JPH10316802A - ゴム組成物及び導電性シリカ質充填剤 - Google Patents

ゴム組成物及び導電性シリカ質充填剤

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JPH10316802A
JPH10316802A JP9130611A JP13061197A JPH10316802A JP H10316802 A JPH10316802 A JP H10316802A JP 9130611 A JP9130611 A JP 9130611A JP 13061197 A JP13061197 A JP 13061197A JP H10316802 A JPH10316802 A JP H10316802A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度、耐摩耗性、帯電防止性に優れ、かつ転
がり抵抗が低いゴム組成物及び、導電性シリカ質充填剤
を得る。 【解決手段】 表面にカーボンまたは導電性酸化錫など
からなる導電性層を有するシリカ質充填剤を、ゴムに含
有させることにより、導電性を付与したことを特徴とす
るゴム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タイヤ用及びベル
ト用等に適したゴム組成物及び導電性シリカ質充填剤に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車等に装着されたタイヤに
加えられた回転力の一部は、転がり抵抗によって熱エネ
ルギーに変わり、エネルギーロスを生じる。そのため、
走行時のタイヤの転がり抵抗が大きいと、自動車の燃料
消費量も実質的に多くなり、さらに排気ガスによる環境
汚染を増幅する。このような理由から、全世界的に大量
に使用されているタイヤにおいて、転がり抵抗を減少さ
せることが社会的に強く要請されている。
【0003】ゴムに使用される各種充填剤のうち、最も
重要でかつ広く使用されている充填剤は、カーボンブラ
ックである。ゴムに対する補強性の点でカーボンブラッ
クは特に優れており、それゆえカーボンブラックは、強
度、耐摩耗性、耐疲労性を必要とするタイヤ、ベルトな
どに必要不可欠な充填剤である。さらには、このカーボ
ンブラックはそれ自体、半導電性〜導電性であり、絶縁
性のゴムに導電性を付与する効果を有している。
【0004】しかしながら、ゴムと強固に結合するカー
ボンブラックのこの性質は、タイヤの転がり抵抗を大き
くしている。そのため、カーボンブラックの替わりにシ
リカを配合する検討が従来よりなされている。
【0005】充填剤としてシリカを配合したゴムは、カ
ーボンブラックのみを配合したゴムに比べて、耐油性、
耐酸性に優れている。また、シリカを配合したゴムは、
変形のヒステリシスが少ないので、繰り返し変形におけ
る抵抗が小さくなることがわかっている。従って、タイ
ヤとして使用した場合に、カーボンブラックを充填した
ゴムに比べ転がり抵抗が軽減され、低燃費なタイヤとす
ることができ、環境を汚染することが少ないと言われて
いる。
【0006】しかし、その反面、シリカはそれ自体導電
性を有していないので、ゴム等の絶縁物に配合した場
合、カーボンブラックのように帯電防止性を付与するこ
とができず、様々な問題を生ずることがわかってきた。
例えば、自動車に発生した静電気が路面に逃げずに帯電
し、給油中などにスパーク引火する危険性がある。ま
た、発生する静電気の影響でラジオノイズ等の電波障害
を生じる等の問題点がある。
【0007】このような問題を解決すべく、様々な試み
がなされている。例えば、ゴム材料として、天然ゴムや
cis−ポリブタジエンゴムなどのガラス転移点の低い
ゴム材料を使用したり、カーボンブラックや軟化剤の種
類、配合量等を調節することにより、転がり抵抗を減少
させる試みがなされている。しかしながら、前者の場合
は、耐ウェットスキッド性が著しく低下する傾向があ
り、また後者の場合は、耐摩耗性が低下する傾向があ
り、全ての条件を同時に満足させることは困難であっ
た。
【0008】また、カーボンブラックとシリカを併用す
る試みもなされているが、静電気防止のため体積固有抵
抗値を108 Ω・cm以下に設定する必要があり、この
ためカーボンブラックを組成物中に約50重量%以上配
合する必要がある。このようにカーボンブラックを高濃
度に充填すると、シリカを併用しているにもかかわら
ず、シリカの特性が発現されにくいという問題を生じ
る。
【0009】また、シリカにも各種種類があり、結晶水
