JP6660713B2

JP6660713B2 - ゴム組成物及び空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP6660713B2
Application number: JP2015221456A
Authority: JP
Inventors: 靖浩菱川
Original assignee: Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2035-11-11
Also published as: JP2017088752A

Description

本発明は、ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

一般に、ゴム組成物には、カーボンブラックやシリカなどの補強性充填剤が配合されている。しかし、カーボンブラックやシリカはそれ自身の凝集力が強く、ジエン系ゴム中での分散性に改良の余地がある。

ところで、ゴム組成物に非イオン性界面活性剤を配合する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ジエン系ゴムにポリオキシアルキレンアルキルエーテル系の界面活性剤を配合することにより、ワックスやアミン系老化防止剤によるゴム表面の変色を抑制することが開示されている。また、特許文献２には、ジエン系ゴムに有機短繊維とともに非イオン性界面活性剤を配合することにより、オゾン存在下でも変色し難く、表面クラックが進展し難いゴム組成物が得られることが開示されている。また、特許文献３には、耐変色性やタイヤの外観を改善するために、ゴム成分に硫黄とともにプルロニック型非イオン界面活性剤を配合することが開示されている。これらは、主として外観性を改善するために非イオン性界面活性剤を配合することを開示したものであり、補強性充填剤の分散性を改善するために配合することは開示されていない。

一方、特許文献４には、ゴム成分と、シリカやカーボンブラックなどの充填剤と、シランカップリング剤と、非イオン性界面活性剤と、特定の加硫促進剤とを、複数の段階で混練することにより、シランカップリング剤と非イオン性界面活性剤の併用系において、シランカップリング剤の活性低下を抑制して、耐摩耗性を維持しつつ、低発熱性を改善することが開示されている。特許文献４には、非イオン性界面活性剤として、多価アルコール型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル型、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル型など、種々の活性剤が開示されているものの、ポリオキシアルキレンナフチルエーテルを用いることは開示されていない。

特開２０１２−０５７１５３号公報特開２００６−０８３２６４号公報特開２０１５−０００９７４号公報特開２０１３−１３３４０１号公報

本発明は、ジエン系ゴム中での補強性充填剤の分散性を改良することができるゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係るゴム組成物は、ジエン系ゴムに、補強性充填剤と、ポリオキシアルキレンナフチルエーテルを配合してなり、前記ポリオキシアルキレンナフチルエーテルの含有量が前記ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜１０質量部であるものである。

本発明に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物を用いて作製されたものである。

本発明によれば、ジエン系ゴムに補強性充填剤とともに、ポリオキシアルキレンナフチルエーテルを配合したことにより、補強性充填剤の分散性を改良することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本実施形態に係るゴム組成物は、ゴム成分としてのジエン系ゴムと、補強性充填剤と、ポリオキシアルキレンナフチルエーテルとを含有するものである。

ゴム成分としてのジエン系ゴムについては、特に限定されない。使用可能なジエン系ゴムとしては、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ゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン−イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、及び、クロロプレンゴム（ＣＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上混合して用いることができる。より好ましくは、ＮＲ、ＳＢＲ、及びＢＲよりなる群から選択される少なくとも１種である。

一実施形態として、ジエン系ゴムは、天然ゴム単独、又は天然ゴムと他のジエン系ゴム（例えば、ブタジエンゴム）とのブレンドでもよい。ブレンドの場合、ジエン系ゴム１００質量部中にＮＲを５０質量部以上含むことが好ましい。例えば、ジエン系ゴム１００質量部は、６０〜９０質量部のＮＲと、１０〜４０質量部のＢＲからなるものでもよい。

一実施形態として、ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴム単独、又はスチレンブタジエンゴムと他のジエン系ゴム（例えば、ブタジエンゴム及び／又は天然ゴム）とのブレンドでもよい。ブレンドの場合、ジエン系ゴム１００質量部中にＳＢＲを５０質量部以上含むことが好ましい。例えば、ジエン系ゴム１００質量部は、６０〜９０質量部のＳＢＲと、１０〜４０質量部のＢＲ及び／又はＮＲからなるものでもよい。

