JP3722914B2

JP3722914B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP3722914B2
Application number: JP17676096A
Authority: JP
Inventors: 一夫角丸; 理恵宮脇
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: JPH1017719A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トラックやバスに用いられるタイヤのトレッドには、かなり高い耐摩耗性が要求されるため、原料のゴム成分に、ＩＳＡＦクラスの高補強性のカーボンブラックが配合されてきた。近年、この耐摩耗性向上の市場要求は、ますます高いものとなっており、耐摩耗性能を向上させるために、配合カーボンブラックの増量、ＳＡＦクラスのカーボンブラックの使用が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配合カーボンブラックの増量による耐摩耗性能の向上には限界があるだけでなく、この限界を超えると、耐摩耗性能向上の効果は減少し、しかもタイヤトレッド使用時における発熱量が大きくなって、発熱性が著しく悪化してしまう。
【０００４】
また、ＳＡＦクラスのカーボンブラックを使用すれば、耐摩耗性能の向上が期待されるが、この場合には、カーボンブラックの粒子径が小さくなり、カーボンブラックの配合ゴム中への分散性が低下するため、期待された程の耐摩耗性向上効果を示さないのみならず、タイヤトレッド使用時における発熱性が悪化する。そこで、本発明は、耐摩耗性向上に伴う上記問題を解決し、発熱性能の悪化を伴うことなく耐摩耗性の向上したタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
カーボンブラックの基本特性としては、一般に、粒子径と、粒子の凝集体の大きさが挙げられ、粒子径が小さくなる程、補強性および耐摩耗性が向上する反面、前記問題点、すなわち、発熱性の悪化と分散性の低下を伴うことが知られている。他方、カーボンブラック粒子の凝集体の大きさを大きくすることにより、耐摩耗性の向上が図れることが知られている（特開平５−２５３２５号公報、特開平６−２７９６２４号公報等）。
【０００６】
本発明者らは、これらの基本特性の中で、凝集体の大きさを大きくすることで分散性が向上することに着目し、これら従来の基本特性以外に、凝集体径の分布および大きさが特定の範囲内にあるカーボンブラックを特定量配合することで前記問題点を一挙に解決できることを実験で確認して、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明にかかるタイヤトレッド用ゴム組成物は、
ゴム成分１００重量部と、
ＣＴＡＢ吸着比表面積が１４０m²/g以上、ＤＢＰ吸油量が１４０ml／１００ｇ以上、ＣＤＢＰ吸油量が１２７〜１４０ ml ／１００ｇ、ＴＩＮＴが１４０％以上、ΔＤ５０が５０nm以下、かつ、窒素吸着比表面積が１５０m²/g以上である特性を有するカーボンブラック３０〜６０重量部と、
を含む。
【０００８】
前記カーボンブラックの特性中、前記ＣＴＡＢ吸着比表面積は１４０〜２００m²/g、前記ＤＢＰ吸油量は１４０〜１６０ml／１００ｇ、前記ＣＤＢＰ吸油量は１２７〜１４０ml／１００ｇ、前記ＴＩＮＴは１４０〜１８０％、前記ΔＤ５０は２５〜４５nm、前記窒素吸着比表面積は１５０〜１８０m²/gであることが好ましい。
【０００９】
前記ゴム成分は、少なくとも天然ゴムを含むことが好ましい。
イオウと、前記イオウと同じ重量以上の加硫促進剤とをさらに含むと好ましい。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、高荷重用車両のタイヤトレッドに使用されることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分とカーボンブラックとを含んでいる。以下にタイヤトレッド用ゴム組成物を詳しく説明する。
〔ゴム成分〕
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分としては特に限定はなく、たとえば、天然ゴム、ジエン系合成ゴムの各単独系、または、それらの併用系のいずれでもよいが、この組成物を高荷重用車両のタイヤトレッドに用いる場合は、ゴム成分としては、少なくとも天然ゴムを含むことが好ましい。上記ジエン系合成ゴムとしては特に限定はないが、たとえば、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ゴム（ＳＢＲ）等が挙げられ、１種または２種以上を用いることができる。
