JPH08231765A

JPH08231765A - タイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JPH08231765A
Application number: JP3965495A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kusano; 智弘草野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性、低ヒステリシスロス性かつ高ウエ
ットスキッド性に優れたタイヤ用ゴム組成物を提供す
る。【構成】天然ゴム及び／又はジエン系合成ゴム１００
重量部に対して、（１）Ｎ₂ＳＡが１２０〜１７０ｍ²
／ｇであり、（２）ＤＢＰ吸油量が６０〜１００ｍｌ／
１００ｇであり、かつ（３）Ｎ₂ＳＡ／ＩＡが１．０５
以上である、特性を有するカーボンブラックを３０〜１
００重量部含んでなるタイヤ用ゴム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタイヤ用ゴム組成物に係
り、詳しくは耐摩耗性、低ヒステリシスロス性かつ高ウ
エットスキッド性に優れたタイヤ用ゴム組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃費性向上やタイヤの高性能化
に伴って、タイヤトレッド用ゴム組成物として、耐摩耗
性、低ヒステリシスロス性（低発熱性及び低転がり抵抗
性と密接に関連する）、かつ高ウエットスキッド性に優
れたタイヤ用ゴム組成物が強く要請されている。

【０００３】ゴム組成物に用いられるカーボンブラック
に着目すれば、従来、ゴムの低ヒステリシスロス性を狙
う場合には（１）カーボンブラックの配合割合を下げ
る、（２）カーボンブラックとして、比表面積の低い低
補強性カーボンブラックを使用する、といった手段がと
られている。しかし、いずれの手段もゴム組成物の耐摩
耗性が低下し、ウエットスキッド性（ぬれた路面での耐
スキッド抵抗性）も低下するという結果をもたらす。

【０００４】ある特性を有するカーボンブラックを用い
たゴム組成物が、特開昭６２−１５６１４５号公報、特
開昭６３−８３１４６号公報、特開平６−１８４３６４
号公報等に開示されている。

【０００５】特開昭６２−１５６１４５号公報にはスズ
変性溶液重合スチレンブタジエンゴム等を含む原料ゴム
１００重量部に対して、窒素吸着比表面積値（Ｎ₂Ｓ
Ａ）が７５〜１０５ｍ²／ｇであり、Ｎ₂ＳＡとヨウ素
吸着値（ＩＡ）との差が１５以上、Ｎ₂ＳＡとセチルト
リメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡ
Ｂ）との差が０〜５であるカーボンブラックを５０〜１
００重量部配合してなるゴム組成物が開示されている。
このゴム組成物の効果については、耐摩耗性は改良され
ているものの、低転がり抵抗性（低ロス性）、ウエット
スキッド性は満足のいくものではなかった。この低転が
り抵抗性、ウエットスキッド性もカーボンブラックの効
果か否か不明である。

【０００６】特開平６−１８４３６４号公報には通常ゴ
ム１００重量部に対して、窒素吸着比表面積（Ｎ₂Ｓ
Ａ）が７０〜１４５ｍ²／ｇであり、ジブチルフタレー
ト吸油量（ＤＢＰ）が１６０〜２５０ｍｌ／１００ｇで
あり、圧縮ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢ
Ｐ）が１３０〜１５０ｍｌ／１００ｇであり、ＤＢＰ−
２４Ｍ４ＤＢＰで表されるΔＤＢＰが式ΔＤＢＰ≦１．
２５×ＤＢＰ−１７２．５を満たし、窒素吸着比表面積
／ヨウ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が１．１〜
１．４であり、凝集体分布半値幅／凝集体分布の最頻値
（ΔＤ₅₀／ｄｓｔ）が０．５０から０．８０であるカー
ボンブラックを２０〜７０重量部含んでなるゴム組成物
が開示されている。このゴム組成物の効果については、
耐摩耗性と低発熱性（低ロス性）は高度に両立するがウ
エットスキッド性を評価すると満足のいくものではなか
った。

【０００７】特開昭６３−８３１４６号公報には通常ゴ
ムに対して、窒素吸着比表面積（Ｎ ₂ＳＡ）が１０５〜
２００ｍ²／ｇであり、ヨウ素吸着量（ＩＡ）／Ｎ₂Ｓ
Ａが０．９５以下であるカーボンブラックをカーボンブ
ラック配合量（重量％）×Ｎ ₂ＳＡが２５００を越え、
５５００未満となるよう配合してなるゴム組成物が開示
されている。このゴム組成物の効果については、耐摩耗
性、及び低発熱性（低ロス性）のみに関し記載がある
が、これらの特性は高レベルで両立しているとは言えな
い。後記するように、ここで用いられているカーボンブ
ラックのＮ₂ＳＡ、ＩＡ／Ｎ₂ＳＡの値は公知のカーボ
ンブラックで知られており、そのＤＢＰ量は１００ｍｌ
／１００ｇを越える。こういうカーボンブラックを用い
たゴム組成物を評価すると、ウエットスキッド性は満足
できるものとはならない。

