JP7425378B1 - ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、ジエン系ゴムと、結晶性ナノセルロースと、無機充填剤と、を含み、ジエン系ゴムが天然ゴムおよびブタジエンゴムを含み、且つジエン系ゴム100質量部のうちブタジエンゴムを30質量部以上含み、さらに、ジエン系ゴム100質量部に対して、無機充填剤を20質量部以上含有する、表面粗さが付与されて氷上性能がより向上し、且つ転がり抵抗指数も維持されたタイヤ用ゴム組成物が開示されている。
<1>ジエン系ゴム100質量部に対して、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30~100質量部、結晶性セルロース凝集体を0.5~30質量部含み、前記結晶性セルロース凝集体が、結晶性セルロースの一次粒子が凝集し且つ前記一次粒子間に空隙を有する二次凝集体構造であり、さらに、前記結晶性セルロース凝集体の平均粒子径(D50)が5μm以上200μm以下である、ゴム組成物。
<2>前記結晶性セルロース凝集体の嵩密度が0.5g/cm3以下である、<1>に記載のゴム組成物。
<3>前記結晶性セルロース凝集体の前記平均粒子径(D50)が10μm以上100μm未満である、<1>または<2>に記載のゴム組成物。
<4>前記結晶性セルロース凝集体の前記結晶性セルロースが未修飾結晶性セルロースである、<1>~<3>のいずれか1つに記載のゴム組成物。
<5>前記結晶性セルロース凝集体の前記結晶性セルロースがカルメロースナトリウムで修飾された結晶性セルロースである、<1>~<3>のいずれか1つに記載のゴム組成物。
<6>前記ジエン系ゴムが天然ゴム(NR)およびブタジエンゴム(BR)を含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載のゴム組成物。
<7>前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が-100~-50℃である、<1>~<6>のいずれか1つに記載のゴム組成物。
<8><1>~<7>のいずれか1つに記載のゴム組成物を用いた冬用タイヤ。
本発明は、ジエン系ゴム100質量部に対して、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30~100質量部、結晶性セルロース凝集体を0.5~30質量部含み、この結晶性セルロース凝集体が、結晶性セルロースの一次粒子が凝集し且つこの一次粒子間に空隙を有する二次凝集体構造であり、さらに、この結晶性セルロース凝集体の平均粒子径(D50)が5μm以上200μm以下であるゴム組成物、ならびに、このゴム組成物を用いた冬用タイヤである。以下においては、これらを「本発明のゴム組成物」、および「本発明の冬用タイヤ」ともいう。
本発明のゴム組成物に含まれるジエン系ゴムは、ポリマー主鎖に二重結合を有するゴム成分であり、具体的には、天然ゴム(NR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、アクリルニトリル-ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン-イソプレン共重合体ゴム、イソプレン-ブタジエン共重合体ゴムなどが例示される。そして、本発明のゴム組成物には、このようなジエン系ゴムを単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
同様に、このジエン系ゴム中におけるブタジエンゴムの含有割合も特に限定されないが、これもこのジエン系ゴムのうち80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることがさらに好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましい。下限は、これも20質量%以上であってよく、30質量%以上であってもよい。
ここで、本発明において「重量平均分子量」とは、テトラヒドロフランを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算で測定したものを意味する。また、このGPC測定は、測定器としてカラム(Polymer Laboratories社製、MIXED-B)を使用し、40℃において行う。
また、各ジエン系ゴムのガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により20℃/分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、低温側のベースラインと転移域の傾き(傾斜直線)とのそれぞれの延長線の交点の温度とする。ジエン系ゴムが油展品であるときは、油展成分(オイル)を含まない状態におけるジエン系ゴムのガラス転移温度とする。
本発明のゴム組成物に含まれるカーボンブラックは、特に限定されず、タイヤ等の用途でゴム組成物に配合されている公知の任意のカーボンブラックを用いることができる。例えば、カーボンブラックの具体例としては、SAF-HS、SAF、ISAF-HS、ISAF、ISAF-LS、IISAF-HS、HAF-HS、HAF、HAF-LS、FEF等の各種グレードのものを使用することができる。そして、このカーボンブラックは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。このカーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、特に制限されないが、本発明の効果がより発揮され易くなることから、50~200m2/gであることが好ましく、70~150m2/gであることがより好ましい。
なお、この「カーボンブラック」とは、工業的に品質制御して製造された直径3~500nm程度の炭素微粒子を意味する。また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、カーボンブラック表面への窒素吸着量をJIS K6217-2:2001「第2部:比表面積の求め方-窒素吸着法-単点法」に従って測定された値である。
