JP2007269876A - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】環境に配慮することも、将来の石油の枯渇に備えることもでき、石油資源由来の原材料を主成分とする空気入りタイヤと比較しても、さらに、耐久性および生産性を向上させたタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】天然ゴムおよび／またはエポキシ化天然ゴムを含むゴム成分１００重量部に対して、紙繊維を０．５〜５重量部含有するタイヤ用ゴム組成物およびそれを所定の部材に用いた空気入りタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤにおけるトレッド、サイドウォール、インナーライナー、インスレーション、クッション、クリンチなどの各タイヤ部材における要求特性はそれぞれ異なるため、これらに配される各ゴム材には、配合、断面形状が異なるゴム形成体が用いられる。このようなゴム形成体は、従来、それぞれのゴム押出機またはカレンダーによって作製され、タイヤ成型ドラム上で貼り合わせて加硫することで、タイヤが形成されている。

しかしながら、仕上げ断面形状で押出し形成またはカレンダーリングする従来の技術では、生産能率を稼ぐために、大型の装置が必要であった。たとえば、サイドウォールなど、一つのゴム成形体をとって見ても、タイヤの種類によりその形状やサイズなどの仕様が異なる。したがって、各仕様に応じた多種類の口金などをゴム成形体ごとに用意しなければならない。そのため、タイヤの部材ごとに前記口金の交換および調整作業などが要求され、特に多品種少量生産の傾向が強い近年において、生産性が非常に悪くかつ初期設備投資の大きなものになりがちである。

また、近年、環境問題が重視されるようになり、ＣＯ₂排出の規制が強化されている。さらに、石油の供給量が年々減少していることから、将来的に石油価格の高騰が予測され、合成ゴム、カーボンブラックなどの石油資源由来の原材料の使用には限界がみられる。そのため、将来石油が枯渇した場合を想定し、天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、紙繊維などのような石油外資源を主成分とするゴム組成物が検討されている。

特許文献１には、未加硫ゴムを用いた長尺なゴムストリップを螺旋巻きして、積層した積層体を用いた空気入りタイヤにおけるサイドウォール、インナーライナー、インスレーション、クッションおよびクリンチを有することで、生産性を向上させ、設備の小型化を可能とする空気入りタイヤが開示されている。しかし、石油資源由来の原材料を主成分として使用しており、石油依存性は依然高く、耐久性を向上させたものではなく、生産性においてもいまだ改善の余地がある。

特開２００２−１６０５０８号公報

本発明は、環境に配慮することも、将来の石油の枯渇に備えることもでき、石油資源由来の原材料を主成分とする空気入りタイヤと比較しても、さらに、耐久性および生産性を向上させたタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、天然ゴムおよび／またはエポキシ化天然ゴムを含むゴム成分１００重量部に対して、紙繊維を０．５〜５重量部含有するゴム組成物に関する。

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空気入りタイヤに関する。

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたサイドウォールおよび／またはインナーライナーを有する空気入りタイヤに関する。

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたインスレーションを有する空気入りタイヤに関する。

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたクッションを有する空気入りタイヤに関する。

さらに、本発明は、前記ゴム組成物を用いたクリンチを有する空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、天然ゴムおよび／またはエポキシ化天然ゴムを含むゴム成分および紙繊維を所定量含有することで、環境に配慮することも、将来の石油の枯渇に備えることもでき、石油資源由来の原材料を主成分とする空気入りタイヤと比較しても、さらに、耐久性および生産性を向上させたタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分および紙繊維を含む。

前記ゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）および／またはエポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を含む。

ＮＲは、ゴム工業において一般的に使用されているものでよい。

ゴム成分中のＮＲの含有率は６０重量％以上が好ましく、８０重量％以上がより好ましい。ＮＲの含有率が６０重量％未満では、石油外資源比率が減少するため、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもできない傾向がある。また、ＮＲの含有率は９５重量％以下が好ましく、９０重量％以下がより好ましい。ＮＲの含有率が９５重量％をこえると、ゴムへの紙繊維の分散性が悪化する傾向がある。

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、とくに限定されるものではないが、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うことができる。過酸法としてはたとえば、ＮＲに過酢酸や過蟻酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。

ＥＮＲのエポキシ化率は５モル％以上が好ましく、１０モル％以上がより好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が５モル％未満では、ＮＲを改質することにより得られる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モル％以下が好ましく、６０モル％以下がより好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が８０モル％をこえると、ポリマーがゲル化してしまう傾向がある。

ＥＮＲの含有率は５重量％以上が好ましく、１０重量％以上がより好ましい。ＥＮＲの含有率が５重量％未満では、ゴムへの紙繊維の分散性が悪化する傾向がある。また、ゴム成分中のＥＮＲの含有率は４０重量％以下が好ましく、２０重量％以下がより好ましい。ＥＮＲの含有率が４０重量％をこえると、ＥＮＲを含有することによる効果が減少し、コストが増大してしまう傾向がある。

ゴム成分としては、ＮＲおよび／またはＥＮＲのほかにも、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）などを併用することもできるが、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、相溶性が高く、補強性を向上させる効果を有することから、ＮＲおよびＥＮＲ以外のゴムを含まないことが好ましい。

