JP2014152267A - ゴム組成物およびタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷が小さく、低コストである材料を利用して、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させ得るゴム組成物、およびタイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させたタイヤを提供すること。
【解決手段】ゴム成分１００質量部に対して、植物資源抽出残渣を０．２〜９質量部含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が５０〜２４０μｍであることを特徴とする、ゴム組成物。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム組成物およびタイヤに関するものである。

タイヤ等に使用するゴム組成物は多量のゴムを原料として含んでおり、例えば、乗用車用空気入りタイヤの場合、通常、ゴム組成物の５０質量％以上が天然ゴムと合成ゴムとを配合したゴム成分からなる。したがって、これらのゴム組成物および当該ゴム組成物を使用したタイヤは、原油価格の高騰や天候不良によるゴムの不作等の影響を受け、原料コストが上昇するおそれ、および安定した製品の供給が困難となるおそれがある。

また、近年では世界的に環境問題が重視される傾向にあり、特に地球温暖化防止の観点からＣＯ_２の排出量の規制が強化され、石油資源の使用量の低減が求められていると共に、資源循環型社会の形成が求められている。

このような問題に対して、例えば、特許文献１には、ゴム成分の使用量を低減したゴム組成物およびタイヤとして、ゴム成分に、コーヒー粕または茶殻等の植物資源抽出残渣を配合したゴム組成物および少なくとも一部に当該ゴム組成物を用いたタイヤが開示されている。

国際公開第２００９−１５４１１８号

しかし、タイヤについて、環境に対する負荷（環境負荷）が小さく、低コストである材料を利用することに加えて、タイヤの性能をさらに向上することが望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、環境負荷が小さく、低コストである材料を利用して、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させ得るゴム組成物を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、そのような材料を利用した、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させたタイヤを提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して、植物資源抽出残渣を０．２〜９質量部含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が５０〜２４０μｍであることを特徴とする。
ゴム成分１００質量部に対して、上記特定量の植物資源抽出残渣を含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が上記特定範囲であることにより、環境負荷が小さく、低コストである材料を利用して、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させ得るゴム組成物を提供することができる。

本発明における植物資源抽出残渣とは、植物資源（固体）を溶媒に浸漬して溶媒中に所望の成分を抽出（固−液抽出）した後に、当該成分を含む溶媒（抽出液）をろ過等により分離した際に残る残渣をいう。
本発明において、球状以外の楕円体および不定形の植物資源抽出残渣では、用語「長径」は、ゴム組成物中に分散している（ゴム組成物が含有する）植物資源抽出残渣の外周上の２点を結ぶ線分のうち最も長いものの長さを意味し、用語「粒径」は、ゴム成分に配合する前の植物資源抽出残渣の外周上の２点を結ぶ線分のうち最も長いものの長さを意味する。すなわち、植物資源抽出残渣の外周上の２点を結ぶ線分のうち最も長いものの長さについて、ゴム組成物中に分散している場合は、「長径」と表現し、ゴム成分に配合する前の場合は、「粒径」と表現する。 本発明における植物資源抽出残渣の最大長径とは、ゴム組成物中に分散している様々な径の植物資源抽出残渣の長径のうちで最も大きい値を意味する。
前記最大長径は、一般的な加硫条件（例えば、１５０℃、３０分間）により加硫されたゴムについて、ゴムの流れ方向に垂直および平行な方向に切断して、得られた５ｃｍ×５ｃｍの断面積について、マイクロスコープ（例えば、株式会社Ｋｅｙｅｎｃｅ製のＶＨＸ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いてその断面積の断面全体中の植物資源抽出残渣を倍率５０〜５００倍において観察することにより測定することができる。
本明細書におけるゴム成分に配合する植物資源抽出残渣の平均粒径は、上記マイクロスコープを用いて対象となる植物資源抽出残渣を観察することにより求められ、任意に選択された１００個の植物資源抽出残渣の粒径の平均値を意味する。
本発明において、含有とは、ゴム組成物中に植物資源抽出残渣等の成分が含まれることをいう。
本明細書において、配合とは、ゴム組成物を得るためにゴム成分に、植物資源抽出残渣等の成分を加えることをいう。
本発明において、配合後のゴム組成物が含有する植物資源抽出残渣の質量は、水または有機溶剤等の溶媒を含まない植物資源抽出残渣の固形分の質量を意味する。
本明細書において、ゴム成分に配合する植物資源抽出残渣の質量は、当該植物資源抽出残渣が水または有機溶剤等の溶媒を含む場合は、その水等を含んだ状態の植物資源抽出残渣の質量を意味する。
本明細書において、含水率とは、植物資源抽出残渣に含まれる水または有機溶媒をヒーター等の既知の乾燥手段により除去し、その除去前後の質量変化を天秤等の既知の手段で測定することにより算出される値である。例えば、乾燥前の植物資源抽出残渣の質量が１０ｇ、乾燥後の植物資源抽出残渣の質量が３ｇの場合、含水率（質量％）は、｛１−（３／１０）｝×１００＝７０質量％となる。

