(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024174492
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤ
(51)【国際特許分類】
C08L 21/00 20060101AFI20241210BHJP
C08K 3/04 20060101ALI20241210BHJP
C08L 91/00 20060101ALI20241210BHJP
B60C 1/00 20060101ALI20241210BHJP
【FI】
C08L21/00
C08K3/04
C08L91/00
B60C1/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023092346
(22)【出願日】2023-06-05
(71)【出願人】
【識別番号】000003148
【氏名又は名称】TOYO TIRE株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】池内 裕紀
(72)【発明者】
【氏名】箕内 則夫
【テーマコード(参考)】
3D131
4J002
【Fターム(参考)】
3D131AA01
3D131AA02
3D131BA05
3D131BA12
3D131BA18
3D131BC02
3D131BC12
3D131BC19
3D131BC33
3D131BC51
4J002AC011
4J002AC031
4J002AC061
4J002AC071
4J002AC081
4J002AC091
4J002AE052
4J002DA036
4J002FD016
4J002FD022
4J002GN01
(57)【要約】
【課題】WET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上したタイヤ用加硫ゴムの原料となるタイヤ用ゴム組成物および該ゴム組成物の加硫ゴムを備える空気入りタイヤを提供すること。
【解決手段】ゴム成分、カーボンブラックおよび植物油を含有するタイヤ用ゴム組成物であって、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が120~250(m2/g)であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は160~250(m2/g)であることが好ましい。
【選択図】 なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゴム成分、カーボンブラックおよび植物油を含有する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が120~250(m2/g)であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
【請求項2】
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が160~250(m2/g)である請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項3】
前記植物油は、ヨウ素価が95以下である請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項4】
前記植物油がひまわり油である請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項5】
ゴム成分の全量を100質量部としたとき、前記カーボンブラックの配合量が70~150質量部である請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項6】
ゴム成分の全量を100質量部としたとき、前記植物油の配合量が20~100質量部である請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物。
【請求項7】
請求項1に記載のタイヤ用ゴム組成物を加硫成形してなるゴム部材を備える空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関するものである。
【背景技術】
【0002】
空気入りタイヤは様々な環境下での走行が想定されており、例えば湿潤路面でのタイヤ性能(以下、「WET性能」ともいう)の向上は必要不可欠である。
【0003】
下記特許文献1では、タイヤトレッドを構成する為に使用できる架橋性又は架橋ゴム組成物であって、前記組成物が、少なくとも、溶液で調製されたスチレン-ブタジエンコポリマー、エマルジョンで調製されたスチレン-ブタジエンコポリマー、天然ポリイソプレン、95%より多いシス-1,4結合含有量を有する合成ポリイソプレン及びこれらのエラストマーの混合物から成る群から選択される50phr~100phrの多量成分ジエンエラストマー並びに90%より多いシス-1,4結合含有量を有するポリブタジエンである0phr~50phrの少量成分ジエンエラストマーを含む一種以上のジエンエラストマーと、少なくとも一つのグリセロールオレイン酸トリエステルを含む植物油を含む可塑剤とをベースとし、前記可塑剤が、前記植物油として、オレイン酸が全脂肪酸の70%以上の質量分率を占めるひまわり油を、45%~100%の質量分率で含み、且つ、パラフィン系、芳香族系又はナフテン系の、石油から抽出された一種以上の可塑化用油を55%~0%の質量分率で含み、並びにひまわり油の量が10~40phrの範囲であり、且つ、任意で含まれる石油から抽出された可塑化用油の量が0~30phrの量である事を特徴とするゴム組成物。が記載されている。
