JPH08507555A - カーボンブラック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 優れたトレッド摩耗抵抗及び摩耗抵抗をゴム配合物に与える、ＣＴＡＢが１４０ｍ²／ｇより大きいか又は同等で、ＣＤＢＰが１１５ｃｃ／１００ｇより大きいか又は同等で、着色値が１３５％より大きいか又は同等で、ΔＤ５０が５０ｎｍより小さいか又は同等で、Ｄモードが７２ｎｍより小さいか又は同等で、吸蔵体積率が１．３０より大きいか又は同等であるカーボンブラック。好ましくは、本発明のカーボンブラックは、１５０ｍ²／ｇより大きいか又は同等であり、１８０ｍ²／ｇより小さいＮ₂ＳＡ及び１４０ｃｃ／１００ｇより大きいか又は同等のＤＢＰを有することによって、更に特徴付けられる。また、通常使用される装填レベルでは摩耗抵抗及びトレッド摩耗抵抗の増加を示すカーボンブラックを含有するゴム配合物を開示する。更に、タイヤ配合物の配合に通常使用されるよりも低い装填レベルでトレッド摩耗抵抗／ヒステリシス比の増加を示すカーボンブラックを含有するゴム配合物を開示する。全てのゴム配合物は、引張り性能を改善させるために、更にシリカを含有していても良い。

Description

【発明の詳細な説明】 カーボンブラック 本出願は、１９９３年２月２３日に出願された米国特許出願番号第０８／０２ ３，８２２号明細書の一部継続出願である。発明の分野 本発明は、タイヤでの使用を意図されるゴム配合物での使用に特に良く適する 新規な種類のカーボンブラックに関する。カーボンブラックは、一般に使用され る装填レベルでゴム配合物に対して高い摩耗抵抗とトレッド摩耗抵抗（treadwea r resistance）を有利に与える。カーボンブラックはまた、通常使用される装填 レベル以下のレベルで使用される時には、高い摩耗抵抗とトレッド摩耗抵抗及び 低いヒステリシスの組み合わせを、ゴム配合物に対して有利に与える。本発明の カーボンブラックを含有するゴム配合物はまた、ゴム配合物の引張り性能を改善 させるためにシリカを含有していても良い。背景 カーボンブラックは、ファーネス型反応器中で炭化水素原料を高温の燃焼ガス で熱分解して、粒状のカーボンブラックを含有する燃焼製品を製造することによ って一般に製造される。 カーボンブラックは、限定されないが、一般的に表面積、表面化学、凝集体の 大きさ及び粒径を含む分析特性に基づいて特徴付けられる。カーボンブラックの 特性は、例えばＣＴＡＢ、ＣＤＢＰ及び着色力値（ＴＩＮＴ）を含む、当技術分 野で知られる試験によって分析的に測定される。カーボンブラックはまた、それ らのΔＤ５０、Ｄモード及び吸蔵体積率（Occuluded Volume Index）によっても 特徴付けられ得る。 カーボンブラックは顔料、充填材、補強剤として、また他の様々な用途に使用 され得る。例えばカーボンブラックは、ゴムとプラスチック配合物との配合や調 製の充填剤や強化顔料として、広く利用されている。一層詳しくは、カーボンブ ラックは、タイヤの調製に使用されることを意図された加硫ゴムの調製に効果的 である。 カーボンブラックの特性は、カーボンブラックを含有するゴム又はプラスチッ ク配合物の特性に影響を及ぼすということは一般に理解されている。この様に、 カーボンブラックの特性は、カーボンブラックを含有するタイヤトレッド配合物 の特性に影響を及ぼすであろう。 充分な摩耗抵抗を有するカーボンブラックを含有するタイヤトレッド配合物を 使用して、タイヤを製造することが一般に望ましい。ゴム配合物の摩耗抵抗が大 きくなるに連れて、ゴム配合物で製造されたタイヤのトレッド摩耗抵抗が大きく なるに連れて、摩耗してしまうまでにタイヤが持続するであろうマイル数が大き くなる。 充分なヒステリシスを有するカーボンブラックを混合するタイヤトレッド配合 物を使用して、タイヤを製造することも一般に望ましい。ゴム配合物のヒステリ シスは、歪み下で散逸されるエネルギーに関連する。低めのヒステリシス値を有 するトレッド配合物で製造されたタイヤの転がり抵抗は低く、その結果そのタイ ヤを使用する乗物による燃料消費が減少するであろう。 従って、本発明の目的は、天然ゴム、合成ゴム及び天然ゴムと合成ゴムの混合 物に優れた摩耗抵抗とトレッド摩耗抵抗を与える新規なカーボンブラックである 。 本発明の他の目的は、本発明のカーボンブラックを使用して従来の装填レベル で調製された、改良された摩耗抵抗とトレッド摩耗抵抗を有する新規なゴム配合 物を提供することである。 本発明の更なる目的は、通常使用される装填レベル以下のレベルで本発明のカ ーボンブラックを使用して調製する時に、改良された摩耗抵抗とトレッド摩耗抵 抗との組み合わせ、及び減少させられたヒステリシスを有する、新規なゴム配合 物を提供することにある。 本発明のカーボンブラックを含有するゴム配合物はまた、ゴム配合物の引張り 性能を改善させるためにシリカを含有していても良い。シリカはゴム成分１００ 重量部に対して約５〜約３０重量部の範囲の量でゴム配合物に混合されるべきで ある。ゴム配合物の調製に使用されるシリカは、当業者に知られているどんなシ リカであっても良い。例えば、沈殿又は熱分解技術によって調製されたシリカは 使用に適している。