JP6958076B2

JP6958076B2 - タイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP6958076B2
Application number: JP2017148465A
Authority: JP
Inventors: 強野間口
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: JP2019026758A

Description

本発明は、廃ゴム製品からリサイクルによって回収された再生ゴムを使用したタイヤ用ゴム組成物に関する。

近年、環境保護やコスト低減の観点から、タイヤ等の使用済みのゴム製品（廃ゴム製品）の一部を、例えば粉砕処理等によって再生ゴムに加工して、これを新ゴムに配合して再利用することが行われている。しかしながら、このような再生ゴムは加硫後の物性が新ゴムに比して劣るため、再生ゴムを含有するゴム組成物の加硫後の物性も悪くなり、実用に堪えなかったり、使用対象が制限されるという問題があった。また、再生ゴムによって加硫後の物性が低下するため、原料中の再生材料比率（再生ゴムの比率）を高めることが難しく、環境負荷を低減する効果が限定的であるという問題もあった。

このような問題に対して、例えば、上述の粉砕処理の後、脱硫処理や官能化処理を施して再生ゴム自体の反応性を高めて、加硫後のゴム物性を良好にすることが検討されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、このような処理を行った再生ゴムを配合したゴム組成物であっても、例えば破断伸び等の物性が充分に得られず、特に空気入りタイヤ等に用いる場合に加工性や加硫物性などの性能が充分に得られないという問題があった。そのため、廃ゴム製品からリサイクルによって回収された再生ゴムを使用したゴム組成物において、加工性及び加硫物性を向上しながら、原料中の再生材料比率を高める更なる改善が求められていた。

特開２０１５‐２１２３７７号公報

本発明の目的は、廃ゴム製品からリサイクルによって回収された再生ゴムを使用したタイヤ用ゴム組成物であって、加工性及び加硫物性を向上しながら、原料中の再生材料比率を高めることを可能にしたタイヤ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タイヤ用ゴム組成物は、イソプレン系ゴム３０質量部〜７０質量部およびブタジエンゴム３０質量部〜７０質量部からなるジエン系ゴム１００質量部に対して、窒素吸着比表面積が３０ｍ²／ｇ〜８０ｍ²／ｇであるカーボンブラックを３０質量部〜７０質量部、粉末再生ゴムを５質量部〜２５質量部、チウラムスルフィド系化合物で官能化された変性再生ゴムを５質量部〜２５質量部を配合し、且つ、硫黄を純硫黄分が０．８質量部〜１．６質量部となるように配合し、前記粉末再生ゴムの粒径が８０メッシュ以上であることを特徴とする。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、イソプレン系ゴムとブタジエンゴムとを主体として、粉末再生ゴムと変性再生ゴムとを併用し、且つ、上述の配合材を配合しているので、再生ゴムを配合したゴム組成物であっても、加工性および加硫物性を向上することができる。また、上述の配合によって加工性および加硫物性が改善するので、再生ゴムの配合量を従来に比べて多くすることができ、原料中の再生材料比率を高めることができる。

本発明においては、粉末再生ゴムと変性再生ゴムとの配合量の比が１：１〜１：２であることが好ましい。これにより、粉末再生ゴムと変性再生ゴムとのバランスが良好になり、原料中の再生材料比率（再生ゴム比率）を高めながら、加工性および加硫物性を向上するには有利になる。

本発明においては、粉末再生ゴムの粒径が８０メッシュ以上である。これにより、原料中の再生材料比率（再生ゴム比率）を高めながら、加工性および加硫物性を向上するには有利になる。尚、本発明において、粉末再生ゴムの粒径は、ＪＩＳＫ６２２０に準拠して測定する。また、本発明において「粒径が８０メッシュ以上である」とは、粉末再生ゴムの７０質量％以上が８０メッシュを通過可能な粒径であることを意味し、３０質量％未満の割合であれば上記粒径の範囲外のものを含むことが許容されるものとする。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのサイドウォール部に用いることが好ましく、本発明のタイヤ用ゴム組成物をサイドウォール部に用いた空気入りタイヤは、ゴム組成物中に再生ゴムが含まれていても、従来の新ゴムのみを用いた空気入りタイヤと同等の優れた走行性能を発揮することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを必ず含む。イソプレン系ゴムとしては、各種天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、各種合成ポリイソプレンゴムをあげることができる。イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムはそれぞれ、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるゴムを使用することができる。これらの配合量は、ジエン系ゴム全体を１００質量部としたとき、イソプレン系ゴムを３０質量部〜７０質量部、ブタジエンゴムを３０質量部〜７０質量部、好ましくイソプレン系ゴムを３０質量部〜５０質量部、ブタジエンゴムを５０質量部〜７０質量部である。これらゴムの配合量が上記範囲から外れると、本発明の所望の効果が充分に得られない。特に、本発明では後述の再生ゴムが配合されることで、イソプレン系ゴムの配合量の影響が大きく、イソプレン系ゴムの配合量が７０質量部を超えると、ゴム組成物の粘度が低下する。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有してもよい。他のジエン系ゴムとしては、例えば、スチレン‐ブタジエンゴム、アクリロニトリル‐ブタジエンゴム等が挙げられる。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。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックが必ず配合される。カーボンブラックを配合することでゴム組成物の強度を高めることができる。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、３０質量部〜７０質量部、好ましくは４０質量部〜６０質量部である。カーボンブラックの配合量が３０質量部未満であると、ゴム組成物の機械的特性を改良する効果が充分に得られない。カーボンブラックの配合量が７０質量部を超えると、ゴム組成物の発熱性が大きくなりタイヤにしたとき転がり抵抗が大きくなる。

