JP2022146475A - タイヤ用ゴム組成物およびタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤリサイクルのために再生カーボンブラック（再生ＣＢ）をゴム組成物に配合すると、タイヤの強度や発熱性等が大幅に低下するという問題点がある。【解決手段】ジエン系ゴム、カーボンブラック（ＣＢ）および再生ＣＢを含み、ＣＢのＮ２ＳＡが３０～９０ｍ２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７０～１４０ｍｌ／１００ｇであり、再生ＣＢのＮ２ＳＡが６５～９５ｍ２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７５～１０５ｍｌ／１００ｇであり、ＣＢおよび再生ＣＢの合計のカーボンブラック総量が、ジエン系ゴム１００質量部に対して３０～１３０質量部であり、カーボンブラック総量のうち、再生ＣＢの割合が３～３０質量％であるタイヤ用ゴム組成物によって上記課題を解決した。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物およびタイヤに関するものであり、詳しくはカーボンブラック総量の一部を再生カーボンブラックに置換しても、破断強度を維持しつつ、低発熱性を達成し得るタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関するものである。

近年、資源の保全や環境保護が注目される中、タイヤにおいてもリサイクル率の向上が求められている。そこで廃タイヤなど使用済みのゴム製品を熱分解して得られる再生カーボンブラックの使用が検討されている（例えば下記特許文献１参照）。
しかし再生カーボンブラックにはタイヤの原材料である補強材、タイヤコード等由来の不純物が含まれているため、タイヤの強度や発熱性等が大幅に低下するという問題点がある。

特許６５５３９５９号公報

したがって本発明の目的は、カーボンブラック総量の一部を再生カーボンブラックに置換しても、破断強度を維持しつつ、低発熱性を達成し得るタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、少なくともジエン系ゴム、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックを含むタイヤ用ゴム組成物において、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡおよびＤＢＰ吸油量を特定の範囲に定め、かつ再生カーボンブラックの配合量を適切な範囲に定めることにより、上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、少なくともジエン系ゴム、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックを含むタイヤ用ゴム組成物であって、
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが３０～９０ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７０～１４０ｍｌ／１００ｇであり、
前記再生カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが６５～９５ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７５～１０５ｍｌ／１００ｇであり、
前記カーボンブラックおよび前記再生カーボンブラックの合計のカーボンブラック総量（但し前記再生カーボンブラックに含まれる灰分を除く）が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して３０～１３０質量部であり、
前記カーボンブラック総量のうち、前記再生カーボンブラックの割合（但し前記再生カーボンブラックに含まれる灰分を除く）が、３～３０質量％である
ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物を提供するものである。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、少なくともジエン系ゴム、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックを含むタイヤ用ゴム組成物において、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡおよびＤＢＰ吸油量を特定の範囲に定め、かつ再生カーボンブラックの配合量を適切な範囲に定めているので、カーボンブラック総量の一部を再生カーボンブラックに置換しても、破断強度を維持しつつ、低発熱性を達成し得るタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた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、とくに制限されないが、例えば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン－ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル－ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、エチレン－プロピレン－ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
なお、本発明の前記効果が向上するという観点から、本発明で使用されるジエン系ゴム全体を１００質量部としたときに、ＮＲの配合量が３０質量部以上、好ましくは３０～５０質量部であるのがよい。

（カーボンブラック）
本発明で使用するカーボンブラック（ＣＢ）は、窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが３０～９０ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７０～１４０ｍｌ／１００ｇである。
ＣＢのＮ_２ＳＡが３０ｍ^２／ｇ未満であると破断強度が低下し、９０ｍ^２／ｇを超えると低発熱性が得られない。
ＣＢのＤＢＰ吸油量が７０ｍｌ／１００ｇ未満であると破断強度が低下し、１４０ｍｌ／１００ｇを超えると低発熱性が悪化する。
本発明において、ＣＢのＮ_２ＳＡは３０～７０ｍ^２／ｇが好ましく、ＤＢＰ吸油量は８０～１２０ｍｌ／１００ｇが好ましい。

