JPH0211664A - ソフト系ファーネスカーボンブラック - 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】 〔技術分野〕 本発明は、ゴムならびにプラスチックへの分散性を著し
く改良し、またゴム配合時において優れた反発弾性と補
強性を付与するとともに押出加工性を大幅に改善した、
新規特性を有するソフト系ファーネスカーボンブラック
に関するものである。

〔従来技術〕

カーボンブランクは、その主たる用途であるゴムへの特
性、すなオ〕も加工性と補強性で分類されており、主な
ソフト系カーボンブラックとしては上補強性ファーネス
カーボンブラック（Ｓｅｍｉ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ
　Ｆｕｒｎａｃｅ−３ＲＦ）、汎用ファーネスカーボン
ブランク（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅ　Ｆｕｒｎａ
ｃｅ−ＧＰＦ）、良抑出性ファーネスカーボンブラック
（Ｆａｓｔ　Ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ　Ｆｕｒｎａｃｅ−Ｆ
ＥＦ）などと呼ばれている。

ソフト系という表現は、ゴム配合時において軟らかいゴ
ム組成物を与えることから生じたものであり、作業性が
良い１発熱が低い、多量配合ができるなどの特徴を有し
、タイヤカーカス用、チューブ用、ベルト、シール材、
ウェーザーストリップなどのゴム部材ならびにプラスチ
ック用充填剤として利用されている。

カーボブラックの物理化学特性としては、粒子径および
ストラフチャーが代表的であるが、この２特性では目的
とするゴム特性の制御は困偉になってきており、例えば
、最小分散単位のアクリゲート分布の最頻値の大小や分
布幅の広狭などが最終ゴム物性に大きな影響を与えるこ
とがすでに明らかになっている。

ソフト系カーボンブラックの欠点としては、多量配合し
た場合において、カーボンブラックとプロセスオイルが
凝集を起こしマトリックス中に均一に分散しにくいとい
う点があった。又、カーボンブラックを配合したスポン
ジ製品や低硬度のゴム製品などでは押出加工性が低下し
、その作業性において問題があった。

〔目 的〕

本発明の目的は、ゴムやプラスチックに多量配合した場
合に、多量配合時において従来のソフト系カーボンブラ
ックで発生しやすかった分散不良を解消したカーボンブ
ラックを提供することにある。本発明のもうひとつの目
的は、ゴム配合時において優れた反発弾性と補強性を付
与できるカーボンブラックを提供することにある。本発
明の他の目的は、スポンジ押出製品や低硬度ゴム製品な
どのように押出加工の難しい部材に配合した場合に、押
出加工性を大きく改善することのできるとともに圧縮永
久歪みの小さいゴム組成物を与えるカーボンブラックを
提供することにある。

〔目的を達成するための手段〕

カーボンブラックの基本的特性としては、よう素吸着量
や窒素吸着比表面積などで評価される表面積およびカー
ボンブラック粒子のつながりによる高次構造（ストラフ
チャー）があることは周知である。

しかし、カーボンブラックがゴムに対して付与する特性
の評価は上記２特性のみでは不可能であり、これらの特
性だけでゴム特性を制御することは困難である。

そこで本発明者らは鋭意研究の結果、よう未吸着ｆｉ　
（ＩＡ）が１５〜２５■／ｇ、ジブチルフタレート吸油
ｉ　（ＤＢＰＡ）が１００−１５０ｍＭ／１００ｇとい
う比較的低表面積、高ストラクチャーの基本的特性を有
し、加えて遠心沈降分析によるカーボンブラノクアグリ
ゲートのモード（最多頻度値）径（Ｄｓｔ）が従来のカ
ーボンブラックよりも大きな側にあって次の０式により
算出され０式　Ｄｓｔ≧（ＤＢＰＡ）　−７，５（ＩＡ
）　＋　３５０る算出値よりも大きく、かつ着色力が従
来品よりも低位にあって■式を満たすという２つ（φ式
　着色力≦（ＩＡ）　＋　２５ の特性要件を満足するカーボンブラックにおいては、前
述の欠点、すなわち、カーボンブラック多量配合時の分
散不良およびゴム配合物の押出特性低下を改善するとと
もに、反発弾性、圧縮永久歪みなどの特性を向上させる
ことを見い出し、本発明を完成させたものである。

なお、よう素吸着量が１５■／ｇを下回る場合には引張
り強さ等が不満足となり、また、２５■／ｇを上回る場
合には多量配合時での分散および押出特性が低下するの
でよう素吸着量１５〜２５ｍｇ／ｇとするが、１７〜２
３■／ｇの範囲がとくに好ましい。

