JP2010150481A

JP2010150481A - ゴム組成物の製造方法およびトラック・バス用タイヤ

Info

Publication number: JP2010150481A
Application number: JP2008332682A
Authority: JP
Inventors: Isamu Tsumori; 勇津森
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】低燃費性と耐摩耗性能をバランス良く向上させたトラックおよびバスなどの重荷重車両用タイヤを提供すること。
【解決手段】エポキシ化天然ゴムを５〜５０質量％含むゴム成分１００質量部に対してシリカを５〜２０質量部含有し、かつ、シランカップリング剤を含有しないゴム組成物の製造方法であって、前記エポキシ化天然ゴムに前記シリカを配合し混練りしてマスターバッチを作製する工程を含む、ゴム組成物の製造方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム組成物の製造方法ならびに前記ゴム組成物からなるトレッドを有するトラックおよびバス用タイヤに関するものである。

現在、乗用車においては低燃費化およびウェットグリップ性能の改善のために、トレッド部にシリカを配合することが一般的である。しかし、シリカおよびシランカップリング剤配合ゴム組成物は、過酷条件下での耐摩耗性能が、カーボンブラック配合ゴム組成物に比べて劣っている。そのため、トラックおよびバスなどの重荷重車両用タイヤにおいては、シリカの採用は遅れている。

一方、近年環境問題が重視されるようになり、二酸化炭素の排出量抑制の規制が強化されたこともあり、トラックおよびバス用タイヤにおいても低燃費化の要求が大きくなってきており、低燃費性と耐摩耗性能を両立させたタイヤの開発が望まれている。

引用文献１には、加工性およびゴム強度を向上させたゴム組成物として、天然ゴムおよび／またはエポキシ化天然ゴムからなるゴム成分１００重量部に対して、所定のシリカを３０重量部以上、カーボンブラックを５重量部以下、および脂肪酸塩を２〜１０重量部含有するゴム組成物が開示されている。しかし、重荷重用タイヤのトレッド部に使用するには更なる改善の余地がある。
特開２００７−２４６８０８号公報

本発明は、低燃費性と耐摩耗性能をバランス良く向上させたトラックおよびバスなどの重荷重車両用タイヤを提供することを目的とする。

本発明は、エポキシ化天然ゴムを５〜５０質量％含むゴム成分１００質量部に対してシリカを５〜２０質量部含有し、かつ、シランカップリング剤を含有しないゴム組成物の製造方法であって、前記エポキシ化天然ゴムに前記シリカを配合し混練りしてマスターバッチを作製する工程を含む、ゴム組成物の製造方法である。

本発明に係るゴム組成物の製造方法は、前記エポキシ化天然ゴムのエポキシ化率が５〜２５モル％であることが好ましい。

本発明は、前記ゴム組成物の製造方法によって製造されたゴム組成物からなるトレッドを有するトラックおよびバス用タイヤである。

本発明によれば、低燃費性と耐摩耗性能をバランス良く向上させたトラックおよびバスなどの重荷重車両用タイヤを提供することができる。

＜ゴム組成物＞
本発明において製造されるゴム組成物は、エポキシ化天然ゴムを含むゴム成分およびシリカを含有し、かつ、シランカップリング剤を含有しない。

＜ゴム成分＞
ゴム成分は、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）を含む。

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２５モル％以下が好ましく、２０モル％以下がより好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が２５モル％をこえると、ガラス転移点が高く、耐摩耗性能、転がり抵抗性能が低下する傾向がある。一方、ＥＮＲのエポキシ化率は５モル％以上が好ましい。ＥＮＲのエポキシ化率が５モル％未満であると、ゴム組成物の補強効果を得ることができない。ＥＮＲは、エポキシ化率が１種類のものを単独で用いてもよく、エポキシ化率が異なる２種以上を組合わせて用いてもよい。

ＥＮＲの含有量は、ゴム成分中５０質量％以下であり、３０質量％以下が好ましい。ＥＮＲの含有量が５０質量％を超えると、ガラス転移点の影響で転がり抵抗性能が低下する傾向がある。一方、ＥＮＲの含有量は、ゴム成分中５質量％以上である。ＥＮＲの含有量が５質量％未満であると、ゴム組成物の補強効果を得ることができない。

前記ゴム成分としては、ＥＮＲ以外にも、天然ゴム（ＮＲ）および／またはジエン系合成ゴムを用いることができる。ジエン系合成ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などが挙げられる。これらのゴムは単独で用いてもよく、２種以上を組合わせて用いてもよい。

