JPH072863B2 - ゴム組成物 - Google Patents

ゴム組成物

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JPH072863B2
JPH072863B2 JP2122371A JP12237190A JPH072863B2 JP H072863 B2 JPH072863 B2 JP H072863B2 JP 2122371 A JP2122371 A JP 2122371A JP 12237190 A JP12237190 A JP 12237190A JP H072863 B2 JPH072863 B2 JP H072863B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、改良された耐疲労性を備えるゴム組成物に関
し、詳しくはクロロプレンゴムに選択された均一コロイ
ダル性状を有するカーボンブラックを配合してなる耐疲
労性のゴム組成物に関する。
〔従来の技術〕
工業用ゴム製品のうち、各種防振材、シール部材、ホー
スおよびベルト等に使用されるゴム材料には、苛酷な使
用環境に対する優れた耐疲労性が要求される。したがっ
て、この種のゴム製品の耐疲労性を改善する試みは従来
から盛んにおこなわれており、主に成分組成の面からの
改良提案が多くなされている。
例えば、特開昭60-108444号公報には篩通過させてグリ
ットを除去したカーボンブラックを含有する有機懸濁液
とゴムラテックスまたはゴムセメントを混合、凝固する
湿式カーボンマスターバッチ法による耐疲労性のゴム組
成物が開示されている。しかし、微細グリットを除去し
たカーボンブラックのゴム配合化では耐疲労性の向上度
合に限界があり、クロロプレンゴムを対象とするケース
ではカーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)が60
m2/gを越えると微細グリットを除去しても耐疲労性は極
端に低下する。特開昭61-290255号公報の発明では、ク
ロロプレンゴム100重量部に対して金属酸化物加硫剤1
〜20重量部、シリカ5〜30重量部、カーボンブラックの
ような補強性充填剤15〜50重量部並びにビスマレイミド
2〜10重量部を配合することによりゴムVベルトの高寿
命化を図っているが、カーボンブラックの特性に関する
配慮はされていないため、そのコロイダル性状と配合ゴ
ムの耐疲労性との因果関係については鮮明されていな
い。これに対し特開昭62-57438号公報には、電子顕微鏡
による算術平均径(Dn):22mμ≦Dn≦38mμ、凝集体径
(st):60mμ≦st≦130mμ、算術平均径分布の標準
偏差S(mμ):〔S〕≦0.333×〔st〕+45.0、凝
集体強度:ΔDBP=DBP-24M4DBP(ml/100g)≦10ml/100
g、N2SA(m2/g)/IA(mg/g)≧1.08のコロイダル特性を
もつカーボンブラックをゴム成分に対して20〜100重量
部配合した耐疲労性と耐発熱性を備えるゴム組成物が示
されている。しかし、該発明で対象としているゴム成分
は天然ゴムまたはジエン系合成ゴムであってクロロプレ
ンゴムについては検討されていない。特開昭64-9250号
公報に記載のある防振ゴム組成物は、加硫可能なゴム10
0重量部にポリアミド微細短繊維5〜100重量部を結合し
た強化ゴム組成物とカーボンブラックおよび加硫可能な
ゴムとを特定範囲の比率で配合したもので、破壊強度な
らびに疲労特性の改良が目的とされているが、配合カー
ボンブラックの特性については検討されていない。特開
昭64-20245号公報には、耐疲労性に優れた天然ゴムおよ
び/又はポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴムおよ
びカーボンブラックからなるゴム組成物の製造方法が示
されている。ところが、クロロプレンゴムは改良対象と
されておらず、また配合カーボンブラックの特性吟味は
なされていない。更に、特開平1-146934号公報の発明
は、特定のブタンジエン系重合体、天然ゴムおよび/ま
たは高シスイソプレンゴムおよびカーボンブラックを配
合した防振ゴム組成物を対象とするものである。したが
って、ポリマー組成に特徴を置いており、配合カーボン
ブラックの性状に関しては配慮されていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
このようにゴム疲労性の改善を目的とした従来技術に
は、前記特開昭62-57438号公報の発明を除いてカーボン
ブラックのコロイダル特性面から配合ゴムに対する疲労
性の改善を図った例は見当たらない。
また、特開昭62-57438号の発明は前述したように対象ゴ
ム成分が天然ゴムまたはジエン系合成ゴムであり、クロ
ロプレンゴムを対象とした検討はなされていない。本発
明者の研究によると、クロロプレンゴムを対象にする場
合には特開昭62-57438号発明で特定されているst≦13
0mμでは耐疲労性の向上が効果的に達成されないことが
