JPH04325535A - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、タイヤトレッド部材に
用いて好適なゴム組成物、詳しくは低発熱性を損なうこ
となしに改善された耐摩耗性を備えるゴム組成物に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】近時、自動車の高性能化に伴って高速性
能、安定性能ならびに耐久性能に対する要求が高まり、
これら諸性能に関与するタイヤトレッド部材の特性、と
りわけ耐摩耗性と低発熱性の両立改良が重要な課題とさ
れている。また、省資源、省エナルギー等の社会的要請
に対応するため、低燃費タイヤの開発も盛んにおこなわ
れているが、この課題に対してもタイヤトレッドを構成
するゴムに高い反撥弾性を与える低発熱特性を具備させ
ることが不可欠となる。 【０００３】一般に、ゴムの摩耗、発熱等の性能は配合
するカーボンブラックの性状特性に支配される要素が大
きいが、これらのゴム性能には二律背反的な関係がある
ことが知られている。例えば、低燃費タイヤに必要な低
発熱性を付与するためには、比較的粒子径の大きいカー
ボンブラックを少ない配合量でゴムに配合することが有
効であるが、この配合では耐摩耗性や湿潤路面での制動
性といった面の特性低下が避けられない。また、苛酷な
走行条件で高度の耐摩耗性が必要なタイヤトレッドに対
しては可及的に粒子径が小さくてストラクチャーの大き
な特性のカーボンブラックが有効であるが、反面、この
種のカーボンブラックはゴム組成物の発熱性を高めて走
行中に蓄熱による内部構造の破壊、構成材料の老化など
の現象を促進させる危険性を招く。 【０００４】このようなことから、カーボンブラックの
粒子径（比表面積）、ストラクチャーなどの基本特性に
加えてその他の諸特性をミクロに評価し、特定の選択的
特性を備えるカーボンブラックをゴムに配合することに
より耐摩耗性と低発熱性を同時に改善させる技術が数多
く提案されている。 【０００５】このうち、乗用車や軽トラック用のタイヤ
トレッドとして好んで使用されるＮ３３９　級のカーボ
ンブラックを対象にするものには、次のような提案があ
る。 （１）　窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０ｍ２／ｇ
以上、圧縮ＤＢＰが１１２ｍｌ／１００ｇ以上の範囲に
あり、カーボンブラック凝集体のストークスモード径お
よび同分布が一定値以上の特性をもつゴム配合用のカー
ボンブラック（特公平１−５３９７８　号公報）　。 （２）　Ｎ２　ＳＡが６０ｍ２／ｇ以上、ＤＢＰが１０
８ｍｌ／１００ｇ以上の範囲にあり、一定比表面積当た
りの真比重を公知のカーボンブラックよりも著しく低い
特定範囲に設定するとともに着色力ならびに凝集体モー
ド径当たりの分布巾を一定値以上に制御したカーボンブ
ラックを配合するゴム組成物（特開昭５９−１４０２４
１号公報）　。 （３）　Ｎ２　ＳＡが６５〜８４ｍ２／ｇ、Ｎ２　ＳＡ
／よう素吸着量（ＩＡ）の比が１．１０〜１．３５の範
囲にあり、圧縮ＤＢＰ、ブラックネス、ＩＡおよび凝集
体モード径を変数とする式で定義される値を特定値以上
に設定した特性をもつゴム配合用のカーボンブラック（
特開昭６３−２２５６３９号公報）　。 （４）　Ｎ２　ＳＡが７５〜１０５ｍ２／ｇ　、圧縮Ｄ
ＢＰが１１０ｍｌ／１００ｇ以上の範囲にあり、一定比
表面積当たりの真比重を公知のカーボンブラックより低
い特定範囲に設定するとともに、粒子凝集体空隙直径な
らびに凝集体モード径当たりの分布巾を一定値以上に維
持する特性をもつゴム配合用のカーボンブラック（特開
平１−２０１３６７号公報）　。 【０００６】また、主にトラック、バス用の大型タイヤ
トレッド部材に使用されるＮ２２０　、Ｎ１１０　級の
カーボンブラックを対象とするものには、次のような改
良提案がなされている。 （５）　Ｎ２　ＳＡが　１００〜２００ｍ２／ｇ　の範
囲にあり、粒子径に対して相対的にブロードな凝集体ス
