JPWO2009116308A1 - 積層体およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
この場合、タイヤなどのゴム製品に適用した場合、樹脂はゴムとの接着性が低いため、樹脂層とゴム層との間に接着層を設ける必要があり加工工程上煩雑となる。(たとえば特開平11−240108号公報)。
さらに、接着層としては、特殊な接着用配合剤を含有する必要があり、また接着する樹脂やゴムの種類にも依存するため配合設計が複雑となり、また接着層が硬くなると動的使用時に破壊の起点になるなど製造後の故障要因ともなり得る。
そこで、特に、熱可塑性樹脂組成物層とゴム組成物層を含む積層体において、接着性が高く、生産加工性、耐久性にも優れた積層体が望まれている。
本発明は、熱可塑性樹脂組成物層とゴム組成物層とを含む積層体であって、前記熱可塑性樹脂組成物層は、エチレン単位の含量が20〜50モル%であるエチレン−ビニルアルコール共重合体、アミド基に対するメチレン基のモル比が5.4未満である脂肪族ポリアミド、およびメタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、前記ゴム組成物層は、ゴム成分100重量部に対して、BET比表面積100〜300m2/gである湿式シリカを30〜120重量部含む、積層体、ならびにそれを用いた空気入りタイヤである。
本発明によれば、熱可塑性樹脂組成物層とゴム組成物層との接着に優れた積層体を得ることができ、さらにガスバリヤー性、耐久性に優れる積層体を提供できる。このような積層体は、タイヤのインナーライナーなどとして効果的に用いることができる。
本発明に従えば、熱可塑性樹脂組成物層とゴム組成物層とを含む積層体であって、前記熱可塑性樹脂組成物層が、エチレン単位の含量が20〜50モル%であるエチレン−ビニルアルコール共重合体、アミド基に対するメチレン基のモル比が5.4未満である脂肪族ポリアミド、およびメタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、前記ゴム組成物層が、ゴム成分100重量部に対して、BET比表面積100〜300m2/gである湿式シリカを30〜120重量部含む、積層体が提供される。
熱可塑性樹脂組成物層中の熱可塑性樹脂は、エチレン−ビニルアルコール共重合体(以下「EVOH」ともいう。)、脂肪族ポリアミド、またはメタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物(以下「MXD6」ともいう。)である。
エチレン−ビニルアルコール共重合体は、エチレン単位の含量が20〜50モル%、好ましくは20〜40モル%のものを使用する。エチレン−ビニルアルコール共重合体のエチレン単位の含量が20モル%より小さいとエチレン−ビニルアルコール共重合体が熱分解しやすくなり、50モル%より大きいとエチレン−ビニルアルコール共重合体のガスバリヤー性が低下する。エチレン−ビニルアルコール共重合体のけん化度は、特に限定されないが、好ましくは90%以上、より好ましくは99%以上である。エチレン−ビニルアルコール共重合体のけん化度が小さすぎるとエチレン/ビニルアルコール共重合体のガスバリヤー性が低下する。エチレン単位の含量が20〜50モル%であるエチレン−ビニルアルコール共重合体は、市販されており、たとえば、日本合成化学工業株式会社からソアノール(登録商標)V2504RB(エチレン単位の含量25モル%)の商品名で、株式会社クラレからエバール(登録商標)G156Bの商品名で入手することができる。
脂肪族ポリアミドは、アミド基およびメチレン基を含み、アミド基に対するメチレン基のモル比が5.4未満のものを使用する。アミド基に対するメチレン基のモル比が5.4未満である脂肪族ポリアミドとしては、たとえば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン666、ナイロン46が挙げられる。なお、脂肪族ポリアミド中のアミド基に対するメチレン基のモル比が5.4以上になると、本発明で用いる湿式シリカが配合されたゴム組成物との接着性が著しく低下するといった観点から好ましくない。脂肪族ポリアミド中のアミド基に対するメチレン基のモル比の範囲の下限は、特に限定されないが、好ましくはそのモル比は5以上である。
本発明に用いられるエチレン−ビニルアルコール共重合体の重合度は特に制限はないが、その固有粘度が0.06L/g以上であることが好ましく、より好ましくは0.07〜0.2L/gの範囲である。脂肪族ポリアミドおよびメタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物の重合度も特に制限がなく、1%の濃硫酸溶液中、25℃で測定した相対粘度が1.5〜5.0の範囲であることが好ましい。
メタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物とは、その基本構造が次の化学式で表されるものである。
メタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物は、市販されており、たとえば、三菱ガス化学株式会社からMXナイロンS6121の商品名で入手することができる。
本発明の積層体のゴム組成物層を構成するゴム組成物中に含有する湿式シリカとは、ケイ酸ナトリウムと鉱酸の中和反応により合成されたシリカをいう。湿式シリカには、沈降法シリカとゲル法シリカがあるが、いずれのシリカも使用することができる。本発明においては、BET比表面積100〜300m2/gを満たす湿式シリカを用いる。ここで「BET比表面積」とは、簡易BET方式の表面積測定装置を用いて測定した値をいう。湿式シリカのBET比表面積が100〜300m2/gであるものを用いることが、熱可塑性樹脂組成物との接着性を向上させるという観点から好ましい。そのような湿式シリカは、市販されており、たとえば、ローディア社(Rhodia)からZeosil(登録商標)165GR(BET比表面積160m2/g)、Zeosil(登録商標)1115MP(BET比表面積120m2/g)の商品名で入手することができる。
湿式シリカのゴム組成物への配合量は、組成物中の全ゴム成分重量を100重量部としたとき、30〜120重量部であることが、熱可塑性樹脂組成物との接着性、ゴム組成物の押出やカレンダーによる加工性という観点から好ましい。配合量が30重量部未満であると、熱可塑性樹脂組成物との接着性改善効果が薄れるという点で好ましくなく、また120重量部を超えると、混合後のゴム組成物の粘度が著しく高くなり、次工程の押出やカレンダーによるシーティングが困難になる点で好ましくない。
ゴム組成物中の湿式シリカのBET比表面積(m2/g)とゴム成分100重量部に対する湿式シリカの含有量(重量部)の積、すなわちゴム組成物中の湿式シリカの表面積の総和が、下記式(1)を満たすことにより、本発明に用いる熱可塑性樹脂組成物中に存在する極性基(−OH、−CONH−)と、湿式シリカ表面に存在するシラノール基(−SiOH)の相互作用が向上し、実用レベルの接着性が得られる点で好ましい。
BET比表面積(m2/g)×含有量(重量部)≧4000
・・・・(1)
なお、上記式で表されるBET比表面積と湿式シリカ含有量の積は25000未満であることが、ゴム組成物中のシリカ同士の相互作用による分散不良を抑えられるため、より好ましい。
ゴム組成物のゴム成分はジエン系ゴム、たとえば天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエン共重合体ゴム、ブタジエンゴムが好ましい。また、エチレンプロピレン共重合体ゴム、臭素化ブチルゴムなど他のゴム成分を単独でまたは他のゴム成分と混合して用いてもよい。
さらに、ゴム組成物がアルコキシシリル基およびエポキシ基を含むシランカップリング剤を含むことが好ましい。アルコキシシリル基およびエポキシ基を含むシランカップリング剤を、湿式シリカ100重量部に対して1〜15重量部含むことにより、湿式シリカ表面に存在するシラノール基と、シランカップリング剤中のアルコキシシリル基がシラニゼーション反応を起こすため、湿式シリカ表面がエポキシ基処理された表面状態となり、本発明で用いる熱可塑性樹脂組成物との相互作用が向上するという効果がある。アルコキシシリル基およびエポキシ基を含むシランカップリング剤としては、たとえば、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。ゴム組成物中の前記シランカップリング剤の含有量は、湿式シリカ100重量部に対して1〜15重量部が好ましく、より好ましくは1〜10重量部である。含有量が1重量部未満であると、熱可塑性樹脂組成物との接着性改善効果が薄れるという点で好ましくなく、15重量部を超えると、湿式シリカ表面と反応せずにゴム成分マトリクス中に未反応物として残り、熱可塑性樹脂組成物との接着性改善効果が見られないだけでなく、次工程である加硫時の加硫速度低下や、未加硫時の貯蔵安定性の低下を引き起こすという点で好ましくない。なお、湿式シリカを配合する前に予め湿式シリカとシランカップリング剤を混合して処理したのちに処理済のシリカをゴム成分に配合してもよいし、シランカップリング剤をシリカと別にゴム成分中に配合してもよい。
本発明に係るゴム組成物には、前記した成分に加えて、カーボンブラックのような、シリカ以外の他の補強剤(フィラー)、加硫または架橋促進剤、老化防止剤、可塑剤などのタイヤ用、その他のゴム組成物用に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫または架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
