JPH05247256A - 加硫可能な、カーボンブラックを充填したプラスチック−およびゴムコンパウンドの製造方法 - Google Patents

加硫可能な、カーボンブラックを充填したプラスチック−およびゴムコンパウンドの製造方法

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JPH05247256A
JPH05247256A JP4157631A JP15763192A JPH05247256A JP H05247256 A JPH05247256 A JP H05247256A JP 4157631 A JP4157631 A JP 4157631A JP 15763192 A JP15763192 A JP 15763192A JP H05247256 A JPH05247256 A JP H05247256A
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rubber
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carbon atoms
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Siegfried Wolff
ヴォルフ ジークフリート
Udo Goerl
ゲール ウド
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加硫特性を改良した、カーボンブラックを充
填したプラスチックおよびゴムコンパウンドを製造す
る。 【構成】 該コンパウンドに、一般式： ［Ｒ1 n−（ＲＯ）3-nＳｉ−（Ａｌｋ）m−（Ａｒ）p］q［Ｂ］ （Ｉ）， Ｒ1 n（ＲＯ）3-nＳｉ−（アルキル） （ＩＩ）または Ｒ1 n（ＲＯ）3-nＳｉ−（アルケニル） （ＩＩＩ） ［式中、置換基は請求項１に記載のものを表す］で示さ
れる１種以上の有機珪素化合物を、カーボンブラックと
反応させた場合に、有機溶剤で抽出不可能となる量で配
合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１種以上の有機珪素化
合物を配合した、加硫可能な、カーボンブラックを充填
したプラスチック−およびゴムコンパウンドの製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物表面をアルコキシ基含有の有機珪
素化合物で処理することは以前からすでに公知である
（米国特許第３２２７６７５号明細書、欧州特許第１７
７６７４号明細書および欧州特許第０１２６８７１号明
細書）。これらすべての努力の目的は、無機成分、酸化
物含有の充填物質、例として挙げるとすれば、たとえば
ガラスまたは珪酸塩の充填物質、たとえばゴム工業で使
用されるもの（沈降および熱分解シリカ、クレイ、珪酸
アルミニウム等）と、種々の化学組成の有機ポリマーと
を結合させることであった。このことは、一般に、加硫
特性の改良を生じる。カーボンブラック、たとえばファ
ーネスブラック、フレームブラックおよびガスブラック
は酸化物含有充填物質に該当しない。該充填物質におい
て進行する、アルコキシシリル基と表面上のＯＨ基との
反応はカーボンブラックでは行うことができず、従って
カーボンブラックと有機珪素化合物との化学結合の形成
は不可能であると思われた。
【０００３】西独国特許第２７４７２７７号明細書（＝
米国特許第４１２８４３８号明細書）から、カーボンブ
ラックと有機珪素化合物との粒状混合物は確かに公知で
あるが、該コンパウンドは有機珪素化合物を有効な方法
で珪酸含有ゴムコンパウンドに配合するためにのみ使用
されるにすぎない。
【０００４】この場合に、カーボンブラックは、液状オ
ルガノシランを固体に変化するための、液状オルガノシ
ランの担体にすぎない。シランは、そのようなコンパウ
ンドから有機溶剤での抽出により除去することができ
る。
【０００５】西独国特許第４０２３５３７号明細書にお
いては、適当な方法で、少なくない量の有機珪素化合物
を、カーボンブラックの表面および構造に、および化合
物の種類にも依存して、カーボンブラックに結合できる
ことが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】カーボンブラックを充
