JPS63112638A - タイヤトレツド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トラック、バスなど大型タイヤのトレッド部
材に用いて好適なゴム組成物に関する。

〔従来の技術〕

ゴム補強用のカーボンブラックには具備特性に応じた多
様の品種があり、これらの品種特性が配合するゴム組成
物の諸性能を決定づける主要な因子となる。このため、
通常、ゴム成分との配合にあたっては部材用途に適合す
る品種特性のカーボンブラックを選定使用する手段が慣
用されている。

たとえば、トラック、バス等の大型タイヤトレッドのよ
うに苛酷な走行条件で高度の耐摩耗性が要求されるゴム
部材に対しては、５ＡＦ（Ｎ　１１０）、Ｉ　５ＡＦ（
Ｎ２２０）など粒子径が小さく、比表面積の大きなカー
ボンブラックを適用することが有効とされている。

ところか、この種ハード領域に属するカーボンブラック
の使用は、ゴム配合時の分散加工性を損ねるうえに配合
ゴムの発熱性を増大する性癖がある。このうち分散加工
性の低下は、ゴム成分への練り込み過程において混練物
の硬度が著増してきて円滑な均質分散が阻害される現象
で、混練に要するエネルギーや時間が増大するばかりで
なく、配合ゴムの品質特性を劣化させる要因となる。−
方、発熱性の増大は、走行中にヒステリシスロスに基づ
くタイヤ内部の蓄熱作用をもたらし、内部構造の破壊あ
るいは構成材料の老化を促進させる等の危険性を招く。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように粒子径の小さい（比表面積大）カーボンブラ
ックを用いてゴム成分への分散加工性を向上させ、最終
的に高耐摩耗性と低発熱性とを同時に付与することがで
きれば大型タイヤのタイヤトレッド部材として理想的な
ゴム性能となる。

これまでカーボンブラックの特性面から上述した背反ゴ
ム性能を改善する努力が払われているが、未だに要求性
能を十分満足する技術は得られていない。

本発明は上記の問題点を解消する目的で研究を重ねた結
果、微細な粒子径を有しながら相対的にブロードなアグ
リゲートサイズ分布を備えるカーボンブラックをゴム成
分に配合すると、背反ゴム性能の改吾が効果的に進行す
るとの知見を得て開発に至ったものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明により提供されるタイヤトレッド用ゴム組成物は
、窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）が１００〜２００ｍ”
／ｙのハード領域に属し、かつ下記（１）式で定義され
るアグリゲートサイズ分布指数（Ｔ）の値が下記（２）
式の関係を満すカーボンブラックをゴム成分１００重量
部に対し３５〜１００重量部の割合で配合してなること
を特徴とする。

Ｔ＝ΔＤｓｔ”　Ｘ△Ｄｓｔ７ＳＸ　Ｒ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（１）４１００−１８．１
（Ｎ、ＳＡ）＜　Ｔ　＜　７７００−２５．５（Ｎ、Ｓ
Ａ）・・・（２）但し、（１）式中のへＤＳＬ”は遠心
沈降法による凝集体ストークスモード径分布の半値巾（
ｒｕ＋＋）、△ＤＳｔ”は前記凝集体ストークスモード
径分布の３／４値巾（ｎｍ）、Ｒは前記凝集体ストーク
スモード径分布の最大吸光度を指す。

上記カーボンブラックの特性項目のうち、窒素吸着比表
面ｔａ（Ｎ、５Ａ）ｌ　ＯＯ〜２００ｒｔｔ”／９！ｆ
）微細粒子範囲は、通常の５ＡＦ（ＮＩＩＯ）、ｌ５Ａ
Ｆ（Ｎ２２０）品種と同等のハード領域に位置し、配合
ゴムに高度の耐摩耗性を付与するための前提要件となる
。この窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）が１００　Ｍ”７
９未満では大型タイヤトレッドに耐える高耐摩耗性を付
与することができず、また２００Ｒ２／９を越えると分
散加工性が著しく悪化する。

（１）および（２）式により導き出されるアグリゲート
サイズ分布指数（Ｔ）に関する選択特性は、本発明を構
成するカーボンブラックがもつ独特の凝集体性状で、従
来品種のカーボンブラックに比べ一定比表面積当りのＴ
値が有意的に大きい（アグリゲートサイズ分布のブロー
ド化）ことによって特長づけられる。そして、（２）式
で与えられる範囲のＴ値を満足する場合に分散加工性な
らびに発熱性の改善効果が発揮されろ。

本発明に適用されるカーボンブラックの各特性値は、下
記の測定方法によって得られる値とする。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ！ＳＡ） ＡＳＴＭ　　Ｄ３０３７−７８”ＳｔａｎｄａｒｄＭｅ
ｔｈｏｄｓｏｒＴｅｓｔｉｎｇ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａ
ｃｋ　５ｕｒｆａｃｅ　Ａｒｅａ　ｂｙＮ　ｉｔｒｏｇ
ｅｎ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”Ｍｅｔｈｅｄ　Ｂによる
。

