JP6157528B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いて製造したタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いて製造したタイヤに関するもので、耐摩耗及び耐発熱性能を低下せずに耐チップカット性能を向上できるタイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いて製造したタイヤに関する。

タイヤの部位において、路面に接触している唯一の部位であるトレッドゴムは、駆動力、制動力、旋回力などのタイヤにかかる各種力を路面に伝達し、トレッドゴム以外の部位を外力から保護する。このようなトレッドゴムに一般的に求められる性能は、耐クラック性、耐摩耗性、耐熱性、耐スキッド性などがある。しかし、通常、全体的なタイヤの性能を満足するゴムを配合することは非常に難しいので、様々な製品の性能の目標に合わせて多様な要求性能に対応するそれぞれのトレッドゴムを開発している。

従来の耐チップカット性を向上させるために、耐チップカット性に有利な高分子及びカーボンブラックなどが用いられてきた。これら技術としては、伝統的に耐チップカット性に有利な天然ゴムに、小さな粒径を有するカーボンブラックと共にシリカ充填剤を用いた技術が開示されている（特許文献１）。しかし、この技術は配合条件の難しいシリカを共に混合しなければならず、また、シリカの配合技術だけでなく、設備技術も先行して確保しなければならないという問題がある。また、耐チップカット性を向上させるために単純補強剤として添加するシリカを使用することによって、耐発熱性能を損なうこともあった。
一方、耐摩耗性能及び操縦安定性を改善しながらも耐クラック性及び耐チップカット性能を低下させない、既存の天然ゴムだけ使用する高分子をベースとする技術から様々な合成ゴムを適用する技術が開示されている（特許文献２）。しかし、この技術も、既存の原料ゴムが変更されるものであるため、最終現場で大量生産する場合は主原料の変更及び混合条件などの最適化を並行しなければならないという問題がある。

韓国公開特許公報第１０−２０１３−７１０５７号（公開日：２０１３年６月２８日） 韓国公開特許公報第１０−２０１３−１９０４４号（公開日：２０１３年２月２６日）

本発明の目的は、耐摩耗及び耐発熱性能を低下せずに耐チップカット性を向上できるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いて製造したタイヤを提供することにある。

本発明の一実施例によるタイヤトレッド用ゴム組成物は、原料ゴム１００重量部及びカーボンブラック４５〜７０重量部を含み、前記カーボンブラックは第１カーボンブラック４０〜６０重量部及び第２カーボンブラック５〜１５重量部を含む。前記カーボンブラックにおいて、第１カーボンブラックは第２カーボンブラックに対してＳＴＳＡ（Ｓｔａｃｔｉｃａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）値が５０〜７５ｍ^２／ｇだけ大きく、ＣＯＡＮ（Ｏｉｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｓａｍｐｌｅ）値が５〜３０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ＯＡＮ（Ｏｉｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｓａｍｐｌｅ）値が２０〜４０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ヨウ素吸着量値が５０〜７０ｍｇ／ｇだけ大きいものである。

前記原料ゴムは、天然ゴム３０〜５０重量部、ブタジエンゴム２０〜４０重量部、及びスチレン−ブタジエンゴム２０〜３０重量部を含むことができる。

前記第１カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して４５〜５５重量部を含み、前記第２カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して５〜１０重量部を含むことができる。

一例として、第１カーボンブラックは、ＳＴＳＡが１３０〜１４０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが１００〜１１０ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが１２５〜１３５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであり得る。この時、第２カーボンブラックは、ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇであり得る。

他の例として、第１カーボンブラックは、ＳＴＳＡが１３５〜１４５ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであり得る。この時、第２カーボンブラックは、ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇであり得る。

本発明の他の一実施例によるタイヤは。前記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いて製造したものである。

以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の一実施例によるタイヤトレッド用ゴム組成物は、原料ゴム１００重量部及びカーボンブラック４５〜７０重量部を含み、前記カーボンブラックは第１カーボンブラック４０〜６０重量部及び第２カーボンブラック５〜１５重量部を含む。前記カーボンブラックにおいて、第１カーボンブラックは第２カーボンブラックに対してＳＴＳＡ値が５０〜７５ｍ^２／ｇだけ大きく、ＣＯＡＮ値が５〜３０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ＯＡＮ値が２０〜４０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ヨウ素吸着量値が５０〜７０ｍｇ／ｇだけ大きいものである。

