JP2001139841A - ソフト系カーボンブラック - Google Patents

ソフト系カーボンブラック

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JP2001139841A
JP2001139841A JP32687399A JP32687399A JP2001139841A JP 2001139841 A JP2001139841 A JP 2001139841A JP 32687399 A JP32687399 A JP 32687399A JP 32687399 A JP32687399 A JP 32687399A JP 2001139841 A JP2001139841 A JP 2001139841A
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Japan
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carbon black
rubber
elastic modulus
soft carbon
static
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JP32687399A
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English (en)
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Kazuto Kataoka
和人 片岡
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 防振用ゴム組成物として静的弾性率当たりの
動倍率の低位化と静的弾性率の高位化に有効なソフト系
カーボンブラックを提供すること。 【解決手段】 凝集体ストークス相当径分布のモード径
(Dst)が150nm以上であって、圧力4.92MPa
で加圧時の圧縮電気比抵抗が3.0×10-3Ω・m 以上
であるソフト系カーボンブラック。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム成分に配合し
て防振用ゴムなどの工業用機能部品ゴム用のゴム組成物
として好適に使用される、静的弾性率当たりの動倍率の
低位化に有効なソフト系カーボンブラックに関する。
【0002】
【従来の技術】ゴム補強用のカーボンブラックには、そ
の特性に応じた多様の品種があり、これらの特性がゴム
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
ことから、通常、ゴムへの配合に当たっては部材用途に
適合する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。
【0003】このうち、工業用機能ゴム部品、例えば自
動車のエンジンマウントなどに用いられる防振ゴム部材
には動的特性の向上、特に動倍率の低位化(低静動比)
が重要な課題となっている。すなわち、防振ゴム部材に
は支持する重量物の振動を吸収し、抑制する防振機能と
重量物を支える強度特性が要求され、一定レベル以上の
静的弾性率を確保するとともに静的弾性率当たりの動倍
率の低位化(低静動比化)が必要である。
【0004】この静動比が低い防振ゴム用ゴム組成物と
して、特開平1−272645号公報には天然ゴムなど
の原料ゴムに充填剤としてよう素吸着量10〜40mg/
g、DBP吸油量100〜500ml/100g の特性を有す
るカーボンブラックを配合してなるゴム組成物が、また
動倍率が低く、静的弾性率も好適なレベルのゴム特性を
付与するカーボンブラックとして、特開平7−1660
89号公報にはよう素吸着量(IA)が8〜20mg/g、
DBP吸油量(DBPA)が45〜95ml/100gの領域
にあり、比着色力が算出式〔A=20+IA〕で得られるA
の値以下であり、かつ算出式〔B=(DBPA /IA)2〕で得
られるBの値が15〜60であるカーボンブラックが提
案されている。
【0005】カーボンブラックのゴム補強性能は、従来
からカーボンブラックの粒子径、比表面積、ストラクチ
ャーなどが支配的因子とされており、一般に動倍率の低
位化を図るためには粒子径が大きく、比表面積が小さな
カーボンブラックを配合することが有利であり、一方、
高位の静的弾性率を確保するためには粒子径が小さく、
比表面積が大きい、カーボンブラックを用いることが有
利とされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって、防振用ゴ
ム組成物として動倍率の低位化と静的弾性率の高位化と
を両立させるために、ゴム成分に配合するカーボンブラ
ックに求められる特性は相反するものとなる。
【0007】そこで、本発明者は粒子径、比表面積、ス
トラクチャーなどのカーボンブラックの基本特性に加え
て、更にミクロなコロイダル特性を付加することにより
配合ゴムにこれらのゴム特性を両立付与する研究を重
ね、カーボンブラックの結晶構造や表面状態を総合的に
表すパラメータとして圧縮電気比抵抗に着目して研究を
進めた結果、その値を特定することにより静的弾性率の
確保と低動倍率化を図ることができることを見出した。
【0008】本発明は、この知見に基づいて完成したも
のであって、その目的はゴム成分に配合して、特に防振
用ゴムなどの機能部品ゴム部材用のゴム組成物として好
適に使用される、静的弾性率当たりの動倍率の低位化と
静的弾性率の高位化とを両立させることができるソフト
系カーボンブラックを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のソフト系カーボンブラックは、凝集体スト
ークス相当径分布のモード径(Dst)が150nm以上で
あって、圧力4.92MPaで加圧時の圧縮電気比抵抗
が3.0×10-3Ω・m 以上であることを構成上の特徴
とする。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のソフト系カーボンブラッ
クにおいて、凝集体ストークス相当径分布のモード径
(Dst)が150nm以上の特性領域は、配合ゴムの静的
