(57)【要約】本発明は、高い耐摩耗性と低発熱性とを兼ね備えたゴム組成物に関し、より詳しくは、ジエン系重合体１００質量部に対して、充填剤としてカーボンブラックを２０〜２５０質量部配合してなるゴム組成物において、前記カーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量が４０〜１８０ｃｍ３／１００ｇで、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が４０〜３００ｍ２／ｇで、比着色力（ＴＩＮＴ）が５０〜１５０％で、トルエン着色透過度が９０％以上で、且つ前記窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とするゴム組成物に関するものである。    ０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦４０      ・・・（Ｉ）（式中、Ａは窒素吸着比表面積で、Ｂはトルエン着色透過度である。）【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジエン系重合体１００質量部に対して、充填剤としてカーボンブラックを２０〜２５０質量部配合してなるゴム組成物において、
前記カーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量が４０〜１８０ｃｍ３／１００ｇで、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が４０〜３００ｍ２／ｇで、比着色力（ＴＩＮＴ）が５０〜１５０％で、トルエン着色透過度が９０％以上で、且つ前記窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とするゴム組成物。
０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦４０      ・・・  （Ｉ）
（式中、Ａは窒素吸着比表面積で、Ｂはトルエン着色透過度である。）
【請求項２】
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（ＩＩ）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦２０      ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ａ及びＢは上記と同義である。）
【請求項３】
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（ＩＩＩ）を満たすことを特徴とする請求項２に記載のゴム組成物。
０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦８      ・・・  （ＩＩＩ）
（式中、Ａ及びＢは上記と同義である。）
【請求項４】
前記カーボンブラックは、３３０〜３４０ｎｍにおける紫外線の最大吸光度が０．０２０以下且つ２６０〜２８０ｎｍにおける紫外線の最大吸光度が０．０２０以下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５】
前記カーボンブラックは、４００〜５３０℃での重量減少率が０．２０％以下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６】
前記カーボンブラックは、ジクロロメタンによる抽出率が０．１２％以下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７】
前記カーボンブラックは、２０００℃での水素の放出率が０．１５％以上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８】
前記カーボンブラックは、２０００℃での水素の放出率が０．１８％以上であることを特徴とする請求項７に記載のゴム組成物。
【請求項９】
前記カーボンブラックは、２０００℃での水素の放出率が０．２３％以上であることを特徴とする請求項８に記載のゴム組成物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のゴム組成物をトレッドに用いたタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関し、特に高い耐摩耗性と優れた低発熱性とを有するタイヤのトレッド用ゴム組成物に関するものである。
【背景技術】  従来、ゴムには充填剤としてカーボンブラックが配合されており、カーボンブラックを配合することで、ゴムが補強され、耐摩耗性、引張強さ等のゴムの物理的性質が向上する。一般に、カーボンブラックの表面性状を制御することで、高い補強性を発現するカーボンブラックを得ることができるが、同時にトルエン着色透過度が低下して、カーボンブラック表面に付着しているタール分が増加し、該タール分がカーボンブラックが本来有する補強性を阻害してしまう。このため、従来、カーボンブラックの補強性を向上させるには、自ずと限界があった（特開２０００−５３８８３号公報、特開平１０−３６７０３号公報、特開平９−４０８８３号公報参照）。