を含有していたり、あるいは粒子表面に存在するシラノ
ール基のため親水性を有し、ゴムに対する「濡れ性」が
低く、それ故にゴムとの密着性が悪く相分離等を生じ
て、結果的にゴム組成物の強度、耐久性が低下する傾向
がある。
【0010】このようなシリカの問題を解消するため、
シリカ質充填剤の表面を低温プラズマで処理して疎水化
する方法が提案されている(特開昭61−255945
号公報)。また、シリカ質充填剤をメルカプトシランカ
ップリング剤等で表面処理して、表面性を改質する試み
もなされている。
【0011】また、カーボンブラック、シリカ、炭素繊
維を併用することによって、導電性パスを形成する試み
もなされている(特開平8−127674号公報)。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法の何れにおいても、充填されるカーボンブラッ
ク及びシリカ質充填剤は、別個の異なる表面性を有して
おり、ゴムとの結合力も異なるため、カーボンブラック
及びシリカ質充填剤のそれぞれの長所をゴム組成物にお
いて発現させることは困難であった。
【0013】本発明の目的は、カーボンブラック及びシ
リカ質充填剤のそれぞれの長所を発現することができ、
強度、耐摩耗性、帯電防止性に優れ、かつ転がり抵抗が
低いゴム組成物及び、導電性シリカ質充填剤を提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のゴム組成物は、
表面に導電性層を有するシリカ質充填剤をゴムに含有さ
せることにより導電性を付与したことを特徴とするゴム
組成物である。
【0015】本発明のゴム組成物は、表面に導電性層を
有するシリカ質充填剤を含有することにより、カーボン
ブラックの長所である、強度、耐摩耗性、帯電防止性に
優れ、かつ、ホワイトカーボンなどのシリカ質充填剤の
長所である低い転がり抵抗を有する。
【0016】以下、本発明のゴム組成物の構成について
詳細に説明する。ゴム組成物におけるゴム 本発明のゴム組成物におけるゴムとしては、天然ゴム及
び合成ゴムを挙げることができ、天然ゴム及び合成ゴム
をそれぞれ単独で用いてもよいし、天然ゴム及び合成ゴ
ムを併用してもよい。
【0017】天然ゴムとしては、一般的に使用されてい
るものを用いることができ、例えばエポキシ化天然ゴム
のような改質ゴムも本発明において天然ゴムとして用い
ることができる。
【0018】合成ゴムとしては、例えば、スチレン−ブ
タジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、イソプレン
ゴム、ブタジエンゴム、ハロゲン化ゴム(塩素化ブチル
ゴム、臭素化ブチルゴム等)、シリコーンゴム、ウレタ
ンゴム等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよい
し、2種以上を複合化して用いてもよい。上記のゴム
は、あくまでも例示であり、本発明は上記のゴムに限定
されるものではない。
【0019】表面に導電性層を有するシリカ質充填剤 本発明における表面に導電性層を有するシリカ質充填剤
としては、例えば、カーボンからなる導電性層、または
導電性酸化錫からなる導電性層を表面に有するシリカ質
充填剤を挙げることができる。導電性層の被覆量として
は、シリカ質充填剤100重量部に対し0.1〜50重
量部が好ましく、さらに好ましくは3〜30重量部であ
る。導電性層の被覆量が少なすぎると、ゴム組成物に対
する導電性付与を十分に行うことができない場合があ
り、被覆量が多すぎると、ゴム組成物に対するシリカ質
充填剤添加の効果、すなわち低い転がり抵抗等が得られ
ない場合がある。
【0020】表面に導電性層を有するシリカ質充填剤
(以下「導電性シリカ質充填剤」という)のゴムへの配
合割合としては、5〜80重量%が好ましく、さらに好
ましくは20〜70重量%である。導電性シリカ質充填
剤の配合割合が少なすぎると、組成物として、十分な導
電性が得られず、逆に導電性シリカ質充填剤の配合割合
が多すぎると、物性的には問題ないものの、効果として
ほぼ頭打ちとなるため、上記配合範囲が設定される。
【0021】本発明に用いるシリカ質充填剤としては、
代表的なものとして、含水ケイ酸及び無水ケイ酸を挙げ
ることができる。ただし、シリカ(SiO2 )成分を主
としている物質であれば、シリカ成分が100%である
必要はない。また、その形状についても、粒状、不定
形、板状、針状、繊維状など種々の形状のシリカ質充填
剤を用いることができる。また、シリカ質充填剤の合成
