(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラックを50〜200質量部、オイル50〜200質量部及び精製天然系ワックスを含有する。
【0016】
精製天然系ワックス(非石油系ワックス)における天然系ワックスとしては、石油外資源由来のワックスであれば特に限定されるものではない。例えば、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ライスワックス、ホホバろうなどの植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン、鯨ろうなどの動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラクタムなどの鉱物系ワックス;ヒマシ硬化油、大豆硬化油、ナタネ硬化油、牛脂硬化油などの天然油脂系硬化油;及びこれらの精製物などが挙げられる。なかでも、ブロードな分子量分布をとることができ、広い温度域での耐オゾン性が発揮されるとともに、ブルームによる白色化も防止できるという理由から、植物系ワックス、動物系ワックスが好ましく、キャンデリラワックス、カルナバワックス、ライスワックス、ミツロウがより好ましい。
【0017】
精製天然系ワックスは、前記天然系ワックスを精製したものである。精製方法は特に限定されず、たとえば天然系ワックスに、遊離脂肪酸、遊離アルコール及び樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種を除去する処理を施したものを使用できる。除去処理の方法は、遊離アルコール、遊離脂肪酸、樹脂を除去できる方法であれば特に限定されず、公知の方法を使用できる。なかでも、前述の精製キャンデリラワックスや精製ミツロウが良好に調製されるという点から、ミツロウ、キャンデリラワックスを使用することが好ましい。また、かかる天然系ワックスは遺伝子組み換えをした植物、動物から得られるものを用いてもよい。
【0018】
具体的には、炭化水素含有量が65質量%以上(より好ましくは75質量%以上、更に好ましくは80質量%以上)の精製キャンデリラワックス、遊離脂肪酸含有量が17質量%以下及び/又は遊離アルコール含有量が2.5質量%未満の精製ミツロウなどを好適に使用できる。また、炭素数28〜33の炭化水素を65質量%以上含有し、かつ該炭化水素中に占める炭素数31の炭化水素の割合が60質量%以上の精製キャンデリラワックスを使用することが特に好ましい。これにより、優れた耐オゾン性(特に低温時)が得られるとともに、白色化を防止できる。また、転がり抵抗の低下効果も得られる。
【0019】
前記精製キャンデリラワックス、精製ミツロウなどは、通常のキャンデリラワックスやミツロウに比べて、遊離脂肪酸、遊離アルコール、樹脂などの極性成分が減量されていることで、軟化点分布が低温側にシフト又は拡大されている。このため、特に低温での耐オゾン性が改善され、優れた耐オゾン性が広い温度範囲で発揮される。また、前記減量による炭化水素量の相対的に増加により、低極性ゴムとの相容性や膜の均一性が良好となるとともに、ブルームも抑制できるため、ゴム表面の白色化も防止できる。加えて環境面にも優れていることから、本発明の効果が良好に発揮される。
【0020】
前記精製キャンデリラワックスにおいて、該精製キャンデリラワックス100質量%中の炭素数28〜33の炭化水素含有量は、好ましくは65質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上である。65質量%未満であると、耐オゾン性や白色化の対策が不十分になる傾向がある。該含有量は、上限は特に限定されないが、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下である。また、該精製キャンデリラワックスにおいて、炭素数28〜33の炭化水素中に占める炭素数31の炭化水素の割合は、60質量%以上が好ましい。
【0021】
前記精製キャンデリラワックス100質量%中の遊離アルコールや遊離脂肪酸の含有量はそれぞれ少ない方が望ましく、具体的には各々10質量%以下が好ましく、7質量%以下がより好ましい。10質量%を超えると、耐オゾン性(特に低温時)が悪化する傾向がある。
【0022】
前記精製キャンデリラワックス100質量%中の樹脂の含有量は少ない方が望ましく、具体的には15質量%以下が好ましく、12質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、7質量%以下が特に好ましい。15質量%を超えると、耐オゾン性(特に低温時)が悪化する傾向がある。
【0023】
前記精製キャンデリラワックス100質量%中のエステルの含有量は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。これにより、良好な低温での耐オゾン性が得られる。