＜シリカ＞
シリカの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して２０質量部以下であり、１５質量部以下が好ましい。シリカの含有量が２０質量部を超えると、耐摩耗性能を維持することができない。一方、シリカの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上である。シリカの含有量が５質量部未満であると、転がり抵抗性能が向上しない。

シリカとしては、とくに制限はなく、乾式法または湿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、好ましくは１３０ｍ²／ｇ以上である。シリカのＢＥＴが１００ｍ²／ｇ未満では、シリカの配合による充分な補強効果が得られない。また、シリカのＢＥＴは２５０ｍ²／ｇ以下、好ましくは２００ｍ²／ｇ以下である。シリカのＢＥＴが２５０ｍ²／ｇを超えると、シリカの分散性、低発熱性および補強性が悪化し、転がり抵抗が増大してしまう傾向がある。なお、シリカのＢＥＴ法による窒素吸着比表面積は、ＡＳＴＭ−Ｄ−４８２０−９３に準拠した方法により測定することができる。

＜シランカップリング剤＞
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、エポキシ化天然ゴムとシリカをあらかじめ混練りしてマスターバッチを作製する工程を含むことを特徴とする。マスターバッチを作製することによりエポキシ化天然ゴムとシリカが直接結合して、シランカップリング剤を介した場合よりもより強固な結合となり、過酷条件下においても優れた耐摩耗性能を得ることができる。したがって、本発明においては、通常シリカとともに配合されるシランカップリング剤は配合されない。

＜カーボンブラック＞
本発明において製造されるゴム組成物は、補強剤としてカーボンブラックを配合することが可能である。カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは５〜８０質量部、より好ましくは３０〜５５質量部である。カーボンブラックの配合量が５質量部未満では十分な補強性、剛性が得られず、８０質量部をこえると発熱しやすくなる。

カーボンブラックは、チッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が好ましくは１００〜２２０ｍ²／ｇであり、より好ましくは１２０〜２００ｍ²／ｇである。チッ素吸着比表面積が１００ｍ²／ｇより低いと補強性が不充分であり、２２０ｍ²／ｇを超えると発熱しやすくなり好ましくない。

＜軟化剤＞
軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、石油アスファルト、ワセリンなどの石油系軟化剤、大豆油、パーム油、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油などの脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリンなどのワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸などの脂肪酸、などが挙げられる。軟化剤の配合量は、ゴム成分１００質量部に対してたとえば１００質量部以下とされることが好ましく、この場合、該ゴム組成物がタイヤに使用された際のウェットグリップ性能を低下させる危険性が少ない。

＜老化防止剤＞
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。

＜加硫助剤＞
加硫助剤としては、ステアリン酸、酸化亜鉛（亜鉛華）などを使用することができる。

＜加硫剤＞
加硫剤としては、有機過酸化物もしくは硫黄系加硫剤を使用できる。有機過酸化物としては、たとえば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３あるいは１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシプロピル）ベンゼン等を使用することができる。また、硫黄系加硫剤としては、たとえば、硫黄、モルホリンジスルフィドなどを使用することができる。これらの中では硫黄が好ましい。

＜加硫促進剤＞
加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくは、キサンテート系加硫促進剤のうち少なくとも一つを含有するものを使用することが可能である。

＜その他の配合剤＞
本発明におけるゴム組成物は、その他の可塑剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物に配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の含有量も一般的な量とすることができる。

＜ゴム組成物の製造方法＞
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、エポキシ化天然ゴムにシリカを配合し混練りしてマスターバッチを作製する工程を含む。あらかじめエポキシ化天然ゴムとシリカを混練りすることによって、エポキシ化天然ゴムとシリカの結合を強固にし、過酷条件下で優れた耐摩耗性を有するゴム組成物を得ることができる。

エポキシ化天然ゴムはゴムラテックスの状態で混合することができる。
シリカも同様に、シリカの乾燥前、すなわち未乾燥シリカを混合することができる。

ゴムラテックスおよび未乾燥シリカを混合することで、未乾燥シリカが微粒子状態に保たれ、ポリマー溶液中での分散性がよくなり、転がり抵抗の低減効果、および耐摩耗性能の向上を実現することができる。