本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡが３０ｍ²／ｇ〜８０ｍ²／ｇ、好ましくは４０ｍ²／ｇ〜６０ｍ²／ｇである。カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡが３０ｍ²／ｇ未満であると、ゴム組成物の強度、硬度などの機械的特性が低下する。カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡが８０ｍ²／ｇを超えると、ゴム組成物の６０℃におけるｔａｎδ（以下、ｔａｎδ（６０℃）という）が大きくなる。本発明において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して測定するものとする。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、加硫剤として硫黄が必ず配合される。硫黄の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、純硫黄分が０．８質量部〜１．６質量部、好ましくは１．２質量部〜１．５質量部になるようにする。硫黄の配合量が上記範囲から外れると、本発明の所望の効果が充分に得られない。特に、本発明では後述の再生ゴムが配合されることで、硫黄の配合量の影響は大きく、硫黄の配合量（純硫黄分）が０．８質量部未満であると、ゴム組成物の硬度が低下し、発熱性が大きくなり、硫黄の配合量（純硫黄分）が１．６質量部を超えると破断伸びが低下する。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、粉末再生ゴムおよび変性再生ゴムが必ず配合される。本発明において「粉末再生ゴム」とは、タイヤ等の使用済みのゴム製品（廃ゴム製品）の一部を粉砕処理して得られたゴム材料であり、脱硫処理や官能化等の変性処理は施されていないものである。この粉末再生ゴムは、脱硫処理が施された再生ゴムや後述の変性再生ゴムのように反応性は高くないが、これら処理が施された再生ゴムのみを用いた場合に低下し易い加硫物性（例えば破断伸び等）を改善するのに有利な材料である。本発明において「変性再生ゴム」とは、タイヤ等の使用済みのゴム製品（廃ゴム製品）の一部を粉砕処理した後、脱硫処理を行い、更に、チウラムスルフィド系化合物で官能化することで得られたゴム材料である。この変性再生ゴムは、脱硫および官能化によりゴム中の架橋構造の一部が切断されて反応性が高まっているため、再生材料を用いた場合に懸念される硬度の低下、発熱性の悪化、未加硫ゴムの粘度の上昇等の問題を改善するのに有利な材料である。尚、変性再生ゴムの官能化処理に用いるチウラムスルフィド系化合物としては、アルキルチウラムスルフィド、アリールチウラムスルフィド、ヘテロ環式チウラムスルフィド、チウラムジスルフィド、チウラムポリスルフィド、テトラベンジルチウラムジスルフィド、テトラアルキルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、ジペンタメチルチウラムモノスルフィド等を例示することができる。上述の粉末再生ゴムと変性再生ゴムとを併用することで、再生ゴムを配合したゴム組成物であっても、加工性および加硫物性を向上することができる。

粉末再生ゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、５質量部〜２５質量部、好ましくは１０質量部〜２０質量部である。粉末再生ゴムの配合量が５質量部未満であると、ゴム組成物の物性（破断伸び）が悪化する。粉末再生ゴムの配合量が２５質量部を超えると、ゴム組成物の物性（粘度、硬度、破断伸び、発熱性）が悪化する。また、変性再生ゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、５質量部〜２５質量部、好ましくは１０質量部〜２０質量部である。変性再生ゴムの配合量が５質量部未満であると、ゴム組成物の物性（粘度）が悪化する。変性再生ゴムの配合量が２５質量部を超えると、ゴム組成物の物性（粘度、硬度、破断伸び、発熱性）が悪化する。

