JPH10287769A

JPH10287769A - ゴム組成物及びそれを用いた空気入りタイヤ

Info

Publication number: JPH10287769A
Application number: JP9095741A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Aoki; 宏文青木; Shunji Araki; 俊二荒木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-14
Also published as: EP0872514A1; ES2224333T3; DE69825202T2; JP3585017B2; DE69825202D1; US5985977A; EP0872514B1

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性、引裂抵抗性及び低発熱性の全てに
優れたカーボンブラック補強ゴム組成物及びそれを用い
た空気入りタイヤを提供すること。【解決手段】天然ゴム又はジエン系合成ゴムに、セチ
ルトリメチルアンモニウムブロマイド表面積、ジブチル
フタレート吸着油量、凝集体径分布の最頻値、凝集体径
分布の半値幅と凝集体径分布の最頻値との比、窒素吸着
比表面積と沃素吸着量との比、及びセチルトリメチルア
ンモニウムブロマイド表面積と沃素吸着量との比が一定
範囲にある特定性状のカーボンブラックを配合したゴム
組成物、及びそれをトレッドに用いた空気入りタイヤで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はゴム組成物及びそれ
を用いた空気入りタイヤに関する。さらに詳しくは、本
発明は、耐摩耗性、引裂抵抗性及び低発熱性に優れたカ
ーボンブラック補強ゴム組成物及び上記特性を有する補
強ゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤに関す
るものある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気入りタイヤのトレッドゴ
ム等の耐摩耗性を改良する方法として、カーボンブラッ
クの粒子径やストラクチャー（凝集体）等のコロダイル
特性に着目しての改良がなされている。かかるカーボン
ブラックの改良としては、一般には、カーボンブラック
の粒子径が小さく、かつストラクチャーの大きいものを
使用することにより、カーボンブラックとポリマー間の
相互作用を強め、ゴム補強性を向上させる手法や、カー
ボンブラックの表面活性度を上げ、耐摩耗性を改良する
手法がとられている（特開昭６３−２６４６４７号，特
開平１−２７５６４３号等）。また、最近では、カーボ
ンブラックの一次粒子の凝集体分布をシャープ化するこ
とにより、ゴム補強の阻害要因と考えられる凝集体の大
粒径成分の割合を減少させる手法も提案されている（特
開昭６３−２６４６４７号，特開平６−２７９６２４号
等）。

【０００３】しかし、一般に微粒子化することは低発熱
性（発熱性）を悪化させる傾向にあるので、特に苛酷な
条件で使用されることの多いトラック、バス等用の重荷
重用空気入りタイヤにとっては問題が大きく、また、微
粒子化し過ぎたカーボンブラックを使用すると、カーボ
ンとポリマーの結合相、いわゆるカーボンゲルが増加し
て未加硫粘度が上昇し、このため加工性が著しく低下
し、また配合ゴム中でのカーボンの分散度も低下して耐
摩耗性が逆に低下するという問題点があった。また、カ
ーボンブラックを添加し過ぎると配合ゴムが硬くなり過
ぎて工業的に加工することが困難となるという問題点が
あった。しかもこの際、ゴム物性上もカーボンブラック
が配合ゴム中で分散不良を起こし耐摩耗性の向上が図れ
なかった。一方、ストラクチャーが大きいカーボンブラ
ックを使用すると、ゴムの弾性率が高くなり、このため
破断時の伸びが低下し、ゴムの引裂抵抗性を悪化させる
こととなる。さらに、カーボンブラックの表面活性を高
めることにより耐摩耗性を向上させる手法でもゴム破断
時伸びが低下して引裂抵抗性（引裂性）に悪影響を及ぼ
すため、特に引裂抵抗が大きいゴムが要求される重荷重
用空気入りタイヤのトレッドゴムに適用することには問
題があった。このように、従来のカーボンブラックによ
る耐摩耗性向上の手法は、一方では、発熱性や引裂性に
悪影響を与えることになり、特に重荷重用空気入りタイ
ヤの耐摩耗性の改良効果には限界にあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況下で、トレッドゴムの発熱性、引裂性を悪化させる
ことなく耐摩耗性が著しく改良された空気入りタイヤを
提供すること目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の好
ましい性質を有するゴム組成物について鋭意研究を重ね
た。その結果、カーボンブラックの改良として、単にハ
イストラクチャー化した場合には、引裂性を悪化させる
が、それと同時にカーボンブラックの表面活性を小さく
すれば、カーボンブラック補強ゴムの弾性率の増大が抑
制され、ゴムの破断時の伸びは大きくなり、ひいては引
裂性が充分確保できることを知見した。また、本発明者
らは、単にカーボンブラックを微粒子化したものを使用
した場合には、ゴムの発熱性が悪化し、また分散性の悪
化に伴い、従来以上の耐摩耗性を向上することは期待で
きないが、それと同時にカーボンブラック凝集体分布の
分布幅をより広げれば、カーボンブラック補強ゴムの発
熱性及び分散性の低下が抑制される一方で、耐摩耗性も
大きく改良されることを知見した。本発明は、かかる知
見に基づいて完成したものである。

