説明

ゴム組成物及び空気入りタイヤ

【課題】強度、耐摩耗性などゴム特性を維持しつつタイヤの転がり抵抗を向上することができるゴム組成物、及びそれを使用した空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴムをゴム成分とし、表面処理されたゼオライトの微粒子を含有することを特徴とするゴム組成物である。前記表面処理剤は、脂肪酸、樹脂酸、4級アンモニウム塩及びリグニンスルホン酸塩から選ばれる少なくとも1種であり、該表面処理剤の付着量が未処理ゼオライトの0.1〜20重量%であり、前記表面処理されたゼオライトの微粒子の平均粒径が10μm以下であることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゼオライトを含有するゴム組成物に関し、より詳しくは表面処理されたゼオライトの微粒子を含有することで強度、耐摩耗性などゴム特性を維持しつつタイヤの転がり抵抗を向上が図られるゴム組成物及びそのゴム組成物を使用した空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、空気入りタイヤのトレッドに用いられるゴム組成物は、低燃費性の市場ニーズから転がり抵抗性の低減要求が強く、またウェット性能や操縦安定性(グリップ性能)の向上、さらに耐久性、経済性の点で優れた耐摩耗性などの各ゴム特性がバランスされることが求められている。
【0003】
従来より、ゴム組成物には、カーボンブラック、シリカ、クレーなどの充填剤が配合使用されているが、これらの充填剤がゴム組成物中に均一に分散することが、上記の各ゴム特性をバランスさせる上で必要不可欠となっている。
【0004】
例えば、タイヤ用サイドウォール部補強層及びビードフィラーの少なくとも一方を構成するゴム組成物が、分子中にアルコキシシリル基を有する共役ジエン系重合体を含むゴム成分に、補強性無機充填剤としてゼオライトを配合した転がり抵抗とランフラット耐久性に優れる空気入りタイヤが記載されている(特許文献1)。
【0005】
また、タイヤトレッド表面に存在する多孔質粒子の氷面に対するひっかき効果を利用して摩擦性を向上させるものとして、平均孔径の小さい結晶性ゼオライトからなる多孔質粒子を用いたスタッドレスタイヤ用ゴム組成物が提案されている(特許文献2)が、タイヤのトレッド部、サイドウォール部などの補強ゴム部材にゼオライトを配合し用いた場合の補強性、耐摩耗性などは十分とは言えない。
【特許文献1】特開2002−103912号公報
【特許文献2】特開2000−44732号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、ゼオライトの分散性を改善することで強度、耐摩耗性などゴム特性を維持しつつタイヤの転がり抵抗を向上することができるゴム組成物、及びそれを使用した空気入りタイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、ゼオライトの表面を改質することでゼオライトのゴム中への分散性を向上させ、これによりゴム特性を改良し得ることを見出したものである。
【0008】
すなわち、請求項1に記載の発明は、ジエン系ゴムをゴム成分とし、表面処理されたゼオライトの微粒子を含有することを特徴とするゴム組成物である。
【0009】
請求項2に記載の発明は、前記表面処理剤が、脂肪酸、樹脂酸、4級アンモニウム塩及びリグニンスルホン酸塩から選ばれる少なくとも1種であり、該表面処理剤の付着量が未処理ゼオライトの0.1〜20重量%であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物である。
【0010】
請求項3に記載の発明は、前記表面処理されたゼオライトの微粒子の平均粒径が10μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴム組成物である。
【0011】
請求項4に記載の発明は、前記ゴム成分100重量部に対して、前記表面処理されたゼオライトの微粒子を5〜70重量部含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物である。
【0012】
請求項5に記載の発明は、前記ゼオライトが人工ゼオライトであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のゴム組成物である。
【0013】
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のゴム組成物を、タイヤの少なくとも一部に使用したことを特徴とする空気入りタイヤである。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、表面処理されたゼオライトの微粒子を含有することで強度、耐摩耗性などゴム特性を維持しつつタイヤの転がり抵抗を向上し、かつ珪酸およびアルミニウムを含む無機成分からなるゼオライトを使用することで石油化学製品の使用量を減じた環境に適応するゴム組成物及び空気入りタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0016】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分としてジエン系ゴムが使用される。ジエン系ゴムとは、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)及びジエン系合成ゴムからなる。ジエン系合成ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレンゴム(IR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)などが挙げられる。これらのジエン系ゴムは、単独又は2種類以上が含まれていてもよい。