方法についても特に限定されるものではなく、シリカを
含む物質(天然物、人工合成品とも)を改質処理したも
のも含まれる。シリカ質充填剤の平均粒子径としては、
0.01〜100μm程度のものが好ましい。また、シ
リカ質充填剤が繊維状物である場合、その平均繊維長は
1〜100μm程度であることが好ましく、アスペクト
比は3〜100程度であることが好ましい。また、シリ
カ質充填剤の含水率は、特に限定されるものではない
が、0.01〜15重量%程度であることが好ましい。
【0022】導電性シリカ質充填剤の導電性層として
は、上述のように、カーボンからなる導電性層、及び導
電性酸化錫からなる導電性層などが挙げられる。カーボ
ンからなる導電性層を有する導電性シリカ質充填剤は、
シリカ質充填剤を非酸化雰囲気下で、炭化水素成分の共
存下に加熱することによって、該炭化水素成分を熱分解
し、その表面にカーボンからなる導電性層を形成するこ
とにより製造することができる。
【0023】以下、カーボンからなる導電性層をシリカ
質充填剤の表面に形成する方法について説明する。上述
のように、カーボンからなる導電性層は、シリカ質充填
剤を非酸化雰囲気中で炭化水素成分の共存下に加熱する
ことにより形成することができる。非酸化雰囲気は、還
元性ガスまたは不活性ガスを導入することにより実現す
ることができる。還元性ガスとしては、水素ガス、アン
モニアガス、一酸化炭素ガスなどを挙げることができ、
不活性ガスとしては、窒素ガスの他、アルゴンガス、ヘ
リウムガス、キセノンガス等を挙げることができる。ま
た、その他の還元性ガス及び不活性ガスを使用すること
もできる。これらのガスは単独または2種以上を混合し
て用いてもよい。一般に、これらの還元性ガスまたは不
活性ガスにより、反応系内が95容量%以上置換されて
いることが好ましい。
【0024】炭化水素成分としては、熱分解によってカ
ーボンを発生する可能性のあるものであれば特に制限さ
れるものではなく、一般的には炭素原子及び水素原子か
ら構成されるガス状物質、あるいは加熱によって気化ま
たは昇華してガス状物質になるものを用いることができ
るが、炭素原子及び水素原子以外にも、一部酸素原子、
窒素原子、硫黄原子等を分子中に含んでいるものでも使
用することができる。炭化水素成分として、具体的に
は、脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素等を挙げること
ができる。脂肪族炭化水素としては、例えば一般式Cn
2n+2(式中nは1〜20の整数を示す)で表される飽
和炭化水素、一般式Cn 2n(式中nは前記に同じ)で
表されるエチレン系炭化水素、一般式Cn 2n-2(式中
nは前記に同じ)で表されるアセチレン系炭化水素等を
挙げることができる。また芳香族炭化水素としては、ベ
ンゼン、トルエン、キシレン等及びその同族体、ナフタ
レン、アントラセンなどの多角芳香族炭化水素及び上記
各種炭化水素のハロゲン化物等を挙げることができる。
これらの炭化水素類は、1種単独で、または2種以上混
合して使用することができる。
【0025】上記の非酸化雰囲気中での炭化水素成分の
熱分解によるカーボンの生成は、加熱焼成炉中で炭化水
素成分の共存下で加熱することにより行うことができ
る。好ましくは、加熱焼成炉を回転し、炉内のシリカ質
充填剤を回転攪拌させながら行う。
【0026】加熱温度としては、300℃〜1200℃
程度が好ましく、加熱時間としては10分間〜120分
間が例示できる。また、シリカ質充填剤の水分を予め除
去する目的で、シリカ質充填剤のみを加熱処理した後、
上記の導電性層を形成する処理を行ってもよい。
【0027】また、一旦導電性層を形成したものを非酸
化雰囲気中で加熱処理して、副生成物を除去したり、あ
るいはさらに導電性層を形成する処理を繰り返し行って
もよい。これらの処理により、導電性を向上させること
ができる。
【0028】次に、導電性層として導電性酸化錫からな
る導電性層を形成する方法について説明する。導電性酸
化錫からなる導電性層は、酸化錫以外に、ドープ金属と
して、アンチモン、インジウム及びニオブからなるグル
ープより選ばれる1種または2種以上が含まれているこ
とが好ましい。これらのドープ金属の含有量は、0.1
〜20重量%であることが好ましく、さらに好ましくは
0.3〜5重量%である。これらのドープ金属の含有量
が少なすぎると、酸化錫に対するドーピング効果が乏し
くなり、高い導電性を得ることができない場合がある。
また、含有量が多すぎると、導電性の点からは特に問題
