JP6173870B2

JP6173870B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP6173870B2
Application number: JP2013216602A
Authority: JP
Inventors: 翔谷口
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: JP2015078311A

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

氷雪路面を走行するスパイクタイヤに替えて、タイヤトレッドにクルミ殻粉末等の植物性粒状体やコラーゲン繊維等の動物性繊維等を含有させて氷上制動性能を向上させたタイヤが用いられている。

しかしながら、上記植物性粒状体等の配合量を増加させると、氷上制動性能が向上する一方で、耐摩耗性が低下するという問題がある。

これに対して、例えば特許文献１では、タイヤやゴム製の履物底部に、獣毛繊維や羽毛繊維等のケラチン粉末を配合することにより、耐摩耗性を損なわずに耐滑り性を向上させることが提案されている。

しかし特許文献１に記載されているような獣毛繊維等のケラチン粉末をそのままゴム組成物に添加した場合、タイヤの氷上制動性能は向上するものの、耐摩耗性の低下抑制はなお不十分である。

特開平５−１７９０７２号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性の低下をさらに抑制しつつ、氷上制動性能をより向上させることができるゴム組成物、及びそれをトレッドに用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、上記の課題を解決するために、ジエン系ゴム１００質量部に対して、ｐＨ９〜１０、温度７０〜９０℃のアルカリ水溶液に、６０〜９０分間浸漬するアルカリ処理を行い、かつ長手方向の平均長さが１０〜１０００μｍであるウール粉末を０．１〜３０質量部配合してなるものとする。

上記本発明のゴム組成物において、ウール粉末としては、アルカリ処理したのち樹脂により表面処理したウール粉末も用いることができる。

また、本発明のゴム組成物は、植物性粒状体、及び／又は植物の多孔質性炭化物の粉砕物を、両者の合計量で、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜２０質量部さらに含有するものとすることもできる。

本発明の空気入りタイヤは、上記本発明のゴム組成物を用いてなるトレッドを有するものとする。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物によれば、アルカリ処理したウール粉末を所定量含有することにより、従来の植物性粒状体や動物性繊維等を含有するものと比較して、耐摩耗性、氷上制動性能共に優れたタイヤを提供することが可能となる。

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。

本実施形態のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分となるジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。上記ゴム成分は、好ましくは、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、又はこれらの２種以上のブレンドである。

次に、本実施形態で用いるウール粉末について説明する。本実施形態で用いるウール粉末はアルカリ処理したものであり、処理方法は特に限定されないが、例えばｐＨ９〜１０のアルカリ水溶液にウール粉末を浸漬し、酸で中和した後、水洗し、乾燥させる方法を用いることができる。上記アルカリ水溶液の温度は７０〜９０℃程度が好ましく、浸漬時間は他の条件によって変わるため、目的とする効果が得られるように適宜調整されるが、通常は６０〜９０分間程度である。

上記のようにアルカリ処理したウール粉末をゴム組成物に添加することにより、ゴムの氷上制動性能が向上し、そのウール粉末がアルカリ処理されていることで特に耐摩耗性能を向上させることができる。これはウール（羊毛）等の表面には油を含んだうろこ状の表皮（スケール）があるため、ゴムとの相溶性が低く、補強性が十分発揮されないのに対し、アルカリ処理を行うことにより表皮の油分が除去されて、ゴムとの接着性が向上することによると考えられる。また、ウール表面をアルカリにより若干腐食させて粗くさせることで、ウール粉末の混合時にポリマーとの引っ掛かりが大きくなり、上記油分除去と相まってゴム中への分散性が向上することにより耐摩耗性が向上すると考察される。

ウール粉末の大きさは、上記氷上制動性能と耐摩耗性が優れる点から、平均長さで１０〜１０００μｍであることが好ましく、３０〜３００μｍであることがより好ましい。１０μｍ以上であればウールの構造が保てるため、氷上制動性能が向上し、１０００μｍ以下であれば耐摩耗性低下を抑制することができる。なお、上記「平均長さ」とは、走査型電子顕微鏡の画像等から解析される長手方向の寸法である。

ウール粉末の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜３０質量部が好ましく、１〜２０質量部がより好ましい。配合量を０．１質量部以上とすることにより氷上制動性能が優れ、３０質量部以下とすることにより耐摩耗性が優れたものとなる。

上記ウール粉末は、ゴムとの接着性を確保するために、樹脂液により表面処理することも好ましい。その表面処理剤としては、例えば、レゾルシン・ホルマリン樹脂初期縮合物と天然ゴムラテックスまたはジエン系合成ゴムラテックスとの混合物（ＲＦ処理液）が使用できる。

上記表面処理方法は特に限定されないが、上記ＲＦ処理液を、ウール粉末への付着率が例えば１〜５質量％になるように固形分濃度を５〜２５質量％に調整し、その中にウール粉末を浸漬するか、またはウール粉末に上記処理液を吹き付けて乾燥させることにより、樹脂で表面処理されたウール粉末が得られる。

