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技術 ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤ

出願人 住友ゴム工業株式会社
発明者 平山智朗和田孝雄内田守
出願日 2005年12月19日 (14年2ヶ月経過) 出願番号 2005-364630
公開日 2007年7月5日 (12年7ヶ月経過) 公開番号 2007-169317
状態 特許登録済
技術分野 タイヤ一般 高分子組成物
主要キーワード 正接損失 耐ガス透過性 ナフテンオイル パインタール カップリング効果 パインオイル SBR 熱酸化劣化
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年7月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

転がり抵抗を上昇させることなく、ゴム強度を向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供する。

解決手段

エポキシ化天然ゴム55重量%以上および天然ゴム45重量%からなるゴム成分100重量部に対し、シリカを55重量部以上、およびカーボンブラックを5重量部以下含有し、該エポキシ化天然ゴム100重量部に対し、ステアリン酸カルシウムを2〜10重量部含有するゴム組成物ならびにそれを用いたトレッドを有するタイヤ。

概要

背景

近年、石油価格の高騰や石油の枯渇が懸念されているだけでなく、省資源炭酸ガス排出抑制の規制強化などの環境問題的観点からも、天然素材が見直される風にある。タイヤ業界においても例外ではなく、従来使用されているスチレンブタジエンゴムSBR)などの合成ゴム代替材料として天然ゴム(NR)が注目されている。NRは機械的強度が強く、耐摩耗性に優れているため、タイヤ業界において多岐にわたって使用されている。しかしながら、NRは、ガラス転移温度(Tg)が−60℃と低いため、グリップ性能に劣るという問題があった。また、天然材料であるために耐オゾン性耐熱老化性耐候性などに劣るという問題があった。

これらの問題を解決するため、ENRを用いる方法が提案されている。ENRはNRよりもTgが高く、機械的強度、耐摩耗性、耐ガス透過性などにすぐれている。とくに、シリカを含むゴム組成物においては、ENRを配合することで、カーボンブラックを配合したゴム組成物に匹敵するほどの機械的強度や耐摩耗性が得られる。しかし、ENRを用いると、シリカを配合しても転がり抵抗を低減できず、従来の酸性条件下では老化しやすいため、ゴム強度が低下するという問題があった。

特許文献1には、ENR、シリカ、ステアリン酸カルシウムおよびシランカップリング剤を配合することで、耐摩耗性および耐熱性を改善したトレッド用ゴム組成物が開示されている。しかし、ENRの含有率が50重量%であるゴム成分100重量部に対して、シリカを50重量部含有するゴム組成物を実施しているにすぎないので、グリップ不足するという問題があった。

特開2005−272508号公報

概要

転がり抵抗を上昇させることなく、ゴム強度を向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供する。エポキシ化天然ゴム55重量%以上および天然ゴム45重量%からなるゴム成分100重量部に対し、シリカを55重量部以上、およびカーボンブラックを5重量部以下含有し、該エポキシ化天然ゴム100重量部に対し、ステアリン酸カルシウムを2〜10重量部含有するゴム組成物ならびにそれを用いたトレッドを有するタイヤ。なし

目的

本発明は、転がり抵抗を上昇させることなく、ゴム強度を向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

エポキシ化天然ゴム55重量%以上および天然ゴム45重量%以下からなるゴム成分100重量部に対し、シリカを55重量部以上、およびカーボンブラックを5重量部以下含有し、該エポキシ化天然ゴム100重量部に対し、ステアリン酸カルシウムを2〜10重量部含有するゴム組成物

請求項2

請求項1記載のゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤ

技術分野

0001

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤに関する。

背景技術

0002

近年、石油価格の高騰や石油の枯渇が懸念されているだけでなく、省資源炭酸ガス排出抑制の規制強化などの環境問題的観点からも、天然素材が見直される風にある。タイヤ業界においても例外ではなく、従来使用されているスチレンブタジエンゴムSBR)などの合成ゴム代替材料として天然ゴム(NR)が注目されている。NRは機械的強度が強く、耐摩耗性に優れているため、タイヤ業界において多岐にわたって使用されている。しかしながら、NRは、ガラス転移温度(Tg)が−60℃と低いため、グリップ性能に劣るという問題があった。また、天然材料であるために耐オゾン性耐熱老化性耐候性などに劣るという問題があった。

0003

これらの問題を解決するため、ENRを用いる方法が提案されている。ENRはNRよりもTgが高く、機械的強度、耐摩耗性、耐ガス透過性などにすぐれている。とくに、シリカを含むゴム組成物においては、ENRを配合することで、カーボンブラックを配合したゴム組成物に匹敵するほどの機械的強度や耐摩耗性が得られる。しかし、ENRを用いると、シリカを配合しても転がり抵抗を低減できず、従来の酸性条件下では老化しやすいため、ゴム強度が低下するという問題があった。

