JP7372524B2

JP7372524B2 - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP7372524B2
Application number: JP2019161179A
Authority: JP
Inventors: 涼平進藤
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2023-11-01
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: JP2021038329A

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、無機充填剤の分散性を高めて空気透過防止性能に優れるタイヤ用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。

チューブレス空気入りタイヤの最内層には、インナーライナーが配置されており、空気透過防止性能や酸化劣化防止性能等の特性をタイヤに付与している。
空気透過防止性能を高めるためには、例えば、大きいアスペクト比を有する扁平フィラーを無機充填剤として添加して空気透過経路長を伸ばす技術がある（例えば特許文献１参照）。しかし、無機充填剤として例えばタルクを使用した場合、ゴム中にタルクを良好に分散させるのは技術的に相当困難であり、十分な空気透過防止性能を得るには至っていない。

特許第６１４４９５７号公報

したがって本発明の目的は、無機充填剤の分散性を高めて空気透過防止性能に優れるタイヤ用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、特定の組成のゴム成分に対し、無機充填剤を特定量で配合するとともに、さらにチタネート系カップリング剤を特定量でもって配合することにより、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．ブチル系ゴム５０質量部以上を含むゴム成分１００質量部に対し、無機充填剤を１０～１００質量部、およびチタネート系カップリング剤を前記無機充填剤に対して０．１～２０質量％含むことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
２．前記無機充填剤のアスペクト比が、３．０～７．０であることを特徴とする前記１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
３．前記チタネート系カップリング剤が、アルコキシル基またはエステル基を有することを特徴とする前記１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
４．前記１～３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をインナーライナーに用いた空気入りタイヤ。

本発明で使用されるチタネート系カップリング剤は、例えばタルクのような無機充填剤およびゴムと良好に相互作用し、ゴム中の無機充填剤の分散性を顕著に高めることができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、特定の組成のゴム成分に対し、無機充填剤を特定量で配合するとともに、さらにチタネート系カップリング剤を特定量でもって配合したので、無機充填剤の分散性が高まり、空気透過防止性能に優れ、とくにインナーライナー用途に有用である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

（ゴム成分）
本発明で使用されるゴム成分は、ゴム成分全体を１００質量部としたときに、ブチル系ゴムを５０質量部以上、好ましくは８０～１００質量部含む。
ブチル系ゴムとしては、インナーライナー用として使用されている任意のブチル系ゴム、例えばブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｂｒ－ＩＩＲ、Ｃｌ－ＩＩＲ）、イソブチレン－パラメチルスチレン共重合体およびそのハロゲン化物等を挙げることができる。ブチル系ゴムの市販品としては、例えば臭素化ブチルゴムであるＥＸＸＯＮＭＯＢＩＬＥ社製、商品名ＢＲＯＭＯＢＵＴＹＬ２２５５等が挙げられる。
また、ゴム成分には、ブチル系ゴム以外に、任意のジエン系ゴムを配合することが必要である。ジエン系ゴムとしては、ゴム組成物として使用されるジエン系ゴムをいずれも使用することができ、例えば天然ゴム（ＮＲ）や合成イソプレンゴム（ＩＲ）等が挙げられる。

（無機充填剤）
本発明で使用される無機充填剤としては、例えばクレー、タルク、ベントナイト、モンモリロナイト等の板状無機充填剤（上記従来技術で言う扁平フィラー）が挙げられる。
板状無機充填剤としては、タルクがとくに好ましい。なお、シリカはインナーライナーの伸びを低下させるので使用しないのが好ましい。
無機充填剤の窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、５０ｍ^２／ｇ以下が好ましく、１０～３０ｍ^２／ｇであるのがさらに好ましい。
無機充填剤の配合量は、前記ゴム成分１００質量部に対し、１０～１００質量部であり、好ましくは１５～４５質量部である。

前記無機充填剤のアスペクト比Ａｒは、３．０～７．０が好ましく、３．４～５．４がさらに好ましい。このようなアスペクト比Ａｒを採用することにより、空気透過防止性能をさらに高めることができる。
また、前記無機充填剤の平均粒子径は、４．９～７．５μｍが好ましく、５．５～７．１μｍがさらに好ましい。このような平均粒子径を採用することにより、空気透過防止性能をさらに高めることができる。

なお、アスペクト比Ａｒは、下記式（１）により測定される。
Ａｒ＝（Ｄｓ－Ｄｌ）／Ｄｓ（１）
式中、Ａｒはアスペクト比、Ｄｓは遠心沈降法で測定された累積分布により求められた５０％粒子径、Ｄｌはコヒーレント光のレーザー回折法で測定された累積分布により求められた５０％粒子径を表す。
遠心沈降法で測定された５０％粒子径Ｄｓは、例えばマイクロメリテックス計器社製セディグラグ５１００粒子径測定装置を使用して測定することができる。またコヒーレント光のレーザー回折法で測定された５０％粒子径Ｄｌは、マルバーン社製レーザー・マルバーン・マスターサイザー２０００回折式粒子分布測定装置を使用して測定することができる。
また、平均粒子径はレーザー回折法により測定したメディアン径（Ｄ５０：粒子径累積分布で５０％のものの粒子径）である。

