JPH07752B2 - 機能部品ゴム配合用カーボンブラック - Google Patents

機能部品ゴム配合用カーボンブラック

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JPH07752B2
JPH07752B2 JP25680888A JP25680888A JPH07752B2 JP H07752 B2 JPH07752 B2 JP H07752B2 JP 25680888 A JP25680888 A JP 25680888A JP 25680888 A JP25680888 A JP 25680888A JP H07752 B2 JPH07752 B2 JP H07752B2
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carbon black
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清就 中井
光治 三浦
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Tokai Carbon Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タイヤカーカスあるいは防振ゴム等の機能部
品用ゴム部材に配合して高度の補強性と低発熱性を与え
るカーボンブラックに関する。
〔従来の技術〕
ゴム補強用のカーボンブラックには、具備特性に応じた
多様な品種があり、これらの品種特性が、ゴムに配合し
た組成物の諸性能を決定する主要な因子となる。このた
め、通常ゴムへの配合に当たっては、部材の用途に適合
する品種特性のカーボンブラックを選定使用する手段が
慣用されている。
例えば、低発熱性が要求されるタイヤカーカスあるいは
防振ゴム等の機能部品用ゴム部材については、粒子径が
大きく、比表面積の小さいカーボンブラック、またはス
トラクチャーの低いカーボンブラックを使用すること
が、有効とされている。
ところが、このように粒子径が大きく、比表面積の小さ
いカーボンブラックを使用すると、配合ゴム組成物の補
強性を低下させる背反傾向を示す。
したがって、粒子径が大きく、比表面積の小さいカーボ
ンブラックを使用しながら、配合ゴム組成物に高度の補
強性を付与することができれば、タイヤカーカス及び防
振ゴム等の機能部品用ゴム部材として理想的なものとな
る。
出願人は、カーボンブラックの特性面から、上述した背
反ゴム性能を両立させる研究を試み、その成果として、
真比重値を相対的に小さくすると共に凝集体ストークス
モード径(st)をN2SA比表面積およびDBP吸油量に対
応する値より低位に保持したタイヤカーカス用カーボン
ブラック(特開昭62−192468号公報)、同等水準の比表
面積およびストラクチャーにおいて幅広い凝集体分布を
有するカーボンブラック(特願昭62−157518号)をすで
に開発した。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記の先行技術によるカーボンブラック
においては、粒子径の指標となる窒素吸着比表面積(N2
SA)の下限を60m2/gおよび65m2/gに設定することが前提
要件となり、このため低発熱性の付与面ならびに生産上
の制約を受ける問題点があった。
本発明は、窒素吸着比表面積(N2SA)の下限を50m2/g程
度まで引き下げても低発熱性とともに高度の補強性能を
維持することができる機能部品ゴム配合用カーボンブラ
ックを提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち、本発明に係る機能部品ゴム配合用カーボンブ
ラックは、CTABが50〜75m2/g、DBPが105ml/100g以上の
領域にあり、かつ下記(1)式および(2)式の選択的
特性を備えることを特徴とする。
但し、上式において、CTABはCTAB比表面積(m2/g)、DB
PはDBP吸油量(ml/100g)、N2SAは窒素吸着比表面積(m
2/g)、IAはよう素吸着量(mg/g)、(△Dst/st)は
凝集体分布指数で、このうち△Dstは遠心沈降法による
凝集体ストークス相当径分布における最大頻度のストー
クス相当径(nm)、stは前記分布における最大頻度の
50%頻度が得られる大小2点のストークス相当径の差、
Tintは比着色力(%)を指すものとする。
上記したカーボンブラックの各特性は、以下の測定方法
による値が用いられる。
(1)CTAB ASTM D3765−80“Standard Test Method for Carbon B
lack-CTAB(CETYLTRIMETHYL AMMONIUM BROMIDE)Surfac
e Area"による。
(2)DBP吸油量 JIS K6221(1975)「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。
(3)窒素吸着比表面積(N2SA) ASTM D3037−86“Standard Test Method for Carbon B
lack-Surface Area by Nitrogen Adsorption"Method
Bによる。
(4)IA JIS K6221-82“ゴム用カーボンブラックの試験方法"6・
1・1項による。
(5)st、△Dst 乾燥カーボンブラック試料を少量の界面活性剤を含む20
%エタノール水溶液と混合してカーボンブラック濃度50
mg/の分散液を作成し、これを超音波で十分に分散さ
せて試料とする。ディスク・セントリフュージ装置(英
国Joyes Lobel社製)を8000rpmの回転速度に設定し、ス
ピン液(2%グリセリン水溶液)を10ml加えたのち、1m
lのバッファー液(エタノール水溶液)を注入する。次
いで試料0.5ml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。得られた分布曲線における最
大頻度のストークス相当径をst(nm)とし、最大頻度
の50%の頻度が得られる大小2点のストークス相当径の
差を△Dst(nm)とする。この測定方法によるASTM D
−24 Standard Reference Black C−3 N−234の
stは80nm、△Dstは60nmとなる。
(6)Tint JIS K6221-82“ゴム用カーボンブラックの試験方法"6・
1・3項を用い、対比試料をIRB#3による。