【００１１】
〔カーボンブラック〕
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物に含まれるカーボンブラックとしては、その窒素吸着比表面積、ＤＢＰ吸油量、ＣＤＢＰ吸油量、ＴＩＮＴ、ΔＤ５０およびＣＴＡＢ吸着比表面積等の物性が下記に挙げるものであればその種類については特に限定はない。
【００１２】
カーボンブラックとしては、たとえば、ＳＡＦクラス等の通常品よりも高いストラクチャーのカーボンブラックが好ましく、１種または２種以上を用いることができる。
以下、カーボンブラックの物性について説明する。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、その粒子径の大きさを示すものである。この比表面積が大きいと粒子径は小さい。窒素吸着比表面積は１５０m²/g以上であれば特に限定はなく、１５０〜１８０m²/gであることが好ましい。１５０m²/g未満では、耐摩耗性の向上効果が充分ではない。また、１８０m²/gを超えると、凝集体の大きさを大きくすることによって分散性の向上はみられるが限界がある。
【００１３】
カーボンブラックのＤＢＰ吸油量は、ストラクチャーの大きさの指標であり、１４０ml／１００ｇ以上であれば特に限定はなく、好ましくは１４０〜１６０ml／１００ｇであり、より好ましくは１４５〜１５５ml／１００ｇである。１４０ml／１００ｇ未満では、凝集体の大きさが小さすぎるため、耐摩耗性の向上や分散性が充分に得られない。１６０ml／１００ｇを超えると、作業性が低下することがある。
【００１４】
カーボンブラックのＣＤＢＰ吸油量は、ストラクチャーの強さの指標であり、１２７〜１４０ml／１００ｇである。１２７ml／１００ｇ未満では、混練時の剪断等によりカーボンブラックの凝集体が破壊されやすいため、所定の効果が得にくい。１４０ml／１００ｇを超えると、作業性が低下することがある。
【００１５】
カーボンブラックのＴＩＮＴ（着色力）は、ゴム成分に対する高摩耗性を付与するための１つの要因であり、１４０％以上であれば特に限定はなく、好ましくは１４０〜１８０％であり、より好ましくは１５０〜１８０％である。１４０％未満だと、耐摩耗性の向上が充分でない。１８０％を超えると、製造上の問題があり、その他要件を満たすことが困難となり、実質的に製造ができなくなることがある。
【００１６】
カーボンブラックの凝集体径の分布はシャープであることが好ましい。そのため、カーボンブラックのΔＤ５０は、５０nm以下であれば特に限定はなく、好ましくは２５〜４５nmであり、より好ましくは３０〜４０nmである。ΔＤ５０が２５nm未満では、発熱性の悪化が大きい。ΔＤ５０が５０nmを超えると、耐摩耗性の向上が充分でない。また、カーボンブラックの最大頻度のストークス径（Ｄｓｔ）は、７０nm以下であることが好ましく、ストークス径が７０nmを超えると、満足する耐摩耗性が得られない。
【００１７】
カーボンブラックの表面には数オングストローム程度の細孔があり、この細孔にはゴムは浸入できない。そこで、ゴムが浸入できる程度の比表面積の評価は、大きな吸着分子であるＣＴＡＢ（セシルトリメチルアンモニウムブロマイド）の吸着の度合いで表される。このＣＴＡＢ値（ＣＴＡＢ吸着比表面積）は、１４０m²/g以上であれば特に限定はなく、好ましくは１４０〜２００m²/gであり、より好ましくは１５０〜１８０m²/gである。１４０m²/g未満では、耐摩耗性の向上が充分でない。２００m²/gを超えると、低発熱性と作業性の劣化が激しいことがある。
【００１８】
カーボンブラックの沃素吸着量は、１４５〜１７５mg/gであると好ましく、１４５〜１７５mg/gであるとより好ましい。１４５mg/g未満では、耐摩耗性の向上効果が十分ではなく、１７５mg/gを超えると、カーボンブラックの凝集体の大きさを大きくして、分散性の向上は見られるが限界がある。
〔タイヤトレッド用ゴム組成物〕
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分とカーボンブラックとを含んでおり、ゴム成分とカーボンブラックとの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラック３０〜６０重量部の範囲内、好ましくは３５〜５５重量部の範囲内である。カーボンブラックの配合量が３０重量部未満であると、前記の特性を有するカーボンブラックを使用しても充分な耐摩耗性を得ることができない。上記配合量が６０重量部を超えると、作業性が低下し、さらに耐摩耗性向上の効果は減少し、タイヤトレッド使用時の発熱性が高くなる。