【0004】
下記特許文献2では、第1スチレンブタジエンゴム20~50重量部、第2スチレンブタジエンゴム20~50重量部及びブタジエンゴム(BR)10~40重量部を含む原料ゴムと、そして、前記原料ゴム100重量部に対して、補強性充填剤80~180重量部と、天然オイル2~50重量部と、炭化水素樹脂2~30重量部とを含む、タイヤトレッド用ゴム組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第4209200号公報
【特許文献2】特開2019-172957公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1および2に記載の技術では、いずれも空気入りタイヤのWET性能の向上を課題として挙げている。ここで、本発明者らが鋭意検討した結果、WET性能と転がり抵抗との間には二律背反の関係があり、さらに空気入りタイヤの耐摩耗性も考慮した場合、さらなる改良の余地があることが判明した。
【0007】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、WET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上したタイヤ用加硫ゴムの原料となるタイヤ用ゴム組成物および該ゴム組成物の加硫ゴムを備える空気入りタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題は下記の如き構成により解決し得る。すなわち本発明は、ゴム成分、カーボンブラックおよび植物油を含有する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が120~250(m2/g)であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物(1)に関する。
【0009】
上記タイヤ用ゴム組成物(1)において、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が160~250(m2/g)であるタイヤ用ゴム組成物(2)が好ましい。
【0010】
上記タイヤ用ゴム組成物(1)または(2)において、前記植物油は、ヨウ素価が95以下であるタイヤ用ゴム組成物(3)が好ましい。
【0011】
上記タイヤ用ゴム組成物(1)~(3)のいずれかにおいて、前記植物油がひまわり油であるタイヤ用ゴム組成物(4)が好ましい。
【0012】
上記タイヤ用ゴム組成物(1)~(4)のいずれかにおいて、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、前記カーボンブラックの配合量が70~150質量部であるタイヤ用ゴム組成物(5)が好ましい。
【0013】
上記タイヤ用ゴム組成物(1)~(5)のいずれかにおいて、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、前記植物油の配合量が20~100質量部であるタイヤ用ゴム組成物(6)が好ましい。
【0014】
また本発明は、上記タイヤ用ゴム組成物(1)~(6)のいずれかを加硫成形してなるゴム部材を備える空気入りタイヤ(7)に関する。
【発明の効果】
【0015】
カーボンブラックの窒素吸着比表面積と粒径とは反比例の関係にあり、窒素吸着比表面積が大きいカーボンブラックの粒径は小さくなる。ここで、粒径の小さなカーボンブラック、例えばSAFまたはSAFよりも小粒径のカーボンブラックは、ゴム中に配合すると混合時のゴムコンパウンドの粘度が非常に高くなり、均一に混合することが困難になることから、ゴム中での分散性が悪化する傾向がある。このような傾向は、カーボンブラックの配合量が多くなると余計に顕著になる。このような傾向に関し、本発明者らは、窒素吸着比表面積が120~250(m2/g)であるカーボンブラックをゴム中に配合する際、共に植物油を配合することで、混合時のゴムコンパウンドの可塑化性能が高まり、その結果、ゴム中のカーボンブラックの分散性が著しく高まることで、加硫ゴムとしたときのWET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上することを見出した。なお、粒径のさらに小さなカーボンブラックを使用する場合、あるいはかかるカーボンブラックの配合量を増量した場合、混合時のゴムコンパウンドの粘度が著しく高まることでカーボンブラックの分散性がさらに悪化することが予想される。しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、ゴムコンパウンドへの植物油の可塑化効果は、粒径のさらに小さなカーボンブラックを使用する場合、あるいはかかるカーボンブラックの配合量を増量した場合に、さらに効果を発揮することで、加硫ゴムとしたときのWET性能、転がり抵抗および耐摩耗性が特にバランスよく向上することを見出した。