シリカを混合する際には、良く知られているカップリング剤 を使用するのも好ましい。 本発明の他の目的は、以下の詳細及び請求の範囲から明らかになるであろう。本発明の要約 我々は、ＣＴＡＢ（セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸収値）が１４ ０ｍ²／ｇ（１ｇ当たりの平方メートル）より大きいか又は同等、好ましくは１ ４０〜２５０ｍ²／gであり、ＣＤＢＰ（粉砕されたフタル酸ジブチル吸収）が１ １５ｃｃ／１００ｇ（カーボンブラック１００ｇ当たりのフタル酸ジブチルの立 方センチメートル）より大きいか又は同等、好ましくは１２０〜１５０ｃｃ／１ ００ｇであり、着色値（Tint Value）が１３５％より大きいか又は同等、好まし くは１４５〜１８０％であり、ΔＤ５０が５０ｎｍより小さいか又は同等、好ま しくは４７ｎｍより小さいか又は同等、より好ましくは２０〜４５ｎｍであり、 Ｄモードが７２ｎｍより小さいか又は同等、好ましくは４０〜６７ｎｍであり、 吸蔵体積率が１．３０より大きいか又は同等、好ましくは１．４０〜２．０であ る新規なカーボンブラックを見いだした。好ましくは、本発明のカーボンブラッ クは、Ｎ₂ＳＡ（窒素表面積）が１５０ｍ²／ｇより大きいか又は同等であり、１ ８０ｍ²／ｇより小さく、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル吸収）が１４０ｃｃ／１０ ０ｇより大きいか又は同等、好ましくは１４０〜１８０ｃｃ／１００ｇであるこ とによって、更に特徴付けられる。 本発明のカーボンブラックは、第１（燃焼）域、転移域及び反応域を有するフ ァーネスカーボンブラック反応器中で製造され得る。カーボンブラックを生じる 原料は、当該技術で知られている方法で高温の燃焼ガス流に注入される。高温の 燃焼ガスと原料からなる得られる混合物は反応域に送られる。カーボンブラック を生じる原料の熱分解は、本発明のカーボンブラックが形成された時に混合物を 冷却することによって止められる。熱分解を冷却流体を注入することで止めるの が好ましい。本発明の新規なカーボンブラックを調製する方法は、より詳細に以 下に記載する。 我々はまた、カーボンブラックを含有する新規なゴム配合物も見いだした。 本発明の新規なカーボンブラックが効果的であるためのゴムとしては、天然ゴ ム、合成ゴム又はそれらの配合物又は混合物が挙げられる。用語「装填」又は「 装填レベル」は、カーボンブラックを混合するゴム配合物を配合するのに使用さ れるカーボンブラックの量に関する。一般に、優れた摩耗抵抗とトレッド摩耗抵 抗を有するゴム配合物を製造するためには、本発明のカーボンブラックは、ゴム １００重量部当り約１０〜約２５０重量部の範囲の量、好ましくは、ゴム１００ 重量部当り約１０〜約１００重量部で変えられる量使用され得る。優れた摩耗抵 抗とトレッド摩耗抵抗及び低いヒステリシスの組み合わせを有するゴム配合物を 達成するためには、ゴム１００重量部当りカーボンブラック約１０〜約４５重量 部の範囲の量が使用され得る。 本発明のカーボンブラックを含有するゴム配合物はまた、ゴム配合物の引張り 性能を改善させるためにシリカを含有していても良い。シリカはゴム成分１００ 重量部に対して約５〜約３０重量部の範囲の量でゴム配合物に混合されるべきで ある。ゴム配合物の調製に使用されるシリカは、当業者に知られているどんなシ リカであっても良い。例えば、沈殿又は熱分解技術によって調製されたシリカは 使用に適している。シリカを混合する際には、良く知られているカップリング剤 を使用するのも好ましい。 タイヤトレッド配合物で使用されることを意図されているゴム配合物のトレッ ド摩耗抵抗／ヒステリシス比は、当業者にとって重要である。トレッド摩耗抵抗 ／ヒステリシス比が大きい方が一般に有利である。一例として、マサチューセッ ツ州ボストンのキャボット（Ｃａｂｏｔ）社で製造・販売されている、ＶＵＬＣ ＡＮ（登録商標）１０Ｈのカーボンブラックを混合するゴム配合物から製造され たタイヤトレッド配合物は、両方の特性が標準トレッド配合物に関して表される と、約１．０のトレッド摩耗抵抗／ヒステリシス比を有する。 本発明のカーボンブラックは、タイヤ配合物として通常使用される装填レベル で、改良された摩耗抵抗とトレッド摩耗抵抗を与える。更に我々は、ゴム配合物 中の本発明のカーボンブラックの装填レベルを、タイヤ配合物で一般に使用され るレベル以下に減少させられ得り、ゴム配合物の優れた摩耗抵抗とトレッド摩耗 抵抗を維持しながら、低いヒステリシス値を有するタイヤ配合物が生じることを 見いだした。 本発明での使用に適するゴムとしては、どんな天然ゴム、合成ゴム及び天然ゴ ムと合成ゴムとの混合物でもよい。典型的なゴムは、限定されるものではないが 、油で延ばされて透明な、エマルジョンＳＢＲ、高いスチレン含量のＳＢＲ、溶 液ＳＢＲ、攪拌された溶液ＳＢＲ及び機能化された溶液ＳＢＲ等の当技術分野で 一般に知られているスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）である。 本発明のカーボンブラックの利点は、カーボンブラックが、カーボンブラック を混合する天然ゴム、合成ゴム及び天然ゴムと合成ゴムとの混合物に対して、改 良された摩耗抵抗とトレッド摩耗抵抗を与えることである。 