JP5768066B2

JP5768066B2 - 空気入りタイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP5768066B2
Application number: JP2012555977A
Authority: JP
Inventors: 資晃加納; 久美子金野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: WO2012105697A1; CN103347948B; JPWO2012105697A1; EP2671917B1; EP2671917A1; US20140024762A1; US9328213B2; CN103347948A; EP2671917A4

Description

本発明は、ゴム組成物に関し、さらに詳しくは耐空気透過性に優れ、かつ耐屈曲疲労性が改良されたゴム組成物、該ゴム組成物をインナーライナーとして備えた軽量化可能な空気入りタイヤに関する。

タイヤの低燃費化や軽量化を目的に耐空気透過性の優れたインナーライナーが提案され、例えば、ＧＰＦ、ＳＲＦ等のソフトカーボンブラックを高充填することが知られているが、耐屈曲疲労性や寒冷地で使用する場合の低温特性に問題があった。
また、ゴム組成物として扁平な雲母を配合する技術（特許文献１参照）クレー等の層状又は板状粘度鉱物を上記ソフトカーボンブラックと併せて使用する配合技術も知られているが（特許文献２、３参照）、耐空気透過性の改善に伴って耐屈曲疲労性や低温特性が低下する可能性がある。したがって、タイヤの軽量化（低燃費化）を含め市場の要求性能を満たすためには耐屈曲疲労性や耐空気透過性の優れたゴム組成物の開発が必要である。

特開平１１−１４０２３４号公報特開平０５−０１７６４１号公報ＷＯ０１／０６２８４６パンフレット

本発明は、このような状況下で、耐空気透過性に優れ、かつ耐屈曲疲労性が改良されたゴム組成物、該ゴム組成物をインナーライナーとして備えた軽量化可能な空気入りタイヤを提供することを課題とする。

本発明者らは、前記の好ましい性質を有するゴム組成物を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、（Ａ）ゴム成分１００質量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを特定量，（Ｃ）層状又は板状粘土鉱物を特定量含むゴム組成物が、その目的に適合し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち本発明は、
［１］（Ａ）ゴム成分１００質量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを１〜９質量部，（Ｃ）層状又は板状粘土鉱物を８０〜１５０質量部含むことを特徴とするゴム組成物、
［２］（Ａ）ゴム成分がブチル系ゴム８０〜１００質量％からなる上記［１］のゴム組成物、
［３］前記ブチル系ゴムからなる（Ａ）ゴム成分が、ブチルゴム、臭素化ブチルゴムおよび塩素化ブチルゴムから選ばれる少なくとも１種である上記［２］のゴム組成物、
［４］（Ｂ）成分のカーボンブラックのヨウ素吸着量が５０ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、ジブチルフタレート吸油量が１２５ｍｌ／１００ｇ以下である上記［１］〜［３］いずれのゴム組成物、
［５］（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物のアスペクト比が２〜２００である上記［１］〜［４］いずれかのゴム組成物、
［６］（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物が、カオリン質クレー又はセリサイト質クレーを含むものである上記［１］〜［５］いずれかのゴム組成物、
［７］（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物が、シリカ及びアルミナの含水複合体を含むものである上記［１］〜［５］いずれかのゴム組成物、及び
［８］上記［１］〜［７］いずれかのゴム組成物をインナーライナーとして用いた空気入りタイヤ、
を提供するものである。

（１）上記［１］に記載の発明によれば、（Ａ）ゴム成分１００質量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを１〜９質量部，（Ｃ）層状又は板状粘土鉱物を８０〜１５０質量部を含むゴム組成物にすることによって前記（Ｃ）層状又は板状粘土鉱物を押し出し方向に対して、略並行に規則的に配列させることができ、本発明の効果を奏することができる。
（２）上記［２］に記載の発明によれば、（Ａ）ゴム成分をブチル系ゴム８０〜１００質量％、好ましくは９５質量％以上、特に好ましくは１００質量％にすることによってゴム組成物の耐空気透過性を向上することができる。
（３）上記［３］に記載の発明によれば、上記［２］のブチル系ゴムを耐空気透過性に優れるブチルゴム、臭素化ブチルゴム、塩素化ブチルゴムにすることによって上記（２）の効果をより高めることができる。ブチル系ゴムの中ではジエン系ゴムと共加硫性の優れる臭素化ブチルゴムが好ましい。
（４）上記［４］に記載の発明によれば該［４］の発明の記載の範囲の特性値を有する（Ｂ）成分のカーボンブラックを用いることによって上記（１）の効果を更に高めることができる。
（５）上記［５］、［６］及び［７］に記載の発明によれば、（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物のアスペクト比を特定の範囲とし、該層状又は板状粘土鉱物をカオリン質クレー又はセリサイト質クレー、シリカ及びアルミナの含水複合体を含むものにすることによって、耐空気透過性に優れたゴム組成物を得ることができる。
（６）上記［１］〜［７］のいずれかに記載の本発明のいずれか一つのゴム組成物をインナーライナーとして用いることによって耐空気透過性、かつ耐屈曲疲労性に優れたタイヤを提供することができる。