粉末再生ゴムおよび変性再生ゴムを多く配合することで、原料中の再生材料比率を高めることができ、環境負荷を低減するには有利である。そのため、粉末再生ゴムおよび変性再生ゴムの総量（配合量の和）を、ジエン系ゴム１００質量部に対して好ましくは２０質量部以上、より好ましくは２０質量部〜４０質量部にするとよい。従来の再生ゴムを配合したタイヤ用ゴム組成物では、再生ゴムの配合量がタイヤ用ゴム組成物の主体となるジエン系ゴム１００質量部に対して１０質量部程度であったので、原料中の再生材料比率を大幅に高めることができる。粉末再生ゴムおよび変性再生ゴムの両者の配合量が多く、総量が５５質量部を超えると、ゴム物性を改善する効果が限定的になり、粘度、硬度、破断伸び、発熱性が低下する。

更に、粉末再生ゴムと変性再生ゴムとの配合量の比（粉末再生ゴム：変性再生ゴム）は、好ましくは１：１〜１：２、より好ましくは１：１〜１：１．５にするとよい。これにより、粉末再生ゴムと変性再生ゴムとのバランスが良好になり、原料中の再生材料比率（再生ゴム比率）を高めながら、加工性および加硫物性を向上するには有利になる。粉末再生ゴムと変性再生ゴムとの配合量の比が上記範囲から外れて、変性再生ゴムに対して粉末再生ゴムの配合量が多過ぎると、ゴム物性を改善する効果が限定的になり、粘度、硬度、破断伸び、発熱性が低下し、粉末再生ゴムに対して変性再生ゴムの配合量が多過ぎると、ゴム物性を改善する効果が限定的になり、破断伸びが低下する。

本発明で使用する粉末再生ゴムは粒径が小さいことが好ましい。特に、粉末再生ゴムの粒径が、好ましくは８０メッシュ以上、より好ましくは１００メッシュ〜１４０メッシュであるとよい。これにより、原料中の再生材料比率（再生ゴム比率）を高めながら、加工性および加硫物性を向上するには有利になる。粉末再生ゴムの粒径が８０メッシュ未満であると、粒径が大き過ぎて破断伸びを改善する効果が限定的になる。尚、変性再生ゴムは、上述の変性処理の後、シート状または板状に加工されて供される材料であるので、上記粉末再生ゴムのように粒径は考慮されない。

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、上記以外の他の配合剤を添加することができる。他の配合剤としては、カーボンブラック以外の他の補強性充填剤、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など、一般的に空気入りタイヤに使用される各種配合剤を例示することができる。これら配合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にすることができる。また混練機としは、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのサイドウォール部に好適に用いることができる。本発明のタイヤ用ゴム組成物は、上述のように加工性や加硫物性が良好であるため、本発明のタイヤ用ゴム組成物をサイドウォール部に用いた空気入りタイヤは、ゴム組成物中に再生ゴムが含まれていても、従来の新ゴムのみを用いた空気入りタイヤと同等の優れた走行性能を発揮することができる。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、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２１種類のタイヤ用ゴム組成物（標準例１、比較例１〜９、実施例１〜１１）を、それぞれ加硫促進剤および硫黄を除く配合成分を秤量し、１．８Ｌの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、温度１５０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。その後、このマスターバッチを１．８Ｌの密閉式バンバリーミキサーに供し、加硫促進剤及び硫黄を加え２分間混合してタイヤ用ゴム組成物を調製した。次に、得られたタイヤ用ゴム組成物を所定の金型中で１６０℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を作製した。

得られた２１種類のタイヤ用ゴム組成物について、下記に示す方法により、粘度、硬度、破断伸び、ｔａｎδ（６０℃）の評価を行った。

粘度
得られたタイヤ用ゴム組成物のムーニー粘度をＪＩＳＫ６３００に準拠して、ムーニー粘度計にてＬ型ロータ（３８．１ｍｍ径、５．５ｍｍ厚）を使用し、予熱時間１分、ロータの回転時間４分、１００℃、２ｒｐｍの条件で測定した。得られた結果は、標準例１の値を１００とする指数として、表１〜２の「粘度」の欄に示した。この指数値が小さいほど粘度が小さく加工性が優れることを意味する。

硬度
得られた試験片を用いて、ＪＩＳＫ６２５３に準拠し、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃におけるゴム硬さを測定した。得られた結果は、標準例１の値を１００とする指数として、表１〜２の「硬度」の欄に示した。この指数値が大きいほどゴム硬度が大きいことを意味する。

