特許 7663797 タイヤ用ゴム組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-09

(45)【発行日】2025-04-17

(54)【発明の名称】タイヤ用ゴム組成物

(51)【国際特許分類】

   C08L 7/00 20060101AFI20250410BHJP

   C08L 9/00 20060101ALI20250410BHJP

   C08K 3/04 20060101ALI20250410BHJP

   C08K 7/26 20060101ALI20250410BHJP

   B60C 1/00 20060101ALI20250410BHJP

【ＦＩ】

C08L7/00

C08L9/00

C08K3/04

C08K7/26

B60C1/00 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020090585

(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公開番号】P2021187860

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-03-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000006714

【氏名又は名称】横浜ゴム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 隆太郎

【審査官】西山 義之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１７４６２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１８２５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０１８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８２２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９１２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３１５９３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｌ １／００－１０１／１４

Ｃ０８Ｋ ３／００－ １３／０８

Ｂ６０Ｃ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

天然ゴムを７０質量％以上含むジエン系ゴム１００質量部に対して、中空環状構造を有するチューブ状無機鉱物としてハロイサイトが０．５質量部～２０質量部、白色充填剤が３０質量部以上、カーボンブラックが５質量部～１７０質量部、オイルが２質量部～６０質量部配合され、前記チューブ状無機鉱物のアスペクト比が７～５０であり、室温におけるＪＩＳ硬度が６０以上であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。

【請求項2】

請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に用いたことを特徴とするタイヤ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主としてタイヤのトレッド部に使用することを意図したタイヤ用ゴム組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保全意識の高まりから、タイヤの転がり抵抗を小さくして車両の燃費性能を向上させることや、耐摩耗性を改良してタイヤ寿命を長くすることが求められている。特に、トラック・バス用タイヤは、乗用車用タイヤに比べ、タイヤに負荷される荷重が大きいため、これら性能の両立が強く求められる。一般に、低転がり抵抗性を改良する方法としては、タイヤ用ゴム組成物にシリカを配合することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、シリカはカーボンブラックに比べて、ベースゴムに対する補強効果が小さく、耐摩耗性を十分に改良することができない傾向があった。更に、トラック・バス用タイヤに使用されるゴム組成物は、天然ゴムを主成分とする場合があるが、天然ゴムとシリカとは親和性が低く、シリカの分散が悪くなるため、この点からも耐摩耗性と低転がり抵抗性の両立が難しい傾向があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９‐０５６０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、耐摩耗性と低転がり抵抗性とを高度に両立することを可能にしたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを７０質量％以上含むジエン系ゴム１００質量部に対して、中空環状構造を有するチューブ状無機鉱物としてハロイサイトが０．５質量部～２０質量部、白色充填剤が３０質量部以上、カーボンブラックが５質量部～１７０質量部、オイルが２質量部～６０質量部配合され、前記チューブ状無機鉱物のアスペクト比が７～５０であり、室温におけるＪＩＳ硬度が６０以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明の発明者は、タイヤ用ゴム組成物にウェット性能を付与するための配合剤について鋭意研究した結果、中空環状構造を有するチューブ状無機鉱物をタイヤ用ゴム組成物に配合することで、天然ゴムを主成分とするゴム組成物においても、シリカの分散性を向上して低転がり抵抗性を改善すると共に、耐摩耗性を良好に維持することを知見した。本発明は、この知見に基づいて、タイヤ用ゴム組成物を上述の配合で構成し、特にチューブ状無機鉱物を上述の配合量で配合しているので、優れた耐摩耗性と低転がり抵抗性とを高度に両立することができる。

【0007】

本発明においては、チューブ状無機鉱物のアスペクト比が７～５０である。このように適切な形状を有するチューブ状無機鉱物を用いることで、耐摩耗性と低転がり抵抗性とを高度に両立するには有利になる。尚、チューブ状無機鉱物のアスペクト比は、電子顕微鏡の観察画像から測定することができる。

【0008】

本発明においては、チューブ状無機鉱物がケイ酸アルミニウムからなることが好ましい。ケイ酸アルミニウムは、自然界における生成条件によって様々な構造の鉱物として産出されるものであり、中空環状構造を有する鉱物（ハロイサイト）として産出される場合があるので、本発明のチューブ状無機鉱物を天然鉱物として確保することが可能になる。また、ケイ酸アルミニウムからなるチューブ状無機鉱物（ハロイサイト）は、中空環状構造の内部表面（中心部）がＡｌ₂Ｏ₃に似た特性を持つ一方で、外表面がＳｉＯ₂に似た特性を持つという性質があるため、その外表面の特性によってゴム組成物中の白色充填剤（シリカ）の分散が良好になり、耐摩耗性と低転がり抵抗性とを高度に両立するには有利になる。

