(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明のゴム組成物は、イソプレン系ゴムと、特定のカーボンブラックと、硫黄と、式(I)で表される化合物とを含有する。式(I)で表される化合物は、末端の窒素官能基がカーボンブラック表面に存在するカルボキシル基などの官能基と反応することでカーボンブラックと結合することができ、また、炭素−炭素二重結合の部分がポリマーラジカルとの反応や硫黄架橋を伴う反応によりポリマーと結合することができる。そのため、カーボンブラックの分散性を向上させ、かつその良好な分散状態を使用中も維持することができる。更に、ポリマーが式(I)で表される化合物を介してカーボンブラックを拘束しているため、発熱性を抑えることができる。これらの作用を有する式(I)で表される化合物を、特定のカーボンブラックと、硫黄とともに、イソプレン系ゴムを含むゴム組成物に配合することで、該ゴム組成物の低燃費性を改善し、更に、良好な耐久性及び加工性も得られる。
【0017】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として、イソプレン系ゴムを含有する。イソプレン系ゴムは、混練り中にポリマー鎖が切断されてラジカルが発生する。この発生したラジカルを式(I)で表される化合物が捕捉することにより、ポリマー鎖と式(I)で表される化合物とが結合することができる。
【0018】
イソプレン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、高純度天然ゴム(HPNR)などが挙げられ、NRを好適に使用できる。
【0019】
ゴム成分100質量%中のイソプレン系ゴムの含有量は、60質量%以上、好ましくは90質量%以上であり、100質量%であってもよい。60質量%未満であると、低燃費性を充分に改善できないおそれがある。
【0020】
本発明のゴム組成物は、イソプレン系ゴム以外に他のゴム成分を使用してもよい。他のゴム成分としては、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、スチレンイソプレンゴム(SIR)、イソプレンブタジエンゴムなどのジエン系ゴムが挙げられ、耐亀裂成長性の向上及びリバージョン抑制の点から、好ましくはBRである。
【0021】
BRとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できるが、シンジオタクチック結晶含有ブタジエンゴム(SPB含有BR)、希土類元素系触媒を用いて合成された希土類系ブタジエンゴム(希土類系BR)及びスズ変性ブタジエンゴム(スズ変性BR)からなる群より選択される少なくとも一種を用いることが好ましく、希土類系BRを用いることがより好ましい。希土類系BRとしては、希土類元素系触媒を用いて合成され、ビニル含量が1.0質量%以下(好ましくは0.8質量%以下)、シス含量が95質量%以上のものを好適に使用できる。
なお、本発明において、ビニル含量(1,2−結合ブタジエン単位量)及びシス含量(シス−1,4−結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定された値である。
【0022】
本発明のゴム組成物がBRを含有する場合、ゴム成分100質量%中のBRの含有量は、好ましくは10〜40質量%、より好ましくは10〜20質量%である。
【0023】
本発明のゴム組成物は、特定の窒素吸着比表面積を有するカーボンブラックを含有する。
【0024】
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N
2SA)は、20m
2/g以上、好ましくは30m
2/g以上、より好ましくは35m
2/g以上である。20m
2/g未満では、充分な耐久性(Hs及び破断伸び)を確保できないおそれがある。カーボンブラックのN
2SAは、90m
2/g以下、好ましくは70m
2/g以下、より好ましくは55m
2/g以下である。90m
2/gを超えると、カーボンブラック由来の発熱が大きくなること、及び、式(I)で表される化合物との反応が進行しにくくなることにより、低燃費性を充分に改善できないおそれがある。
【0025】
カーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸油量は、好ましくは65cm
3/100g以上、より好ましくは80cm
3/100g以上である。65cm
3/100g未満では、充分なHs及び破断伸びを確保できないおそれがある。カーボンブラックのDBP吸油量は、好ましくは120cm
3/100g以下である。120cm
3/100gを超えると、充分な低燃費性を確保できないおそれがある。
【0026】
カーボンブラックのpHは、好ましくは7.9以下、より好ましくは7.8以下、更に好ましくは7.7以下、特に好ましくは7.6以下である。7.9を超えると、カーボンブラックの酸性官能基量が少ないため、式(I)で表される化合物との反応性(相互作用)が小さくなり、低燃費性などを充分に改善できないおそれがある。カーボンブラックのpHは、好ましくは3.0以上、より好ましくは3.5以上である。3.0未満であると、ゴム組成物のpHが低くなることにより、加硫剤の活性が低下し、架橋効率が低下する傾向がある。
【0027】
