(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリブタジエンゴムを３〜３０重量部含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを５〜８０重量部配合したタイヤトレッド用ゴム組成物において、
（１）  前記ポリブタジエンゴムはシス含量が９５重量％以上で、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）の比Ｍｗ／Ｍｎが３．５〜６．０であり、
（２）  前記カーボンブラックは窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）が１３０〜１５０ｍ2／ｇ、沃素吸着量（ＩＡ）が１２０〜１３０ｍｇ／ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）と沃素吸着量（ＩＡ）の比Ｎ2ＳＡ／ＩＡが１．００〜１．２５、比着色力が１２０以上、ストークスモード径（Ｄｓｔ）５０〜９０ｎｍ、ストークスモード径の半値幅（ΔＤｓｔ）が３０〜６０ｎｍであり、
粘度（ＴＣＰ）が９０ＣＰＳ以上であることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗用車用空気入りタイヤおよび重荷重用空気入りタイヤのトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりトラック・バス用空気入りタイヤあるいは乗用車用空気入りタイヤの耐摩耗性および高速耐久性は最も重要な特性である。したがってトレッド用ゴム組成物には天然ゴムまたは天然ゴムに少量のシスポリブタジエンゴムを混合してなるゴム成分に粒子径の小さい、すなわち比表面積の大きいカーボンブラックが配合されていた。ここでシスポリブタジエンゴムは耐摩耗性の観点から分岐度の小さいものが採用されているがゴム組成物の加工性が低下する問題があった。一方粒子径の小さいカーボンブラックを使用すると発熱が大きくなり、高速耐久性を損なうという問題があった。
【０００３】
かかる問題を解決する方法として、たとえば特開平７−１１８４４３号公報に開示するように、タイヤトレッド部を厚さ方向に二分割し、キャップゴムとベースゴムの２層で構成することが提案されている。ここで外側のキャップゴムに耐摩耗性の良好なゴム組成物を用い、内側のベースゴムに低発熱性のゴム組成物を用いて、耐摩耗性と低発熱性を同時に満足させようとするものである。しかしかかるキャップゴムとベースゴムの２層構造のトレッドゴムでは製造工程を複雑にするとともに、キャップゴムがある程度摩耗すると使用できなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は引張強度等の基本特性を損なうことなく加工性を改善したゴム組成物であり、該ゴム組成物を乗用車用空気入りタイヤおよびトラック・バス用空気入りタイヤに適用することにより、低発熱性と耐摩耗性を同時に向上したタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はポリブタジエンゴムを３〜３０重量部含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを５〜８０重量部配合したタイヤトレッド用ゴム組成物において、
（１）前記ポリブタジエンゴムはシス含量が９５重量％以上で、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）の比Ｍｗ／Ｍｎが３．５〜６．０であり、
（２）前記カーボンブラックは窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）が１３０〜１５０ｍ2／ｇ、沃素吸着量（ＩＡ）が１２０〜１３０ｍｇ／ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）と沃素吸着量（ＩＡ）の比Ｎ2ＳＡ／ＩＡが１．００〜１．２５、比着色力が１２０以上、ストークスモード径（Ｄｓｔ）が５０〜９０ｎｍ、ストークスモード径の半値幅（ΔＤｓｔ）が３０〜６０ｎｍである、
ことを特徴とする前記トレッド用ゴム組成物である。
【０００６】
本発明のゴム組成物に用いられるポリブタジエンゴムは、シス構造を９５重量％以上含み、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）の比Ｍｗ／Ｍｎが３．５以上である。
【０００７】
シス構造の含量が９５重量％未満の場合、発熱が高くなり高速耐久性が低下する。好ましくはシス含量は９７重量％以上である。
【０００８】