前記原料ゴムは、天然ゴム、合成ゴム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され何れか１つであり得る。
前記天然ゴムは、一般的な天然ゴムまたは変性天然ゴムであり得る。
前記一般的な天然ゴムは、天然ゴムとして知られているものであれば何れも用いられ、原産地などが限定されることはない。前記天然ゴムは、シス−１，４−ポリイソプレンを主体として含むが、要求特性によってトランス−１，４−ポリイソプレンを含んでもよい。したがって、前記天然ゴムには、シス−１，４−ポリイソプレンを主体として含む天然ゴムの他に、例えば南米産アカテツ科のゴムの一種のバラタなど、トランス−１，４−イソプレンを主体として含む天然ゴムを含んでもよい。
前記変性天然ゴムは、前記一般的な天然ゴムを変性または精製したものを意味する。例えば、前記変性天然ゴムとして、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、脱蛋白天然ゴム（ＤＰＮＲ）、水素化天然ゴムなどが挙げられる。
前記合成ゴムは、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、変性スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、変性ブタジエンゴム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される何れか１つであり得る。

一例として、前記原料ゴムは、耐摩耗及び耐発熱性能と優れた耐チップカット性能を有するトラックまたはバス用タイヤトレッドを提供するために、天然ゴム３０〜５０重量部、ブタジエンゴム２０〜４０重量部、及びスチレン−ブタジエンゴム２０〜３０重量部を含むことができる。

前記第１カーボンブラックは、第２カーボンブラックに対して、ＳＴＳＡ値が５０〜７５ｍ^２／ｇだけ大きく、ＣＯＡＮ値が５〜３０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ＯＡＮ値が２０〜４０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ヨウ素吸着量値が５０〜７０ｍｇ／ｇだけ大きいものであり得る。第１及び第２カーボンブラックとして、ＳＴＳＡ、ＣＯＡＮ、ＯＡＮ及びヨウ素吸着量が前記範囲のものを採用すると、優れた耐摩耗性能を維持しながら耐チップカット性を向上させることができる。特に、２種のカーボンブラックとして、ＳＴＳＡ、ＣＯＡＮ、ＯＡＮ及びヨウ素吸着量を前記範囲のものを使用すると、既存のＡＳＴＭグレードのカーボンブラックを制限することなく使用できるため、既存のタイヤの製造工程をそのまま活用でき、新たな充填剤を合成する必要がなく、非常に経済的で効率的に優れた性能のタイヤを提供できるという利点がある。

しかし、第１カーボンブラックと第２カーボンブラックとのＳＴＳＡの差が５０ｍ^２／ｇ未満であるか、ＣＯＡＮの差が５ｃｃ／１００ｇ未満であるか、ＯＡＮの差が２０ｃｃ／１００ｇ未満であるか、またはヨウ素吸着量の差が５０ｍｇ／ｇ未満であれば、２種のカーボンブラック間の相乗作用の効果が微々たるものとなって耐チップカット性能の改善を期待しにくくなる。反面、第１カーボンブラックと第２カーボンブラックとのＳＴＳＡの差が７５ｍ^２／ｇを超えるか、ＯＡＮの差が４０ｃｃ／１００ｇを超えるか、またはヨウ素吸着量の差が７０ｍｇ／ｇを超えると、耐摩耗及び耐発熱性能が低下することがあり、第１カーボンブラックと第２カーボンブラックとのＣＯＡＮの差が３０ｃｃ／１００ｇを超えると、耐発熱性能が低下してヒステリシスに悪影響を及ぼすことがある。

前記第１及び第２カーボンブラックは、原料ゴム１００重量部に対して４５〜７０重量部を含むことができる。カーボンブラックの含量が前記範囲未満であれば、カーボンブラックによる補強性が低下して耐摩耗性能が弱くなり、カーボンブラックの含量が前記範囲を超えると、ゴムと結合できなかったカーボンブラックが微分散して発熱要因になることがあり、タイヤの性能を低下させる。