填した加硫ゴムの特性を、特殊な表面の異なる構造およ
び異なる粒度のカーボンブラックの使用を介して調整す
ることは、従来から絶えず試みられたのであるが、今や
本発明の課題は、シラン変性カーボンブラックの使用を
介して加硫特性を改良させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、加硫可能な、カーボンブラックを充填したプラスチ
ック−およびゴムコンパウンドの製造方法において、該
コンパウンドに、一般式： ［Ｒ1 n−（ＲＯ）3-nＳｉ−（Ａｌｋ）m−（Ａｒ）p］q［Ｂ］ （Ｉ）， Ｒ1 n（ＲＯ）3-nＳｉ−（アルキル） （ＩＩ）または Ｒ1 n（ＲＯ）3-nＳｉ−（アルケニル） （ＩＩＩ） ［式中、Ｂは、−ＳＣＮ，−ＳＨ，−Ｃｌ，−ＮＨ
2（ｑ＝１の場合）または−ＳＸ（ｑ＝２の場合）を表
し、ＲおよびＲ1は、１〜４個の炭素原子を有するアル
キル基、フェニル基を表し、その際、すべての基Ｒおよ
びＲ1はそれぞれ同じかまたは異なるものを表していて
もよく、Ｒは、Ｃ1〜Ｃ4−アルキル基、Ｃ1〜Ｃ4−アル
コキシ基、有利にはＣ1〜Ｃ4−アルキル基を表し、ｎは
０，１または２であり、Ａｌｋは、１〜６個の炭素原子
を有する２価の直鎖または分枝鎖状の炭化水素基を表
し、ｍは０または１であり、Ａｒは６〜１２個のＣ原
子、有利には６個のＣ原子を有するアリーレン基を表
し、ｐは０または１を表し、ただしｐおよびｎは同時に
０でなく、ｘは２〜８の数を表し、アルキルは、１〜２
０個の炭素原子、有利には２〜８個の炭素原子を有する
１価の直鎖または分枝鎖状の不飽和炭化水素基を表し、
およびアルケニルは、２〜２０個の炭素原子、有利には
２〜６個の炭素原子を有する１価の直鎖または分枝鎖状
の不飽和炭化水素基を表す］で示される１種以上の有機
珪素化合物を、カーボンブラックとそれぞれの有機珪素
化合物を反応させた場合に、もはや有機溶剤で抽出不可
能となる量に相当する量で配合することにより、解決さ
れる。
【０００８】この有機珪素化合物の量を測定するための
相当する方法は、西独国特許第４０２３５３７号明細書
に記載されている。
【０００９】該明細書においては、一般に、１種以上の
有機珪素化合物を、カーボンブラック１００重量部に対
して０．１〜３０重量部、特に０．５〜１５重量部、有
利には０．５〜４重量部使用する。
【００１０】それぞれのカーボンブラックに最も多く結
合可能であり、ひいては同時に有機溶剤、特にジエチル
エーテルによりもはや抽出不可能な量の有機珪素化合物
がまた、カーボンブラックと有機珪素化合物に依存して
達成可能な、最適なゴム工業的効率を生じることが判明
した。
【００１１】該化合物のそれ以上に及ぶ抽出可能な量
は、加硫特性を更に向上させないばかりか、かえってゴ
ム工業の特性像を劣化させる。
【００１２】カーボンブラックとしては、ゴム工業で周
知の種々の種類の製品、たとえばファーネスブラック
（ASTM D 1765にもとづく製品）、フレームブラックお
よびガスブラックが適当であり、非ゴム性カーボンブラ
ックも適当である。
【００１３】これらのカーボンブラックは、プラスチッ
ク−およびゴムコンパウンドに、ゴムおよびプラスチッ
ク１００部に対して５〜２５０部、有利には５０〜１０
０部の量で加える。
【００１４】オルガノシランの最適な量は、一連の濃度
の範囲内で加硫物のゴム工業的反応を検査し、かつこの
方法でカーボンブラック／有機珪素化合物の最適な比を
見出すことにより決定することができる。
【００１５】引き続き、厳密に定義された、最適の値像
を達成するために必要なオルガノシランの濃度の他のも
のへの換算は、たとえば該例で示すように、ビス−（ト
リエトキシシリルプロピル）テトラスルファン（ＴＥＳ
ＰＴ）をカーボンブラックの変性のために使用する場合
は、等モル量の比率により、たとえばトリアルコキシシ
リル基で算定することができる。
【００１６】珪酸塩の充填物質においては、ほとんどす
べての場合に配合中にオルガノシランで変性が行われる
が、この方法はそのままカーボンブラックに適当である
と見なすことはできない、それというのもカーボンブラ
ックとオルガノシランとの反応速度は予測できないから
である。
