(57)【要約】【課題】タイヤの転がり抵抗を悪化させないでタイヤの耐摩耗性を向上させることが可能なゴム組成物を提供する。【解決手段】ジエン系ゴムを含むゴム成分に対して、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔容積Ｙ（ｍｌ／１００ｇ）とジブチルフタレート吸油量ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）と窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡ(ｍ2／ｇ）とが下記式（Ｉ）：Ｙ ＞ ０．２２ × ＤＢＰ − ０．２１ × Ｎ2ＳＡ ＋ ６３・・・・・・・ （Ｉ）の関係を満たすカーボンブラックを配合してなるゴム組成物及びそれをトレッド等のタイヤ部材に適用したタイヤである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジエン系ゴムを含むゴム成分に対して、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔容積Ｙ（ｍｌ／１００ｇ）とジブチルフタレート吸油量ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）と窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡ(ｍ2／ｇ）とが下記式（Ｉ）：
Ｙ ＞ ０．２２ × ＤＢＰ − ０．２１ × Ｎ2ＳＡ ＋ ６３・・・・・・・ （Ｉ）
の関係を満たすカーボンブラックを配合してなるゴム組成物。
【請求項２】
前記カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量ＤＢＰが、１２０〜２２０ｍｌ／１００ｇである請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡが、６０〜１８０ｍ2／ｇである請求項１又は２に記載のゴム組成物。
【請求項４】
前記カーボンブラックの配合量が、前記ゴム成分１００質量部に対して２０〜２００質量部である請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物。
【請求項５】
前記ジエン系ゴムが、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム及びスチレン−ブタジエン共重合体ゴムからなる群から１種以上選択されたゴムである請求項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部材のいずれかに適用したタイヤ。
【請求項７】
前記タイヤ部材がトレッドであることを特徴とする請求項６に記載のタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム組成物及び該ゴム組成物を用いたタイヤに関し、特にタイヤのトレッドに適用することで、タイヤの転がり抵抗を悪化させることなく耐摩耗性を向上させることが可能なゴム組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タイヤのトレッドには、高い耐摩耗性が要求されるため、トレッド用のゴム組成物には、補強性の高い充填剤としてカーボンブラックが配合される。また、使用するカーボンブラックの諸物性を選択することで、タイヤの諸性能を調節することができ、例えば、窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡの大きいカーボンブラックを適用することで、カーボンブラックとゴム成分との接触面積を増加させることができる。また、ジブチルフタレート吸油量が高いカーボンブラックを適用することで、カーボンブラックとゴム成分との相互作用を増加させることができ、その結果として、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させることができる。そして、カーボンブラックの配合量を増やすことによってもゴム組成物の耐摩耗性を向上させることができる。
【０００３】
一方、エネルギー、省資源の社会的要請の下、自動車の燃料消費を節約するために、タイヤの転がり抵抗を低減することが求められるようになってきた。これに対して、トレッドに適用するゴム組成物の補強性充填剤として、窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡの小さいカーボンブラックを適用して、カーボンブラックとゴム成分との接触面積を低減し、ジブチルフタレート吸油量が少ないカーボンブラックを適用して、カーボンブラックとゴム成分との相互作用を低下させることで、タイヤの転がり抵抗を低減することができる。また、カーボンブラックの配合量を減らすことによってもタイヤの転がり抵抗を低減することができる。
【０００４】
しかしながら、トレッド用ゴム組成物に用いるカーボンブラックの性質を制御してタイヤの特性を制御する場合、上述のように耐摩耗性の向上と転がり抵抗の低減とは、二律背反の関係にあり、転がり抵抗を悪化させることなく耐摩耗性を向上させることは困難である。
【０００５】
これに対して、特許文献１は、窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡ、ジブチルフタレート吸油量及び凝集体空隙容積が特定の範囲にあるカーボンブラックを適用することで、耐摩耗性及び低発熱性に優れたゴム組成物が得られることを開示している。
また、特許文献２は、水銀ポロシメーター法による細孔容積と水銀ポロシメーター法における細孔分布の最大ピークを占める細孔の容積とが特定の範囲にあるカーボンブラックを適用することで、補強性及び低発熱性が改善されたゴム組成物が得られることを開示している。
さらに、特許文献３は、窒素吸着等温線から算出した細孔容積（ｃｃ/ｇ）とセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）吸着比表面積とが一定の関係を満たすカーボンブラックを配合することにより耐摩耗性に優れ、転がり抵抗が低いゴム組成物が得られることを開示している。
