JPS5986641A - ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、選択的特性を有するカーボンブラックを配合
した低発熱性と高補強性を同時に兼備する物性のゴム組
成物に関する。

ゴム配合用のカーボンブラックにおいては、電子顕微鏡
法、ＢＥＴ窒素吸着法またはよう素吸着法などの測定値
により示される粒子径（または比表面積）およびＤＢＰ
吸油量によって指標されるストラフチア−が古くから主
要特性とされている。

ところが、上記代表特性と配合ゴム物性とくに自動車用
タイヤのカーカス、アンダートレッド部のゴム質として
要求される低発熱性および高補強性に対する付与効果と
の間には、粒子径が大きくなり、ストラフチア−が小さ
くなるに従って発熱性は低下改善される一方、補強性の
面では悪化傾向をもたらす背反的関係にある。このため
、これら両特性のみの調整によって配合ゴムに低位の発
熱性を保持させ々から高補強性能の付与を期待すること
は極めて困難とされていた。

出願人は、ゴム成分と配合カーボンブラックの相互作用
が粒子径およびストラフチア−以外の特性要素により著
るしく影響を受ける点に着目して研究を重ね九結果、着
色力値の増大化が補強性向上の寄与に効果的である事実
を確認し、この知見に基づいて電子顕微鏡平均粒子直径
（ａｎ）３１ｍμ以上、よう素吸着量４０〜６０岬／ｆ
、ＤＢＰ吸油ｔ９０〜１３０ｒｎｌ／　１００　ｔの低
発熱性付与領域にあるソフト系カーボンブラックに着色
力１７５チ以上の選択的特性を付加することＫよって低
発熱性と高補強性を同時に備えるゴム組成物の開発に成
功（特許第１０３２１７５号、特公昭５４−１３４６１
）した。しかしながら、該先願特性のカーボンブラック
は、配合の条件によってゴム成分のムーニー粘度を高め
る挙動を示し、応々にして練り押出加工面の円滑性を損
ねる実用上の難点がある。

本発明は、先願技術の着色力とは別異のコロイダル特性
として粒子凝集体分布のストークスモード径（以下、「
Ｄｓｔモード径」という。）を選択付加することＫよっ
て上記の難点を解消するとともに、これに匹敵する補強
性能をもつゴム組成物を提供するものである。

すなわち、本発明のゴム組成物は、電子顕微鏡平均粒子
直径（ａｎ）３１ｍμ以上、よう素吸着量４０〜６０ｑ
／ｆ、ＤＢＰ吸油量９０〜１５０耐／１００ｔの特性領
域にあるファーネスカーボンブラックにおいて、Ｄｓｔ
モード径Ｃｍｐ＞が（２，６５（ａｎ）　＋　０．６４
（ＤＢＰ）−２７，５６）式から得られる値以下である
選択的特性を有するカーボンプラッ本発明に適用される
カーボンブラックの各特性数値は、以下の測足方法によ
る値が用いられる。

（１）電子顕微鏡平均粒子直径（ａｎ）カーボンブラッ
ク試料を超音波洗浄器により周波数２８ＫＨなで３０分
間クロロホルムに分散させた後、分散試料をカーボン支
持膜に固定する。

〔詳細は、例えば「粉体物性図説」（粉体工学研究会細
編）６８頁（Ｃ）「水面農法」Ｋ記述されている〕。こ
れを電子顕微鏡で直接倍率２０，０００倍、総合倍率８
０，０００〜１００，０００倍に撮影し、得られた写真
からランダムＫｌ、０００個以上のカーボンブラック粒
子について直径を計測して３ｍμごとの区分により作成
したヒストグラムから算術平均粒子直径（ａｎ）を求め
る。