【０００８】公知のカーボンブラックについては、「カ
ーボンブラック年鑑、Ｎｏ．４４（１９９４）、カーボ
ンブラック協会編」に網羅されている。この資料によれ
ばＮ ₂ＳＡが１０５〜１４５ｍ²／ｇであり、かつＮ₂
ＳＡ／ＩＡが１．０５以上（つまりＩＡ／Ｎ₂ＳＡが
０．９５以下）であるカーボンブラックは例えばＡＳＴ
ＭＮｏ．Ｎ１２１，Ｎ１２５及びＮ２３４がよく知られ
ているがいずれもＤＢＰ吸油量は１０４〜１３２ｍｌ／
１００ｇである。

【０００９】以上のように、従来のカーボンブラックに
よるゴム組成物では耐摩耗性、低ヒステリシスロス性、
高ウエットスキッド性の特性間に二律背反性が見られ、
この三者の特性を同時に満足することは非常に困難なこ
とであった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は耐摩耗
性、低ヒステリシスロス性かつ高ウエットスキッド性に
優れたタイヤ用ゴム組成物を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため、カーボンブラックのコロイダル特性に
着目し、鋭意研究を行った結果、表面活性度が高く設定
され、かつ微粒径領域でストラクチャーレベルつまりジ
ブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が低く設定された新
規なカーボンブラックを用いたタイヤ用ゴム組成物が、
耐摩耗性、低ヒステリシスロス性かつ高ウエットスキッ
ド性を同時に満足することを見出し、本発明を完成する
に至った。

【００１２】すなわち１．本発明のタイヤ用ゴム組成物
は、天然ゴム及びジエン系合成ゴムよりなる群より選ば
れた少なくとも１種のゴム成分１００重量部に対して、
（１）窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２０〜１７０
ｍ²／ｇであり、（２）ジブチルフタレート吸油量（Ｄ
ＢＰ）が６０〜１００ｍｌ／１００ｇであり、（３）窒
素吸着比表面積／ヨウ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ／Ｉ
Ａ）が１．０５以上である、特性を有するカーボンブラ
ックを３０〜１００重量部含んでなることを特徴とす
る。２．本発明のタイヤ用ゴム組成物は、前記１項におい
て、ゴム成分がスチレン−ブタジエン共重合体ゴムであ
ることを特徴とする。３．本発明のタイヤ用ゴム組成物は、前記１項におい
て、カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）
が１３０〜１６０ｍ²／ｇであることを特徴とする。４．本発明のタイヤ用ゴム組成物は、前記１項におい
て、カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（Ｄ
ＢＰ）が７０〜１００ｍｌ／１００ｇであることを特徴
とする。５．本発明のタイヤ用ゴム組成物は、前記１項におい
て、カーボンブラックの窒素吸着比表面積／ヨウ素吸着
比表面積（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が１．１以上であることを
特徴とする。

【００１３】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
用いられるゴム成分は天然ゴム及びジエン系合成ゴムよ
りなる群より選択される。ジエン系合成ゴムとしてはブ
タジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、末端
処理された溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、ハロゲ
ン化スズ等によりカップリングされた溶液重合スチレン
−ブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）、乳化重合スチレン−
ブタジエンゴム（Ｅ−ＳＢＲ）等が挙げられる。中で
も、効果の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴ
ム及び天然ゴム／スチレン−ブタジエン共重合体ゴムが
好適に用いられる。また、油展ジエン系合成ゴム、例え
ば油展スチレン−ブタジエンゴムも好ましく使用され
る。ゴム成分は天然ゴム及び上記ジエン系合成ゴムを単
独または二種以上混合して、用いられる。

【００１４】本発明に用いられるカーボンブラックは特
定の窒素吸着比表面積（以下Ｎ₂ＳＡと言う）、特定の
ジブチルフタレート吸油量（以下ＤＢＰ又はＤＢＰ吸油
量と言う）及び特定のＮ₂ＳＡ／ヨウ素吸着比表面積
（以下ＩＡと言う）を有する。

