JP4472793B2 - Rubber composition for tire tread - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、詳しくは、主として重荷重用空気入りタイヤのトレッドに用いられ、耐摩耗性、亀裂抵抗性を損なうことなく、低転がり抵抗性を発揮し得るゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ライトトラック乃至トラック・バス用低燃費タイヤについては、トレッドゴムの内部ロスエネルギーを低下させるために、天然ゴム或いは天然ゴムにシスポリブタジエンをブレンドしてなるゴム成分中に、粒子径が比較的大きくてストラクチャーの発達したカーボンブラックを補強剤として配合したゴム組成物が使用されている。
【０００３】
ところで、ライトトラック乃至トラック・バス用タイヤは、もともと過酷な走行条件下で使用されることが多いので、この種の低燃費配合を採用したタイヤは、通常配合のタイヤに比して耐摩耗性、亀裂抵抗性が不足し、その使用条件が非常に限られるという欠点があった。かかるタイヤの亀裂抵抗性を確保するため、従来のごとくトレッドゴムにオイルや樹脂を添加すると、亀裂抵抗性は改善されるが、その反面、転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性も格段に悪くなるという事実が認められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記のごときライトトラック乃至トラック・バス用低燃費タイヤの現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、耐摩耗性及び亀裂抵抗性を損なうことなく、十分な低転がり抵抗性を実現し得るタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、天然ゴムとシスポリブタジエンとを所定の比率で配合したゴム成分に対し、特定なハイストラクチャーカーボンブラックを所定量配合すると同時に、シリカと比較的少量のシランカップリング剤を添加配合することにより、上記の目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明のうち請求項１記載の発明は、８５〜４５重量％の天然ゴムと１５〜５５重量％のポリブタジエンゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０〜１４０ m ² /g、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）が１０３〜１５０ml/100 g、該24Ｍ4 ＤＢＰとセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）との比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）が１．１〜１．８であるカーボンブラック２０〜５０重量部、シリカ２〜２０重量部、及びシランカップリング剤を前記シリカ配合量の２〜８％の範囲で配合したタイヤトレッド用ゴム組成物であって（請求項１記載の発明の構成において、以上の構成を具備するが、ポリブタジエンゴムが以下に示すポリブタジエンゴムの構成を具備しないタイヤトレッド用ゴム組成物を参考例ロとする）、
前記ポリブタジエンゴムは、シス含量９６％以上のシスポリブタジエンゴムであり、そのロー・ムーニー粘度（ＭＬ）と５％トルエン溶液粘度（η）とが、それぞれ下式（１）及び（２）で示される関係を満足することを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物をその要旨とする。
７０ ≧ ＭＬ ≧ ３５ ・・・・・・・・・（１）
２．６ＭＬ＋３６０ ≧ η ≧ ２．６ＭＬ−３０ ・・・・（２）
【０００７】
上記のごとく、本発明のゴム成分に使用する天然ゴムとポリブタジエンゴムのブレンド比率は重量比で８５：１５〜４５：５５の範囲が適当である。ポリブタジエンの比率が１５重量％未満では耐摩耗性が十分でなく、逆に５５重量％を越えて多くなると転がり抵抗性、亀裂抵抗性が悪化するので好ましくない。
【０００８】
また、該ポリブタジエンゴムが、請求項１記載の通りのシス含量９６％以上のシスポリブタジエンゴムであり、そのロー・ムーニー粘度（ＭＬ）と５％トルエン溶液粘度（η）とが、それぞれ下式（１）及び（２）
７０ ≧ ＭＬ ≧ ３５ ・・・・・・・・・（１）
２．６ＭＬ＋３６０ ≧ η ≧ ２．６ＭＬ−３０ ・・・・（２）
で示される関係を満足するような特定のものであるとさらに好適である。何故なら、シス含量が９６％未満では耐摩耗性の向上効果が劣り、ＭＬが３５未満では耐摩耗性だけでなく転がり抵抗性に対する向上効果が減少し、逆に７０を越えて大きくなると次第に加工性が悪化してくるからである。また、ηが（２）式の右辺（２．６ＭＬ−３０）未満では耐摩耗性、亀裂抵抗性及び転がり抵抗性に対する向上効果が減少し、逆にηが（２）式の左辺（２．６ＭＬ＋３６０）を越えて大きくなると次第に加工性が悪化して分散不良を生じ易くなるからである。
【０００９】
