JPH0637580B2 - ゴム配合用カ−ボンブラツク - Google Patents

ゴム配合用カ−ボンブラツク

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JPH0637580B2
JPH0637580B2 JP62058792A JP5879287A JPH0637580B2 JP H0637580 B2 JPH0637580 B2 JP H0637580B2 JP 62058792 A JP62058792 A JP 62058792A JP 5879287 A JP5879287 A JP 5879287A JP H0637580 B2 JPH0637580 B2 JP H0637580B2
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正彦 三戸
清就 中井
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東海カ−ボン株式会社
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/50Furnace black ; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12Surface area

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  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度の耐摩耗性と反撥弾性の兼備が要求され
るパッセンジァータイヤのトレッド部材などに供して有
用なゴム配合用カーボンブラックに関する。
〔従来の技術〕
パッセンジァータイヤのトレッドを構成するゴム材料に
は、高反撥弾性、低発熱性など駆動エネルギーの損失を
抑制する動的性能の付与が必要条件とされている。
上記の動的ゴム性能を配合カーボンブラックの特性面か
ら改善するためには、粒子径の大きい〔BET比表面積
(NSA)の小さい〕品種を用いることが有効とされ
ているが、この種のカーボンブラックはゴム補強面では
背反的な挙動を示し、タイヤトレッドとして最重要な耐
摩耗性能を著しく後退させる結果を招く。このため、従
来、パッセンジァータイヤトレッドにはBET比表面積
が85m2/g以上の品種を配合することにより耐摩耗性を
確保し、同時に可及的にアグリゲートサイズ分布巾の広
い特性のカーボンブラックを選択使用することで弾性面
の改良を図る手法が採られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上述の手法をBET比表面積85m2/g未満の
粒子径領域にあるカーボンブラックに適用しようとする
と、反撥弾性の増大改善は得られるものの耐摩耗性が大
巾に低下してしまいパッセンジァータイヤのトレッド部
材としての要求性能を満足しなくなる問題点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記問題点を解消し、BET比表面積84m2/g
以下の粒子径領域において配合ゴムに高度の耐摩耗性と
反撥弾性を同時に付与することができるカーボンブラッ
クを提供するもので、その構成は、BET比表面積(N
SA)が65〜84m2/gの範囲にあり、下記の計算式
で得られるa値が270以上、BET比表面積(N
A)/よう素吸着量(IA)の比が1.10〜1.35の特性要
件を満すゴム配合用カーボンブラックにある。
a=(24M4DBP)×(ブラックネス/IA)
×(st)×10−6 本発明カーボンブラックの特性項目のうち、BET比表
面積(NSA)65〜84m2/gの粒子径範囲は、配合
ゴムに好適な反撥弾性、低発熱性を与える一方、極端な
耐摩耗性の後退を抑制するための前提要件となる。この
前提要件に加えて要求ゴム性能に関与するa値を従来品
種のカーボンブラックより大きい270以上に保持し、
更にNSA/IA比を1.10〜1.35に調整する
ことにより耐摩耗性の適正水準を維持するとともに加工
面での特性低下を有効に防止することが可能となる。
本発明を構成するカーボンブラックの各特性値は、以下
の測定方法によって得られる値とする。
(1)BET比表面積(NSA) ASTM D 3037−78“Standard Methods of Test