なお、上記で列挙した各ジエン系ゴムの具体例には、その分子末端又は分子鎖中において、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルコキシシリル基、及びエポキシ基からなる群から選択された少なくとも１種の官能基が導入されることで、当該官能基により変性された変性ジエン系ゴムも含まれる。変性ジエン系ゴムとしては、変性ＳＢＲ及び／又は変性ＢＲが好ましい。一実施形態において、ジエン系ゴムは、変性ジエン系ゴム単独でもよく、変性ジエン系ゴムと未変性のジエン系ゴムとのブレンドでもよい。一実施形態において、ジエン系ゴム１００質量部中、変性ＳＢＲを３０質量部以上含んでもよく、変性ＳＢＲを５０〜９０質量部と未変性ジエン系ゴム（例えば、ＢＲ及び／又はＮＲ）を５０〜１０質量部含むものでもよい。

上記補強性充填剤としては、カーボンブラック及び／又はシリカが好ましい。すなわち、補強性充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、又は、カーボンブラックとシリカの併用が好ましい。

カーボンブラックとしては、特に限定されず、公知の種々の品種を用いることができる。例えば、ＳＡＦ級（Ｎ１００番台）、ＩＳＡＦ級（Ｎ２００番台）、ＨＡＦ級（Ｎ３００番台）、ＦＥＦ級（Ｎ５００番台）、ＧＰＦ級（Ｎ６００番台）（ともにＡＳＴＭグレード）のものが好ましく用いられる。これら各グレードのカーボンブラックは、いずれか１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。

シリカとしては、特に限定されないが、湿式沈降法シリカや湿式ゲル法シリカなどの湿式シリカが好ましく用いられる。シリカのコロイダル特性は特に限定しないが、ＢＥＴ法による窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が９０〜２５０ｍ²／ｇであるものが好ましく用いられ、より好ましくは１５０〜２３０ｍ²／ｇである。なお、シリカのＢＥＴはＩＳＯ５７９４に記載のＢＥＴ法に準拠し測定される。

補強性充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、１０〜１５０質量部でもよく、２０〜１２０質量部でもよく、３０〜１００質量部でもよい。ここで、補強性充填剤としてカーボンブラックを配合する場合、その配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して１０〜１２０質量部でもよく、２０〜１００質量部でもよく、３０〜８０質量部でもよい。シリカを配合する場合、その配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、１０〜１２０質量部でもよく、２０〜１００質量部でもよく、３０〜８０質量部でよい。

シリカを配合する場合、スルフィドシラン、メルカプトシランなどのシランカップリング剤を併用することが好ましく、その配合量はシリカ配合量に対して２〜２０質量％であることが好ましい。

本実施形態に係るゴム組成物では、ポリオキシアルキレンナフチルエーテルを配合することを特徴とする。ポリオキシアルキレンナフチルエーテルを配合することにより、補強性充填剤の分散性が向上する。そのため、未加硫ゴム粘度が低減するとともに、加硫ゴムの低発熱性や耐摩耗性を向上することができる。その理由は、次のように推測されるが、これにより限定することを意図するものではない。例えば、補強性充填剤がカーボンブラックの場合、ナフチル基がカーボンブラックと相互作用することにより、カーボンブラック同士の凝集を防いで分散性が向上し、これにより未加硫ゴム粘度が低減するとともに、低発熱性や耐摩耗性が改善される。また、ポリオキシアルキレン部により、粘度低減効果を高めることができ、また、ゴム変形時の柔軟性が付与されて耐摩耗性が向上すると考えられる。一方、補強性充填剤がシリカの場合、ポリオキシアルキレン基がシリカと相互作用することにより、シリカ同士の凝集を防いで分散性が向上し、これにより、未加硫ゴム粘度が低減するとともに、低発熱性や耐摩耗性が改善されると考えられる。

