JP5301338B2 - 重荷重用タイヤトレッドゴム組成物及び重荷重用空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トラックやバスなどの重荷重用空気入りタイヤのトレッドに用いられるゴム組成物に関し、特には耐カットチップ性と耐摩耗性を両立させることができる重荷重用タイヤトレッドゴム組成物、及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤに関する。

トラックやバスなどの大型車に用いられる重荷重用空気入りタイヤにおいては、耐摩耗性と耐カットチップ性の要求が高い。特に、ダンプ車のような悪路を走行する車に装着される悪路用タイヤについては、より高い耐カットチップ性が必要であり、不十分であると、外観性悪化による取り外しライフの低下や、外傷によりケーシング部の耐久性が低下し故障に至るなどの問題がある。

耐カットチップ性を向上させる手法としては、充填剤として比表面積の大きい、即ち小粒径のカーボンブラックを用いたり、ロジン系樹脂を添加したりする方法がある。しかしながら、これらの手法では、耐カットチップ性と耐摩耗性をバランス良く改良するには不十分であり、特に後者のロジン系樹脂を添加する方法では、耐摩耗性が低下するというデメリットがある。

ところで近年では、地球環境に優しい材料がゴム組成物にも求められるようになっている。例えば、セルロース・ヘミセルロースとともに木材の主要成分であるリグニンは、パルプ生産時に副生される蒸解溶出液を原料として得られる自然界に豊富に存在する物質である。リグニンの誘導体であるリグニンスルホン酸塩は、分散性、粘着性、キレート性などの機能を有し、その効果が期待されている。

従来、リグニンスルホン酸塩をゴム組成物に配合する技術として、下記特許文献１には、特定のスチレンブタジエンゴムとポリブタジエンゴムからなるゴム成分に対しシリカとともにリグニンを配合して、リグニンによりシリカの分散性を向上させる点が開示されている。また、下記特許文献２には、ジエン系ゴムにシリカとともにリグニンスルホン酸塩を配合することにより、シリカ配合のゴム組成物のモジュラス向上、転がり抵抗の低減及び加硫速度の改善を図ることが開示されている。

特開２００７−１１９７３９号公報 特開２００８−３０８６１５号公報

上記のように従来技術において、リグニンスルホン酸塩は、充填剤として分散性に劣るシリカを主とした配合系において、その分散性を改善するために用いられており、カーボンブラックを主とした配合系において、特定のコロイダル特性を持つカーボンブラックとともにリグニンスルホン酸塩を配合することにより、耐カットチップ性と耐摩耗性を両立できることは知られていなかった。また、これらの従来技術においてリグニンスルホン酸塩は、ゴム成分１００重量部に対して１０重量部ないしそれ以上の比較的多量に配合されており、本発明のような比較的少量での配合において、かつ特定のカーボンブラックとの組み合わせにおいて、耐カットチップ性と耐摩耗性の両立に優れた効果が得られることは、何ら示唆されていない。

本発明は、以上の点に鑑み、充填剤としてカーボンブラックを主とした配合系において、特定のコロイダル特性を持つカーボンブラックとともにリグニンスルホン酸塩を配合することにより、耐カットチップ性と耐摩耗性を両立することができる重荷重用タイヤトレッドゴム組成物、及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る重荷重用タイヤトレッドゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、リグニンスルホン酸塩を０．３〜８重量部、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１１５〜１５０ｍ^２／ｇでありかつ圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９５〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラック３０〜６０重量部と、シリカ０〜２０重量部からなる充填剤を４０〜６０重量部、及び、硫黄０．５〜２重量部、を含有するものである。

また、本発明に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物をトレッドに用いてなる重荷重用空気入りタイヤである。

