JP2005248020A - ベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】低燃費性、耐摩耗性および摩耗外観を改善させたベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分１００重量部に対して、シリカ含有カーボンブラックを１５〜４５重量部およびシリカを０〜１５重量部含有し、シリカ含有カーボンブラックおよびシリカの合計量が３０〜４５重量部であるベーストレッド用ゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、低燃費性、耐摩耗性および摩耗外観を改善させたベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関する。

近年、タイヤへの低燃費化およびロングライフ化が強く要求されており、一般的な改善手法として、トレッドをキャップトレッド／ベーストレッドの２層構造にして、ベーストレッドに低発熱性のゴムを使用する方法が一般的に用いられている。しかし、通常、低発熱性のゴムは補強性が低く、摩耗末期に露出すると摩耗性の低下、摩耗外観不良（チッピング）あるいは溝底のクラックなどが発生してしまうため、摩耗しても表面に露出してこない程度の量しかゴムを使えず、ゴム組成物の低発熱性は充分ではなかった。そのため、タイヤのロングライフ化に適応していくためには、低発熱性であり、かつ高補強性を示すゴム組成物を開発し、ベースボリュームを増量した構造による低発熱性のタイヤを採用することが急務となっている。

従来のベーストレッド用ゴム組成物としては、低発熱化を図るため粒子径の大きなカーボンあるいはシリカを使用している。しかし更なる低発熱化、低燃費化を図るためにベーストレッドのボリュームを摩耗末期に露出するレベルまで増やすことを考えると耐久性が低く困難であった。とくに過酷度の高い重荷重用のタイヤへ採用することは、非常に困難であった。

特許文献１には、シリカとカーボンの特徴を併せもつ材料である、シリカを含有するカーボンブラックが開示されており、また、特許文献２には、該材料をタイヤトレッドに配合、とくに高過酷度条件で使用されるトラック、バスのタイヤ用としてある一定量配合するとこの性能の両立を達成できる発明も開示されている。しかし、これらの用途よりも著しい低燃費化が要求されるベーストレッドとしては、検討されていないという問題点があった。

国際公開第９６／３７５４７号パンフレット 特開２０００−１９８８８３号公報

本発明は、低燃費性、耐摩耗性および摩耗外観を改善させたベーストレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分１００重量部に対して、シリカ含有カーボンブラックを１５〜４５重量部およびシリカを０〜１５重量部含有し、シリカ含有カーボンブラックおよびシリカの合計量が３０〜４５重量部であるベーストレッド用ゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物は、前記シリカ含有カーボンブラックおよびシリカの合計量１００重量部に対して、シランカップリング剤を４〜８重量部含有することが好ましい。

また、本発明は、ベーストレッド用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、シリカを含有するカーボンブラックおよびシリカを特定量ベーストレッド用ゴム組成物に用いることにより、得られたタイヤの低燃費性、耐摩耗性および摩耗外観を改善させることができる。

本発明のベーストレッド用ゴム組成物は、ゴム成分、シリカを含有するカーボンブラック（シリカ含有カーボンブラック）およびシリカからなる。

ゴム成分としては、発熱を抑制する点から、天然ゴムおよびまたはポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴムを主に用いることが望ましい。

本発明に使用されるシリカを含有するカーボンブラック（シリカ含有カーボンブラック）とは、カーボンブラックとシリカとが１つの粒子内で３次元的に混ざり合っており、シリカおよびカーボンブラックがいずれも粒子表面に露出しているものである。シリカ含有カーボンブラックは前記構造を有するため、表面に存在する官能基の数が少なく、ポリマーとの化学結合能が低いカーボンブラックの部分と、表面に存在する官能基の数は多く、結合剤を介することによってポリマーと結合してヒステリシスロスを低減させることができるシリカの部分とを１つの粒子内に有する。カーボンブラックにシリカを含有させ、ポリマーとの化学結合能を増加させたシリカ含有カーボンブラックを用いることによって、ベーストレッドにおける著しい低燃費化と耐摩耗性のバランスの向上をはかることができる。

シリカ含有カーボンブラックでは、カーボン部とシリカ部とはともに粒子の表面に露出した部分を有しており、シリカ表面処理カーボンブラックのようにカーボンブラック部分のほとんどがシリカに覆われてしまうことがない。そのため、カーボンブラックを用いることによる特徴である、過酷な条件下での露出時のベーストレッドの耐摩耗性、耐カット性が充分によくなる。また、シリカを含有するためシリカ含有カーボンブラックの表面活性点は通常のカーボンブラックよりも多くなり、バウンドラバーも多くなり、ベーストレッドにおける低燃費性の向上をはかることができる。