トークスモード径を備えるカーボンブラックを配合した
ゴム組成物（特開昭６３−１１２６３８号公報）　。 （６）　Ｎ２　ＳＡが７０〜１８５ｍ２／ｇ　の範囲に
あり、凝集体ストークスモード径分布が特定範囲の２点
の極大点をもつカーボンブラックを配合したゴム組成物
（特開昭６３−１７９９４１号公報）　。 （７）　Ｎ２　ＳＡが　１１０〜１５５ｍ２／ｇ　の範
囲にあり、ＤＢＰ、圧縮ＤＢＰ、ブラックネス、Ｎ２　
ＳＡおよびよう素吸着量を変数とする式で定義される値
が特定範囲にある特性のカーボンブラックを配合したゴ
ム組成物（特開昭６３−２９７４３９号公報）　。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
低燃費タイヤに対する要求はますます高度化しており、
高水準の反撥弾性を保持しながらより優れた耐摩耗性を
有する低発熱性ゴム組成物の開発が求められている。 【０００８】本発明は、このような状況下で引き続き前
記課題を解決するための研究を重ねた結果、Ｎ２　ＳＡ
が６０〜１６０ｍ２／ｇ　、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５
０ｍｌ／１００ｇのハード系領域に属するカーボンブラ
ックにおいて、アグリゲート粒間ポアのモード径がこれ
まで知られているカーボンブラックに比べて大きな特性
のものを選択配合したゴム組成物は、乗用車からトラッ
ク、バスに至るタイヤトレッドに適合し得る反撥弾性（
低発熱性）と耐摩耗性を兼備する事実を解明して開発さ
れたものである。 【０００９】したがって本発明の目的は、低燃費タイヤ
トレッド用として好適な低発熱性を保持しながら高度の
耐摩耗性能を発揮するゴム組成物を提供することにある
。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるゴム組成物は、窒素吸着比表面積（Ｎ
２ＳＡ）が６０〜１６０ｍ２／ｇ　、ＤＢＰ吸油量（Ｄ
ＢＰ）　が９０〜１５０ｍｌ／１００ｇのハード系領域
に属し、かつ下記の選択的特性を備えるカーボンブラッ
クをゴム成分　１００重量部に対し３５〜１００　重量
部の割合で配合してなることを構成上の特徴とする。 Ｄｐ　モード径　　≧　７５．２　×（ＤＢＰ／Ｎ２Ｓ
Ａ）　＋８．０但し、Ｄｐ　モード径は示差走査熱量計
（ＤＳＣ）　により測定されるカーボンブラック粒間の
ポア径分布における最大頻度のモード径を指す。 【００１１】上記構成によるカーボンブラックの各特性
は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。 窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）；ＡＳＴＭ　　Ｄ３０３
７−８８　　“Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅｓｔ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　ｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａｃｋ−Ｓｕｒｆａ
ｃｅＡｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ　”ＭｅｔｈｏｄＢによる。この方法によるＩ
ＲＢ＃６の測定値は、７６ｍ２／ｇである。 ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰ）　；ＪＩＳ　　Ｋ６２２１（１
９８２）「ゴム用カーボンブラックの試験方法」６　・
１　・２　項、吸油量Ａ法による。この方法によるＩＲ
Ｂ＃６の測定値は、９９．０ｍｌ／１００ｇ　である。 【００１２】Ｄｐ　モード径　；ＪＩＳ　　Ｋ６２２１
（１９８２）　５「乾燥試料の作り方」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試料を蒸留水