本発明のカーボンブラックの他の利点は、トレッド配合物を調製するために通 常使用される以下の装填レベルでカーボンブラックが混合される時には、天然ゴ ム、合成ゴム及び天然ゴムと合成ゴムとの混合物に対して、改良された摩耗抵抗 とトレッド摩耗抵抗及び低めのヒステリシスの組み合わせを、カーボンブラック が与えることである。 本発明のゴム配合物の利点は、従来のカーボンブラックを混合するゴム配合物 で製造されたタイヤと比較して、長い耐久年数を有するタイヤを生じる高いレベ ルのトレッド摩耗抵抗を有する、乗用車、トラック及びバスのタイヤを製造する 際の使用に、ゴム配合物は特に良く適していることである。タイヤのこれらの特 性は、乗用車や軽くて中程度のトラック／バスタイヤ用のオールシーズンタイヤ 、ツーリングタイヤ及び高性能タイヤに特に有利である。 本発明のゴム配合物の他の利点は、同様の低い装填レベルで従来のカーボンブ ラックを混合するゴム配合物で製造されたタイヤと比較して、高いレベルのトレ ッド摩耗抵抗と低い転がり抵抗を有するタイヤを製造する際の使用に、低い装填 レベルで本発明のカーボンブラックを混合するゴム配合物は特に良く適している ことである。低い装填レベルで本発明のカーボンブラックを混合するゴム配合物 は、トレッド摩耗抵抗を維持しながらヒステリシスを最小限にするのが有益であ る、乗用車や軽くて中程度のトラック及びオフロードタイヤでの使用に特に良く 適している。例えば、軽トラック及び乗用車用のタイヤでは、燃料節約は重要で あり、低いヒステリシスのタイヤ配合物によって有利に強められる。中程度のラ ジアルトラックタイヤでは、燃料節約を強めることに加えて、最小限のヒステリ シスはタイヤに踏み面を付け直す能力を最大にするカーカス耐久性を最大にする 。オフロードタイヤでは、性能はヒステリシスを最小にすることによって増加す る、１時間当りのトン・マイルで測定されることが多い。 本発明の他の利点は、以下の本発明のより詳細な説明から明らかになるであろ う。図面の簡単な説明 図１は、本発明のカーボンブラックを製造するのに使用され得るファーネスカ ーボンブラック反応器の一種の部分断面図である。 図２は、カーボンブラック試料の凝集体の重量画分対与えられた試料のストー クス径の試料ヒストグラムである。発明の詳細な説明 本発明のカーボンブラックは以下の分析特性の組み合わせで特徴付けられる。 ： ＣＴＡＢ≧１４０ｍ²／ｇ、好ましくは１４０ｍ²／ｇ≦ＣＴＡＢ≦２５０ｍ² ／ｇ ＣＤＢＰ≧１１５ｃｃ／１００ｇ、好ましくは１２０ｃｃ／１００ｇ≦ＣＤＢ Ｐ≦１５０ｃｃ／１００ｇ 着色値≧１３５％、好ましくは１４５％≦着色値≦１８０％、 ΔＤ５０≦５０ｎｍ、好ましくはΔＤ５０≦４７ｎｍ、より好ましくは２０ｎ ｍ≦ΔＤ５０≦４５ｎｍ、 Ｄモード≦７２ｎｍ、好ましくは４０ｎｍ≦Ｄモード≦６７ｎｍ、及び、 吸蔵体積率≧１．３０、好ましくは１．４０≦吸蔵体積率≦２．０。 好ましくは、本発明のカーボンブラックは、１５０ｍ²／ｇ≦Ｎ₂ＳＡ＜１８０ ｍ²／ｇであり、ＤＢＰ≧１４０ｃｃ／１００g、好ましくは１４０≦ＤＢＰ≦１ ８０ｃｃ／１００ｇであることによって、更に特徴付けられる。 本発明のカーボンブラックは、モジュール方式の、また「多段」と呼ばれる、 ファーネスカーボンブラック反応器で製造され得る。本発明のカーボンブラック を製造するのに使用され得る、典型的なモジュール方式のファーネスカーボンブ ラック反応器の断面は、図１に描かれている。典型的なモジュール方式のファー ネスカーボンブラック反応器の他の詳細は例えば、米国特許第３，９２２，３３ ５号明細書に含まれる記載に見いだされ、その開示は本明細書中に言及すること によって組み入れる。 図１を参照して、本発明のカーボンブラックは、直径が収束する域１１を有す る燃焼域１０、原料注入域１２及び１４、並びに、反応域１８を有する、ファー ネスカーボンブラック反応器で製造され得る。直径が収束する域１１が始まる地 点までの燃焼域の直径はＤ−１として示されている。収束域１１の直径は一番狭 い地点でＤ−２として示されている。域１２の直径はＤ−３として、域１４の直 径はＤ−４として、また反応域１８の直径はＤ−５として示されている。 本発明のカーボンブラックを製造するために、液状又は気体状の燃料を空気、 酸素、空気と酸素の混合物等の適する酸化剤流と接触させることによって、域１ ０で高温の燃焼ガスを生成させる。燃焼域１０で酸化剤流を接触させて、高温の 燃焼ガスを生成させる際の使用に適する燃料としては、天然ガス、水素、一酸化 炭素、メタン、アセチレン、アルコール又は灯油等の、容易に燃焼し得るガス流 、蒸気流又は液体流であればどんなものでもよい。しかし、炭素を含有する成分 特には炭化水素を高含量有する燃料を使用するのが一般には好ましい。本発明の カーボンブラックを製造するのに使用される空気／燃料の比は、８：１〜２０： １であるのが好ましい。当業者に理解される通り、高温の燃焼ガスの生成を容易 にするために、酸化剤流を予熱しても良い。 高温の燃焼ガス流は、下流に向かって域１０及び１１から域１２、１４に、次 いで１８に流れる。カーボンブラックを生成する原料３０は、域１２に位置する 地点３２と域１４に位置する地点３４とで導入される。