はないが、灰色または青色を帯びた有彩色となり、白色
度が低下し、また一般に高価になるため経済的な面から
好ましくない。
【0029】シリカ質充填剤の表面に上記導電性酸化錫
からなる導電性層を形成する方法としては、シリカ質充
填剤の水分散液に、錫化合物及びドープ金属の化合物を
溶液状態で添加し、シリカ質充填剤の表面に錫化合物及
びドープ金属の化合物を不溶物の形態で付着させた後に
分離し、分離後熱処理させることにより、実質的に酸化
錫からなる導電性層を形成する方法が挙げられる。一般
的には加水分解により、錫化合物及びドープ金属化合物
の不溶生成物を析出させる。加水分解する方法として
は、錫及びドープ金属化合物としてアルコラート、ア
セチルアセトネート等の有機質化合物を用い、これらを
水溶性有機質溶媒に溶解したものを添加し加水分解する
方法、錫及びドープ金属化合物として、ハロゲン化物
を用い、これらのアルコール溶液を添加し加水分解する
方法、及び錫化合物及びドープ金属化合物の水溶液を
添加し加水分解する方法などが挙げられる。
【0030】不溶性物質を表面に付着させた後、濾過、
デカンテーションまたは遠心分離等の方法により分離
し、これを水洗し乾燥させ、熱処理することにより導電
性酸化錫からなる導電性層を表面に有したシリカ質充填
剤を得ることができる。熱処理温度としては、特に限定
されるものではないが、200〜1000℃が好まし
く、さらに好ましくは400〜800℃である。
【0031】作用 本発明のゴム組成物は、表面に導電性層を有するシリカ
質充填剤を含有している。これにより、カーボンブラッ
クの利点である強度、耐摩耗性、帯電防止性に優れ、か
つシリカ質充填剤の利点である転がり抵抗の軽減化を図
ることができる。従って、本発明において用いる導電性
シリカ質充填剤は、理想的なゴム用充填剤であると考え
られ、これを配合した本発明のゴム組成物は、タイヤ用
途、ベルト用途等において非常に有用なゴム組成物であ
る。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従う具体的な実施
例を挙げて詳細に説明する。試料作成例1 シリカ質充填剤として、いわゆるホワイトカーボン(商
品名「ニップシールAQ」、日本シリカ工業株式会社
製、平均一次粒子径16μm、平均二次粒子径200μ
m)を用い、回転式連続加熱炉中で、系内を十分に窒素
置換し酸素濃度を0.3容量%以下にした後、窒素ガス
と共にプロパンガスを10:1(窒素ガス:プロパンガ
ス)の体積混合比率で流しながら、系内を900℃に加
熱し、プロパンガスを熱分解して、該シリカ質充填剤の
表面にカーボンからなる導電性層を形成した。カーボン
からなる導電性層の被覆量は、ホワイトカーボン100
重量部に対し、20重量部であった。
【0033】試料作成例2 系内の加熱温度を1000℃に変えた以外は、上記試料
作成例1と同様に、ホワイトカーボンとしてのニップシ
ールAQを処理し、その表面にカーボンからなる導電性
層を形成した。導電性層の被覆量は、ホワイトカーボン
100重量部に対し、25重量部であった。
【0034】試料作成例3 ワラストナイト(繊維状珪酸カルシウム、商品名「R−
RIMGLOS」、ナイコ社製)を水中に分散し拡散し
ながら、炭酸ガス処理した後、さらに酸処理を行って、
繊維中のカルシウム分を除去して、シリカ(SiO2
成分が97重量%以上の繊維状シリカを得た。この繊維
状シリカの平均繊維長は、20μmであり、アスペクト
比は40であった。得られた繊維状シリカをシリカ質充
填剤として用い、上記試料作成例1及び2と同様の設備
及び方法で、ただし炭化水素をプロパンガスからトルエ
ンガス(トルエンを加熱してガス化したもの)に変更
し、系内の加熱処理温度を1000℃に設定して、トル
エンガスを熱分解して、繊維状シリカの表面にカーボン
からなる導電性層を形成した。得られた導電性繊維状シ
リカにおける、導電性層の被覆量は、繊維状シリカ10
0重量部に対し、25重量部であった。
【0035】試料作成例4 試料作成例1及び2で用いたホワイトカーボンとしての
ニップシールAQを水中に分散し、70℃に加熱し、攪
拌しながら、塩化第一錫及び塩化アンチモンの混合塩酸
溶液と水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ別個にかつ同
時に添加した。反応系のpHは、酸性領域となるように
保持した。反応終了後、生成物を濾別し、水洗した後、
乾燥工程を経て、700℃で1時間加熱処理した。以上
のようにして、シリカ質充填剤であるホワイトカーボン