と混合してカーボンブラック濃度０．２５０／ｃｍ３　
のペーストを作成し、超音波で十分に分散させる。超音
波分散後１０分以内に示差走査熱量計（ＤＳＣ，　Ｍｅ
ｔｔｌｅｒ　社製　ＤＳＣ３０）でアグリゲート粒間ポ
アの分布測定を開始する。この場合のペースト採取量は
約３〜５ｍｇの範囲内とし、アルミ製のサンプル容器に
入れシールしたのち、ペーストの質量を確認し前記ＤＳ
Ｃ装置にセットし、次のステップで測定する。■室温か
ら−８０℃まで急冷する。■−８０℃から−５℃まで１
０℃／ｍｉｎ．　の速度で加熱する。■−５℃から−０
．１　℃まで１℃／ｍｉｎ．　の速度で加熱したのち、
−０．１　℃　（蒸留水の凝固点より０．１　℃低い温
度）　に１０分間保持する。■−０．１　℃から−８℃
まで０．１℃／ｍｉｎ．　の速度で徐々に冷却し、補償
エネルギーを記録する。そして、■の段階で得られた補
償エネルギーのチャートから各温度（０．１℃刻み）　
の山の高さ（ｙ）　を読み取り、下記（２）　、（３）
　式からアグリゲート粒間のポア径（Ｄｐ）およびポア
分布（△Ｖ／△Ｄｐ）　を得る。 Ｄｐ　＝　（１３５．３４／ΔＴ）＋１．１４　　……
（２）ΔＶ　／ΔＤｐ＝　Ｋ×〔（ΔＴ）２／Ｗａ〕×
ｙ　…（３）（２）　、（３）　式において、ΔＴ　は
蒸留水の凝固点降下幅、△Ｖ　はある温度間隔に凝固の
起ったポアの体積、Ｗａは蒸留水の凝固熱、Ｋ　はＤＳ
Ｃ装置の感度やサンプルの質量を考慮に入れたファクタ
ーである。これらの式はＢｒｕｎらによって導かれたも
ので、Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２１（
１９７７）５９〜８８“Ａ　ＮＥＷ　ＭＥＴＨＯＤ　Ｆ
ＯＲ　ＴＨＥ　ＳＩＭＵＬＴＡＮＥＯＵＳ　ＤＥＴＥＲ
ＭＩＮＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＳＩＺＥ　ＡＮＤＴ
ＨＥ　ＳＨＡＰＥ　ＯＦ　ＰＯＲＥＳ　：　ＴＨＥ　Ｔ
ＨＥＲＭＯＰＯＲＯＭＥＴＲＹ”に詳説されている。な
お、この方法で測定したＩＲＢ＃６のＤｐ　モード径の
値は、９５．３ｎｍであった。 【００１３】本発明で特定したカーボンブラック特性項
目のうち、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０〜１６
０ｍ２／ｇ　の粒子径範囲およびＤＢＰ吸油量９０〜１
５０ｍｌ／１００ｇのストラクチャー範囲は通常品種の
ハード系領域に属し、配合ゴムに高度の耐摩耗性を付与
するとともに適度の低発熱性を保持させるための前提要
件となる。この窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０ｍ
２／ｇ未満では耐摩耗性の低下が著しく、他方１６０ｍ
２／ｇ　を越えるとゴムに対する分散性が悪化して耐摩
耗性が円滑に向上せず、発熱性も増大する。また、ＤＢ
Ｐ吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ　未満では耐摩耗性が損
なわれ、１５０ｍｌ／１００ｇを上廻る場合にはアイス
スキッド性が低下して安全性能の減退を招く。 【００１４】本発明において設定した選択的特性は、カ
ーボンブラックが強固に融着結合した凝集体（アグリゲ
ート）性状を示す指標であって、凝集体がゴム中で示す
分散状態に近い態様で測定されたアグリゲート粒間ポア
に相当する。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって測定さ
れるポアは、カーボンブラック凝集体を水に分散した状
態で測定するため、測定中に水銀を圧入する水銀ポロシ
法により測定される凝集体粒間ポアとは本質的に異なっ
ており、よりゴム中で凝集体が示すポアに近いものであ
る。 本発明では、このＤＳＣ　によって測定されるアグリゲ
ート粒間ポアのモード径　（Ｄｐ　モード径）　範囲が
従来のカーボンブラックに比べ相対的に大きいことに特
徴付けられ、Ｄｐ　モード径≧７５．２×（ＤＢＰ／Ｎ