アセチレン等の不飽和炭 化水素、エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン、ベンゼン、トルエン 、キシレン等の芳香族化合物、或る飽和炭化水素、及び灯油、ナフタレン、テル ペン、エチレンタール、芳香族環状原料油等の揮発される炭化水素等が、カーボ ンブラックを生成する炭化水素原料として、ここでの使用に適しており、それら は反応条件下で容易に揮発し得る。本発明のカーボンブラックを製造するために 、原料を地点３２で約５０重量％〜約８０重量％の量で注入し、全量の残りであ る約２０重量％〜約５０重量％を地点３４で注入する。好ましくは、原料の全量 の約５５重量％〜約７０重量％を地点３２で導入し、原料の全量の残りである、 約 ４５重量％〜約３０重量％を地点３４で導入する。本明細書中で記載した実施例 では、速く完全に原料を分解し、新規な本発明のカーボンブラックに転化するた めに、カーボンブラックを生成する原料３０を、高温の燃焼ガス流の内域に浸透 した多数の小さい凝集性の噴射の形態で、高温の燃焼ガス流の周囲から実質的に 横向きに注入して、高温の燃焼ガスとカーボンブラックを生成する原料との混合 及び剪断を高い割合で保証した。地点３２と地点３４間の距離は図ではＬ−１と して示されている。 カーボンブラックを生成する原料と高温の燃焼ガスからなる混合物は、下流に 向かって域１２及び１４から反応域１８へ流れる。冷却流体５０を注入している 、地点４２に位置した冷却４０は、本発明の新規なカーボンブラックが形成され ると、カーボンブラックを生成する原料と高温の燃焼ガスからなる混合物を冷却 して、カーボンブラックを生成する原料の熱分解を止めるために使用される。地 点４２は、熱分解を止めるための冷却地点を選択するために、当技術分野で知ら れているいかなる方法で決定されても良い。熱分解をとめる冷却地点を決定する ための１つの方法は、本発明のカーボンブラックのために受け入れられるトルエ ン抽出物レベルが達成される地点を決定することによる方法である。トルエン抽 出物レベルはＡＳＴＭ試験Ｄ１６１８−８３「カーボンブラック抽出可能なトル エン変色」を使用して測定され得る。Ｌ−２は域１８の始めから地点４２までの 距離であり、冷却地点に従って変わるであろう。 高温の燃焼ガスとカーボンブラックを生じる原料からなる混合物を冷却する後 、本発明のカーボンブラックを含有する冷却されたガスを、本発明のカーボンブ ラックを回収する従来の冷却及び分離手段に下流に向かって送る。ガス流からの カーボンブラックの分離は、沈降分離装置、サイクロン分離装置及びバグフィル ター等の従来の手段によって容易に成し遂げられる。この分離に引き続いて、例 えば湿潤ペレタイザーを使用してペレット化されても良い。 引き続く試験手順は、本発明のカーボンブラックの分析特性及び本発明のカー ボンブラックを混合するゴム配合物の物理特性を決定及び評価するのに使用され る。カーボンブラック分析特性 カーボンブラックのＣＴＡＢをＡＳＴＭ試験手順Ｄ３７６５−８５に従って測 定した。カーボンブラックのヨウ素吸着数（Ｉ₂Ｎｏ．）をＡＳＴＭ試験手順Ｄ １５１０に従って測定した。カーボンブラックの窒素表面（Ｎ₂ＳＡ）をＡＳＴ Ｍ試験手順Ｄ３０３７−方法Ａに従って測定した。カーボンのフタル酸ジブチル の吸着値（ＤＢＰ）をＡＳＴＭ試験手順Ｄ３４９３−８６に従って測定した。カ ーボンブラックの着色力（Ｔｉｎｔ）をＡＳＴＭ試験手順Ｄ３２６５−８５ａに 従って測定した。カーボンブラックのＣＤＢＰをＡＳＴＭＤ３４９３−８６に記 載された手順に従って測定した。 カーボンブラックの吸蔵体積率は、カーボンブラック凝集体の内部空隙体積の 尺度である。カーボンブラックの吸蔵体積率の重要性は当業者に知られており、 Medalia（A.I.Medalia,J Colloid Interface Sci.32,115（1970））によって発 行され、また、Herd等（C.R.Herd,G.C.McDonald及びW.M.Hess,Rubber Chem.and Tech.65,107（1992））により最近議論された。 カーボンブラックの吸蔵体積率は、電子顕微鏡及び画像解析を使用して得られ るカーボンブラック凝集体モルフォロジーの或るパラメーターを使用して測定さ れる。電子顕微鏡の手順は、ＡＳＴＭ標準Ｄ３８４９−８７「電子顕微鏡画像解 析からのカーボンブラック−一次凝集寸法に対する標準試験方法」に従う。Ａ（ 「面積」（Area））及びＰ（「周囲長さ」（Perimeter））の定義はＤ−３８４ ９の、セクション１１の計算に含まれている。 Ａ＝カーボンブラック凝集体の投影された面積 Ｐ＝凝集体の周囲長さ 「同等の円の直径（Diameter of an Equivalent Circle）」（Ｄ_c）は、面積測 定の幾何学的な変形であり、下記式として定義され、また下記式によって計算さ れる。 Ｖ_esは、同等の球の体積として定義され、以下の通りである。 Ｖ_es＝同等の球の体積＝π／６（Ｄ_c）³ Ｖ_aggは、カーボンブラック凝集体の体積として定義され、以下の通りである。 