JP5949820B2 - ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ Download PDF

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Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、優れた剛性および低発熱性を有するゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。
近年の環境意識の高まりに伴い、空気入りタイヤは発熱を低減させ、燃費を改善することが求められ、例えばタイヤサイドウォール用コンパウンドについても同様の検討がなされている。
低発熱化のためには、分子量の高いゴム成分を使用するのが有効であるが、コンパウンドの粘度が上昇し、加工性が悪化してしまう。
そこで、プロセスオイル等の軟化剤の配合量を増加することにより、粘度の低減が図れるが、この場合、発熱性が高くなる等の問題が生じてしまう。
一方、タイヤビードフィラーは、ビードコアおよびカーカス層の巻き上げ部の動きやセパレーションを抑制するために高剛性とする必要がある。一般的にビードフィラーを高剛性にするためにカーボンブラック等の補強剤を増量する技術が知られているが、発熱性が悪化するという問題点がある。
このように、当業界には、剛性および低発熱性を兼ね備えたゴム組成物に対する強い要求がある。
下記特許文献1は、弾性、引張強度、発熱性および疲労性を改善することを目的として、加硫可能なゴム100重量部に対し、融点が100〜180℃のポリアミドエラストマー0.1〜50重量部と無機補強剤1〜100重量部を含有するゴム組成物を開示している。
しかし、このようなポリアミドエラストマーはゴム中で異物となるため、発熱性を損なう因子となり得る。また、当業界で求められるレベルに剛性を高めることができず、改善の余地があった。
国際公開WO2009/093695号パンフレット
したがって本発明の目的は、ポリアミドエラストマーを配合したゴム組成物において、優れた剛性および低発熱性を有するゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに対し、特定の窒素吸着比表面積(NSA)を有するカーボンブラックおよびポリアミドエラストマーを特定量で配合するとともに、前記カーボンブラックおよびポリアミドエラストマーの質量比を特定化することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。
1.(A)天然ゴム20〜50質量部およびブタジエンゴム50〜80質量部からなるジエン系ゴム100質量部に対し、(B)窒素吸着比表面積(NSA)が30〜45m/gであるカーボンブラック30〜80質量部および(C)ポリアミドエラストマー1〜30質量部を配合してなり、かつ、前記(B)カーボンブラックおよび前記(C)ポリアミドエラストマーの質量比が、前者:後者として、1:0.4〜1:1であることを特徴とするゴム組成物。
2.前記1に記載のゴム組成物からなる、タイヤサイドウォール用ゴム組成物。
3.前記2に記載のゴム組成物をサイドウォールに用いた空気入りタイヤ。
本発明によれば、ジエン系ゴムに対し、特定の窒素吸着比表面積(NSA)を有するカーボンブラックおよびポリアミドエラストマーを特定量で配合するとともに、前記カーボンブラックおよびポリアミドエラストマーの質量比を特定化したので、優れた剛性および低発熱性を有するゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。