破断伸び
得られた試験片からＪＩＳＫ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片（厚さ２ｍｍ）を切り出し、この試験片の引張り破断伸びを、ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、温度２３℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で測定した。得られた結果は、標準例１の値を１００とする指数として、表１〜２の「破断伸び」の欄に示した。この指数値が大きいほど、引張り破断伸びが大きいことを意味する。

６０℃におけるｔａｎδ
得られた試験片をＪＩＳＫ６３９４に準拠して、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚの条件で、温度６０℃における損失正接ｔａｎδを測定した。得られたｔａｎδの結果は、標準例１の値を１００とする指数として表１〜２の「ｔａｎδ（６０℃）」の欄に示した。この指数値が小さいほど発熱性が小さいことを意味する。

表１〜２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＴＲ２０
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０
・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Ｎ５５０（窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡ：４２ｍ²／ｇ）
・ＣＢ２：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Ｎ３３９（窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡ：８８ｍ²／ｇ）
・変性再生ゴム：Ｌｅｈｉｇｈ社製ＥｋｏＤｙｎｅ、テトラベンジルチウラムスルフィドで官能化された変性再生ゴム
・粉末再生ゴム１：Ｌｅｈｉｇｈ社製ＧＦ‐８０ＲＥＰＲＯＣＥＳＳＥＤＧＲＯＵＮＤＲＵＢＢＥＲ（粒径：８０メッシュ）
・粉末再生ゴム２：Ｌｅｈｉｇｈ社製１４０ＭＥＳＨＧＲＯＵＮＤＲＵＢＢＥＲ（粒径：１４０メッシュ）
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・ステアリン酸：日新理化社製ステアリン酸５０Ｓ
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・老化防止剤：ＬＡＮＸＥＳＳ社製ＶＵＬＫＡＮＯＸ４０２０
・ワックス：日本精蝋社製ＯＺＯＡＣＥ‐００１５Ａ
・硫黄：細井化学工業社製油処理イオウ（硫黄含量：９５％）
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ‐Ｇ

表１〜２から明らかなように、実施例１〜１３のタイヤ用ゴム組成物は、標準例１に対して粘度、硬度、破断伸び、６０℃におけるｔａｎδ（発熱性）をバランスよく向上した。

一方、比較例１のタイヤ用ゴム組成物は、再生ゴムとして変性再生ゴムを単独で配合しているので、破断伸びが低下した。比較例２のタイヤ用ゴム組成物は、粉末再生ゴムの粒径が１４０メッシュであるものの、再生ゴムとして粉末再生ゴムを単独で配合しているので、粘度が悪化した。比較例３のタイヤ用ゴム組成物は、粉末再生ゴムの配合量が多過ぎるため、粘度、硬度、破断伸び、６０℃におけるｔａｎδ（発熱性）が悪化した。比較例４のタイヤ用ゴム組成物は、粉末再生ゴムおよび変性再生ゴムの配合量が共に多過ぎるため、粘度、硬度、破断伸び、６０℃におけるｔａｎδ（発熱性）が悪化した。比較例５のタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムの配合量が多過ぎる（ブタジエンゴムの配合量が少な過ぎる）ため、粘度が悪化した。比較例６のタイヤ用ゴム組成物は、ブタジエンゴムの配合量が多過ぎる（天然ゴムの配合量が少な過ぎる）ため、破断伸びおよびｔａｎδが悪化した。比較例７のタイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡが大き過ぎるため、ｔａｎδが悪化した。比較例８のタイヤ用ゴム組成物は、硫黄の配合量が少な過ぎるため、破断伸びが悪化した。比較例９のタイヤ用ゴム組成物は、硫黄の配合量が多過ぎるため、硬度および６０℃におけるｔａｎδ（発熱性）が悪化した。

Claims

イソプレン系ゴム３０質量部〜７０質量部およびブタジエンゴム３０質量部〜７０質量部からなるジエン系ゴム１００質量部に対して、
窒素吸着比表面積が３０ｍ²／ｇ〜８０ｍ²／ｇであるカーボンブラックを３０質量部〜７０質量部、粉末再生ゴムを５質量部〜２５質量部、チウラムスルフィド系化合物で官能化された変性再生ゴムを５質量部〜２５質量部を配合し、且つ、硫黄を純硫黄分が０．８質量部〜１．６質量部となるように配合し、前記粉末再生ゴムの粒径が８０メッシュ以上であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
前記粉末再生ゴムと前記変性再生ゴムとの配合量の比が１：１〜１：２であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物をサイドウォール部に用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。