Ｖ_agg＝カーボンブラック凝集体の体積＝８Ａ²／３Ｐ カーボンブラックの吸蔵体積率は、下記の関係を使用して、Ｖ_esとＶ_aggから決 定される。 カーボンブラックのＤモード及びΔＤ５０は以下の方法で決定された。ヒスト グラムは、カーボンブラック試料の凝集体のストークス径、対、与えられた試料 中でそれらが生じる相対的な頻度からなる。図２に示される通り、線（Ｂ）は、 ヒストグラムのピーク（Ａ）から、Ｙ軸に平行な方向に描かれ、ヒストグラムの Ｘ軸上の点（Ｃ）で終わっている。得られた線（Ｂ）の中間点（Ｆ）が決定され て、線（Ｇ）がＸ軸に平行に中間点（Ｆ）を通って描かれる。線（Ｇ）は、ヒス トグラムの分布曲線と点Ｄと点Ｅで交差している。点Ｄと点Ｅでのカーボンブラ ック粒子の２つのストークス径の差の絶対値が、ΔＤ５０値である。 ヒストグラムを一般化するために使用されたデータは、英国、タインアンドウ ィア（Tyne and Wear）州のJoyce Loebl社によって製造されたもの等のディスク 遠心分離機を使用して測定された。下記の手順は、１９８５年２月１日に発行さ れたJoyce Loeblディスク遠心分離機のファイル参照ＤＣＦ４．００８の指示マ ニュアルに記載された手順に修正を加えたものであり、その教示は、言及するこ とによって本明細書に取り入れられており、データを測定するのに使用された。 その手順は以下の通りである。カーボンブラック試料１０ｍｇを秤量容器で量 り、次いで絶対エタノール１０％及び蒸留水９０％からなる、０．０５％のＮＯ ＮＩＤＥＴ Ｐ−４０界面活性剤（ＮＯＮＩＤＥＴ Ｐ−４０はシェル化学社で 製造・販売されている界面活性剤の登録商標である。）で作られた溶液５０ｃｃ に添加した。得られる懸濁液を、Sonifer Model No.W385を使用して１５分間超 音波エネルギーによって分散させる。尚、この装置は、ニューヨーク、ファーミ ングダル（Farmingdale）のHeat Systems Ultrasonics社で製造・販売されてい る。 下記の情報をコンピュータに入れる。コンピュータは次いで、ディスク遠心分 離機からの更なるデータを記録する。 １．１．８６ｇ／ｃｃと見なされたカーボンブラックの比重 ２．水とエタノールからなる溶液中に分散したカーボンブラックの溶液の体積 、この例では０．５ｃｃ ３．スピン流体の体積、この例では１０ｃｃの水である。 ４．スピン流体の粘度、この例では２３℃で０．９３３センチポワズと見なさ れる。 ５．スピン流体の密度、この例では２３℃で０．９９７５ｇ／ｃｃである。 ６．ディスク速度、この例では８０００ｒｐｍである。 ７．データ採取間隔、この例では１秒である。 ストロボスコープを操作しながら、ディスク遠心分離機を８０００ｒｐｍで操 作する。蒸留水１０ｃｃをスピン流体として回転しているディスクに注入する。 濁度レベルを０にセットし、絶対エタノール１０％及び蒸留水９０％からなる溶 液１ｃｃを緩衝液体として注入する。次いで、ディスク遠心分離機の停止及び昇 圧ボタンを操作して、スピン流体と緩衝液体との間に滑らかな濃縮勾配を生じさ せ、その勾配は目に見えるように監視されている。勾配が２つの流体間の境界が 区別出来なくなる程滑らかになると、水性エタノール溶液中に分散したカーボン ブラック０．５ｃｃが回転しているディスクに注入され、データ収集が即座に始 められる。流出が生じると、運転が止められる。ディスクは、水性エタノール溶 液中に分散したカーボンブラックの注入に続いて２０分間回転させられる。２０ 分の回転に続いて、ディスクを停止させ、スピン流体の温度を測定し、運転の初 期に測定されたスピン流体の温度と運転の終わりに測定されたスピン流体の温度 の平均を、ディスク遠心分離機から記録するコンピューターに入れる。標準のス トークスの方程式によりデータを分析し、下記定義を使用して与えられる。 カーボンブラック凝集体−最も小さい分散可能な単位である別々の硬いコロイ ド状の実在物；それは多量に合体した粒子から構成される。 ストークス径−ストークスの方程式に従う遠心力作用領域又は重力領域におい て粘性媒体中に沈殿する球の直径。カーボンブラック凝集体等の非球状物体も、 同じ密度の滑らかで、硬い球として挙動し、物体と同じ沈殿速度であると見なさ れる場合、ストークス径の式で表され得る。慣習的な単位はｎｍ直径で表現され る。 モード（目的を記録するためのＤモード）−ストークス径の分布曲線のピーク （本明細書中の図２の点Ａ）でのストークス径。 メジアンストークス径−（目的を記録するためのＤｓｔ）試料の５０％が大き いか又は小さい場合の、ストークス径の分布曲線の点。それゆえにそれは、測定 の中央値を表す。ゴム配合物試験手順 ゴム配合物の摩耗抵抗データを、Lambourn型の機械に基づく摩耗試験機を使用 して測定した。摩耗抵抗速度（ｃｍ³／ｃｍ動程）を７％、１３％及び２１％ス リップ時に測定した。スリップは試料の車輪と回転研磨盤間の相対速度に基づい た。以下の実施例では、摩耗抵抗指数はＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈのカー ボンブラックを含有する対照標準配合物の摩耗抵抗速度を、同様のスリップ時で の本発明の特定のカーボンブラックを使用して製造された配合物の摩耗抵抗速度 で割った値である。