本発明に係るゴム組成物は、バンバリーミキサーで混練して得られたものであることが好ましい。

本発明に係るタイヤは、少なくとも一部に、上記ゴム組成物を用いたことを特徴とする。
本発明に係るタイヤは、その少なくとも一部に上記ゴム組成物を用いたことにより、タイヤ性能、特に転がり抵抗が向上する。

本発明によれば、環境負荷が小さく、低コストである材料を利用して、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させ得るゴム組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させたタイヤを提供することができる。

本発明に係るタイヤの一例の断面図である。 実施例５のゴム組成物の加硫物の断面のマイクロスコープ写真である。 実施例５のゴム組成物の加硫物の断面のマイクロスコープ写真である。 実施例５のゴム組成物の加硫物の断面のマイクロスコープ写真である。

（ゴム組成物）
以下、本発明に係るゴム組成物の好適な実施形態の一例を詳細に説明する。
本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して、植物資源抽出残渣を０．２〜９質量部含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が５０〜２４０μｍであることを特徴とする。
ゴム成分１００質量部に対して、上記特定量の植物資源抽出残渣を含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が上記特定範囲であることにより、環境負荷が小さく、低コストである材料を利用して、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させ得るゴム組成物を提供することができる。

＜ゴム成分＞
ゴム成分は、天然ゴムまたは合成ゴム等のゴム成分からなる。
合成ゴムとしては、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等が挙げられる。
これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

＜植物資源抽出残渣＞
本発明においては、植物資源の固−液抽出処理において生じる残渣が増量剤ないし充填剤として働くため、当該残渣を含有することにより、ゴム成分の使用量を低減することができる。
また、植物資源の抽出処理後に生じる残渣は、カーボンニュートラルな資源である植物資源から有効成分を抽出した後に残る安価な廃棄物であり、低コストであることからも、ゴム成分の代替材料として適している。

植物資源抽出残渣となり得る抽出前の植物資源は、抽出処理により取り出すことが可能な任意の有効成分を含有する植物の一部であればよい。
植物資源としては、例えば、茶葉、コーヒー豆、アロエの葉、ヨモギの葉、桑の根、赤ブドウの皮、アザミの実、明日葉の葉、アセロラ、クロレラ、クズの根（葛根）、バラの花、桃の葉、そばの実、大麦の種子等が挙げられる。

抽出前の植物資源は、抽出作業の効率を高めるため、ならびに抽出後の植物資源抽出残渣を粉砕工程および分別工程を経ることなくより容易にゴム成分に配合するために、破砕機等で破砕または粉砕してから抽出処理に供するのが好ましい。
また、抽出処理においては、必要に応じて、例えば、加熱または撹拌を行ってもよい。

抽出に使用する溶媒は、植物資源の種類、所望の有効成分および抽出液の用途に合わせて選択することができる。
溶媒としては、例えば、水または有機溶媒（エチルアルコール、油等）が挙げられる。当該溶媒に、必要に応じてキレート剤、酸、アルカリ等の抽出剤を混合して用いてもよい。
そして、上述した植物資源をこれらの溶媒に浸漬して植物資源中の有効成分を抽出することにより、当該有効成分を含む飲料、化粧水、乳液等を得ることができる。