ジブチルフタレート吸油量が１００ｍＱ／１００ｇを下
回る場合には引張り応力などの特性が低下し、１５０ｍ
Ｑ／１００ｇを上回る場合には反発弾性や圧縮永久歪み
特性が低下するので、１００〜１５０ｍｌ／１００ｇの
範囲とするが、１０５−１３５ｎｃＱ／　ｌｏｏｇの範
囲がとくに好ましい。

遠心沈降分析によるアクリゲートモード径が前記０式に
よる算出値よりも小さくなると多量配合時での分散性、
反発弾性などが低下し、また着色力が算出式０式よりも
大きくなった場合においては前述の特性低下に加えて押
出加工性が低下するので、この２要件を満足せしめるこ
とは本発明における必須の条件である。

〔各特性の測定〕 本発明にかかるカーボンブラックの物理化学特性は次の
ようにして測定される。

（１）よう素吸着量 ＪＩＳに６２２１（１９８２）６．１．１で測定される
。

（２）　ＤＢＰ吸油量Ａ法（機械法） ＪＩＳ　Ｋ　６２２１（１９８２）６．１．２で測定さ
れる。

（３）比着色力 ＪＩＳに６２２ｉ（１９８２）６．１．３で測定される
。

（４）トルエン着色透過度 ＪＩＳ　Ｋ　６２２１（１９８２）６．１．３で測定さ
れる。

使用機器 Ｄｉｓｋ　Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ（Ｐｈｏｔｏ　ｓｅｄ
ｉｍｅｎｔｏｍｅｔｅｒ）（ＤＣＦ） （英）　Ｊｏｙｃｅ　Ｌｏｅｂ１社製 測定法 若干の界面活性剤を加えた３０％メタノール水溶液中に
、　０．０２〜０．０６重量％のカーボンブラックを加
え、超音波処理を施して完全に分散せしめる。２５Ｖ／
Ｖ％グリセリン水溶液の沈降液（スピン液）　２０〜３
０ｍＱを注入た回転ディスク（ｄｊｓｋ）の回転数を６
００Ｏｒρｍとし、上記分散液０．０２−０．０３ｄを
注入する。

分散液の注加と同時に記録計を動作せしめ、回転ディス
クの外周近傍の一点を沈降によって通過するカーボンブ
ラックアグリゲートの量を光学的に測定して、その量を
時間に対するヒストグラムとして記録する。

沈降時間を、下記の式（ストークスの式の一般型）によ
りストークス相当径に換算し、カーボンブラソクアグリ
ゲートのストークス相当径とその頻度のヒストグラムを
得る。

ｄ　＝　　　　　　　　　（１） ｖ’Ｔ− 式において、ｄは沈降開始時の時間ｔで回転ディスクの
光学的測定点を通過するカーボンブラックアグリゲート
ストークス相当径である９ 定数には、測定時のスピン液の量、粘度およびカーボン
ブラックとの密度差（カーボンブラックの真密度を１．
８６ｇ／ｍＱとする）、さらに回転ディスクによって決
定される定数である。例えば、スピン液として２５Ｖ／
Ｖ％グリセリン水溶液２２．５−を用い、測定温度２０
℃でディスク回転数６０００ｒｐｍとした場合のに値は
７５２．０となり、ｄはｎｍ、　　ｔは分で表示される
。

Ｄｓｔの定義 上記測定操作によって得られるアグリゲートのストーク
ス相当径のヒストグラムにおいて、最多頻度（実際には
、光学的測定を行っているので最大吸光度である）を与
えるストークス相当径をＤｓｔ　（Ｍｏｄｅ）と称し、
カーボンブラックアグリゲートの平均的大きさの目安と
する。

〔実施例〕

以下に実施例を示し、本発明をさらに詳しく説明する。

〔製造例〕

特公昭５４−３８０６８号（出願入用カーボン）に記載
した炉と同様構成とした第１図のオイルファーネス炉（
直径１０１０００ｎの炉頭部中心軸方向から炉内に原料
油噴霧ノズル１を挿入し、炉の接線方向に上下一対に設
けられた第１空気孔グループＡ、第２空気孔グループＢ
ならびに第３空気孔グループＣおよびグループＡに補助
原料導入装置を設置し、各空気孔グループからの導入空
気量、補助原料導入量ならびに原料油供給量を変化する
ことにより、物理化学特性値の異なるソフト系ファーネ
スカーボンブラックを製造した。なお、ＤＢＰＡの制御
については通常の調整剤を適宜利用した。