尚、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈは、マサチューセッツ 州ボストンのキャボット社の商標登録された製品である。 ゴム配合物のモジュラス、張力及び伸びをＡＳＴＭ Ｄ４１２に記載された手 順によって測定した。 ゴム配合物のショアＡ硬度をＡＳＴＭ Ｄ−２２４０−８６に記載された手順 に従って測定した。 反発データを全てのゴム試料で、ＺＷＩＣＫ反発弾性試験機 Ｍｏｄｅｌ ５ １０９を使用して測定した。尚、ＺＷＩＣＫ反発弾性試験機は、コネティカット ０６０８８、イーストウィンドソール、郵便番号９９７の、ＺＷＩＣＫアメリカ 社で製造されたものである。反発値を測定するための指示は装置に従う。 ゴム配合物の動力学特性を、当業者によく知られた方法で、Ｉｎｓｔｒｏｍ Ｍｏｄｅｌ １３３２サーボ油圧系を使用して測定した。標準試験条件は以下の 通りであった。：１０％２倍ひずみ振幅；１０Ｈｚ周波；１５％平均レベル及び ７０℃の試験温度。それぞれのゴム配合物のために試験された試験片は、高さ２ ５．４ｍｍ、直径１７．８ｍｍの円柱から構成されていた。動力学特性を圧縮方 法で測定し、複素率（Ｅ^*）、弾性率（Ｅ’）及び損失率（Ｅ”）からなり、弾 性率で損失率を割ったのと等しい位相デルタのタンジェント（タンジェント デルタ＝ｔａｎ δ＝Ｅ”／Ｅ’）で表される。 下記の実施例で言及されるタイヤ配合物のトレッド摩耗抵抗を、当業者によく 知られ、ラジアルタイヤをバイアスプライタイヤに置き換えた以外は、カボット 社の技術サービスレポートのFred E．Jones（１９６７）による「タイヤ試験に おける多区分トレッドの使用（The Use of Multi-Section Treads in Tire Test ing）」に記載された方法で測定した。標準の多区分トレッド技術、即ち５つの タイヤで、１タイヤ当り７つのトレッド区分が使用された。混合及び配合物の実 験室試験と同様に、タイヤでのトレッド区分の用意は、統計学的に信頼できるデ ーター分析を提供するために無作為化されたブロックデザインに従った。トレッ ド摩耗抵抗評価は、任意に摩耗速度値を１００％と指定される標準参照カーボン ブラックとの比較でなされた。以下の実施例において、マサチューセッツ州ボス トンのキャボット社で製造・販売されており、更には着色１１１％、Ｉ₂Ｎｏが １２１ｍｇ／ｇ、ＤＢＰが１１５ｃｃ／１００ｇ及び密度２２１ｂｓ．／ｃｕ． ｆｔ．を有することで特徴付けられるＡＳＴＭ Ｎ２２０型カーボンブラックを 参照カーボンブラックとして使用した。路上試験を６０±１０マイル／ｍｉｌ（ 対照標準に基づく）の通常速度で１００００マイル行った。 本発明の効果及び利点は、更に以下の実施例によって説明されるであろう。実施例１〜３ 本発明の新規なカーボンブラックの３つの実施例を本明細書中に記載された一 般的な反応器中で、図１に描かれている通りに、表２に記載された反応条件及び 外面的形態を使用して調製した。それぞれの実施例の燃焼反応で使用される燃料 は天然ガスであった。それぞれの実施例で使用される原料は下記の表１に示され る特性を有していた。 反応器条件及び外面的形態を下記の表２に記載する。 次いで、実施例１〜３で製造されたカーボンブラックを本明細書中に記載され た手順に従って分析した。湿潤ペレット化し乾燥した後の、製造されたカーボン ブラック及び対照標準カーボンブラックの分析特性を、表３に示す。 対照標準は、マサチューセッツ州ボストンのキャボット社で製造・販売されて いるＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラック、即ちＡＳＴＭ Ｎ１３ ４型のカーボンブラックである。ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラ ックはタイヤ業界では高いレベルのトレッド摩耗抵抗を与えるカーボンブラック として認識されている。 実施例４ この実施例は、トラックのタイヤモデルのゴム配合物配合における本発明のカ ーボンブラックの使用を、対照標準カーボンブラックを含有する同様のゴム配合 物と比較して説明している。ゴム配合物Ａは実施例１で製造された本発明のカー ボンブラックで製造された。ゴム配合物Ｂは実施例３で製造された本発明のカー ボンブラックで製造された。ゴム配合物Ｃは対照標準のカーボンブラックで製造 された。ゴム配合物Ａ、Ｂ及びＣは、以下の表４に示され、トラックのタイヤモ デルのゴム配合物配合に従って調製した。 次いで、ゴム化合物Ａ〜Ｃの特性を、本明細書中に記載された手順に従って評 価したその結果は表５に示される通りであった。 この結果は、一般に本発明のカーボンブラックで製造されたゴム配合物Ａ及び Ｂ並びに対照標準カーボンブラックで製造されたゴム配合物Ｃの物理的特性は比 較出来るほどであることを示している。その上、ゴム配合物の摩耗抵抗及びトレ ッド摩耗抵抗の向上における本発明のカーボンブラックの利点は、以下の結果に よって示される。 それぞれのゴム配合物の摩耗抵抗指数及び反発値も本明細書中に記載された通 りに測定された。その結果は表６に示す通りであり、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標） １０Ｈカーボンブラックは対照標準及び参照カーボンブラックの両方として使用 された。 