【0024】
なお、本発明における精製天然系ワックスとしては、40℃以下の軟化点を有する成分を含むものが好ましい。ここで、ワックスの軟化点分布は、示差走査熱量測定装置(DSC)を用いて、−30℃から100℃まで5℃/minの昇温速度でヒートフロー(mW/g)を測定して調べられる。所定温度の軟化点を有する成分を含むか否かは、該所定温度(例えば40℃)の時点におけヒートフローの温度依存性曲線がベースラインから吸熱方向に下がっているか否かを基準として確認できる。
【0025】
そして、前記精製キャンデリラワックスとしては、(40℃におけるヒートフロー(mW/g)/ピーク温度のヒートフロー(mW/g))×100≧0.1の関係を満たすものが好ましく、0.2以上の関係を満たすものがより好ましく、0.5以上の関係を満たすものが更に好ましい。この場合、40℃以下の軟化点を有する成分により、良好な低温時の耐オゾン性が得られる。
【0026】
前記精製キャンデリラワックスは、例えば、特開平10−182500号公報に記載されている製法により調製できる。即ち、例えば、天然系ワックスをアルカリの存在下でケン化分解した後、石油エーテルで抽出処理し、石油エーテルを減圧蒸留することにより得られた固形物をn−ヘキサン等の有機溶媒に溶解して、これをシリカゲル充填カラムに通液し、n−ヘキサンの有機溶媒で溶離展開し、各フラクションに分け、所望のフラクションを集める方法等が挙げられる。
【0027】
更に、前記精製天然系ワックスとして、遊離脂肪酸含有量が17質量%以下、遊離アルコール含有量が2.5質量%未満の精製ミツロウを使用することが好ましい。この場合も、上記精製キャンデリラワックスと同様に本発明の効果が充分に発揮され、転がり抵抗の低下効果も得られる。
【0028】
前記精製ミツロウにおいて、該精製ミツロウ100質量%中の遊離脂肪酸の含有量は少ない方が望ましく、具体的には17質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。また、上記精製ミツロウ100質量%中の遊離アルコールの含有量も少ない方が望ましく、具体的には2.5質量%未満が好ましい。それぞれ上限を超えると、耐オゾン性(特に低温時)が悪化する傾向がある。
【0029】
前記精製ミツロウにおいて、該精製ミツロウ100質量%中の炭化水素含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは12質量%以上である。10質量%未満であると、耐オゾン性や白色化の対策が不十分になる傾向がある。該含有量は、上限は特に限定されないが、精製に要するコストとの兼ね合いから、好ましくは40質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。
【0030】
また、前記精製ミツロウ100質量%中のエステルの含有量は、好ましくは65質量%以上、より好ましくは70質量%以上である。該含有量の上限は特に限定されないが、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下である。これにより、良好な低温での耐オゾン性が得られる。
【0031】
前記精製ミツロウとしては、(40℃におけるヒートフロー(mW/g)/ピーク温度のヒートフロー(mW/g))×100≧10の関係を満たすものが好ましく、11以上の関係を満たすものがより好ましく、12以上の関係を満たすものが更に好ましく、13以上の関係を満たすものが特に好ましい。この場合、40℃以下の軟化点を有する成分により、良好な低温時の耐オゾン性が得られる。
【0032】
前記精製ミツロウは、例えば、ミツバチ巣からミツロウを取り出して、ごみや蜂の死骸などを取り除いて黄蝋を得、それを更に脱色、漂白して晒しミツロウを得る。さらに、かかる晒しミツロウや黄蝋等を加熱や煮沸処理したり、酸化剤、還元剤により化学的に処理したりして、遊離アルコールや遊離脂肪酸、樹脂分などを減らして得ることができる。
【0033】
なお、精製キャンデリラワックス、精製ミツロウなどの天然系ワックスに含まれる遊離アルコール、遊離脂肪酸、樹脂、炭化水素、エステルの含有量は、ガスクロマトグラフィー等、従来の方法で測定できる。また、ヒートフローは、示差走査熱量測定装置(DSC)を用いて測定できる。
【0034】
本発明のゴム組成物において、上記精製天然系ワックスの含有量(精製キャンデリラワックス、精製ミツロウなどの合計含有量)は、ゴム成分100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上であり、より好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは1.5質量部以上、特に好ましくは2.5質量部以上である。0.1質量部未満であると、耐オゾン性の向上等の具体的な効果を確認できないおそれがある。また、該精製天然系ワックスの含有量は、好ましくは8質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。8質量部をこえると、ブルーム量が多くなりすぎてタイヤが白色化する傾向がある。また、コストが上昇するおそれがある。