【０００６】すなわち、本発明は、天然ゴム又はジエン
系合成ゴムの少なくとも一種のゴム１００重量部に、カ
ーボンブラックの特性として、（イ）セチルトリメチル
アンモニウムブロマイド表面積（ＣＴＡＢ）が１２０〜
１５５ｍ²／ｇ、（ロ）ジブチルフタレート吸油量（Ｄ
ＢＰ）が１３０〜１７０ｍｌ／１００ｇ、（ハ）凝集体
径分布の最頻値（Ｄst）が８０ｎｍ以上、（ニ）凝集体
径分布の半値幅（ΔＤ ₅₀）と凝集体径分布の最頻値（Ｄ
st）との比ΔＤ₅₀／Ｄstが０.8０〜１.0０であり、
（ホ）窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）と沃素吸着量（Ｉ
Ａ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０.8５〜０.9７であ
り、かつ、（ヘ）ＣＴＡＢとＩＡとの比（ＣＴＡＢ／Ｉ
Ａ）が０.7０〜０.9０であるカーボンブラックを、３０
〜７０重量部配合したゴム組成物を提供するものであ
る。さらに本発明は、上記のゴム組成物をトレッドに用
いた空気入りタイヤをも提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明のゴム組成物は、天然ゴム
又はジエン系合成ゴムに特定のコロイダル性状を有する
カーボンブラックを配合したものである。上記ジエン系
合成ゴムとしては、例えはポリブタジエンゴム、ポリイ
ソプレンゴム、スチレン・ブタジエン共重合ゴム等を挙
げることができる。好ましくは、本発明で使用されるゴ
ム成分としては、シス１，４ポリブタジエンゴム１０〜
６０重量部と天然ゴム又はポリイソプレンゴム４０〜９
０重量部とをブレンドしたものが用いられる。また、本
発明において使用されるカーボンブラックの特性値は以
下の方法により測定される。（１）ＣＴＡＢはＡＳＴＭ３７６５−８０に準拠した。（２）ＩＡ及びＤＢＰはＪＩＳＫ６２２１−１９８２
（Ａ法）に準拠した。（３）Ｎ₂ＳＡはＡＳＴＭＤ３０３７−８８に準拠し
た。（４）凝集体分布の測定は、遠心沈降法によるものであ
り、Joyce Loebl 社製、Disk Centrifuge Photosedimen
tometer （ＤＣＦ）を使用し、次の方法によって測定を
行った。まず、乾燥したカーボンブラックを精秤し、微
量の界面活性剤を含む２０％エタノール水溶液と混合し
てカーボンブラック濃度５０ｍｇ／１の分散液を作成
し、これを超音波で充分に分散させ試料溶液とした。Ｄ
ＣＦの回転数を８０００ｒｐｍに設定し、スピン液（蒸
留水）を１０ｍｌ加えたのち、１ｍｌのバッファー液
（２０％エタノール水溶液）を注入した。次いで、試料
0.５ｍｌを注射器で加えたのち、一斉沈降法により、凝
集体分布曲線を作成した。この曲線における最大頻度の
ストークス相当径をＤstとした。また、この最大頻度の
１／２となる大小２点の差をΔＤ₅₀とした。