前記第１カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して４０〜６０重量部を含み、第２カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して５〜１５重量部を含むことができる。第１カーボンブラックの含量が６０重量部を超えるか、第２カーボンブラックの含量が５重量部未満であれば、引張強度、モジュラス、及び伸び率の均衡に優れた第２カーボンブラックによる相互補完機能が低下し、第１カーボンブラックの含量が４０重量部未満であるか、第２カーボンブラックの含量が１５重量部を超えると、タイヤトレッド用ゴム組成物に添加される充填剤に対し、低い構造（ｌｏｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）及び狭い比表面積を有するカーボンブラックの影響力が大きくなって耐摩耗及び耐発熱性能が低下する。

一例として、第１カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して４５〜５５重量部を含み、第２カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して５〜１０重量部を含むことができる。この範囲で第１及び第２カーボンブラックを使用すると、耐摩耗及び耐発熱性能を高い水準で維持及び改善させ、耐チップカット性能を非常に向上させることができる。その結果、このようなタイヤトレッド用ゴム組成物は、耐摩耗及び耐発熱性能のような一次的な要求物性だけでなく、耐チップカット性能のような二次的な要求物性も優れたトラックまたはバス用タイヤを提供することができる。

前記第１及び第２カーボンブラックには、耐摩耗及び耐発熱性能を低下せずに耐チップカット性能を向上させるために、タイヤトレッドの低いストレーン（ｌｏｗ ｓｔｒａｉｎ）領域では高いモジュラス値を持ち、高いストレーン（ｈｉｇｈ ｓｔｒａｉｎ）領域では低いモジュラスを持つように適切なものを採用することができる。

一例として、第１カーボンブラックは、ＳＴＳＡが１３０〜１４０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが１００〜１１０ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが１２５〜１３５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを使用することができる。この際、第２カーボンブラックは、ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを使用することができる。

また、他の例として、第１カーボンブラックは、ＳＴＳＡが１３５〜１４５ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを使用することができる。この際、第２カーボンブラックは、ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを使用することができる。

前記タイヤトレッド用ゴム組成物は、選択的にさらなる加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、充填剤、カップリング剤、老化防止剤、軟化制または粘着剤などの各種の添加剤をさらに含んでもよい。前記各種の添加剤は、本発明が属する分野で通常的に用いられるものであれば何れも使用でき、これらの含量は通常的なタイヤトレッド用ゴム組成物で用いられる配合比に従い、特に限定されることはない。

本発明の他の一実施例によるタイヤは、前記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いて製造される。前記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いてタイヤを製造する方法は、従来、タイヤの製造に用いられる方法であれば何れも適用可能であり、本明細書で詳細な説明は省略する。

前記タイヤは、ラジアル（ｒａｄｉａｌ）タイヤまたはバイアス（ｂｉａｓ）タイヤであり得る。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、優れた耐チップカット性を示しながらも、耐チップカット性とトレードオフの関係にある耐摩耗性能及び耐発熱性能に優れる。特に、耐摩耗性及び耐チップカット性に優れ、前記タイヤトレッド用ゴム組成物を用いて製造したタイヤはバスまたはトラックなどに好適に使用される。

以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば容易に実施するように本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現でき、ここに説明する実施例に限定されることはない。

［製造例：ゴム組成物の製造］
下記表１のような組成を用いて下記の実施例及び比較例によるタイヤトレッド用ゴム組成物を製造した。前記ゴム組成物の製造は、通常のゴム組成物の製造方法に従う。

（１）カーボンブラックＡ：ＳＴＳＡが１３０〜１４０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが１００〜１１０ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが１２５〜１３５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであるカーボンブラック
（２）カーボンブラックＢ：ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇであるカーボンブラック
（３）カーボンブラックＣ：ＳＴＳＡが１３５〜１４５ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであるカーボンブラック
（４）カーボンブラックＤ：ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇであるカーボンブラック

［実験例：製造されたゴム組成物の物性測定］
前記実施例及び比較例で製造したゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて配合してゴムシートを製造し、加硫後、引張強度及び粘弾性などの基本物性と耐チップカット性を評価した。その結果は下記表２に示す。