アスペクト比の算出方法を示す図面である。

［ゴム組成物］
本発明のゴム組成物は、（Ａ）ゴム成分１００質量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを１〜９質量部，（Ｃ）層状又は板状粘土鉱物を８０〜１５０質量部を含むことを特徴とする。
先ず、本発明のゴム組成物の構成成分について説明する
＜（Ａ）ゴム成分＞
本発明の空気入りタイヤ用インナーライナーにおいて用いられるゴム成分としては、ブチル系ゴム及びジエン系ゴムのいずれも用いることができるが、所望の低空気透過性を得るためにはブチル系ゴムが好ましい。ブチル系ゴムとしては、ブチルゴムのほか、臭素化ブチルゴム、塩素化ブチルゴム、等のハロゲン化ブチルゴム等を挙げることができるが、ブチル系ゴム用いる場合はハロゲン化ブチルゴムを含むものが好ましい。特に十分な加硫速度を得る観点から、臭素化ブチルゴムを用いることが好ましい。
また、変性ゴムとしてイソモノオレフィンとパラメチルスチレンとの共重合体の塩素化又は臭素化変性共重合体を用いることができ、市販品としてエクソン社より入手可能である。

上述のハロゲン化ブチルゴムとブレンドされるジエン系ゴムとしては、例えば天然ゴム，合成イソプレンゴム、シス１，４−ポリブタジエン、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴムなどが挙げられ、中でも天然ゴム、合成イソプレンゴム、シス１，４−ポリブタジエンが、ガラス転移温度が低く好ましい。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせてもよい。
上記ゴム成分は、耐空気透過性の点からは、ブチル系ゴム８０質量％から１００質量％とジエン系ゴム２０質量％以下であることが好ましく、ブチル系ゴム９５質量％から１００質量％とジエン系ゴム５質量％以下であることが特に好ましい。このゴム成分からなる本発明のゴム組成物は空気入りタイヤ用インナーライナとして、二輪車用、乗用車用、トラックバス用などに好適に使用される。

＜（Ｂ）カーボンブラック＞
本発明のゴム組成物は補強性充填剤としてカーボンブラックが用いられる。好ましいカーボンブラックとしては、例えば，Ｎ５３９（ＦＥＦ−ＬＳ）、Ｎ５５０（ＦＥＦ）、Ｎ６６０（ＧＰＦ）、Ｎ６３４（ＧＰＦ−ＬＳ）、Ｎ６４２（ＧＰＦ−ＬＳ）、Ｎ７５２４、Ｎ７６２（ＳＲＦ−ＬＭ−ＮＳ）、Ｎ７７２、Ｎ７７４（ＳＲＦ−ＨＭ−ＮＳ）等を挙げることができる。また、カーボンブラックは以下のコロイダル特性を有するものが好ましい。すなわち、ヨウ素吸着量（ＩＡ）は５０ｍｇ／ｇ以下が好ましく、４０〜２０ｍｇ／ｇ程度であればより好ましい。また、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は、１２５ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、１００〜３０ｍｌ／１００ｇ程度であればより好ましい。ここで、上記コロイダル特性のＩＡはＡＳＴＭＤ１５１０−９５、ＤＢＰはＡＳＴＭＤ２４１４−９７に従ってそれぞれ測定される値である。
カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して１質量部〜９質量部が好ましくより好ましくは、１〜６質量部の範囲である。
カーボンブラックの配合量が１〜９質量部の規定の範囲内であれば、カーボンブラックによる立体障害等が発生しにくく、タイヤ用インナーライナーとして本発明のゴム組成物を用いた場合に後述する層状又は板状粘土鉱物をタイヤ周方向に規則的に配列させることが可能となる。その結果、屈曲疲労性及び低空気透過性に対して、優れた結果が得られる。
又、補強性の低下や、ゴム組成物搬送時にモゲ、チギレによる工場作業性の低下を抑制することができる。