しかしながら、上記の技術をもってしても、耐摩耗性と転がり抵抗とを高度に両立することは難しく、依然として改善の余地があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１２９２４２号公報
【特許文献２】特開平３−１４９２３６号公報
【特許文献３】特開２００６−１６０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、タイヤの転がり抵抗を悪化させないでタイヤの耐摩耗性を向上させることが可能なゴム組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかるゴム組成物を用いた転がり抵抗が低く耐摩耗性に優れる空気入りタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ジエン系ゴムを含むゴム組成物に、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔容積とジブチルフタレート吸油量ＤＢＰと窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡとが特定の関係式を満たすカーボンブラックを配合することで、タイヤの転がり抵抗を悪化させないでタイヤの耐摩耗性を向上させ得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、ジエン系ゴムを含むゴム成分に対して、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔容積Ｙ（ｍｌ／１００ｇ）とジブチルフタレート吸油量ＤＢＰ（ｍｌ／１００ｇ）と窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡ(ｍ2／ｇ）とが下記式（Ｉ）：
Ｙ ＞ ０．２２ × ＤＢＰ − ０．２１ × Ｎ2ＳＡ ＋ ６３・・・・・・・ （Ｉ）
の関係を満たすカーボンブラックを配合してなるゴム組成物であり、それをタイヤ部材のいずれかに適用したタイヤ、特にトレッドに適用したタイヤである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上記式（Ｉ）を満たすカーボンブラックを補強性充填剤としてゴム組成物に配合することにより、タイヤの転がり抵抗を悪化させないでタイヤの耐摩耗性を向上させることが可能なゴム組成物を提供することができる。また、かかるゴム組成物を用いた、転がり抵抗が低く耐摩耗性に優れた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】
【００１０】
以下に、本発明を詳細に説明する。一般に、カーボンブラックの粒径を小さくすることで、カーボンブラックの粒子間の容積が増加して、カーボンブラックとゴム成分との接触面積が増加するため、微粒径のカーボンブラックを適用することで、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させることができる。しかしながら、該微粒径のカーボンブラックは、ゴム成分との接触面積が大きいため、該微粒径のカーボンブラックを配合したゴム組成物をタイヤに適用すると、タイヤの転がり抵抗が上昇してしまう。そのため、微粒径のカーボンブラックを用いたのでは、耐摩耗性と転がり抵抗を同時に改善することができない。さらに、微粒径のカーボンブラックは一般にゴムへの分散性が悪く、カーボンブラックのゴム中での分散状態が悪いとゴム組成物の耐摩耗性が低下してしまう。この分散状態を改善しようとすると、ゴム組成物の加工性及び生産性を著しく悪化させることにもなる。
【００１１】
これに対して、本発明では、同等の粒子径を有するカーボンブラックにおいて、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔容積を大幅に増加させることで、カーボンブラックのゴムへの分散性を著しく改良し、耐摩耗性と低い転がり抵抗との両立を達成したのである。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムを含むゴム成分に対して、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔容積Ｙとジブチルフタレート吸油量ＤＢＰ（以下、ＤＢＰという）と窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡ（以下、Ｎ2ＳＡという）とが上記式（Ｉ）の関係を満たすカーボンブラックを配合することを特徴とする。
このカーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して２０〜２００質量部であることが好ましく、４０〜１００質量部であることがさらに好ましい。
上記カーボンブラックの配合量がゴム成分１００質量部に対して２０質量部以上であれば、ゴム組成物の耐摩耗性が向上し、２００質量部以下であれば、ゴム組成物の低発熱性が向上して、該ゴム組成物を用いたタイヤの転がり抵抗が低減し、低燃費性が向上するので好ましい。
【００１２】
本発明に係るカーボンブラックは、ＤＢＰが、１２０〜２２０ｍｌ／１００ｇであることが好ましく、１３０〜１８０ｍｌ／１００ｇであることがさらに好ましい。ＤＢＰが１２０ｍｌ／１００ｇ以上のカーボンブラックを用いると、ゴム組成物の耐摩耗性が大幅に向上し、一方、ＤＢＰが２２０ｍｌ／１００ｇ以下であれば、ゴム組成物の加工性が向上するので好ましい。
また、Ｎ2ＳＡが、６０〜１８０ｍ2／ｇであることが好ましく、８０〜１６０ｍ2／ｇであることがさらに好ましい。Ｎ2ＳＡが、６０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラックを用いると、ゴム組成物の耐摩耗性が大幅に向上し、一方、Ｎ2ＳＡが１８０ｍ2／ｇ以下であれば、タイヤの転がり抵抗を悪化させることなく好ましい。また、カーボンブラックのゴム成分への分散性を低下させないのでより好ましく耐摩耗性を向上させることができる。
【００１３】