【００１７】その際、一般に、加水分解可能な基（Ｏ
Ｒ）の数がカーボンブラック表面に存在する酸素含有の
基の濃度に等しい（inmval）ことが判明した。
【００１８】このことはカーボンブラック表面の酸素含
有の基の多様な形態を考えると意外である。
【００１９】参照文献：H.P.Boehm,Voll,Carbon 9 (197
1) 481f, J.P.Bonnet et al.,Rubber Conf.Proc.Sydney,(1988)
Vol.1,S．113f， ここで、使用すべきオルガノシランの最適な量を測定す
るべつの可能性が示されている。
【００２０】それによれば、３つの異なる方法が提供さ
れ、これらの方法を使用して有機珪素化合物の結合可能
なおよび最適な量、もちろんこれらの方法の範囲内で付
随した誤差限界も算定することができる。
【００２１】適当なゴムの種類には、硫黄および加硫促
進剤、並びに過酸化物を用いてエラストマーに架橋可能
であるゴム、プラスチックおよびこれらのコンパウンド
が該当する。これには、いわゆるジエンエラストマー、
従ってたとえば天然または合成の油展ゴム、たとえば天
然ゴム、エチレン、プロピレンおよび非共役ジエンから
なるターポリマーが該当する。更に、エチレンおよびプ
ロピレンからなるコポリマー、およびカルボキシル化ゴ
ム、エポキシゴム、トランスポリペンテナマー、ハロゲ
ン化されたブチルゴム、２−クロロブタジエンからなる
ゴム、エチルビニルアセテートコポリマー、場合により
天然ゴムの化学的誘導体および変性した天然ゴムが該当
する。
【００２２】本発明にもとづき製造されるコンパウンド
には、ゴム工業で常用の別の成分が含有されている。た
とえば、ゴム工業で常用の加硫促進剤［たとえばスルフ
ェンアミド、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢ
Ｔ）、ジ−２−ベンゾチアジル−ジスルフィド（ＭＢＴ
Ｓ）、トリアジン促進剤、チウラム］、単独でまたはコ
ンパウンドで、ゴム１００重量部に対して０．１〜１０
重量部の量で、加硫遅延剤、たとえば Vulkalent E、
ジ−（フェニルチオ）アセトアミド（ＰＶＩ）、同様に
ゴム１００重量部に対して０．１〜１０重量部の量で、
加硫促進剤として酸化亜鉛およびステアリン酸、ゴム１
００重量部に対して０．５〜１０重量部の量で、ゴム工
業で使用される老化剤、オゾン剤、疲労剤、たとえばＮ
−イソプロピル−Ｎ′−フェニル−ｐ−フェニレンジア
ミン（ＩＰＰＤ）、ポリ−２．２．４−トリメチル−
１．２−デヒドロキノリン（ＴＭＱ）および光遮断剤と
してワックスおよびこれらの混合物、任意の軟化剤、た
とえば芳香族、ナフテン系、パラフィン系の、合成の軟
化剤およびこれらの混合物、場合により硫黄、ゴム１０
０重量部に対して０．１〜１０重量部、場合により顔料
および加工助剤、一般的な量で。
【００２３】コンパウンド製造は、ゴム工業で周知の形
式および方法で、たとえば密閉式ミキサーまたは圧延機
で行う。その際、２５０℃までの混合温度が使用可能で
ある。
【００２４】公知のコンパウンドと比較して、カーボン
ブラックとオルガノシランを有利には同時に、ゴムおよ
びプラスチックコンパウンドから製造される加硫物に配
合する本発明にもとづく方法は、モジュラス、動的弾性
率および損失角 tanδの明らかな向上を生じる。
【００２５】本発明にもとづくシラン変性カーボンブラ
ックの使用範囲は、コンパウンド、たとえばタイヤ部
材、たとえばブレーカー部分、カーカス部分およびビー
ト部分に、側壁コンパウンドおよび接着剤コンパウンド
において一般に使用されるようなコンパウンド、並びに
コンベアベルト、Ｖベルト、チューブ、パッキング、自
動車の軸受、ばねおよび緩衝部材およびゴムを被覆した
織物のような工業製品に及ぶ。
【００２６】 適用試験規格： 試験方法 レオメータ ＤＩＮ ５３５２９ ムーニー粘度試験 ＤＩＮ ５３５２４ 引張り強さ ＤＩＮ ５３５０４ 破断伸び ＤＩＮ ５３５０７ モジュラス１００％，２００％，３００％ ＤＩＮ ５３５０７ ファイヤストーン（Firestone）反撥弾性 ＡＤ ２０２４５ ショア−Ａ硬度 ＤＩＮ ５３５０５ グットリッチ(Goodrich)屈曲試験 ＡＳＴＭ Ｄ ６２３−６２ 発熱性 ＤＩＮ ５３５１３ ＭＴＳ ＤＩＮ ５３５１３