【０００８】本発明において使用するカーボンブラック
の特性として、セチルトリメチルアンモニウムブロマイ
ド表面積（ＣＴＡＢ）は、１２０〜１５５ｍ²／ｇ、好
ましくは１２５〜１５０ｍ²／ｇである。１２０ｍ²／ｇ
未満の場合は耐摩耗性のレベルを維持できなくなり、１
５５ｍ²／ｇを超えると、加工性及び加硫ゴム組成物の
発熱性が低下する。また、ジブチルフタレート吸油量
（ＤＢＰ）は、１３０〜１７０ｍｌ／１００ｇ、好まし
くは、１３５〜１６０ｍｌ／１００ｇである。１３０ｍ
ｌ／１００ｇ未満の場合も耐摩耗性の充分な改良効果が
得られず、１７０ｍｌ／１００ｇを超えると、加工性及
び加硫ゴム組成物の引張特性が低下し引裂抵抗性に劣
る。また、表面活性指数、即ち窒素吸着比表面積（Ｎ₂
ＳＡ）と沃素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）
は0.８５〜0.９７、好ましくは０.8７〜０.9５である。
0.９７を超える場合には、たとえＤＢＰが本発明の範囲
にあるとしても、破断時の伸びの低下が少なく、引裂抵
抗性に悪影響を与える。また、その下限はカーボンブラ
ック製造上から0.８５である。

【０００９】さらに、凝集体径分布の最頻値（Ｄst）は
８０ｎｍ以上である。８０ｎｍ未満では、カーボンブラ
ックの分散性及び発熱性が大きく悪化する。また、その
上限は本領域のカーボンブラックでは製造上１２０ｎｍ
である。凝集体径分布の半値幅（ΔＤ₅₀）と凝集体径分
布の最頻値（Ｄst）との比ΔＤ₅₀／Ｄstについては0.８
０〜１.0０である。0.８０未満では、カーボンブラック
の分散性及び発熱性が大きく悪化する。また、ＣＴＡＢ
とＩＡとの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）は０.7０〜0.９０、好
ましくは０.7５〜０.8５である。０.7０未満では、カー
ボンブラックの製造が困難となり、0.９０を超えれば引
裂抵抗性が劣る。

【００１０】本発明における上記のカーボンブラック
は、例えば、特開平４−２６４１６５号公報の図１に開
示されたとほぼ同様のカーボンブラック製造炉を用いて
製造することができる。即ち、可燃性流体導入室（内径
４５０ｍｍφ、長さ４００ｍｍ）に内部に炉頭部外周か
ら導入される酸素含有ガスを整流する整流板を有する酸
素含有ガス導入用円筒（内径２５０ｍｍφ、長さ３００
ｍｍ）とその中心軸に燃料導入装置を備え、前記円筒の
下流側は次第に収れんする収れん室（上流端内径３７０
ｍｍφ、下流端径８０ｍｍφ、収れん角度5.３度）とな
り、かつ収れん室の下流側には、４つの原料油噴霧器を
同一平面上に備えた４つの別個の平面を形成する原料油
噴霧集合装置が設置された原料油導入室を有し、この下
流側には反応室及び反応停止用急冷水圧入噴霧装置を備
えた反応継続兼冷却室（内径１４０ｍｍφ、長さ２００
０ｍｍ）からなる、全体が耐火物で覆われた製造炉を用
いて製造される。

【００１１】より詳しく製造条件を説明すると、表面積
（Ｎ₂ＳＡ）の調整は原料導入量と総空気導入量との比
率を変化させることにより行なうことができ、導入空気
量の割合を増加させることにより表面積は増大する。２
つの表面積指標の比、Ｎ₂ＳＡ／ＩＡの制御はカーボン
ブラック生成反応後の反応停止位置、すなわち原料油が
炉内に導入されてから冷却されるまでの時間により行な
うことができ、より下流側で冷却する（反応停止までの
時間が長い）で行なうことによりこの値は小さくなる。
本発明カーボンブラックは、原料油導入位置（複数平面
使用時は最下流側）から急冷位置までの反応時間を３０
ミリ秒を上回る操業条件を用いることにより本発明に好
適なカーボンブラックを得ることができる。アグリゲー
ト特性におけるストークス相当径のモード径（Ｄst）お
よびΔＤ₅₀／Ｄstを従来よりも大きく制御することが本
発明の重要ポイントであるが、この制御は原料油の導入
位置及び原料油の特性（導入時の温度、粘度及び圧力）
により行なうことができ、導入位置を上流側にする、原
料油温度を低下させる（粘度を上げる）ことによりＤst
を大きくすることができる。アグリゲート分布の指標で
あるΔＤ₅₀は、使用する原料導入面を複数とする、アル
カリ金属の導入位置を変化させるなどの手段により広い
側に制御することができる。