本発明によれば、充填剤としてカーボンブラックを主とした配合系において、特定のコロイダル特性を持つカーボンブラックとともにリグニンスルホン酸塩を配合したことにより、重荷重用空気入りタイヤのトレッドにおいて、耐カットチップ性と耐摩耗性を両立することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本発明の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物（以下、単にゴム組成物ということがある。）において、ゴム成分としてはジエン系ゴムが用いられる。ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、ニトリルゴムなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は２種類以上組み合わせて用いることができる。特に限定するものではないが、ジエン系ゴムとしては、天然ゴムの単独、又は天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドゴムであることが好ましく、ブレンドする場合、天然ゴム５０重量％以上とブタジエンゴム５０重量％以下であることが好ましい。

本発明のゴム組成物には、リグニンスルホン酸塩が配合される。リグニンスルホン酸塩としては、リグニンスルホン酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、又はそれらの変性体が挙げられ、これらの少なくとも一種を含んで使用されることが好ましい。塩の具体例としては、カリウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、リチウム塩、バリウム塩などが挙げられ、これらの混合塩でもよい。

リグニンスルホン酸塩の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、０．３〜８重量部であり、より好ましくは０．５〜５重量部であり、更に好ましくは１〜３．５重量部である。リグニンスルホン酸塩の配合量が０．３重量部未満では、耐カットチップ性の改良効果が不十分であり、逆に配合量が８重量部を超えると、耐摩耗性が悪化する。

市販のリグニンスルホン酸塩の中には、単糖類や多糖類などの糖類を含有するものがあり、本発明ではそのような糖類を含有するものが好ましく用いられる。リグニンスルホン酸塩と糖類を組み合わせて配合することにより、耐摩耗性の悪化を防ぎつつ、耐カットチップ性を一層向上させることができ、耐カットチップ性と耐摩耗性のバランスをよりよく改良することができる。その理由は必ずしも定かではないが、スルホン基、カルボキシル基、フェノール性水酸基等の官能基を有するリグニンスルホン酸塩と、多数のアルコール性水酸基を有する糖類との間で何らかの相互作用が生じることによるものと考えられる。

上記糖類としては、木材成分のセルロース、またセルロースの構成単位であるグルコース、またはグルコースの重合体、例えば、ヘキソース、ペントース、マンノース、ガラクトース、リボース、キシロース、アラビノース、リキソース、リボース、タロース、アルトロース、アロース、グロース、イドース、デンプン、デンプン加水分解物、デキストラン、デキストリン、ヘミセルロースなどをそれぞれ挙げることができる。

ゴム組成物中における糖類の含有量は、リグニンスルホン酸塩の含有量に対して５０〜８０重量％であること（即ち、リグニンスルホン酸塩１００重量部に対して糖類が５０〜８０重量部にて用いられること）が、耐カットチップ性の効果を高める上で好ましい。

本発明のゴム組成物には、充填剤として、ＣＴＡＢ吸着比表面積が１１５〜１５０ｍ^２／ｇであり、かつ、圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９５〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックが配合される。

上記ＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロミド）吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−３に準拠して測定される値であり、カーボンブラックの粒子径の指標となるものである。ＣＴＡＢが１１５ｍ^２／ｇ未満では、耐摩耗性及び耐カットチップ性が損なわれる。一方、ＣＴＡＢの上限は、耐摩耗性及び耐カットチップ性の点では特に限定されるものではないが、加工性を確保する点から１５０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。このようなカーボンブラックとしては、ＳＡＦクラス（ＡＳＴＭグレード）のものを用いることができる。

上記圧縮ＤＢＰ（ジブチルフタレート）吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−４に準拠して測定される２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量であり、カーボンブラックのストラクチャーの指標となるものである。圧縮ＤＢＰ吸油量が９５ｍｌ／１００ｇ未満の低ストラクチャー品では耐摩耗性及び耐カットチップ性が損なわれる。一方、圧縮ＤＢＰ吸油量の上限は、耐摩耗性及び耐カットチップ性の点からは特に限定されるものではないが、１２０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１１０ｍｌ／１００ｇ以下である。

上記カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して３０〜６０重量部である。該配合量が３０重量部未満では、耐摩耗性を確保することが難しくなる。また、該配合量が６０重量部を超えると、ゴム組成物の加工性や低発熱性が損なわれる。該配合量はより好ましくは４０〜６０重量部である。