シリカ含有カーボンブラックの製法にはとくに限定はないが、有機シロキサンを原料油と同時に反応させ、一段階で製造する方法が好ましい。前記好ましい製造方法については、たとえばＷＯ９６／３７５４７に詳しく開示されている。

シリカ含有カーボンブラックにおいて、カーボンブラックに対するシリカの重量割合は、０．１〜２５重量％であることが好ましい。重量割合の下限としては、０．５重量％であることがより好ましく、２重量％であることがさらに好ましい。また、重量割合の上限としては、１０重量％であることが好ましく、６重量％であることがより好ましい。重量割合が０．１重量％未満では、低燃費化が不充分な傾向があり、２５重量％をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４５重量部である。含有量の下限としては、３０重量部であることが好ましい。含有量が１５重量部未満では、耐摩耗性の改善が不充分であり、４５重量部をこえると、転がり抵抗と摩耗外観の改善が不充分である。

シリカ含有カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は７０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡの下限としては、１００ｍ²／ｇであることがより好ましく、上限としては、２５０ｍ²／ｇであることがより好ましい。Ｎ₂ＳＡが７０ｍ²／ｇ未満では、補強性が低下する傾向があり、３００ｍ²／ｇをこえると、発熱が高くなり燃費が低下する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックのＤＢＰ吸着量は、７０〜２００ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。ＤＢＰ吸着量の下限としては、９０ｍｌ／１００ｇであることがより好ましく、上限としては、１５０ｍｌ／１００ｇであることがより好ましい。ＤＢＰ吸着量が７０ｍｌ／１００ｇ未満では、補強性が低下し、耐摩耗性が低下する傾向があり、２００ｍｌ／１００ｇをこえると、破断時伸びが低下し、加工性が低下する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックのヨウ素吸着表面積は、７０〜２５０ｍｇ／ｇであることが好ましい。ヨウ素吸着表面積の下限としては１００ｍｇ／ｇであることがより好ましく、上限としては、２００ｍｇ／ｇであることがより好ましい。ヨウ素吸着表面積が７０ｍｇ／ｇ未満では、補強性が低く、耐摩耗性に劣る傾向があり、２５０ｍｇ／ｇをこえると、高発熱になり、燃費が低下する傾向がある。

本発明のベーストレッド用ゴム組成物には、シリカ含有カーボンブラック以外にも、一般に補強剤として用いられるシリカを含有させることもできる。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜３０重量部であることが好ましい。含有量の下限としては、１５重量部であることがより好ましく、上限としては、３０重量部であることがより好ましい。含有量が３０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックおよびシリカの合計量は、ゴム成分１００重量部に対して３０〜４５重量部である。合計量が３０重量部未満では、耐摩耗性が劣り、４５重量部をこえると、低発熱性が充分ではなく好ましくない。

本発明のベーストレッド用ゴム組成物には、シランカップリング剤をシリカ含有カーボンブラックと併用することが好ましい。シランカップリング剤としては、Ｓｉ６９（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）、Ｓｉ２６６（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）などがあげられるが、加工性が良好という理由から、なかでもＳｉ２６６を用いることが好ましい。

シランカップリング剤の配合量は、シリカ含有カーボンブラックおよびシリカ合計１００重量部に対して、４〜８重量部であることが好ましい。配合量の下限としては、６重量部であることが好ましい。配合量が４重量部未満では、補強性、低燃費性が充分でない傾向があり、８重量部をこえると、性能改善が認められずコストアップしてしまう傾向がある。

本発明のベーストレッド用ゴム組成物には、一般に用いられるプロセスオイルなどの軟化剤を配合することが好ましい。

本発明のゴム組成物には、前記以外にもゴム工業で通常使用されているカーボンブラックなどの補強剤、各種老化防止剤、ワックス、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などの添加剤を配合することができる。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のゴム組成物をベーストレッドに用いて製造される。

キャップトレッドの容積に対するベーストレッドの容積比は、３０／７０〜７０／３０であることが好ましい。ベース容積が３０／７０未満では、発熱性の抑制効果および転がり抵抗の低減効果が不充分であり、７０／３０をこえると、タイヤとして耐摩耗性や運動性の低下が著しくなる。