（２）　　よう素吸着量 Ｊ工Ｓ　Ｋ６２２１（１９７５）　［ゴム用カーボンブ
ラックの試験方法Ｊ　６．１．１項の方法による。

（３１ＤＢＰ吸油量 Ｊ工８　Ｋ６２２１（１９７５）　「ゴム用カーボンブ
ラックの試験方法Ｊ　６．１．２項、吸油量Ａ法による
。

（４）　　Ｄｓｔモード径 Ｊ工８　Ｋ６２２１（１９７５）６．２．１項Ｂ法に基
づいて乾燥したのち精秤採取したカーボンブラック検体
を少量の界面活性剤（分散媒）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＋００ｑ／ｌの
分散液を作成し、超音波で十分に分散させて試料とする
。ディスク・セントリフユージ装Ｍ（英国Ｊｏｙｅｅ　
Ｌｏｅｂ１社製）を６０００ｒｐｍの回転速度に設定し
、スピン液（２チグリセリン水溶液）を１０〜２０−の
範囲内で加えたのちｌ■ｌのバッファー液（エタノール
水溶液）を注入する。ついで、試料液０．５〜１．０−
を注射器で加えて遠心沈降を開始し、同時に記録計を作
動させて光学的に凝集体を分別記碌してそのヒストグラ
ムにおける最多頻度（最大吸光度）をストークス相当径
（ｍμ）とする。

本発明で適用するカーボンブラック諸特性のうち、前提
となる電子顕微鏡平均粒子直径（ａｎ）３１ｆｉμ以上
、よう素吸着量４０〜６０ｓｔ／ｌおよびＤＢＰ吸油量
９０〜１５０ｍｆｆ１／１００ｔの範囲は、通常品種の
うちＦＥＦもしくはＭＡＦ’級ソフト系カーボンブラッ
クの特性領域に属し、配合ゴムに好適な低発熱性を与え
るために有効に機能する反面、補強性に対しては弱化作
用を与える。本発明の適用カーボンブラックは、上記の
前提特性に加えテＤ８ｔモード径（？？！／Ｊ）が（２
，６５（ａｎ）　＋０．６４（ＤＢＰ）　−２７，５６
）式から得られる値以下の選択的特性を有するもので、
これら全特性要件を満足することによりゴム成分ＫＨＡ
Ｆ級ハードカーボンブラック配合時に近似する硬度、引
張り強さの付与が可能となる。（２，６５（ａｎ）＋α
６４（ＤＢＰ）　−２７，５６）　以下のＤｓｔモー　
ド径を有するカーボンブラックは、構成粒子の如何によ
らず定ストラクチアー吸油量水準における凝集体二次粒
子（Ａｇｇｒｅｇａｔθ）の大きさが従来製品より著る
しく低い特有の性状を呈しており、該特有のカーボンブ
ラック凝集体性状がゴム補強性の増大化に機能し、着色
力値の高低に係りなく高位の硬度、引張り強さおよび耐
摩耗補強性などの向上をもたらす、このため、高着色力
、高ＤＢＰ特性のカーボンブラック配合時にみられるム
ーニー粘度の上昇は軽減され、ｍｂ押出し加工性が効果
的に改善される。

以上の特性を備えるカーボンブラックは、基本的には特
許第１０９２１７５号と同様のオイル７アーネス法によ
り製造されるが、反応炉の形状ならびに反応条件に次の
ような相違をもたせる。すなわち、炉形状は燃焼室下流
側を収斂させて比較的短長の狭径部位に連設し、反応域
を狭径部位から緩やかＫＲ拡するテーパー状に形成する
。反応因子としての最も特徴的な条件は、燃焼室に導入
する燃焼用空気の旋回力をスワール数０．６以上に保持
して炉内に激しい攪乱気流を形成することである。