【0035】
本発明で使用するゴム成分としては特に限定されず、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、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)など、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。また、これらのゴムを変性剤で変性したものも使用することができる。
【0036】
NR及び/又はENRを含有する場合、ゴム成分100質量%中のNR及び/又はENRの含有量は、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上である。2質量%未満であると、充分な力学強度を得ることが難しくなる恐れがある。該含有量は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。90質量%を超えると、BRなどの他のゴムの配合量が相対的に低くなり、耐亀裂成長性や耐オゾン性、耐摩耗性などを改善することが難しくなる場合がある。
【0037】
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2質量%以上、より好ましくは5質量%以上である。2質量%未満であると、耐亀裂成長性や耐オゾン性、耐摩耗性などを改善することが難しくなるおそれがある。該含有量は、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。40質量%を超えると、NR及び/又はENRやその他のゴムの配合量が相対的に低くなり、充分な力学強度を得ることが難しくなるおそれがある。
【0038】
SBRを含有する場合、SBRの結合スチレン量は、10重量%以上が好ましく、20重量%以上がより好ましく、30重量%以上がさらに好ましく、35重量%以上がとくに好ましい。SBRの結合スチレン量が10重量%未満では、中温(30〜50℃)および高温(100℃前後)条件下において、グリップ性能の充分な改善効果が得られない傾向がある。また、SBRの結合スチレン量は、60重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましく、45重量%以下がさらに好ましい。SBRの結合スチレン量が60重量%をこえると、ゴムが硬くなり、路面との接地面積が減少し、高いグリップ性能が得られない傾向がある。なお、ゴム成分中にSBRを含む場合、充分なグリップ性能が得られることから、SBRの含有率は、100重量%が最も好ましい。
【0039】
本発明のタイヤ用ゴム組成物はカーボンブラックを含有することが好ましい。これにより、補強効果が得られる。
【0040】
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(N2SA)は15×10
3m
2/g以上が好ましく、25×10
3m
2/g以上がより好ましい。15×10
3m
2/g未満では、充分な補強効果が得られないおそれがある。また、カーボンブラックのN
2SAは50×10
3m
2/g以下が好ましく、35×10
3m
2/g以下がより好ましい。50×10
3m
2/gを超えると、初期グリップが悪化するおそれがある。なお、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、JIS K6217のA法によって求められる。
【0041】
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、好ましくは50質量部以上、より好ましくは60質量部以上である。50質量部未満では、充分な補強効果やグリップ効果が得られないおそれがある。該カーボンブラックの含有量は、好ましくは200質量部以下、より好ましくは190質量部以下である。200質量部を超えると、分散不良で摩耗が悪化する傾向がある。
【0042】
本発明のタイヤ用ゴム組成物はシリカを含有することもできる。これにより、良好な低燃費性が得られるとともに、補強効果が得られる。また、シリカとともに、シランカップリング剤を使用することが好ましい。
【0043】
本発明のタイヤ用ゴム組成物はオイルを含有する。オイルとしては、アロマオイル、プロセスオイル、パラフィンオイルなどの鉱物油などが挙げられる。オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、50〜200質量部、好ましくは60〜150質量部である。50質量部未満では、グリップ性能が不足する傾向がある。一方、200質量部を超えると、摩耗性が低下する傾向がある。