この請求項１記載の発明は、上記のごときゴム成分に補強剤として特定なコロイド特性を有するハイストラクチャーカーボンブラックを使用し、かつこれにシリカとシランカップリング剤を所定量添加併用することにより、耐摩耗性、亀裂抵抗性を低下することなく転がり抵抗を低減しようとするものであるが、これら補強剤、配合剤の種類や配合量はつぎのような理由により定められたものである。すなわち、カーボンブラックのＣＴＡＢが７０ m² /g未満では耐摩耗性，亀裂抵抗性に劣り、１４０ m² /g以上では転がり抵抗性が悪化するので、ＣＴＡＢは７０〜１４０ m² /gの範囲のものを使用する。24Ｍ4 ＤＢＰについては、その値が１０３ml/100 g以下であると転がり抵抗性が劣り、逆に１５０ml/100 gを越えて大きくなると亀裂抵抗性が悪化する。したがって、24Ｍ4 ＤＢＰは１０３〜１５０ml/100 gの範囲のものを使用する。またこの場合、24Ｍ4 ＤＢＰとＣＴＡＢとの比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）が１．１より小さいと転がり抵抗性が悪く、逆に１．８より大きいと亀裂抵抗性が低下するので、24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢは１．１〜１．８の範囲とする。この種カーボンブラックの配合量については２０重量部未満では耐摩耗性に劣り、５０重量部以上では亀裂抵抗性、転がり抵抗性が悪化して好ましくない。
【００１０】
さらに、上記のカーボンブラックと併用するシリカの配合量が２重量部以下では亀裂抵抗性、転がり抵抗性に対する十分な向上効果が得られず、２０重量部より多いと加工性が低下する。したがって、シリカの配合量は２〜２０重量部の範囲とする。また、シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の２％以下のときは耐摩耗性と転がり抵抗性が悪く、逆に８％以上になると亀裂抵抗性が劣化するので、シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の２〜８％の範囲とするのが適当である。
【００１１】
ところで、ＣＴＡＢは、この値が大きいほど粒子径の小さいカーボンブラックであるが、ゴム分子と同じくセチルトリメチルアンモニウムブロマイドがカーボン粒子の細孔中に入り込めないため、有効な外部表面積の大きさを示している。また、ＤＢＰは、カーボンブラックのストラクチャーの程度を示す指標であるが、天然ゴム、ブタジエンゴムの場合、混練り工程でストラクチャーが破壊される度合いが大きいので、加硫後のゴム中に混在するカーボンブラックの状態は、ＤＢＰ測定時より24Ｍ4 ＤＢＰ測定時の状態に近いものと考えられる。
【００１２】
また、上記のごときカーボンブラックの比表面積やストラクチャーがゴムの耐摩耗性とヒステリシス特性に及ぼす影響については、従来から下記のようなことが知られている。
ａ．比表面積が大きくなるにつれて耐摩耗性は上がり、ヒステリシスロスは高くなる。しかし、耐摩耗性は比表面積がある程度大きくなると飽和する。
ｂ．ストラクチャーが高くなるにつれて耐摩耗性は上がり、一定の３００％時引張りモジュラスになるよう配合したゴム同士の比較では、ヒステリシスロスは低くなる。
ｃ．ヒステリシスロスの程度は、ストラクチャーより比表面積の方に強く依存する。
【００１３】
したがって、耐摩耗性と転がり抵抗性に対してはストラクチャーが特に重要な要素といえるが、ストラクチャーが高すぎても亀裂抵抗性が悪化する傾向がみられる。また、ＣＴＡＢが大きいほど24Ｍ4 ＤＢＰが大きいというものではなく、その間の関係は表２からも明らかなように、必ずしも明確ではなく、24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢの比を算出してみると、カーボンブラックの種類により大きく異なっている。そこで、本発明においては、低燃費タイヤ用として最適なカーボンブラックを選定するための手段として、特定な範囲のＣＴＡＢと24Ｍ4 ＤＢＰに加え、これら二者の比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）を採用し、単位表面積当りのストラクチャー発達度を指標とすることにした。
【００１４】
なお、本発明においては、上記成分の他に通常用いられている配合剤、例えば加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、プロセス油、その他の加工助剤等が適宜添加されることはいうまでもない。
【００１５】
つぎに、参考例イの発明は、８５〜４５重量％の天然ゴムと１５〜５５重量％のポリブタジエンゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０〜１６０ m² /g、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が１１５〜１８０ml/100 g、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）が９８〜１４０ml/100 gであるカーボンブラック１５〜５０重量部、シリカ２〜３０重量部、及びシランカップリング剤を前記シリカ配合量の３〜２０％の範囲で配合したことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【００１６】
上記のごとく、参考例イの発明のゴム成分に使用する天然ゴムとポリブタジエンのブレンド比率は重量比で８５：１５〜４５：５５の範囲が適当である。ポリブタジエンの比率が１５重量％未満では耐摩耗性が十分でなく、逆に５５重量％を越えて多くなると転がり抵抗性、亀裂抵抗性が悪化するので好ましくない。
【００１７】