この方法で測定したＩＲＢ＃５の窒素吸着比表面積（Ｎ
　ｔ　Ｓ　Ａ　）は、８０．３ｍ２７ｇとなる。

（２）へＤＳＬ”、△Ｄｓｔ”、Ｒ ＪＩＳ　Ｋ６２２１（１９７５）６．２．１項八法に基
づいて乾燥したのち精秤採取したカーボンブラック試料
を少量の界面活性剤（分散媒）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５０ｙｇ／Ｑの
分散液を作成し、超音波で十分に分散させて試料とする
。ディスク・セントリフユージ装置（英国Ｊｏｙｅｓ　
Ｌｏｅｂ１社製）を８００　Ｏｒｐｍの回転速度に設定
し、スピン液（２％グリセリン水溶液）を１０ｍＱ加え
たのちＬｍＱのバッファー液（エタノール水溶液）を注
入する。ついで試料液０．５１を注射器で加えて遠心沈
降を開始し、同時に記録計を作動させて光学的に凝集体
ストークスモード径の分布曲線を作成する。得られた分
布曲線の半値巾（ｎｍ）を△Ｄｓｔ　”の値、同３／４
値巾（ｎｍ）を△Ｄｓｔ”の値、そして分布の最大吸光
度をＲ値とする。

これらの特性を具備するカーボンブラックは、頭部に燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを備えろ燃焼室とこ
れに連続する熱分解導管とから構成された発生部を２系
列設け、両光生部の熱分解導管を円筒状の主反応ゾーン
に収斂会合したＹ字型構造のオイルファーネス炉を用い
、別系列で発生したカーボンブラック中間生成ガス流を
主反応ゾーンに同時に高速導入して相互衝突させる方法
（特開昭５９−４９２６７）によって製造される。

この際、アグリゲートサイズ分布指数（Ｔ）の調整は各
系列の発生条件を制御することにより、また窒素吸着比
表面積（ＮｚＳＡ）の調整は生成カーボンブラック流の
炉内滞留時間を制御することによりおこなうことができ
る。

上記のカーボンブラックは、常法に従い天然ゴム、スチ
レンブタジェンゴム、ポリブタジェンゴム、イソプレン
ゴム、ブチルゴム、その他常用カーボンブラックで補強
可能な各種合成ゴム、混合ゴムなどのエラストマーに配
合される。カーボンブラックの配合比率は、ゴム成分１
００重１部に対し３５〜１００重量部の割合とし、加硫
剤、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化剤、可塑
剤等の必要成分とともに添加混練して本発明のタイヤト
レッド用ゴム組成物を得る。

〔作　用〕

カーボンブラックの一定比表面積当りのアグリゲートサ
イズ分布は、配合ゴムに対する分散加工性、耐摩耗性お
よび発熱性の付与に大きく関与する。従来技術では配合
ゴムに高度の耐摩耗性を付与するために窒素吸着比表面
積（Ｎ２ＳＡ）の大きな微細粒子径のカーボンブラック
を用いるが、この種カーボンブラックの粒性状はアグリ
ゲートサイズ分布がシャープ化しその指数となるＴ値は
必然的に低下する。Ｔ値の低下は分散加工性と発熱性に
対して明らかに後退要因となり、これら性能と耐摩耗性
との同時改善を不可能とする。

本発明のゴム組成物に配合されるカーボンブラックは、
従来品種のハード系カーボンブラックに比べ一定比表面
積（Ｎ、ＳＡ）当りのＴの値が高位にあり、この特異な
凝集体性状が前提特性となる高窒素吸着比表面積（Ｎ、
ＳＡ　Ｉ　ＯＯ〜２００　ｘ２／ｇ）と相俟って高度の
耐摩耗性を維持しながら分散加工性ならびに発熱性を改
善するために有効に作用する。

〔実施例、比較例〕

頭部にウィンドボックスを介して燃焼バーナーおよび原
料油噴射ノズルを同軸的に装着した燃焼室（内径５５０
　ｔｌｍ、長さ１１００　ｍｘ、このうち円錐部分２０
０１１！ｌ）と熱分解導管（内径９０ｍｍ、長さ７００
　Ｒｘ）を備える２系列の発生部を、内径３００ｕ１長
さ４０００π肩の後段広径部位と内径１３０　ｖｎｔ、
長さ７００ｍｒｔｒの前段狭径部位を連設した主反応ゾ
ーンの曲面に交角６０°で収斂結合させたＹ字型構造の
オイルファーネス炉を設置した。

原料油には比重（１５／４°Ｃ）１．０７０３、粘度（
エングラ−１４０／２０℃）２．１０、ベンゼン不溶分
０．０３％、相関係数（ＢＭＣＩ　）　１　□１０、初
期沸点１０３℃の芳香族炭化水素油を、また燃料油とし
ては比重（１５／４℃）０．９０３、粘度（ＣＳＴ５０
°Ｃ）１６．Ｌ残成分５．４％、硫黄分１．８％、引火
点９６℃の炭化水素油を用いた。