（再生カーボンブラック）
本発明で使用する再生カーボンブラック（再生ＣＢ）は、例えば廃タイヤの熱分解を経て生成される再生ＣＢであることができる。廃タイヤの熱分解は公知の方法にしたがって行うことができる。例えば、６５０℃以上の温度の熱分解法が挙げられる。
本発明で使用する再生ＣＢは、窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが６５～９５ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７５～１０５ｍｌ／１００ｇである。再生ＣＢのＮ_２ＳＡおよびＤＢＰ吸油が前記範囲を外れると、本発明の効果を奏することができない。
なお、本発明における再生ＣＢは市販されているものを利用することができ、例えばＥｎｒｅｓｔｅｃ社製商品名ＰＢ３６５が挙げられる。ＰＢ３６５は、廃タイヤの熱分解を経て生成される再生ＣＢであり、Ｎ_２ＳＡが７６ｍ^２／ｇであり、ＤＢＰ吸油量が８８ｍｌ／１００ｇである。また、ＰＢ３６５は灰分を１７質量％程度含んでいる。前記灰分に含まれる代表的な元素組成は、以下の通りである。

なお本発明において、Ｎ_２ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ６２１７－２に準拠し、ＤＢＰ吸油量はＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠し、灰分は、公知のＩＣＰ法により測定される。

（ゴム組成物の配合割合）
本発明のゴム組成物は、少なくとも前記ジエン系ゴム、前記ＣＢおよび前記再生ＣＢを含み、前記ＣＢおよび前記再生ＣＢの合計のカーボンブラック総量（但し前記再生ＣＢに含まれる灰分を除く）が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して３０～１３０質量部（好ましくは６０～１００質量部）であり、前記カーボンブラック総量のうち、前記再生ＣＢの割合（但し前記再生ＣＢに含まれる灰分を除く）が、３～３０質量％（好ましくは５～１５質量％）であることを特徴とする。
前記カーボンブラック総量が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対し３０質量部未満であると、破断強度が低下し、逆に１３０質量部を超えると低発熱性が悪化する。
前記カーボンブラック総量のうち、前記再生ＣＢの割合が３質量％未満であると、低発熱性が悪化し、逆に３０質量％を超えると破断強度が悪化する。

（その他成分）
本発明におけるゴム組成物には、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；シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウムのような各種充填剤；老化防止剤；可塑剤；樹脂；硬化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、カーボンブラック総量の一部を再生カーボンブラックに置換しても、破断強度を維持しつつ、低発熱性を達成し得ることから、タイヤのケーシング部材（アンダートレッド、サイドトレッド、リムクッション等）に好適に用いられ得る。また本発明のタイヤは、空気入りタイヤであることが好ましく、空気、窒素等の不活性ガス及びその他の気体を充填することができる。

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。

標準例１～２、実施例１～６および比較例１～８
サンプルの調製
表２に示す配合（質量部）において、加硫系（加硫促進剤、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、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物を同バンバリーミキサーに再度入れ、加硫系を加えて混練し、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１５０℃で３０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。

破断強度（ＴＢ）：ＪＩＳ Ｋ ６２５１に従い、室温で試験した。結果は標準例１または２の値を１００として指数表示した。指数が大きいほど、破断強度に優れることを示す。
ｔａｎδ（６０℃）：ＪＩＳ Ｋ６３９４：２００７に準じて、粘弾性スペクトロメーター（東洋精機製作所製）を用い、伸張変形歪率１０±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃の条件で、ｔａｎδ（６０℃）を測定した。結果は、標準例１または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。
なお、比較例１～４および実施例１～３は標準例１と比較され、比較例５～８および実施例４～６は標準例２と比較される。

