JPH05230290A - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 天然ゴム、ジエン系合成ゴム少なくとも１種
からなるゴム成分に対し、次の特性値を有するカーボン
ブラックを配合してなるタイヤ用ゴム組成物。ＣＴＡ
Ｂ＝１１０〜１７０ｍ² ／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ＝１０
０〜１３０ml／100g、ＴＩＮＴ＝１３０〜１５０、
Ｎ₂ ＳＡ／ＩＡ＝１．００〜１．２０、｛（２５４０
＋７１×ＤＢＰ）／Ｎ₂ ＳＡ｝／ Ｄ_st≧−５．３５×
１０^-3×ＣＴＡＢ＋２．０１４、Ｖ_p ＝１１５〜１５
０（cc／100g）、 ＤＢＰ−２４Ｍ４ＤＢＰ＜３２ 【効果】 上記特性値を満たしていないカーボンブラッ
クを配合したゴム組成物にくらべ、本発明のゴム組成物
よりなるタイヤは耐摩耗性において大幅に優れる。特に
重荷重用タイヤにおいて著しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気入りタイヤ用、特に
耐摩耗性に優れた重荷重用空気入りタイヤ用に好適なゴ
ム組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、補強性の高いゴム用充填材として
は、ＩＳＡＦ級のカーボンブラックが良く知られてい
た。しかし、近年の重荷重用空気入りタイヤにおいて
は、ケース耐久性の向上、省資源、低燃費性の要請か
ら、より耐摩耗性を向上し得るカーボンブラックが求め
られるようになって来た。そこで重荷重用タイヤのトレ
ッド用ゴム組成物への充填材として使用するカーボンブ
ラックも、ＩＳＡＦ級からＳＡＦ級へと移り変って来
た。ところで、タイヤ等のゴム製品の耐摩耗性を向上さ
せるには一般に微粒径かつハイストラクチャーカーボン
ブラックが適していることは既に知られている。

【０００３】カーボンブラックの粒子径を求めるには、
電子顕微鏡写真中の粒子を直接計測する手段によるが、
これで得られる粒子径はあくまで平均値で実際にはある
分布をもっている。カーボンブラックの表面積を求め
て、これより粒子径を算出することもできるが、これに
はＮ₂ ガス吸着量から求めるＮ₂ ＳＡ法、ヨウ素吸着
法、ＩＡ法が簡便で、製造者の品質管理及び使用者側の
受入検査等にルーチン的に使用されている。表面積を測
定する場合に注意しなければならない点は、その測定原
理によって得られた値が全表面積、外部表面積のいずれ
を示すものであるかという点である。カーボンブラック
の表面には一般に小さな細孔（pore）があると考えられ
ており、全表面積は細孔中の表面積も含むものであり、
外部表面積とは細孔中の表面積を除外したものである。
カーボンブラックを補強剤としてゴムに混練する場合
は、ゴムのような巨大分子は細孔中に入り込むことがで
きないので、細孔内の表面は実際問題として有効に利用
できない。従って、カーボンブラックの外部表面積のこ
とをゴム有効表面積と呼ぶこともある。このゴム有効表
面積を知るために分子の大きいセチルトリアンモニウム
ブロマイド（ＣＴＡＢ）の吸着量から求めた表面積を用
いる。これをＣＴＡＢ法表面積と呼んでいる。

【０００４】カーボンブラックの粒子は単独に存在する
のではなく、ぶどう状に連なっていることは電子顕微鏡
により知られている。これをストラクチャーと呼んでい
る。このストラクチャーにも、粒子相互の融着即ち化学
的な結合によるものと単なるファンデルワールス力など
の物理的結合によるものの２種があり、前者の非破壊性
の構造形態を１次ストラクチャー、後者の変形、破壊性
の構造形態を２次ストラクチャーと云う。ストラクチャ
ーは一般的にはジブチルフタレート（ＤＢＰ）の吸油量
で測定される。この原理は粒子相互の絡み合いの大きい
カーボンブラックはより多量の油を吸収する能力が大き
いという現象を基礎としている。カーボンブラックを圧
縮すると、２次ストラクチャーが壊れ、１次ストラクチ
ャーのみ残ることから、圧縮ＤＢＰ吸油量は１次ストラ
クチャーを主体とするカーボンブラックの骨格的構造特
性を評価する指標である。２４Ｍ４ＤＢＰは、２４，０
００psi の圧力で４回繰返し圧縮を加えた後、ＤＢＰ吸
油量を求めたものである。