カーボンブラックの揮発分は、好ましくは0.8質量%以上、より好ましくは0.9質量%以上、更に好ましくは1.0質量%以上である。0.8質量%未満では、式(I)で表される化合物との反応性(相互作用)が小さくなり、低燃費性などを充分に改善できないおそれがある。カーボンブラックの揮発分は、好ましくは3.5質量%以下、より好ましくは3.0質量%以下である。3.5質量%を超えると、加硫工程で揮発分の大部分を揮発させ、ポロシティーが発生しなくなるまで加硫し続けることが必要となるため、加硫時間が長くなり、生産効率が悪化する傾向がある。
【0028】
なお、本明細書において、カーボンブラックのDBP吸油量、pH、揮発分はJIS K6221(1982)に、カーボンブラックのN
2SAはJIS K6217(2001)に記載の方法で測定される値である。
【0029】
カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、15質量部以上、好ましくは25質量部以上である。15質量部未満であると、充分なHsを確保できないおそれがある。カーボンブラックの含有量は、55質量部以下、好ましくは50質量部以下、より好ましくは45質量部以下である。55質量部を超えると、発熱性が大きくなり過ぎて、低燃費性や加工性が悪化するおそれがある。
【0030】
本発明のゴム組成物は、下記式(I)で表される化合物を含有する。
【化5】
(式中、R
1、R
2は、同一又は異なって、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルケニル基又は炭素数1〜20のアルキニル基である。M
r+は金属イオンを示し、rはその価数を表す。)
【0031】
R
1、R
2のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基などを挙げることができる。
R
1、R
2のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、1−メチルエテニル基などを挙げることができる。
R
1、R
2のアルキニル基としては、エチニル基、プロパルギル基などを挙げることができる。
【0032】
R
1、R
2としては、好ましくは、水素原子、アルキル基であり、より好ましくは、水素原子、メチル基であり、更に好ましくは、水素原子である。すなわち、上記式(I)で表される化合物は、下記式(I−1)、(I−2)又は(I−3)で表される化合物であることが好ましく、下記式(I−1)で表される化合物であることがより好ましい。
【化6】
【化7】
【化8】
【0033】
上記式(I)、(I−1)、(I−2)、(I−3)において、金属イオンとしては、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオンが挙げられ、ナトリウムイオンであることが好ましい。
【0034】
式(I)で表される化合物の含有量は、カーボンブラック100質量部に対して、0.1質量部以上、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上である。0.1質量部未満であると、低燃費性を充分に改善できないおそれがある。式(I)で表される化合物の含有量は、20質量部以下、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。20質量部を超えると、充分な加工性を確保できないおそれがある。
【0035】
本発明のゴム組成物は、硫黄を含有する。硫黄としては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
【0036】
プライコードがスチールコードであるオールスチールラジアルタイヤの場合、プライコードを被覆するトッピングゴムは、プライコードとの接着性を確保するため、繊維コードの場合と比較して硫黄が多量に配合される。一般的に、スチールコード被覆ゴムの場合、硫黄の含有量は4〜6質量部であり、繊維コード被覆ゴムの場合、硫黄の含有量は2〜3.5質量部である。そのため、プライと隣接する部材であるビードエイペックス、サイドウォールパッキン、ベーストレッド及びブレーカークッションにおいては、硫黄の移入を考慮して硫黄量を設定する必要がある。このような観点から、硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、1.8質量部以上、好ましくは2.0質量部以上である。1.8質量部未満であると、プライからの硫黄の移入が大きくなり過ぎるおそれがある。また、ゴム組成物が充分に加硫されず、必要とする硬さや破断伸びが得られず、ひいては、必要な耐久性が得られないおそれもある。硫黄の含有量は、3.0質量部以下である。3.0質量部を超えると、酸化劣化による硬化が促進され、耐久性が低下するおそれがある。
なお、硫黄の含有量は、フレキシス社製のDURALINK HTSなどの硫黄含有カップリング剤由来の硫黄分も含む総量である。
【0037】
本発明のゴム組成物は、酸化亜鉛を含有することが好ましい。酸化亜鉛としては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
【0038】
酸化亜鉛の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3.0質量部以上、より好ましくは3.5質量部以上である。3.0質量部未満であると、加工性、耐久性(特に酸化劣化時への耐久性)が低下するおそれがある。酸化亜鉛の含有量は、好ましくは10.0質量部以下、好ましくは6.0質量部以下である。10.0質量部を超えると、酸化亜鉛の凝集塊が破壊核となり、良好な破断伸びが得られないおそれがある。
【0039】
