JPWO2018221595A1 - ゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

本発明では、発熱性を悪化させることなく、ゴム物性の加硫温度依存性を抑制し、硬度および破断物性を同時に向上し得るゴム組成物を提供するため、イソプレン系ゴムを30〜60質量部およびブタジエンゴムを40〜70質量部含むジエン系ゴム100質量部に対し、窒素吸着比表面積が100〜130m2/gのカーボンブラックを30〜50質量部、37〜60m2/gのカーボンブラックを25〜40質量部、硫黄を純硫黄分として1.5〜2.2質量部、およびスルフェンアミド系加硫促進剤を前記純硫黄分に対して110〜200質量%配合した。

Description

本発明は、ゴム組成物および空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、発熱性を悪化させることなく、ゴム物性の加硫温度依存性を抑制し、硬度および破断物性を同時に向上し得るゴム組成物および空気入りタイヤに関するものである。
空気入りタイヤのビード部からサイド部にかけての外層には、タイヤをホイールにリム組みしたときリムに対して密着するようにリムクッションが設けられている。このリムクッションには、車両の荷重を支え、また操縦安定性を確保するために高いゴム硬度が要求されている。また、リムクッションは、タイヤ内圧保持の関係上、破断物性に優れることも求められる。
一方、近年の環境意識の高まりに伴い、タイヤを低発熱性にすることが望まれている。
従来、ゴム硬度と低発熱性を同時に改善することを目的として、例えば下記特許文献1には、耐リムチェーフィング性、耐リムダメージ性、加工性、低発熱性を高めるべく、イソプレン系ゴム、窒素吸着比表面積65〜200m/gのカーボンブラック、及び硫黄を含み、ゴム成分100質量%中、前記イソプレン系ゴムの配合量が25〜80質量%、ブタジエンゴムの配合量が40質量%以下であり、ゴム成分100質量部に対して、前記カーボンブラックの配合量が40〜80質量部、前記硫黄の配合量が1.0〜2.7質量部であるキャンバスチェーファー用ゴム組成物が開示されている。
また、下記特許文献2には、低発熱性、硬度、耐摩滅性および耐セット性を高めるべく、特定の特性を有するブタジエンゴムに対し、窒素吸着比表面積が35m/g以上50m/g未満のカーボンブラック(1)および窒素吸着比表面積が50m/g以上95m/g以下のカーボンブラック(2)を特定量配合してなるゴム組成物が開示されている。
しかし、ゴム物性は加硫温度依存性を有することが知られており、加硫温度を高くすると硬度が低下してしまうという問題点がある。したがって、硬度と低発熱性を同時に高めるには、加硫温度を下げざるを得ず、ゴム組成物の製造に大きな制約があった。
特許第6068987号公報 特開2014−31425号公報
したがって本発明の目的は、発熱性を悪化させることなく、ゴム物性の加硫温度依存性を抑制し、硬度および破断物性を同時に向上し得るゴム組成物および空気入りタイヤを提供することにある。
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するジエン系ゴムに対し、特定の窒素吸着比表面積(NSA)を有する2種類のカーボンブラック、硫黄およびスルフェンアミド系加硫促進剤を特定量で配合することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下のとおりである。
1.イソプレン系ゴムを30〜60質量部およびブタジエンゴムを40〜70質量部含むジエン系ゴム100質量部に対し、
窒素吸着比表面積が100〜130m/gのカーボンブラック(1)を30〜50質量部、窒素吸着比表面積が37〜60m/gのカーボンブラック(2)を25〜40質量部、硫黄を純硫黄分として1.5〜2.2質量部、およびスルフェンアミド系加硫促進剤を前記純硫黄分に対して110〜200質量%含むことを特徴とするゴム組成物。
2.前記ゴム組成物を170℃で10分間加硫したときの硬度Hs(170)が68〜72であり、前記ゴム組成物を180℃で10分間加硫したときの硬度Hs(180)が67〜71であり、かつ前記Hs(170)と前記Hs(180)の差が3以下であることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
3.前記ジエン系ゴム全体を100質量部としたとき、イソプレン系ゴムを40〜60質量部およびブタジエンゴムを40〜60質量部配合してなることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
4.前記カーボンブラック(1)の窒素吸着比表面積が、115〜125m/gであることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
5.前記カーボンブラック(2)の窒素吸着比表面積が、40〜49m/gであることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