【0017】
本発明において用いられるゼオライトは、天然ゼオライト、人工ゼオライトの何れでもよく、その混合物でもよいが、人工ゼオライトが好適である。
【0018】
天然ゼオライトは、溶岩と水の相互作用により生じ、主に温泉地帯から産出する。枕状溶岩や深海中、そして火山灰の地層と地下水との接触によっても生じる沸石であり、例えば、湯河原沸石、菱沸石、方沸石、束沸石、斜プチロル沸石、輝沸石、ソーダ沸石などが挙げられる。
【0019】
人工ゼオライトとは、珪酸およびアルミニウムを含む無機成分からなる非結晶性の珪酸アルミニウム塩を含む組成物を、アルカリ処理により人工的に転換して得られたゼオライトのことであって、その主成分はフィリップサイト、ホージャサイト、ゼオライトA、ヒドロキシソーダライトなどであり、他の成分を少量含むこともある。また、ゼオライト以外の部分、すなわち非ゼオライト成分として、有機物、鉄分、その他の不純物およびゼオライトに至るまでの中間生成物なども共存するものである。
【0020】
本発明で用いられるゼオライトは、前記のゼオライトを公知の方法により粉砕、分級し、平均粒径10μm以下の微粒子として用いられることが好ましい。
【0021】
ゼオライトの微粒子の平均粒径が10μmを超える場合、タイヤのトレッドに使用すると補強性や耐摩耗性が低下する。ここで、補強性や耐摩耗性の低下を抑制する観点から、平均粒径は5μm以下が好ましい。平均粒径の下限は特に限定されないが、0.1μm未満であると製造工程におけるハンドリング性、ゴム中への分散性が低下する。粉砕方法は、特に限定されるものではないが、例えばロールミルを用いた湿式粉砕、ボールミル、ターボミルを用いた乾式粉砕等が挙げられる。
【0022】
前記ゼオライトの表面処理剤としては、脂肪酸、樹脂酸、4級アンモニウム塩及びリグニンスルホン酸塩が挙げられる。これらは1種単独でも2種以上を併用してもよい。
【0023】
脂肪酸は、飽和脂肪酸でも、不飽和脂肪酸でもよい。また、直鎖脂肪酸でも、分岐脂肪酸でもよく、脂肪酸の誘導体でもよい。
【0024】
脂肪酸としては、ブチル酸、バレリアン酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸などの飽和脂肪酸、オレイン酸、マレイン酸、リノール酸、リノレイン酸などの不飽和脂肪酸が挙げられる。また、脂肪酸誘導体としては、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛などの脂肪酸金属塩、高級アルコール脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールアルキルエステルなどの脂肪酸エステル、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドが挙げられる。
【0025】
樹脂酸としては、例えば、アビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸などのアビエチン酸類或いはその重合体、不均化ロジン、水添ロジン、重合ロジン、これらの塩(例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩)又はエステル(例えばロジンのペンタエリスリトール・エステル、グリセロールエステル、水添ロジンのメチルエステル、トリエチレングリコール・エステル、ペンタエリスリトール・エステル)などが挙げられる。
【0026】
4級アンモニウム塩は、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド、n−ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、セチルピリジウムクロライド、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7−ベンジルアンモニウムクロライド、セチルピリジウムアイオダイド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、ベヘニルトリメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
【0027】
リグニンスルホン酸塩は、リグニンのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩が使用される。リグニンスルホン酸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1種または2種以上を含む混合塩で処理してもよい。
【0028】
また、前記リグニンスルホン酸塩は、サルファイトパルプ法により得られるリグニンからなることが好ましい。
【0029】
本発明において、前記表面処理剤の処理付着量は、未処理ゼオライト量の0.1〜20重量%であることが好ましく、より好ましくは1〜10重量%である。付着量が0.1重量%未満ではゼオライトの微粒子の表面改質効果が不十分であり分散性向上の効果が得られず、20重量%を超えてもそれ以上の効果は期待できない。
【0030】
ゼオライトの微粒子に対する処理方法は、特に制限されることはなく、表面処理剤の粉末とゼオライト又はゼオライトの微粒子をミキサーなどにより混合する、また、その混合物を加熱する、あるいは、表面処理剤の水溶液をゼオライトに噴霧し乾燥させる、などの処理方法が挙げられる。表面処理後、分級又は粉砕を行ってもよい。
【0031】