(ジエン系ゴム)
本発明で使用される(A)ジエン系ゴムは、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
これらのジエン系ゴムの中でも、本発明の効果の点からジエン系ゴムはNR、BRが好ましい。
なお、本発明のゴム組成物を、サイドウォールに使用した場合には、耐カット性や耐クラック性をより重視する観点からジエン系ゴム100質量部中、NR20質量部〜50質量部、BR50質量部〜80質量部、ビードフィラーに用いる場合には、高剛性をより重視する観点からNR50質量部〜80質量部、BR20質量部〜50質量部とするのが好ましい。
(カーボンブラック)
本発明で使用される(B)成分の一つであるカーボンブラックは、窒素吸着比表面積(NSA)が30m/g以上のものを用いる。窒素吸着比表面積(NSA)が30m/g未満であると、剛性、発熱性共に悪化する。なお、著しく優れた剛性および低発熱性を提供できるという観点から、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、30〜120m/gが好ましく、本発明のゴム組成物をサイドウォールに用いる場合には、30〜80m/gがさらに好ましく、30〜45m/gが、耐クラック性をより重視する観点からとくに好ましい。
また、ビードフィラーに用いる場合には、30〜110m/gがさらに好ましく、60〜80m/gが高剛性を重視する観点からとくに好ましい。
窒素吸着比表面積(NSA)はJIS K6217−2に準拠して求めた値である。
(ポリアミドエラストマー)
本発明で使用される(C)成分のポリアミドエラストマーは、公知のエラストマーであり、例えば上記の特許文献1にその製造方法を含め詳細に開示されている。(C)ポリアミドエラストマーは、ハードセグメントがポリアミドであり、ソフトセグメントがポリエーテルやポリエステルを用いたマルチブロックコポリマーである。ハードセグメントは、ナイロン6,66,610,11,12等が挙げられる。ソフトセグメントにおけるポリエーテルは、ポリエチレングリコール、ジオールポリ(オキシテトラメチレン)グリコール、ポリ(オキシプロピレン)グリコール等が挙げられ、ポリエステルは、ポリ(エチレンアジペート)グリコール、ポリ(ブチレン−1,4アジペート)グリコール等が挙げられる。また、ソフトセグメントは、これらのブロック及び/又はマルチブロック共重合体であることもできる。
なお本発明の効果の点からとくに好ましいポリアミドエラストマーは、ナイロン12からなるハードセグメントとポリエーテルからなるソフトセグメントとを有するポリアミドポリエーテルエラストマーであり、重量平均分子量が10000〜200000のものである。このようなポリアミドポリエーテルエラストマーは市販されているものを利用でき、例えば宇部興産(株)製UBESTA XPA P9040X1等が挙げられる。
なお、(C)ポリアミドエラストマーのソフトセグメントのショアD硬度が、ハードセグメントのショアD硬度に対し、10以上低い値を示すことにより、本発明の効果がさらに向上し好ましい。なおここでいうソフトセグメントおよびハードセグメントのショアD硬度とは、それぞれのセグメントを単体として測定した場合の硬度を意味し、例えば前記ポリアミドポリエーテルエラストマーの場合は、ポリエーテルのショアD硬度が、ナイロン12のショアD硬度よりも10以上低い値を示すことが好ましい。さらに好ましい前記ショアD硬度の差は、30〜50である。
なおショアD硬度は、JIS K6253に準拠して測定される。
(ゴム組成物の配合割合)
本発明のゴム組成物は、前記(A)〜(C)成分は特定量でもって配合される。すなわち本発明におけるゴム組成物は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、(B)窒素吸着比表面積(NSA)が30〜45m /gであるカーボンブラック30〜80質量部および(C)ポリアミドエラストマー1〜30質量部を配合してなる。
(B)カーボンブラックの配合量が30質量部未満であると、補強性が低下し、所望の物性を得られないので好ましくなく、逆に80質量部を超えると、分散が悪化し物性低下を引き起こす。
(C)ポリアミドエラストマーの配合量が1質量部未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に30質量部を超えると、剛性や発熱性が悪化するとともに、ロール巻きつきを起こす等加工性が悪化する。
(B)カーボンブラックの好ましい配合量は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、40〜70質量部である。
(C)ポリアミドエラストマーの好ましい配合量は、(A)ジエン系ゴム100質量部に対し、15〜30質量部である。
また、本発明のゴム組成物は、前記(B)カーボンブラックおよび前記(C)ポリアミドエラストマーの質量比が、前者:後者として、1:0.35〜1:1である必要がある。(C)ポリアミドエラストマーの割合が下限未満であると、発熱性が悪化し、上限を超えると、発熱性および加工性が悪化する。
前記(B)カーボンブラックおよび前記(C)ポリアミドエラストマーの質量比は、前者:後者として、1:0.35〜1:0.8が好ましく、1:0.4〜1:0.6がさらに好ましい。
本発明のゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されてい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も、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。
本発明のゴム組成物の用途としては、ベルトコンベアー、ホース、タイヤ等が挙げられるが、とくにタイヤ用途が好ましく、とりわけ優れた剛性および低発熱性を有することから、サイドトレッド用やビードフィラー用として好適に使用される。
また本発明で製造されたゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに使用することができる。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
実施例1〜8および比較例1〜15
サンプルの調製
表1および2に示す配合(質量部)において、加硫系(加硫促進剤、硫黄)を除く成分を接線式ミキサーで約3分30秒間混練した後、得られた混練物をオープンロールで、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で160℃で15分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。
100%モジュラス(M100):JIS K6251に従い、23℃にて引張試験を実施し、伸び100%時の引張応力を測定した。結果は、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーを除く基本配合が同じ比較例の値を100として指数で示した。指数が大きいほど剛性が高いことを示す。
tanδ(60℃):加硫ゴム試験片に対し、岩本製作所(株)製粘弾性スペクトロメーターを用いて、伸張変形歪率10±2%、周波数20Hz、温度60℃の条件で測定した。結果は、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーを除く基本配合が同じ比較例の値を100として指数で示した。指数が小さいほど低発熱性であることを示す。
結果を表1および2に併せて示す。