6.前記スルフェンアミド系加硫促進剤が、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドまたはN,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドであることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
7.タイヤリムクッション用であることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
8.前記7に記載のゴム組成物をリムクッションに用いた空気入りタイヤ。
本発明によれば、特定の組成を有するジエン系ゴムに対し、特定の窒素吸着比表面積(NSA)を有する2種類のカーボンブラック、硫黄およびスルフェンアミド系加硫促進剤を特定量で配合したので、発熱性を悪化させることなく、ゴム物性の加硫温度依存性を抑制し、硬度および破断物性を同時に向上し得るゴム組成物および空気入りタイヤを提供することができる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(ジエン系ゴム)
本発明で使用されるジエン系ゴムは、イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴム(BR)を必須成分とする。イソプレン系ゴムとしては、各種天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム、各種合成ポリイソプレンゴム(IR)等を挙げることができる。
本発明において、ジエン系ゴム全体を100質量部としたとき、イソプレン系ゴムを30〜60質量部およびブタジエンゴムを40〜70質量部含むことが必要である。イソプレン系ゴムが30質量部未満であると、破断伸び、および発熱性が悪化し、逆に60質量部を超えると、ゴム物性の加硫温度依存性が悪化する。
本発明において、ジエン系ゴム全体を100質量部としたとき、イソプレン系ゴムは、40〜60質量部配合するのが好ましく、ブタジエンゴムは40〜60質量部配合するのが好ましい。
(カーボンブラックCB)
本発明のゴム組成物は、その効果を発現するために、窒素吸着比表面積(NSA)が100〜130m/gのカーボンブラック(1)と、窒素吸着比表面積(NSA)が37〜60m/gのカーボンブラック(2)とを併用する必要がある。
カーボンブラック(1)の窒素吸着比表面積(NSA)は、本発明の効果が向上するという観点から、115〜125m/gであることがさらに好ましい。
また、カーボンブラック(2)の窒素吸着比表面積(NSA)は、本発明の効果が向上するという観点から、40〜49m/gであることがさらに好ましい。
なお、窒素吸着比表面積(NSA)はJIS K6217−2に準拠して求めた値である。
(スルフェンアミド系加硫促進剤)
本発明で使用されるスルフェンアミド系加硫促進剤は、市販の公知化合物であればよく、具体例としてはN−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド等が挙げられる。N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドは、大内新興化学工業(株)から商品名ノクセラーCZ−Gとして、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドは、大内新興化学工業(株)から商品名ノクセラーNS−Pとして入手可能である。
(ゴム組成物の配合割合)
本発明のゴム組成物は、前記ジエン系ゴム100質量部に対し、窒素吸着比表面積が100〜130m/gのカーボンブラック(1)を30〜50質量部、窒素吸着比表面積が37〜60m/gのカーボンブラック(2)を25〜40質量部、硫黄を純硫黄分として1.5〜2.2質量部、およびスルフェンアミド系加硫促進剤を前記純硫黄分に対して110〜200質量%含むことを特徴とする。
カーボンブラック(1)の配合量が30質量部未満であると、硬度が低下する。逆に50質量部を超えると発熱性および破断物性が悪化する。
カーボンブラック(2)の配合量が25質量部未満であると、発熱性および破断物性が悪化する。逆に40質量部を超えると硬度が低下する。
純硫黄分の配合量が1.5質量部未満であると、発熱性が悪化する。逆に2.2質量部を超えると破断物性が悪化する。
スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が純硫黄分に対して110質量%未満であると、発熱性が悪化する。逆に200質量%を超えると破断物性が悪化する。
さらに好ましい前記カーボンブラック(1)の配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、30〜45質量部である。
さらに好ましい前記カーボンブラック(2)の配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、25〜35質量部である。