【０００５】カーボンブラックの電顕平均粒子直径およ
び粒子直径分布、ストラクチャーの大きさとその分布、
ストラクチャーの形態学的構造因子、コロイド特性等の
粒子物理特性を光学的に把えた尺度に着色力（ＴＩＮ
Ｔ）がある。これは一定少量のカーボンブラックと一定
多量の白色顔料を溶剤と一緒に混合して灰色のペースト
を調製し、このペーストの光学的反射を測定する。入射
光が検出器に送られる割合は、ペースト中の顔料により
吸収あるいは散乱された度合に依存している。実際に全
吸収はカーボンブラックによるものであり、一方散乱の
ほとんどは白色顔料によるものであり、顔料の光学吸収
は粒子の大きさが減少するに従って増加するので、小さ
な粒子は暗いペーストとなり、高い着色力をもたらす。

【０００６】カーボンブラックをゴムに配合して、耐摩
耗性を向上させるには、カーボンブラックを微粒化する
ことが求められるが、カーボンブラックをＳＡＦより更
に微粒化、ハイストラクチャー化していくと、配合ゴム
中でのカーボンブラックの分散性が著しく低下するので
期待する程の耐摩耗性の向上が見られず、現状では、耐
摩耗性の向上はほぼ限界にきていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、空気
入りタイヤ、特に重荷重用空気入りタイヤにおいて、耐
摩耗性を著しく改良したゴム組成物を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく、カーボンブラックの特性とタイヤ性能の
関係について鋭意検討を行った結果、トレッドゴムの配
合系に特定のカーボンブラックを配合することにより、
空気入りタイヤの耐摩耗性を大幅に改良し得ることを確
かめ、本発明を完成した。

【０００９】すなわち本発明は、（１） 天然ゴムおよ
びジエン系合成ゴムよりなる群から選ばれた少なくとも
１種のゴム成分に対し、下記の特性値を有するカーボン
ブラックを配合してなるタイヤ用ゴム組成物であり、 ＣＴＡＢ＝１１０〜１７０ｍ² ／ｇ ２４Ｍ４ＤＢＰ＝１００〜１３０ml／100g ＴＩＮＴ＝１３０〜１５０ Ｎ₂ ＳＡ／ＩＡ＝１．００〜１．２０ ｛（２５４０＋７１×ＤＢＰ）／Ｎ₂ ＳＡ｝／Ｄ_st
≧−５．３５×１０^-3×ＣＴＡＢ＋２．０１４ Ｖ_p ＝１１５〜１５０（cc／100g） ＤＢＰ−２４Ｍ４ＤＢＰ＜３２

【００１０】（２） ゴム成分がスチレン‐ブタジエン
共重合体ゴムを少なくとも２０重量部以上含有する前項
（１）記載のタイヤ用ゴム組成物であり、

【００１１】（３） カーボンブラックが２４Ｍ４ＤＢ
Ｐ＝１１０〜１２５ml／100g、Ｖ_p＝１２５〜１４０cc
／100gの範囲にある前項（２）記載のタイヤ用ゴム組成
物である。

【００１２】本発明で使用することのできるジエン系合
成ゴムとしては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ス
チレン‐ブタジエン共重合体ゴム等が挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。

【００１３】本発明の空気入りタイヤ用ゴム組成物に
は、ゴム工業で通常用いられているゴム薬品配合剤例え
ば硫黄、加硫促進剤、老化防止剤等を適宜配合すること
ができる。

【００１４】前記、カーボンブラックの各特性値のう
ち、ＣＴＡＢはＡＳＴＭ Ｄ３７６５−８９、Ｎ₂ ＳＡ
はＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８８、２４Ｍ４ＤＢＰはＡＳ
ＴＭＤ３４９３、ＴＩＮＴはＪＩＳ Ｋ６２２１−１９
８２、ＤＢＰはＪＩＳ Ｋ６２２１−１９８２Ａ、ＩＡ
はＡＳＴＭ Ｄ１５１０−８８ｂに従って測定したもの
である。