【００１９】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、イオウと、前記イオウと同じ重量以上の加硫促進剤とをさらに含むと、耐熱疲労性に強く、物性変化を起こしにくいモノサルファイド結合が多くなるため、使用条件が特に厳しい重荷重用タイヤではこの加硫系が好ましい。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、必要に応じて、シリカ、炭酸カルシウム、クレー等の充填剤や、シランカップリング剤等の添加剤を１種以上含んでいてもよい。
【００２０】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物を製造する方法としては、特に限定はされず、公知の方法を適用することができる。具体的には、たとえば、バンバリーミキサー等の混練機を用いて、充填剤、可塑剤、加硫助剤、老化防止剤等のベース薬品を１００〜１６０℃、４〜６分間、ゴム成分およびカーボンブラックと混練した後、排出し、イオウ、加硫促進剤等のファイナル薬品を添加して、８０〜１００℃、２〜３間混練することによって得ることができる。
【００２１】
このようにして得られたタイヤトレッド用ゴム組成物を成形加硫することによってタイヤトレッドにすることができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、補強剤としてのカーボンブラック等の充填剤が多量に配合されておらず、むしろ少なめであるため、ゴムの伸びが良いので、このゴム組成物から得られるタイヤトレッドでは、タイヤトレッドの大変形が生じるような悪路に対しても追随性が良く、ゴムのチッピングが起こりにくい。したがって、悪路用タイヤに使用しても耐久性に優れている。
【００２２】
本発明のゴム組成物から得られるタイヤトレッドは、低発熱性であるため発熱性がよく、ハイウェーでの高速走行にも適しており、従来のトレッドより厚くしても、蓄熱することはなく、通常のトレッドと同程度に走行できるので、さらに長寿命のタイヤとなる。
本発明のゴム組成物から得られるタイヤトレッドは、耐摩耗性に優れているため、厚みをより薄くすることができるので、同程度の寿命を保ちつつ、タイヤの軽量化が可能であり、車の低燃費化につながる。
【００２３】
通常、高補強性カーボンブラックを大量に使用した場合、製造工程における作業性の指標であるムーニー粘度が著しく増加して作業性が悪化すると予想されるが、本発明で用いられるカーボンブラックが特異な凝集体構造を持つので、ムーニー粘度の増加が抑制される。
【００２４】
【実施例】
以下に、本発明の具体的な実施例および比較例を示すが、本発明は下記実施例に限定されない。
（実施例１〜２および比較例１〜２）
下記表１に示す配合のタイヤトレッド用ゴム組成物を以下の方法により作製した。バンバリーミキサーを用いて、ベース薬品として充填剤、可塑剤、加硫助剤、老化防止剤を、１５０℃、４分間、カーボンブラックおよびゴム成分と混練した後、排出し、ファイナル薬品としてイオウ、加硫促進剤を、９０℃、２分間混練することによって得ることができる。
【００２５】
得られたタイヤトレッド用ゴム組成物は、８０kgf で、１５０℃、４０分間加硫して評価した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
ブタジエンゴム：日本合成ゴム社製、ＢＲ１０
老化防止剤：Ｎ−イソプロピル−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン（住友化学社製、アンチゲン３Ｃ）。
ステアリン酸：日本油脂社製。
亜鉛華：三井金属社製。
【００２８】
硫黄：鶴見化学社製。
加硫促進剤：Ｎ−第三ブチル−２−ベンゾチアジル・スルフェアミド（大内新興社製、ノクセラーＮＳ）。
カーボンブラック：
タイプＡ：本発明に従うカーボンブラック。
【００２９】
タイプＢ：ＳＡＦカーボン（東海カーボン製、シースト９）。
タイプＣ：ＩＳＡＦカーボン（東海カーボン製、シースト６）。
なお、これらのカーボンブラックの特性は下記表２に示す通りである。
【００３０】
【表２】

【００３１】
上記カーボンブラックの特性は、以下の方法で測定された。
窒素吸着比表面積：ＡＳＴＭＤ３０３７−８８に準拠した方法。
ＤＢＰ吸油量：ＪＩＳＫ６２２１−１９８２に準拠した方法。
ＣＤＢＰ吸油量：ＡＳＴＭＤ３４９３に従って粉砕し、ＪＩＳＫ６２２１によりＤＢＰを決定した。
【００３２】
ＴＩＮＴ：ＡＳＴＭＤ３２６５−８５に準拠した方法。