積層体を製造する方法としては、熱可塑性樹脂組成物とゴム組成物を共押出する方法、熱可塑性樹脂組成物とゴム組成物をそれぞれ製膜した後、両者を圧延により貼り合せる方法、一方の組成物を製膜した後、その上にもう1つの組成物を押出し圧延する方法などが挙げられるが、熱可塑性樹脂組成物とゴム組成物をそれぞれ製膜した後、両者を圧延により貼り合せる方法が好ましい。
積層体の厚さは、特に限定されないが、空気入りタイヤの気体透過防止層またはインナーライナーとして用いる場合は、好ましくは0.1〜10mmであり、より好ましくは0.3〜1mmである。積層体を構成する熱可塑性樹脂組成物層の厚さは、好ましくは1〜50μmであり、より好ましくは5〜30μmである。積層体を構成するゴム組成物層の厚さは、好ましくは0.1〜10mmであり、より好ましくは0.3〜1mmである。
本発明の積層体を気体透過防止層またはインナーライナーとして用いた空気入りタイヤの製造方法の一例を説明すると、本発明の積層体を、タイヤ成形用ドラム上に、積層体の熱可塑性樹脂組成物層がドラム側に来るように、円筒に貼りつける。その上に未加硫ゴムからなるカーカス層、ベルト層、トレッド層等の通常のタイヤ製造に用いられる部材を順次貼り重ね、ドラムを抜き去ってグリーンタイヤとする。次いで、このグリーンタイヤを常法に従って加熱加硫することにより、所望の空気入りタイヤを製造することができる。
積層体の作成
表1および表2に示す配合において、加硫剤を除く各配合剤を1.7リットルのバンバリーミキサーにて、設定温度70℃にて5分間混練してマスターバッチを得た。次いで8インチのロールで加硫剤を混練し、未加硫ゴム組成物を得た。表3に示す熱可塑性樹脂のシートを用意し、表1および表2に示したゴム組成物および熱可塑性樹脂との組合せで、15cm×15cmに切った各シートを順に積層し、170℃で10分間加硫して積層体を得た。この積層体について以下に述べる繰り返し変形接着評価および積層体をタイヤに用いた場合のタイヤ走行テストを実施した。結果を表1および表2に示す。
繰り返し変形接着性評価
表3に示す各熱可塑性樹脂のペレットを用いて、40mmφ押出機とTダイからなる成形機を用いて、厚さ10μmの単層フィルムを得た。次に、表1および表2に示す配合において、加硫剤を除く各配合剤を1.7リットルのバンバリーミキサーにて、設定温度70℃にて5分間混練してマスターバッチを得た後、次いで8インチロールで加硫剤を混練し、厚さ2mmの未加硫ゴム組成物を得た。上記フィルムと未加硫ゴム組成物との組み合わせで、各シートを順に積層したものを170℃で10分加硫し、幅25mm、長さ100mmの短冊状に切断した後、熱可塑性樹脂組成物フィルムの中央部に幅方向にカット傷を入れたサンプルを作製した。これを上島製作所製デマッチャクラック試験機にて、チャック間60mmでストローク5mmの連続的な引張り歪を10万回繰り返し与えた後、カット傷からのフィルムの剥がれを目視で観察し、以下の基準で評価した。
◎:フィルムの剥がれが全く見られなかったもの
○:カット傷から2mm以下の微小な剥がれが見られるもの、ゴムの材料破壊であるもの
△:カット傷から2mm以上、10mm以下の剥がれが生じ、界面剥離となっているもの
×:カット傷から大きな剥がれが生じ、界面剥離となっているもの
タイヤ走行テスト
表3に示す各熱可塑性樹脂のペレットを用いて、40mmφ押出機とTダイからなる成形機を用いて、厚さ10μmの単層フィルムを得た。次に、表1および表2に示す配合において、加硫剤を除く各配合剤を1.7リットルのバンバリーミキサーにて、設定温度70℃にて5分間混練してマスターバッチを得た後、次いで8インチロールで加硫剤を混練し、厚さ0.5mmの未加硫ゴム組成物を得た。上記フィルムと未加硫ゴム組成物との組み合わせで、各シートを順に積層し、これをタイヤ用インナーライナー(空気透過防止層用材)として用い、加硫工程を経て、スチールラジアルタイヤ(サイズ195/65R15)を作製した。JATMA規格で規定された標準リムにて140kPaの圧力で空気を封入し、外形1700mmのドラム上を用い、38℃の室温にて、荷重300kN、速度80km/hで距離10000kmを走行させ、走行後の空気透過防止層端部の剥がれ有無を確認し、以下の基準で評価した。
◎:まったく剥がれがない場合
○:剥がれが2mm以下である場合
Δ:剥がれが2mm以上、10mm以下である場合
×:剥がれが10mm以上である場合
*2 NIPOL 1502(日本ゼオン株式会社製)
*3 BROMOBUTYL X2(LANXESS Rubber社製)
*4 NIPOL BR 1220(日本ゼオン株式会社製)
*5 エキストラクト 4号S(昭和シェル石油株式会社製)
*6 HTC#G(新日化カーボン株式会社製)
*7 シースト9M(東海カーボン株式会社製)
*8 Zeosil(登録商標) 165GR(ローディア社製)BET比表面積 160m2/g