ポリオキシアルキレンナフチルエーテルとしては、下記一般式（１）で表される化合物が挙げられる。このような化合物自体は、非イオン性界面活性剤として公知である。

式中、Ｒは、水素原子又は炭素数が１〜２５のアルキル基を示す。好ましくは、Ｒは水素原子である。Ａ及びＢは、オキシエチレン基又はオキシプロピレン基を示し、オキシエチレン基とオキシプロピレン基の配列はブロックでもランダムでもよい。ｍ及びｎはそれぞれＡ及びＢの平均付加モル数であって０〜４０の数であり、但し、ｍ＋ｎは２〜４０の範囲内である。ポリオキシアルキレン基のナフチル基に対する置換位置は、α位でもβ位でもよい。ポリオキシアルキレン基は、好ましくは、ポリオキシエチレン基、又はオキシエチレン基とオキシプロピレン基の双方を含むポリ（オキシエチレン・オキシプロピレン）基である。ｍ及びｎは、より好ましくは、それぞれ０〜２０の数であり、ｍ＋ｎは２〜２０の範囲内である。

ポリオキシアルキレンナフチルエーテルとしては、下記一般式（２）で表されるポリオキシエチレンナフチルエーテルをより好ましい例として用いることができる。

式中、ｐはオキシエチレン基の平均付加モル数であって２〜４０の数であり、より好ましくは２〜２０の数である。

ポリオキシアルキレンナフチルエーテルの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．１〜１０質量部であることが好ましい。０．１質量部以上であることにより、その添加効果を発揮することができ、また、１０質量部以下であることにより、低発熱性の悪化を抑えることができる。ポリオキシアルキレンナフチルエーテルの含有量は、より好ましくは、ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．５〜１０質量部であり、更に好ましくは１〜１０質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記した各成分に加え、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸、ワックス、軟化剤、可塑剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤など、通常ゴム工業で使用される各種添加剤を配合することができる。

上記加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などの硫黄が挙げられ、特に限定するものではないが、その配合量はジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。また、加硫促進剤の配合量としては、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜７質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。すなわち、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し、補強性充填剤及びポリオキシアルキレンナフチルエーテルとともに、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の添加剤を添加混合し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合してゴム組成物を調製することができる。

このようにして得られたゴム組成物は、タイヤ用、防振ゴム用、コンベアベルト用などの各種ゴム製品に用いることができる。好ましくは、タイヤに用いることであり、乗用車用、トラックやバスの重荷重用など各種用途、各種サイズの空気入りタイヤに用いることができる。一実施形態に係る空気入りタイヤは、上記ゴム組成物からなるゴム部分を備えたものである。タイヤの適用部位としては、例えば、トレッドゴム、サイドウォールゴム、リムストリップゴムなどの各部位が挙げられる。ゴム組成物は、常法に従い、例えば、押出加工によって所定の形状に成形され、他の部品と組み合わせてグリーンタイヤ（未加硫タイヤ）を作製した後、例えば１４０〜１８０℃でグリーンタイヤを加硫成型することにより、空気入りタイヤを製造することができる。好ましくは、トレッド用配合、又はサイドウォール用配合として用いることであり、一実施形態に係る空気入りタイヤは、上記ゴム組成物からなるトレッド及び／又はサイドウォールを備えたものである。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例で使用した原材料は以下の通りである。

