JPH1036704A - カーボンブラック及びゴム組成物 - Google Patents
カーボンブラック及びゴム組成物Info
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- JPH1036704A JPH1036704A JP19251096A JP19251096A JPH1036704A JP H1036704 A JPH1036704 A JP H1036704A JP 19251096 A JP19251096 A JP 19251096A JP 19251096 A JP19251096 A JP 19251096A JP H1036704 A JPH1036704 A JP H1036704A
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Abstract
れた耐摩耗性をもつタイヤトレッド用ゴム組成物を提供
すること。 【解決手段】 CTABが120〜170(m2/g)、圧
縮DBP(24M4DBP)が110〜130(ml/100g)のハ
−ド系領域に属し、かつ (1)窒素吸着比表面積(N2SA);N2SA≦CTAB+40 (2)アグリゲ−ト破壊指数(Ds);Ds≦0.17 (3)比着色力(TINT);110≦TINT≦150 (4)ΔD50/Dst ;0.60≦ΔD50/Dst≦0.85 (5)V(25〜30) ;V(25〜30)≧35(ml/100g) の選択的特性を有するカ−ボンブラック、及び該カーボ
ンブラックをゴム100重量部に対して20〜100重
量部配合したゴム組成物。
Description
ンブラック及びそれを使用した高水準の低燃費性を保持
しながら、非常に優れた耐摩耗性をもつタイヤトレッド
用ゴム組成物に関する。
TM D1765に示される様にその目的に応じ様々な
種類があり、それらは通常、比表面積、ストラクチャ−
など各種特性により分類されている。これらのうち、タ
イヤトレッド用カ−ボンブラックについては、ゴム組成
物として高度の耐摩耗性、低燃費性を実現することが要
求されている。これらの要求性能を満たすためのカ−ボ
ンブラックとしては、例えば、耐摩耗性を向上させるた
めには、窒素吸着比表面積(N2SA)が大きく、圧縮
DBP(24M4DBP)が大きいものが有効であり、
また低燃費性を改善するためには、窒素吸着比表面積
(N2SA)が小さく、圧縮DBP(24M4DBP)
が大きいものが有効であると一般に考えられている。
燃費性を一層向上させるべく、あるいは両特性の両立を
図るべく種々の検討がなされている。たとえば、本願発
明者らは特開平7−233332号公報において、耐摩耗性を
より向上させる手段として、カ−ボンブラックのストラ
クチャ−の機械的強度に着目して、アグリゲ−ト破壊指
数(Ds)を一定値以下に制御することを提案してい
る。アグリゲ−ト破壊指数(Ds)の定義については後
述するが、圧力を加えてストラクチャ−の一部を破壊し
た後に圧縮DBP吸油量を測定する常法において、圧縮
によるアグリゲ−トの破壊状況に着目するものである。
態を示す指標として、水銀ポロシメ−タ−により測定し
たアグリゲ−ト空隙容積のモ−ド直径(Dmp)を指標と
して用いる発明が、特開平6−172587号公報などにおい
て開示されている。さらにまた、特開平7−179663号公
報においては、水銀ポロシメ−タ−により測定したアグ
リゲ−ト粒間ポアのうち、6〜15nmに相当する非常
に小さい空隙や細隙(PV)が、カ−ボンブラックの基
本粒子間のくびれやアグリゲ−ト内部のミクロな空隙に
相当し、この空隙容積が相対的に多い場合はゴム成分に
配合したときにこの空隙内により多くのゴム成分を取り
込み、強固な結合層を形成する指標となりうることが提
案されている。
の低燃費性を保持しながら、より優れた耐摩耗性をもつ
ゴム組成物を提供するために、カ−ボンブラックに求め
られる品質要求はますます高度化している。かかる現状
から、本発明の目的は、新規なゴム配合用カ−ボンブラ
ック、及び、それを使用した高水準の低燃費性を保持し
ながら、非常に優れた耐摩耗性をもつタイヤトレッド用
ゴム組成物を提供することにある。
めの本発明によるカ−ボンブラックは、CTABが12
0〜170(m2/g)、圧縮DBP(24M4DBP)が 110
〜130(ml/100g)のハ−ド系領域に属し、かつ (1)窒素吸着比表面積(N2SA);N2SA≦CTAB+40 (2)アグリゲ−ト破壊指数(Ds);Ds≦0.17 (3)比着色力(TINT);110≦TINT≦150 (4)ΔD50/Dst ;0.60≦ΔD50/Dst≦0.85 (5)V(25〜30) ;V(25〜30)≧35(ml/100g) の選択的特性を有することを特徴とするものである。