＜（Ｃ）層状又は板状鉱物＞
さらに、本発明の空気入りタイヤ用インナーライナーにおいて低空気透過性を確保するために充填剤として層状又は板状鉱物が用いられる。
層状又は板状鉱物は、天然品、合成品のいずれも適用され、平均アスペクト比が２〜２００であれば特に限定はなく、例えばカオリン、クレー、マイカ、長石、シリカ及びアルミナの含水複合体などが挙げられる。これらの中ではクレーが好ましく、カオリン質クレー、セリサイト質クレー、焼成クレー、表面処理を施したシラン改質クレー等の板状のクレーが好ましく、カオリン質クレーが特に好ましい。これら層状又は板状鉱物の平均粒径は大きすぎると耐屈曲性の低下を招くので１０μｍ以下とすることが好ましく、特に０．２〜５μｍ程度の範囲がより好ましく、０．２μｍから２μｍのものが特に好ましく用いられる。層状又は板状鉱物はその平均アスペクト比が２〜２００であれば、インナーライナー中で層状又は板状鉱物粒子の面が、インナーライナーの厚さ方向と交差する方向に配向し、空気の透過経路を遮る結果、良好な低空気透過性が得られるが、平均アスペクト比が３〜１５０であることが、その充填量に対し最大の低空気抵抗性が得られるため好ましく、５〜１００であることがさらに好ましく、５〜５０であることが特に好ましい。平均アスペクト比が２００を超えるクレーを使用すると、充填量を増していった場合にゴム混練時のクレーの分散が均一に行われず、分散不良から耐屈曲性や耐空気透過性の低下を招くため好ましくない。
なお、平均アスペクト比は、図１に示すように平均長径ｘと平均厚みｙよりｘ／ｙとして求められる。

平均アスペクト比が２〜２００のカオリン質のクレーとしては、例えば、ＰｏｌｙｆｉｌＤＬＸ、ＰｏｌｙｆｉｌＤＬ（以上、Ｈｕｂｅｒ社製）等の市販品を好適に利用することができる。
本発明の空気入りタイヤ用インナーライナーにおける層状又は板状鉱物の配合量は、８０〜１５０質量部とすることができ、特に９０〜１３０質量部が好ましい。充填量が８０質量部未満では目的とする低空気透過性が得られず、１５０質量部を超える場合は、耐屈曲性や低温性が低下するため好ましくない。同時に配合するカーボンブラックの配合量は上述のように、１〜９質量部であることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤのインナーライナーに用いられる上記（Ａ）ゴム成分、（Ｂ）カーボンブラック、（Ｃ）層状又は板状鉱物のそれぞれの好ましい配合割合として、臭素化ブチルゴム９５質量％以上含む（Ａ）ゴム成分１００質量部に対して，（Ｂ）成分１〜９質量部、（Ｃ）成分を９０〜１３０質量部の範囲にすることによって本発明の目的を奏することができ、インナーライナーの空気透過係数の好ましい値として２．０×１０^-10ｃｍ³・ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下を得ることができると共に、優れた耐屈曲疲労性を確保するこができる。
空気透過係数を上記の値以下にすることによって、インナーライナーのゲージを薄くすることができ、タイヤの軽量化が可能となる。
インナーライナーの屈曲疲労性はマトリックス中の補強によって決まるが、タイヤとしての屈曲疲労性は主に補強層の強さで決まる。ゴム成分としてブチル系ゴム（例えば臭素化ブチルゴム）をインナーライナーに使用した場合には目的の空気透過係数２．０×１０^-10ｃｍ³・ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下を得るためには多くの充填剤を配合する必要があるが、屈曲疲労性のためには好ましくない。タイヤとして要求される空気透過性はタイヤ踏面垂直方向の空気透過性が重要であり、したがって、層状又は板状粘土鉱物をタイヤ周方向に規則的に配列させることによってタイヤ踏面垂直方向の低空気透過性を得、層状又は板状粘土鉱物をタイヤ周方向に規則的に配列させることによって耐空気透過性と屈曲疲労性の両立を図ることができる。
但し、（Ｂ）成分のカーボンブラックの配合量を１質量部未満にした場合は、補強性が低下し、工場作業性で問題が起こる可能性がある。