前記紙繊維とは、たとえば、木材、パルプ、古紙などを粉砕し、叩解することで繊維状にしたセルロース繊維のことであり、これらの紙繊維は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、材料リサイクルができるという理由から、古紙が好ましい。紙繊維としては、具体的には、ネオファイバー（新聞古紙、王子製袋（株）製）、ＫＣフロック（日本製紙ケミカル（株）製）、ミルファイブ（三共精粉（株）製）などがあげられる。

紙繊維の平均繊維長（Ｌ）は、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。紙繊維のＬが１０μｍ未満では、紙繊維を含有することによる効果が減少する傾向がある。また、紙繊維のＬは、１０００μｍ以下が好ましい。紙繊維のＬが１０００μｍをこえると、ゴム成分と紙繊維との間にクラックが生じやすく、耐久性が低下する傾向がある。

紙繊維の平均繊維径（Ｄ）は、１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。紙繊維のＤが１μｍ未満では、分散不良な塊が発生しやすい傾向がある。また、紙繊維のＤは、８００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下がより好ましい。紙繊維のＤが８００μｍをこえると、ゴム成分と紙繊維との間にクラックが生じやすくなる傾向がある。

紙繊維の平均繊維径に対する平均繊維長の比（平均アスペクト比、Ｌ／Ｄ）は、１０以上が好ましく、２０以上がより好ましい。紙繊維のＬ／Ｄが１０未満では、紙繊維を同一方向に配向させるのが困難となり、紙繊維を含有することによる効果が減少する傾向がある。また、紙繊維のＬ／Ｄは、２０００以下が好ましく、１８００以下がより好ましい。紙繊維のＬ／Ｄが２０００をこえると、紙繊維の分散性が悪化し、分散不良が生じる傾向がある。

紙繊維の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して０．５重量部以上、好ましくは１重量部以上である。紙繊維の含有量が０．５重量部未満では、紙繊維を含有することによる効果が減少する。また、紙繊維の含有量は５重量部以下、好ましくは４重量部以下である。紙繊維の含有量が５重量部をこえると、物性の変化が増大してしまう。

本発明のゴム組成物には、さらに、シリカを含有することができる。

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調製されたものを用いることができる。

シリカのＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）は１００ｍ²／ｇ以上が好ましく、１２０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。シリカのＢＥＴが１００ｍ²／ｇ未満では、補強効果が充分ではなくなる傾向がある。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し、発熱しやすくなる傾向がある。

シリカの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して２０重量部以上が好ましく、３０重量部以上がより好ましい。シリカの含有量が２０重量部未満では、充分な補強効果が望めず、耐久性が悪化する傾向がある。また、シリカの含有量は１５０重量部以下が好ましく、１２０重量部以下がより好ましい。シリカの含有量が１５０重量部をこえると、加工性が悪化し、低発熱性が低下する傾向がある。なお、シリカの含有量は、トレッド用ゴム組成物とする場合、３０〜１００重量部、サイドウォール用ゴム組成物とする場合、３０〜８０重量部、インナーライナー用ゴム組成物とする場合、２０〜８０重量部、インスレーション用ゴム組成物とする場合、２０〜８０重量部、クッションゴム用ゴム組成物とする場合、２０〜８０重量部、クリンチ用ゴム組成物とする場合、４０〜１２０重量部とすることが好ましい。

シリカを配合する場合、シリカとともにシランカップリング剤を含有することが好ましい。シランカップリング剤としてはとくに限定はないが、具体的には、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シドキシ系、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る。これらのシランカップリング剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

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、シランカップリング剤を含有することによるシリカの分散性を改善させる十分な効果が得られない傾向がある。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、シランカップリング剤の配合による効果が得られず、コスト面でのデメリットが大きくなる傾向がある。

カーボンブラックは、石油資源由来の原材料であり、含まないことが好ましい。

本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、紙繊維、シリカおよびシランカップリング剤のほかにも、シリカおよびカーボンブラック以外の補強剤、オイル、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、各種老化防止剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合できる。

本発明では、形状や大きさの異なる場合でも、ゴムストリップの巻きつけ位置などを変えることで対応できるため、生産性を向上させ、設備を小型化できるという理由から、未加硫状態の本発明のタイヤ用ゴム組成物から、長尺なゴムストリップを作製し、該ゴムストリップを螺旋巻きして積層した積層体を用いて各タイヤ部材を形成することが好ましい。

前記ゴムストリップを螺旋巻きして積層した積層体は、生産性を向上させることができるという理由から、トレッド、サイドウォール、インナーライナー、インスレーション、クッションおよびクリンチからなる群から選ばれる少なくとも１種のタイヤ部材に使用することが好ましく、トレッド、サイドウォールおよびクリンチからなる群から選ばれる少なくとも１種のタイヤ部材に使用することがより好ましく、トレッド、サイドウォールおよびクリンチに使用することがさらに好ましい。