本発明のゴム組成物には、充填剤として、上記カーボンブラックとともにシリカを配合してもよい。すなわち、シリカは必須成分ではないが、シリカを配合することでゴム組成物の低発熱性を改善することができる。シリカの配合量は、充填剤としてカーボンブラックを主成分としつつ、それに併用する任意成分であることから、カーボンブラックの配合量よりも少なく、具体的には、ジエン系ゴム１００重量部に対して２０重量部以下、すなわち０〜２０重量部であり、より好ましくは０〜１０重量部である。

上記シリカとしては、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が２５０ｍ^２／ｇ以下のコロイダル特性を有するものが好ましい。このような粒径の大きなシリカを用いることにより、加工性を維持することができるとともに、発熱性を抑え、転がり抵抗を低減させることができる。なお、ＢＥＴの下限は特に限定されないが、１８０ｍ^２／ｇ以上である。なお、シリカのＢＥＴはＩＳＯ ５７９４に記載のＢＥＴ法に準拠し測定される。

上記シリカとしては、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、中でも破壊特性と低転がり抵抗の両立する湿式シリカが好ましい。なお、シリカを配合する場合、シランカップリング剤を併用してもよい。

上記カーボンブラックとシリカを含んでなる充填剤は、ジエン系ゴム１００重量部に対して４０〜６０重量部にて配合される。充填剤の配合量が４０重量部未満では、耐カットチップ性と耐摩耗性に劣り、逆に充填剤の配合量が６０重量部を超えると、ゴム組成物の加工性や低発熱性に劣る。

本発明のゴム組成物に配合される硫黄としては、特に限定されず、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、オイル処理硫黄などが挙げられる。硫黄は、ジエン系ゴム１００重量部に対して０．５〜２重量部にて配合される。硫黄の配合量が多すぎると、耐摩耗性が悪化する。逆に配合量が少なすぎると、ゴムポリマー間の架橋密度が低下して耐摩耗性が悪化したり、耐リバージョン性が損なわれる。

本発明のゴム組成物には、上記成分の他に、タイヤ工業において通常に用いられるプロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸、ワックス、老化防止剤、加硫促進剤、加硫助剤、樹脂類などの各種配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じ適宜配合し用いることができる。

本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムにリグニンスルホン酸塩を含む各種配合剤を配合しバンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどの各種混練機を使用して常法に従い作製することができる。このようにして得られたゴム組成物は、トラックやバスなどの重荷重用空気入りタイヤのトレッドに好適に用いることができ、常法に従い加硫成形することにより、該トレッドを備えた重荷重用空気入りラジアルタイヤを作製することができる。

以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。

バンバリーミキサーを使用し、下記表２に示す配合に従い、各成分を添加混合して、実施例及び比較例のゴム組成物を調製した。リグニンスルホン酸塩としては、下記表１に示すリグニンスルホン酸ナトリウム塩（リグニンスルホン酸塩１，３）と、リグニンスルホン酸マグネシウム塩（リグニンスルホン酸塩２）を用いた。

リグニンスルホン酸塩を除く表２中の各成分の詳細は以下の通りである。

・天然ゴム：ＲＳＳ＃３
・ブタジエンゴム：宇部興産（株）製「ＢＲ１５０Ｌ」
・カーボンブラックＳＡＦ：三菱化学（株）製「ダイヤブラックＡ」（ＣＴＡＢ：１３２ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ：９７ｍｌ／１００ｇ）
・カーボンブラックＨＡＦ：三菱化学（株）製「ダイヤブラックＮ３３９」（ＣＴＡＢ：７７ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ：８８ｍｌ／１００ｇ）
・シリカ：東ソー・シリカ（株）製「ニップシールＡＱ」（ＢＥＴ＝２０５ｍ^２／ｇ）
・ロジン：荒川化学工業株式会社製「中国ロジン」
・硫黄：細井化学工業（株）製「粉末硫黄１５０メッシュ」。