トラックタイヤのゴム配合物に本発明のカーボンブラックを使用することの挙 動利点は、本発明のカーボンブラックが対照標準カーボンブラックよりも非常に 高い摩耗抵抗を与えていることを示している表６の結果によって、明らかに示さ れている。本発明のカーボンブラックを混合している天然ゴム配合物Ａ及びＢの 低めの反発値は、その配合物がＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラッ クを混合している天然ゴム配合物Ｃと比較してヒステリシスが高くなったことを 示しており、それは配合物Ａ及びＢの摩耗抵抗特性が向上したという観点から望 まれることであろう。実施例５ この実施例は、対照標準のカーボンブラックを含有する同様のゴム配合物と比 較して、本発明のカーボンブラックを含有する天然ゴムタイヤ配合物の摩耗抵抗 が向上したことを説明している。タイヤ配合物Ｄは実施例１のカーボンブラック で製造された。タイヤ配合物Ｅは実施例２のカーボンブラックで製造された。タ イヤ配合物Ｆは、対照標準のＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラック で製造された。タイヤ配合物Ｄ、Ｅ及びＦは、以下の表７に示される天然ゴム路 上試験配合物配合に従って調製された。 使用された油はCircolite oil、Sun Refining and Marketing社で製造・販売 されている、軽い同位元素を含むナフタレンであった。 Santoflex 13、Sunproof Improved Wax、Age Rite Resin D及びSantocure MOR は、実施例４に記載されている。 次いで、路上試験タイヤ配合物のトレッド摩耗抵抗特性を、本明細書中に記載 されたトレッド摩耗抵抗手順に従って測定した。その結果は表８に示される通り であった。 この結果は、対照標準カーボンブラックで製造された路上試験タイヤ配合物Ｆ と比較して、本発明のカーボンブラックで製造された路上試験タイヤ配合物Ｄ及 びＥは、非常にトレッド摩耗抵抗が向上していることを示している。本発明のカ ーボンブラックを混合する路上試験タイヤ配合物Ｄ及びＥの高めのタンデルタ値 は、ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラックを混合している路上試験 タイヤ配合物Ｆと比較して配合物が高いヒステリシスを有することを示しており 、それは配合物Ｄ及びＥのトレッド摩耗抵抗特性が向上したという観点から望ま れることであろう。実施例６ この実施例は、対照標準のＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラック を使用して調製された同様のゴム配合物と比較して、ゴムタイヤ配合物を調製す る際に従来使用されるよりも低い装填レベルで、本発明のカーボンブラックを含 有するゴム配合物のトレッド摩耗抵抗／ヒステリシスの関係が非常に向上したこ とを説明している。 ゴム路上試験配合物は、実施例１及び実施例２で製造されたカーボンブラック を使用して調製された。比較の目的のために、ゴム路上試験配合物も対照標準の ＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラックを使用して調製されて、対照 標準のＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラックを異なる装填レベルで 混合した場合に得られる結果を説明している。対照標準のＶＵＬＣＡＮ（登録商 標）１０Ｈカーボンブラックの装填レベルは、摩耗抵抗特性が求められる例と低 いヒステリシスが望まれる例の両方に及んでいる。 表９はそれぞれのゴム配合物で使用されたカーボンブラックを示している。 ゴム路上試験タイヤ配合物Ｇ〜Ｌを、以下の表１０に記載されたゴム配合物配 合に従 って本発明のカーボンブラックを使用して調製した。 ゴム路上試験配合物Ｍ〜Ｐは、下記表１１に記載されるゴム配合物配合に従っ てＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラックを使用して調製された。 次いで、路上試験タイヤ配合物のトレッド摩耗抵抗及びタンデルタ特性を本明 細書中に記載された手順に従って評価した。その結果は表１２に示される通りで あった。 ゴム配合物のタンデルタはゴム配合物のヒステリシスの測定であることは、当 業者に良く知られている。上記のデータは、対照標準のＶＵＬＣＡＮ（登録商標 ）１０Ｈカーボンブラックを含有する低装填のタイヤ配合物は、トレッド摩耗抵 抗が減少し、ヒステリシス値が減少することを示している。対照的に、本発明の カーボンブラックを含有するタイヤ配合物は低い装填でもヒステリシスは低下を 示すが、優れたトレッド摩耗抵抗を維持する。結果として、本発明のカーボンブ ラックを混合するタイヤ配合物のトレッド摩耗抵抗／タンデルタ比は並外れて高 い。 路上試験タイヤ配合物Ｉ、Ｌ及びＭの静的特性も本明細書中に記載された手順 に従って評価した。その結果は表１３に示される通りであった。 