*9 Zeosil(登録商標) 1115MP(ローディア社製)BET比表面積 120m2/g
*10 (合成品)沈降法により、pH7〜10の条件下、ケイ酸ナトリウムと硫酸を中和反応させることにより合成した。BET比表面積 50m2/g
*11 AEROSIL R974(デグサ社(Degussa)製)BET比表面積 170m2/g
*12 AEROSIL R972(デグサ社製)BET比表面積 110m2/g
*13 酸化亜鉛 3種(正同化学工業株式会社製)
*14 ビーズステアリン酸 YR(日油株式会社製)
*15 SANTOFLEX 6PPD(フレキシス社(FLEXSYS)製)
*16 ソクシノールD−G(住友化学株式会社製)
*17 金華印微粉硫黄150メッシュ(鶴見化学工業株式会社製)
*18 ノクセラーCZ−G(大内新興化学工業株式会社製)
*19 A−187(日本ユニカー株式会社製)
*20 AZ−6137(日本ユニカー株式会社製)
*21 KBE−1003(信越化学工業株式会社製)
本発明で用いる湿式シリカを用いて表1に記載された配合量を配合したゴム組成物を用いてEVOH樹脂との積層体を作成し、接着性、耐久性がいずれも良好な結果を得た。
実施例8〜11
本発明で用いる湿式シリカを用いて表1に記載された配合量を配合したゴム組成物を用いて表1に記載された種類のポリアミド樹脂との積層体を作成し、接着性、耐久性がいずれも良好な結果を得た。
実施例13〜17
本発明で用いる湿式シリカおよびシランカップリング剤を用いて表2に記載された配合量を配合したゴム組成物を用いてEVOH樹脂との積層体を作成し、接着性、耐久性がいずれも良好な結果を得た。
比較例1および2
本発明で用いる湿式シリカの代わりにカーボンブラックを配合したゴム組成物層を用いてEVOH樹脂との積層体を作成したが、接着性、耐久性がいずれも劣る結果となった。
比較例3
本発明で用いる湿式シリカをゴム成分100重量部に対して20重量部配合したゴム組成物層を用いてEVOH樹脂との積層体を作成したが、接着性、耐久性がいずれも劣る結果となった。
比較例4〜6
本発明で用いる湿式シリカとは異なる種類のシリカを配合したゴム組成物を用いてEVOH樹脂との積層体を作成したが、接着性、耐久性がいずれも劣る結果となった。
比較例7
本発明で用いる湿式シリカを用いて表1に記載された配合量を配合したゴム組成物を用いて、ナイロン612(アミド基に対するメチレン基のモル比が8)との積層体を作成したが、接着性、耐久性がいずれも劣る結果となった。
比較例8〜11
本発明で用いる湿式シリカを用いず、表1に記載されたシランカップリングを配合したゴム組成物を用いてEVOH樹脂との積層体を作成したが、接着性、耐久性がいずれも劣る結果となった。
Claims (6)
- 熱可塑性樹脂組成物層とゴム組成物層とを含む積層体であって、前記熱可塑性樹脂組成物層が、エチレン単位の含量が20〜50モル%であるエチレン−ビニルアルコール共重合体、アミド基に対するメチレン基のモル比が5.4未満である脂肪族ポリアミド、およびメタキシレンジアミン−アジピン酸重縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、前記ゴム組成物層が、ゴム成分100重量部に対して、BET比表面積100〜300m2/gである湿式シリカを30〜120重量部含む、積層体。
- 前記湿式シリカのBET比表面積と、前記ゴム成分100重量部に対する前記湿式シリカの含有量とが、下記式(1)に示す関係を満たす、請求の範囲第1項に記載の積層体。
BET比表面積(m2/g)×含有量(重量部)≧4000
・・・・(1) - 前記ゴム成分が、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエン共重合体ゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレン共重合体ゴム、および臭化ブチルゴムからなる群からから選ばれる少なくとも1種である、請求の範囲第1項または第2項に記載の積層体。
- 前記ゴム組成物層は、アルコキシシリル基およびエポキシ基を有するシランカップリング剤を含み、前記ゴム組成物層中の前記シランカップリング剤の含有量は、前記湿式シリカ100重量部に対して1〜15重量部である、請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の積層体。
- 請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の積層体を気体透過防止層として用いた空気入りタイヤ。
- 請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の積層体をインナーライナーとして用いた空気入りタイヤ。
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