また、参考例イの発明においては、補強剤としてハイストラクチャーカーボンブラックとシリカを使用すると共に、シランカップリング剤を添加併用することにより、耐摩耗性を損なうことなく亀裂抵抗性と転がり抵抗性の両立を図ろうとするものであるが、これら配合剤のコロイダル特性や配合量の範囲はつぎのような理由により定めたものである。すなわち、カーボンブラックのＣＴＡＢが７０ m² /g未満では耐摩耗性，亀裂抵抗性が劣り、１６０ m² /g以上では転がり抵抗性が悪化するので、ＣＴＡＢは７０〜１６０ m² /gの範囲のものを使用する。また、ＤＢＰと24Ｍ4 ＤＢＰについては、それぞれの値が１１５ml/100 g、９８ml/100 g以下であると耐摩耗性、転がり抵抗性が劣り、逆にそれぞれの値が１８０ml/100 g、１４０ml/100 gを越えて大きくなると亀裂抵抗性が悪化する。したがって、ＤＢＰは１１５〜１８０ml/100 gの範囲、24Ｍ4 ＤＢＰは９８〜１４０ml/100 gの範囲のものを使用する。また、この種のカーボンブラックも、配合量が１５重量部未満では耐摩耗性に劣り、５０重量部以上では亀裂抵抗性、転がり抵抗性が悪化して好ましくない。
【００１８】
さらに、上記のカーボンブラックと併用するシリカの配合量が２重量部以下では亀裂抵抗性、転がり抵抗性に対する十分な向上効果が得られず、３０重量部を越えると耐摩耗性と亀裂抵抗性が悪化するのでシリカは２〜３０重量部の範囲で配合する。また、シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の３％以下のときは耐摩耗性と転がり抵抗性の改良効果乏しく、逆に２０％以上になると亀裂抵抗性が悪化するので、シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の３〜２０％の範囲とするのが適当である。
【００１９】
【実施例】
つぎに実施例、参考例及び比較例を挙げて本発明の特徴をさらに詳細に説明する。表１は、トレッドゴムに使用したポリブタジエンゴム（ＢＲ）の種類とその特性を示したものである。
【表１】

表１におけるシス含量は赤外線分光光度計により測定された。ロー・ムーニー粘度（ＭＬ）はＪＩＳ Ｋ６３００（未加硫ゴム物理試験方法）に規定された方法により測定されたものである。また、５％トルエン溶液粘度（η）は２３℃のトルエン溶液中キャノンフェンスケ粘度計により測定された値である。
【００２０】
表２は、同トレッドゴムに配合したカーボンブラックの種類とコロイダル特性値を示したものである。
【表２】

表２に示すカーボンブラックのセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）はＡＳＴＭ Ｄ３７６５に、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）はＪＩＳ Ｋ６２２１に、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）はＡＳＴＭ Ｄ３４９３にそれぞれ準拠して測定された値である。
【００２１】
表３は、各トレッドゴム組成物に共通な配合剤組成を示したものである。
【表３】

【００２２】
この配合剤組成表中のゴム分と、変量してなるカーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤のそれぞれに、表４及び表５に示す天然ゴム／ＢＲブレンド比率、カーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤（Si-69）の各部を適用してゴム組成物を構成し、これをトレッドゴムとするタイヤサイズ11 R 22.5 14PRのラジアルタイヤを定法により作成し、得られたタイヤにつき下記の方法により亀裂抵抗性、耐摩耗性、転がり抵抗性を評価した。
亀裂抵抗性：サイプが施されたトレッドパターンのタイヤをトラクターヘッドの駆動軸及びフロント軸に装着し、前者のトルクによる前後力、及び後者の操舵による横力にそれぞれ基因するサイプからの亀裂程度を、３万Km走行時点で比較し、亀裂発生なし（◎）、亀裂発生あるが、ゴム欠けなし（○）、ゴム欠け発生（×）の３段階で評価した。
耐摩耗性：高速道路を１０万Km走行させた後、リヤ装着タイヤのトレッド溝の摩耗ミリ当たり走行距離を求め、比較例１のタイヤの値を１００として指数表示したものであり、数値の大きい方が良好である。
転がり抵抗性：ＪＡＴＭＡ トラック及びバス用タイヤの転がり抵抗試験方法の力測定法に準拠して測定し、比較例１のタイヤの値を１００として指数表示したものであり、数値の小さい方が良好である。
結果は表４及び表５に纏めて示す。表中「実−」は実施例、「比−」は比較例を、「参−」は参考例を示すものである。
【００２３】
表４及び表５から明らかなように、参考例イ、ロ、請求項１に記載の構成要件を満足するゴム組成物をトレッドに用いたタイヤ（参考例１〜９、実施例１〜３）は、比較例１のタイヤに比していずれも転がり抵抗が１０ポイント以上小さく、しかも耐摩耗性及び亀裂抵抗性が良好であり、低燃費タイヤとして好ましい特性を具備している。
【００２４】
【表４】

【００２５】
【表５】

【００２６】
さらに詳細に説明すると、比較例１はトレッドにＮ１１０カーボンブラック（ＣＢ−３）を含有する天然ゴム組成物を配した従来型のタイヤであり、この発明におけるタイヤ特性評価用のコントロールタイヤである。
【００２７】
参考例１〜３は、前記参考例イの構成要件を満足するゴム組成物に関し、このうち参考例１、２は、比較例１のトレッドゴムに汎用タイプのシスポリブタジエン（ＢＲ−Ａ）を２０重量％ブレンドすると共に、補強剤として本発明に係るカーボンブラック（ＣＢ−１乃至ＣＢ−２）を４０重量％，シリカを１０重量％、シランカップリング剤をシリカ配合量の１０〜１５％添加配合したものであるが、どちらのタイヤも、比較例１のタイヤに比べると、転がり抵抗性、耐摩耗性並びに亀裂抵抗性においてそのすべてがバランス良く改善されている。