また、補強性の高いカーボンブラックを配合してなるゴム組成物は、耐摩耗性等に優れるためタイヤのトレッドゴムに好適であるが、昨今、タイヤの低燃費化の要請から、トレッドゴムに用いるゴム組成物は耐摩耗性と共に低発熱性にも優れる必要がある。これら２つの性能は、通常背反するものであり、カーボンブラックなどの充填剤の改良により、はじめて両立が可能となる。
【発明の開示】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、高い耐摩耗性と低発熱性とを兼ね備えた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トレッドに適用した、耐摩耗性と低燃費性に優れたタイヤを提供することにある。
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、ジエン系重合体にカーボンブラックを配合してなるゴム組成物において、表面に存在するタール成分、特に多環芳香族成分の少ないカーボンブラックを用いることで、ジエン系重合体が高度に補強され、ゴム組成物が高い破断強力及び耐摩耗性を獲得し、更にゴム組成物の発熱性が低く抑えられことを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明のゴム組成物は、ジエン系重合体１００質量部に対して、充填剤としてカーボンブラックを２０〜２５０質量部配合してなるゴム組成物において、前記カーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量が４０〜１８０ｃｍ３／１００ｇで、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が４０〜３００ｍ２／ｇで、比着色力（ＴＩＮＴ）が５０〜１５０％で、トルエン着色透過度が９０％以上で、且つ前記窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする。
０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦４０      ・・・  （Ｉ）
（式中、Ａは窒素吸着比表面積で、Ｂはトルエン着色透過度である。）
本発明のゴム組成物の好適例においては、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（ＩＩ）を満たす。
０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦２０      ・・・  （ＩＩ）
（式中、Ａ及びＢは上記と同義である。）
ここで、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、下記式（ＩＩＩ）を満たすのが更に好ましい。
０．０２８３×Ａ×（１００−Ｂ）≦８      ・・・  （ＩＩＩ）
（式中、Ａ及びＢは上記と同義である。）
本発明のゴム組成物の他の好適例においては、前記カーボンブラックは、３３０〜３４０ｎｍにおける紫外線（ＵＶ）の最大吸光度が０．０２０以下且つ２６０〜２８０ｎｍにおける紫外線（ＵＶ）の最大吸光度が０．０２０以下である。
本発明のゴム組成物の他の好適例においては、前記カーボンブラックは、４００〜５３０℃での重量減少率が０．２０％以下である。
本発明のゴム組成物の他の好適例においては、前記カーボンブラックは、ジクロロメタンによる抽出率が０．１２％以下である。
本発明のゴム組成物の他の好適例においては、前記カーボンブラックは、２０００℃での水素の放出率が０．１５％以上である。ここで、該カーボンブラックとしては、２０００℃での水素の放出率が０．１８％以上であるものが更に好ましく、０．２３％以上であるものが特に好ましい。
また、本発明のタイヤは、上記ゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする。
発明を実施するための最良の態様