結果を表２に示す。

＊１：ＮＲ（PT.KIRANA SAPTA製SIR20）
＊２：ＳＢＲ（ＺＳエラストマー株式会社製 Nipol 1502）
＊３：ＢＲ（ＺＳエラストマー株式会社製 Nipol BR1220）
＊４：ＧＰＦカーボンブラック１（日鉄カーボン株式会社製ニテロン＃ＧＮ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝３２ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝８２ｍｌ／１００ｇ）
＊５：ＦＥＦカーボンブラック２（日鉄カーボン株式会社製ニテロン＃１０Ｎ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝４０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１２０ｍｌ／１００ｇ）
＊６：ＳＡＦカーボンブラック３（東海カーボン株式会社製シースト９Ｍ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝１５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝１１３ｍｌ／１００ｇ）
＊７：ＳＲＦカーボンブラック４（東海カーボン株式会社製シーストＧ－ＦＹ、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝２７ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝６５ｍｌ／１００ｇ）
＊８：再生カーボンブラック（Ｅｎｒｅｓｔｅｃ社製商品名ＰＢ３６５、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）＝７６ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量＝８８ｍｌ／１００ｇ）
＊９：酸化亜鉛（正同化学工業株式会社製酸化亜鉛３種）
＊１０：ステアリン酸（日油株式会社製ビーズステアリン酸ＹＲ）
＊１１：老化防止剤（EASTMAN社製６ＰＰＤ）
＊１２：オイル（昭和シェル石油株式会社製エキストラクト４号Ｓ）
＊１３：硫黄（四国化成工業株式会社製ミュークロンＯＴ－２０）
＊１４：加硫促進剤ＴＢＢＳ（三新化学工業株式会社製サンセラーＮＳ－Ｇ）

表２の結果から、実施例１～６のゴム組成物は、少なくともジエン系ゴム、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックを含むタイヤ用ゴム組成物において、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡおよびＤＢＰ吸油量を特定の範囲に定め、かつ再生カーボンブラックの配合量を適切な範囲に定めているので、標準例１または２のゴム組成物に比べ、カーボンブラック総量の一部を再生カーボンブラックに置換しても、破断強度を維持しつつ、低発熱性を達成し得ることが分かる。
一方、比較例１、５は、カーボンブラック総量のうち、再生カーボンブラックの割合（但し前記再生カーボンブラックに含まれる灰分を除く）が約３７．２質量％であるので（ＰＢ３６５の配合量２５質量部のうち、灰分が１７質量％であるので、カーボンブラック総量は、ＣＢ３５質量部＋（再生ＣＢ２５質量部－再生ＣＢ灰分４．２５質量部）＝５５．７５質量部であり、再生ＣＢの割合は、２０．７５質量部／５５．７５質量部 × １００＝３７．２質量％となる）、破断強度が悪化した。
比較例２、６は、配合したカーボンブラックの全てが再生カーボンブラックであるので、破断強度が悪化した。
比較例３、７は、配合したカーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが本発明で規定する上限を超えているので、発熱性が悪化した。
比較例４、８は、配合したカーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが本発明で規定する下限未満であるので、破断強度が悪化した。

Claims (3)

1. 少なくともジエン系ゴム、カーボンブラックおよび再生カーボンブラックを含むタイヤ用ゴム組成物であって、
   前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが３０～９０ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７０～１４０ｍｌ／１００ｇであり、
   前記再生カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ_２ＳＡが６５～９５ｍ^２／ｇであり、かつＤＢＰ吸油量が７５～１０５ｍｌ／１００ｇであり、
   前記カーボンブラックおよび前記再生カーボンブラックの合計のカーボンブラック総量（但し前記再生カーボンブラックに含まれる灰分を除く）が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して３０～１３０質量部であり、
   前記カーボンブラック総量のうち、前記再生カーボンブラックの割合（但し前記再生カーボンブラックに含まれる灰分を除く）が、３～３０質量％である
   ことを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴム１００質量部中、天然ゴムの割合が３０質量部以上であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 請求項１または２に記載のタイヤ用ゴム組成物を用いたタイヤ。