ここでサイドウォールとは、トレッド部からビード部のビードコアに至るカーカスの外側に配されたタイヤ部位、インナーライナーとは、前記カーカスのタイヤ内側に配されたタイヤ部位、インスレーションとは、前記カーカスと前記インナーライナーとの間のタイヤ部位、クッションとは、中間部から両側に厚さを徐々に減じることにより断面略端細状をなす、前記ベルト層の外端と前記カーカスとの間に配されたタイヤ部位、クリンチとは、サイドウォールからビードにかけての領域に配設されたタイヤ部位をいう。

ゴムストリップの幅（Ｗ）は５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。ゴムストリップのＷが５ｍｍ未満では、積層体を形成するのに巻き付け回数が増大し、比較的多くの時間を要する傾向がある。また、ゴムストリップのＷは、５０ｍｍ以下が好ましく、３５ｍｍ以下がより好ましい。ゴムストリップのＷが５０ｍｍをこえると、各ゴム部材の仕上がり形状を整えることが困難になる傾向がある。

ゴムストリップの厚さｔは０．３ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましい。ゴムストリップのｔが０．３ｍｍ未満では、ゴムストリップに作用する張力などによって巻き付け途中で破断し易く、巻き付け作業の効率が悪化する傾向がある。また、ゴムストリップのｔは２．５ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましい。ゴムストリップのｔが２．５ｍｍをこえると、部材の形状を整えるのが困難になる傾向がある。

本発明の空気入りタイヤは、前記ゴムストリップを螺旋巻きし、積層した積層体をトレッド、サイドウォール、クリンチなど、本発明のタイヤ用ゴム組成物を使用するタイヤの各部材の形状にあわせてタイヤ成型機上にて通常の方法で成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせることにより、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熱加圧することにより本発明の空気入りタイヤを得る。

このようにして、本発明のタイヤ用ゴム組成物を用いて本発明の空気入りタイヤを製造することで、本発明の空気入りタイヤを環境に配慮し、将来の石油の供給量の減少に備えることができるエコタイヤとすることができる。

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。

次に、実施例および比較例で用いた各種薬品をまとめて示す。
（石油外資源由来の原材料）
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３
エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）：Ｋｕｍｐｌｕａｎ Ｇｕｔｈｒｉｅ Ｂｅｒｈａｄ社製のＥＮＲ−５０（エポキシ化率：５０モル％）
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３（ＢＥＴ：２１０ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
セリサイト：日本フォラム（株）製のＫＭ−Ｓ
植物油：日清製油（株）製の精製パームＪ（Ｓ）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸椿
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
紙繊維：王子製袋（株）製のネオファイバー（Ｄ：１０μｍ、Ｌ：１０００μｍ、Ｌ／Ｄ：１００）
（石油資源由来の原材料）
ワックス：日本精蝋（株）製のオゾエース０３５５
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン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））
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ェンアミド）

実施例１〜２および比較例１
表１および２に示す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配合し、バンバリーミキサーを用いて、１５０℃の条件下で５分間混練りした。その後、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加して、２軸オープンロールを用いて、８０℃の条件下で５分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、前記未加硫ゴム組成物から、長尺なゴムストリップ（Ｗ：３０ｍｍ、ｔ：１．０ｍｍ）を螺旋巻きして積層した積層体を用いて、トレッド、サイドウォールおよびクリンチの形状に成形し、他のタイヤ部材と貼りあわせ、１５０℃および２５ｋｇｆの条件下で３５分間プレス加硫することにより、実施例１〜２および比較例１の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

（耐久性）
内圧１９０ｋＰａ、荷重６．９６ｋＮおよび速度８０ｋｍ／ｈの条件下で、ドラム直径１．７０７６ｍのドラムにおいて、タイヤが破壊するまでの走行時間を測定した。比較例１の耐久性指数を１００とし、下記計算式により、各配合の走行時間を指数表示した。なお、耐久性指数が大きいほど、耐久性に優ることを示す。
（耐久性指数）＝（各配合の走行時間）／（比較例１の走行時間）×１００

（生産性）
タイヤ１０本当たりの生カバーの成型時間を測定し、該成型時間を本数で割り、タイヤ１本当りの生カバーの成型時間を測定し、比較例１の生産性指数を１００とし、各配合の成型時間を指数表示した。生産性指数が小さいほど、生産性に優れることを示す。

上記試験結果を表１および２に示す。

インスレーションおよびクッションを有する空気入りタイヤの部分断面図である。

符号の説明

１ トレッド
２ サイドウォール
３ ベルト
４ カーカス
５ インナーライナー
６ インスレーション
７ クッション

Claims (6)

1. 天然ゴムおよび／またはエポキシ化天然ゴムを含むゴム成分１００重量部に対して、
   紙繊維を０．５〜５重量部含有するタイヤ用ゴム組成物。
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空気入りタイヤ。
3. 請求項１記載のゴム組成物を用いたサイドウォールおよび／またはインナーライナーを有する空気入りタイヤ。
4. 請求項１記載のゴム組成物を用いたインスレーションを有する空気入りタイヤ。
5. 請求項１記載のゴム組成物を用いたクッションを有する空気入りタイヤ。
6. 請求項１記載のゴム組成物を用いたクリンチを有する空気入りタイヤ。

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