【００１５】本発明におけるカーボンブラックのＮ₂Ｓ
Ａは１２０〜１７０ｍ²／ｇ、効果の点から好ましくは
１３０〜１６０ｍ²／ｇの範囲にある。１２０ｍ²／ｇ
未満では耐摩耗性が低下し、１７０ｍ²／ｇを越えると
低ヒステリシスロス性（低発熱性）の改良効果が不十分
である。

【００１６】本発明におけるカーボンブラックのＮ₂Ｓ
Ａ／ＩＡの比は１．０５以上、効果の点から好ましくは
１．１以上の範囲にある。１．０５未満ではカーボンブ
ラックの表面活性度が十分でなく、この結果、ゴム成分
とカーボンブラックの相互作用が弱くなるため、カーボ
ンゲル量が低下し、補強性が低下し、さらに低ヒステリ
シスロス性が悪化する。

【００１７】本発明におけるカーボンブラックのＤＢＰ
吸油量は６０〜１００ｍｌ／１００ｇ、効果の点から好
ましくは７０〜１００ｍｌ／１００ｇの範囲にある。こ
の値はカーボンブラックがゴム成分と相互作用し、拘束
する量の尺度であり、この値が大きい程補強性は高くな
るが同時にヒステリシスロスが大きくなり、発熱し易く
なる。ＤＢＰの値が６０ｍｌ／１００ｇ未満では耐摩耗
性が著しく低下し、１００ｍｌ／１００ｇを越えると低
ヒステリシスロス性が悪化する。

【００１８】本発明におけるカーボンブラックの配合量
はゴム成分１００重量部に対して、３０〜１００重量
部、効果の点から好ましくは４０〜９０重量部である。
３０重量部未満では補強性が十分でなく、１００重量部
を越えると加工性が劣る。

【００１９】前記Ｎ₂ＳＡの範囲及び前記Ｎ₂ＳＡ／Ｉ
Ａ比の範囲を満足するカーボンブラックは知られている
が本発明におけるカーボンブラックのように、この両特
性に加えて、前記ＤＢＰ吸油量の範囲を満たすものは知
られておらず、このカーボンブラックによってはじめて
本発明の効果が発現する。

【００２０】このような新現なカーボンブラックの製造
方法は前記Ｎ₂ＳＡ、ＤＢＰ及びＮ ₂ＳＡ／ＩＡの三特
性を満足するカーボンブラックが得られる方法であれ
ば、どのような方法でもよく、特に制限されないがその
製造方法例を後記する。

【００２１】本発明のタイヤ用ゴム組成物において、加
硫剤としては、硫黄等が挙げられ、この使用量は、ゴム
成分１００重量部に対して０．１〜５重量部、好ましく
は１〜２重量部である。０．１重量部未満では加硫ゴム
の破壊強度、耐摩耗性等が低下し、５重量部を越えると
ゴム弾性が失われる。

【００２２】本発明のタイヤ用ゴム組成物で使用できる
プロセス油としては、例えばパラフィン系、ナフテン
系、アロマチック系等を挙げることができる。引張強
度、耐摩耗性を重視する用途にはアロマチック系が、低
温特性等を重視する用途にはナフテン系又はパラフィン
系が用いられ、その使用量は、ゴム成分１００重量部に
対して０〜１００重量部であり、１００重量部を越える
と加硫ゴムの引張強度、低ヒステリシスロス性が著しく
悪化する。

【００２３】本発明で使用できる加硫促進剤は、特に限
定されるものではないが、好ましくはＭ（２−メルカプ
トベンゾチアゾール）、ＤＭ（ジベンゾチアジルジサル
ファイド）、ＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチ
アジルスルフェナミド）等のチアゾール系の、ＤＰＧ
（ジフェニルグアニジン）等のグアジニン系の加硫促進
剤等を挙げることができ、その使用量は、ゴム成分１０
０重量部に対して０．１〜５重量部である。

【００２４】本発明では、これら以外にもゴム工業で通
常使用されているシリカ系充填剤、酸化亜鉛、ステアリ
ン酸、老化防止剤、オゾン劣化防止剤等の添加剤を配合
することもできる。

【００２５】本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ロール、
インターナルミキサー等の混練り機を用いて混練りする
ことによって得られ、成形加工後、加硫を行い、タイヤ
トレッド、アンダートレッド、カーカス、サイドウォー
ル、ビード部分等のタイヤ用途、特にタイヤトレッド用
ゴムとして好適に使用される。