【0009】

上述の本発明のタイヤ用ゴム組成物は、タイヤのトレッド部に好適に用いることができる。本発明のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に用いたタイヤは、上述の優れた物性によって、低発熱性とウェット性能とを高度に両立することができる。尚、本発明のタイヤ用ゴム組成物を適用するタイヤは、空気入りタイヤであることが好ましいが、非空気式タイヤであってもよい。空気入りタイヤの場合は、その内部に空気、窒素等の不活性ガスまたはその他の気体を充填することができる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムである。但し、本明細帆において、ブチルゴムはジエン系ゴムに属さないものとする。本発明において、ジエン系ゴムは天然ゴムを必ず含み、かつ主成分とする。天然ゴムを主成分とするとは、ジエン系ゴム１００質量％中、天然ゴムを７０質量％以上含むことを意味する。十分な量の天然ゴムを含有することにより耐摩耗性を確保することができる。天然ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、好ましくは７５質量％～１００質量％、より好ましくは８０質量％～１００質量％である。

【0011】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、上述のようにブチルゴムを除き、タイヤ用ゴム組成物に一般的に使用可能なゴムを用いることができる。例えば、スチレン‐ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム、クロロプレンゴム等を例示することができる。なかでもブタジエンゴム、スチレン‐ブタジエンゴムが好ましい。他のジエン系ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、３０質量％以下、好ましくは２５質量％～３質量％、より好ましくは２０質量％～５質量％であるとよい。

【0012】

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、中空環状構造を有するチューブ状無機鉱物が必ず配合される。本発明の発明者の知見によれば、中空環状構造を有するチューブ状無機鉱物をタイヤ用ゴム組成物に配合することで、天然ゴムを主成分とするゴム組成物においても、シリカの分散性を向上して低転がり抵抗性を改善すると共に、耐摩耗性を良好に維持することができる。そのため、本発明のタイヤ用ゴム組成物は、中空環状構造を有するチューブ状無機鉱物が配合されることで、耐摩耗性を低下させることなく、優れた低転がり抵抗性を発揮することができる。上述のジエン系ゴム１００質量部に対するチューブ状無機鉱物の配合量は０．５質量部～２０質量部、好ましくは２質量部～１８質量部である。チューブ状無機鉱物の配合量が０．５質量部未満であると、チューブ状無機鉱物が実質的に配合されないのと同等であるため所望の効果が得られない。チューブ状無機鉱物の配合量が２０質量部を超えると、ゴム組成物中に占める無機鉱物の割合が多くなりすぎて、無機鉱物がゴム組成物中において実質的に異物となりゴム物性を悪化させるため、却って耐摩耗性が低下する虞がある。

【0013】

チューブ状無機鉱物としては、上記のように中空環状構造を有するものであれば、いずれのものも使用することができる。特に、ケイ酸アルミニウムからなるチューブ状無機鉱物を好適に用いることができる。ケイ酸アルミニウムは、自然界における生成条件によって様々な構造の鉱物（板状構造を有するカオリナイトまたはカオリン、中空環状構造を有するハロイサイトなど）として産出されるものであるので、前述のハロイサイトを選択すれば、本発明のチューブ状無機鉱物を天然鉱物として確保することが可能になる。即ち、ケイ酸アルミニウムからなるチューブ状無機鉱物（ハロイサイト）は、天然で中空環状構造を有するものであるので、ウェット性能を向上するためにゴム組成物に配合するにあたって特段の加工は必要なく、コスト面で有用である。更に、ハロイサイトは、中空環状構造の内部表面（中心部）がＡｌ₂Ｏ₃に似た特性を持つ一方で、外表面がＳｉＯ₂に似た特性を持つという性質があるため、その外表面の特性によってシリカとの親和性が高い傾向がある。そのため、天然ゴムを主成分とするゴム組成物に白色充填剤（シリカ）を配合するにあたって、上記のようにケイ酸アルミニウムからなるチューブ状無機鉱物（ハロイサイト）を併用することで、ゴム組成物中における白色充填剤（シリカ）の分散が良好になり、耐摩耗性と低転がり抵抗性とを高度に両立するには有利になる。尚、ケイ酸アルミニウムからなり板状構造を有する鉱物（本来は上記のようにカオリナイトまたはカオリンと呼ばれるもの）を指して「ハロイサイト」と呼称する場合もあるが、本発明におけるハロイサイトとは上記のように中空環状構造を有するものを指している。