の表面に酸化錫/酸化アンチモンからなる導電性層を形
成した。酸化錫中の酸化アンチモンの含有量は、20重
量%であり、酸化錫及び酸化アンチモンからなる導電性
層の被覆量は、シリカ物質100重量部に対し、40重
量部であった。
【0036】以上の試料作成例1〜4で得られた導電性
シリカ質充填剤を、表1に示す割合で、乳化重合スチレ
ン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR−1712)に配
合し、バンバリーミキサーで混合しゴム組成物を調製し
た。なお、導電性シリカ質充填剤以外に、表1に示すよ
うに、シランカップリング剤及びプロセスオイルを配合
した。また、比較として、表1に示す配合割合のゴム組
成物を調製した。シリカとしては、ニップシールAQを
用い、カーボンブラックとしては、昭和キャボット社製
N339を用いた。なお、比較例3で用いた炭素繊維
は、気相成長炭素繊維(商品名「グラスカー」、日機装
株式会社製、平均直径0.6μm)である。
【0037】以上のようにして得られたゴム組成物につ
いて、加工性並びに、タイヤトレッドに用いた場合の耐
ウェットスキッド性、転がり抵抗性、耐摩耗性、及び体
積抵抗値を以下の方法により測定した。
【0038】加工性 JIS K−6300に準じてムーニー粘度ML1+4
(100℃)を測定し、その値が80以下の場合を加工
性良好(○印)とし、80を超えるものを加工性難(×
印)とした。
【0039】耐ウェットスキッド性 住友3M社製のセイフティウォーク(タイプB)の表面
を水で濡らして作成した湿潤路面に対する摩擦抵抗を、
英国スタンレー社製ポータブルスキッドテスターを用い
て、Rubber Chemical and Technology38巻840頁に
記載の方法に従って測定し、比較例1の測定値を100
として規格化し、耐ウェットスキッド性を評価した。値
が大きい程、耐ウェットスキッド性に優れていることを
示す。
【0040】転がり抵抗性 岩本製作所製 VISCO ELASTIC SPECTRO METERにより、5
mm四方角、厚み2mmのサンプルにつき、50Hz、
5%剪断条件下、温度60℃で測定した剪断損失正接
(tan δ)を測定し、比較例1の値を100として規格
化し、転がり摩擦抵抗性を評価する指標とした。値の小
さい方が転がり抵抗性が低いことを示す。
【0041】耐摩耗性 島多技研社製ランボーン摩擦試験機を用い、JIS K
−6264に従い、荷重3Kg、スリップ率60%の条
件下において摩耗損失量を測定し、比較例1の値を10
0として規格化し、耐摩耗性評価の指標とした。値の大
きい方が耐摩耗性が良好なことを示す。
【0042】体積抵抗値 2つの電極間に試験片を挟んで直流電圧を印加したとき
試験片を流れる電流値を測定し、これから、体積抵抗値
(試験片の単位体積を流れる電流値で電圧を除した数
値)を求めた。以上の結果を、表1にまとめて示す。
【0043】
【表1】
【0044】表1の結果から明らかなように、本発明に
従う実施例1〜実施例4のゴム組成物は、加工性に優
れ、かつ耐ウェットスキッド性、耐摩耗性に優れてお
り、かつ転がり抵抗性が低いことがわかる。また低い体
積固有抵抗値を示しており、帯電防止性に優れているこ
とがわかる。
【0045】
【発明の効果】本発明のゴム組成物は、カーボンブラッ
クの利点である、優れた強度、耐摩耗性、帯電防止性を
有し、かつシリカ質充填剤の利点である低い転がり抵抗
性を有している。従って、タイヤ用途やベルト用途等に
おいて非常に有用なゴム組成物である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に導電性層を有するシリカ質充填剤
    をゴムに含有させることにより導電性を付与したことを
    特徴とするゴム組成物。
  2. 【請求項2】 前記シリカ質充填剤の前記導電性層がカ
    ーボンからなる導電性層である請求項1に記載のゴム組
    成物。
  3. 【請求項3】 前記シリカ質充填剤の前記導電性層が導
    電性酸化錫からなる導電性層である請求項1に記載のゴ
    ム組成物。
  4. 【請求項4】 カーボンからなる導電性層を表面に有す
    ることを特徴とする導電性シリカ質充填剤。
JP13061197A 1997-05-21 1997-05-21 タイヤまたはベルト Expired - Fee Related JP3160552B2 (ja)

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