Figure 0005949820
Figure 0005949820
*1:NR(NUSIRA SIR20)
*2:BR(日本ゼオン(株)製Nipol BR 1220)
*3:ポリアミドエラストマー(宇部興産(株)製UBESTAXPA P9040X1)
*4:カーボンブラック−1(キャボットジャパン(株)製ショウブラックN339、NSA=72m/g)
*5:カーボンブラック−2(キャボットジャパン(株)製ショウブラックN550、NSA=42m/g)
*6:カーボンブラック−3(新日化カーボン(株)製HTC#G、NSA=27m/g)
*7:酸化亜鉛(正同化学工業(株)製、酸化亜鉛3種)
*8:ステアリン酸(日油(株)製ステアリン酸)
*9:老化防止剤(住友化学(株)製アンチゲン6C)
*10:ワックス(大内新興化学工業(株)製サンノック)
*11:オイル(昭和シェル石油(株)製エクストラクト4号S)
*12:硫黄(軽井沢精錬所社製油処理硫黄)
*13:含硫黄加硫促進剤(三新化学工業(株)製サンセラーCM−P0)
上記の表1および表2から明らかなように、実施例1〜8では、ジエン系ゴムに対し、特定の窒素吸着比表面積(NSA)を有する(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーを特定量で配合するとともに、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーの質量比を特定化しているので、それぞれ対応する比較例に比べて、優れた剛性および低発熱性を有するゴム組成物が得られる。
これに対し、比較例2〜5、8は、(C)ポリアミドエラストマーを配合していないので、各種カーボンブラックを配合しても、発熱性に改善が見られない。
比較例6〜7、9〜10は、(B)カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)が本発明で規定する下限未満であるので、発熱性が悪化した。
比較例11および12は、(B)カーボンブラックに対する(C)ポリアミドエラストマーの質量比が、本発明で規定する下限未満であるので、発熱性が悪化した。
比較例13、14および15は、(B)カーボンブラックに対する(C)ポリアミドエラストマーの質量比が、本発明で規定する上限を超えているので、加工性が悪化した。
なお、実施例1〜4は参考例である。
(i)また、比較例1、実施例1、実施例2、比較例11を比較すると、これらの例は(C)ポリアミドエラストマーの量を変動させ、他の原料の配合量を同じにしたものであるが、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーの質量比を本発明で規定した範囲内の実施例1および2のみが優れた剛性および発熱性を示した。
(ii)比較例2、実施例3、実施例4、比較例13を比較すると、これらの例は(C)ポリアミドエラストマーの量を変動させ、他の原料の配合量を同じにしたものであり、前記(i)とはカーボンブラックの配合量が異なる例であるが、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーの質量比を本発明で規定した範囲内の実施例3および4のみが優れた剛性および発熱性を示した。
(iii)比較例3、実施例5、実施例6、比較例12を比較すると、これらの例は(C)ポリアミドエラストマーの量を変動させ、他の原料の配合量を同じにしたものであり、前記(i)とはカーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)が異なる例であるが、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーの質量比を本発明で規定した範囲内の実施例5および6のみが優れた剛性および発熱性を示した。
(iv)比較例4、実施例7、実施例8、比較例14を比較すると、これらの例は(C)ポリアミドエラストマーの量を変動させ、他の原料の配合量を同じにしたものであり、前記(iii)とはカーボンブラックの配合量が異なる例であるが、(B)カーボンブラックおよび(C)ポリアミドエラストマーの質量比を本発明で規定した範囲内の実施例7および8のみが優れた剛性および発熱性を示した。

Claims (3)

  1. (A)天然ゴム20〜50質量部およびブタジエンゴム50〜80質量部からなるジエン系ゴム100質量部に対し、(B)窒素吸着比表面積(NSA)が30〜45m/gであるカーボンブラック30〜80質量部および(C)ポリアミドエラストマー1〜30質量部を配合してなり、かつ、前記(B)カーボンブラックおよび前記(C)ポリアミドエラストマーの質量比が、前者:後者として、1:0.4〜1:1であることを特徴とするゴム組成物。
  2. 請求項1に記載のゴム組成物からなる、タイヤサイドウォール用ゴム組成物。
  3. 請求項2に記載のゴム組成物をサイドウォールに用いた空気入りタイヤ。
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