植物資源抽出残渣である茶殻およびコーヒー粕等は、茶およびコーヒー飲料の製造過程で大量に排出される廃棄物であり、これらをゴム成分に配合して再利用することで環境負荷を低減できるため、好ましい。
また、茶殻およびコーヒー粕は、通常、製造過程から排出された廃棄物の時点で水等の溶媒を含み、そして破砕または粉砕されており、ゴム成分に配合する前にさらに、当該茶殻およびコーヒー粕を、乾燥する工程および破砕または粉砕する工程を経る必要がなく、環境負荷を低減できるため好ましい。
植物資源抽出残渣として例えば、茶殻を用いた場合、タイヤ性能、特に転がり抵抗を向上させ得ることに加えて、ゴム組成物の加硫物の破断伸びを殆ど低下させることがないという効果もある。
さらに、植物資源抽出残渣が茶殻である場合には、ゴム成分に当該茶殻を配合する際の臭気が大幅に改善されるという効果もある。
茶殻の種類としては、例えば、緑茶、ほうじ茶およびウーロン茶等の茶殻が挙げられる。
植物資源抽出残渣が茶殻である場合は、ゴム成分に配合する茶殻の形状は、特に限定されない。
ゴム成分に配合する植物資源抽出残渣は、１種単独で用いてもよいし、または種類、形状の異なる２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明に係るゴム組成物が含有する植物資源抽出残渣の最大長径は、５０〜２４０μｍである。最大長径が５０μｍ以上であることにより、植物資源抽出残渣の硬さが十分に発揮され発熱性が向上する。また、最大長径を２４０μｍ以下とすることによりゴム組成物中の植物資源抽出残渣の分散性と発熱性を良好に保ちやすい。これにより、少なくとも一部に当該ゴム組成物を用いたタイヤの転がり抵抗を向上させる十分な効果が得られやすい。さらに、最大長径は、発熱性を確保する観点から、６５〜２２０μｍであることが好ましく、７０〜２００μｍであることがより好ましい。

本発明に係るゴム組成物が含有する植物資源抽出残渣の長径の平均は、１０〜７０μｍであることが好ましく、１０〜４０μｍであることがより好ましい。これにより、少なくとも一部に当該ゴム組成物を用いたゴムの耐破壊性を損ないにくくなる。
ゴム組成物中に分散している植物資源抽出残渣の長径の平均は、一般的な加硫条件（例えば、１５０℃、３０分間）により加硫されたゴムについて、ゴムの流れ方向に垂直および平行な方向に切断して、得られた５ｃｍ×５ｃｍの断面積について、マイクロスコープ（例えば、株式会社Ｋｅｙｅｎｃｅ製のＶＨＸ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いてその断面積の断面を倍率５０〜５００倍において観察し、任意に選択された１００個の植物資源抽出残渣の長径の平均を算出することにより求める。

本発明に係るゴム組成物が含有する植物資源抽出残渣の最大長径を５０〜２４０μｍとするための方法は、特に限定されないが、例えば、ゴム成分に配合する植物資源抽出残渣の平均粒径を、６００〜４０００μｍとし、当該植物資源抽出残渣の含水率を８０質量％以下とすることが好ましい。当該平均粒径を６００μｍ以上とすることにより、植物資源抽出残渣の事前の粉砕にかかるコストおよび加工エネルギーを低減できるという利点がある。また、当該平均粒径を４０００μｍ以下とすることにより、ゴム組成物中での植物資源抽出残渣の分散性を高めてゴム組成物の物性の低下を抑制し、また、含水率を低下させるために必要なエネルギーを低減することができるという利点がある。そして、ゴム成分に配合する際に当該植物資源抽出残渣の凝集を防止して分散性を良好にすることができることから、当該植物資源抽出残渣の含水率を、好ましくは８０質量％以下とする。当該含水率は、含水率を低下させるために必要なエネルギー量を低減し、植物資源抽出残渣の取扱い性を高める観点から、５質量％以上であることが好ましい。当該含水率は、最大長径を制御しやすいことから、６０〜８０質量％であることが好ましい。

上述したように植物資源抽出残渣は、植物資源を固−液抽出処理することにより生じる残渣である。植物資源抽出残渣の含水率を調整する方法としては、特に限定されず、例えば、植物資源抽出残渣の熱風乾燥、ドラム乾燥、熱板乾燥等の乾燥や、フィルタープレスによる圧搾等の含水率を下げる方法が挙げられる。植物資源抽出残渣を乾燥させて含水率を下げる際の温度としては、適宜調節すればよく、例えば、作業性の観点から、１３０〜２５０℃が好ましい。
植物資源抽出残渣の含水率が所望の範囲内にある場合には、含水等の植物資源抽出残渣の含水率を調整する工程を経ることなく植物資源抽出残渣をゴム成分に配合することができる。

