JP5536648B2

JP5536648B2 - タイヤ用ゴム組成物および該タイヤ用ゴム組成物を用いたタイヤ

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Publication number: JP5536648B2
Application number: JP2010517867A
Authority: JP
Inventors: 好秀河野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JPWO2009154118A1; WO2009154118A1

Description

本発明は、ゴム成分の使用量を低減したタイヤ用ゴム組成物（以下、単に「ゴム組成物」と称することもある。）および該タイヤ用ゴム組成物を使用したタイヤに関するものである。

タイヤ等に使用するゴム組成物は多量のゴムを原料として含んでおり、例えば乗用車用空気入りタイヤの場合、ゴム組成物の５０質量％以上が天然ゴムと合成ゴムとを配合したゴム成分からなる。従って、これらのゴム組成物および当該ゴム組成物を使用したタイヤは、原油価格の高騰や天候不良によるゴムの不作等の影響を受け、原料コストが上昇したり、安定した製品の供給が困難となったりする恐れがある。

また、近年では世界的に環境問題が重視される傾向にあり、特に地球温暖化防止の観点からＣＯ_２の排出量の規制が強化され、石油資源の使用量の低減が求められていると共に、資源循環型社会の形成が求められている。

そこで、タイヤ製造時の石油資源の使用量を低減するため、例えば特開２００３−６３２０６号公報には、全重量の７５重量％以上を石油外資源からなる原材料で構成した、いわゆるエコタイヤが記載されている。

しかし、上記従来技術にかかるゴム組成物およびタイヤでは、石油資源の使用量は低減できるものの、製造工程が複雑になったり、石油資源の代替原料の単価が高かったりするため、必ずしも製造コストを低減できなかった。

また、代替原料について、使用に際して必要な加工エネルギー（例えば、代替原料の破砕に必要なエネルギー）や、代替原料自体の燃料・資源等としての利用可能性が高いという観点等から改良および選択の余地があった。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明のゴム組成物は、ゴム成分に対して、植物資源を溶媒に浸漬して固液抽出を行った後に残る植物資源抽出残渣を配合したことを特徴とする。このように、植物資源の固液抽出処理において生じる残渣を配合することにより、ゴム組成物中のゴム成分の使用量を低減することができる。また、植物資源の抽出処理後に生じる残渣は、カーボンニュートラルな資源である植物資源から有効成分を抽出した後に残る安価な廃棄物であるので、ゴム成分の代替材料として適している。ここで、植物資源の固液抽出とは、溶媒中に植物資源（固体）を浸漬することにより、植物中に含まれる所望の成分を溶媒中に抽出することを指し、任意に、加熱、撹拌、植物の破砕、および抽出剤（キレート剤、酸、アルカリ等）の添加等の操作を伴う。特に、ゴム組成物への配合のし易さの観点からは、破砕処理を行った植物資源に対して固液抽出を行った後に残る残渣をゴム成分に配合するのが好ましい。そして、植物資源抽出残渣とは、植物資源を溶媒に浸漬して溶媒中に所望の成分を抽出し、該成分を含む溶媒（抽出液）をろ過等により分離した後に残る残渣をいう。

なお、植物資源には任意の植物の一部または全部を用いることができ、例えば、茶葉、コーヒー豆、バラの花びら、桑の木の根、そばの実、大麦の種子等を用いることができる。また、抽出に使用する溶媒は、植物資源の種類および所望の成分に応じて選択することができ、例えば、水、アルコール、油等を用いることができる。

ここで、本発明のゴム組成物は、前記溶媒が水であることが好ましい。水は有機溶媒と比べて環境負荷の小さい溶媒であり、水を溶媒として植物の葉、種子、実等の植物資源に固液抽出処理を行った後に残る残渣は、植物資源に含まれるグルコース等の糖類が水中に溶出しており、また乳酸菌が殆ど存在していないため、自然発酵により処理することが困難となった廃棄物であり、そのような廃棄物をゴム組成物に再利用することにより、廃棄物量を低減することができるからである。なお、水で固液抽出処理を行う植物資源としては、カテキンを含有する植物が好ましい。茶葉等のカテキン含有植物は飲料等の原料として使用されており、該カテキン含有植物の抽出残渣は大量に排出される安価な廃棄物だからである。