各ゴム組成物には、共通配合として、ジエン系ゴム１００重量部に対し、亜鉛華（三井金属鉱業（株）製「亜鉛華３号」）３重量部、ステアリン酸（花王（株）製「ルナックＳ２５」）２重量部、老化防止剤６Ｃ（フレキシス社製「サントフレックス６ＰＰＤ」）１重量部、及び、加硫促進剤ＴＢＢＳ（大内新興化学工業（株）製「ノクセラーＮＳ−Ｇ」）１重量部をそれぞれ配合した。

得られた各ゴム組成物について、耐摩耗性を評価するとともに、各ゴム組成物をトレッドの一部に適用した１１Ｒ２２．５ １４ＰＲの試作タイヤを作製し、該試作タイヤについて耐カットチップ性を評価した。各評価方法は、以下の通りである。

・耐摩耗性：各ゴム組成物を１５０℃×３０分で加硫し、ＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠して、ランボーン摩耗試験機を用いて、スリップ率３０％、負荷荷重４０Ｎ、落砂量２０ｇ／分にて摩耗試験を実施し、摩耗減量の逆数について比較例１の値を１００とした指数で表示した。値が大きいほど、耐摩耗性に優れる。

・耐カットチップ性：上記試作タイヤを装着したダンプ車で２万ｋｍ走行させ、走行後のトレッド外観につき、カットチップによる損傷の程度を、目視により、比較例１を「５（標準）」とし、評価「１０」をチッピング発生なし、評価「１」を全面に大きなチッピング多数発生とする１０段階で評価した。数値が大きいほど外観性に優れ、耐カットチップ性が良好であることを示す。

結果は表２に示すとおりであり、コントロールである比較例１に対し、カーボンブラックをＨＡＦクラスに置換した比較例２では、耐摩耗性と耐カットチップ性が悪化した。また、リグニンスルホン酸塩の配合量が多すぎる比較例３では、耐カットチップ性は優れるものの、耐摩耗性が悪化した。比較例４では、カーボンブラックＳＡＦとリグニンスルホン酸塩を併用したものの、充填剤の配合量が少なくかつ硫黄が多すぎたために、耐カットチップ性と耐摩耗性の双方に劣っていた。比較例５では、リグニンスルホン酸塩の配合量が少なすぎて耐カットチップ性の改良効果が得られなかった。また、比較例６では、リグニンスルホン酸塩の代わりにロジンを用いたため、耐カットチップ性は改良されたものの、耐摩耗性に劣っていた。比較例７では、リグニンスルホン酸塩を配合したものの、硫黄の配合量が多すぎたため、耐摩耗性と耐カットチップ性が悪化した。

これに対し、特定のコロイダル特性を持つカーボンブラックとともにリグニンスルホン酸塩をそれぞれ規定量配合し、かつ硫黄を規定量配合した実施例１〜８であると、耐摩耗性を維持ないし向上しつつ、耐カットチップ性を改良することができ、両者のバランスを改良することができた。特に、リグニンスルホン酸塩とともに所定量の糖類を併用している実施例１〜７であると、耐カットチップ性が大幅に改良されており、耐カットチップ性と耐摩耗性をバランス良く改良することができた。

本発明に係るゴム組成物は、耐カットチップ性と耐摩耗性を両立することができるので、トラックやバスなどに用いられる重荷重用空気入りタイヤにおけるトレッドを構成するゴムとして利用することができる。

Claims (3)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対して、
   リグニンスルホン酸塩を０．３〜８重量部、
   ＣＴＡＢ吸着比表面積が１１５〜１５０ｍ^２／ｇでありかつ圧縮ＤＢＰ吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が９５〜１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラック３０〜６０重量部と、シリカ０〜２０重量部からなる充填剤を４０〜６０重量部、及び、
   硫黄０．５〜２重量部
   を含有する重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。
2. 糖類を更に含有し、前記リグニンスルホン酸塩の含有量に対する前記糖類の含有量が５０〜８０重量％である
   ことを特徴とする請求項１記載の重荷重用タイヤトレッドゴム組成物。
3. 請求項１又は２記載のゴム組成物をトレッドに用いてなる重荷重用空気入りタイヤ。