確認されている。したがって、天然ゴムまたはジエン系
合成ゴムとクロロプレンゴムでは耐疲労性改善に対する
カーボンブラック特性の設計方向が大きく異なるもので
ある。
本発明は、対象ゴム成分をクロロプレンゴムとし、この
場合に最適なコロイダル性状を備えるカーボンブラック
を配合した耐疲労性に優れるゴム組成物の提供を目的と
するものである。
〔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、クロロプレンゴム100重量部に対し、下記の選択的
特性を有するカーボンブラックを20〜100重量部配合し
てなることを構成上の特徴としている。
(1) N2 SA(m2/g)≦60 (2) st(nm)≧130 (3) ΔDst/st≦0.95 但し、N2 SAは窒素吸着比表面積、stはカーボンブラ
ックアグリゲートのストークスモード径、ΔDstは前記
ストークスモード径の半値巾を指す。
本発明に適用されるカーボンブラックの各特性は、下記
の測定方法によるものとする。
(1) N2SA ASTM D3037-86“Standard Test Method for Carbon Bla
ck-Surface Area by Nit-rogen Adsorption"Method Bに
よる。この方法で測定したIRB#5のN2SA値は、80.3m2/
gとなる。
(2) st、ΔDst JISK6221(1982)5「乾燥試料の作り方」に基づいて乾
燥したカーボンブラック試料を少量の界面活性剤を含む
20vol%エタノール水溶液と混合してカーボンブラック
濃度100mg/lの分散液を作製し、これを超音波で十分に
分散されて試料とする。ディスク・セントリフュージ装
置(英国Joyes Lobel社製)を6000rpmの回転数に設定
し、スピン液(温度25℃の2wt%グリセリン水溶液)を1
5ml加えたのち、1ml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。次いで温度25℃のカ
ーボンブラック分散液0.5mlを注射器で加えたのち遠心
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。得られた分
布曲線における最大頻度のストークスモード径をst
(nm)とし、該最大頻度の50%の頻度が得られる大小2
点の差(半値巾)をΔDst(nm)とする。この測定方法
によるASTM D24“Standard Reference Black C−3(N
−234)”のstは80nm、ΔDstは60nmとなる。
本発明で特定したカーボンブラック特性項目のうち、N2
SA(m2/g)≦60の範囲はソフト系領域に属し、配合クロ
ロプレンゴムに耐疲労性を具備させるための前提要件と
なる。N2SAが60m2/gを超える場合には耐疲労性の向上効
果が期待できないうえ、発熱性が増大してゴムの熱老化
を招来する。
st(nm)≧130およびΔDst/st≦0.95のコロイダル
性状は、カーボンブラックアグリゲートのストークスモ
ード径が高位に位置し、かつ該ストークスモード径に対
する分布巾が相対的に小さいことに特徴づけられ、前記
低N2SAによる粒子要件と併せてこのコロイダル特性要件
を同時に満足する場合に配合クロロプレンゴムに対する
良好な耐疲労性の付与が発現する。
この耐疲労性の改善効果は、上記のカーボンブラック特
性要件を満たすなかで、N2SAが小さいほど、またstが
大きいほど顕著な向上傾向を示す。
上記の特性を具備するカーボンブラックは、緩徐に収
斂、開拡する鼓状絞り部をもつ広径の円筒反応炉を用
い、燃料油と空気または酸素を含む適宜な酸化剤とによ
る高温燃焼ガス中に原料油の霧化気流を二段に導入する
方法によって製造することができる。
原料油にはクレオソート油、エチレンボトム油などの高
芳香族系重質油が用いられ、高温燃焼ガスとの高度の均
質混合を得るために霧化噴射ノズルを介して十分な微粒
子気流の状態で導入する。霧化噴射ノズルは、例えば水
冷外套を有し、炉軸方向に進退可能な外筒ノズルとこれ
に挿着された伸縮自在な中軸筒ノズルからなる二重筒構
造のものが使用され、燃焼バーナーとは別に炉頭部に装
着される。原料油は、霧化用空気とともに外筒ノズルお
よび中軸筒ノズルを介して二段に分割導入されるが、原
料油導入位置は外筒ノズルの進退と中軸ノズルの伸縮に
より適宜変更することができる。
上記装置を用い、通常の方法により前供給空気量と全原
燃料油導入量との割合ならびに反応添加材量を調節して
所望のN2SAをもつカーボンブラックを生成させるが、さ
らに燃料油の燃焼率を170%以下、上流側原料油導入位
置における燃焼ガスの流速を60m/sec.以上、反応生成ガ
スの炉内滞留時間を700ミリ秒以下に保持するなど、従
来の粗大粒子カーボンブラック生成条件(燃料油の燃焼
率200%以上、燃焼ガス流速10m/sec.以下、反応生成ガ
スの炉内滞留時間900〜1100ミリ秒)とは異なる条件を
設定することにより、本発明で特定したコロイダル特性
が付与される。