【００２７】
【実施例】
例１ 個々のデグッサ(Degussa)社のカーボンブラックで得ら
れた、結合可能なシランの量を示す。この場合に、ＢＥ
Ｔ表面積の、結合可能なＳｉ６９の量に対する影響が明
らかである。
【００２８】 シラン変性カーボンブラック ＢＥＴ ＤＢＰ カーボンブラック１００ 重量部に対するＳｉ６９ の最適な量（重量部） Printex90/Si69 ３００ ８００ ４．７ N115/Si69 １４５ １１４ ３．３ N234/Si69 １２５ １２５ ２．２ N220/Si69 １１５ １１４ ２．１ N375/Si69 ９６ １１４ １．９ N330/Si69 ８２ １０２ １．８ N326/Si69 ８３ ７２ １．８ N550/Si69 ４２ １２１ １．５ N660/Si69 ３５ ９０ １．２ N683/Si69 ３７ １３３ １．０ N765/Si69 ３５ １２２ ０．８ Durex 0/Si69 ２０ １０４ ０．４ 例２ ＰＫＷトレッドコンパウンドにおける、Ｎ２３４とＳｉ６９を現場で添加した Ｎ２３４との比較 １ ２ SBR 1500 ５０ ５０ SBR 1712 ６８．７５ ６８．７５ CORAX N234 ６０ ６０ Ｓｉ ６９ − １．５ ZnO RS ３ ３ ステアリン酸 ２ ２ Vulkanox 4010 NA １．５ １．５ Protector G 35 １ １ Vulkacit CZ １．６ １．６ 硫黄 １．８ １．８ レオメータ：１６５℃ Ｄmax−Ｄmin（Ｎｍ） ７．８１ ８．６９ 回復（％） ９．８ ５．８ 加硫データ：１６５℃、ｔ95% 引張り強さ（ＭＰａ） ２０．７ ２２．２ モジュラス３００％（ＭＰａ） １０．３ １１．８ ファイヤストーン反撥弾性（％） ３４．０ ３４．８ ショアＡ硬度 ６８ ７１ グットリッチ屈曲試験：（ＲＴ，１０８Ｎ，０．１７５インチ，１８時間） デルタＴ中心（℃） １４９．５ １４４．９ 動的圧縮率 （％） ２５．５ ２２．８ ＭＴＳ試験 動的弾性率（ＭＰａ） ０℃ ３８．８ ４２．６ ６０℃ １１．７ １３．０ 損失角 ｔａｎδ ０℃ ０．３１７ ０．３００ ６０℃ ０．２２４ ０．２０９ カーボンブラックコンパウンドにＳｉ６９を添加するこ
とにより、架橋収率、モジュラス、引張り強さ、弾性率
およびショア硬度が上昇した。
【００２９】屈曲試験値において、デルタＴ中心は、減
少した加熱割合および減少した動的圧縮率を示す。
【００３０】６０℃における減少した損失角ｔａｎδ
は、シラン処理されたコンパウンドの低下したころがり
抵抗を示す。
【００３１】例３ ＬＫＷトレッドコンパウンドにおける、Ｎ１１０とＳｉ
６９を現場で添加したＮ１１０との比較 １ ２ RSS1(ML(1+4)=70-80) １００ １００ CORAX N110 ４５ ４５ Ｓｉ６９ − １．５ ZnO RS ４ ４ ステアリン酸 ３ ３ Protector G35 １．５ １．５ Vulkanox 4010 NA ２ ２ Vulkacit HS １ １ Naftolen ZD ５ ５ Vulkacit MOZ １．１８ １．１８ 硫黄 １．０７ １．０７ レオメータ：１４５℃ Ｄmax−Ｄmin（Ｎｍ） ６．９７ ７．７１ Ｄmin（Ｎｍ） １．０８ ０．９１ ムーニー粘度 ＭＬ（１＋４）（１００℃）（ＭＥ） ７５ ６９ 加硫データ：１４５℃、ｔ95% 引張り強さ（ＭＰａ） ２５．７ ２５．９ モジュラス３００％（ＭＰａ） ７．５ ８．８ ファイヤストーン反撥弾性（％） ４２．２ ４７．４ ショアＡ硬度 ６２ ６４ グットリッチ屈曲試験：（ＲＴ，１０８Ｎ，０．１７５インチ，１８時間） デルタＡ中心（℃） ９５．１ ８７．４ 動的圧縮率（％） ２５．０ ２１．２ ＭＴＳ試験 動的弾性率（ＭＰａ） ０℃ １１．９ １２．８ ６０℃ ７．５ ８．０ 損失角ｔａｎδ ０℃ ０．２５４ ０．２４２ ６０℃ ０．１３８ ０．１２５ 例４ 最適なゴム工業的効率の、カーボンブラックを塗布した
シラン量への依存性 カーボンブラックとしてＮ２３４をおよびシランとして
ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン
を使用した高性能ＰＫＷトレッド 配合： Ｂｕｎａ １７１２ ５５ Ｂｕｎａ １７２１ ５５ Ｂｕｎａ ＣＢ ３０ ３０ Ｎ２３４ ９０ Ｓｉ６９ ０〜３．５ ＺｎＯ ＲＳ ３ ステアリン酸 １．５ Ｎａｆｔｏｌｅｎ ＺＤ １２ Ｖｕｌｋａｎｏｘ ４０１０ ＮＡ ２．５ Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ Ｇ３５ １．５ Ｖｕｌｋａｃｉｔ ＮＺ ２．６ 硫黄 １．６ 本発明にもとづく実施例は、ころがり抵抗のパラメータ
である、６０℃での損失角ｔａｎδが、Ｓｉ６９濃度が
増加するにつれて減少し、更にＮ２３４ ９０部に対し
てＳｉ６９ ２部以下の量では劣化することを示す。同
様のことは、発熱性および反発弾性にも該当する。（図
１〜３）
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづくシラン変性カーボンブラック
を充填したＰＫＷトレッドにおける６０℃での損失角と
Ｓｉ６９濃度との関係を示したグラフである。
【図２】本発明にもとづくシラン変性カーボンブラック
を充填したＰＫＷトレッドにおける発熱性とＳｉ６９濃
度との関係を示したグラフである。
【図３】本発明にもとづくシラン変性カーボンブラック
を充填したＰＫＷトレッドにおける反発弾性率とＳｉ６
９濃度との関係を示したグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加硫可能な、カーボンブラックを充填し
    たプラスチック−およびゴムコンパウンドの製造方法に
    おいて、該コンパウンドに、一般式： ［Ｒ1 n−（ＲＯ）3-nＳｉ−（Ａｌｋ）m−（Ａｒ）p］q［Ｂ］ （Ｉ）， Ｒ1 n（ＲＯ）3-nＳｉ−（アルキル） （ＩＩ）または Ｒ1 n（ＲＯ）3-nＳｉ−（アルケニル） （ＩＩＩ） ［式中、 Ｂは、−ＳＣＮ，−ＳＨ，−Ｃｌ，−ＮＨ2（ｑ＝１の
    場合）または−ＳＸ（ｑ＝２の場合）を表し、 ＲおよびＲ1は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル
    基、フェニル基を表し、その際、すべての基ＲおよびＲ
    1は、それぞれ同じかまたは異なるものを表していても
    よく、 Ｒは、Ｃ1〜Ｃ4−アルキル基、Ｃ1〜Ｃ4−アルコキシ基
    を表し、 ｎは０，１または２であり、 Ａｌｋは、１〜６個の炭素原子を有する２価の直鎖また
    は分枝鎖状の炭化水素基を表し、 ｍは０または１であり、 Ａｒは、６〜１２個のＣ原子を有するアリーレン基を表
    し、 ｐは０または１を表し、ただしｐとｎは同時に０でな
    く、 ｘは２〜８の数を表し、 アルキルは、１〜２０個の炭素原子を有する１価の直鎖
    または分枝鎖状の不飽和炭化水素基を表し、およびアル
    ケニルは、２〜２０個の炭素原子を有する１価の直鎖ま
    たは分枝鎖状の不飽和炭化水素基を表す］で示される１
    種以上の有機珪素化合物を、カーボンブラックとそれぞ
    れの有機珪素化合物を反応させた場合に、もはや有機溶
    剤で抽出不可能となる量に相当する量で配合することを
    特徴とする、加硫可能な、カーボンブラックを充填した
    プラスチック−およびゴムコンパウンドの製造方法。
JP4157631A 1991-06-18 1992-06-17 加硫可能な、カーボンブラックを充填したプラスチック−およびゴムコンパウンドの製造方法 Pending JPH05247256A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4119959.6 1991-06-18
DE4119959A DE4119959A1 (de) 1991-06-18 1991-06-18 Verfahren zur herstellung von vulkanisierbaren, mit russ gefuellten kunststoff- und kautschukmischungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05247256A true JPH05247256A (ja) 1993-09-24

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