これらの結果は、本発明のカーボンブラックで製造された路上試験ゴム配合物 の静的特性は、対照標準のＶＵＬＣＡＮ（登録商標）１０Ｈカーボンブラックで 製造されたものと比較出来るほどであることを示している。 ゴムタイヤ配合物の配合に従来使用されていたよりも低い装填レベルで本発明 のカーボンブラックを混合することにより、タイヤは低い転がり抵抗及び／又は 発熱性を有することになり、その結果ヒステリシスが低くくなり、トレッド摩耗 抵抗が向上することになることを、上記した結果は示している。 記載された本明細書中の本発明の形態は単に説明であり、本発明の範囲を限定 することを意図されていないことははっきりと理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 マックエルウェイン，トーマス イー. アメリカ合衆国 79065 テキサス州パム パ，ドッグウッド レーン 2624 (72)発明者 テイラー，ロスコウ ダブリュ. オーストラリア国 3025 ビクトリア，ア ボッツフォード，チャーチ ストリート ７ (72)発明者 パターソン，ウィリアム ジェイ. アメリカ合衆国 01845 マサチューセッ ツ州ノース アンドーバー，フィリップス コモン 28 (72)発明者 デンスタット，グレン イー. アメリカ合衆国 44281 オハイオ州ワッ ズワース，クローバーウッド サークル 179 (72)発明者 ジュエンゲル，ロバート アール. アメリカ合衆国 30075 ジョージア州ロ スウェル，ヒッコリー オーク ホロウ 980 (72)発明者 ローベ，スチーブン ジー. アメリカ合衆国 30136 ジョージア州ダ ルス，ウエスト カントリー ドライブ 307

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＣＴＡＢが１４０ｍ²／ｇより大きいか又は同等で、ＣＤＢＰが１１５ｃ ｃ／１００ｇより大きいか又は同等で、着色値が１３５％より大きいか又は同等 で、ΔＤ５０が５０ｎｍより小さいか又は同等で、Ｄモードが７２ｎｍより小さ いか又は同等で、吸蔵体積率が１．３０より大きいか又は同等である、カーボン ブラック。 ２．ＣＴＡＢが１４０〜２５０ｍ²／ｇであり、ＣＤＢＰが１２０〜１５０ｃ ｃ／１００ｇであり、着色値が１４５〜１８０％であり、ΔＤ５０が４７ｎｍよ り小さいか又は同等で、Ｄモードが４０〜６７ｎｍであり、吸蔵体積率が１．４ ０〜２．０である、請求項１記載のカーボンブラック。 ３．ΔＤ５０が２０〜４５ｎｍである、請求項２記載のカーボンブラック。 ４．１５０ｍ²／ｇより大きいか又は同等であり、１８０ｍ²／ｇより小さいＮ₂ ＳＡ及び１４０ｃｃ／１００ｇより大きいか又は同等のＤＢＰを有することを 更に特徴とする、請求項１記載のカーボンブラック。 ５.．ＤＢＰが１４０〜１８０ｃｃ／１００ｇである、請求項４記載のカーボ ンブラック。 ６.．ＣＴＡＢが１４８であり、ＣＤＢＰが１２０ｃｃ／１００ｇであり、着 色値が１５０％であり、ΔＤ５０が４０ｎｍであり、Ｄモードが５９であり、吸 蔵体積率が１．４９である、請求項１記載のカーボンブラック。 ７．ＣＴＡＢが１４８であり、ＣＤＢＰが１２７ｃｃ／１００ｇであり、着色 値が１４７％であり、ΔＤ５０が４２ｎｍであり、Ｄモードが６４であり、吸蔵 体積率が１．５２である、請求項１記載のカーボンブラック。 ８．ＣＴＡＢが１７０であり、ＣＤＢＰが１２１ｃｃ／１００ｇであり、着色 値が１５４％であり、ΔＤ５０が３３ｎｍであり、Ｄモードが５３であり、吸蔵 体積率が１．５８である、請求項１記載のカーボンブラック。 ９．ゴム約１００重量部、ＣＴＡＢが１４０ｍ²／ｇより大きいか又は同等で 、ＣＤＢＰが１１５ｃｃ／１００ｇより大きいか又は同等で、着色値が１３５％ より大きいか又は同等で、ΔＤ５０が５０ｎｍより小さいか又は同等で、Ｄモー ド が７２ｎｍより小さいか又は同等で、吸蔵体積率が１．３０より大きいか又は同 等である、カーボンブラック約１０〜約２５０重量部からなるゴム配合物。 10． カーボンブラックのＣＴＡＢが１４０〜２５０ｍ²／ｇであり、カーボ ンブラックのＣＤＢＰが１２０〜１５０ｃｃ／１００ｇであり、カーボンブラッ クの着色値が１４５〜１８０％であり、カーボンブラックのΔＤ５０が４７ｎｍ より小さいか又は同等で、カーボンブラックのＤモードが４０〜６７ｎｍであり 、カーボンブラックの吸蔵体積率が１．４０〜２．０である、請求項９記載のゴ ム配合物。 11． カーボンブラックのΔＤ５０が２０〜４５ｎｍである、請求項１０記載 のゴム配合物。 12． カーボンブラックが、１５０ｍ²／ｇより大きいか又は同等であり、１ ８０ｍ²／ｇより小さいＮ₂ＳＡ及び１４０ｃｃ／１００ｇより大きいか又は同等 のＤＢＰを有することを更に特徴とする、請求項９記載のゴム配合物。 13． カーボンブラックのＤＢＰが１４０〜１８０ｃｃ／１００ｇである、請 求項１２記載のゴム配合物。 14． カーボンブラックが約１０〜約１００重量部の量で混合される、請求項 ９記載のゴム配合物。 15． カーボンブラックが約１０〜約４５重量部の量で混合される、請求項１ ４記載のゴム配合物。 16． 約５〜約３０重量部の量のシリカから更になる、請求項９記載のゴム配 合物。