上記の反応炉、原料油および燃料油を用い、表Ｉに示し
た発生条件を適用して本発明で使用する特性範囲のカー
ボンブラック（８種類）を製造した。

表１ 表■に製造された各カーボンブラックの窒素吸着比表面
☆（Ｎ　ｔ　Ｓ　Ａ　）およびアグリゲートサイズ分布
に関係する諸特性、計算値などを示した。

なお、表Ｈのうち比較例として示したＲｕｎ　Ｎｏ。

９〜１６は、従来技術により製造された窒素吸着比表面
積（ＮｔＳＡ）　１００　ｍ”７９以上のハード系カー
ボンブラックで、いずれもアグリゲートサイズ分布指数
（Ｔ）の値が本発明の要件を外れるものである。

表■ 次に、表Ｈの各種カーボンブラックを表■に示す配合比
率で天然ゴムに配合した。

表■の配合物を１４５℃の温度で４０分間加硫して得た
ゴム組成物につき、各種のゴム特性を測定した。結果を
表■の配合カーボンブラックＲｕｎＮｏ、に対応させて
表■に示した。

なお、ゴム特性の測定方法および測定条件は下記によっ
た。

（１）＊純量 ランボーン摩耗試験機（機械式スリップ機構）を用い、
次の条件で測定した。

試験片：　厚さ１０ｍ１１！、外径４４ｍｍエメリーホ
イール二　ＧＣタイプ、粒度８０、硬度Ｈ添加カーボン
ランダム粉：拉度８０＃、添加量約９９／分 エメリーホイール面と試験片の相対スリップ率＝２４％
、６０％ 試験片回転数：５３５ｒｐｍ 試験荷重：ｌｃｉ！ （２）発熱度 ＡＳＴＭ’Ｄ６２３−７８（グツドリッチフレキソメー
ター使用）によった。

（３）ムーニー粘度 ＪＩＳ　　Ｋ６３００ｒ未加硫ゴム物理試験方法」によ
った。

（４）その他 すべてＪＩＳ　　Ｋ６３０１　　ｒ加硫ゴム物理試験方
法」によった。

表■ 表■の結果を考察すると、適用したカーボンブラックの
窒素吸着比表面積（Ｎ　ｔ　Ｓ　Ａ　）が同一レベルに
位置する場合には、得られるゴム組成物の摩耗量は高水
亭に維持されながらその他のゴム特性は比較例に比べて
実施例の方が有意に向上していることが判明する。

例えば、実施例Ｒｕｎ　Ｎｏ、　３　（Ｎ、ＳＡ　　ｌ
　６１が／９）と比較例Ｒｕｎ　Ｎｏ、　１０　（Ｎ＊
Ｓ　Ａ　　ｌ　６０ａ＋”／９）、実施例Ｒｕｎ　Ｎｏ
、　５　（Ｎ　ｚｓ　Ａ　　１３７　ｍ”／９）と比較
例ＲｕｎＮｏ、１３（ＮｔＳＡ　　１３６ｘ”／ｇ）を
対比すると、耐摩耗性は同等であるにも拘らず動的性能
の要因となる反撥弾性、発熱度などは明らかに改善され
ており、また分散加工性の指標となるムーニー粘度も低
下改善されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微細な粒子径を有しながら相対的にブ
ロードなアグリゲートサイズ分布を備える特定された凝
集体性状のカーボンブラックを適用することにより、ゴ
ム成分への分散加工性を向上させるとともに高度の耐摩
耗性と低位の発熱性を併有するゴム組成物を得ることが
できる。したがって、提供されるゴム組成物は、苛酷な
走行環境で使用されるトラック、バスなどの大型タイヤ
用トレッド部材として、その要求性能を十分満足しうる
有用性がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が１００〜２００
   ｍ＾２／ｇのハード領域に属し、かつ下記（１）式で定
   義されるアグリゲートサイズ分布指数（Ｔ）の値が下記
   （２）式の関係を満すカーボンブラックをゴム成分１０
   ０重量部に対し３５〜１００重量部の割合で配合してな
   ることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。 Ｔ＝ΔＤｓｔ＾５＾０×ΔＤｓｔ＾７＾５×Ｒ…………
   ………（１）４１００−１８．１（Ｎ＿２ＳＡ）＜Ｔ＜
   ７７００−２５．５（Ｎ＿２ＳＡ）…（２）但し、（１
   ）式中のΔＤｓｔ＾５＾０は遠心沈降法による凝集体ス
   トークスモード径分布の半値巾（ｎｍ）、ΔＤｓｔ＾７
   ＾５は前記凝集体ストークスモード径分布の３／４値巾
   （ｎｍ）、Ｒは前記凝集体ストークスモード径分布の最
   大吸光度を指す。