【００２８】
また、参考例３は、天然ゴムにブレンドするポリブタジエンの比率を実施例１の２０重量％から５０重量％に増加させると共に、当該カーボンブラックの配合量とシリカ及びシランカッブリング剤の配合量を所定の範囲内で変量したものである。一般に、ポリブタジエンを多量ブレンドすると亀裂抵抗性が大きく低下すると共に、発熱が高くなって転がり抵抗性が悪化するものであるが、この例のように、特定なカ−ボンブラックにシリカ及びシランカップリング剤を組合わせ、かつそれらを適正な量で配合した場合には、このような現象はみられず、転がり抵抗性、耐摩耗性の改善されたタイヤが得られる。
【００２９】
一方、比較例２〜１２にあるように、ゴム成分のブレンド比率、カーボンブラック、シリカ及びシランカップリング剤に関する前記要件が一つでも欠ける場合には、タイヤの転がり抵抗性、耐摩耗性、亀裂抵抗性のいずれか一つ又はそれ以上の特性が損なわれ、本発明の目的は達成されない。
【００３０】
参考例４〜９は、前記参考例ロ記載の構成要件を満足するゴム組成物に関し、このうち参考例４、５は、比較例１のトレッドゴムに汎用タイプのシスポリブタジエン（ＢＲ−Ａ）を２０重量％ブレンドすると共に、補強剤として24Ｍ4ＤＢＰ／ＣＴＡＢ比が１．１以上である特定なカーボンブラック（ＣＢ−６乃至７）を４０重量％，シリカを５重量％、シランカップリング剤をシリカ配合量の７％添加配合したものであるが、どちらのタイヤも、比較例１のタイヤに比べると、転がり抵抗性、耐摩耗性並びに亀裂抵抗性がバランス良く改善されている。
【００３１】
同様に、24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ比が１．１以上であり、かつ上記のカーボンブラックより粒子径が小さく（ＣＴＡＢが大きい）、ストラクチャーの発達した（24Ｍ4 ＤＢＰ値が大きい）カーボンブラック（ＣＢ−８）を採用した時は、参考例６と７に示すように、その量を３５重量部、２５重量部と減少させても、それぞれに適正な量のシリカとシランカップリング剤を添加併用すれば、参考例４や５に劣らぬ良好な結果が得られる。
【００３２】
また、参考例８は、天然ゴムにブレンドするポリブタジエンの比率を実施例４の２０重量％から５０重量％に増加させたものであるが、この場合にも、亀裂抵抗性が低下したり発熱性が高くなるという現象は認められず、転がり抵抗性と耐摩耗性の改善されたタイヤが得られた。
【００３３】
参考例９は、上記のシスポリブタジエン（ＢＲ−Ａ）よりロー・ムーニー粘度（ＭＬ）の小さいシスポリブタジエン（ＢＲ−Ｂ）を使用したこと以外は、実施例１と同組成のトレッドゴム組成物である。両者を比較すると明らかなように、ＭＬが３４と小さくなると、転がり抵抗性は改善されても耐摩耗性に対する向上効果が認められなくなる。
【００３４】
また、実施例１〜３は、この種のカーボンブラック（ＣＢ−６、７、８）に加え、天然ゴムにブレンドするボリブタジエンとして請求項１記載のごとき特性を有する特定なシスポリブタジエンゴム（ＢＲ−Ｃ、Ｄ、Ｅ）を選択し使用したものである。表５に示すように、これらのゴム組成物では、比較例１はもとより参考例４〜９のタイヤに比べても、転がり抵抗性、耐摩耗性並びに亀裂抵抗性が一層バランス良く改善されており、低燃費タイヤに使用して特に好適なトレッド用ゴム組成物が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、天然ゴムとポリブタジエンゴムとを所定の比率で配合したゴム成分に対し、特定なハイストラクチャーカーボンブラックを所定量配合すると同時に、シリカ並びにシランカッブリング剤を所定量配合することによりトレッド用ゴム組成物を構成したので、タイヤの耐摩耗性及び亀裂抵抗性を損なうことなく転がり抵抗を大幅に低減することができる。これにより、従来の低燃費配合では困難であった重荷重用タイヤの厳しい走行条件下でも十分使用に耐え得るゴム組成物が提供される。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rubber composition for tire treads, and more specifically, a rubber composition that is mainly used for treads of heavy duty pneumatic tires and can exhibit low rolling resistance without impairing wear resistance and crack resistance. About.
[0002]
[Prior art]
In general, for fuel-efficient tires for light trucks and trucks / buses, in order to reduce the internal loss energy of tread rubber, the particle diameter is relatively small in natural rubber or a rubber component obtained by blending natural rubber with cispolybutadiene. Rubber compositions containing large and well-structured carbon black as a reinforcing agent are used.