また、表面処理済のゼオライトの微粒子の粒度分布は、0.1〜1μmと1〜10μmの範囲にそれぞれピークを有することが好ましい。0.1〜1μmにピークを持つことでゴム組成物の補強性を向上し強度、耐摩耗性などを高め、1〜10μmの範囲にピークを持つことで分散性を良好にして加工性を維持することができる。ピークの面積は0.1〜1μm:1〜10μm=2/8:8/2程度である。
【0032】
本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分100重量部に対して、前記表面処理されたゼオライトの微粒子を5〜70重量部含有し、好ましくは10〜50重量部が好適である。前記配合量が5重量部未満では加工性、転がり抵抗の改善効果が小さく、70重量部を超えるとゴム硬度の上昇、強度や耐摩耗性の低下が見られる。
【0033】
本発明のゴム組成物には、カーボンブラック、シリカなどの補強剤を前記ゼオライトの微粒子と共に使用することができ、カーボンブラックとシリカの両者を併用してもよい。
【0034】
カーボンブラックは、特に制限されず、例えば、BET比表面積(BET)が25〜160m/gであり、かつDBP吸油量が80ml/100g以上のコロイダル特性を有するカーボンブラックを使用できる。
【0035】
このようなカーボンブラックとしては、ASTMナンバーのN110、N220、N330、N550、N660などの各種グレードが挙げられる。
【0036】
上記カーボンブラックの配合量は、ゴム成分100重量部に対し0〜150重量部程度で用いられる。カーボンブラックの配合量が150重量部を超えると、発熱性の悪化、加工性の低下を示すようになる。
【0037】
また、シリカとしては、例えば、BETが250m/g以下であり、かつDBP吸油量が250ml/100g以下のコロイダル特性を有するものが好ましい。このような大粒径で、かつストラクチャーの小さい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。
【0038】
上記シリカの配合量は、ゴム成分100重量部に対して20〜120重量部程度である。該シリカの配合量が20重量部未満であると、転がり抵抗の低減効果を充分に発揮することができなくなる。
【0039】
上記シリカは、上記コロイダル特性を満たせば特に限定されず、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るが、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く、また生産性に優れる点からも好ましい。市販品として、東ソー・シリカ(株)のニプシールAQ、VN3、トクヤマ(株)のPR、USQ−A、デグサ社製のウルトラジルVN3などが使用できる。なお、BETはISO 5794に記載のBET法に、DBP吸油量はJIS K6221に記載の方法に準拠し測定される。
【0040】
さらに、シリカとしてはアミン類や有機高分子などで表面処理しポリマーとの親和性を改善した表面処理シリカなどを用いてもよい。
【0041】
なお、シリカを用いる場合は、前記シリカ量に対して2〜20重量%のシランカップリング剤を使用することが好ましく、より好ましくは2〜15重量%の範囲で使用される。シランカップリング剤としては、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド等のイオウ含有シランカップリング剤、下記一般式(1)で表される保護化メルカプトシランなどが挙げられる。
【0042】
(CxH+1O)Si−(CH)y−S−CO−CzH+1 ……(1)
式中、xは1〜3の整数、yは1〜5の整数、zは5〜9の整数である。
【0043】
上記カーボンブラックやシリカの配合量は、前記クレーの配合量分に置換して減量することもできる。特に、シリカの場合は、シリカ減量分に対応するシランカップリング剤量も減量できる。
【0044】
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。
【0045】
本発明のゴム組成物は、原料ゴムとゼオライトの微粒子に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、タイヤのトレッドを始めとしてサイドウォール、ビード部などのタイヤ各部位に使用することができる。
【実施例】
【0046】
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。
【0047】
〈ゼオライトの微粒子の調製〉
・未処理ゼオライト(ゼオライト−1):中部電力(株)製、「シーキュラス」平均粒径30μm。
・微粒子ゼオライト(ゼオライト−2):ゼオライト−1をボールミルにて粉砕後、平均粒径2μmに分級したもの。
・微粒子・表面処理ゼオライト(ゼオライト−3):ゼオライト−1をボールミルにて粉砕後、平均粒径2μmに分級し、ステアリン酸で付着量4重量%に表面処理したもの。
・微粒子・表面処理ゼオライト(ゼオライト−4):ゼオライト−1をボールミルにて粉砕後、平均粒径2μmに分級し、ステアリン酸で付着量10重量%に表面処理したもの。
・微粒子・表面処理ゼオライト(ゼオライト−5):ゼオライト−1をボールミルにて粉砕後、平均粒径8μmに分級し、ステアリン酸で付着量4重量%に表面処理したもの。
・微粒子・表面処理ゼオライト(ゼオライト−6):ゼオライト−1をボールミルにて粉砕後、平均粒径2μmに分級し、リグニンスルホン酸ナトリウム塩(日本製紙ケミカル(株)「バニレックスN」)で付着量4重量%に表面処理したもの。
【0048】
〈ゴム組成物の調製〉
容量20リットルのバンバリーミキサーを使用し、下記表1〜3に示す配合処方に従い、ゴム組成物を調製した。表1〜3の各成分及び共通配合成分は以下の通りである。なお、表1はトレッド用(SBR/BR配合系)、表2はサイドウォール用(NR/BR配合系)、表3はトレッド、ビードフィラー用(NR/ENR配合系)の配合処方である。