【0016】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の加硫ゴムは、WET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上している。このため、本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の加硫ゴムは、空気入りタイヤのトレッド用途に特に有用である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分、カーボンブラックおよび植物油を含有する。
【0018】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物はゴム成分を含有する。ゴム成分としては、例えばジエン系ゴムが好ましい。ジエン系ゴムとしては、特に限定されるものでなく、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-ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン-イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体ゴムなどが挙げられる。これらはそれぞれ単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
【0019】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、小粒径のカーボンブラック、具体的にはカーボンブラックの窒素吸着比表面積が120~250(m2/g)であるカーボンブラックを含有することが特徴である。このような小粒径カーボンブラックは、ゴム中に配合すると混合時のゴムコンパウンドの粘度が非常に高くなり、均一に混合することが困難になるのが一般的であるが、本発明では植物油と共に配合することで、混合時のゴムコンパウンドの可塑化性能が高まり、その結果、ゴム中のカーボンブラックの分散性が著しく高まる。なお、本発明においては、カーボンブラックの粒径がより小さい、あるいはカーボンブラックの配合量がより多い領域において、植物油による分散性向上効果、ひいてはWET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上する効果が特に高まる。具体的には、本発明において使用するカーボンブラックの窒素吸着比表面積の下限は、130(m2/g)であることが好ましく、160(m2/g)であることがより好ましい。一方、本発明において使用するカーボンブラックの窒素吸着比表面積の上限は、250(m2/g)であることが好ましく、225(m2/g)であることがより好ましい。また、本発明において使用するカーボンブラックの配合量の下限は、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、60質量部であることが好ましく、70質量部であることがより好ましく、80質量部であることが特に好ましい。一方、本発明において使用するカーボンブラックの配合量の上限は、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、150質量部であることが好ましく、140質量部であることがより好ましく、130質量部であることが特に好ましい。
【0020】
本発明に係るゴム組成物は、特定の粒径のカーボンブラックと共に植物油を配合する点が特徴である。カーボンブラックの分散性を向上させる見地から、ひいては加硫ゴムとしたときのWET性能、転がり抵抗および耐摩耗性をバランスよく向上させる見地から、オレイン酸の含有量が40質量%以上の植物油を使用することが好ましく、50質量%以上の植物油を使用することがより好ましく、70質量%以上の植物油を使用することが特に好ましい。また、本発明において使用する植物油のヨウ素価は95以下であることが好ましく、90以下であることがより好ましい。このような植物油は二重結合量がある程度少ないため、加硫ゴムとする際のスコーチ性の悪化を抑制することができる。本発明において使用する植物油としては、ひまわり油およびパーム油が好ましく、ひまわり油が特に好ましい。本発明において使用する植物油の配合量の下限は、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、10質量部であることが好ましく、20質量部であることがより好ましく、30質量部であることが特に好ましい。一方、本発明において使用する植物油の配合量の上限は、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、100質量部であることが好ましく、80質量部であることがより好ましく、70質量部であることが特に好ましい。
【0021】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分、カーボンブラックおよび植物油に加え、シリカ、シランカップリング剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、ステアリン酸、ワックスやオイルなどの軟化剤、加工助剤などを含有してもよい。