この条件は、先願（特許第１０３２１７５号）１１！造
技術における同スワール数が０．５０前後であるのに比
べ、極端に高い旋回力範囲に位する。

上記の反応炉および反応条件を用い、クレオソート油、
エチレンボトム油などの高芳香族系原料油を、炉頭から
炉軸方向に挿着された霧化噴射ノズルを介して狭径部位
を高速流通する高熱燃焼ガス中に噴出する。この際、全
供給空気量と原料油および燃料油総量の供給比率、燃料
油の燃焼率、原料油導入位置における燃焼ガスの流速な
どを制御するととＫより、前提となる電子顕微鏡平径粒
子直径（ａｎ）３１ｍμ以上、よう素吸着量４０〜６０
１１７／ｆ、ＤＢＰ吸油量９０〜１５０＋＋ｆｆｉ／１
０（１の緒特性が付与されるが、熱分解生成したカーボ
ンブラック中間体がテーパー状反応域に至り不必要かつ
不正な凝集構造が発達する段階で強旋回力による攪乱気
流と遭遇する反応機構と生成ガス流の炉内滞留時間が３
４０〜３８０ミリ秒となる範囲に急冷する条件を設定す
ることによって本発明で特定した（２．６５（（ｉｎ）
＋０．６４（ＤＢＰ）−２２５６）計算値以下のＤｓｔ
モード径特性が付与されム本特性のカーボンブラックは
、常法により天然ゴム、スチレンブタジェンゴム、ポリ
ブタジェンゴム、イングレンゴム、ブチルゴムなど各種
のゴム成分に配合される。カーボンブラックの配合比率
は、ゴム成分１００重量部に対して２５〜２５０重量部
、望ましくは４０〜８０重量部の割合で常用の加硫剤、
加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化剤、可塑剤等
の所要配合成分とともに添加混練する。

この際、配合組成物のムーニー粘度は常に低位におさえ
られ、混線、押出し、成形等の練り押出加工は極めて円
滑に進行する。

このようＫして得られる本発明のゴム組成物は、通常の
ＩＦＥＦ（Ｎ５５０）級ソフトカーボンブラック配合時
と同等の低発熱性および高反撥弾性を有しながらこれを
遥かに凌ぐ相対的に高水準の補強性能を兼備する。した
がって、前記練り押出加工面の改善効果と併せて、自動
車タイヤをはじめ各種ゴム製品に対する有用性が発揮さ
れる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例 下流側出口部分が収斂する燃焼室（内径７００鱈、長さ
１０００ｔｌ）を内径１５０ｍ１１１．長さ２００寵の
狭径部位を介して緩やかＫ１４拡するテーパー　　　　
　　・状反応域（長さ９０００ｉ＋ｇ）に連続する耐火
レンガ内張製の円筒形状を有し、炉頭部に接線方向空気
供給口を備えたウィンドボックスを、また後部反応室の
下流域に位置変更しえるクエンチノズルを各設置した構
造の反応炉において、炉頭から炉軸方向に治って燃焼バ
ーナーおよび原料油の霧化噴射ノズルを挿着した。原料
油霧化噴射ノズルは、テップ部分が狭径部位の入口に位
置するように設置した。

上記の反応炉を用い、表ＩＫ示した発生条件を適用して
カーボンブラックを製造した。

燃料油には比重（１５／４℃）０．９０３．粘度（Ｃ０
Ｔ５０℃）　１６．１　、残炭分５．４％、硫黄分１．
８％。

引火点９６℃の炭化水素を用い、原料油として比重（１
５７４℃）　１．０７０．９、粘度（エングラ−１４０
７２０℃）２．１０．ベンゼン不溶分０．０３チ、相関
係数（ＢＭＣ工）目１．初期沸点１０５℃の性状をもつ
高芳香族系炭化水素油を用いた。

表　　！ （注）　＊原料油導入位置における燃焼ガス流速。

＊＊生成カーボンブラック含有ガスの水冷点までの滞留
時間。

表Ｈに、製造された各カーボンブラックの緒特性を市販
のＦ　Ｅ　Ｆ　（Ｎ５５０）級ソフトカーボンブラック
、ＨＡ　Ｆ　（Ｎ３３０　）級ノ・−ドカーボンブラッ
クならびに工ＲＢす５基準カーボンブラツクの各品種（
従来例）特性と対比して示した。