ing Carbon Black Surface Area by Nitrogen Adsorpti
on”.Method B による。この方法で測定したIRB
♯5のBET比表面積(NSA)は、80.3m2/gと
なる。
(2)24M4DBP(圧縮DBP吸油量) ASTM D 3493−79“CARBON BLACK DIBUTYL PHT
HLATE ABSORPTION NUMBER COMPRESSED SAMPLE”によ
る。
(3)ブラックネス 粒度149μ以下の乾燥カーボンブラック試料0.500g
を秤取し、ガラス板上でアマニ油を滴下しながら十分に
練り合せたのち、ペーストをフーバーマーラー上で荷重
15bで25×5回混練して測定ガラス板面に薄膜と
して形成する。予め基準試料IRB♯2について形成し
た薄膜上にデンシクロンヘッドを置いて50%に設定
し、ヘッドを少くとも3ヶ所移動させたときのメーター
値が49.5〜50.5%になることを確認する。この常態で試
料カーボンブラックの薄膜上にヘッドを置き、メーター
値を読み取る。ヘッドは5ヶ所移動し、その平均値をT
値として下式によりブラックネスを算出する。
但し、Tは試料カーボンブラックの測定値、100は基
準試料IRB♯2のブラックネス、50は基準試料IR
B♯2薄膜の設定値である。
(4)IA(よう素吸着量) JIS K6221(1975)「ゴム用カーボンブラ
ックの試験方法」6.1.1項、よう素吸着量による。
(5)st JIS K6221(1975)6.2.1項A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試料
を少量の界面活性剤(分散媒)を含む20vo%エタノ
ール水溶液と混合してカーボンブラック濃度50mg/
の分散液を作製し、超音波で十分分散させて試料とす
る。ディスク・セントリフュージ装置(英国Joyes Loeb
le社製)を8000rpmの回転速度に設定し、スピン液
(温度25℃の2wt%グリセリン水溶液)を10m加え
たのち1mのバッファー液(温度25℃の20vol%エタ
ノール水溶液)を注入する。ついで、温度25℃のカー
ボンブラック分散液0.5m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
ストークス相当径の分布曲線を作成する。stは得られ
た分布曲線における最大頻度(最大吸光度)のストーク
ス相当径(nm)を指す。この測定方法によるASTM D
−24 Standard reference Black C−3 N234
のstは80nmとなる。
本発明のカーボンブラックは、頭部に燃焼バーナーおよ
び原料油噴射ノズルを備える燃焼室とこれに連続する熱
分解導管とから構成された発生部を2系列設け、両発生
部の熱分解導管を円筒状の主反応ゾーンに収斂会合した
Y字型構造のオイルファーネス炉を用い、別系列で発生
したカーボンブラック中間生成ガス流を主反応ゾーンに
同時に高速導入して相互衝突させる方法(特開昭59−
49267号)によって製造される。この際、各発生系
列の条件および生成カーボンブラック流の炉内滞留時間
を制御することによって本発明の特性を備えるカーボン
ブラックを得ることができる。
〔作用〕
本発明に係るカーボンブラックは常法に従って各種合成
ゴムあるいは天然ゴム成分に配合されるが、BET比表
面積(NSA)の低位設定に伴なう耐摩耗性の後退傾
向を24M4DBP、ブラックネス/IAおよびstな
ど関与因子のパラメータとなるa値を従来品種のカーボ
ンブラックより有意に高い270以上に制御することに
より効果的に抑止し、これらの相乗作用に基づいて配合
ゴムに好適な反撥弾性と耐摩耗性を同時に付与する結果
が実現される。
すなわち、a値の計算式を構成する各特性因子と配合ゴ
ム成分との係わりは、高い一次ストラクチャー〔(24
M4DBP)〕と一定の粒子径(IA)に対して相対
的に高いブラックネス〔(ブラックネス/IA)〕が
高耐摩耗性に寄与する要因となる。同等の粒子径におい
て高いブラックネスを有するカーボンブラックは炭化度
が低い(高表面活性)ためにゴム成分との親和性を改善
する機能を営み、この作用で耐摩耗性の向上効果を示
す。〔(st)〕は高位の凝集体ストークス径を示す
因子で配合ゴムに低発熱性と高い反撥弾性を与えるため
に機能する。したがって、a値は耐摩耗性と発熱性の両
ゴム性能に関与するカーボンブラックの特性指標とな