さらに好ましい硫黄の配合量は純硫黄分として1.7〜2.2質量部である。
さらに好ましいスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量は、純硫黄分に対して120〜150質量%である。
本発明のゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物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、加硫又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も、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。
本発明のゴム組成物は、ゴム物性の加硫温度依存性を抑制することができる。
例えば、ゴム組成物を170℃で10分間加硫したときの硬度Hs(170)は68〜72であり、ゴム組成物を180℃で10分間加硫したときの硬度Hs(180)は67〜71であることができ、かつ前記Hs(170)と前記Hs(180)の差が3以下であることができ、ゴム物性の加硫温度依存性が顕著に抑制される。なお、本発明でいう硬度Hsは、JIS K6253に準拠し、20℃で測定される。
また、本発明のゴム組成物に対しては、広い範囲の加硫条件を採用することができ、例えば温度140〜190℃、加硫時間5分〜60分等の加硫条件を採用することができる。
また本発明のゴム組成物は、硬度、発熱性および破断物性を同時に向上し得ることから、タイヤ用途、とくにタイヤリムクッション用ゴム組成物として使用するのが好ましい。また本発明のゴム組成物は、従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造することができる。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
実施例1〜9および比較例1〜13
表1および2に示す配合(質量部)において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーで5分間混練した後、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で170℃、10分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。
硬度Hs:JIS K6253に準拠して20℃にて測定した。なお、前記ゴム組成物を170℃で10分間加硫したときの硬度Hs(170)と、前記ゴム組成物を180℃で10分間加硫したときの硬度Hs(180)とを測定した。また、前記Hs(170)と前記Hs(180)の差を求めた。
破断伸び:JIS K 6251に従い、室温で試験した。結果は比較例2の値を100として指数表示した。この値が高いほど、破断伸びに優れることを示す。
tanδ(60℃):(株)東洋精機製作所製、粘弾性スペクトロメーターを用い、初期歪10%、振幅±2%、周波数20Hz、温度60℃の条件で、tanδ(60℃)を測定した。結果は、比較例2の値を100として指数表示した。指数が小さいほど低発熱性であることを示す。
タイヤ転がり抵抗性(RRC):JIS D4324:2009、乗用車用条件に従って80km/hで試験した。結果は、比較例2の値を100として指数で示した。指数が小さいほど、低転がり抵抗性であることを示す。
結果を表1および2に併せて示す。
Figure 2018221595
Figure 2018221595
NR:STR20
BR1:日本ゼオン(株)製NIPOL BR 1220
BR2:宇部興産(株)製UBEPOL BR130B
BR3:宇部興産(株)製UBEPOL BR360L
CB1:キャボットジャパン社製ショウブラックN234、窒素吸着比表面積(NSA)=123m/g
CB2:キャボットジャパン社製ショウブラックN330T、窒素吸着比表面積(NSA)=71m/g
CB3:キャボットジャパン社製ショウブラックN339、窒素吸着比表面積(NSA)=88m/g
CB4:キャボットジャパン社製ショウブラックN550、窒素吸着比表面積(NSA)=42m/g
CB5:キャボットコーポレーション社製 STERLING−V、窒素吸着比表面積(NSA)=35m/g
オイル:昭和シェル石油(株)製エキストラクト4号S
老化防止剤1:LANXESS社製VULKANOX 4020
老化防止剤2:LANXESS社製VULKANOX HS/LG
ワックス:日本精蝋(株)製OZOACE−0015A
ステアリン酸:日新理化(株)製ステアリン酸50S
酸化華:正同化学工業(株)製酸化亜鉛3種
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製ノクセラーNS−P
加硫促進剤2:大内新興化学工業(株)製ノクセラーCZ−G