弾性率当たりの動倍率の低位化と静的弾性率の高位化と
をバランスよく両立させるための前提要件となるもので
ある。
【0011】カーボンブラック粒子の凝集体は、数個か
ら数十個のカーボンブラック基本微粒子が融着結合して
形成され、カーボンブラックの粒子径、比表面積、スト
ラクチャーなどの基本特性に影響され、これらの基本特
性の総合的な機能を示す要素となる。本発明は、このカ
ーボンブラック粒子の凝集体ストークス相当径分布のモ
ード径(Dst)の値を150nm以上に設定することによ
り、配合ゴムの静的弾性率当たりの動倍率の低位化と静
的弾性率の高位化とを図るものである。
【0012】すなわち、凝集体ストークス相当径分布の
モード径(Dst)が150nmを下回ると、静的弾性率当
たりの動倍率が大きくなって、動倍率の低位化と静的弾
性率の高位化とをバランスよく両立させることが困難と
なる。
【0013】本発明のソフト系カーボンブラックは、こ
の前提要件に加えて、圧力4.92MPaで加圧時の圧
縮電気比抵抗の値が3.0×10-3Ω・m 以上であるこ
とを主要な構成要件とする。
【0014】カーボンブラックの圧縮電気比抵抗は、カ
ーボンブラック自体の電気抵抗(あるいは導電性)を示
す指標であるばかりでなく、カーボンブラック粒子の界
面間の電気抵抗にも影響される。すなわち、圧縮電気比
抵抗はカーボンブラック粒子の結晶構造の発達程度、お
よび導電性を阻害するカーボンブラック粒子表面に残留
する未分解炭化水素量などに左右される物性である。
【0015】本発明は、この圧縮電気比抵抗の値を特定
することにより、他のカーボンブラックの基本的特性が
同等であれば、ゴム成分に配合した場合に静的弾性率を
高位に保持するとともに動倍率(静動比)の低位化に有
効であることを見出した結果に基づくものであり、圧縮
電気比抵抗の値として、4.92MPaの圧力で加圧し
た時の電気比抵抗の値を3.0×10-3Ω・m 以上に特
定するものである。
【0016】圧縮電気比抵抗はカーボンブラック粒子の
結晶構造の発達度合およびカーボンブラック粒子の表面
状態を総合的に示す指標と見做すことができ、この値が
小さくなるとカーボンブラック粒子内部におけるアモル
ファス部が相対的に少なくなり、また表面状態の表面活
性度も低下する。このカーボンブラック粒子におけるア
モルファス部の減少や表面活性点の減少は、ゴム組成物
とした際に静的弾性率当たりの動倍率の低位化や静的弾
性率の高位化を阻害することになる。
【0017】また、粉体であるカーボンブラック粒子の
圧縮電気比抵抗は、加圧圧力によって変化することにな
るが、本発明は4.92MPaの圧力で加圧した時の圧
縮電気比抵抗の値を3.0×10-3Ω・m 以上に設定す
ることにより、静的弾性率当たりの動倍率の低位化と静
的弾性率の高位化とをバランスよく両立させるものであ
る。
【0018】本発明のソフト系カーボンブラックは、上
記した凝集体ストークス相当径分布のモード径(Dst)
が150nm以上という前提要件に加えて、4.92MP
aの圧力で加圧した時の圧縮電気比抵抗の値を3.0×
10-3Ω・m 以上と設定することにより、これらの特性
が相乗的に作用して、効果的に静的弾性率当たりの動倍
率の低位化と静的弾性率の高位化とを図ることが可能と
なる。
【0019】上記の構成におけるカーボンブラックの各
特性は、以下の測定方法によって得られる値が用いられ
る。
【0020】凝集体ストークス相当径分布のモード径
(Dst)(nm):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20容量%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の分散液を作成し、
これを超音波で充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6
000rpm の回転数に設定し、スピン液(2重量%グリ
セリン水溶液、25℃)を15ml加えた後、1mlのバッ
ファー液(20容量%エタノール水溶液、25℃)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を注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時
に記録計を作動させて図1に示す分布曲線(横軸;カー
ボンブラック分散液を注射器で加えてからの経過時間、
縦軸;カーボンブラックの遠心沈降に伴い変化した特定
点での吸光度)を作成する。この分布曲線より各時間T
を読み取り、次式(数1)に代入して各時間に対応する
ストークス相当径を算出する。
【0021】
【数1】
【0022】数1において、ηはスピン液の粘度(0.935
cp) 、Nはディスク回転スピード(6000rpm) 、r1 はカ
ーボンブラック分散液注入点の半径(4.56cm)、r2 は吸
光度測定点までの半径(4.82cm)、ρCBはカーボンブラッ
クの密度(g/cm3) 、ρ1 はスピン液の密度(1.00178g/cm
3)である。
【0023】このようにして得られたストークス相当径
と吸光度の分布曲線(図2)における最大頻度のストー
クス相当径をDstモード径(nm)とする。この測定方法に
よるASTMD-24 Standard Reference BlackC-3(N23
4)のDstは80nmである。
【0024】圧縮電気比抵抗 (4.92 MPa加圧時) (Ω
・m);JIS K1469(1984) 「アセチレンブラック」 5.6項
による。
【0025】本発明のカーボンブラックは、緩徐に収
斂、開口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窒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
ことにより製造される。
【0026】原料油にはクレオソート油、エチレンボト
ム油、FCC油などの高芳香族系重質油が使用され、高
温燃焼ガスとの良好な均質混合状態を得るために霧化噴
射ノズルを介して充分な微粒子気流として導入する。霧
化噴射ノズルは、例えば水冷外套を有し炉軸方向に伸縮