【0014】

チューブ状無機鉱物は、中空環状構造（略円筒形状）を有するものであるが、そのアスペクト比は好ましくは７～５０、より好ましくは１０～２０である。このように適切な形状を有するチューブ状無機鉱物を用いることで、その構造に起因する優れたウェット性能を得るには有利になる。アスペクト比が７未満であると、実質的にチューブ状（略円筒形状）にならないため、所望の効果が十分に得られない。アスペクト比が５０を超えると、耐摩耗性が悪化する虞がある。チューブ状無機鉱物は上述のアスペクト比を有すればよいが、そのチューブ形状（略円筒形状）における平均外径が例えば０．１ｎｍ～１００ｎｍ、平均内径が例えば０．０５ｎｍ～１００ｎｍ、平均長さが例えば０．５ｎｍ～１μｍであるとよい。アスペクト比、平均外径、平均内径、平均長さは、それぞれ電子顕微鏡の観察画像を解析することで測定することができる。

【0015】

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、白色充填剤が必ず配合される。このように白色充填剤を配合することで（特に、カーボンブラックの代わりに適度な量を配合することで）、発熱性を小さくし、低転がり抵抗性を改良することができる。白色充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、３０質量部以上、好ましくは３２質量部～１５０質量部、より好ましくは３５質量部～１３０質量部である。白色充填剤の配合量が３０質量部未満であると、ゴム組成物の低転がり抵抗性を改良する効果が十分に得られない。

【0016】

白色充填剤としては、例えばシリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、クレー、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、硫酸カルシウムを挙げることができる。これらを単独または２種以上を組合わせて使用してもよい。なかでもシリカが好ましく、発熱性をより優れたものにすることができる。

【0017】

シリカとしては、例えば湿式シリカ（含水ケイ酸）、乾式シリカ（無水ケイ酸）、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられ、これらを単独または２種以上を組合わせて使用してもよい。シリカのＣＴＡＢ吸着比表面積は、特に制限されるものではないが、好ましくは１００ｍ² ／ｇ～３００ｍ² ／ｇ、より好ましくは１２０ｍ² ／ｇ～２３０ｍ² ／ｇであるとよい。シリカのＣＴＡＢ吸着比表面積を１００ｍ² ／ｇ以上にすることにより、ゴム組成物の耐摩耗性を確保することができる。またシリカのＣＴＡＢ吸着比表面積を３００ｍ² ／ｇ以下にすることにより、低発熱性を良好にすることができる。本明細書において、シリカのＣＴＡＢ比表面積は、ＩＳＯ ５７９４により測定された値とする。

【0018】

本発明においては、シリカと共にシランカップリング剤を配合することが好ましい。シランカップリング剤を配合することにより、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性を向上し、耐摩耗性および氷上性能のバランスをより高くすることができる。シランカップリング剤の種類は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであれば特に制限されるものではないが、例えば、ビス－（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、３－トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ－メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３－オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等の硫黄含有シランカップリング剤を例示することができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカの重量に対し、好ましくは３質量％～２０質量％にするとよく、より好ましくは５質量％～１５質量％にするとよい。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の３質量％未満であるとシリカの分散を十分に改良することができない虞がある。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の２０質量％を超えるとシランカップリング剤同士が縮合し、ゴム組成物における所望の硬度や強度を得ることができない。

【0019】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、上述の白色充填剤の他に、充填剤としてカーボンブラックを含んでいてもよい。カーボンブラックを配合する場合、その配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、好ましくは１０質量部～１７０質量部、より好ましくは１５質量部～１５０質量部に収めるとよい。カーボンブラックを含む場合であっても、このようにカーボンブラックの配合量を少なく収めることで、上述の低発熱性を改良する効果を妨げることなく、ゴム組成物の機械的特性（硬度や耐摩耗性等の基本的なタイヤ性能）を良好にすることができる。カーボンブラックとしては、窒素吸着比表面積Ｎ₂ ＳＡが例えば６０ｍ² ／ｇ～２００ｍ² ／ｇのものを用いることができる。本明細書において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ₂ ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ６２１７‐２に準拠して測定するものとする。

【0020】

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、加硫または架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、テルペン系樹脂、熱硬化性樹脂などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲内で配合することができる。またこれら添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫または架橋するのに使用することができる。これら添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。タイヤ用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

【0021】

上述の本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部に好適に用いることができる。本発明のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に用いた空気入りタイヤは、その優れた物性によって、優れたウェット性能と低発熱性を高度に両立することができる。