原料油の性状は表−１に示したとおりであり、また、補
助原料としてはＣ重油を使用した。

カーボンブラックの製造条件と物理化学特性を表−２に
それぞれ示した。

表−１ なお、製造例Ｎα１〜５は本発明にかかるソフト系カー
ボンブラックであり、Ｈａ　６は比着色力で、Ｎα７は
Ｄｓｔモード径で、Ｎα８は比着色力とＤｓｔモード径
の両者で本発明の要件を外れるカーボンブラックである
。Ｎα９は代表的なソフト系カーボンブラックであるＳ
ＲＦ級カーボンブランク［旭カーボン（株）製商品名旭
＃５０］である。

〔ゴム配合例〕

表−２に示したカーボンブラックを表−３に示す配合割
合でゴムに配合し、１４５℃で３０分間加硫してゴム特
性を測定した。ゴム特性をとりまとめて表−４に示した
。

表−３ 配合物 ＥＰＤＭ カーボンブラック パラフィン系プロセスオイル ステアリン酸 亜鉛華 加硫促進剤（ＴＳ） 〃（Ｍ） 硫　　黄 〔効　果〕 表−２に示したコロイダル特性を有する実施例および対
照例のカーボンブラックをＥＰＤＭに配合した表−４の
ゴム物性の結果から、本発明カーボンブラックの効果に
ついて押出特性、圧縮永久歪み、分散度の特性で説明す
る。

ｉ）押出特性について ＩＡおよびＤＢＰＡがほぼ等しいＮｏ、３とＮｏ。

６、Ｎｏ、４とＮｏ、７およびＮｏ、５とＮｏ、８をそ
れぞれ比較すると、いずれの場合においても本発明カー
ボンブラックを配合した配合物の押出特性、すなわち、
単位時間当りの押出スピードが向上し、かつダイスウェ
ル（押出後の膨張割合）も小さくなっている。特に、Ｎ
ｏ、８カーボンでは特性が大きく低下している。

ｉｉ）圧縮永久歪について 上述のｊ）と同様にして各ゴム配合物の圧縮永久歪み特
性を比較してみると、本発明のカーボンブラックは市販
のＳＲＦ級カーボンブラックよりも歪み特性は大きく改
良されておリ、はぼＳＲＦ級カーボンブラックと同程度
の数値を示している対照例と比べその効果は明らかであ
る。

１ｉｉ）分散度について 表−４から本発明カーボンブラックにおける分散度の改
良効果は明らかであるが、これはカーボンブラックのア
グリゲートモード径が通常よりも大きいためにプロセス
オイルをアグリゲート内に多く取り込むことができ、こ
のために凝集が起こりにくくなり、分散度が向上したも
のと推察している。

以上のように本発明のカーボンブラックは従来のソフト
系カーボンブラックよりも押出特性にすぐれ、また圧縮
力解放後の原形復帰性においても良好な特性を示すので
、スポンジ押出製品や低硬度ゴム製品などの押出加工の
難しい部材や繰り返して圧力を加えられる防振ゴムやパ
ツキン部材用の補強充填剤として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のカーボンブラックを製造するのに好
適な製造炉の１例を示す縦断正面図、第２図は、第１図
におけるＤ−Ｄ矢視の断面図である。 １・・・製造炉　　　　　　２・・燃焼帯域３・・反応
帯域　　　　　４・・原料油噴射装置５・・・バーナー
　　　　　Ａ・・・第１空気孔Ｂ・・・第２空気孔　　
　　Ｃ・・・第３空気孔特許出願人　旭カーボン株式会
社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、よう素吸着量（ＩＡ）が１５〜２５ｍｇ／ｇ、ジブ
   チルフタレート吸油量（ＤＢＰＡ）が１００〜１５０ｍ
   ｌ／１００ｇの特性を有するファーネスカーボンブラッ
   クにおいて、遠心沈降分析によるストークス相当径の最
   頻度値（Ｄｓｔ）が下記［１］式よりも大きく、かつ着
   色力が［２］式よりも小さい、ソフト系ファーネスカー
   ボンブラック。 ［１］式Ｄｓｔ≧（ＤＢＰＡ）−７．５（ＩＡ）＋３５
   ０［２］式着色力≦（ＩＡ）＋２５