[0003]
By the way, since light truck or truck / bus tires are often used under severe driving conditions, tires employing this type of low fuel consumption are more resistant to wear than ordinary blended tires. However, there is a drawback that the crack resistance is insufficient and the use conditions are very limited. In order to ensure the crack resistance of such tires, adding oil or resin to the tread rubber as before improves the crack resistance, but on the other hand, the rolling resistance increases and the wear resistance also deteriorates significantly. The fact that
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention has been made in view of the current situation of light fuel consumption tires for light trucks and trucks and buses as described above, and the object of the present invention is sufficient without impairing wear resistance and crack resistance. An object of the present invention is to provide a rubber composition for a tire tread that can realize low rolling resistance.
[0005]
[Means of order to solve the problems]
As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have formulated a specific high structure carbon black in a predetermined amount with respect to a rubber component in which natural rubber and cis polybutadiene are compounded in a predetermined ratio, and at the same time, silica The inventors have found that the above object can be achieved by adding and blending a relatively small amount of a silane coupling agent, and have completed the present invention.
[0006]
That is, the invention according to claim 1 of the present invention is based on the adsorption specific surface area (CTAB) of cetyltrimethylammonium bromide with respect to 100 parts by weight of a rubber component comprising 85 to 45% by weight of natural rubber and 15 to 55% by weight of polybutadiene rubber. ) Is 70 to 140 m ² / g, compressed dibutyl phthalate oil absorption (24M4 DBP) is 103 to 150 ml / 100 g, ratio of 24M4 DBP to cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) (24M4 DBP / CTAB) A rubber composition for a tire tread in which 20 to 50 parts by weight of carbon black having a ratio of 1.1 to 1.8, 2 to 20 parts by weight of silica, and 2 to 8% of the silica content is blended. (In the configuration of the invention of claim 1, the above configuration is provided, but the polybutadiene rubber is The rubber composition for a tire tread having no structure of to-polybutadiene rubber and Reference Leiro),
The polybutadiene rubber is a cis polybutadiene rubber having a cis content of 96% or more, and its low-Mooney viscosity (ML) and 5% toluene solution viscosity (η) are represented by the following formulas (1) and (2), respectively. The gist of the rubber composition for a tire tread characterized by satisfying the relationship .
70 ≧ ML ≧ 35 (1)
2.6 ML + 360 ≧ η ≧ 2.6 ML-30 (2)
[0007]
As described above, the blend ratio of natural rubber and polybutadiene rubber used in the rubber component of the present invention is suitably in the range of 85:15 to 45:55 by weight. If the ratio of polybutadiene is less than 15% by weight, the wear resistance is not sufficient, and conversely if it exceeds 55% by weight, the rolling resistance and crack resistance are deteriorated.
[0008]
The polybutadiene rubber is a cis polybutadiene rubber having a cis content of 96% or more as defined in claim 1 , and its low-Mooney viscosity (ML) and 5% toluene solution viscosity (η) are respectively represented by the following formulas ( 1) and (2)
70 ≧ ML ≧ 35 (1)
2.6 ML + 360 ≧ η ≧ 2.6 ML-30 (2)
It is more preferable that it is a specific one satisfying the relationship represented by This is because when the cis content is less than 96%, the effect of improving the wear resistance is inferior, and when ML is less than 35, the effect of improving not only the wear resistance but also the rolling resistance is decreased. This is because sex is getting worse. Further, when η is less than the right side (2.6ML-30) of the formula (2), the improvement effect on the wear resistance, crack resistance and rolling resistance is reduced, and conversely, η is the left side (2. This is because if it exceeds 6ML + 360), the workability gradually deteriorates and a dispersion failure tends to occur.
[0009]
The invention according to claim 1 uses a high structure carbon black having specific colloidal characteristics as a reinforcing agent for the rubber component as described above, and by adding a predetermined amount of silica and a silane coupling agent to the rubber component, An attempt is made to reduce rolling resistance without reducing wear resistance and crack resistance. The types and amounts of these reinforcing agents and compounding agents are determined for the following reasons. That is, when the CTAB of the carbon black is less than 70 m ² / g, the wear resistance and crack resistance are inferior, and when the CTAB is 140 m ² / g or more, the rolling resistance is deteriorated, so the CTAB is in the range of 70 to 140 m ² / g. Use one. For 24M4 DBP, if the value is 103 ml / 100 g or less, the rolling resistance is inferior, and conversely if it exceeds 150 ml / 100 g, the crack resistance is deteriorated. Therefore, 24M4 DBP is used in the range of 103 to 150 ml / 100 g. Also, in this case, if the ratio of 24M4 DBP to CTAB (24M4 DBP / CTAB) is less than 1.1, the rolling resistance is poor, and conversely if it is greater than 1.8, the crack resistance decreases, so 24M4 DBP / CTAB. Is in the range of 1.1 to 1.8. When the blending amount of this kind of carbon black is less than 20 parts by weight, the abrasion resistance is inferior, and when it is 50 parts by weight or more, crack resistance and rolling resistance are deteriorated.