【0022】

上述の本発明のタイヤ用ゴム組成物は、室温におけるＪＩＳ硬度が６０以上、好ましくは６５～８５に設定される。このようにゴム硬度を適度に高くすることで、空気入りタイヤ（例えば、トラック・バス用タイヤ）のトレッド部として好適な機械的特性を確保することができる。ゴム硬度は、例えばゴム組成物におけるオイルの配合量、充填剤の量によって設定することができる。例えば、オイルの配合量によって硬度を上述の範囲に設定する場合は、上述のジエン系ゴム１００質量部に対して、オイルを好ましくは２質量部～６０質量部、より好ましくは５質量部～４０質量部配合するとよい。本発明において、ゴム硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより室温（温度２０℃）で測定したものである。

【0023】

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例】

【0024】

表１に記載の組成からなる９種類のタイヤ用ゴム組成物（標準例１、比較例１～４、実施例１～４）を調製するにあたり、硫黄および加硫促進剤を除く成分を１.７Ｌのバンバリーミキサーで５分間混練し、１４５℃に達したとき放出しマスターバッチとした。得られたマスターバッチに、硫黄および加硫促進剤を加えて７０℃のオープンロールで混練することにより、９種類のタイヤ用ゴム組成物を得た。

【0025】

得られたタイヤ用ゴム組成物を用いて、所定形状の金型（内寸：長さ１５０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を用いて１７０℃、１０分間加硫し、加硫ゴム試験片を作成した。この加硫ゴム試験片の硬度を、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠し、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃の条件で測定し、表１に併せて示した。

【0026】

得られたタイヤ用ゴム組成物について、上述の加硫ゴム試験片を用いて、下記に示す方法により、抗張積と反発弾性の評価を行った。

【0027】

抗張積
上述の加硫ゴム試験片を使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、ダンベル型ＪＩＳ３号形試験片を作製した。この試験片を用いて、室温（２３℃）で５００ｍｍ／分の引張り速度で引張り試験を行い、引張り破断強度および引張り破断伸びを測定し、得られた引張り破断強度および引張り破断伸びの積を抗張積として算出した。評価結果は、得られた抗張積の値を用いて、標準例１の値を１００とする指数として、表１の「抗張積」の欄に記載した。この指数が大きいほど抗張積が高く、機械的特性（例えば、耐摩耗性）が優れることを意味する。

【0028】

反発弾性
上述の加硫ゴム試験片を使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５５に準じて、温度４０℃における反発弾性Ｒｂ（単位ＭＰａ）を測定した。得られた結果は、標準例１の値を１００する指数で表わし、表１の「反発弾性」の欄に示した。この指数が大きいほど温度４０℃における反発弾性Ｒｂ、低発熱性に優れる（転がり抵抗が小さい）ことを意味する。

【0029】

【表1】

【0030】

表１において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、（ＴＳＲ２０）
・ＣＢ：カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３９（窒素吸着比表面積Ｎ₂ ＳＡ：９４ｍ² ／ｇ）
・白色充填剤：シリカ、ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ（ＣＴＡＢ比表面積：１５９ｍ² ／ｇ）
・無機鉱物１：チューブ状無機鉱物（ハロイサイト）、ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＩＮＥＲＡＬＳ社製ＤｒａｇｏｎｉｔｅＨＰ‐Ａ（アスペクト比：１０～２０）
・無機鉱物２：球状無機鉱物を想定した上記無機鉱物１の粉砕物（アスペクト比：１～５）
・無機鉱物３：板状無機鉱物（カオリン）、竹原化学工業社製カオリンクレーＲＣ‐１
・シランカップリング剤：Ｅｖｏｎｉｋ Ｄｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ６９
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日本油脂社製ビーズステアリン酸
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・老化防止剤：Ｓｏｌｕｔｉａ Ｅｕｒｏｐｅ社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ
・ワックス：大内新興化学工業（株）社製パラフィンワックス
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ‐Ｇ

【0031】

表１から明らかなように、実施例１～４のタイヤ用ゴム組成物は、標準例１と同等以上の抗張積（耐摩耗性）を確保しながら、反発弾性（低転がり抵抗性）を改善し、これら性能を高度に両立した。一方、比較例１は、チューブ状無機鉱物の配合量が少なすぎるため、抗張積（耐摩耗性）と反発弾性（低転がり抵抗性）を改善する効果が得られなかった。比較例２は、チューブ状無機鉱物の配合量が多すぎるため、却って抗張積（耐摩耗性）が悪化した。比較例３は、チューブ状無機鉱物ではなく、球状無機鉱物が配合されたため、抗張積（耐摩耗性）が悪化した。比較例４は、チューブ状無機鉱物ではなく、板状無機鉱物が配合されたため、抗張積（耐摩耗性）が悪化した。