位:ml/100g)を測定する常法において、圧縮回数の自
然対数を横軸に、その圧縮回数後におけるそれぞれのD
BP吸油量の自然対数を縦軸にとったグラフに、圧縮回
数1〜6回のDBP吸油量の各測定値の自然対数をプロ
ットし、単回帰により求めたその直線の傾きの絶対値を
示し、ΔD50/Dstは遠心沈降法で測定されるアグリゲ
−トのスト−クスモ−ド径でスト−クス径分布の半値幅
を除した値を示し、V(25〜30)は、水銀ポロシメ−タ
−により測定される直径25nm〜30nmの空隙の総
容積を示すものである。
ゴム組成物は、ゴム100重量部に対し、請求項1記載
のカ−ボンブラックを20〜100重量部配合したこと
を特徴とする。
成する各選択的特性値は、以下の測定方法によるものと
する。 (a)CTAB(CTAB吸着比表面積);ASTM D3
765に準拠する。 (b)圧縮DBP(24M4DBP);ASTM D3493
に準拠し、24000 psi の圧力を加えて圧縮を4回
繰り返した後のDBP吸油量である 24M4DBP を測定す
る。 (c)N2SA(窒素吸着比表面積);ASTM D3
037に準拠する。
−ボンブラックに24000 psi の圧力を加えてスト
ラクチャ−の一部を破壊した後に圧縮DBP吸油量(単
位:ml/100g)を測定する常法において、圧縮回数の自
然対数を横軸に、その圧縮回数後におけるそれぞれのD
BP吸油量の自然対数を縦軸にとったグラフに、圧縮回
数1〜6回のDBP吸油量の各測定値の自然対数をプロ
ットし、単回帰により求めたその直線の傾きの絶対値を
Dsと定義する。 (e)TINT(比着色力);ASTM D3265に
準拠する。
置(Brookhaven社製)を用いて測定する。少量の界面活
性剤を含む10vol%エタノ−ル水溶液50ml中に
カ−ボンブラック10mgを超音波により分散させる。
8000rpmの回転数でスピン液(純水)を10ml
加えた後、1mlのバッファ−液(10vol%エタノ
−ル水溶液)を注入する。その後、カ−ボンブラック分
散液0.5mlを注射器で加えて遠心沈降させ、アグリ
ゲ−トのスト−クスモ−ド径であるDst及びアグリゲ−
トのスト−クス径分布の半値幅ΔD50を測定する。この
ときΔD50/Dstはアグリゲ−ト径分布を表す指標とな
り、この値が小さいほどアグリゲ−ト径分布がシャ−プ
なことを意味する。
nmの空隙の総容積);水銀ポロシメ−タ−((株)島
津製作所製、Micromeritics Auto−Pore 9200)を用い
て、セル中に約0.15gのカ−ボンブラックを充填
し、水銀圧力を増加させながら圧入水銀量を測定する。
そのときの水銀圧力と水銀が圧入するカ−ボンブラック
の空隙直径は、Washburn の式により算出される。空隙
直径25nm相当の圧力までに圧入した水銀の総容積
(単位:ml/100g)から空隙直径30nm相当の圧力ま
でに圧入した水銀の総容積(単位:ml/100g)を差し引
いた値(単位:ml/100g)を直径25nm〜30nmの
空隙の総容積V(25〜30)とする。
ABが120〜170(m2/g)、圧縮DBP(24M4
DBP)が110〜130(ml/100g)のハード系領域
に属し、特に以下の特性を有するものでなければならな
い。 ・先ずCTAB(CTAB 吸着比表面積)は、120〜1
70(m2/g)の範囲とする。この値が120より小さい
と配合ゴム組成物の耐摩耗性が低下し、170より大き
いと耐摩耗性の低下と低燃費性の悪化をきたし、いずれ
も好ましくない。 ・圧縮DBP(24M4DBP)は、110〜130
(ml/100g)の範囲とする。この値が110より
小さいと配合ゴム組成物の耐摩耗性の低下と低燃費性の
悪化をきたし、130より大きいと加工性が低下し、い
ずれも好ましくない。
AB吸着比表面積に40を加えた値以下とする。この値
を超えると配合ゴム組成物の耐摩耗性の低下と低燃費性
の悪化をきたし好ましくない。下限値については特に限
定しないが、検討した範囲ではCTAB吸着比表面積の
値以下( N2SA≦CTAB)のものは得られていな
い。 ・アグリゲ−ト破壊指数(Ds)は0.17以下とす
る。この値を超えると配合ゴム組成物の耐摩耗性が低下
し好ましくない。下限値については特に限定はないが、
検討した範囲では0.08以下のものは得られていな
い。
の範囲とする。この値が110より小さいと配合ゴム組
成物の耐摩耗性が低下し、150より大きいと低燃費性
が悪化し、いずれも好ましくない。 ・ΔD50/Dstは0.60〜0.85の範囲とする。
0.60より小さいと配合ゴム組成物の低燃費性が悪化
し、0.85より大きいと耐摩耗性が低下し、いずれも
好ましくない。
とする。この値を下回ると配合ゴム組成物の耐摩耗性が