上記カーボンブラックの特性項目のうち、CTAB50〜75m2
/g、DBP105ml/100g以上の領域は配合ゴムに低発熱性と
高補強性を付与するための前提要件となるもので、CTAB
が50m2/g未満およびDBPが105ml/100gを下廻ると機能部
品ゴムに要求される補強性能を付与することができず、
またCTABが75m2/gを越えると発熱性の増大が顕著とな
る。
(1)式に示されるN2SA/IA比の要件はカーボンブラッ
クの表面活性度に関係するもので、この比が1.10以上に
ならないと低発熱化の付与に必要な表面活性度の高い性
状を得ることができない。
(3)式による凝集体分布指数(△Dst/st)について
の選択特性は、アグリゲート分布と比表面積および着色
力との関係を捕えたパラメーターで、(CTAB)×(Tin
t)に対応する凝集体分布指数(△Dst/st)の値が従
来品種のカーボンブラックに比べて低位にあることによ
って特長づけられる。そして、(2)式の要件を満たす
場合に、配合ゴムの抗張積を向上させ、同時に亀裂成長
に対する抵抗性が効果的に改善される。
上記の特性を具備するカーボンブラックは、炉頭部に接
続方向空気供給口と炉軸方向に挿着した燃焼バーナーお
よび原料油噴射ノズルを備える燃焼室とこれに連設する
複数段の狭径、広径反応室を有する構造のオイルファー
ネス炉を用い、生成反応温度、反応時間、燃焼ガス流
速、反応滞留時間などの諸条件を制御することによって
製造することができる。
本発明のカーボンブラックは、常法に従い、天然ゴム、
スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、イソプレン
ゴム、ブチルゴム、その他常用のカーボンブラックで補
強可能な各種合成ゴム、混合ゴムなどのエラストマーに
配合される。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25〜150重量部の割合とし、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機能部品用のゴム組成物を得
る。
〔作 用〕
本発明のカーボンブラックは、(1)式の要件を満たす
ことにより配合ゴムに低発熱化をもたらす表面活性度の
高い性状が付与され、また(2)式の要件を満たすこと
によって抗張積ならびに亀裂成長に対する抵抗性を増大
するアグリゲート性状が付与される。これら選択的特性
の作用が前提要件となるCTABおよびDBPの領域範囲での
発熱性の抑制および補強性維持機能と相乗的に作用し
て、N2SA比表面積が50m2/gレベルにおいても低発熱性と
相対的に高位の補強性を同時に付与する効果が発現す
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 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に挿着された燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを有する燃焼室(直
径400mm、長さ500mm)を設置し、該燃焼室と同軸的に連
結する狭径反応室(前段:直径170mm、長さ500mm、後
段:直径150mm、長さ1000mm)およびこれに引続く広径
反応室(直径500mm)とから構成されたオイルファーネ
ス炉を用い発生条件を変えて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、初期沸点103℃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(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。
表Iに発生条件、表IIに得られた本発明カーボンブラッ
クの特性をそれぞれ実施例No.と対比して示した。な
お、表IIの比較例1〜4は本発明の特性要件を外れる従
来品種のカーボンブラックを示したものである。
次に、これらのカーボンブラック試料を表IIIに示す配
合比により天然ゴムに配合した。
表IIIの配合物を145℃の温度で加硫処理して得られたゴ
ム組成物につき各種ゴム特性を測定し、結果を表IVに示
した。
なお、各種ゴム特性のうち損失係数(tanδ)について
は、ヴィスコ・エラステック・スペクトロメーター(岩
本製作所製)を用い、次の条件により測定した。
試験片:長さ35mm、幅5mm、厚さ2mm 周波数:50Hz 温 度:25℃ 動的歪み率ε:±1.2% その他のゴム特性は、すべてJIS K6301「一般ゴム試験
法」によって測定した。
表IVの結果から、本発明の実施例によるゴム配合特性は
発熱性の指標となる損失係数(tanδ)が同等のN2SA水
準にある従来特性のカーボンブラック配合例(比較例)
に比べ低下しており、同時に引張り強さ、抗張積(引張
り強さと伸びの積)、屈曲亀裂成長等の補強性能が向上
していることが認められる。とくに、N2SAが53m2/gの実
施例1において良好な低発熱性と補強性能を兼備してい
ることは特筆すべき効果である。
〔発明の効果〕
以上のとおり、本発明により提供されるカーボンブラッ
クは、従来、困難とされていたN2SA50m2/gを下限とする
粒子特性において低位の発熱性と高度の補強性を兼備さ
せることができ、その他のゴム性能も高水準に保持させ
ることが可能となる。したがって、タイヤカーカスある
いは防振ゴム等の機能部品ゴム配合用としての要求性能
を満足する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CTABが50〜75m2/g、DBPが105ml/100g以上
    の領域にあり、かつ下記(1)式および(2)式の選択
    的特性を備える機能部品ゴム配合用カーボンブラック。 但し、上式において、CTABはCTAB比表面積(m2/g)、DB
    PはDBP吸油量(ml/100g)、N2SAは窒素吸着比表面積(m
    2/g)、IAはよう素吸着量(mg/g)、(△Dst/st)は
    凝集体分布指数で、このうち△Dstは遠心沈降法による
    凝集体ストークス相当径分布における最大頻度のストー
    クス相当径(nm)、stは前記分布における最大頻度の
    50%頻度が得られる大小2点のストークス相当径の差、
    Tintは比着色力(%)を指すものとする。
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