[0010]
Furthermore, if the amount of silica used in combination with the above carbon black is 2 parts by weight or less, sufficient improvement effects on crack resistance and rolling resistance cannot be obtained, and if it exceeds 20 parts by weight, workability is lowered. Therefore, the amount of silica is in the range of 2 to 20 parts by weight. In addition, when the amount of the silane coupling agent is 2% or less of the silica amount, the wear resistance and rolling resistance are poor, and conversely, when it is 8% or more, the crack resistance is deteriorated. The blending amount is suitably 2 to 8% of the silica blending amount.
[0011]
By the way, CTAB is a carbon black with a smaller particle diameter as this value is larger, but cetyltrimethylammonium bromide cannot enter into the pores of the carbon particles as in the case of rubber molecules, and thus shows an effective external surface area. ing. DBP is an index indicating the degree of structure of carbon black, but in the case of natural rubber and butadiene rubber, the degree of destruction of the structure is large in the kneading process, so carbon mixed in the rubber after vulcanization. It is considered that the black state is closer to the state at the time of 24M4 DBP measurement than at the time of DBP measurement.
[0012]
Further, the following has been conventionally known about the influence of the specific surface area and structure of carbon black on the wear resistance and hysteresis characteristics of rubber.
a. As the specific surface area increases, the wear resistance increases and the hysteresis loss increases. However, the wear resistance is saturated when the specific surface area increases to some extent.
b. As the structure increases, the wear resistance increases, and the hysteresis loss decreases in comparison between rubbers blended so as to have a constant tensile modulus at 300%.
c. The degree of hysteresis loss depends more strongly on the specific surface area than on the structure.
[0013]
Therefore, the structure is a particularly important factor for wear resistance and rolling resistance, but even if the structure is too high, the crack resistance tends to deteriorate. In addition, as CTAB is larger, 24M4 DBP is not larger, and the relationship between them is not necessarily clear, as is clear from Table 2, and when calculating the ratio of 24M4 DBP / CTAB, the type of carbon black It varies greatly depending on. Therefore, in the present invention, as a means for selecting the optimum carbon black for a fuel-efficient tire, in addition to a specific range of CTAB and 24M4 DBP, a ratio of these two (24M4 DBP / CTAB) is adopted, The degree of structure development per unit surface area was used as an index.
[0014]
In the present invention, in addition to the above components, commonly used compounding agents such as vulcanizing agents, vulcanization accelerators, vulcanization acceleration aids, anti-aging agents, process oils, other processing aids, etc. Needless to say, it is added as appropriate.
[0015]
Next, in the invention of Reference Example A, the cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) is 70 to 100 parts per 100 parts by weight of a rubber component composed of 85 to 45% by weight of natural rubber and 15 to 55% by weight of polybutadiene rubber. 15 to 50 parts by weight of carbon black having 160 m ² / g, 115 to 180 ml / 100 g of dibutyl phthalate oil absorption (DBP) and 98 to 140 ml / 100 g of compressed dibutyl phthalate oil absorption (24M4 DBP), 2 to 2 parts of silica The present invention relates to a rubber composition for a tire tread, wherein 30 parts by weight and a silane coupling agent are blended in a range of 3 to 20% of the silica blending amount.
[0016]
As described above, the blend ratio of natural rubber and polybutadiene used for the rubber component of the invention of Reference Example A is suitably in the range of 85:15 to 45:55 by weight. If the ratio of polybutadiene is less than 15% by weight, the wear resistance is not sufficient, and conversely if it exceeds 55% by weight, the rolling resistance and crack resistance are deteriorated.
[0017]
In addition, in the invention of Reference Example I, high structure carbon black and silica are used as reinforcing agents, and by adding a silane coupling agent in combination, crack resistance and rolling resistance can be obtained without impairing wear resistance. Although it is going to aim at coexistence, the colloidal characteristic of these compounding agents and the range of compounding quantity are defined for the following reasons. That is, when the CTAB of the carbon black is less than 70 m ² / g, the wear resistance and crack resistance are inferior. When the CTAB is 160 m ² / g or more, the rolling resistance is deteriorated, so the CTAB is in the range of 70 to 160 m ² / g. Use one. For DBP and 24M4 DBP, if the values are 115 ml / 100 g and 98 ml / 100 g or less, the wear resistance and rolling resistance are inferior. Conversely, the values are 180 ml / 100 g and 140 ml / 100, respectively. If it exceeds g, crack resistance deteriorates. Accordingly, DBP is used in the range of 115 to 180 ml / 100 g, and 24M4 DBP is used in the range of 98 to 140 ml / 100 g. Also, this type of carbon black is not preferable because the wear resistance is inferior if the blending amount is less than 15 parts by weight, and the crack resistance and rolling resistance are deteriorated if it is 50 parts by weight or more.