低下し好ましくない。上限値については特に限定はない
が、検討した範囲では55以上のものは得られていな
い。この25nm〜30nmという空隙直径はゴム分子
の平均的な大きさと同程度と見なされる。したがって、
V(25〜30)が多いほど、カ−ボンブラックのアグリゲ
−ト空隙内に入り込み相互作用して補強特性に関与する
ゴム分子が多くなることになる。すなわち、カ−ボンブ
ラックのV(25〜30)が多いほど、それを使用したゴム
組成物の補強特性が向上し耐摩耗性が向上する。
は、水銀ポロシメ−タ−により測定したアグリゲ−ト粒
間ポアのうち、6〜15nmの空隙総容積(PV)が相
対的に多い場合は、耐摩耗性、低燃費性に優れたゴム組
成物を提供することができることが提案されている。し
かし、直径25nm〜30nmの空隙よりもはるかに小
さい直径6nm〜15nmの空隙の総容積では、カ−ボ
ンブラックとゴムが相互作用するカ−ボンブラック表面
付近のミクロな領域での現象に着目しているが、これは
カ−ボンブラックによるゴム補強機構の説明としては不
十分である。
強は、ゴム分子がカ−ボンブラック空隙内に取り込まれ
ることによって発現されるが、それにはカ−ボンブラッ
クのゴム分子を取り込み得る空隙容積が大きな因子とな
るはずである。したがって、直径25nm〜30nmの
空隙よりもはるかに小さい直径6nm〜15nmの空隙
の総容積では耐摩耗性、低燃費性に優れたゴム組成物を
提供するための指標としては不十分である。
ブラックは、炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に
装着された燃焼バーナーを備える燃焼室と、該燃焼室と
同軸的に連設された原料油噴射ノズルを有する2〜3段
階の狭径反応室及び広径反応室により構成されるオイル
ファーネス炉を用い、原料油の供給量及び原料油の供給
箇所、燃料油及び空気,酸素ガス又はその混合物からな
る燃焼用ガスの供給量等を調整することによって製造す
ることができる。また特に本発明の重要特性であるΔD
50/Dst及びV(25〜30)を所定の範囲に制御する方法
としては、前述の製造方法において燃料油量、原料油量
及び原料供給箇所などの変更が有効である。
ラックは、常法に従ってポリブタジエンゴム、スチレン
ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム等のジエ
ン系合成ゴム、天然ゴムもしくは前記ジエン系合成ゴム
と天然ゴムの1種もしくは2種以上に配合する。カーボ
ンブラックの配合比率は、ゴム成分100重量部に対し
20〜100重量部に設定する。カーボンブラックの配
合比率が20重量部を下廻ると配合ゴムに十分な耐摩耗
性が付与されず、100重量部を越えると配合物の粘度
が上昇するため混練加工性が著しく減退する。配合に際
しては、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、酸化(老
化)防止剤、軟化剤、可塑剤等の必要成分とともに混練
し加硫処理することによって、高水準の低燃費性を保持
しながら、非常に優れた耐摩耗性を持った所望のタイヤ
トレッド用ゴム組成物を得ることができる。
とともに説明する。本発明の特性を備えるカ−ボンブラ
ックの製造方法に使用されるオイルファーネス炉の一例
としては、炉の軸方向に装着した燃料バーナーの周囲か
ら接線方向に空気を供給する空気供給口を有する燃焼室
(内径 350mm、長さ 200mm)に引き続き、半角 15
°のテーパ角を有する縮小テーパ部、円筒直管部(内径
150mm,長さ 250mm)、各々炉軸に対して直角方向
に原料が供給できる原料供給口を備えた第 1 反応室
(内径 105mm,長さ 1720mm)、第 2 反応室(内径
75mm,長さ 600mm)、拡大テーパ部(テーパ角
度:半角 3°)、および、冷却水スプレー装置を備えた
反応停止部(内径 170mm)から構成されるオイルファ
ーネス炉を用いて、第 1 反応室、第 2 反応室、拡大テ
ーパ部のうち任意に 1箇所以上でかつ炉断面に対して原
料が均一に供給される様に、原料供給口を選択し、原料
に石炭系重質油(比重 1.05(100/4℃)、BMCI 15
0)を用いるとともに、製造条件を適宜変更することに
より、本発明の特性を備えるカ−ボンブラックを得る。
に具体的な実施例について説明する。かかる実施例は本
発明の一態様を示すものであり、本発明はこれによって
限定されるものではなく本発明の範囲で任意に変更でき
る。
ーネス炉を用いて、表1に示す通り、原料油量、燃料油
量及び空気供給量、原料供給箇所等の条件を変更して製
造した。このようにして得られたカ−ボンブラックの特
性値を表3上部欄にまとめて示す。
ラックのゴム組成物としての性能評価は、表2に示すA