【0044】
本発明のタイヤ用ゴム組成物には、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、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種老化防止剤、その他のワックス、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
【0045】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、精製天然系ワックスとともに老化防止剤を含有することが好ましい。これにより、耐オゾン性を改善できる。
【0046】
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。なかでも、アミン系が好ましく、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がより好ましい。ここで、老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましく、1.2質量部以上が更に好ましい。該含有量は、8質量部以下が好ましく、4質量部以下がより好ましく、2.5質量部以下が更に好ましい。
【0047】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどの混練機で前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。
【0048】
本発明の空気入りタイヤは、上記タイヤ用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サイドウォールやトレッド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タイヤを製造できる。本発明のタイヤは、初期グリップ性が高いため、特に競技用のウエットタイヤに好適に使用することができる。
【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、実施例及び比較例で用いた各種薬品について説明する。
SBR:旭化成(株)製のタフデン4350(結合スチレン量:40重量%、ゴム固形分100重量部に対してオイル分50重量部含有)
BR:宇部興産(株)製のBR150B
NR:RSS#3
カーボンブラック:新日化カーボン(株)製のニテロン#55S(石炭系重質油を原料としたカーボンブラック、N
2SA:28×10
3m
2/kg)
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「桐」
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
老化防止剤1: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)
老化防止剤2:フレキシス社製のノクラック2 2 4 ( 2 , 2 , 4 − トリメチル− 1 ,2 − ジヒドロキノリン重合体)
ワックス1:サンノックN(大内新興化学製)
ワックス2:横関油脂工業(株)製のキャンデリラワックスMK−2(構成成分:エステル22質量%、遊離脂肪酸10質量%、遊離アルコール10質量%、炭化水素40質量%、樹脂18質量%)(軟化点分布:42〜73℃)(40℃におけるヒートフロー/ピーク温度のヒートフロー×100=0)
ワックス3:横関油脂工業(株)製の精製キャンデリラワックスMD−21(構成成分:エステル3質量%、遊離脂肪酸5質量%、遊離アルコール5質量%、炭素数28〜33の炭化水素82質量%(該炭化水素のうち炭素数31の占める割合約70質量%)、樹脂5質量%)(軟化点分布:35〜75℃)(40℃におけるヒートフロー/ピーク温度のヒートフロー×100=0.6)
ワックス4:晒しミツロウ(構成成分:エステル66.5質量%、遊離脂肪酸18質量%、遊離アルコール2.5質量%、炭化水素13質量%)(軟化点分布:20〜70℃)(40℃におけるヒートフロー/ピーク温度のヒートフロー×100=9)
ワックス5:横関油脂工業(株)製の精製ミツロウBEESWAXCO−100(化粧品仕様)(構成成分:エステル70質量%、遊離脂肪酸14質量%、遊離アルコール2質量%、炭化水素14質量%)(軟化点分布:0〜75℃)(40℃におけるヒートフロー/ピーク温度のヒートフロー×100=13)
アロマオイル:アロマオイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−260