【0022】
シリカとしては、通常のゴム補強に用いられる湿式シリカ、乾式シリカ、ゾル-ゲルシリカ、表面処理シリカなどが用いられる。なかでも、湿式シリカが好ましい。ただし、本発明に係るタイヤ用ゴム組成物においては、カーボンブラックの分散性向上効果をより高く維持する見地から、シリカを含有しないことが好ましく、シリカを含有する場合であってもその配合量はゴム成分の全量を100質量部としたとき、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
【0023】
充填剤としてシリカを含有する場合、併せてシランカップリング剤を含有することも好ましい。シランカップリング剤としては、分子中に硫黄を含むものであれば特に限定されず、ゴム組成物においてシリカとともに配合される各種のシランカップリング剤を用いることができる。例えば、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(例えば、デグサ社製「Si69」)、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド(例えば、デグサ社製「Si75」)、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(4-トリエキトシシリルブチル)ジスルフィド、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)ジスルフィドなどのスルフィドシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、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シラン、3-オクタノイルチオ-1-プロピルトリエトキシシラン、3-プロピオニルチオプロピルトリメトキシシランなどの保護化メルカプトシランが挙げられる。
【0024】
加硫剤としては、好適には硫黄が使用可能である。硫黄は通常のゴム用硫黄であればよく、例えば粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などを用いることができる。本発明に係るタイヤ用ゴム組成物では、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、加硫剤の含有量は、0.5~3.5質量部であることが好ましい。
【0025】
加硫促進剤としては、ゴム加硫用として通常用いられる、スルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などの加硫促進剤を単独、または適宜混合して使用しても良い。
【0026】
老化防止剤としては、ゴム用として通常用いられる、芳香族アミン系老化防止剤、アミン-ケトン系老化防止剤、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤などの老化防止剤を単独、または適宜混合して使用しても良い。
【0027】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分、カーボンブラックおよび植物油に加えて、シリカ、シランカップリング剤、加硫剤、加硫促進剤、酸化亜鉛、老化防止剤、ステアリン酸、ワックスなどの軟化剤、加工助剤などを、バンバリーミキサー、ニーダー、ロールなどの通常のゴム工業において使用される混練機を用いて混練りすることにより得られる。
【0028】
また、上記各成分の配合方法は特に限定されず、加硫剤および加硫促進剤などの加硫系配合剤以外の配合成分を予め混練してマスターバッチとし、残りの成分を添加してさらに混練する方法、各成分を任意の順序で添加し混練する方法、全成分を同時に添加して混練する方法などのいずれでもよい。
【0029】
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の加硫ゴムは、WET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上している。このため、本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の加硫ゴムは、空気入りタイヤのトレッド用途に特に有用である。
【実施例0030】
以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明する。
【0031】
(タイヤ用ゴム組成物の調製)
ゴム成分100質量部に対して、表1~2の配合処方に従い、実施例1~6および比較例1~3のゴム組成物を配合し、通常のバンバリーミキサーを用いて混練し、タイヤ用ゴム組成物を調整した。表1~2に記載の各配合剤を以下に示す。
【0032】
(ゴム成分)
・SBR1(ESBR(乳化重合SBR)):商品名「SBR1502」(ENEOSマテリアル社製)
・SBR2(SSBR(溶液重合SBR)):商品名「HPR355」(ENEOSマテリアル社製)
・BR1:商品名「BR150B」(UBEエラストマー社製)