り、この値が270以上である場合に高位の耐摩耗性と
低位の発熱性とをバランスよく付与することができる。
更に、BET比表面積(NSA)/よう素吸着量(I
A)の比が1.10〜1.35の粒子性状は、低発熱性
および高耐摩耗性を同時に改善する特性因子となるか
ら、前記a値が270以上の特性項目の作用と相俟っ
て、配合ゴムに対し補強性能である耐摩耗性と動的性能
の要因となる反撥弾性および発熱性の同時改善が可能と
なる。〔実施例、比較例〕 頭部にウインドボックスを介して燃焼バーナーと原料油
噴射ノズルを装着した内径400mm、長さ800mm(う
ち円錐部分200mm)の燃焼室および内径80mm、長さ
700mmの熱分解導管を備える第1発生部と、同様に燃
焼バーナーと原料油噴射ノズルを装着した内径650m
m、長さ800mm(うち円錐部分200mm)の燃焼室お
よび内径110mm、長さ1000mmの熱分解導管を備え
る第2発生部からなる2系列の発生部を、内径300m
m、長さ4000mmの後段広径部位と内径135mm、長
さ850mmの前段狭径部位を連設した主反応ゾーンの前
面に交角60°で収斂結合させたY字型構造のオイルフ
ァーネス炉を設置した。
原料油には比重(15/4℃)1.0703、粘度(エングラ
ー,40/20℃)2.10、ベンゼン不溶分0.03%、相関
係数(BMCI)140、初期沸点103℃の芳香族炭
化水素油を、また燃料油としては比重(15/4℃)0.
903、粘度(CST50℃)16.1、残炭分5.4%、硫黄分
1.8%、引火点96℃の炭化水素油を用いた。
上記の反応炉、原料油および燃料油を用い、表Iに示し
た発生条件を適用して本発明のカーボンブラックを製造
した。
表IIに製造されたカーボンブラックの各種特性ならびに
計算値を示した。
なお、表IIのうち比較例として示したRun No.5〜8
は、従来技術により製造された実施例と同等水準Run N
o.9は85m2/g以上のBET比表面積(NSA)を有
するカーボンブラックである。
次に表IIの各種カーボンブラックを表IIIに示す配合系
でスチレンブタジエンゴム(SBR)成分に配合した。
表IIIの配合物を145℃の温度で50分間加硫処理し
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IIの配合カーボンブラックRun No.に対応させ
て表IVに示した。
なお、ゴム特性の測定方法および測定条件は下記によっ
た。
(1)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 添加カーボンランダム粉:粒度80、 添加量約9g/分 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 (2)発熱度 ASTM D623−78(グッドリッチフレキソメー
ター使用)によった。
(3)その他 JIS K6301「加硫ゴム物理試験方法」によっ
た。
表IVの結果を表IIの特性と併せ考察すると、適用したカ
ーボンブラックのBET比表面積(NSA)が同一水
準に位する場合には、実施例によるゴム組成物は比較例
に比べ耐摩耗性は同等に維持されながら動的性能の要因
となる反撥弾性、発熱度などが有意に改善され、また、
BET比表面積(NSA)が85m2/gを越えるRun N
o.9に対してもゴム性能に遜色がないことが判明する。
〔発明の効果〕 本発明により提供されるカーボンブラックは、従来、両
立が困難とされていた85m2/g未満のBET比表面積
(NSA)レベルにおいて配合ゴムに高度の耐摩耗性
と動的性能(高反撥弾性、低発熱性)を同時に付与する
ことができる独特の選択特性を有している。したがっ
て、パッセンジァータイヤのトレッドゴムなどに配合す
ることにより走行時の転動抵抗の軽減と低燃費化を効果
的にもたらすことができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】BET比表面積(NSA)が65〜84
    m2/gの範囲にあり、下記の計算式で得られるa値が27
    0以上、BET比表面積(NSA)/よう素吸着量
    (IA)の比が1.10〜1.35の特性要件を満すゴム配合用
    カーボンブラック。 a=(24M4DBP)×(ブラックネス/IA)×(s
    t)×10−6
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