[0018]
Furthermore, if the amount of silica used in combination with the above carbon black is 2 parts by weight or less, sufficient improvement effect on crack resistance and rolling resistance cannot be obtained, and if it exceeds 30 parts by weight, wear resistance and crack resistance are obtained. Since it deteriorates, silica is blended in the range of 2 to 30 parts by weight. Also, when the blending amount of the silane coupling agent is 3% or less of the silica blending amount, the effect of improving the wear resistance and rolling resistance is poor. Conversely, when the blending amount is 20% or more, the crack resistance deteriorates. The blending amount of the agent is suitably in the range of 3 to 20% of the blending amount of silica.
[0019]
【Example】
Next , the features of the present invention will be described in more detail with reference to Examples , Reference Examples and Comparative Examples. Table 1 shows the types and characteristics of polybutadiene rubber (BR) used for the tread rubber.
[Table 1]

The cis content in Table 1 was measured with an infrared spectrophotometer. Low Mooney viscosity (ML) is measured by a method defined in JIS K6300 (physical test method for unvulcanized rubber). The 5% toluene solution viscosity (η) is a value measured with a Canon Fenske viscometer in a 23 ° C. toluene solution.
[0020]
Table 2 shows the types of carbon black blended with the tread rubber and the colloidal characteristic values.
[Table 2]

The cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) of carbon black shown in Table 2 conforms to ASTM D3765, the dibutyl phthalate oil absorption (DBP) conforms to JIS K6221, and the compressed dibutyl phthalate oil absorption (24M4 DBP) conforms to ASTM D3493. Measured value.
[0021]
Table 3 shows the compounding agent composition common to each tread rubber composition.
[Table 3]

[0022]
The natural rubber / BR blend ratio, carbon black, silica, and silane coupling shown in Tables 4 and 5 are added to the rubber components in the compounding agent composition table and the carbon black, silica, and silane coupling agents obtained by changing the amounts. A rubber composition is made by applying each part of the agent (Si-69), and a radial tire having a tire size 11 R 22.5 14PR is made by using this as a tread rubber, and the resulting tire is cracked by the following method. Resistance, wear resistance, and rolling resistance were evaluated.
Crack resistance: A tire with a tread pattern with sipe attached to the drive shaft and front shaft of the tractor head, and the degree of cracking from the sipe caused by the longitudinal force due to the former torque and the lateral force due to the latter steering, respectively. Compared at the time of running at 30,000 km, evaluation was made in three stages: no cracking (発 生) and cracking, but no rubber chipping (◯) and rubber chipping (x).
Abrasion resistance: After traveling 100,000 km on the highway, the distance traveled per millimeter of wear on the tread groove of the rear-mounted tire was determined, and the index value was displayed with the tire value of Comparative Example 1 as 100, which is a large value. Is better.
Rolling resistance: Measured according to the force measurement method of the rolling resistance test method for JATMA truck and bus tires, and indexed with the tire value of Comparative Example 1 as 100, the smaller value is better is there.
The results are summarized in Table 4 and Table 5. In the table, “actual” indicates an example, “ratio” indicates a comparative example, and “reference” indicates a reference example .
[0023]
As is clear from Tables 4 and 5, tires using rubber compositions that satisfy the constitutional requirements described in Reference Examples 1 and 2 and Claim 1 as treads ( Reference Examples 1 to 9, Examples 1 to 3 ) Compared with the tire of Comparative Example 1, the rolling resistance is 10 points or more smaller, the wear resistance and crack resistance are good, and the tire has favorable characteristics as a fuel-efficient tire.
[0024]
[Table 4]

[0025]
[Table 5]

[0026]
More specifically, Comparative Example 1 is a conventional tire in which a natural rubber composition containing N110 carbon black (CB-3) is arranged in a tread, and is a control tire for evaluating tire characteristics in the present invention.
[0027]
Reference Examples 1 to 3 relate to a rubber composition that satisfies the constituent requirements of Reference Example 1 above , of which Reference Examples 1 and 2 include 20 general-purpose cis polybutadiene (BR-A) in the tread rubber of Comparative Example 1. Blended with 40% by weight of carbon black (CB-1 to CB-2) according to the present invention, 10% by weight of silica, and 10-15% of silane coupling agent as a reinforcing agent. However, both tires are improved in a well-balanced manner in terms of rolling resistance, wear resistance and crack resistance as compared with the tire of Comparative Example 1.
[0028]
In Reference Example 3, the ratio of polybutadiene blended with natural rubber is increased from 20% by weight of Example 1 to 50% by weight, and the blending amount of the carbon black and the blending amounts of silica and silane coupling agent are predetermined. It is a variable within the range. Generally, when a large amount of polybutadiene is blended, crack resistance is greatly reduced and heat generation is increased to deteriorate rolling resistance. As shown in this example, silica and silane couplings are added to a specific carbon black. When the agents are combined and blended in an appropriate amount, such a phenomenon is not observed, and a tire with improved rolling resistance and wear resistance can be obtained.