本発明の空気入りタイヤ用インナーライナーには、上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分の他に、インナーライナーに通常使用される成分、例えば、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、老化防止剤、酸化防止剤、軟化剤、滑剤、加硫助剤、粘着付与剤等を適宜配合することが出来る。
本発明の空気入りタイヤ用インナーライナーは、上記成分を、例えばバンバリーミキサーで混練りすることにより製造できる。また、上記ゴム組成物を用いてのインナーライナーの製造は、例えばカレンダーロールにより行うことができる。

次に、実施例および比較例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより制約されるものではない。

実施例１〜１１、比較例１〜８
第１表−１〜６に示す配合組成及びその他の配合剤として、プロセスオイル「２号スピンドルオイル」出光興産社製１０質量部、亜鉛華２質量部、硫黄１質量部を配合し、バンバリーミキサーで混練りすることにより、インナーライナー用ゴム組成物を調製し、下記に記載の各項目について測定を行った。

（１）屈曲疲労：ＪＩＳ６２６０−１９９９の［加硫ゴム及び熱か組成ゴムのデマチァ屈曲き裂試験方法］に準拠してゴム試験片を作製し、室温、４０ｍｍストロークの条件下で試験片が破断するまでの回数を測定した。破断までの回数が多いほど屈曲疲労性に優れている。
（２）空気透過係数：タイヤより解剖して得られたインナーライナーの試験片を用いてＪＩＳＫ７１２６・１-２００６［プラスチックーフイルムガス透過度試験方法（差圧法）に準拠して測定をした。値が小さい程耐空気透過性に優れていることを示す。
尚、タイヤサイズとして１１Ｒ２２．５を用いた。
（３）空気透過性ＩＮＤＥＸ：第１表−１では比較例２を、第１表−２では比較例４を、第１表−３では比較例６をコントロールとして空気透過性を指数として示した。指数の小さい程耐空気透過性に優れることを示す。

第１表−１に示すようにゴム組成物のクレーを８０質量部に固定しカーボンブラック量を変量した。

第１表−２に示すようにゴム組成物のクレーを１００質量部に固定しカーボンブラック量を変量した。

第１表−３に示すようにゴム組成物のクレーを１５０質量部に固定しカーボンブラック量を変量した。
また、クレー量の変量（第１表−４）ゴム成分として、ブチルゴム量の変量（第１表−５）、カーボンブラック種（ＧＰＦ．ＦＥＦ）について検討した（第１表−６）。

第１表−１〜６に記載のいずれのゴム組成物に対して、その他の配合剤として、プロセスオイル「２号スピンドルオイル」出光興産社製１０質量部、亜鉛華２質量部、硫黄１質量部を配合した。

本発明は、耐空気透過性に優れ、かつ耐屈曲疲労性が改良されたゴム組成物、該ゴム組成物を空気入りタイヤ用インナーライナーに用いた、耐空気透過性に優れ、かつ耐屈曲疲労性が改良された軽量化可能な空気入りタイヤを提供することができる。

Claims

（Ａ）ゴム成分がブチル系ゴム８０〜１００質量％、ジエン系ゴム０〜２０質量％からなり、
（Ａ）ゴム成分１００質量部に対して、（Ｂ）カーボンブラックを１〜９質量部、（Ｃ）層状又は板状粘土鉱物を８０〜１５０質量部含むことを特徴とするゴム組成物。
（Ａ）ゴム成分がブチル系ゴム１００質量％からなる請求項１に記載のゴム組成物。
前記ブチル系ゴムからなる（Ａ）ゴム成分が、ブチルゴム、臭素化ブチルゴムおよび塩素化ブチルゴムから選ばれる少なくとも１種である請求項２に記載のゴム組成物。
（Ｂ）成分のカーボンブラックのヨウ素吸着量が５０ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、ジブチルフタレート吸油量が１２５ｍｌ／１００ｇ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物。
（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物のアスペクト比が２〜２００である請求項１〜４のいずれかに記載のゴム組成物。
（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物が、カオリン質クレー又はセリサイト質クレーを含むものである請求項１〜５のいずれかに記載のゴム組成物。
（Ｃ）成分の層状又は板状粘土鉱物が、シリカ及びアルミナの含水複合体を含むものである請求項１〜５のいずれかに記載のゴム組成物。
請求項１〜７のいずれかに記載のゴム組成物をインナーライナーとして用いた空気入りタイヤ。