【００１２】なお、本発明における上記のカーボンブラ
ックの添加量は、ゴム１００重量部に対して３０〜７０
重量部、好ましくは４０〜６０重量部である。３０重量
部未満では補強効果が少なく、実用上使用できなくな
り、また、７０重量部を超えると発熱性及び引裂性が低
下し、重荷重量用タイヤとして実用上充分な性能が得ら
れない。本発明におけるゴム組成物には、必要に応じて
更に加硫剤，硫黄，加硫促進剤，老化防止剤，軟化剤あ
るいは充填剤等が適宜配合される。

【００１３】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して、本発明に
ついて具体的に説明するが、本発明はこれらによって制
約されるものではない。試験測定法下記の実施例及び比較例における各種の試験測定法は、
以下の通りである。（１）耐摩耗性試験１０トントラックにサイズ１0.００Ｒ２０１４ＰＲの
試験タイヤを装着し、良路１０万ｋｍの実地走行を行っ
た後、溝の深さを測定し、比較例１をコントロールとす
る指数で示した。数値が大きい程、耐摩耗性は良好であ
る。（２）引裂性試験走行タイヤよりＪＩＳ＃３サンプルを採取し、インスト
ロン引張試験機により破断時の伸びを測定し、比較例１
をコントロールとする指数で示した。数値が大きい程、
引裂性は良好である。（３）発熱性試験タイヤトレッドより、長さ２０ｍｍ，幅4.７ｍｍ，厚さ
２ｍｍのサンプルを採取し、スペクトロメーターを用
い、加振周波数５２Ｈｚで、２％の繰り返し歪みを加え
て５０℃のtan δを測定し、比較例１をコントロールと
する指数で示した。数値が大きい程低発熱性は良好であ
る。

【００１４】カーボンブラックの製造例下記の実施例１〜４及び比較例１〜４において用いたカ
ーボンブラックの製造条件は、前述の製造装置を用い
て、原料油導入位置、導入総空気量、原料油導入量、原
料油導入圧力及び温度、反応停止冷却水導入位置、燃料
導入量などの条件を、第１表に示す如く調整して製造し
たものである。なお、燃料には比重0.８６２２（１５℃
／４℃）のＡ重油用い、原料油としては第２表に示した
性状の重質油を使用した。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】実施例１〜４及比較例１〜４上記の製造例により得られたカーボンブラックを用い
て、各成分を配合したゴム組成物を製造し、更にこのゴ
ム組成物をトレッドゴムに用いたサイズ１0.００Ｒ２０
１４ＰＲの試験タイヤを製造し、このタイヤについて
各種の試験を行った。なお、このゴム組成物の基本的な
配合内容は以下の通りである。ゴム１０0.０重量部カーボンブラック５0.０重量部ステアリン酸 2.０重量部亜鉛華 3.５重量部老化防止剤^*1 2.０重量部加硫促進剤^*2 1.３重量部硫黄 1.０重量部＊１：老化防止剤として、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を用い
た。＊２：加硫促進剤として、Ｎ^'−シクロヘキシル−２−
ベンゾチアジルスルフェンアミドを用いた。上記の試験に用いたカーボンブラックの特性値及び試験
結果を第３表に示す。なお、比較例１には、市販のカー
ボンブラック（キャボット社製、商品名バルカン１０
Ｈ）を用いた。