【００２６】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明するが、本発明の主旨を越えない限り、本実施例
に限定されるものではない。

【００２７】なお、実施例において、部及び％は特に断
らない限り、重量部及び重量％を意味する。〔各種の測定〕Ｎ₂ＳＡはＡＳＴＭＤ３０３７−８８
に準拠し、ＩＡ及びＤＢＰはＪＩＳＫ６２２１に準拠し
て、測定した。

【００２８】耐摩耗性は岩本製作所（株）ＢＳランボー
ン式摩耗試験機を用い、６０％と２５％のスリップ比の
条件で測定した。得られた結果は６０％と２５％を平均
した上で、実施例１、２、３及び４、比較例２、３及び
４は比較例１を１００として、実施例５及び６は比較例
５を１００として、指数表示した。数値が大きい程、耐
摩耗性は良好であると評価する。

【００２９】ヒステリシスロス性の指標として、ｔａｎ
δを用いた。ｔａｎδの測定はＴＯＹＯＳＥＩＫＩ
（株）製のスペクトロメーターを用い、温度６０℃、周
波数５０ＨＺ、動歪１％及び静荷重１６０ｇの条件で行
った。得られた結果は実施例１、２、３及び４、比較例
２、３及び４は比較例１を１００として、実施例５及び
６は比較例５を１００として、指数表示した。数値が小
さい程、低ヒステリシスロス性が良好であると評価す
る。

【００３０】ウエットスキッド性はＳＴＡＮＬＥＹ−Ｌ
ＯＮＤＯＮ社（英国）製のポータブルスキッド−レジス
タンステスターを用い、表面を水でぬらしたコンクリー
ト路面上で、室温にて、すべりの抵抗を測定した。得ら
れた結果は実施例１、２、３及び４、比較例２、３及び
４は比較例１を１００として、実施例５及び６は比較例
５を１００として、指数表示した。数値が大きい程、ウ
エットスキッド性は良好であると評価する。〔カーボンブラックの製造方法〕本発明にかかるカーボ
ンブラック製造用の原料油および燃料油としては、表１
に示した通りの性状および組成を有する高芳香族性のも
のを用いた。

【００３１】

【表１】

【００３２】本発明に用いられるカーボンブラックおよ
び比較用カーボンブラックは、一般的に円筒形状の高温
の燃焼ガス発生用燃料油および空気の導入室、この導入
室の下流側に同軸的に連結され、かつそれよりも直径の
小さい空気導入用円筒、前記円筒の外周に設けられた複
数の放射状整流板、上流端が前記導入室に連結し、かつ
下流側に向かって緩やかに収斂する燃焼ガス収斂室、前
記収斂室の下流側にあり、複数個の原料油噴霧装置を備
えた少なくとも１つの平面を有する原料油導入室、前記
原料油導入室の下流端に接し、かつ下流端の直径よりも
大きな直径の円筒状の反応室、前記反応室に連結し、か
つ挿入−引出し自在の冷却水圧入噴霧装置を複数個設置
した反応継続兼急速冷却室、前記反応継続兼急速冷却室
の後端部に連結された煙道部とからなる全体が耐火物で
被覆されたカーボンブラック製造装置を用いて製造され
た。

【００３３】本発明に用いられるカーボンブラックおよ
び比較用カーボンブラックの特性の制御は次のようにし
て行った。まず、表面積の調節は原料油導入量と空気導
入量の比により行い、空気導入量／原料油導入量の比を
大きくすることによりＮ₂ＳＡは増加する。また、Ｎ₂
ＳＡ／ＩＡの制御はカーボンブラック生成反応の停止位
置、すなわち反応継続兼冷却室に設置された冷却水圧入
噴霧装置の使用位置（冷却水導入位置）により行い、上
流側の装置を使用することによりこの値を大きい側に制
御することができる。

【００３４】ＤＢＰ吸油量の調整は、主として原料油へ
のアルカリ金属（Ｋ⁺，カリウム）の添加量を制御する
ことにより行い、アルカリ金属添加量を増加させること
によりストラクチャーは低下する。原料油の噴霧圧力お
よび予熱温度は原料油噴霧粒子の大きさを制御する因子
であり、圧力増と温度増は粒子径を小さくする方向にあ
り、ストラクチャーは下る傾向にあるが、本発明での製
造例ではアルカリ金属添加量により行ったのでこれらの
条件は一定とした。