本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して、植物資源抽出残渣を０．２〜９質量部含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が５０〜２４０μｍである。
植物資源抽出残渣の含有量が０．２質量部以上であることにより、ゴム組成物中に含まれる植物資源抽出残渣の量が確保され、発熱抑制の効果を発揮しやすい。
また、植物資源抽出残渣の含有量が９質量部以下であることにより、ゴム組成物中に含まれる植物資源抽出残渣の分散性と発熱性を良好に保ちやすい。
植物資源抽出残渣の含有量は、発熱性を確保する観点から、ゴム成分１００質量部に対して、１．５〜６質量部であることが好ましく、２．３〜４質量部であることがより好ましい。

＜その他の成分＞
本発明に係るゴム組成物は、任意に、カーボンブラックおよびシリカ等の補強性充填剤、アロマオイル等の軟化剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤等の一般に含有され得る成分を含んでいてもよい。

本発明に係るゴム組成物の調製方法は、特に限定されず、植物資源抽出残渣を、任意成分である上記カーボンブラック等のその他の成分と共にゴム成分に配合して、例えば、バンバリーミキサーまたはロール等を用いて、混練することで調製することができる。
植物資源抽出残渣は、所望の量を一括で配合してもよく、複数回に分けて配合してもよい。
本発明に係るゴム組成物を調製する場合の混練方法は、特に限定されず、例えば、バンバリーミキサー、ロール等を用いることができる。本発明に係るゴム組成物は、バンバリーミキサーで混練して得られたものであることが好ましい。バンバリーミキサーでの混練条件は、特に限定されず、植物資源抽出残渣の所望の最大長径等に応じて適宜調節すればよいが、発熱性を向上する観点から、混練時のゴム組成物の最高温度が１２０℃〜１９０℃であることが好ましく、１３０℃〜１７５℃であることが好ましく、１４０〜１７０℃であることがさらに好ましい。また、混練時間は、１０秒〜２０分であることが好ましく、１０秒〜１０分であることがより好ましく、３０秒〜５分であることがさらに好ましい。

（タイヤ）
本発明に係るタイヤは、少なくとも一部に、本発明に係るゴム組成物を用いたことを特徴とする。これにより、本発明に係るタイヤは、タイヤ性能、特に転がり抵抗が向上する。
本発明に係るタイヤは、当該ゴム組成物の加硫物を用いたこと以外は、通常のタイヤと同様の製造方法により製造することができる。

次に、本発明のタイヤを、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のタイヤの一例の断面図である。図１に示すタイヤは、一対のビード部１及び一対のサイドウォール部２と、両サイドウォール部２に連なるトレッド部３とを有し、上記一対のビード部１間にトロイド状に延在してこれら各部１，２および３を補強するカーカス４と、当該カーカス４のクラウン部のタイヤ半径方向外側に位置するベルト５とを具える。

図示例のタイヤにおいて、カーカス４は、一枚のカーカスプライからなり、また、上記ビード部１内に夫々配設した一対のビードコア（ワイヤ）６間にトロイド状に延在する本体部と、各ビードコア６の周りでタイヤ幅方向の内側から外側に向けて半径方向外方に巻上げた折り返し部とからなる。
なお、図示例のカーカス４は、一枚のカーカスプライよりなるが、本発明のタイヤにおいては、カーカスプライの枚数は複数であってもよい。

また、図示例のタイヤにおいて、ベルト５は、二枚のベルト層からなるが、本発明のタイヤにおいて、ベルトを構成するベルト層の枚数は一枚以上であればよく、これに限られるものではない。
さらに、本発明のタイヤは、ベルト５のタイヤ半径方向外側に、タイヤ周方向に対し実質的に平行に配列したコードのゴム引き層からなるベルト補強層を具えてもよく、ベルト５の端部と当該ベルト補強層との間にさらに層間ゴムを具えてもよい。

上記ゴム組成物を用いる部材としては、例えば、トレッドゴム、サイドゴム、ビードワイヤの半径方向外側に位置するビードフィラーないしスティフナー、カーカスおよびベルトのコーティングゴム等が挙げられる。

本発明のタイヤに充填する気体としては、通常のまたは酸素分圧を調整した空気の他、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

本検討で用いたゴム配合剤は以下のとおりである。カッコ内は表中の略語を表す。
・ポリブタジエンゴム（ＢＲ：ゴム成分）：宇部興産株式会社製、商品名ＵＢＥＰＯＬ ＢＲ１５０Ｌ
・天然ゴム（ＮＲ：ゴム成分）：商品名ＴＳＲ
・スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ：ゴム成分）：乳化重合ＳＢＲ 商品名：ＳＢＲ１５００
・カーボンブラック（ＣＢ：充填剤）：旭カーボン株式会社製、商品名ＩＳＡＦグレード、ＳＡＦグレード
・オイル（ｏｉｌ：軟化剤）：プロセスオイル
・茶殻（植物資源抽出残渣）：飲料製造工場より排出された茶殻