(カーボンブラック)
・カーボンブラック1(CB1)(SAF):商品名「シースト9」(東海カーボン社製)窒素吸着比表面積142(m2/g)
・カーボンブラック2(CB2)(SAF):商品名「ダイヤブラック UX10」(三菱ケミカル社製)窒素吸着比表面積190(m2/g)
(植物油)
・植物油1(大豆白絞油):(日清オイリオ社製)ヨウ素価:128、オレイン酸:23質量%
・植物油2(ひまわり油):(日清オイリオ社製)ヨウ素価:84、オレイン酸:82質量%
・植物油3(PL65(パームオレイン)):(日清オイリオ社製)ヨウ素価:65、オレイン酸:48重量%
(その他の成分)
・シリカ:商品名「ニップシールAQ」(東ソー社製)
・シランカップリング剤:商品名「Si69」(デグサ社製)
・ナフテンオイル:商品名「プロセスNC140」(JOMO社製)
・ステアリン酸:商品名「ルナックS-20」(花王社製)
・酸化亜鉛:商品名「亜鉛華1号」(三井金属鉱業社製)
・ワックス:商品名「OZOACE0355」(日本精鑞社製)
・老化防止剤1:商品名「ノクラック6C」(大内新興化学工業社製)
・老化防止剤2:商品名「アンテージRD」(川口化学工業(株)社製)
・炭化水素樹脂:商品名「ペトロタック90」(東ソー社製)
・加硫促進剤1:商品名「ノクセラーD」(大内新興化学工業社製)
・加硫促進剤2:商品名「ソクシノールCZ」(住友化学社製)
・硫黄:商品名「粉末硫黄」(鶴見化学工業社製)
【0033】
上記で得られた実施例1~6および比較例1~3のゴム組成物の未加硫試料を作製後、以下の条件により未加硫ゴム組成物の粘度(加工性)、加硫ゴムのWET指標(WET性能)、加硫ゴムの発熱指標(転がり抵抗)および加硫ゴムのLA指標(耐摩耗性)を評価した。
【0034】
(未加硫ゴム組成物の粘度(加工性))
JIS K6300に準拠して、東洋精機(株)製ロータレスムーニー測定機を用いて、未加硫ゴム100℃で1分間余熱後、4分後のトルク値をムーニー単位で測定した。実施例1~2に関しては比較例1の値を100とした指数で表示し、実施例3~6および比較例3に関しては比較例2の値を100とした指数で表示した。数値が小さいほうが、未加硫ゴムの粘度が小さく加工性が良好なことを示す。
【0035】
(加硫ゴムのWET指標(WET性能))
東洋精機(株)製の粘弾性試験機を使用し、周波数10Hz、静歪10%、動歪1%、温度0℃で損失係数tanδを測定した。実施例1~2に関しては比較例1の値を100とした指数で表示し、実施例3~6および比較例3に関しては比較例2の値を100とした指数で表示した。数値が大きいほうが、ウェットグリップ性能が大きいことを示す。
【0036】
(加硫ゴムの発熱指標(転がり抵抗))
東洋精機(株)製の粘弾性試験機を使用し、周波数10Hz、静歪10%、動歪1%、温度60℃での損失係数tanδを測定した。実施例1~2に関しては比較例1の値を100とした指数で表示し、実施例3~6および比較例3に関しては比較例2の値を100とした指数で表示した。数値が小さいほうが、発熱が小さく転がり抵抗性能が良好なことを示す。
【0037】
(加硫ゴムのLA指標(耐摩耗性))
JIS K6264に準じて、ランボーン摩耗試験機を用いて、荷重3kg、スリップ率20%、温度23℃で摩耗量を測定した。実施例1~2に関しては比較例1の値の逆数を100とした指数で表示し、実施例3~6および比較例3に関しては比較例2の値の逆数を100とした指数で表示した。数値が大きいほうが、耐摩耗性に優れることを示す。
【0038】
【0039】
表1の結果から、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、カーボンブラックの含有量が90質量部前後と多い配合系である場合に、鉱物油であるナフテン油を使用した比較例1の未加硫ゴム組成物に比して、植物油であるひまわり油を使用した実施例1~2の未加硫ゴム組成物では、粘度が低く抑えられており、カーボンブラックの分散性に優れることがわかる。また、実施例1~2の未加硫ゴム組成物の加硫ゴムは、WET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上することがわかる。特に、窒素吸着比表面積が190(m2/g)であるカーボンブラック2を使用した実施例2では、WET性能および耐摩耗性が著しく向上することがわかる。
【0040】
【0041】
表2の結果から、ゴム成分の全量を100質量部としたとき、カーボンブラックの含有量が120質量部前後と特に多い配合系である場合に、鉱物油であるナフテン油を使用した比較例2~3の未加硫ゴム組成物に比して、植物油であるひまわり油を使用した実施例3~4の未加硫ゴム組成物、パーム油を使用した実施例5の未加硫ゴム組成物では、粘度が低く抑えられており、カーボンブラックの分散性に優れることがわかる。なお、大豆油を使用した実施例6の未加硫ゴム組成物は、鉱物油であるナフテン油を使用した比較例2と同等の粘度を示した。また、実施例3~5の未加硫ゴム組成物の加硫ゴムは、WET性能、転がり抵抗および耐摩耗性がバランスよく向上することがわかる。特に、窒素吸着比表面積が190(m2/g)であるカーボンブラック2を使用した実施例4~5では、WET性能および耐摩耗性がさらに向上することがわかる。