上記の選択的特性を備えるカーボンブラックは、常法に
従ってクロロプレンゴムに配合される。対象となるクロ
ロプレンゴムは、硫黄変性、非硫黄変性いずれのタイプ
でも差し支えない。カーボンブラックの配合比率は、ク
ロロプレンゴム成分100重量部に対し20〜100重量部の範
囲とし、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の
ゴム組成物を得る。
〔作用〕
本発明によるゴム組成物は、N2SAが60m2/g以下の低表面
積性状に加え、stが130nm以上でΔDst/st比が0.95
以下のコロイダル性状を併有するカーボンブラックが配
合されており、該カーボンブラックの選択的特性がクロ
ロプレンゴムに対し優れた耐疲労性を付与するために有
効機能する。
特に、アグリゲートのストークスモード径(st)が比
較的高位にあり、かつこのストークスモード径(st)
に対する分布幅(ΔDst)が相対的に小さい前記コロイ
ダル特性範囲のカーボンブラックは、クロロプレンゴム
に混練した場合に凝集体相互がよく分離して極めて均一
な分散組織を形成する。均一分散系の配合組織は、欠陥
箇所が少ないばかりでなく、疲労時におけるゴムポリマ
ー分子鎖の負担を均等化させる作用を営む。このような
作用を介して耐疲労性能が効果的に改善されたゴム組成
物となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例1〜3、比較例1〜4 (1) カーボンブラックの製造 下流側出口部が緩やかに収斂する燃焼室(内径700mm、
長さ1000mm)を内径250mm、長さ200mmの狭径部を介して
開拡するテーパー状反応域(長さ9000mm)に連続する耐
火レンガ内張製の円筒構造を有し、炉頭部に接線方向空
気供給口を備えたウインドボックスを、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て
なる反応炉において、炉頭から炉中心軸に沿って二重筒
ノズル構造の原料油霧化噴射ノズルを挿着し、その周辺
に4本の燃焼バーナーを同軸的に設置した。原料油霧化
噴射ノズルは、上流側の原料油導入点(外筒ノズルの噴
出孔)が収斂部位に、下流側原料油導入点は狭径部位に
それぞれ位置するように調整した。
上記の反応炉を用いて本発明の特性要件を満たすカーボ
ンブラックを製造した。
燃料油には、比重(15/4℃)0.903、粘度(CST 50℃)1
6.1、残炭分5.4%、硫黄分1.8%、引火点96℃の炭化水
素油を用い、原料油としては、比重(15/4℃)2.10、ベ
ンゼン不溶分0.03%、相関係数(BMCI)140、初期沸点1
03℃の高芳香族系炭化水素油を用いた。
表1に適用した発生条件を、また表2に得られたカーボ
ンブラックの特性を示した。なお、表2の比較例1〜4
は本発明の特定範囲を外れる従来品質のカーボンブラッ
クについて示したものである。
(2) ゴム配合 次に、表2に各カーボンブラックを表3に示す配合比に
よりクロロプレンゴムに配合し、配合物を145℃の温度
で35分間加硫してゴム組成物を得た。
(3) 疲労試験 得られた各ゴム組成物につきゴム疲労試験をおこない、
結果を表4に示した。
なお疲労試験は、予め作製したダンベル状(長さ78mm,
厚さ2mm,狭幅部分の長さ25mm、幅4mm)の加硫試片につ
き、モンサント社製ファティーグテスタを使用して伸張
率0〜100%、引張りサイクル100サイクル/分、大気室
温下の条件で繰り返し伸張運動を与え、破断までの回数
を1試料につき24回測定する方法でおこない、その結果
を寿命解析に広く利用されているワイブル確率紙〔日本
規格協会〕にプロットして平均寿命(MTTF:mean time o
f failure)回数を求めた。
表4の結果から、実施例による各ゴム組成物は高度の耐
疲労性能を示すが、本発明のカーボンブラック特性のう
ちいずれかの要件を満たさない比較例のゴム組成物は実
施例に比べ大幅に耐疲労性が劣ることが認められる。
〔発明の効果〕
以上のとおり、本発明により提供されるゴム組成物は配
合カーボンブラックの選択的特性、とくに均一なコロイ
ダル性状が機能して従来の相当粒子径に属する品種のカ
ーボンブラック配合時に比べ著しく改善された疲労抵抗
性を具備している。
したがって、耐疲労性能が要求される各種工業ゴム製品
に用いるゴム組成物として有用である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロロプレンゴム100重量部に対し、下記
    の選択的特性を有するカーボンブラックを20〜100重量
    部配合してなることを特徴とするゴム組成物。 (1)N2 SA(m2/g)≦60 (2)st(nm)≧130 (3)ΔDst/st≦0.95 但し、N2 SAは窒素吸着比表面積、stはカーボンブラ
    ックアグリゲートのストークスモード径、ΔDstは前記
    ストークスモード径の半値巾を指す。
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