本検討でゴム組成物を加硫する際に使用した加硫剤等の成分は、以下のものを用いた（各成分の質量部は、ゴム成分１００質量部に対する質量部である。）。
・硫黄：１．５質量部
・加硫促進剤（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）：１．５質量部
・加硫促進剤（ジフェニルグアニジン）：１．２質量部
・加硫促進剤（ジベンゾチアジルジスルフィド）：０．２質量部
・亜鉛華（ＺｎＯ）：２．０質量部
・ステアリン酸：１．０質量部
・老化防止剤（大内新興化学工業株式会社製の商品名ノクラック６Ｃ：Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン）：１．０質量部
本検討におけるゴム組成物の加硫は、上記加硫剤等を用いて、１５０℃、３０分間で行った。

表１のゴム組成物は、上記のとおり配合したものを４０００ｍＬのバンバリーミキサーを用いて混練して得られたものであり、当該混練の第一ステージにて植物資源抽出残渣（茶殻）を配合して１６０℃で排出し、最終ステージで加硫剤を配合して１１０℃で排出して、調製されたものである。

本検討における、配合した植物資源抽出残渣（茶殻）の平均粒径は、マイクロスコープ（株式会社Ｋｅｙｅｎｃｅ製のＶＨＸ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて対象となる植物資源抽出残渣（茶殻）を観察することにより求められ、任意に選択された１００個の植物資源抽出残渣（茶殻）の粒径の平均値である。
本検討におけるマイクロスコープを用いた植物資源抽出残渣（茶殻）の最大長径の測定は、ゴムの流れ方向に垂直および平行な方向に５ｃｍ×５ｃｍの断面積となるように切断したものについて、マイクロスコープ（株式会社Ｋｅｙｅｎｃｅ製のＶＨＸ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いてその断面積全体中の植物資源抽出残渣（茶殻）を倍率５０〜５００倍において観察することにより行った。

（転がり抵抗（ＲＲ））
本検討における転がり抵抗の測定および評価は、以下のように行った。
ゴム組成物の加硫物を用いた２７５／８０Ｒ２２．５サイズのタイヤについて、直径１．７ｍの鉄製ドラム上にタイヤを接触させながらドラムを回転させ、８０ｋｍ／ｈまで上昇後、ドラムの駆動スイッチを切り、ドラムを自由回転させ、減速の度合いより転がり抵抗を測定し、結果を指数化した。数値が小さいほど転がり抵抗が小さく、転がり抵抗が良好であることを示す。

（比較例１）
表１に示す配合処方で茶殻を含まないこと以外は、上記バンバリーミキサーを用いた方法と同様にゴム組成物を調製し、上記加硫剤等を配合して加硫した。

（実施例１〜６および比較例２〜４）
各ゴム組成物の加硫物について、上述した方法で転がり抵抗を測定、評価した。
なお、転がり抵抗の数値は、比較例１の性能を１００とした場合の指数値である。
実施例５の加硫物のマイクロスコープ写真を図２〜４に示す。図２〜４から、含有される茶殻の長径が１００〜１４０μｍであることが分かる。

（結果のまとめ）
表１より、茶殻の最大長径が４５μｍと小さい場合には、転がり抵抗向上効果が得られず、２５０μｍと大きい場合には、転がり抵抗が悪化していることが分かる。そして、実施例１〜６のように、茶殻の最大長径と含有量が所定範囲である場合に、転がり抵抗が向上していることが分かる。また、実施例２，５および６の対比から、最大長径は、含水率の値に反比例する傾向があることが分かる。

１ ビード部
２ サイドウォール部
３ トレッド部
４ カーカス
５ ベルト
６ ビードコア

Claims (3)

1. ゴム成分１００質量部に対して、植物資源抽出残渣を０．２〜９質量部含有し、当該植物資源抽出残渣の最大長径が５０〜２４０μｍであることを特徴とする、ゴム組成物。
2. バンバリーミキサーで混練して得られたものであることを特徴とする、請求項１に記載のゴム組成物。
3. 少なくとも一部に、請求項１または２に記載のゴム組成物を用いたことを特徴とする、タイヤ。