本発明のゴム組成物に含まれる白色充填剤も、特に限定されず、タイヤ等の用途でゴム組成物に配合されている公知の任意の白色充填剤を用いることができる。具体的には、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、クレイ、マイカ、タルク、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。そして、この白色充填剤も、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。特に、本発明のゴム組成物では、本発明の効果がより発揮され易くなることから、白色充填剤としてシリカを用いるのがより好ましい。シリカの具体例としては、湿式シリカ、乾式シリカ、ヒュームドシリカ、珪藻土などが挙げられ、このようなシリカを単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。さらに、本発明の効果がより向上し易くなることから、本発明のゴム組成物に含まれるシリカのCTAB比表面積が110~200m2/gであるのがより好ましく、150~180m2/gであるのがさらに好ましい。
なお、この「シリカ」とは、二酸化ケイ素(SiO2)からなる、あるいは二酸化ケイ素を主成分とする(例えば80質量%以上、さらには90質量%以上含む)粒子物質を意味する。また、シリカのCTAB比表面積は、「ISO5794/1」に従って測定された値である。
本発明のゴム組成物に含まれる結晶性セルロース凝集体は、結晶性セルロースの一次粒子(複数の一次粒子)が凝集し且つこの一次粒子間に空隙を有する二次凝集体構造の凝集体である。そして、この結晶性セルロース凝集体の平均粒子径(D50)は5μm以上200μm以下である。
なお、この結晶性セルロース凝集体を構成する結晶性セルロースは、パルプを原料とし加水分解により結晶領域を取り出して精製したセルロースであって、親水面と親油面との両方を持ち合わせた不溶性のセルロースである。そして、この結晶性セルロースにより構成された上記のような結晶性セルロース凝集体は、そのメカニズムは明確ではないが、結晶性セルロースの親油面等によってジエン系ゴム成分中への分散性が高く、結晶性セルロースの親水面や凝集体の構造等によってタイヤ等の表面でより吸水または排水し易くなることなどによりウェット性能を大きく高めることができ、さらに結晶性セルロースの作用や凝集体でありながら嵩密度が比較的小さいことなどによりタイヤ等の表面粗さを向上させ易くなり氷上摩擦も大きく高めることができ、同時に、空隙を有する凝集体でありながら平均粒子径(D50)が5μm以上200μm以下と小さい範囲にあることや嵩密度が比較的小さいことなどによりタイヤ等の転がり性能(低転がり抵抗性)も高度に維持できるようになっている。さらに、このような平均粒子径(D50)であるため、上記したジエン系ゴム成分中への分散性が高いだけでなく、ゴム組成物の力学特性も高度に維持し易い。
ここで、この「平均粒子径(D50)」とは、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置によって測定される体積基準の平均粒子径(体積積算分布50%径(D50))である。
ここで、この嵩密度とは、一定容積の容器に結晶性セルロース凝集体(粉体)を物理的な付加外力を加えずに(押し込み、タッピング等を行うことなく)満量充填したときに、その内容積を体積としたときの密度(単位体積当たりの質量)であり、容器法によって測定される値である。
ここで、カルメロースナトリウム(CAS No.9004-32-4)とは、下記式(1)で表される構造式の水溶性高分子化合物である。
本発明のゴム組成物は、本発明の効果に大きな影響を与えない範囲において、さらに、上記以外の無機充填剤、樹脂成分、プロセスオイル、酸化亜鉛(亜鉛華)、ステアリン酸、ワックス、レシチン、老化防止剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤(例えば硫黄など)、加硫促進剤、加硫促進助剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を適量含有させることができ、これらの添加剤を公知の方法で混練してゴム組成物とすることができる。
また、本発明のゴム組成物における加硫剤の含有量は、前述したジエン系ゴム100質量部に対して0.3~3.0質量部であるのが好ましく、0.5~2.5質量部であるのがより好ましい。さらに、本発明のゴム組成物における加硫促進剤の含有量は、一次促進剤単独もしくは二次とのブレンドで、前述したジエン系ゴム100質量部に対して0.3~3.0質量部であるのが好ましく、0.5~2.5質量部であるのがより好ましい。
そして、このようなシランカップリング剤を、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、このシランカップリング剤は、硫黄含有シランカップリング剤であるのが好ましい。
本発明のゴム組成物の製造方法は、常法にしたがえばよく、特段限定はされない。製造方法の一例としては、ジエン系ゴムと、カーボンブラックおよび/または白色充填剤と、所定の結晶性セルロース凝集体と、必要に応じて他の成分とを、バンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混錬機を用いて常温あるいは高温下において所定の配合で混練、混合することにより本発明のゴム組成物を製造することができる。なお、加硫系成分(硫黄、加硫促進剤、加硫促進助剤など)を使用する場合には、これ以外の成分を先に高温下で混合し、冷却してから加硫系成分を混合するのが好ましい。また、所定の結晶性セルロース凝集体は粉末状態で配合することができる。
下記表1に示す組成のゴム組成物を作製した。
得られた各加硫ゴム試験片について、JIS K6394:2007に準拠し、粘弾性スペクトロメーター(東洋精機製作所社製)を用いて、初期歪み10%、振幅±2%、周波数20Hz、温度0℃の条件におけるtanδを測定した。