上記諸物性を有するカーボンブラックは、例えば、カーボンブラック製造炉における原料油導入量［ｋｇ／ｈ］、原料油予熱温度［℃］、燃料導入量［ｋｇ／ｈ］、導入総空気量［ｋｇ／ｈ］、空気予熱温度［℃］、反応時間［ｓｅｃ］及び平均反応温度［℃］等を調整することで製造できる。
【００１４】
本発明のゴム組成物のゴム成分は、少なくともジエン系ゴムを含むことを要し、該ジエン系ゴムを１０質量％以上含むことが好ましい。ここで、ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）の他、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）等のジエン系合成ゴムが挙げられる。なお、これらゴム成分は、１種単独で用いてもよいし、２種以上のブレンドとして用いてもよい。
【００１５】
本発明のゴム組成物には、上記カーボンブラックの他に、加硫剤、加硫促進剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤等のゴム業界で通常使用される配合剤を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。また、上記ゴム組成物は、ゴム成分に対し、カーボンブラックと、適宜選択した各種配合剤とを配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
【００１６】
本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物をタイヤ部材のいずれかに適用したことを特徴とする。ここで、本発明のタイヤにおいては、上記ゴム組成物をトレッドに用いることが特に好ましく、上記ゴム組成物をトレッドに用いたタイヤは、耐摩耗性に優れる上、転がり抵抗が低く、低燃費性に優れる。なお、本発明のタイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を変えた空気、又は窒素等の不活性ガスが挙げられる。
【００１７】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００１８】
実施例１〜４及び比較例１〜３
原料油としては、石油系重質油、燃料としてＡ重油を用い、表１に示す条件で７種類のカーボンブラックをそれぞれ製造した。これら７種類のカーボンブラックを用い、バンバリーミキサーで混練して、表２に示す配合処方のゴム組成物を調製した。また、各ゴム組成物に使用したカーボンブラックのＤＢＰ、Ｎ2ＳＡ及び細孔容積Ｙを下記の方法で測定した。結果を表１に示す。
【００１９】
（１）ＤＢＰ
ＩＳＯ４６５６−１法に準拠して、各カーボンブラック の１００ｇ当りのジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量（ｍｌ／１００ｇ）を測定した。
（２）Ｎ2ＳＡ
ＩＳＯ４６５２−１法に準拠して、各カーボンブラックの単位質量当りの比表面積(ｍ2／ｇ）を測定した。
（３）細孔容積Ｙ
Quantachrome社製水銀ポロシメーターを使用し、２０ｐｓｉから３０，０００ｐｓｉまで圧力を変化させながら水銀を圧入し、カーボンブラックの細孔容積を測定した。水銀を低圧から圧入していくと、カーボンブラックの表面全体が水銀で覆われる。この間は圧力に対し線形的に水銀が圧入されていく。ある圧力を超えると水銀はカーボンブラックの細孔に圧入され始め、水銀の圧入曲線は線形性を失い急激に立ち上がる。この地点から圧入曲線が飽和するまでのカーボンブラックの１００ｇ当りの圧入量をＹ（ｍｌ／１００ｇ）とした。
【００２０】
【表１】
2008163212.tif 000002
【００２１】
【表２】
2008163212.tif 000003
【００２２】
次に、得られたゴム組成物をトレッドに用いて、サイズ１１Ｒ２２.５のトラック用タイヤを７種類試作し、下記の方法で該タイヤの耐摩耗性及び転がり抵抗を評価した。結果を表１に示す。
（４）タイヤの耐摩耗性
上記トラック用タイヤを車両に装着し、４万km走行した時点でのタイヤの溝の減量を測定し、比較例１のタイヤの溝減量の逆数を１００として次式のように指数表示した。指数値が大きい程、耐摩耗性に優れることを示す。
耐摩耗性指数＝（比較例１のタイヤの溝減量／対象タイヤの溝減量）×１００
（５）タイヤの転がり抵抗
上記トラック用タイヤをドラム上でフリー回転させ、転がり抵抗を測定した。得られた転がり抵抗値を、次式：
転がり抵抗指数＝（対象タイヤの転がり抵抗／比較例１のタイヤの転がり抵抗）×１００
に従って指数表示した。指数値が小さい程、転がり抵抗が小さく、良好であることを示す。
【００２３】
実施例１で用いたカーボンブラックは、比較例１で用いたカーボンブラックとＮ2ＳＡがほぼ同等であるが、上記式（Ｉ）の関係式を満たし、かつＤＢＰがやや高いため、実施例１のタイヤは、比較例１のタイヤに比べ、タイヤの転がり抵抗を悪化させることなく耐摩耗性が大幅に向上した。
【００２４】
また、実施例２で用いたカーボンブラックは、比較例２で用いたカーボンブラックとＮ2ＳＡがほぼ同等であるが、上記式（Ｉ）の関係式を満たし、かつＤＢＰが１２０（ｍｌ／１００ｇ）を超えているため、実施例２のタイヤは、比較例２のタイヤに比べ、耐摩耗性が大幅に向上し、タイヤの転がり抵抗も低減した。
【００２５】
そして、実施例３で用いたカーボンブラックは、上記式（Ｉ）の関係式を満たし、かつ比較例３で用いたカーボンブラックに対し、Ｎ2ＳＡが大きく耐摩耗性が大幅に向上した。
実施例４で用いたカーボンブラックは、上記式（Ｉ）の関係式を満たすが、Ｎ2ＳＡが６０ｍ2／ｇ未満であるため、実施例３と比較し耐摩耗性は劣る。しかしながら、実施例４で用いたカーボンブラックは、Ｎ2ＳＡが同等でかつ上記式（Ｉ）の関係式を満たさない比較例３で用いたカーボンブラックに対し耐摩耗性が向上した。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のゴム組成物は、乗用車用、小型トラック用、軽乗用車用、軽トラック用及び大型車両用（トラック・バス用、建設車両用等）等の各種空気入りタイヤ、特に空気入りラジアルタイヤのトレッド用部材、サイドウォール用部材として好適に用いられる。