またＭｗ／Ｍｎが３．５未満の場合、分子量分布が狭くなり、ゴム成分への分散あるいはカーボンブラックの分散が悪く加工性を損なうことになる。なお、Ｍｗ／Ｍｎが６．０以上になるとヒステリシスロスが大きくなり、タイヤの発熱が激しく、耐破壊特性および耐摩耗性を損なう傾向にあり好ましくない。
【０００９】
さらに本発明では粘度（ＴＣＰ）が９０ＣＰＳ以上であることが望ましい。９０ＣＰＳ未満の場合、ゴム分子の分岐度が高くなり引張強度、引裂強度および耐摩耗性等の基本特性が低下する傾向がある。ここで粘度（ＴＣＰ）は次のようにして測定される。
【００１０】
試料ゴムをトルエンに５ｗｔ％溶液として溶解し、キャノンフェンスケ型動粘度計にて溶液粘度を測定した。粘度（ＴＣＰ）は次の式で示される。
【００１１】
粘度（ＣＰＳ）＝Ｔs×Ｄs×Ｔc／１００
ここでＴsは試料溶液流下時間（ｓ）を示す。Ｄsは試料溶液の密度（ｇ／ｃｍ3）を示し２５℃では０．８６６である。またＴsは粘度計定数で次の式で定義される。
【００１２】
Ｔc＝Ｖo／（Ｔo×Ｄo）
ここでＴoは校正油の流下時間（ｓ）、Ｄoは校正油の粘度（ＣＰＳ）、Ｖoは校正油の密度（ｇ／ｃｍ3）を示す。なお校正油として昭和シェル石油（株）製ＪＳ２００を用いた。
【００１３】
ポリブタジエンゴムはゴム成分１００重量部に対して３〜３０重量部配合される。３重量部以上配合することにより耐摩耗性は向上するが、３０重量部を超えると加工性が低下するとともにゴム組成物の剛性が低くなり、さらに発熱が激しくなり高速耐久性が低下することとなる。
【００１４】
本発明のゴム成分に用いられるポリブタジエン以外のゴムは、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム等、タイヤに用いられる汎用ゴムが使用できるが、耐摩耗性、耐発熱性および高速耐久性等の観点から天然ゴムおよび／またはポリイソプレンゴムが最も好ましい。
【００１５】
次に本発明のゴム組成物に配合されるカーボンブラックは、まず窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）は１３０〜１５０ｍ2／ｇである。１３０ｇｍ2／ｇ未満の場合、高度な耐摩耗性を維持することができなくなり、他方１５０ｇｍ2／ｇを超えるとゴム配合時の粘度が高くなって加工性、実用性に乏しくなる。なお窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）はＡＳＴＭ  Ｄ３０３７−８８に基づいて測定される。
【００１６】
次に沃素吸着量（ＩＡ）は揮発分、トルエン着色透過度などの表面化学性状の特性を示すもので１２０〜１３０ｍｇ／ｇの範囲である。１２０ｍｇ／ｇ未満では補強効果が不十分で、耐摩耗性は改善できず、一方１３０ｍｇ／ｇを超えると加工性が低下する。
【００１７】
ここで沃素吸着量（ＩＡ）はＪＩＳ  Ｋ６２２１（１９８２）「ゴム用カーボンブラックの試験方法」に基づいて測定される。
【００１８】
次に窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）と沃素吸着量（ＩＡ）の比（Ｎ2ＳＡ／ＩＡ）が１．００〜１．２５の範囲である。これは主に発熱性を抑制する要素となるもので１．００未満では発熱性の抑制は不十分で、一方１．２５を超えると粘度が高くなりすぎる。かかるカーボンブラックの特徴は小さい分子の窒素の吸着量が、より大きい分子の沃素よりも吸着量（吸着比表面積）が大きいので、カーボンブラック表面の凹凸が大きく、活性が高いといえる。したがってカーボンブラックの粒子径を変えずにゴムとの相互作用、すなわち補強効果を高めることができるため、発熱をほとんど上げることなく摩耗性を向上することができる。
【００１９】
次にカーボンブラックの比着色力は１２０以上である。比着色力は粒子径、凝集体を形成する粒子の数および凝集体分布に関係するメジャーであり、比着色力が１２０未満の場合、低ストラクチャとなり耐摩耗性が悪くなる。なお比着色力はＪＩＳ  Ｋ６２２１（１９８２）に従って測定される。
【００２０】
次にストークスモード径（Ｄｓｔ）が５０〜９０ｎｍでストークスモード径の半値幅（ΔＤｓｔ）が３０〜６０ｎｍである。
【００２１】
カーボンブラックのストークスモード径（Ｄｓｔ）およびアグリゲート分布を示す半値幅（ΔＤｓｔ）が大きくなるに従い、ゴム組成物の耐摩耗性が低下する傾向を示す。逆に小さくなると発熱性の抑制効果は減退する。したがって上記範囲の場合配合ゴムの耐摩耗性と低発熱性をバランスよく付与する。
【００２２】
ここでストークスモード径（Ｄｓｔ）と半値幅（ΔＤｓｔ）は次の方法で測定する。
【００２３】