また、本発明のゴム組成物は、前記植物の葉が茶葉であり、前記溶媒が水であり、前記残渣が茶殻であることが好ましい。茶殻は茶系飲料の製造過程等で大量に排出される安価な廃棄物であり、また、増量材としてゴム組成物に配合しても、破断伸びが殆ど低下しないからである。なお、茶殻中の植物細胞壁の直径は０．０２μｍ〜５０μｍであることが好ましく、また、茶殻が凝集して塊状になっている場合には、その塊径が３μｍ〜５ｍｍであることが好ましい。茶殻中の植物細胞壁の直径または茶殻の凝集物の塊径が小さすぎると取り扱いが難しく、植物細胞壁の直径または茶殻の凝集物の塊径が大きすぎると均一に混ざらずにゴム成分中での分散性が悪化するからである。

本発明のゴム組成物は、前記植物資源がコーヒー豆であり、前記溶媒が水であっても良い。コーヒーの木の種子であるコーヒー豆からコーヒーを作製した後に残るコーヒー粕は、コーヒー飲料の製造過程等で大量に排出される安価な廃棄物であるから、ゴム成分の代替原料に適しており、そのような廃棄物をゴム組成物に再利用することにより、廃棄物量を低減することができる。なお、コーヒー粕を配合したゴム組成物は、スタッドレスタイヤのトレッド部分に特に好適に使用することができる。コーヒー粕は表面が軽石状の多孔質体であり、水分を吸収する能力が高いところ、コーヒー粕を配合したゴム組成物をタイヤのトレッド部分に使用すれば、水分を吸収してタイヤの氷上での摩擦係数（氷上μ）を向上させることができるからである。

ここで、本発明のゴム組成物において、前記コーヒー粕は、１μｍ〜５００μｍの直径を有することが好ましい。また、コーヒー粕が凝集して塊状になっている場合には、その塊径が、５０μｍ〜５ｍｍであることが好ましい。コーヒー粕の直径またはコーヒー粕の凝集物の塊径が小さすぎると取り扱いが難しく、コーヒー粕の直径またはコーヒー粕の凝集物の塊径が大きすぎると均一に混ざらずにゴム成分中での分散性が悪化するからである。

本発明のゴム組成物は、前記植物資源抽出残渣の直径が０．０２〜１０００μｍであることが好ましい。直径が０．０２μｍ未満の残渣は取り扱い難く、直径が１０００μｍより大きい残渣はゴム成分中での分散性が悪いからである。なお、直径とは、レーザー回折による粒子径測定（ＪＩＳＺ８８２５−１）で求められ、該レーザー回折による方法において、残渣の長軸−短軸の平均（球形と捉えられる）を測定して得られる値である。

また、本発明のゴム組成物は、前記植物資源抽出残渣の配合量が、ゴム成分１００質量部に対して０．５〜１００質量部であることが好ましく、５〜２０質量部であることが更に好ましい。残渣の配合量を０．５質量部以上とすることで本発明の目的である環境負荷の低減を十分に達成することができるゴム組成物を提供することができる。また、残渣の配合量を１００質量部以下とすることで、代替原料を使用しないゴム組成物と同等の性能を有するゴム組成物を提供することができる。

また、本発明のタイヤは、少なくとも一部を上記ゴム組成物で構成したことを特徴とする。従来のタイヤではゴムのみで構成していた部分を、植物資源を溶媒に浸漬して固液抽出を行った後に残る植物資源抽出残渣を配合したゴム組成物で構成することにより、タイヤとしての性能を維持しつつゴムの使用量を低減して環境負荷を低減することができる。

ここで、本発明のゴム組成物は、タイヤのトレッド部、サイド部、ビードフィラー（スティフナー）の何れか一つ以上の部分に対して好適に使用できる。特に、雪用タイヤに本発明のゴム組成物を使用する場合には、トレッド部を本発明のゴム組成物で構成するのが好ましい。植物資源抽出残渣を配合したゴム組成物を使用すれば、石油由来の合成ゴムの使用量を低減することができるからである。また、特に、コーヒー粕を配合したゴム組成物をトレッド部に使用すれば、多孔質体であるコーヒー粕が水分を吸収して氷とタイヤとの間の摩擦を大きくするという効果や、氷をひっかく効果が得られるからである。

本発明によれば、複雑な製造工程を用いることなく、低環境負荷および低コストで製造が可能な、環境に優しいゴム組成物を提供することができる。また、当該ゴム組成物を用いた、環境負荷が低いタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤの一例の断面図である。

＜ゴム組成物＞
以下に、本発明のゴム組成物を詳細に説明する。本発明に従うゴム組成物は、植物資源を溶媒に浸漬して固液抽出を行った後に残る植物資源抽出残渣をゴム成分に配合して混練することで、ゴム成分の使用量を低減したことを特徴とする。