以下に、本発明を詳細に説明する。本発明のゴム組成物は、ジエン系重合体１００質量部に対して、充填剤としてカーボンブラックを２０〜２５０質量部配合してなり、ここで、前記カーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量が４０〜１８０ｃｍ３／１００ｇで、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が４０〜３００ｍ２／ｇで、比着色力（ＴＩＮＴ）が５０〜１５０％で、トルエン着色透過度が９０％以上で、且つ前記窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度との関係が、上記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする。上記カーボンブラックは、ＤＢＰ吸収量、Ｎ２ＳＡ及びＴＩＮＴが、上記範囲を満たす上、トルエン着色透過度が９０％以上あるため、表面に存在するタール分が充分少なく、カーボンブラックとゴム分子の複合化がより効率的に起こる結果、ゴム組成物の耐摩耗性を著しく向上させることができ、同時にゴム組成物を低発熱化することができる。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量が４０〜１８０ｃｍ３／１００ｇであり、７０〜１７０ｃｍ３／１００ｇであるのが好ましい。カーボンブラックのＤＢＰ吸収量が４０ｃｍ３／１００ｇ未満では、タイヤ用ゴム組成物として最低限必要な引張応力を発現させることができず、１８０ｃｍ３／１００ｇを超えると、最低限必要な伸びを確保することができない。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が４０〜３００ｍ２／ｇであり、７０〜２５０ｍ２／ｇであるのが好ましく、７０〜１７０ｍ２／ｇであるのが更に好ましい。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が４０ｍ２／ｇ未満では、タイヤ用ゴム組成物として最低限必要な強力（引張強さ）を発現させることができず、３００ｍ２／ｇを超えると、ゴム組成物中での分散性を充分に確保することができず、ゴム組成物の耐摩耗性等が悪化する。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、比着色力（ＴＩＮＴ）が５０〜１５０％であり、９０〜１４５％であるのが好ましい。カーボンブラックの比着色力５０％未満では、上記ゴム組成物をトレッドに用いた場合、タイヤに実用に耐え得る強力及び耐摩耗性を発現させることができず、１５０％を超えると、ゴムの粘度が著しく上昇し、組成物を得ることが困難となる。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、トルエン着色透過度が９０％以上であり、９５％以上であるのが好ましい。カーボンブラックのトルエン着色透過度が９０％未満では、カーボンブラック表面に存在するタール分、特に芳香族成分が多く、ゴム組成物を充分に補強することができず、ゴム組成物の耐摩耗性等が低下する。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、その窒素吸着比表面積とトルエン着色透過度とが、絶対値としてみて上記式（Ｉ）の関係を満たし、上記式（ＩＩ）の関係を満たすのが好ましく、上記式（ＩＩＩ）の関係を満たすのが更に好ましい。式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）における左辺が４０を超えるカーボンブラックは、表面にタール分が多いため、ゴム組成物を十分に補強できず、耐摩耗性が低下する。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、３３０〜３４０ｎｍにおける紫外線（ＵＶ）の最大吸光度が０．０２０以下で且つ２６０〜２８０ｎｍにおける紫外線（ＵＶ）の最大吸光度が０．０２０以下であるのが好ましい。３３０〜３４０ｎｍ及び２６０〜２８０ｎｍにおけるＵＶの最大吸光度が小さい程、カーボンブラック表面に存在する芳香族成分が少ない。そのため、３３０〜３４０ｎｍ及び２６０〜２８０ｎｍにおけるＵＶの最大吸光度が０．０２０以下のカーボンブラックをゴム組成物に用いることにより、ゴム組成物に高い補強性を付与して、その耐摩耗性等を向上させることができる。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、４００〜５３０℃での重量減少率が０．２０％以下であるのが好ましい。４００〜５３０℃での重量減少率が小さい程、カーボンブラック表面に存在する芳香族成分が少ない。そのため、４００〜５３０℃での重量減少率が０．２０％以下のカーボンブラックをゴム組成物に用いることにより、ゴム組成物に高い補強性を付与して、その耐摩耗性等を向上させることができる。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、ジクロロメタンによる抽出率が０．１２％以下であるのが好ましい。ジクロロメタンによる抽出率が小さい程、カーボンブラック表面に存在する芳香族成分が少ない。そのため、ジクロロメタンによる抽出率が０．１２％以下のカーボンブラックをゴム組成物に用いることにより、ゴム組成物に高い補強性を付与して、その耐摩耗性等を向上させることができる。