エポキシ化天然ゴム、シリカがそれぞれ固体の場合は、バンバリーミキサー、ニーダーで混合することができる。

つぎに、前記マスターバッチにその他の配合剤を加えた混合物を、バンバリーミキサーなどを用いて混練する。このとき混練温度の下限は、約８０℃、さらには約１００℃であることが好ましい。混練温度が約８０℃より低いと、ゴム粘度が上昇して作業性が低下することがある。また、混練温度の上限は、約２００℃、さらには１８０℃であることが好ましい。２００℃をこえると、ゴムがわく（分子が切れすぎる）傾向がある。

＜タイヤの構造＞
本発明のタイヤの一実施形態を、図を用いて説明する。

図１において、本実施形態のトラックおよびバス用タイヤ１（以下タイヤ１という）は、ＪＩＳ規格で規定する最大負荷能力が２５００ｋｇ以上のタイヤであって、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、トレッド部２の内方かつ前記カーカス６の外側に配されるベルト層７とを具備して構成される。

前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば７０〜９０°の角度で配列した１枚以上、本例では９０°で配列した１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。カーカスコードとして、本例ではスチールコードを用いた好ましいものを例示しているが、要求により芳香族ポリアミド、ナイロン、レーヨン、ポリエステルなどの有機繊維コードも使用しうる。またカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間に架け渡されるプライ本体部６ａの両端に、ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを一連に備える。

なおビード部４には、前記プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間を通り、前記ビードコア５から半径方向外方にのびる硬質のエーペックスゴムゴム８が配置され、ビード部４からサイドウォール部３にかけて補強している。図中の符号１０は、ビード外皮をなすリムずれ防止用のクリンチゴムであって、リムと接触しうるビード底面及び外側面に配される。又符号１１は、クリンチゴム１０とカーカスプライ６Ａとの間に配されるスチールコードを用いた補強コード層であって、前記プライ折返し部６ｂの外側面に沿ってのびる立ち上げ部１１Ａの下端に、ビード底面に沿う巻き下ろし部１１Ｂを延設したＬ字状に形成されている。

次に、前記ベルト層７は、スチール製のベルトコード（スチールコード）をタイヤ周方向に対して１６〜２２°の角度で傾斜配列した２枚のベルトプライ７Ａ，７Ｂからなり、各ベルトプライ７Ａ，７Ｂは、プライ間相互でベルトコードが交差するようにコードの傾斜方向を違えて半径方向内外に重置される。これによって、ベルト剛性を高め、操縦安定性に必要なコーナリングフォースを充分に確保している。

＜タイヤの製造方法＞
前記ゴム組成物をトレッド部に用いたトラックおよびバス用タイヤは、前記ゴム組成物の未架橋物を調製し、該未架橋物をタイヤのトレッド部２に適用して加硫成形することによって形成されることができる。

＜実施例１〜５、比較例４＞
（マスターバッチの作製）
実施例１〜５および比較例４は、あらかじめエポキシ化天然ゴムにシリカを配合したマスターバッチを作製した。具体的には表１の配合に従って、エポキシ化天然ゴム（固体）およびシリカ（固体）を、バンバリーミキサーを用いて、１００℃で５分間混練りしたのち、１７０℃で３分間熱処理し、マスターバッチを得た。

（ゴム組成物の作製）
得られたマスターバッチと硫黄と加硫促進剤を除く表１の配合を、バンバリーミキサーを用いて約１５０℃で５分間混練りした。得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を加えて２軸オープンロールにより８０℃で５分間練りこんだ。得られたゴム組成物を１６０℃で１８分間加硫することにより、加硫ゴム組成物を得た。

＜比較例１〜３、５＞
（ゴム組成物の作製）
比較例１〜３、５はマスターバッチを作製しない例である。はじめに硫黄と加硫促進剤を除く表１の配合を、バンバリーミキサーを用いて約１５０℃で５分間混練りした。得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を加えて２軸オープンロールにより８０℃で５分間練りこんだ。得られたゴム組成物を１６０℃で１８分間加硫することにより、加硫ゴム組成物を得た。

上記加硫ゴム組成物について、耐摩耗性試験および転がり抵抗試験を行なった。
＜耐摩耗性試験＞
加硫ゴム組成物より試験片を作製し、（株）岩本製作所製のランボーン摩耗試験機を用いて、温度２０℃、スリップ率２０％、試験時間５分間の条件でランボーン摩耗減量を測定した。各配合の容積損失量を、比較例１の損失量を１００として下記計算式により指数表示した。数値が大きいほど耐摩耗性能が優れることを示している。