STM D3192に準拠して行った。即ちカ−ボンブ
ラックは天然ゴムとともに配合混練し、加硫条件145
℃、30分で加硫を行ってゴム組成物とした。
価を下記の条件で行い、その結果を表3下部欄にまとめ
て示した。 (1)摩耗特性の評価 表3の耐摩耗性の評価は、岩本製作所社製ランボ−ン摩
耗試験機を用いてスリップ率25%、60%の2条件で
下記の通りで行った。 装置 ; 岩本製作所社製 単連ランボ−ン摩耗試験機 砥石 ; 外径305mm、粒GC、粒度80、結合度K サンプル; 外径49mm、内径23mm、幅5mm 砂 ; カ−ボランダム90メッシュ 条件 ; サンプル速度 50.8m/分(330rpm) 落砂量 15g/分
クトロメ−タ−を用いて60℃の損失正接(以下tan
δ(60℃)で示す)を測定した。 装置 ; 東洋精機社製 粘弾性スペクトロメ−タ− サンプル ; 長さ20mm、幅5mm、厚さ2mm 測定温度 ; 60℃ 周波数 ; 20Hz 初期ひずみ; 10% 振幅 ; 2%
レードN−220標準品(新日鐵化学製:ニテロン#3
00)を100としたときの対比で示した。なおタイヤ
トレッド用カーボンブラックとしては、一般にN−11
0、N−220等の汎用グレードが多く用いられてい
る。そこでここでは、汎用グレードからの改良度合いを
性能の指標とする意味で、汎用グレードN−220標準
品をリファレンス(基準値100)とした。実施例、比
較例の耐摩耗性、燃費特性の評価はN−220標準品
(ニテロン#300)の標準配合とゴム硬度を等しくし
て行った。すなわち実施例、比較例についてはカ−ボン
ブラックの配合変量を行い、N−220標準品(ニテロ
ン#300)の標準配合とゴム硬度の等しい点での耐摩
耗性、燃費特性の値を採用して比較した。耐摩耗性は値
の高いものほど摩耗が少なく耐摩耗性が優れていること
を示す。燃費特性は値の低いものほど発熱が小さく燃費
特性が優れていることを示す。
件を満たす実施例1〜3はすべて、比較例1〜3と比較
すると高水準の低燃費性を保持しながら、非常に優れた
耐摩耗性をもつことがわかる。一方本発明で規定した条
件を満たしていない比較例1〜3の場合は、標準品より
改善されてはいるが、実施例ほど両特性が同時に改善さ
れていない。即ち比較例1,2では、カーボンブラック
の特性値であるV(25〜30)については本発明の範囲外
にあるため実施例1〜3よりも耐摩耗性が低下してい
る。比較例3ではV(25〜30)については本発明の
範囲内にあるが、ΔD50/Dstについては本発明の範囲
外にあるため、即ちここでは上限を上回っているため実
施例1〜3よりも耐摩耗性が低下している。
用したゴム組成物を、トラック、バス及び乗用車のタイ
ヤトレッド用として用いた場合、高水準の低燃費性を保
持しながら、非常に優れた耐摩耗性をもつタイヤトレッ
ド用ゴム組成物を提供することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 CTABが120〜170(m2/g)、圧
縮DBP(24M4DBP)が 110〜130(ml/100g)の
ハ−ド系領域に属し、かつ (1)窒素吸着比表面積(N2SA);N2SA≦CTAB+40 (2)アグリゲ−ト破壊指数(Ds);Ds≦0.17 (3)比着色力(TINT);110≦TINT≦150 (4)ΔD50/Dst ;0.60≦ΔD50/Dst≦0.85 (5)V(25〜30) ;V(25〜30)≧35(ml/100g) の選択的特性を有するカ−ボンブラック。(但し、Ds
は圧縮DBP吸油量(単位:ml/100g)を測定する常法
において、圧縮回数の自然対数を横軸に、その圧縮回数
後におけるそれぞれのDBP吸油量の自然対数を縦軸に
とったグラフに、圧縮回数1〜6回のDBP吸油量の各
測定値の自然対数をプロットし、単回帰により求めたそ
の直線の傾きの絶対値を示し、ΔD50/Dst は遠心沈
降法で測定されるアグリゲ−トのスト−クスモ−ド径で
スト−クス径分布の半値幅を除した値を示し、V(25〜
30)は水銀ポロシメ−タ−により測定される直径25n
m〜30nmの空隙の総容積を示す。) - 【請求項2】 ゴム100重量部に対し、請求項1記載
のカ−ボンブラックを20〜100重量部配合したこと
を特徴とするゴム組成物。
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JP19251096A JP3809230B2 (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | カーボンブラック及びゴム組成物 |
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