（１）硬度（Ｓｈｏｒｅ Ａ）はＤＩＮ５３５０５によって測定した。硬度は、操縦安定性を示す値であって、数値が高いほど操縦安定性に優れたことを示す。
（２）１０％及び３００％モジュラスは、ゴム試片をダンベル状に切って引張試験機（インストロン社製）で測定したが、１０％モジュラスは、試片を１０％伸びた場合に試片に作用するストレスを意味し、３００％モジュラスは、試片を３００％伸びた場合に試片に作用するストレスを意味する。低ストレーン（Ｌｏｗ ｓｔｒａｉｎ）領域でモジュラスが高いほど、高ストレーン（Ｈｉｇｈ ｓｔｒａｉｎ）領域でモジュラスが低いほど耐チップカット性に有利になる。
（３）耐発熱指数は室内耐久試験機を用いて評価した結果、比較例１を１００として実施例１及び２の値を指数化し、比較例２を１００として実施例３及び４の値を指数化したが、耐発熱指数が大きいほど耐発熱性に優れたことを示す。
（４）耐チップカット性指数は、回転するゴム試片に一定周期で一定の力で鋭い刃による衝撃を与えて試験前と試験後の試片の重量の差から測定し、比較例１を１００として実施例１及び２の値を指数化し、比較例２を１００として実施例３及び４の値を指数化したが、耐チップカット性の指数が大きいほど耐チップカット性能に優れたことを示す。
（５）耐摩耗性指数は、ＬＡＴ−１００摩耗試験機を用いて測定し、耐摩耗性指数が大きいほど耐摩耗性に優れたことを示す。

前記表２を参照すると、１種のカーボンブラックを用いた比較例１に対し、低ストレーンモジュラス（ｌｏｗ ｓｔｒａｉｎ ｍｏｄｕｌｕｓ）を高め、高ストレーンモジュラス（ｈｉｇｈ ｓｔｒａｉｎ ｍｏｄｕｌｕｓ）を低めるように作用した２種のカーボンブラックを用いた実施例１及び２は耐チップカット性が向上することが分かった。

また、実施例３及び４も耐発熱または耐摩耗性能を高い水準に維持または改善しながらも、比較例２に比べて非常に優れた耐チップカット性を示した。

一方、実施例１及び３を実施例２及び４と比較すると、２種のカーボンブラックを用いても低構造のカーボンブラック、例えば、カーボンブラックＢ及びＤを使用する含量が増加すると、耐発熱及び耐摩耗性能が低下する可能性があることを確認することで、２種のカーボンブラックの混合比が大変重要であることが分かった。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されることはなく、次の特許請求の範囲で定義する本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。

Claims (4)

1. 原料ゴム１００重量部及びカーボンブラック４５〜７０重量部を含み、
   前記カーボンブラックは、第１カーボンブラック４０〜６０重量部及び第２カーボンブラック５〜１５重量部を含み、
   第１カーボンブラックは、第２カーボンブラックより、ＳＴＳＡ（Ｓｔａｃｔｉｃａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）値が５０〜７５ｍ^２／ｇだけ大きく、ＣＯＡＮ（Ｏｉｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｓａｍｐｌｅ）値が５〜３０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ＯＡＮ（Ｏｉｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｓａｍｐｌｅ）値が２０〜４０ｃｃ／１００ｇだけ大きく、ヨウ素吸着量値が５０〜７０ｍｇ／ｇだけ大きく、
   前記第１カーボンブラックは、ＳＴＳＡが１３５〜１４５ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが８５〜９５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが９５〜１０５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が１３５〜１４５ｍｇ／ｇであり、
   前記第２カーボンブラックは、ＳＴＳＡが７０〜８０ｍ^２／ｇ、ＣＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ＯＡＮが６５〜７５ｃｃ／１００ｇ、ヨウ素吸着量が７５〜８５ｍｇ／ｇである
   ことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記原料ゴムは、原料ゴムの全体を１００重量部としたとき、天然ゴム３０〜５０重量部、ブタジエンゴム２０〜４０重量部、及びスチレン−ブタジエンゴム２０〜３０重量部を含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 前記第１カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して４５〜５５重量部を含み、前記第２カーボンブラックは原料ゴム１００重量部に対して５〜１０重量部を含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4. 請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を、タイヤトレッド部に用いて製造したことを特徴とするタイヤ。