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤DPG:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(1,3−ジフェニルグアニジン)
加硫促進剤CZ:住友化学(株)製のソクシノールCZ
【0051】
なお、ワックス2〜5について、遊離アルコール、遊離脂肪酸、樹脂、炭化水素、エステルの含有量は、ガスクロマトグラフィーにより測定した。
【0052】
また、軟化点分布については、示差走査熱量測定装置(DSC)を用いて、−30℃から100℃まで5℃/minの昇温速度でヒートフロー(mW/g)を測定した。
【0053】
前記のとおり、各ワックスの組成について、ワックス3は、ワックス2に比べて樹脂成分、エステル成分、遊離アルコール、遊離脂肪酸が少なく、炭化水素成分量が多かった。また、ワックス5は、ワックス4に比べて遊離アルコールや遊離脂肪酸の量が少なく、エステル成分の量が多く、これらの結果から、ワックス3及び5では、耐オゾン性に有効なワックス成分が多いことが確認できた。更に、ワックス3及び5では、軟化点分布が低温側にシフト又は拡大し、40℃以下の軟化点を有する成分を含むことも確認できた。
【0054】
実施例1〜7、比較例1〜5
バンバリーミキサーに、表1の工程1に示す配合量の薬品を投入して、排出温度が約150℃となるように5分間混練し、排出した。さらに、表1の工程2に示す配合量の硫黄および加硫促進剤を加え、バンバリーミキサーを用いて、排出温度が100℃となるように約3分間混練して、未加硫ゴム組成物を得た。
【0055】
未加硫ゴムシートをトレッド形状に成形して、他のタイヤ部材と貼りあわせ、170℃の条件下で12分間プレス加硫することにより、11×7.10−5サイズのカート用タイヤを作製した。また、上記未加硫ゴム組成物を、170℃で12分間加硫することにより、加硫ゴムシートを作製した。(耐オゾン試験用)
【0056】
<DFテスター取れやすさ>
DF(動摩擦)テスターSタイプにゴムサンプルを取り付け、手順に従い動摩擦係数を測定する。DFテスターの「タイヤ付着物の取れやすさ指標」は滑り速度5km/hの動摩擦係数の変化を判定に用いた。回数の少ない方が、タイヤの付着物が取れやすいことを示す。
【0057】
図1にDFテスターの測定原理を示す。タイヤゴムを力Wで路面に押し付け、速度Vで引っ張るとタイヤゴムは摩擦力Fを受ける。この摩擦力Fを測定し、以下の式
μ=F/W (1)
から動摩擦係数μを算出する。
式(1)においてWを一定の値とすると、
μ=K×F (2)
となり、μとFは正比例する(Kは比例定数)。DFテスターはこの原理に基づき、水平に回転する円盤にタイヤゴムを取り付け、これに一定の荷重Wを加え、タイヤゴムに加わる摩擦力Fと、その時のタイヤゴムの線速度V(円板の回転速度)を測定する。
【0058】
<タイヤ性能>(実車テストにおける初期グリップ評価及び後半グリップ評価)
カートに作製したタイヤを装着し、1周2kmのテストコースを8週走行し、比較例1のタイヤの初期グリップ性能を2点とし、5点満点でテストドライバーが官能評価した。点数が高いほど、グリップ性能が高いことを示す。なお、初期グリップ性能は1〜4周目のグリップ性能、後半グリップ性能は5〜8周目のグリップ性能を示す。
【0059】
<耐オゾン性能試験>
JIS K 6259「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−耐オゾン性の求め方」に基づき、オゾン濃度50±5pphm、試験温度30℃、伸張歪20±2%の条件下で、48時間試験した後の亀裂の状態を観察することで、耐オゾン性能を評価した。なお、評価方法は、JISに記載の方式に従い、亀裂の数と大きさを表した。アルファベット(A、B及びC)は、Aが亀裂の数が少なく、Cが亀裂の数が大きいことを示し、数字(1〜5)は、大きいほど、亀裂の大きさが大きいことを示し、「クラックなし」は、クラックが発生しなかったことを示す。
【0060】
<暴露試験>
試験用タイヤにホィールを取り付け、2.2気圧の空気を封入して、屋外(神戸市内)に3ヶ月間放置し、その後の変色度合いを目視で評価した。
○:変色なし
△:わずかに白色化
×:激しく白色化
【0061】
【表1】
【0062】
実施例1〜7では、安定するまでの慣らし回数が少なく、かつ耐オゾン性能および白色化との両立ができた。比較例1、2、4では、従来のワックスを使用しているため初期グリップの評点が低い。比較例3では、ワックスが存在しないため、1回目から動摩擦係数が高く、初期グリップ評点が高いが、耐オゾン性能が悪い。比較例5では、オイルの含有量が少ないため、グリップ性能に劣る。
【0063】
精製天然系ワックスを使用することで、耐オゾン性能、屋外暴露を維持した上で、表面層が取れやすくなり初期グリップ指標を上げることができる。