乾燥カーボンブラックを少量の界面活性剤を含む２０ｖｏｌ％エタノール水溶液と混合して、カーボンブラックの濃度が５０ｍｇ／ｌの溶液を作製する。これを超音波で十分に分散させる。ディスク・セントリフュージ装置を回転数８０００ｒｐｍに設定し、２ｗｔ％のグリセリン水溶液よりなるスピン液を１０ｍｌ加える。その後２０ｖｏｌ％のエタノール水溶液よりなる１ｍｌのバッファ液を注入する。そしてカーボンブラック分散液０．５ｍｌを加えて遠心沈降を開始し、光学的にカーボンブラックアグリゲートのストークス径の分布曲線を記録する。分布曲線における最大頻度のストークス径をストークスモード径Ｄｓｔ（ｎｍ）とし、最大頻度の５０％の頻度が得られる大小２点のストークス径の差を半値幅ΔＤｓｔ（ｎｍ）とする。なお、カーボンブラックはゴム成分１００重量部に対して５〜８０重量部配合される。５重量部未満の場合、耐摩耗性が十分でなく、８０重量部を超えると発熱性が悪くなる。
【００２４】
なお本発明においては上記成分の他に通常用いられる配合剤、たとえば加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、プロセス油、老化防止剤その他の加工助剤等が適宜添加され得る。
【００２５】
【実施例】
表１に示す配合内容で加硫促進剤と硫黄を除く原料ゴムおよび配合剤を１．７リットルのバンバリーミキサーで５分間混合した後、この混合物に加硫促進剤と硫黄とを８インチのロール機で５分間混練して、ゴム組成物を得た。このゴム組成物を１６０℃で１０分間プレス加硫して試験片を作製し、各種試験を行なった。得られた物性は表１に示すとおりである。なお表１に用いたポリブタジエンの詳細な仕様は表２に、またカーボンブラックの詳細な仕様は表３に示している。ここで表１で用いた配合剤の詳細は次のとおりである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
注１）  酸化亜鉛３種：三井金属社製
注２）  ビーズステアリン酸、つばき：日本油脂社製
注３）  サンフレックス６ＰＰＤ：フレキシス社製
注４）  オゾエース０３５５：日本精蝋社製
注５）  金華印微粉硫黄：鶴見化学社製
注６）  サンセラーＮＳＧ：三新化学社製
【００２８】
【表２】
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【００２９】
【表３】
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【００３０】
そして物性の評価方法は次のとおりである。
（１）  引張試験
ＪＩＳ  Ｋ６３０１の「加硫ゴム物理試験法」によった。
【００３１】
（２）  ピコ摩耗試験
ピコ摩耗試験機を用いてＡＳＴＭ  Ｄ２２８に準拠して測定した。測定値は標準例の摩耗量を１００とした場合の指数［（標準例の摩耗量）／（試料の摩耗量）×１００］で示した。数字が大きいほど耐摩耗性が良好である。
【００３２】
（３）  ランボーン摩耗試験
ランボーン摩耗試験機を用いて荷重４．５ｋｇ、スリップ率３０％と５０％の条件で測定した。（標準例の摩耗量）×１００／（試料の摩耗量）で指数表示した。値が大きいほど耐摩耗性は良好である。
【００３３】
（４）  耐発熱性
グッドリッチ式フレクソ試験機で測定した。初期温度４０℃から２０分間繰返し圧縮を加えた後の温度変化を測定した。
【００３４】
（５）  加工性
ＪＩＳ  Ｋ６３００に基づき、ムーニー試験（１００℃、ＭＬ1+4）を行なった。指数化しており数値が大きいほど良好である。
【００３５】
比較例１、２はポリブタジエンの分子量分布、Ｍｗ／Ｍｎが２．３で本発明の範囲３．５以上から外れるものであり、加工性が劣っている。なお比較例２はカーボンブラックに本発明の範囲内のものを用いており、引張特性、ピコ摩耗およびランボーン摩耗は標準例よりも改善されている。
【００３６】
比較例３は窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）、沃素吸着量（ＩＡ）がいずれも高いカーボンブラックを用いており、破断時伸びが低く発熱が高くなっている。
【００３７】
比較例４はポリブタジエンゴムの配合量が３０重量部を超えているので加工性が悪く、また発熱性も高くなっている。
【００３８】
実施例１〜４はいずれも引張特性、耐摩耗性、低発熱性および加工性が総合的に優れた物性が得られる。
【００３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４０】
【発明の効果】
上述のごとく本発明は特定のミクロ構造で広い分子量分布を有するポリブタジエンゴムをゴム成分に配合するとともに、カーボンブラックに特定の物性のものを使用したため、引張特性を維持しながら耐摩耗性、低発熱性および加工性を改善することができる。