各製造ロフトのうち、Ｒｕｎ１４５および６はいずれも
本発明のＤｓｔモード径要件を外れるものであった（比
較例）。

表■ （注）（１）“Ｂｅａｓｔ　１３０”　〔東海カーボン
■製〕（２）“５ｅａｓｔ　　３”　　　［同　　上　
　　］（３）　ＡＳＴＭ基準工ｎｄｕｓｔｒｙ　Ｒｅｆ
ｅｒｅｎｃｅ　Ｂｌａｃｋ遅５ 表Ｈの各種カーボンブラック試料を表１１１に示す配合
比率で天然ゴム成分および合成ゴム成分に配合した。

表１ 系 （注）　＊　日本合成ゴム■製 表１の配合物を１４５℃の温度で加硫処理して得たゴム
組成物につき、各種のゴム特性を測定した。結果を表Ｈ
の配合カーボンブラック試料のＲｕｎ　Ｉ’！Ｌと対応
させて表■に示した。

ゴム特性のうち、耐摩耗性についてはランボーン摩耗試
験機（機械的スリップ機構）を用い、次の条件で測定し
た。

試　験　片：　厚さ１０１１Ｉ！、外径４４ｍｍエメリ
ーホイール二　ＧＣタイプ、粒度８０、硬度Ｈ試験片回
転数：６６０ｒｐｍ 試験片荷重：＋Ｋｇ 摩耗量の表示数値は、相対スリップ率２４％および６０
％時の工ＲＥす５に対する指数（係）とした。

また、発熱度はグツトリッチ・フレキソメーターを用い
Ａ８ＴＭ　Ｄ６．２３−６７Ａ法に準じて測定し喪。

その他のゴム特性については、すべてＪＩＳＫ６３０１
　ｒ一般ゴム試験方法」Ｋ準拠した。

表Ｎの結果から、本発明に係るゴム組成物（Ｒｕｎ　Ｎ
ａ　Ｉ−４）は、従来品種のＦＫＦ（Ｎ５５０）級ソフ
トカーボンブラック配合ゴムと同等の低発熱性と優れた
反撥弾性ならびに伸び特性を有しながら同ＦＥＦ配合ゴ
ムを大きく上声る硬度、引張口強さ、耐摩耗性などの高
補強性能を示し、とくに硬度および引張り強さはＨＡ　
Ｆ　（Ｎ３３０）級・・−ドカーボンブラックに近似す
ることが認められる。

比較例のうちＲｕｎ　Ｎ＆Ｌ５は特許第１０３２１７５
号に該当する高着色カーボンブラックを配合した例で、
本発明に相当する低発熱高補強性が付与されるが、ｐｓ
ｔ　％−ド径が（２，６５（ａｎ）＋０．６４（ＤＢＰ
）−２７，５６）値を越えるため本発明例（Ｒｕｎ　Ｎ
ａ　４と対比）に比べ未加硫ゴム特性としてのムーニー
粘度が高くな抄、練り押出加工の指標となるガーペグイ
押出総合評価が悪化する。ま次２１．　Ｒｕｎ　、ｘ　
６は、Ｄｓｔモード径が本発明の要件を外れるうえに着
色力水準も低位にあるため、補強性の増大化は得られて
いない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子顕微鏡平径粒子直径（ａｎ）３１ｍμ以上、よう素
   吸着量４０〜６０ｑ／ｆ、ＤＢＰ吸油量９０〜１５０ｍ
   ｆｆ１／１００ｆの特性領域にあるファーネスカーボン
   ブラックにおいて、Ｄｓｔモード径（ｍμ）が（２，６
   ５（ａｎ）　＋　０．６４　（ＤＢＰ）−２７，５６）
   式から得られる値以下である選択的特性を有するカーボ
   ンブラックをゴム成分に対して２５〜２５０重量部の割
   合で配合してなるゴム組成物。