【００１９】比較例５及び６第３表に示すカーボンブラック用い、且つその配合量を
本発明の範囲外として、実施例１と同様の試験を行っ
た。結果を第３表に示す。

【００２０】

【表４】

【００２１】（注）タイヤ性能の数値は、比較例１を１
００としたときの指数であり、いずれも数値が大きい程
性能が良いことを示す。

【００２２】

【表５】

【００２３】（注）タイヤ性能の数値は、比較例１を１
００としたときの指数であり、いずれも数値が大きい程
性能が良いことを示す。

【００２４】以上の結果から、次のことが分かる。すな
わち、実施例１〜４は、本発明の範囲内の４種のカーボ
ンブラックを使用した場合であり、特に、実施例１，２
及び３では、引裂性の改良と共に、耐摩耗性と発熱性も
格段に改良されている。また、実施例４では、発熱性は
比較例１と同程度であるが、耐摩耗性と引裂性が著しく
優れている。一方、比較例１は、市販のカーボンブラッ
クであり、ＡＳＴＭＮ１３４グレードに相当するもの
である。比較例２は、ＣＴＡＢとＤＢＰが共に本発明の
範囲内だが、その他の特性は本発明の範囲外にある場合
であり、引裂性と発熱性が特に低い。比較例３は、ＣＴ
ＡＢ，ＤＢＰ及びＣＴＡＢ／ＩＡは本発明の範囲内にあ
るが、その他の特性は本発明の範囲外にある場合であ
り、特に引裂性が悪い。比較例４は、Ｄst及びΔＤ₅₀／
Ｄstが本発明の範囲外の場合であり、耐摩耗性が悪い。
また、比較例５及び６は、ＣＴＡＢ，ＤstとＣＴＡＢ／
ＩＡが本発明の範囲外であり、カーボンブラックが７０
重量部を超える比較例５では、特に引裂性と発熱性が悪
く、カーボンブラックが３０重量部未満の比較例６で
は、特に耐摩耗性が悪くなっている。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、従来知られている耐
摩耗性改良用のカーボンブラックとは全く異なる新規な
特性を有するカーボンブラックを用いたゴム組成物及び
それを用いた空気入りタイヤを提供することができる。
即ち、本発明によるゴム組成物をトレッドに用いた空気
入りタイヤは、耐摩耗性、引裂性及び発熱性の全ての性
能が、従来のタイヤと比べて一段と向上したものとな
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ゴム又はジエン系合成ゴムの少なく
とも一種のゴム１００重量部に、カーボンブラックの特
性として、（イ）セチルトリメチルアンモニウムブロマ
イド表面積（ＣＴＡＢ）が１２０〜１５５ｍ²／ｇ、
（ロ）ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が１３０〜
１７０ｍｌ／１００ｇ、（ハ）凝集体径分布の最頻値
（Ｄst）が８０ｎｍ以上、（ニ）凝集体径分布の半値幅
（ΔＤ₅₀）と凝集体径分布の最頻値（Ｄst）との比ΔＤ
₅₀／Ｄstが０.8０〜１.0０であり、（ホ）窒素吸着比表
面積（Ｎ₂ＳＡ）と沃素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂Ｓ
Ａ／ＩＡ）が０.8５〜０.9７であり、かつ、（ヘ）ＣＴ
ＡＢとＩＡとの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）が０.7０〜０.9０
であるカーボンブラックを、３０〜７０重量部配合した
ゴム組成物。
【請求項２】カーボンブラックの特性が、（イ）セチ
ルトリメチルアンモニウムブロマイド表面積（ＣＴＡ
Ｂ）が１２５〜１５０ｍ²／ｇ、（ロ）ジブチルフタレ
ート吸油量（ＤＢＰ）が１３５〜１６０ｍｌ／１００
ｇ、（ハ）凝集体径分布の最頻値（Ｄst）が８０ｎｍ以
上、（ニ）凝集体径分布の半値幅（ΔＤ₅₀）と凝集体径
分布の最頻値（Ｄst）との比ΔＤ₅₀／Ｄstが０.8０〜
１.0０であり、（ホ）窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）と
沃素吸着量（ＩＡ）との比（Ｎ₂ＳＡ／ＩＡ）が０.8７
〜０.9５であり、かつ、（ヘ）ＣＴＡＢとＩＡとの比
（ＣＴＡＢ／ＩＡ）が０.7５〜０.8５である請求項１記
載のゴム組成物。
【請求項３】請求項１または２に記載のゴム組成物を
トレッドに用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。