ここで、ゴム成分は、天然ゴム、合成ゴム、またはそれらを配合したものからなり、合成ゴムとしては、具体的には、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等が挙げられる。なお、本発明のゴム組成物は、任意に、カーボンブラックおよびシリカ等の補強性充填剤や、アロマオイル等の軟化剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤等の一般に添加される添加剤等を含んでも良い。

植物資源は、抽出操作により取り出すことが可能な任意の有効成分を含有する植物の一部であれば良く、植物資源としては、例えば、茶葉、コーヒー豆、アロエの葉、ヨモギの葉、桑の根、赤ブドウの皮、アザミの実、明日葉の葉、アセロラ、クロレラ、クズの根（葛根）、バラの花、桃の葉などが挙げられる。なお、これらの植物資源は、抽出作業の効率を高めるために、破砕機等で破砕してから抽出操作に供するのが好ましい。

溶媒は所望の有効成分および抽出液の用途に合わせて選択することができ、例えば、水や有機溶媒（エチルアルコール、油等）を溶媒として用いることができる。そして、上述した植物資源をこれらの溶媒に浸漬して植物資源中の有効成分を抽出することにより、飲料、化粧水、乳液等を得ることができる。なお、溶媒には、必要に応じてキレート剤、酸、アルカリ等の抽出剤を混合して用いても良い。

植物資源抽出残渣とは、溶媒中に植物資源を浸漬し、任意に、加熱、撹拌等の操作を行って植物中に含まれる所望の成分を溶媒中に抽出した後に、ろ過等の手段で抽出液（溶媒）を分離した際に残る固体成分を指す。

本発明のゴム組成物は、植物資源を溶媒に浸漬して固液抽出を行った後に残る植物資源抽出残渣をゴム成分に配合した以外特に制限はなく、例えば、以下のようにして製造することができる。

まず、植物資源抽出残渣を乾燥し、残渣に付着した溶媒を取り除く。
次に、乾燥した残渣を、任意の充填剤（カーボンブラック等）および添加剤とともにゴム成分に配合して混練する。なお、本発明のゴム組成物の調製方法に特に制限はなく、例えば、バンバリーミキサーやロール等を用いて、ゴム成分に、残渣と、必要に応じて適宜選択した各種配合剤とを練り込んで調製することができる。

＜タイヤ＞
本発明のタイヤは、少なくとも一部を上記ゴム組成物で構成したことを特徴とし、それ以外は通常のタイヤと同様の製造方法を用いて製造することができる。

次に、本発明のタイヤを、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明のタイヤの一例の断面図である。図１に示すタイヤは、一対のビード部１及び一対のサイドウォール部２と、両サイドウォール部２に連なるトレッド部３とを有し、上記一対のビード部１間にトロイド状に延在してこれら各部１，２，３を補強するカーカス４と、該カーカス４のクラウン部のタイヤ半径方向外側に位置するベルト５とを具える。

図示例のタイヤにおいて、カーカス４は、一枚のカーカスプライからなり、また、上記ビード部１内に夫々配設した一対のビードコア（ワイヤ）６間にトロイド状に延在する本体部と、各ビードコア６の周りでタイヤ幅方向の内側から外側に向けて半径方向外方に巻上げた折り返し部とからなる。なお、図示例のカーカス４は、一枚のカーカスプライよりなるが、本発明のタイヤにおいては、カーカスプライの枚数は複数であってもよい。

また、図示例のタイヤにおいて、ベルト５は、二枚のベルト層からなるが、本発明のタイヤにおいて、ベルトを構成するベルト層の枚数は一枚以上であればよく、これに限られるものではない。更に、本発明のタイヤは、ベルト５のタイヤ半径方向外側に、タイヤ周方向に対し実質的に平行に配列したコードのゴム引き層からなるベルト補強層を具えてもよく、ベルト５の端部と該ベルト補強層との間に更に層間ゴムを具えることもできる。

そして、図示例のタイヤは、少なくともトレッド部３に、上述した植物資源抽出残渣としてコーヒー粕を配合したゴム組成物を用いたことを特徴とする。コーヒー粕を配合したゴム組成物をトレッド部３に使用することで、氷上μの向上が可能なタイヤを提供することができる。

なお、上述した例以外にも、例えば、植物資源抽出残渣として茶殻を配合したゴム組成物を用いてタイヤを構成しても良い。茶殻を増量材として用いれば、破断伸びを殆ど低下させることなく、ゴムの使用量を低減することができる。

また、上記ゴム組成物は、トレッドゴムの他、サイドゴム、ビードワイヤの半径方向外側に位置するビードフィラー（ないしスティフナー）、カーカスやベルトのコーティングゴム等にも用いることができる。