[0029]
On the other hand, as shown in Comparative Examples 2 to 12, if any of the above requirements regarding the blend ratio of rubber components, carbon black, silica, and silane coupling agent is lacking, rolling resistance, wear resistance, cracks of the tire Any one or more properties of resistance are impaired and the object of the present invention is not achieved.
[0030]
Reference Examples 4 to 9 relate to rubber compositions that satisfy the structural requirements described in Reference Example B above, and Reference Examples 4 and 5 include general-purpose cis polybutadiene (BR-A) in the tread rubber of Comparative Example 1. Blended with 20% by weight, 40% by weight of specific carbon black (CB-6 to 7) with a 24M4DBP / CTAB ratio of 1.1 or more, 5% by weight of silica, and silane coupling agent as silica. Although both of the tires are added and blended in an amount of 7%, the rolling resistance, wear resistance and crack resistance of both tires are improved in a well-balanced manner as compared with the tire of Comparative Example 1.
[0031]
Similarly, carbon black (CB-8) having a 24M4 DBP / CTAB ratio of 1.1 or more, a particle size smaller than the above carbon black (large CTAB), and a structure developed (24M4 DBP value is large) As shown in Reference Examples 6 and 7, even if the amount is reduced to 35 parts by weight and 25 parts by weight, if an appropriate amount of silica and a silane coupling agent are added and used together, Good results comparable to Reference Examples 4 and 5 are obtained.
[0032]
In Reference Example 8, the ratio of polybutadiene blended with natural rubber was increased from 20% by weight of Example 4 to 50% by weight. In this case as well, crack resistance decreased or exothermicity occurred. The tire was improved in rolling resistance and wear resistance.
[0033]
Reference Example 9 is a tread rubber composition having the same composition as in Example 1 except that cis polybutadiene (BR-B) having a lower Mooney viscosity (ML) than the above cis polybutadiene (BR-A) was used. is there. As is clear from comparison between the two, when ML is reduced to 34, even if the rolling resistance is improved, the improvement effect on the wear resistance is not recognized.
[0034]
In Examples 1 to 3, in addition to this type of carbon black (CB-6, 7, 8), specific cis polybutadiene rubber having such characteristics according to claim 1, wherein the Helsingborg butadiene blending natural rubber (BR -C, D, E) are selected and used. As shown in Table 5, in these rubber compositions, rolling resistance, wear resistance and crack resistance are improved in a more balanced manner than the tires of Reference Examples 4 to 9 as well as Comparative Example 1. A tread rubber composition that is particularly suitable for use in low fuel consumption tires can be obtained.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a predetermined amount of a specific high structure carbon black is blended with a rubber component obtained by blending natural rubber and polybutadiene rubber at a predetermined ratio, and at the same time, silica and a silane coupling agent are provided. Since the rubber composition for a tread is configured by quantitative blending, the rolling resistance can be greatly reduced without impairing the wear resistance and crack resistance of the tire. This provides a rubber composition that can withstand sufficient use even under severe driving conditions of heavy duty tires, which was difficult with conventional low fuel consumption formulations.

Claims (1)

８５〜４５重量％の天然ゴムと１５〜５５重量％のポリブタジエンゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０〜１４０ m ² /g、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）が１０３〜１５０ml/100 g、該24Ｍ4 ＤＢＰとセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）との比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）が１．１〜１．８であるカーボンブラック２０〜５０重量部、シリカ２〜２０重量部、及びシランカップリング剤を前記シリカ配合量の２〜８％の範囲で配合したタイヤトレッド用ゴム組成物であって、
前記ポリブタジエンゴムは、シス含量９６％以上のシスポリブタジエンゴムであり、そのロー・ムーニー粘度（ＭＬ）と５％トルエン溶液粘度（η）とが、それぞれ下式（１）及び（２）で示される関係を満足することを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
７０ ≧ ＭＬ ≧ ３５ ・・・・・・・・・（１）
２．６ＭＬ＋３６０ ≧ η ≧ ２．６ＭＬ−３０ ・・・・（２） Cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) of 70 to 140 m ² / g, compressed dibutyl phthalate oil absorption with respect to 100 parts by weight of a rubber component comprising 85 to 45% by weight of natural rubber and 15 to 55% by weight of polybutadiene rubber Carbon black having an amount (24M4 DBP) of 103 to 150 ml / 100 g and a ratio of the 24M4 DBP to cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) (24M4 DBP / CTAB) of 1.1 to 1.8 A tire tread rubber composition containing 50 parts by weight, silica 2 to 20 parts by weight, and a silane coupling agent in a range of 2 to 8% of the silica content,
The polybutadiene rubber is a cis polybutadiene rubber having a cis content of 96% or more, and its low-Mooney viscosity (ML) and 5% toluene solution viscosity (η) are represented by the following formulas (1) and (2), respectively. A rubber composition for a tire tread characterized by satisfying the relationship.
70 ≧ ML ≧ 35 (1)
2.6 ML + 360 ≧ η ≧ 2.6 ML-30 (2)