本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックは、２０００℃での水素の放出率が０．１５％以上であるのが好ましく、０．１８％以上であるのが更に好ましく、０．２３％以上であるのが特に好ましい。ここで、２０００℃での水素の放出率とは、カーボンブラックを２０００℃で１５分間加熱した際に発生する水素量のカーボンブラックの質量に対する割合である。２０００℃での水素の放出率が０．１５％未満のカーボンブラックをゴム組成物に用いると、ゴム組成物の耐摩耗性が低下し、また、ゴム組成物の発熱が大きくなるため好ましくない。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分としてのジエン系重合体１００質量部に対して、充填剤として上記カーボンブラックを２０〜２５０質量部配合してなる。カーボンブラックの配合量が２０質量部未満では、ゴムの剛性が低く、耐摩耗性が不充分であり、２５０質量部を超えると、ゴム組成物が硬くなり過ぎ、かえって耐摩耗性が低下してしまい、更にゴム組成物の加工性も極端に悪化する。
本発明のゴム組成物に用いるゴム成分としてのジエン系重合体としては、天然ゴム（ＮＲ）の他、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、スチレン・イソプレン共重合体ゴム（ＳＩＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）等が挙げられる。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
上記ゴム組成物には、上述のカーボンブラック及びジエン系重合体の他、カーボンブラック以外の充填剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、軟化剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、シランカップリング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配合することができる。これら配合剤は、市販品を好適に使用することができる。なお、上記ゴム組成物は、ジエン系重合体に、カーボンブラックと必要に応じて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。
本発明のタイヤは、上述のゴム組成物をトレッドに用いたことを特徴とする。上述のゴム組成物は、耐摩耗性及び低発熱性に優れるため、本発明のタイヤは、耐摩耗性及び低燃費性に優れる。
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】（カーボンブラックの製造方法）
カーボンブラック製造炉において、空気導入条件、原料油導入条件、並びに反応停止のために導入する水の導入位置、導入量及びその後の温度を適宜調整し、また、必要に応じて、更に後段で水、空気等の化合物を炉内に導入して種々の物性を有するカーボンブラックを製造した。更に、必要に応じて、造粒後のカーボンブラックの乾燥温度（１５０−２５０℃）を適宜調節し、種々の物性を有するカーボンブラックを得た。
得られたカーボンブラックについて、ＡＳＴＭ  Ｄ２４１４−８８（ＪＩＳ  Ｋ６２１７−９７）に準拠してジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸収量を、ＡＳＴＭ  Ｄ３０３７−８８に準拠して窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）を、ＡＳＴＭ  Ｄ３２６５−８８に準拠して比着色力（ＴＩＮＴ）を、ＪＩＳ  Ｋ６２１８−９７に準拠してトルエン着色透過度を夫々測定し、更に、ＵＶ吸光度、重量減少率、ジクロロメタンによる抽出率、２０００℃での水素の放出率を下記の方法で測定した。これらの結果を表２及び３に示す。
（１）ＵＶ吸光度
▲１▼カーボンブラック試料を１０５℃の恒温乾燥機中で１時間乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却する。
▲２▼１００ｍＬの共栓付三角フラスコに試料３．００ｇを量り取る。
▲３▼上記フラスコにシクロヘキサン３０ｍＬを加え栓をし、６０秒間激しく振とうし、その後、室温で６時間放置する。
▲４▼上記混合液を１０５℃で乾燥した濾紙で濾過し、濾液をＵＶ測定用石英セルに入れる。
▲５▼カーボンブラック試料を入れずに、上記▲３▼〜▲４▼の操作を行って得た溶液を２つのＵＶ測定用石英セルに入れ、１つをＵＶ測定器のリファレンス側光路にセットし、もう一方をサンプル側光路にセットし、０−１００％を調整（校正）する。
▲６▼上記▲４▼で得た濾液について、３３０〜３４０ｎｍ、２６０〜２８０ｎｍの最大吸光度を測定する。
（２）重量減少率
▲１▼カーボンブラック試料を１０５℃の恒温乾燥機中で１時間乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却する。