最大頻度のストークス径（Ｄｓｔ）、ΔＤ５０：レーブル社製ディスク・セントリフュージを使用し、遠心沈降法を利用した以下の方法により、カーボンブラックの凝集体径の分布を測定した。
カーボンブラックを約１０mg精秤し、少量の界面活性剤を加えた２０％エタノール水溶液に加え、カーボンブラック濃度を約０．０２重量％にした後、超音波で分散させ、これを試料溶液とした。ディスク・セントリフュージの回転速度を８０００ｒｐｍに設定し、スピン液（純水）１４mlを加えた。その後、バッファー液（２０％エタノール水溶液）１mlを注入し、一斉に遠心沈降を開始させた。光電沈降法により、図１に示すような凝集体径分布曲線を作成し、ストークス径（Ｄｓｔ）、と半値幅（ΔＤ５０）を求めた。
【００３３】
ＣＴＡＢ吸着比表面積：ＡＳＴＭＤ３７６５−８５に準拠した方法。
沃素吸着量：ＡＳＴＭ１５１０−８１に準拠した方法。
前記実施例および比較例で得られた各ゴム組成物から得られるタイヤトレッドの諸物性を以下の方法により評価した。
ムーニー粘度：ＪＩＳＫ６２９９に準じて１３０℃でＭＬ（１＋４）を測定した。
【００３４】
硬度：加硫後のＪＩＳ−Ａ硬度を２０℃で測定した。
Ｅ^*：岩本製作所（株）製の粘弾性スペクトロメーターで、７０℃、１０Ｈｚ、歪み０．２％のＥ^*、ｔａｎδを測定した。
ランボーン：岩本製作所（株）製のランボーン摩耗試験機を用い、荷重５ｋｇ、スリップ率６０％の条件下で試験片の摩耗を測定した。実施例１を１００として指数が大きいほど耐摩耗性能が良好である。
【００３５】
評価結果を下記表３に示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
表３にみるように、本発明で規定した物性を有するカーボンブラックを使用した実施例１のゴム組成物は、従来のカーボンブラックを使用した比較例１のゴム組成物と比べると、加硫後のタイヤトレッドにおいて、硬度は同一であるが、カーボンブラックの低発熱性により、発熱性の指標であるＬＣ（損失係数・ロスコンプライアイス、Ｅ''／（Ｅ^*）²が低減しているとともに、カーボンブラックの高補強性により、耐摩耗性の指標であるランボーンの摩耗指数が向上している。
【００３８】
また、実施例２のゴム組成物は、従来のカーボンブラックを使用した比較例２のゴム組成物と比べて、転がり抵抗の指標である tanδは同一レベルであるが、ランボーンの摩耗指数が向上している。
通常、上記実施例のように高補強性カーボンブラックを多量に使用した場合、製造工程における作業性の指標であるムーニー粘度が著しく増加して作業性が悪化すると予想されるが、本発明のゴム組成物では、用いられるカーボンブラックが特異な凝集体構造を持つので、ムーニー粘度の増加が抑制される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、発熱性能の悪化を伴うことなく耐摩耗性の向上したタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カーボンブラックの最大頻度のストークス径（Ｄｓｔ）と半値幅（ΔＤ５０）を求めるために用いられる凝集体径分布曲線の一例を表すグラフ。

Claims

ゴム成分１００重量部と、
ＣＴＡＢ吸着比表面積が１４０m²/g以上、ＤＢＰ吸油量が１４０ml／１００ｇ以上、ＣＤＢＰ吸油量が１２７〜１４０ ml ／１００ｇ、ＴＩＮＴが１４０％以上、ΔＤ５０が５０nm以下、かつ、窒素吸着比表面積が１５０m²/g以上である特性を有するカーボンブラック３０〜６０重量部と、
を含むタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記カーボンブラックの特性中、前記ＣＴＡＢ吸着比表面積は１４０〜２００m²/g、前記ＤＢＰ吸油量は１４０〜１６０ml／１００ｇ、前記ＣＤＢＰ吸油量は１２７〜１４０ml／１００ｇ、前記ＴＩＮＴは１４０〜１８０％、前記ΔＤ５０は２５〜４５nm、前記窒素吸着比表面積は１５０〜１８０m²/gである請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記ゴム成分は少なくとも天然ゴムを含む請求項１または２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
イオウと、前記イオウと同じ重量以上の加硫促進剤とをさらに含む請求項１から３までのいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
高荷重用車両のタイヤトレッドに使用される請求項１から４までのいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。