２ＳＡ）　＋８．０　の要件を満たす場合に配合ゴムに
好適な低発熱性と著しく改善された耐摩耗性を付与する
ことが可能となる。 【００１５】これらの特性を備えるカーボンブラックは
、炉頭部に接線方向の空気供給口と炉軸方向に挿着され
た燃焼バーナーを有する燃焼室と、これに同軸的に連設
された数段の狭径および広径反応ゾーンを備える構造の
オイルファーネス炉を用い、燃料油供給量、空気供給量
などの燃焼条件、狭径反応ゾーンに多段に導入する原料
油の供給量等を制御するとによって製造することができ
る。 【００１６】上記のカーボンブラックは、常法に従って
天然ゴム、ジエン系合成ゴム、天然ゴムまたはイソプレ
ンゴムにジエン系合成ゴムを配合したブレンドゴムなど
のエラストマーに配合する。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３５〜１００　重量
部とし、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、
軟化剤、可塑剤等の必要成分とともに混練して本発明に
ゴム組成物を得る。 【００１７】 【作用】アグリゲート粒間ポアのＤｐ　モード径は，　
カーボンブラック製造工程における反応温度や燃焼ガス
の撹乱度など生成時の条件と密接に関連しており、この
ため生成カーボンブラックのストラクチャーおよび比表
面積との相関要素が大きい。発明者の検討によると、現
在、上市されているカーボンブラックのＤｐ　モード径
は下式の範囲にあることが確認されている。 Ｄｐ　モード径＝〔７５．２×（ＤＢＰ／Ｎ２ＳＡ）〕
±３．０例えば、ＩＲＢ＃６のＤｐ　モード径実測値は
９５．３ｎｍで、そのＤＢＰ吸油量と窒素吸着比表面積
（Ｎ２ＳＡ）から算出される上式右辺の計算値９５．０
〜１０１．０ｎｍ　の範囲に入っている。 【００１８】したがって、本発明で特定されているＤｐ
　モード径の範囲は、既存のカーボンブラックよりもＤ
ＢＰ吸油量および窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）に対応
する粒間ポアの大きさが相対的に高位にあり、この独特
な性状が配合ゴムの低発熱性を損ねることなしに耐摩耗
性を増大するために有効機能するものと推測される。 【００１９】前記の機能が前提となる窒素吸着比表面積
およびＤＢＰ吸油量によるゴム性能の調整化作用と相俟
って、タイヤトレッドとして好適な低発熱性と高度な耐
摩耗性を兼備するゴム組成物の提供が可能となる。 【００２０】 【実施例】 実施例１〜３、比較例１〜３ 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に装着した燃焼
バーナーを有する燃焼室（直径９００ｍｍ　、長さ１０
００ｍｍ）　を設置し、該燃焼室と同軸的に連結する第
１段狭径反応ゾーン（直径２００ｍｍ　、長さ６００ｍ
ｍ）、第２段狭径反応ゾーン（直径１６０ｍｍ　、長さ
６００ｍｍ）および引き続く広径反応ゾーン　（直径４
００ｍｍ）とから構成され、原料油導入ノズルを第１段
と第２段の狭径反応ゾーンに各設置した形態のオイルフ
ァーネス炉を用い、発生条件を変えて３種類のカーボン
ブラックを製造した。原料油としては、比重（１５／４
　℃）１．０７３、粘度（エングラー４０／２０　℃）
２．１０　、トルエン不溶分０．０３％、相関係数（Ｂ
ＭＣＩ）１４０　の芳香族炭化水素油を、また燃料油に
は、比重（１５／４　℃）０．９０３、粘度（Ｃｓｔ／
５０　℃）１６．１　、残炭分　５．４％、引火点９６
℃の炭化水素油を用いた。 【００２１】表１にカーボンブラックの発生条件、表２
に得られたカーボンブラックの特性をそれぞれ実施例　
Ｎｏ．に対応させて表示した。なお、表２の比較例１〜
３は同等のハード系特性を有しながら本発明の選択的特
性要件を外れる従来品種のカーボンブラックである。 【００２２】 【表１】 　　　　　　【００２３】 【表２】 　　表注：　１）　〔７５．２×（ＤＢＰ／Ｎ２ＳＡ）