本発明のゴム組成物は、粘着加工助剤として、C5系石油樹脂を使用することが好ましい。C5系石油樹脂は、C5(炭素数5)系石油炭化水素を重合して得られる。C5系石油炭化水素とは、ナフサの熱分解により得られるC5留分(炭素数5の留分)のことをいい、具体的には、イソプレン、1,3−ペンタジエン、ジシクロペンタジエン、ピペリレンなどのジオレフィン類や2−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ブテン、シクロペンテンなどのモノオレフィン類が挙げられる。C5系石油樹脂の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0〜5質量部、より好ましくは0〜3質量部である。
【0040】
本発明のゴム組成物は、架橋剤として、下記式(II)で表される化合物及び/又はその水和物を使用することが好ましい。
XO
3S−S−(CH
2)
q−S−SO
3X (II)
(式中、qは3〜10の整数を表す。Xは、リチウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、亜鉛、ニッケル又はコバルトを表す。)
【0041】
式(II)中、qは、好ましくは3〜6の整数である。また、Xは、好ましくはカリウム、ナトリウムである。また、式(II)で表される化合物の水和物としては、例えば、ナトリウム塩一水和物、ナトリウム塩二水和物などが挙げられ、好ましくは、1,6−ヘキサメチレン−ジチオ硫酸ナトリウム・二水和物である。
【0042】
本発明のゴム組成物が式(II)で表される化合物及びその水和物を含有する場合、その含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.2〜5質量部、より好ましくは0.5〜3質量部である。
【0043】
本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、シリカなどの補強用充填剤、シランカップリング剤、老化防止剤、オイル、ワックス、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
【0044】
オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3質量部以下、より好ましくは2質量部以下である。3質量部を超えると、式(I)で表される化合物とカーボンブラック表面の官能基との反応が阻害されるおそれがある。また、オイルがスチールコード被覆ゴムに移行することにより、コード接着性が低下し、耐久性低下の原因となるおそれがある。オイルの含有量の下限は特に限定されないが、好ましくは1質量部以上である。
【0045】
本発明のゴム組成物を製造する方法としては、公知の方法、例えば、各成分をロールやバンバリーのような公知の混合機で混練する方法を用いることができる。
【0046】
本発明のゴム組成物は、タイヤ(好ましくはオールスチールラジアルタイヤ)のビードエイペックス、サイドウォールパッキン、ベーストレッド又はブレーカークッションに用いることができる。本発明のゴム組成物で作製したブレーカークッションは、重荷重用タイヤに好適である。
なお、ビードエイペックスとは、ビードコアの上から半径方向に最大幅付近まで伸びる三角形の部材であり、具体的には、特開2008−38140号公報の
図1〜3などに示される部材である。
サイドウォールパッキンとは、ソフトビードエイペックスとも呼ばれ、ビードエーペックスからタイヤ半径方向外側に向けて先細状にのびる部材であり、具体的には、特開2005−271857号公報の
図1などに示される部材である。
ベーストレッドとは、多層構造を有するトレッドの内層部であり、2層構造〔表面層(キャップトレッド)及び内面層(ベーストレッド)〕からなるトレッドでは内面層である。
ブレーカークッションとは、ブレーカーのエッジ部とケース(カーカス)との間に設けられる部材であり、具体的には、特開2006−273934号公報の
図1などに示される部材である。
【0047】
本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて各種添加剤を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのビードエイペックスなどの形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、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熱加圧して、本発明の空気入りタイヤを製造できる。
【0048】
本発明の空気入りタイヤは、乗用車用タイヤ、重荷重用タイヤなどに使用でき、なかでも、イソプレン系ゴムを多量に配合する重荷重用タイヤに好適に使用できる。
【実施例】
【0049】
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。
【0050】
以下に、実施例及び比較例で用いた各種薬品について説明する。
NR:TSR20
IR:IR2200
BR1:ランクセス社製のBUNA−CB25(Nd系触媒を用いて合成した希土類系BR、ビニル含量:0.7質量%:シス含量:97質量%)
BR2:ランクセス社製のBUNA−CB22(Nd系触媒を用いて合成した希土類系BR、ビニル含量:0.6質量%:シス含量:97質量%)
BR3:宇部興産(株)製のBR150B(Co系触媒を用いて合成したBR、シス含量:98質量%)
BR4:宇部興産(株)製のVCR617(SPB含有BR、SPBの含有量:17質量%)
BR5:日本ゼオン(株)製のBR1250H(スズ変性BR)