【００３５】原料油噴霧ノズル位置は、上流側とするこ
とによりストラクチャーを上昇する傾向となるが、本発
明では前述の方法で調整したので一定条件とした。ノズ
ル数は、一定流量の原料油を得る目的で決定されるが本
発明では２本で一定条件とした。

【００３６】燃料油の量は反応帶域の温度に影響を与
え、燃料量を増加すると表面積は上がる傾向にあるが表
面積は原料油と一次空気量との比により制御したので本
発明では一定とした。導入空気量における二次空気は、
主に反応炉の保護用として用いられるものであり、本発
明ではこの割合を一定とした。

【００３７】本発明に用いられるカーボンブラックの各
特性に対して、以上のような製造制御条件を組合わせ
て、本発明のカーボンブラックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥ、
比較用のカーボンブラックＨ及びＩを製造した。その具
体的製造条件を表２に、得られたカーボンブラックの特
性を表３に示した。比較例に用いたカーボンブラック
Ｆ、Ｇ及びＪは市販品であり、その特性も表３に示し
た。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】前記のカーボンブラックの製造において、
本発明に適するカーボンブラックは、表２に記載したよ
うに、原料油導入量、反応停止用冷却水導入位置、アル
カリ金属添加量等の諸条件を調整して製造した。〔実施例１〜４、比較例１〜４〕油展ＳＢＲを用い、実
施例１、２、３及び４は各々カーボンブラックＡ、Ｂ、
Ｃ及びＤを、比較例１、２、３及び４は各々カーボンブ
ラックＦ、Ｇ、Ｈ及びＩを使用して、表４及び表５に示
す配合処方に従って、混練りし、１４５℃で３５分間加
硫を用い、得られた加硫物の物性を比較例１をコントロ
ールとして評価した。結果を表５に示した。〔実施例５〜６、比較例５〕ＳＢＲと天然ゴムを用い、
実施例５及び６は各々カーボンブラックＤ及びＥを、比
較例５はカーボンブラックＪを使用して、表４及び表５
に示す配合処方に従って、混練りし、１４５℃で、３５
分間加硫を用い、得られた加硫物の物性を比較例５をコ
ントロールとして評価した。結果を表５に示した。

【００４１】

【表４】

【００４２】

【表５】

【００４３】表５から明らかなように、本発明のタイヤ
用ゴム組成物は耐摩耗性、低ヒステリシスロス性（低ｔ
ａｎδ）かつ高ウエットスキッド性に優れていることが
わかる。

【００４４】実施例と比較例を対比すれば、本発明のタ
イヤ用ゴム組成物の上記効果は一層明白となる。すなわ
ち、Ｎ₂ＳＡ、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ及びＤＢＰ吸油量がいず
れも本発明の請求項の範囲を外れたカーボンブラックを
用いたゴム組成物（比較例２及び５）、Ｎ₂ＳＡ及びＮ
₂ＳＡ／ＩＡが範囲を外れたカーボンブラックを用いた
ゴム組成物（比較例３）及びＤＢＰ吸油量のみが範囲を
外れたカーボンブラックを用いたゴム組成物（比較例１
及び４）に対し、本発明の実施例１〜６のゴム組成物の
前記諸物性はいずれも少なくとも同等以上の高レベルで
バランスよく、改良されていることがわかる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のタイヤ用ゴム組成物は上記構成
としたので、耐摩耗性、低ヒステリシスロス性かつ高ウ
エットスキッド性を同時に満足するという優れた効果を
有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ゴム及びジエン系合成ゴムよりなる
群より選ばれた少なくとも１種のゴム成分１００重量部
に対して、（１）窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１２
０〜１７０ｍ²／ｇであり、（２）ジブチルフタレート
吸油量（ＤＢＰ）が６０〜１００ｍｌ／１００ｇであ
り、（３）窒素吸着比表面積／ヨウ素吸着比表面積（Ｎ
₂ＳＡ／ＩＡ）が１．０５以上である、特性を有するカ
ーボンブラックを３０〜１００重量部含んでなるタイヤ
用ゴム組成物。
【請求項２】ゴム成分がスチレン−ブタジエン共重合
体ゴムである、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項３】カーボンブラックの窒素吸着比表面積
（Ｎ₂ＳＡ）が１３０〜１６０ｍ²／ｇである、請求項
１記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項４】カーボンブラックのジブチルフタレート
吸油量（ＤＢＰ）が７０〜１００ｍｌ／１００ｇであ
る、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項５】カーボンブラックの窒素吸着比表面積／
ヨウ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が１．１以上で
ある、請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。