0004

特許文献1には、ENR、シリカ、ステアリン酸カルシウムおよびシランカップリング剤を配合することで、耐摩耗性および耐熱性を改善したトレッド用ゴム組成物が開示されている。しかし、ENRの含有率が50重量%であるゴム成分100重量部に対して、シリカを50重量部含有するゴム組成物を実施しているにすぎないので、グリップ不足するという問題があった。

0005

特開2005−272508号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、転がり抵抗を上昇させることなく、ゴム強度を向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、エポキシ化天然ゴム55重量%以上および天然ゴム45重量%以下からなるゴム成分100重量部に対し、シリカを55重量部以上、およびカーボンブラックを5重量部以下含有し、該エポキシ化天然ゴム100重量部に対し、ステアリン酸カルシウムを2〜10重量部含有するゴム組成物に関する。

0008

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたトレッドを有するタイヤに関する。

発明の効果

0009

本発明によれば、所定のゴム成分、シリカ、カーボンブラックおよびステアリン酸カルシウムを所定量含有することで、転がり抵抗を上昇させることなく、ゴム強度を向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有するタイヤを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0010

本発明のゴム組成物は、ゴム成分、シリカ、カーボンブラックおよびステアリン酸カルシウムを含有する。

0011

前記ゴム成分は、エポキシ化天然ゴム(ENR)および天然ゴム(NR)からなる。ENRおよびNR以外のゴムを含有しないことが、環境にやさしく(化石資源を使用しないことにより、CO2の発生を削減し)、石油枯渇の影響を受けないという理由から、好ましい。

0012

ENRとしては、市販のENRを用いてもよいし、NRをエポキシ化して用いてもよい。NRをエポキシ化する方法としては特に限定されるものではなく、クロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法などの方法を用いて行なうことができ、過酸法としてはたとえば、NRに過酢酸や過ギ酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。

0013

ENRのエポキシ化率は5%以上が好ましく、10%以上がより好ましい。ENRのエポキシ化率が5%未満では、ゴム組成物に対する改質効果が充分ではない傾向がある。また、ENRのエポキシ化率は80%以下が好ましく、60%以下がより好ましい。ENRのエポキシ化率が80%をこえると、ポリマーゲル化してしまう傾向がある。

0014

前記条件を満たすENRはとくに限定されないが、具体的には、ENR25、ENR50(クンプーラガスリー製)などがあげられ、ENRは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0015

NRとしては、RSS♯3、TSR20、KR7などのゴム工業において一般的なものを使用することができる。

0016

ゴム成分中のENRの含有率は55重量%以上、好ましくは60重量%以上であり、NRの含有率は45重量%以下、好ましくは40重量%以下である。ENRの含有率が55重量%未満であり、NRの含有率が45重量%をこえると、グリップ不足により、タイヤ用トレッドゴムとしての性能が不充分である。また、ENRの含有率は100重量%以下である。

0017

シリカとしてはとくに制限はなく、湿式法または乾式法により作製されたものを用いることができる。

0018

シリカのBET比表面積(BET)は100m2/g以上が好ましく、110m2/g以上がより好ましく、120m2/g以上がさらに好ましい。シリカのBETが100m2/g未満では、シリカの配合による補強効果が充分ではない傾向がある。また、シリカのBETは300m2/g以下が好ましく、280m2/g以下がより好ましい。シリカのBETが300m2/gをこえると、シリカの分散性および低発熱性が悪化する傾向がある。

0019

シリカの含有量は、ゴム成分100重量部に対して55重量部以上、好ましくは60重量部以上である。シリカの含有量が55重量部未満では、グリップが不足する。また、シリカの含有量は100重量部以下が好ましく、95重量部以下がより好ましい。シリカの含有量が100重量部をこえると、粘度が高くなり、加工性が劣る。

0020

本発明のゴム組成物には、シランカップリング剤をシリカと併用して使用することが好ましい。

0021

シランカップリング剤としては、特に限定されるものではなく、たとえば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリメトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシランビニルトリメトキシシランなどのビニル系、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピ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、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリドキシ系、3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、3−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、2−クロロエチルトリメトキシシラン、2−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられ、これらのシランカップリング剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0022

シランカップリング剤の含有量は、シリカ100重量部に対して1重量部以上が好ましく、2重量部以上がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が1重量部未満では、分散性改善などの効果が充分ではない傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は20重量部以下が好ましく、15重量部以下がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が20重量部をこえると、シリカの増量にともなうカップリング効果が得られず、補強性および耐摩耗性が低下し、さらに、コストアップする傾向がある。

0023

カーボンブラックとしてはとくに制限はなく、通常ゴム工業で使用されるカーボンブラックとすることができ、たとえば、SAFISAF、HAF、FEFなどがあげられる。

0024

カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は30m2/g以上が好ましく、50m2/g以上がより好ましい。カーボンブラックのN2SAが30m2/g未満では、補強性および耐摩耗性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックのN2SAは300m2/g以下が好ましく、250m2/g以下がより好ましい。カーボンブラックのN2SAが300m2/gをこえると、粘度が増大し、加工性が悪化する傾向がある。