（チタネート系カップリング剤）
本発明で使用されるチタネート系カップリング剤は、無機充填剤とゴムとの間で相互作用し、ゴム中の無機充填剤の分散性を顕著に高める作用を有する。
チタネート系カップリング剤は、一般的に４価の下記式（１）の構造を有する。

前記式（１）のチタネート系カップリング剤において、Ｒ１～Ｒ４は、親水基または疎水基を表し、Ｒ１～Ｒ４のうち、親水基は１つ以上であり、疎水基も１つ以上である。
また、前記式（１）のチタネート系カップリング剤の無機充填剤の分散性をさらに高める条件としては、下記（１）～（５）が挙げられ、これらの条件を多く満たすことが好ましい。
（１）前記親水基の数は、１～２個が好ましい。
（２）前記親水基は、アルコキシル基が好ましい。
（３）前記アルコキシル基の炭素数は、１～５が好ましい。
（４）前記疎水基は、エステル基が好ましい。
（５）前記エステル基に含まれるアルキル鎖の炭素数は、１０～２２が好ましく、１５～２０がさらに好ましい。

チタネート系カップリング剤の配合割合は、前記無機充填剤に対して０．１～２０質量％であり、好ましくは３～１５質量％である。

（その他成分）
本発明におけるタイヤ用ゴム組成物には、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；酸化亜鉛；カーボンブラック；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。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、無機充填剤が良好に分散し、空気透過防止性能に優れることから、タイヤインナーライナーに好適に用いられ得る。
また本発明の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。

標準例、実施例１～３および比較例１～４
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、ゴムをミキサー外に放出して室温冷却した。次いで、該ゴムを同ミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、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℃、２０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得た。前記ゴム組成物および前記加硫ゴム試験片の物性を下記のように測定した。

破断伸び：前記加硫ゴム試験片を厚さ２ｍｍのダンベル状（ダンベル状３号形）に切り出して試験片とし、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に準じ、温度２０℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で破断伸び（＝破断時の伸び率）を測定した。結果は、標準例で得られた値を１００として指数表示した。指数が大きいほど破断伸びに優れることを示す。

ペイン効果：得られたゴム組成物（未加硫）について、歪せん断応力測定機（ＲＰＡ２０００、α－テクノロジー社製）により、歪０．２８％の歪せん断弾性率Ｇ’と歪４５０％の歪せん断弾性率Ｇ’とを測定し、その差Ｇ’０．２８（ＭＰａ）－Ｇ’４５０（ＭＰａ）をペイン効果として算出した。結果は、標準例で得られた値を１００として指数表示した。指数が小さいほど無機充填剤の分散性に優れることを示す。

空気透過防止性能：ＪＩＳＫ７１２６Ａ法に準拠し、３０℃の空気透過係数を測定した。結果は、標準例で得られた値を１００として指数表示した。指数が小さいほど空気透過防止性能に優れることを示す。

結果を表１に併せて示す。

＊１：Ｂｒ－ＩＩＲ（ＥＸＸＯＮＭＯＢＩＬＥ社製ＢＲＯＭＯＢＵＴＹＬ２２５５）
＊２：カーボンブラック（新日化カーボン（株）製ニテロン＃Ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝４０ｍ^２／ｇ）
＊３：無機充填剤（Ｉｍｅｒｙｓ社製タルク、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝３０ｍ^２／ｇ、アスペクト比Ａｒ＝４．７、平均粒子径＝５．７μｍ）
＊４：シランカップリング剤（エボニクデグッサ社製Ｓｉ６９、ビス－（３－トリエトキシシリル）プロピル）テトラスルフィド）
＊５：アルミネート系カップリング剤（味の素ファインテクノ株式会社製プレンアクトＡＬ－Ｍ）
＊６：チタネート系カップリング剤（味の素ファインテクノ株式会社製プレンアクトＴＴＳ、前記式（１）において親水基の数は１個であり、該親水基はアルコキシル基であり、該アルコキシル基の炭素数は３であり、疎水基はエステル基であり、該エステル基に含まれるアルキル鎖の炭素数は１７である）
＊７：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊８：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＮＳ－Ｐ）
＊９：硫黄（軽井沢精錬所社製油処理イオウ）

表１の結果から、実施例１～３のゴム組成物は、特定の組成のゴム成分に対し、無機充填剤を特定量で配合するとともに、さらにチタネート系カップリング剤を特定量でもって配合したので、無機充填剤の分散性に優れ、良好な空気透過防止性能を有する。また実用上十分な破断伸びも維持されている。
比較例１は、標準例に対しシランカップリング剤を使用した例であり、破断伸びおよび空気透過防止性能が悪化した。
比較例２および３は、標準例に対しアルミネート系カップリング剤を使用した例であり、破断伸びおよび空気透過防止性能が悪化した。
比較例４は、チタネート系カップリング剤の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、破断伸びおよび空気透過防止性能が悪化した。

Claims

ブチル系ゴム５０質量部以上を含むゴム成分１００質量部に対し、タルクを１０～１００質量部、およびチタネート系カップリング剤を前記タルクに対して０．１～２０質量％含むことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
前記タルクのアスペクト比が、３．０～７．０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。
前記チタネート系カップリング剤が、アルコキシル基またはエステル基を有することを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
請求項１～３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をインナーライナーに用いた空気入りタイヤ。