【００１５】Ｄ_stの測定は、ジョイス・レーブル社製デ
ィスク・セントリフュージを使用し、遠心沈降法によ
り、次の方法で測定を行った。先づ乾燥したカーボンブ
ラックを精秤し、少量の界面活性剤を含む２０％エタノ
ール水溶液と混合して、カーボンブラック濃度５０mg／
ｌの分散液を作成し、これを超音波で十分に分散させ、
これを試料溶液とした。ディスク・セントリフュージの
回転数を８０００rpm に設定し、スピン液（２％グリセ
リン水溶液）を１０ml加えたのち、１mlのバッファー液
（エタノール水溶液）を注入する。ついで試料０．５ml
を注射器で加えたのち、一斉に遠心沈降を開始させ、光
電沈降法により凝集体分布曲線を作成した。この曲線に
おける最大濃度のストークス相当径をＤ_stとした。モー
ド直径とも称する。

【００１６】凝集体空隙容積Ｖ_p は、次のようにして測
定した。先づ、カーボンブラック試料にマイクロメトリ
ックス社製水銀ポロシメーター（商品名：Pore Sizer 9
310 ）により、水銀を圧入して、凝集体空隙径を測定
し、次式 Ｖ_p ＝（Ｘ₁ −Ｘ₂ ）ＣＦ／Ｗ ｛式中、Ｘ₁ は１６psi での指示値（ｐＦ）、Ｘ₂ は３
００００psi での指示値（ｐＦ）、ＣＦはセルによって
決まる定数、Ｗはサンプル重量を示す。｝によって凝集
体空隙径０．００６〜１１μまでの空隙径の累積容積を
凝集体空隙容積Ｖ_p とした。

【００１７】本発明におけるカーボンブラックは、通常
のオイルファーネス法による反応炉を用い、生成反応温
度、反応時間、燃焼ガス流速さらには原料の芳香族成分
濃度を適宜制御することで製造することができる。

【００１８】ＣＴＡＢは１１０〜１７０ｍ² ／ｇの範囲
であることが必要で、１１０ｍ² ／ｇ未満では耐摩耗性
の改良が小さく、１７０ｍ² ／ｇ超では、作業性と発熱
性の低下が著しい。好ましくはＣＴＡＢ＝１２０〜１６
０ｍ² ／ｇの範囲である。

【００１９】２４Ｍ４ＤＢＰは１００〜１３０ml／100g
の範囲で、１００ml／100g未満では、耐摩耗性の改良が
小さく、１３０ml／100g超では疲労性の低下が著しい。
また好ましくは１０５〜１２５ml／100gの範囲である。

【００２０】ＴＩＮＴは１３０〜１５０の範囲で、１３
０未満では耐摩耗性の改良が小さく、１５０超では発熱
性の低下が著しい。また好ましくは１３５〜１４５の範
囲である。

【００２１】Ｎ₂ ＳＡ／ＩＡは１．００〜１．２０の範
囲であり、１．００未満では発熱性と耐摩耗性の低下が
大きく、１．２０超では作業性の低下が著しい。また好
ましくは１．０５〜１．１５の範囲である。

【００２２】｛（２５４０＋７１×ＤＢＰ）／Ｎ₂ Ｓ
Ａ｝／Ｄ_st≧−５．３５×１０^-3ＣＴＡＢ＋２．０１４ について、この式を満さないと耐摩耗性の改良が小さ
い。また式の左項は、カーボンブラックの形態を表わす
示標として知られており、この値が高い程、Fibrous 状
であることを表わしている。しかし、この値は粒径の影
響を受け、粒径が大きい程、大きな値を示し、見かけ上
Fibrous 状となる。この式は、この点に着目し、一定粒
径において、本質的にFibrous 性を示すカーボンブラッ
クを規定すべく右項との対応を計ったものである。

【００２３】凝集体空隙容積Ｖ_p は１１５〜１５０cc／
100gの範囲で、１１５cc／100g未満では、耐摩耗性の改
良が小さく、１５０cc/100g 超であると作業性が悪化す
る。好ましくは１２０〜１４５cc／100gである。ＤＢＰ
−２４Ｍ４ＤＢＰの値は、カーボンブラックの２次スト
ラクチャーに対応する量で、ゴムに混練した場合１次ス
トラクチャー程耐摩耗性に寄与しない部分であるので、
これが３２以上となると耐摩耗性の向上が少なくなり、
好ましくない。しかし３２未満の範囲では、比較的大き
い値が好ましい。