0025

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5重量部以下である。カーボンブラックの含有量が5重量部をこえると、石油資源の使用量が多くなり好ましくない。

0026

ステアリン酸カルシウムの含有量は、ENR100重量部に対して2重量部以上、好ましくは3重量部以上である。ステアリン酸カルシウムの含有量が2重量部未満では、ステアリン酸カルシウムの添加による効果が得られない。また、ステアリン酸カルシウムの含有量は10重量部以下、好ましくは9重量部以下である。ステアリン酸カルシウムの含有量が10重量部をこえると、転がり抵抗が増大する。

0027

ENR、シリカおよびステアリン酸カルシウムを組み合わせて配合することで、ゴム組成物のpHを中性付近シフトすることによりゴム強度の低下を抑制することができ、さらに、耐摩耗性および耐熱性を向上させることができる。本発明では、さらに、カーボンブラックを配合することで、耐候性に優れるという効果が得られる。

0028

本発明のゴム組成物には、さらに、オイルを含有することができる。

0030

オイルの含有量は、ゴム成分100重量部に対して20重量部以下が好ましく、15重量部以下がより好ましい。オイルの含有量が20重量部をこえると、耐摩耗性および熱老化特性が低下する傾向がある。

0031

本発明のゴム組成物には、ゴム成分、シリカ、カーボンブラック、ステアリン酸カルシウム、シランカップリング剤およびオイル以外にも、必要に応じて、ワックス、各種老化防止剤ステアリン酸酸化亜鉛硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などの通常ゴム工業で使用される配合剤を適宜配合することができる。

0032

本発明のゴム組成物はタイヤ用ゴム組成物とすることが好ましいという理由から、トレッド用ゴム組成物とすることがより好ましい。

0033

本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物を用い、通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のゴム組成物を未加硫の段階でタイヤの各部材の形状にあわせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加硫することにより本発明のタイヤを得る。

0034

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

0035

以下に、本発明で用いた各種薬品をまとめて示す。
天然ゴム(NR):RSS♯3
エポキシ化天然ゴム(ENR):クンプーランガスリー製のENR25(エポキシ化率:25%)
カーボンブラック:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN220(N2SA:115m2/g)
シリカ:デグッサ社製のウルトラジルVN3(BET:210m2/g)
ステアリン酸カルシウム:日本油脂(株)製
シランカップリング剤:デグサ製のSi69
オイル:日清オイリオ製の植物油
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックワックス
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニルp−フェニレンジアミン
ステアリン酸:日本油脂(株)製
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
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ァンアミド

0036

実施例1〜2および比較例1〜2
表1の配合処方にしたがい、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を、神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、130℃の条件下で2分間混練りし、混練物を得た。次に、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、95℃の条件下で2分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、未加硫ゴム組成物を150℃の条件下で30分加硫することで実施例1〜2および比較例1〜2の加硫ゴム組成物を得た。

0037

引張試験
前記加硫ゴム組成物から所定の試験片切り出し、温度100℃の条件下で48時間熱酸化劣化させて作製した試験用ゴムシートからなる3号ダンベルを用いて、JIS K6251「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム引張特性の求め方」に準じて引張試験を実施し、破断強度(TB)および破断時伸び(EB)を測定し、TBとEBとの積(TB×EB)を算出し、比較例1のゴム強度指数を100とし、下記計算式により、ゴム強度をそれぞれ指数表示した。なお、ゴム強度指数が大きいほど、ゴム強度に優れるため、欠けにくいことを示す。
(ゴム強度指数)=(各配合の(TB×EB))
÷(比較例1の(TB×EB))×100

0038

粘弾性試験
前記加硫ゴム組成物から所定の試験片を切り出し、(株)上島製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hzの条件下で、60℃における正接損失(tanδ)の測定を行い、比較例1の転がり抵抗指数を100とし、下記計算式により、転がり抵抗をそれぞれ指数表示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が低減され、良好であることを示す。
(転がり抵抗指数)=(比較例1のtanδ)
÷(各配合のtanδ)×100

0039

前記試験結果を表1に示す。

0040

0041

ステアリン酸カルシウムの含有量がENR100重量部に対して2〜10重量部である実施例1および2では、転がり抵抗を増大させることなく、ゴム強度を向上させ、耐カットチップ性能を向上させることができる。

0042

ステアリン酸カルシウムを含有しない比較例1では、ゴム強度が低下し、耐カットチップ性能が悪化する。

0043

ステアリン酸カルシウムの含有量がENR100重量部に対して10重量部をこえる比較例2では、ゴム強度を向上させ、耐カットチップ性能を向上させることはできるが、転がり抵抗が増大する。

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