本実施形態のゴム組成物には、上記ウール粉末以外に、植物性粒状体、植物の多孔質性炭化物、シルク粉末等をさらに配合することもできる。これら植物性粒状体等はゴム表面から一部突出して路面に対する引掻き効果を奏するので、ウール粉末との相乗作用により、氷上制動性能を一層向上させることができる。

植物性粒状体としては、種子の殻、果実の核、穀物及びその芯材などの粉砕物が挙げられ、これらの少なくとも１種を配合することができる。例えば、胡桃（クルミ）、杏（あんず）、椿、桃、梅、銀杏、落花生、栗などの果実の核や種子の殻の粉砕物、米、麦、アワ、ひえ、とうもろこしなどの穀物の粉砕物や、トウモロコシの穂芯などの穀物芯材の粉砕物などが挙げられる。これらはモース硬度が２〜５程度であり、氷よりも硬いので、氷雪路面に対して引っ掻き効果を発揮することができる。

これら植物性粒状体は、ゴムとのなじみを良くして脱落を防ぐために、ゴム接着性改良剤の樹脂液で表面処理されたものを用いることが好ましい。ゴム接着性改良剤としては、上記ＲＦ処理液が挙げられる。

これら植物性粒状体の粒径は、特に限定されないが、引っ掻き効果を発揮するとともにトレッドからの脱落を防止するため、９０％体積粒径（Ｄ９０）が１００〜６００μｍであることが好ましく、より好ましくは１５０〜５００μｍであり、更に好ましくは２００〜４００μｍである。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記植物性粒状体とともに、又はこれに替えて植物の多孔質性炭化物の粉砕物を配合することもできる。かかる粉砕物を配合することにより、氷上路面に発生する水膜の吸水・除水効果を高めて、氷上性能を更に向上することができる。

上記多孔質性炭化物の粉砕物は、木、竹などの植物を材料として炭化して得られる炭素を主成分とする固体生成物からなる多孔質性物質を粉砕してなるものであり、中でも竹炭の粉砕物（竹炭粉砕物）が吸水・除水効果の観点から好適である。竹炭の原料となる竹材としては、孟宗竹、苦竹、淡竹、紋竹などの各種の竹のほか、千鳥笹、仙台笹などの笹も含まれる。竹炭粉砕物は、窯を用いて竹材を蒸し焼きにして炭化して得られた竹炭を、公知の粉砕機を用いて粉末状に粉砕することにより得ることができる。

こら多孔質性炭化物の粉砕物の粒径は、特に限定されないが、９０％体積粒径（Ｄ９０）が１０〜５００μｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜３００μｍであり、さらに好ましくは５０〜２００μｍである。

これら植物性粒状体や多孔質性炭化物の粉砕物を配合する場合、その配合量は、両者の合計量で、ジエン系ゴム１００質量部に対して、０．１〜２０質量部であることが好ましく、より好ましくは２〜１０質量部である。また、植物性粒状体の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．５〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは１〜５質量部である。多孔質性炭化物の粉砕物の配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．５〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは１〜５質量部である。

次に、シルク粉末としては、精練前の絹原料を、アルカリ処理することなく酸処理し、粉砕してなるものが好適に用いられる。酸処理したシルク粉末は、より詳細には、繭や生糸、繭糸などの精練前の絹原料を、塩酸や硫酸などの酸性の水溶液（例えば、常温でのｐＨが２．１以下）中に浸漬し、酸性下で加熱する酸処理を行って脆化させた後、アルカリで中和（ｐＨ＝６．５〜７．５）し、次いで、水洗し乾燥した後、ハンマーミルや振動ミルなどの粉砕機を用いて粉砕することにより得られるが、製法はこれに限定されない。

本実施形態のゴム組成物にシルク粉末を配合する場合のその配合量は、氷上制動性能と耐摩耗性の観点から、ジエン系ゴム成分１００質量部に対し０．１〜２０質量部が好ましい。

本実施形態に係るゴム組成物には、カーボンブラック及び／又はシリカからなる補強性充填剤を配合することができる。補強性充填剤としては、カーボンブラック単独でも、シリカ単独でも、カーボンブラックとシリカの併用でもよいが、好ましくは、カーボンブラック、又はカーボンブラックとシリカからなるものを用いる。

カーボンブラックとしては、特に限定されず、公知の種々の品種を用いることができ、例えば、ＳＡＦ級（Ｎ１００番台）、ＩＳＡＦ級（Ｎ２００番台）、ＨＡＦ級（Ｎ３００番台）、ＦＥＦ級（Ｎ５００番台）、ＧＰＦ級（Ｎ６００番台）（ともにＡＳＴＭグレード）のものが好ましく用いられる。

補強性充填剤の配合量は、用途に応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、ジエン系ゴム１００質量部に対して１０〜１５０質量部であることが好ましく、より好ましくは３０〜１００質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記の各成分の他に、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、加硫剤、加硫促進剤など、ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。上記加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などの硫黄成分が挙げられ、特に限定するものではないが、その配合量はジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部であり、更に好ましくは１〜３質量部である。また、加硫促進剤の配合量としては、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜７質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。

ゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。すなわち、第一混合段階（ノンプロ混合工程）で、ジエン系ゴムに対し、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の配合成分を添加して混練し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階（プロ混合工程）で加硫剤及び加硫促進剤を添加して混練することにより、ゴム組成物を調製することができる。

以上よりなる本実施形態に係るゴム組成物を、常法に従い、例えば１４０〜１８０℃で所定の形状に加硫成形することによりトレッドゴムを形成することができ、このトレッドゴムを用いて常法に従い空気入りタイヤを形成することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に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１に示す配合（質量部）に従い、まず、ノンプロ混合工程で、硫黄と加硫促進剤を除く成分を添加混合し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混合物に、プロ混合工程で硫黄と加硫促進剤を添加混合して（排出温度＝９０℃）、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。表１中の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
・ＢＲ：ブタジエンゴム、ＪＳＲ株式会社製「ハイシスＢＲ」
・カーボンブラック：Ｎ５５０、東海カーボン株式会社製「シーストＫＨ」
・シリカ：東ソー・シリカ株式会社製「ニップシールＡＱ」
・シランカップリング剤：デグサ社製「Ｓｉ７５」
・パラフィンオイル：ＪＸ日鉱日石サンエナジー株式会社製「プロセスＰ２００」
・ステアリン酸：花王株式会社製「ルナックＳ−２０」
・亜鉛華：三井金属鉱業株式会社製「亜鉛華１種」
・老化防止剤６ＰＰＤ：住友化学株式会社製「アンチゲン６Ｃ」
・ワックス：日本精鑞株式会社製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・加硫促進剤：住友化学工業株式会社製「ソクシノールＣＺ」
・硫黄：鶴見化学工業株式会社製「粉末硫黄」

・アルカリ処理ウール粉末：ウール繊維を０．５％炭酸ナトリウム水溶液（ｐＨ＝１０、８０℃）中に６０分間浸漬した後、塩酸で中和（ｐＨ＝６．５〜７．５）し、水洗し、乾燥させた後、ボールミル及びハンマーミルで粉砕したものを篩いにかけて、所望の長手方向の長さを有するウール粉末を得た。表１中カッコ内の数値は、平均長さを示す。ウール粉末の平均長さは、日本電子株式会社製、走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ−７６００Ｆ」を用いたＳＥＭ画像より長手方向の長さを解析し、Ｎ＝２０の平均値を求めた。

・竹炭：市販品を粉砕し、分級して、平均粒径１００μｍの粉末を得た。

・植物性粒状体：市販のクルミ殻（株式会社日本ウォルナット製「ソフトグリッド＃４６」）をレゾルシン、ホルマリン、水及びラテックスを用いて１８％固形分になるよう調整したＲＦ接着剤処理に浸漬し、乾燥させ、粉砕し、分級して、平均粒径３００μｍの粉末を得た。

得られた各ゴム組成物を、１５０℃で３０分間加硫し、トレッドゴムを形成し、これを用いてタイヤを製造した。ゴムの硬度を測定し、タイヤの耐摩耗性能及び氷上制動性能を評価した。測定評価方法は以下の通りである。

硬度：ＪＩＳＫ６２５３に準拠したデュロメータタイプＡにより、１５０℃×３０分で加硫した試験片（厚みが１２ｍｍ以上のもの）について、常温（２３℃）での硬度を測定した。

耐摩耗性：タイヤを２０００ｃｃ４ＷＤ車に装着し、２５００ｋｍ毎に左右ローテーションし、１００００ｋｍ走行後の残溝深さを測定し、４本の平均値を求め、比較例１を１００とした指数で示す。数値が大きいほど耐摩耗性能が良好であることを意味する。

氷上制動性能：タイヤを２０００ｃｃ４ＷＤ車に装着し、氷盤路−３±３℃の条件下で４０ｋｍ／ｈでＡＢＳ作動させて制動距離を測定し、ｎ＝１０の平均値を求め、比較例１を１００として指数表示した。数値が大きいほど制動距離が短く、氷上制動性能が良好であることを意味する。

表１から分かる通り、未処理ウール粉末を用いた比較例４に対し、アルカリ処理ウール粉末を用いた実施例１〜４は、耐摩耗性抑制及び氷上制動性能が共に優れ、特に樹脂処理したウール粉末を用いた実施例３はその効果が顕著である。また、竹炭又は植物性粒状体をアルカリ処理したウール粉末と併用した実施例５〜７では、氷上制動性能がさらに向上したことが分かる。

Claims

ジエン系ゴム１００質量部に対して、
ｐＨ９〜１０、温度７０〜９０℃のアルカリ水溶液に、６０〜９０分間浸漬するアルカリ処理を行い、かつ長手方向の平均長さが１０〜１０００μｍであるウール粉末を０．１〜３０質量部配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記ウール粉末がアルカリ処理したのち樹脂により表面処理したウール粉末であることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
植物性粒状体、及び／又は植物の多孔質性炭化物の粉砕物を、両者の合計量で、ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜２０質量部さらに含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物を用いてなるトレッドを有する空気入りタイヤ。