【００２４】本発明に用いるゴム成分は、天然ゴム、ジ
エン系合成ゴムの中から適宜選べるが、好ましくはＳＢ
Ｒを少なくとも２０重量部以上用いることが好ましい。
さらに好ましくは、２４Ｍ４ＤＢＰ＝１１０〜１２５ml
／100gで、且つＶ_p ＝１２５〜１４０cc／100gなる本発
明のカーボンブラックにＳＢＲを少なくとも２０重量部
以上用いると最も好ましい。

【００２５】カーボンブラックの配合量については特に
限定するものではないが、ゴム成分１００重量部に対し
て、３０〜９０重量部が好ましく、３０重量部より少な
いと十分な耐摩耗性が得られず、９０重量部より多いと
作業性が悪化してしまう。更に好ましくは４０〜７０重
量部の範囲である。

【００２６】

【実施例】以下に本発明を実施例によって、更に具体的
に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はないことは勿論である。表１に、本実施例、比較例に
おいて、使用した各種カーボンブラックの特性値を示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示したカーボンブラック種Ａ〜Ｅの
５種は、本発明のタイヤ用ゴム組成物に好適なカーボン
ブラックであり、Ｆ〜Ｉの４種は比較例に用いたカーボ
ンブラックである。比較のために用いたカーボンブラッ
クは、夫々次の特性を示すものである。ＦはＴＩＮＴが
１３０未満で、請求項（１）の式を満足せず、Ｖ_p が
１１５未満である。ＧはＴＩＮＴが１３０未満で、Ｎ₂
ＳＡ／ＩＡが１．００未満で、請求項（１）の式を満
足せず、Ｖ_p が１１５未満である。ＨはＣＴＡＢが１１
０未満で、２４Ｍ４ＤＢＰが１００未満で、ＴＩＮＴが
１３０未満で、Ｖ_p が１１５未満である。Ｉは２４Ｍ４
ＤＢＰが１００未満で、ＴＩＮＴが１３０未満で、請求
項（１）の式を満足しない。なおＦ〜Ｉのカーボンブ
ラック種は一般に市販されているカーボンブラックであ
る。

【００２９】前記の各種のカーボンブラックを下記の表
２、表３に示す配合処方（ゴム成分１００重量部に対す
る重量部で示す。）にて配合し、そのゴム組成物をトレ
ッドに用いたサイズ１０００Ｒ２０ １４ＰＲの各種タ
イヤを試作し、実際に車両に装着し、５００００km走行
させた後の残溝深さを測定し、耐摩耗性の評価とした。
実施例１〜５、比較例１〜４は、比較例１のタイヤの残
溝深さを１００とした指数で示し、実施例６は比較例５
のタイヤの残溝深さを１００とした指数で示し、実施例
７，８は比較例６のタイヤの残溝深さを１００とした指
数で示し、実施例９，１０は比較例７のタイヤの残溝深
さを１００とした指数で示した。表示は大きい程、耐摩
耗性は良好である。

【００３０】

【表２】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】表２、表３に示した試験結果からも明ら
かなように、本発明の要件を満たすカーボンブラックを
所定量配合したゴム組成物は、かかる要件を満たしてい
ないカーボンブラックを配合したゴム組成物にくらべ、
空気入りタイヤにした場合に、大幅に耐摩耗性に優れて
いる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天然ゴムおよびジエン系合成ゴムよりな
   る群から選ばれた少なくとも１種のゴム成分に対し、下
   記の特性値を有するカーボンブラックを配合してなるタ
   イヤ用ゴム組成物。 ＣＴＡＢ＝１１０〜１７０ｍ² ／ｇ ２４Ｍ４ＤＢＰ＝１００〜１３０ml／100g ＴＩＮＴ＝１３０〜１５０ Ｎ₂ ＳＡ／ＩＡ＝１．００〜１．２０ ｛（２５４０＋７１×ＤＢＰ）／Ｎ₂ ＳＡ｝／Ｄ_st
   ≧−５．３５×１０^-3×ＣＴＡＢ＋２．０１４ Ｖ_p ＝１１５〜１５０（cc／100g） ＤＢＰ−２４Ｍ４ＤＢＰ＜３２
2. 【請求項２】 ゴム成分がスチレン‐ブタジエン共重合
   体ゴムを少なくとも２０重量部以上含有する請求項１記
   載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 【請求項３】 カーボンブラックが２４Ｍ４ＤＢＰ＝１
   １０〜１２５ml／100g、Ｖ_p ＝１２５〜１４０cc／100g
   の範囲にある請求項２記載のタイヤ用ゴム組成物。