可能な外筒ノズルとこれに装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
ナとは別に炉頭部に装着される。原料油は霧化空気と共
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、この際の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って変更することができる。
本発明のカーボンブラックは、上記の装置を用い供給す
る空気量、窒素量、燃料油量および原料油量、原料油の
分割導入点、カーボンブラック生成ガス流の炉内滞留時
間などを制御することにより製造することができる。
【0027】また、本発明のソフト系カーボンブラック
は、天然ゴムやスチレンブタジエンゴム、ポリブタジエ
ンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリロ
ニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム
などの合成ゴム、あるいはこれらを混合したブレンドゴ
ムなどのゴム成分100重量部に対し5〜200重量部
の割合で配合することにより、防振用ゴムなどの機能部
品ゴム部材用のゴム組成物として好適に使用される、静
的弾性率当たりの動倍率の低位化と静的弾性率の高位化
とを両立させたゴム組成物を得ることができる。
【0028】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
【0029】実施例1〜2、比較例1〜2 (1)カーボンブラックの製造;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と下流側出口が緩やかに
収斂する燃焼室(内径 400mm、長さ 800mm)を設置し、
該燃焼室と同軸的に連結する狭径部(内径 200mm、長さ
200mm)、およびこれに引き続き開拡するテーパー状反
応室(内径 500mm、長さ9000mm)とからなる反応炉を用
いて、炉頭から炉中心軸に沿って二重筒構造の原料油霧
化噴射ノズルを挿着し、その周辺に4本の燃料バーナを
設置した。原料油噴射ノズルは、上流側の原料油導入点
(外筒ノズルの噴出口)が収斂部位に、下流側の原料油
導入点が狭径部位にそれぞれ位置するように調整した。
【0030】上記の反応炉により、表1に示す性状の燃
料油および原料油を使用して、表2に示す発生条件を適
用して特性の異なるカーボンブラックを製造した。得ら
れたカーボンブラックの特性を測定し、その結果も表2
に示した。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】 注; *1 市販品 *2 JIS K6217 (1997)「ゴム用カーボンブラックの基本性能の試験法」に よる。
【0033】(2)ゴム組成物の作製;これらのカーボン
ブラックを表3に示す配合比で天然ゴムに配合し、配合
物を145℃で加硫してゴム組成物を作製した。
【0034】
【表3】
【0035】(3)ゴム特性の測定;得られた各ゴム組成
物について各種のゴム特性を測定して、その結果を表4
に示した。なお、ゴム特性のうち動倍率の測定は下記の
方法で行い、その他の特性は全てJIS K6301
「加硫ゴム物理試験法」により測定した。また、表4の
データから静的弾性率(Es)と動倍率(Ed100/Es) の関係
を図3に示した。
【0036】動倍率; 1.動的剪断弾性率(Ed100) の測定 ;ヴィスコ・エラステ
ィック・スペクトロメータ〔(株)岩本製作所製〕を用
いて、以下の条件で測定した。 試験片;厚さ2mm、長さ35mm、巾5mm 周波数;100Hz、 動的歪率;0.2%、 温度;室
温 2.静的剪断弾性率(Es)の測定 ;JIS K6386 「防振ゴムの
ゴム材料」により測定した。 3.動倍率 ;動的剪断弾性率(Ed100) /静的剪断弾性率(E
s)から算出した。動倍率が小さいほど防振性能が優れて
いることを示す。
【0037】
【表4】
【0038】表2、表4および図3の結果から、本発明
で選択、特定した特性を備えたカーボンブラックを配合
した実施例のゴム組成物は、比較例のゴム組成物に比べ
て静的弾性率(Es)に対する動倍率(Ed100/Es) が低位に
あり、防振用ゴム組成物として好適なゴム特性が付与さ
れていることが判る。
【0039】
【発明の効果】以上のとおり、本発明で選択、特定した
特性を備えるソフト系カーボンブラックによれば、この
カーボンブラックを配合したゴム組成物は静的弾性率当
たりの動倍率の低位化と静的弾性率の高位化とを両立す
ることができる。したがって、例えば防振用ゴムなどの
機能部品ゴム部材用として優れた防振性能を有するゴム
特性を付与することのできるソフト系カーボンブラック
として産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】Dstの測定時におけるカーボンブラック分散液
を加えてからの経過時間とカーボンブラックの遠心沈降
による吸光度の変化を示した分布曲線である。
【図2】Dstの測定時に得られるストークス相当径と吸
光度の関係を示す分布曲線である。
【図3】実施例と比較例による静的弾性率(Es)と動倍率
(Ed100/Es) の関係を示した散布図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凝集体ストークス相当径分布のモード径
    (Dst)が150nm以上であって、圧力4.92MPa
    で加圧時の圧縮電気比抵抗が3.0×10-3Ω・m 以上
    であるソフト系カーボンブラック。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020033569A (ja) * 2014-08-29 2020-03-05 オリオン エンジニアード カーボンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング カーボンブラックの空隙率(Porosity)を制御するプロセス

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