＋８．０　〕計算値（表６も同じ）。 ２）　比較例１はＮ３５１、比較例２はＮ３４７、比較
例３はＮ３３９の市販カーボンブラックである。 【００２４】次に、これらのカーボンブラック試料を表
３に示す配合比によりスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ
）　に配合した。 【００２５】 【表３】 【００２６】表３の配合物を１４５　℃の温度で５０分
間加硫して得られた各ゴム組成物につき、各種ゴム特性
を測定した結果を表４に示した。なお、ゴム特性の測定
は下記によった。 ■摩耗量 ランボーン摩耗試験機（機械式スリップ機構）を用い、
次の条件で測定した。試験片：厚さ　１０ｍｍ　、外径
　４４ｍｍエメリーホイール：ＧＣタイプ、粒度８０、
硬度　Ｈ添加カーボランダム粉：粒度８０メッシュ、添
加量　　約９ｇ／ｍｉｎ． エメリーホイール面と試験片の相対スリップ率：２４％
、６０％ 試験片回転数：５３５ｒｐｍ 試験荷重：４ｋｇ 【００２７】■ｔａｎδ（損失係数） 岩本製作所製のＶｉｓｃｏ　Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｍｅｔｅｒを用い、次の条件で測定した。 試験片：厚さ２ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍ周波数：
５０Ｈｚ 動的歪率：１．２　％ 温　　度：６０℃ ■その他の特性 ＪＩＳ　　Ｋ６３０１「加硫ゴム物理試験法」によった
。 【００２８】 【表４】 【００２９】表４から、実施例の結果は同比表面積レベ
ルにありながら本発明の選択的特性要件を外れる比較例
に比べ、低発熱性の指標となるｔａｎδ（損失係数）な
らびに反撥弾性が同等でありながら耐摩耗性能が有意に
向上していることが認められる。 【００３０】実施例４〜５、比較例４〜５実施例１と同
一のオイルファーネス炉、原料油および燃料油を用い、
表５の発生条件により２種類のカーボンブラックを製造
した。 【００３１】 【表５】 　　　　　　【００３２】得られたカーボンブラックの
特性は、表６のとおりであった。なお、表６に併載した
比較例４、５は同等比表面積を有する既存のカーボンブ
ラックである。 【００３３】 【表６】 表注：比較例４はＮ２２０、比較例５はＮ１１０の市販
カーボンブラックである。 【００３４】ついで、各カーボンブラックを表７に示す
配合条件で天然ゴムに配合した。 【００３５】 【表７】 【００３６】表７の配合物を１４５　℃の温度で４０分
間加硫し、得られたゴム組成物につき各種特性を測定し
た。その結果を表８に示した。 【００３７】 【表８】 【００３８】表８から、本発明の選択的特性要件を満た
す実施例４、５は天然ゴム配合においても同比表面積レ
ベルの比較例と比べ同等以上の低発熱性と高度の耐摩耗
性が付与されている。 【００３９】 【発明の効果】以上のとおり、本発明のゴム組成物には
好適な低発熱性および反撥弾性を保持しながら効果的に
改善された耐摩耗性能が付与される。この両特性の兼備
により、苛酷な走行条件下で高速性、安定性および耐久
性が要求される乗用車からトラック、バスに至るあらゆ
る車種のタイヤトレッド用として極めて有用となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０
   〜１６０ｍ２／ｇ　、ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰ）　が９０
   〜１５０ｍｌ／１００ｇのハード系領域に属し、かつ下
   記の選択的特性を備えるファーネスカーボンブラックを
   ゴム成分　１００重量部に対し３５〜１００　重量部の
   割合で配合してなることを特徴とするゴム組成物。 Ｄｐ　モード径　　≧　７５．２　×（ＤＢＰ／Ｎ２Ｓ
   Ａ）　＋８．０但し、Ｄｐ　モード径は示差走査熱量計
   （ＤＳＣ）　により測定されるカーボンブラック粒間の
   ポア径分布における最大頻度のモード径を指す。