・ＳＢＲ：アルコキシル基及びアミノ基末端変性溶液重合ＳＢＲ、ＪＳＲ（株）製「ＨＰＲ３５０」
・ＮＲ：ＲＳＳ３号
・ＢＲ：ランクセス社製「ＢｕｎａＣＢ２２」
・シリカ：エボニック社製「ＵｌｔｒａｓｉｌＶＮ３」（ＢＥＴ：１７５ｍ²／ｇ）
・シランカップリング剤：エボニック社製「Ｓｉ６９」
・カーボンブラック：ＩＳＡＦ、東海カーボン（株）製「シースト６」
・オイル：ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＮＣ１４０」
・亜鉛華：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華３号」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・老化防止剤：大内新興化学工業（株）製「ノクラック６Ｃ」
・ポリオキシエチレンナフチルエーテル：上記式（２）で表される非イオン性界面活性剤、第一工業製薬（株）製「ノイゲンＥＮ」
・ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル：第一工業製薬（株）製「ノイゲンＥＡ−１３７」
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「粉末硫黄」
・加硫促進剤１：住友化学（株）製「ソクシノールＣＺ」
・加硫促進剤２：大内新興化学工業（株）製「ノクセラーＤ」

下記実施例及び比較例におけるゴム組成物の評価方法は以下の通りである。

・低発熱性：ＪＩＳＫ６３９４に準じて、加硫した試験片について、温度５０℃、静歪み５％、動歪み１％、周波数５０Ｈｚの条件で損失係数ｔａｎδを測定し、第１実施例では比較例１の値を、第２実施例では比較例４の値を、それぞれ１００とした指数で表示した。指数が小さいほどｔａｎδが小さく、低発熱性（低燃費性）に優れることを意味する。

・未加硫ゴム粘度：ＪＩＳＫ６３００に準拠して、（株）東洋精機製作所製ロータレスムーニー測定機を用い、未加硫ゴムを１００℃で１分間予熱後、４分後のトルク値をムーニー単位ＭＬ（１＋４）で測定した値であり、第１実施例では比較例１の値を、第２実施例では比較例４の値を、それぞれ１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低く、加工性に優れることを意味する。

・耐摩耗性：ＪＩＳＫ６２６４に準じて、ランボーン摩耗試験機を用いて、荷重２９．４Ｎ、スリップ率２０％、温度２３℃、落砂量２０ｇ／分で摩耗量を測定し、摩耗量の逆数について、第１実施例では比較例１の値を、第２実施例では比較例４の値を、それぞれ１００とした指数で表示した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを意味する。

［第１実施例］
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従って、まず、第１工程で、ジエン系ゴムに対し、硫黄及び加硫促進剤を除く他の配合剤を添加し混練し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混練物に、第２工程で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物について、未加硫ゴム粘度を測定するとともに、１６０℃で３０分間加硫した所定形状の試験片を用いて、低発熱性と耐摩耗性を評価した。

結果は、表１に示す通りである。コントロールである比較例１に対し、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテルを配合した比較例２では、粘度低減効果は得られたものの、低発熱性が悪化した。これに対し、ポリオキシエチレンナフチルエーテルを配合した実施例１〜４であると、カーボンブラックの分散性が改良されたことにより、未加硫ゴム粘度が低減するとともに、低発熱性と耐摩耗性が改善した。

［第２実施例］
バンバリーミキサーを使用し、下記表２に示す配合（質量部）に従い、第１実施例と同様の第１工程及び第２工程を実施して、ゴム組成物を調製した。得られたゴム組成物について、未加硫ゴム粘度を測定するとともに、１６０℃で３０分間加硫した所定形状の試験片を用いて、低発熱性と耐摩耗性を評価した。

結果は、表２に示す通りである。ＳＢＲ／ＮＲ系でシリカ／カーボンブラック配合の第２実施例の場合も、ＮＲ／ＢＲ系でカーボンブラック配合の第１実施例と同様、ポリオキシエチレンナフチルエーテルを配合した実施例５〜８では、コントロールである比較例４に対して、低発熱性を維持ないし改善しつつ、未加硫ゴム粘度が低減し、かつ耐摩耗性が改善されていた。

Claims

ジエン系ゴムに、カーボンブラック及び／又はシリカと、ポリオキシアルキレンナフチルエーテルを配合してなり、前記ポリオキシアルキレンナフチルエーテルの含有量が前記ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜１０質量部である、ゴム組成物。
請求項１に記載のゴム組成物を用いて作製された空気入りタイヤ。