▲２▼ＴＧＡ測定用金属パン上に約１０ｍｇを精秤し、窒素ガス気流下でＴＧＡ（熱重量分析）を行う。
▲３▼４０℃から６００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、▲２▼の初期重量に対する４００℃から５３０℃までの重量減少割合を測定する。
（３）ジクロロメタンによる抽出率
▲１▼カーボンブラック試料約１５ｇを精秤し、円筒濾紙に入れる。
▲２▼ジクロロメタンを抽出溶媒として、ソックスレー抽出器で３０時間加熱還流する。
▲３▼抽出溶液を蒸発乾固して残渣の質量を測定し、質量分率（ジクロロメタンで抽出された成分の比率）を求める。
（４）２０００℃での水素の放出率
▲１▼カーボンブラック試料を１０５℃の恒温乾燥機中で１時間乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却する。
▲２▼スズ製のチューブ状サンプル容器に約１０ｍｇを精秤し、圧着・密栓する。
▲３▼水素分析装置［堀場製作所ＥＭＧＡ６２１Ｗ］でアルゴン気流下、２０００℃で１５分間加熱したときの水素ガス発生量を測定し、その質量分率を求める。
上記カーボンブラックを用い、表１に示す配合処方（硫黄の配合量は表２に記載）のゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて混練し、更に加圧型加硫装置で１４５℃で３０分間加硫して加硫ゴムを得た。得られた加硫ゴムについて、ＪＩＳ  Ｋ６２５３：１９９７に準拠して硬さを、ＪＩＳ  Ｋ６２５１：１９９３に準拠して切断時伸び、引張強さ及び３００％伸長時の引張応力を、ＪＩＳ  Ｋ６２５５：１９９６に準拠して反発弾性を夫々測定し、更に下記の方法で耐摩耗性を評価した。これらの結果を表２及び３に示す。なお、反発弾性は、比較基準となる試験片の反発弾性を１００として指数表示した。指数値が大きい程、反発弾性が高く、低発熱性に優れることを示す。
（５）加硫ゴムの耐摩耗性
ランボーン摩耗試験機を用い、摩耗損失量を測定し、次式より耐摩耗性指数を算出した。なお、指数値が大きい程、耐摩耗性に優れる。
式：耐摩耗性指数＝比較基準となる試験片の摩耗損失量／各ゴム試験片の摩耗損失量×１００
更に、上記ゴム組成物をトレッドに適用したトラック用タイヤと乗用車用タイヤを夫々試作し、その耐摩耗性と発熱性を下記の方法で評価した。これらの結果を表２及び３に示す。
（６）タイヤの耐摩耗性
上記試作タイヤをトラック又は乗用車に装着し、乗用車用タイヤについては２００００ｋｍ、トラック用タイヤについては４０００ｋｍ走行した時点での溝の減量を測定し、比較基準となるタイヤの溝の減量の逆数を１００として指数表示した。指数値が大きい程、耐摩耗性に優れることを示す。
（７）タイヤの発熱性
鋼製ドラム上で一定荷重下・一定時間タイヤを回転させ、タイヤトレッド部の温度を測定し、比較基準となるタイヤのトレッド部の温度の逆数を１００として指数表示した。指数値が大きい程、低発熱性に優れることを示す。
2004094525.tif 000002
表１中、＊１はＪＳＲ製「ＢＲ０１」で、＊２はＪＳＲ製「＃１５００」で、＊３は出光興産製「ＡＨ−５８」で、＊４はＮ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミンで、＊５はＮ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミドで、＊６はジフェニルグアニジンで、＊７はジベンゾチアジルジスルフィドである。
2004094525.tif 000003
2004094525.tif 000004
表２及び３中、実施例１〜１２及び比較例１、３、４は、比較例２の加硫ゴム及びタイヤを比較基準とし、実施例１３は、比較例５の加硫ゴム及びタイヤを比較基準とし、実施例１４は、比較例６の加硫ゴム及びタイヤを比較基準とした。
表２及び３から、実施例の加硫ゴムはランボーン耐摩耗性及び反発弾性が高く、該ゴムを用いたタイヤは耐摩耗性及び低発熱性に優れることが分かる。一方、本発明で規定する物性を満たさないカーボンブラックを配合した比較例の加硫ゴムは実施例の加硫ゴムに比べてランボーン耐摩耗性及び反発弾性が低く、更に該ゴムを用いた比較例のタイヤは耐摩耗性及び低発熱性が実施例のタイヤに比べて劣っていた。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、カーボンブラックを配合してなるゴム組成物において、特定の物性を有し且つタール成分の少ないカーボンブラックを用いることにより、破断強力が高く、耐摩耗性及び低発熱性に優れたゴム組成物を提供することができる。また、該ゴム組成物をトレッドに用いた、耐摩耗性及び低燃費性に優れたタイヤを提供することができる。
【国際調査報告】
2004094525.tif 000005
2004094525.tif 000006