（耐摩耗性能指数）＝（比較例１の容積損失量）／（各配合の容積損失量）×１００
＜転がり抵抗試験＞
加硫ゴム組成物より試験片を作製し、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、温度７０℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で、各配合の損失正接（ｔａｎδ）の測定を行なった。比較例１のｔａｎδを１００として、下記計算式により指数表示した。数値が大きいほどｔａｎδが小さく、転がり抵抗が低減され低燃費性であることを示している。

（転がり抵抗指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００
結果を表１に示す。

ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
ＥＮＲ−１０：エポキシ化天然ゴム、ＫｕｍｐｌａｎＧｕｔｈｒｉｅＢｅｒｈａｄ製のＥＮＲ−１０（エポキシ化率：１０モル％）
ＥＮＲ−２５：エポキシ化天然ゴム、ＫｕｍｐｌａｎＧｕｔｈｒｉｅＢｅｒｈａｄ製のＥＮＲ−２５（エポキシ化率：２５モル％）
ＥＮＲ−５０：エポキシ化天然ゴム、ＫｕｍｐｌａｎＧｕｔｈｒｉｅＢｅｒｈａｄ製のＥＮＲ−５０（エポキシ化率：５０モル％）
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１１ｍ²／ｇ）
シリカ：デグッサ製のウルトラジルＶＮ３（Ｎ₂ＳＡ：１７５ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：テグッサ製のＳｉ−６９
ワックス：大内新興化学（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：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）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＴＢＢＳ：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）
＜評価結果＞
実施例１、３、４はＮＲを５０質量部、ＥＮＲ−１０を３０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対して、それぞれシリカを１０質量部、２０質量部、５質量部含むゴム組成物である。ＥＮＲ−１０にシリカを配合してあらかじめマスターバッチを作製して製造した。補強剤としてカーボンブラックのみを使用した比較例１に比べて、いずれも耐摩耗性能および低燃費性が向上した。

実施例２はＮＲを５０質量部、ＥＮＲ-２５を３０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対して、シリカを１０質量部含むゴム組成物である。ＥＮＲ−２５にシリカを配合してあらかじめマスターバッチを作製して製造した。比較例１に比べて、耐摩耗性能および低燃費性が向上した。

実施例５はＮＲを３０質量部、ＥＮＲ-２５を５０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対して、シリカを２０質量部含むゴム組成物である。ＥＮＲ−２５にシリカを配合してあらかじめマスターバッチを作製して製造した。比較例１に比べて、耐摩耗性能および低燃費性が向上した。

比較例２はＮＲを８０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対して、シリカおよびシランカップリング剤を含むゴム組成物である。比較例１に比べて耐摩耗性能は向上したが、低燃費性が悪化した。

比較例３はＮＲを５０質量部、ＥＮＲ-５０を３０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対してシリカを１０質量部含むゴム組成物である。ＥＮＲ−５０とシリカであらかじめマスターバッチを作製していない。比較例１に比べて、耐摩耗性能および低燃費性のいずれも悪化した。

比較例４はＮＲを５０質量部、ＥＮＲ−１０を３０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対して、シリカを３０質量部含むゴム組成物である。ＥＮＲ−１０にシリカを配合してあらかじめマスターバッチを作製して製造した。比較例１に比べて耐摩耗性能は向上したが、低燃費性が悪化した。

比較例５はＮＲを５０質量部、ＥＮＲ−１０を３０質量部およびＢＲを２０質量部含むゴム成分１００質量部に対して、シリカを１０質量部、シランカップリング剤を０．８質量部含むゴム組成物である。ＥＮＲ−１０とシリカであらかじめマスターバッチを作製していない。比較例１に比べて耐摩耗性能は向上したが、低燃費性が悪化した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のトラックおよびバス用タイヤの一実施例を示す断面図である。

符号の説明

２トレッド部、３サイドウォール部、４ビード部、５ビードコア、６カーカス、７ベルト層、７Ａ，７Ｂ内、外のベルトプライ。

Claims

エポキシ化天然ゴムを５〜５０質量％含むゴム成分１００質量部に対してシリカを５〜２０質量部含有し、かつ、シランカップリング剤を含有しないゴム組成物の製造方法であって、
前記エポキシ化天然ゴムに前記シリカを配合し混練りしてマスターバッチを作製する工程を含む、
ゴム組成物の製造方法。
前記エポキシ化天然ゴムのエポキシ化率が５〜２５モル％である、請求項１記載のゴム組成物の製造方法。
請求項１または２に記載のゴム組成物の製造方法によって製造されたゴム組成物からなるトレッドを有するトラックおよびバス用タイヤ。