その他、本発明の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。

［実施例］
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１〜３）
バンバリーミキサーを用いて、表１に示す配合処方でコーヒー粕を含むゴム組成物を調製し、既知の加硫剤等（ゴム成分１００質量部に対して、硫黄：１．５質量部、加硫促進剤：２．９質量部［ＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）：１．５質量部、ＤＰＧ（ジフェニルグアニジン）：１．２質量部、ＤＭ（ジベンゾチアジルジスルフィド）：０．２質量部］、ＺｎＯ：２．０質量部、ステアリン酸：１．０質量部、老化防止剤６Ｃ：１．０質量部）を配合して通常の方法で加硫した後に以下の方法で氷上μを測定、評価した。結果を表１に示す。なお、表中における「ゴム組成物中のコーヒー粕含有率」は、下記式：
コーヒー粕含有率＝コーヒー粕配合量／（ゴム成分配合量＋カーボンブラック配合量＋コーヒー粕配合量）×１００
に基づき算出し、配合量の少ない成分（加硫剤等）は無視した。

（実施例４〜８）
バンバリーミキサーを用いて、表２に示す配合処方で茶殻を含むゴム組成物を調製し、既知の加硫剤等（ゴム成分１００質量部に対して、硫黄：１．５質量部、加硫促進剤：２．９質量部［ＣＺ：１．５質量部、ＤＰＧ：１．２質量部、ＤＭ：０．２質量部］、ＺｎＯ：２．０質量部、ステアリン酸：１．０質量部、老化防止剤６Ｃ：１．０質量部）を配合して通常の方法で加硫した後に以下の方法で破断伸びを測定、評価した。結果を表２に示す。なお、表中における「ゴム組成物中の茶殻含有率」は、上記「ゴム組成物中のコーヒー粕含有率」の算出式中の「コーヒー粕配合量」を「茶殻配合量」に変更した算出式を用いて算出した。

（従来例１）
バンバリーミキサーを用いて、表１および表２に示す配合処方でコーヒー粕および茶殻を含まないゴム組成物を調製し、既知の加硫剤等（ゴム成分１００質量部に対して、硫黄：１．５質量部、加硫促進剤：２．９質量部［ＣＺ：１．５質量部、ＤＰＧ：１．２質量部、ＤＭ：０．２質量部］、ＺｎＯ：２．０質量部、ステアリン酸：１．０質量部、老化防止剤６Ｃ：１．０質量部）を配合して通常の方法で加硫した後に以下の方法で氷上μおよび破断伸びを測定、評価した。結果を表１および表２に示す。

（氷上μ）
実施例１〜３および従来例１で作製したゴム組成物を１４５℃で３３分加硫して得た加硫ゴムに対し、路面摩擦試験機（実開平５−６６５４５号に開示）を用いて、氷上路面上における摩擦力を温度０℃にて測定し、従来例１の値を１００として、指数表示した。数値の大きい方が、制動性能が良いと評価する。

（破断伸び）
実施例４〜８および従来例１で作製したゴム組成物を１６０℃で１５分加硫して得た加硫ゴムに対し、株式会社東洋精機製作所製のストログラフを用いて、温度２５℃、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で破断伸びを測定した。

*1 乳化重合ＳＢＲ、ゴム成分１００質量部に対して３７．５質量部のアロマ油で油展
*2 旭カーボン株式会社製、Ｎ１１０
*3 飲料製造工場より排出されたコーヒー粕、含水率５０％、粒径１００〜５００μｍ

*4 飲料製造工場より排出された茶殻、含水率５０％、粒径０．０５μｍ〜２ｍｍ

表１の実施例１〜３および従来例１より、コーヒー粕をゴム組成物に配合することにより氷上μが若干向上することが分かった。

また、表２の実施例４〜８および従来例１より、茶殻を増量材としてゴム組成物に配合しても、破断伸びは殆ど悪化しないことが分かった。

Claims

ゴム成分に対して、植物資源を溶媒に浸漬して固液抽出を行った後に残る植物資源抽出残渣を配合した、タイヤ用ゴム組成物。
前記溶媒が水である、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記植物資源がカテキンを含有する植物である、請求項２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記植物資源がコーヒー豆であり、前記溶媒が水である、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記植物資源抽出残渣の直径が０．０２〜１０００μｍである、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
前記植物資源抽出残渣の配合量が、ゴム成分１００質量部に対して０．５〜１００質量部である、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
少なくとも一部を請求項１〜６の何れかに記載のタイヤ用ゴム組成物で構成した、タイヤ。