【0049】
[ゴム成分]
・天然ゴム(NR):RSS#3(マレーシア製)
・スチレンブタジエンゴム(SBR):旭化成(株)「タフデンE−50」
・ブタジエンゴム(BR):JSR(株)「BR01」
・エポキシ化天然ゴム(ENR):MMG製、25モル%エポキシ化天然ゴム「EPOXY PRENE25」
【0050】
[共通配合成分]
・シリカ:東ソー・シリカ(株)「ニプシールAQ」
・シランカップリング剤:デグサ社「Si−69」
・カーボンブラック:キャボットジャパン(株)「ショウブラックN330」
・亜鉛華:三井金属鉱業(株)「亜鉛華1号」
・ステアリン酸:花王(株)「ルナックS−20」
・アロマオイル:ジャパンエナジー(株)「プロセスX−140」
・老化防止剤6C:フレキシス社「サントフレックス6PPD」
・ワックス:日本精蝋(株)「オゾエース0355」
・硫黄:細井化学工業(株)「ゴム用粉末硫黄150メッシュ」
・加硫促進剤CZ:大内新興化学工業(株)「ノクセラーCZ−G」
【0051】
〈評価〉
得られた各ゴム組成物をキャップ/ベース構造のトレッドを有するタイヤのキャップトレッドに適用したタイヤ(表1)、サイドウォールに適用した(表2)いずれもサイズが205/65R15 94Hのラジアルタイヤを常法に従い製造した。そして、得られた各タイヤについて、転がり抵抗特性、ウェット性能及び耐摩耗性を評価した。また、表2、表3のゴム組成物については、耐疲労性、発熱性、硬度を評価した。各評価方法は次の通りである。結果を表1〜3に示す。
【0052】
[転がり抵抗特性]
使用リムを15×6.5JJとしてタイヤを装着し、空気圧230kPa、荷重450kgfとして、転がり抵抗測定用の1軸ドラム試験機にて、23℃で80km/hで走行させたときの転がり抵抗を測定した。比較例1、比較例4の値を100とした指数で表示した。指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、従って燃費性に優れることを示す。
【0053】
[ウェット性能]
2000ccの国産FF車に上記ラジアルタイヤを4本装着し、2〜3mmの水深で水をまいたアスファルト路面上を走行し、時速90kmでABSを作動させて20km/hまで減速時の制動距離を測定した。比較例1の値を100とした指数で表示し、指数が大きいほどウェット性能に優れることを示す。
【0054】
[耐摩耗性]
2000ccの国産FF車に2種類の上記ラジアルタイヤを、内圧200kPaに調整し前輪と後輪にそれぞれ取り付け、走行5,000Km毎にローティションを行いながら一般路を20,000Km走行後、各タイヤのトレッドの残溝深さを測定し摩耗量を求め、耐摩耗性を評価した。比較例1の値を100とした指数で表示し、指数が大きいほど耐摩耗性に優れることを示す。
【0055】
[耐疲労性]
JIS K6270に準拠し、デマーチャー試験機にて疲労寿命を測定した。比較例4の値を100とした指数で表示し、指数が大きいほど耐疲労性に優れることを示す。
【0056】
[発熱性]
UBM社製、レオスペクトロメーターE4000を使用し、JIS K−6394に準拠し、初期歪10%、動歪2%、周波数50Hz、温度80℃の条件で損失係数tanδを測定した。比較例7の値を100とした指数で表示し、数値が小さいほど発熱が小さいことを示す。
【0057】
[硬度]
JIS K6253に準拠し、23℃にてスプリング硬さ(A形)を測定した。比較例7を100とする指数で示した。
【0058】
【表1】

【0059】
【表2】

【0060】
【表3】

【産業上の利用可能性】
【0061】
以上の通り、本発明のゴム組成物は、タイヤのトレッドを始めとしてサイドウォール、ビード部などのタイヤ各部位に使用することで、タイヤの転がり抵抗を減じて低燃費化が図られる空気入りタイヤを提供することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ジエン系ゴムをゴム成分とし、表面処理されたゼオライトの微粒子を含有する
ことを特徴とするゴム組成物。
【請求項2】
前記表面処理剤が、脂肪酸、樹脂酸、4級アンモニウム塩及びリグニンスルホン酸塩から選ばれる少なくとも1種であり、該表面処理剤の付着量が未処理ゼオライトの0.1〜20重量%である
ことを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
【請求項3】
前記表面処理されたゼオライトの微粒子の平均粒径が10μm以下である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のゴム組成物。
【請求項4】
前記ゴム成分100重量部に対して、前記表面処理されたゼオライトの微粒子を5〜70重量部含有する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項5】
前記ゼオライトが人工ゼオライトである
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載のゴム組成物を、タイヤの少なくとも一部に使用した
ことを特徴とする空気入りタイヤ。

【公開番号】特開2009−114338(P2009−114338A)
【公開日】平成21年5月28日(2009.5.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−289401(P2007−289401)
【出願日】平成19年11月7日(2007.11.7)
【出願人】(000003148)東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
【Fターム(参考)】