この結果を下記表1の下段に示した。なお、結果は標準例の値を100とする指数で表した。この指数が大きいほどウェット性能(ウェットグリップ性能)に優れることを意味する。
得られた各加硫ゴム試験片について、JIS K6394:2007に準拠し、粘弾性スペクトロメーター(東洋精機製作所社製)を用いて、初期歪み10%、振幅±2%、周波数20Hz、温度60℃の条件におけるtanδを測定した。
この結果も下記表1の下段に示した。なお、結果は標準例の値を100とする指数で表した。この指数が小さいほどtanδが小さく、つまり転がり抵抗が小さい(低転がり抵抗性である、転がり性能が高い)ことを意味する。
得られた各加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度-3.0℃ 、荷重5.5kg/cm3、ドラム回転速度25km/hの条件で氷上摩擦係数を測定した。
この結果も下記表1の下段に示した。なお、結果は標準例の値を100とする指数で表した。この指数が大きいほど氷上摩擦力が大きい(氷上で止まり易い)ことを意味する。
・NR:天然ゴム(STR20、ガラス転移温度(Tg):-65℃、ボンバンディット社製)
・BR:ブタジエンゴム(Nipol BR1220、ガラス転移温度(Tg):-110℃、日本ゼオン社製)
・シリカ:ULTRASIL VN3(CTAB吸着比表面積:167m2/g、エボニックデグッサ社製)
・カーボンブラック:ショウブラックN339(窒素吸着比表面積(N2SA):88m2/g、ギャボットジャパン社製)
・シランカップリング剤: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、エボニックデグッサ社製)
・酸化亜鉛:酸化亜鉛3種(正同化学工業社製)
・ステアリン酸:ビーズステアリン酸YR(日油社製)
・老化防止剤:アミン系老化防止剤(サントフレックス 6PPD、フレクシス社製)
・ワックス:パラフィンワックス(大内新興化学社製)
・プロセスオイル:エキストラクト4号S(シェルルブリカンツジャパン社製)
・硫黄:油処理硫黄(細井化学社製)
・加硫促進剤:スルフェンアミド系加硫促進剤(サンセラーCM-G、三新化学社製)
・結晶性セルロース1(未修飾結晶性セルロース凝集体):CEOLUS TG-101(平均粒子径(D50)50μm、形状未制御、嵩密度0.29g/cm3、旭化成社製)
・結晶性セルロース2(未修飾結晶性セルロース凝集体):CEOLUS PH-102(平均粒子径(D50)90μm、形状未制御、嵩密度0.30g/cm3、旭化成社製)
・結晶性セルロース3(未修飾結晶性セルロース凝集体):CEOLUS TG-F20(平均粒子径(D50)20μm、形状未制御、嵩密度0.23g/cm3、旭化成社製)
・結晶性セルロース4(未修飾結晶性セルロース凝集体):CEOLUS UF-F711(平均粒子径(D50)50μm、球状、嵩密度0.22g/cm3、旭化成社製)
・結晶性セルロース5(未修飾結晶性セルロース凝集体):CEOLUS ST-100(平均粒子径(D50)50μm、繊維状、嵩密度0.12g/cm3、旭化成社製)
・結晶性セルロース6(修飾結晶性セルロース凝集体):RC-N30(平均粒子径(D50)50μm、カルメロースナトリウムによりコーティング修飾、形状未制御、嵩密度0.30g/cm3、旭化成社製)
・結晶性セルロース7(未修飾結晶性セルロース凝集体):CEOLUS CP-102(平均粒子径(D50)50μm、造粒、嵩密度0.83g/cm3、旭化成社製)
※結晶性セルロース1~7はいずれも、結晶性セルロースの一次粒子が凝集し且つこの一次粒子間に空隙を有する二次凝集体構造の結晶性セルロース凝集体
・結晶性セルロース8(未修飾結晶性ナノセルロースの一次粒子):セルロースナノクリスタル(平均粒子径(D50)300μm、形状未制御、フィラーバンク社製)
・多孔性セルロース(多孔性セルロース粒子):ビスコパール(平均粒子径(D50)400μm、形状未制御、嵩比重0.3g/ml、レンゴー社製)
Claims (8)
- ジエン系ゴム100質量部に対して、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30~100質量部、結晶性セルロース凝集体を0.5~30質量部含み、
前記結晶性セルロース凝集体が、結晶性セルロースの一次粒子が凝集し且つ前記一次粒子間に空隙を有する二次凝集体構造であり、さらに、前記結晶性セルロース凝集体の平均粒子径(D50)が5μm以上200μm以下である、ゴム組成物。 - 前記結晶性セルロース凝集体の嵩密度が0.5g/cm3以下である、請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記結晶性セルロース凝集体の前記平均粒子径(D50)が10μm以上100μm未満である、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 前記結晶性セルロース凝集体の前記結晶性セルロースが未修飾結晶性セルロースである、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 前記結晶性セルロース凝集体の前記結晶性セルロースがカルメロースナトリウムで修飾された結晶性セルロースである、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴムが天然ゴム(NR)およびブタジエンゴム(BR)を含む、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が-100~-50℃である、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 請求項1または2に記載のゴム組成物を用いた冬用タイヤ。
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