とする指数で表わし表１，２に示した。この指数が大きいほど破断強度が高いことを意味する。

耐エッジ切れ性
単軸押出機（ブラベンダー社製プラスティコーダー、スクリュー回転数４０ｒｐｍ、シリンダ温度１００℃）を用いて、ダイス形状が半径約１４ｍｍの円に内接する頂角約３０℃の二等辺三角形（頂点の曲率半径が０．２５ｍｍ）に近似したダイから、各ゴム組成物を２０秒押出したときの、押出成形体の耐エッジ切れ性の度合いをパネラー５人が５点満点で評価し、その平均値を求めた。得られた結果を表１，２に示した。評点が大きいほど押出加工性が優れ、評点３を基準（実用的に問題のないレベル）とする。

シュリンク防止性
上記の耐エッジ切れ性試験で得られた押出成形体の断面積を測定し、ダイスの開口部の面積に対する押出成形体の断面積比を算出した。得られた結果は、比較例１、６の値をそれぞれ１００とする指数で表し、その結果を表１，２に示した。この指数が小さいほどシュリンクが小さく所期の断面形状を有する押出成形体が容易に得られることを意味する。

なお、表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２
ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０
再生ゴム１：Ｇｕｊａｒａｔ社製ＧＲ５５５、（ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４＠１００℃）＝４５、ゴム成分中の天然ゴム比率＝８０％、ゾルの重量平均分子量＝３００００）
再生ゴム２：村岡ゴム工業社製ＴＢＲ１００％タイヤリク、（ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４＠１００℃）＝６０、ゴム成分中の天然ゴム比率＝８０％、ゾルの重量平均分子量＝６００００）
再生ゴム３：アセトン抽出量４．５重量％、クロロホルム抽出量２．２重量％の加硫ゴム（ＮＲ／ＢＲの重量比が８０／２０のもの）を１８０℃に温調したラボプラストミル（容積６０ｃｃ）で４分間せん断をかけて脱硫し作製したもの、（ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４＠１００℃）＝７０、ゴム成分中の天然ゴム比率＝８０％、ゾルの重量平均分子量＝２０００００）
再生ゴム４：アセトン抽出量４．５重量％、クロロホルム抽出量２．２重量％の加硫ゴム（ＮＲ／ＢＲの重量比が２０／８０のもの）を１８０℃に温調したラボプラストミル（容積６０ｃｃ）で８分間せん断をかけて脱硫し作製したもの、（ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４＠１００℃）＝４０、ゴム成分中の天然ゴム比率＝２０％、ゾルの重量平均分子量＝３００００）
ＣＢ１：カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ２３４（ＣＴＡＢ吸着比表面積１２０ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量１０５ｍｌ／１００ｇ）
ＣＢ２：カーボンブラック、新日化カーボン社製ＨＴＣ＃Ｇ（ＣＴＡＢ吸着比表面積３１ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量６７ｍｌ／１００ｇ）
シリカ：ローディアシリカ社製ＺＥＯＳＩＬ５５
カップリング剤：シランカップリング剤、デグッサ社製Ｓｉ６９
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日本油脂社製ビーズステアリン酸
オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
硫黄：アクゾノーベル社製クリステックスＨＳＯＴ２０
加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＮＳＰ

Claims

スチレンブタジエンゴムを５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０重量部以上含む充填剤を３０〜１５０重量部、再生ゴムを１〜１０重量部配合したゴム組成物であり、前記カーボンブラックがＣＴＡＢ吸着比表面積７０〜２００ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量８０〜１２０ｍｌ／１００ｇであり、前記再生ゴムがムーニー粘度３５〜６５、該再生ゴム中のゴム成分の天然ゴム含有比率が６０重量％以上、かつ該再生ゴム中のゾルのゲル透過クロマトグラフによる重量平均分子量が６００００以下であるキャップトレッド用ゴム組成物。
請求項１に記載のキャップトレッド用ゴム組成物により構成したキャップトレッドを有する空気入りタイヤ。