不溶性硫黄:FLEXSYS社製クリステックスHS OT 20(純硫黄分80質量%)
上記の表1から明らかなように、実施例1〜9で調製されたゴム組成物は、特定の組成を有するジエン系ゴムに対し、特定の窒素吸着比表面積(NSA)を有する2種類のカーボンブラック、硫黄およびスルフェンアミド系加硫促進剤を特定量で配合したので、比較例2の組成物に比べ、発熱性を悪化させることなく、ゴム物性の加硫温度依存性が抑制され、硬度および破断物性が同時に向上していることが分かる。
これに対し、比較例1は、カーボンブラック(2)を配合せず、純硫黄分の配合量が本発明で規定する上限を超え、またスルフェンアミド系加硫促進剤の前記純硫黄分に対しての配合量が本発明で規定する下限未満であるので、ゴム物性の温度依存性、発熱性、転がり抵抗性が悪化した。
比較例2は、カーボンブラック(1)を配合せず、純硫黄分の配合量が本発明で規定する上限を超え、またスルフェンアミド系加硫促進剤の前記純硫黄分に対しての配合量が本発明で規定する下限未満であるので、ゴム物性の温度依存性が悪化し、また発熱性および破断物性共に、実施例ほどの向上が確認されなかった。
比較例3は、イソプレン系ゴムの配合量が本発明で規定する上限を超えているので、ゴム物性の温度依存性が悪化した。
比較例4は、カーボンブラック(1)の配合量が本発明で規定する下限未満であり、かつカーボンブラック(2)の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、硬度が低下した。
比較例5は、カーボンブラック(1)の配合量が本発明で規定する上限を超え、かつカーボンブラック(2)の配合量が本発明で規定する下限未満であるので、破断物性および発熱性が悪化した。
比較例6および7は、カーボンブラック(1)を配合していないので、ゴム物性の温度依存性が悪化した。
比較例8は、純硫黄分の配合量が本発明で規定する下限未満であるので、発熱性が悪化した。
比較例9は、純硫黄分の配合量が本発明で規定する上限を超え、またスルフェンアミド系加硫促進剤の前記純硫黄分に対しての配合量が本発明で規定する下限未満であるので、破断物性が悪化した。
比較例10は、スルフェンアミド系加硫促進剤の前記純硫黄分に対しての配合量が本発明で規定する下限未満であるので、発熱性が悪化した。
比較例11は、スルフェンアミド系加硫促進剤の前記純硫黄分に対しての配合量が本発明で規定する上限を超えているので、破断物性が悪化した。
比較例12および13は、カーボンブラック(2)の窒素吸着比表面積(NSA)が本発明で規定する下限未満であるので、硬度Hs(180)が低下した。

Claims (8)

  1. イソプレン系ゴムを30〜60質量部およびブタジエンゴムを40〜70質量部含むジエン系ゴム100質量部に対し、
    窒素吸着比表面積が100〜130m/gのカーボンブラック(1)を30〜50質量部、窒素吸着比表面積が37〜60m/gのカーボンブラック(2)を25〜40質量部、硫黄を純硫黄分として1.5〜2.2質量部、およびスルフェンアミド系加硫促進剤を前記純硫黄分に対して110〜200質量%含むことを特徴とするゴム組成物。
  2. 前記ゴム組成物を170℃で10分間加硫したときの硬度Hs(170)が68〜72であり、前記ゴム組成物を180℃で10分間加硫したときの硬度Hs(180)が67〜71であり、かつ前記Hs(170)と前記Hs(180)の差が3以下であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  3. 前記ジエン系ゴム全体を100質量部としたとき、イソプレン系ゴムを40〜60質量部およびブタジエンゴムを40〜60質量部配合してなることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  4. 前記カーボンブラック(1)の窒素吸着比表面積が、115〜125m/gであることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  5. 前記カーボンブラック(2)の窒素吸着比表面積が、40〜49m/gであることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  6. 前記スルフェンアミド系加硫促進剤が、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドまたはN,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドであることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  7. タイヤリムクッション用であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  8. 請求項7に記載のゴム組成物をリムクッションに用いた空気入りタイヤ。
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