化合物I:住友化学(株)製の(2Z)−4−[(4−アミノフェニル)アミノ]−4−オキソ−2−ブテン酸ナトリウム(下記式で表される化合物)
【化9】
S−(3−アミノプロピル)チオ硫酸:住友化学(株)製のS−(3−アミノプロピル)チオ硫酸(下記式で表される化合物)
【化10】
カーボンブラック1:コロンビアカーボン社製のStatex N550(N
2SA:40m
2/g、DBP吸油量:115cm
3/100g、pH:6.8、揮発分:1.8質量%)
カーボンブラック2:コロンビアカーボン社製のStatex N660(N
2SA:34m
2/g、DBP吸油量:82cm
3/100g、pH:7.7、揮発分:1.7質量%)
カーボンブラック3:コロンビアカーボン社製のStatex N330(N
2SA:78m
2/g、DBP吸油量:102cm
3/100g、pH:7.4、揮発分:1.8質量%)
カーボンブラック4:コロンビアカーボン社製のStatex N762(N
2SA:29m
2/g、DBP吸油量:68cm
3/100g、pH:6.9、揮発分:1.0質量%)
カーボンブラック5:コロンビアカーボン社製のStatex N220(N
2SA:114m
2/g、DBP吸油量:114cm
3/100g、pH:7.5、揮発分:1.8質量%)
シリカ:エボニックデグッサ社製のU9000Gr
シランカップリング剤:エボニックデグッサ社製のSi75
C5系石油樹脂:丸善石油化学(株)製のマルカレッツT−100AS(軟化点:102℃)
TDAEオイル:H&R社製のVivatec
ワックス:日本精蝋(株)製のOzoace355
老化防止剤6PPD:住友化学(株)製のアンチゲン6C
老化防止剤TMQ:大内新興化学工業(株)製のノクラック224
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸 椿
酸化亜鉛:東邦亜鉛(株)製の銀嶺R
5%オイル含有粉末硫黄:細井化学工業(株)製のHK−200−5
加硫促進剤TBBS:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS−G
HTS:フレキシス社製のDURALINK HTS(1,6−ヘキサメチレン−ジチオ硫酸ナトリウム・二水和物)
【0051】
(実施例及び比較例)
(ベース練り工程)
(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーに、ゴム成分と、化合物Iと、30質量部程度のカーボンブラックとを投入した後、硫黄、加硫促進剤及びHTS以外の材料を投入して4分間混練りし、150℃で排出することで、混練り物を得た。
(仕上げ練り工程)
得られた混練り物に硫黄、加硫促進剤及びHTSを添加し、オープンロールで2分間混練りし、105℃で排出することで、未加硫ゴム組成物を得た。
(加硫工程)
得られた未加硫ゴム組成物を150℃で30分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
【0052】
得られた未加硫ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を使用して、下記の評価を行った。それぞれの試験結果を表1及び2に示す。
【0053】
(粘弾性試験)
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータVESを用いて、温度70℃、周波数10Hz、初期歪10%及び動歪2%の条件下で、上記加硫ゴム組成物の複素弾性率E
*(MPa)及び損失正接tanδを測定した。E
*が大きいほど剛性が高く、操縦安定性に優れることを示し、tanδが小さいほど発熱しにくく、低燃費性に優れることを示す。なお、tanδは、比較例1のtanδを100として指数でも表した。指数が大きいほど、低燃費性に優れることを示す。
【0054】
(引張試験)
上記加硫ゴム組成物からなる3号ダンベル型試験片を用いて、JIS K 6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて、室温にて引張試験を実施し、破断時伸びEB(%)(新品時)を測定した。また、上記加硫ゴム組成物を空気雰囲気のオーブンに入れ、80℃で168時間を酸化劣化させた後、同様の方法で破断伸びEB(%)(酸化劣化後)を測定した。EBが大きいほど、破断伸び(耐久性)に優れることを示す。なお、EBは、比較例1のEBを100として指数でも表した。指数が大きいほど、破断伸び(耐久性)に優れることを示す。
【0055】
(加工性)
押出し後の各未加硫ゴム組成物を所定のサイドウォールパッキンの形状に成形し、ビードワイヤとアッセンブルしたサンプルのエッジ状態、ゴムの焼け度合い、ゴム同士の粘着度合い、平坦さを目視、触覚により評価し、比較例1を100として指数表示した。数値が大きいほど、加工性に優れることを示す。
なお、エッジ状態については、最もエッジが真っ直ぐで滑らかな状態を良好とし、ゴムの焼け度合いについては、上記サンプルから切り出した15cm角の2mmシートにおいて、ピッツ焼けゴム塊による凹凸がない状態を良好とし、平坦さについては、該シートが平坦で平面板に密着する状態を良好として評価した。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
表1及び2より、イソプレン系ゴムと、特定のカーボンブラックと、硫黄と、式(I)で表される化合物とを所定量含有する実施例は、低燃費性、耐久性及び加工性がバランス良く改善された。また操縦安定性も良好であった。