以下、実施例において本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

ＮＲ：ＲＳＳ♯３
カーボンブラック１：東海カーボン（株）製のシーストＮ（Ｎ３５１）（８０ｍ²／ｇ）
カーボンブラック２：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（Ｎ２２０）（Ｎ₂ＳＡ：１１８ｍ²／ｇ）
カーボンブラック３：東海カーボン（株）製のシーストＳＯ（ＦＥＦ）（４４ｍ²／ｇ）
シリカ：デグサ社製のウルトラシルＶＮ３
シリカ含有カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のＣＲＸ２０００（Ｎ２３４カーボンブラック中にシリカ４．７重量％含有、Ｎ₂ＳＡ：１５４．３ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量：１１３ｍｌ／１００ｇ、ヨウ素吸着表面積：１２２ｇ／ｋｇ）
プロセスオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ４０
シランカップリング剤：デグサ社製のＳｉ２６６（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
老化防止剤：精工化学（株）製のオゾノン６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の銀嶺Ｒ
硫黄：鶴見化学工業（株）製の硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）

実施例１〜１２および比較例１〜８
硫黄および加硫促進剤を除く表１に示す配合内容、ならびにゴム成分１００重量部に対して、老化防止剤２重量部、ワックス２重量部、ステアリン酸２重量部、酸化亜鉛５重量部をバンバリーにおいて、約１５０℃で５分混練りする。その後、得られたゴム組成物に硫黄を１．８重量部および加硫促進剤を１．５重量部加えて、２軸オープンロールにて約８０℃で５分間練り込んだ。

得られたベーストレッド用ゴム組成物を用いて成形し１７５℃１０分２０ｋｇｆの条件にて加硫を行い、１９５／６５Ｒ１５の乗用車用タイヤを製造した。

キャップトレッドには一般的な乗用車用トレッドゴムを採用して評価を実施した。

試験方法
（１）硬度（ＪＩＳ−Ａ）
新品のベーストレッド硬度を２５℃でＪＩＳ−Ａ硬度計で測定した。

（２）損失正接（粘弾性試験）
調製した新品タイヤのベーストレッドゴム組成物から試験片を作製し、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータで周波数１０Ｈｚ、動歪１．０％の条件下で６０℃の損失正接（ｔａｎ−δ）の測定を行なった。数値が小さいほどｔａｎδが低く、低発熱性が良好であり、同時に転がり抵抗性能も良好であることを示している。

（３）耐摩耗性試験
調製した新品タイヤのベーストレッドゴム組成物から試験片を作製し（株）岩本製作所製のランボーン摩耗試験機を用い、表面回転速度５０ｍ／ｍｉｎ、負荷加重５．０ｋｇ、かつ落砂量１５ｇ／ｍｉｎでスリップ率５０％にて試験片の摩耗を測定した。比較例１を１００として測定値を指数表示した。摩耗指数が大きいほど、耐摩耗性に優れる。

（４）破断時伸び試験（引張試験）
調製した新品タイヤのベーストレッド組成物からＪＩＳ−Ｋ６２５１に準じて３号ダンベルを用いて引張り試験を実施し、破断時伸びＥＢ（％）を測定した。比較例１を１００として指数で表した。数値が大きいほど、破断時伸びに優れ、特に摩耗外観性に優れる。

（５）転がり抵抗
速度８０ｋｍ／ｈ、空気圧２２０Ｋｐａ、荷重５ｋＮで転がり抵抗を測定した。
比較例１を１００として測定値を指数表示した。指数が小さいほど、転がり抵抗が低く低燃費性に優れる。

（６）ベーストレッド摩耗外観
２５００ＣＣのＦＲ車に装着し、５万ｋｍ走行してベーストレッドを露出させて摩耗外観（チッピングレベル）を比較した。ベーストレッド表面の１００ｃｍ²あたりの長さ１ｍｍ以上の外傷の数を数えた。１０個以下であればキャップトレッドおよびそれと同等の外観で問題ないと判断される。

表１に結果を示す。

比較例５〜６と実施例２〜５との比較より、シリカ含有カーボンとシリカのブレンド系でシリカ含有カーボンは１５重量部以上４５重量部以下が含まれることが望ましい。

比較例７〜８と実施例６〜８との比較より、シリカ含有カーボンとシリカのブレンド系でシリカ含有カーボンは１５重量部以上４５重量部以下が含まれることが望ましい。

実施例２、９〜１２の比較より、シランカップリング剤の配合量としては、シリカとシリカ含有カーボンの総量の６〜８％が望ましいことが分かる。

Claims (3)

1. ゴム成分１００重量部に対して、シリカ含有カーボンブラックを１５〜４５重量部含有し、シリカ含有カーボンブラックおよびシリカの合計量が３０〜４５重量部であるベーストレッド用ゴム組成物。
2. 前記シリカ含有カーボンブラックおよびシリカの合計量１００重量部に対して、シランカップリング剤を４〜８重量部含有する請求項１記載のベーストレッド用ゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のベーストレッド用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。