JP2002030233A - 機能性ゴム部品配合用カーボンブラック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配合ゴムの押出し加工性を劣化させることな
く、高位の耐へたり性を付与するとともにＵＨＦ加硫時
の発熱性が高く、優れた耐へたり性とＵＨＦ加硫性能を
高位で両立し得る機能性ゴム部品配合用カーボンブラッ
クを提供する。 【解決手段】 窒素吸着比表面積(N₂SA)が20〜40m²/g、
DBP 吸収量が100 〜135cm³/100g、トルエン着色透過度
(LT)が85％以上の特性範囲にあって、かつ、比着色力(T
int)が、Tint≧1.4 N₂SA＋2 …(1) 式の関係を満たすこ
とを特徴とする機能性ゴム部品配合用カーボンブラッ
ク。なお、トルエン着色透過度(LT)が90％以上であっ
て、Tint≧1.4 N₂SA＋4 …(2) 式を満たすことがより好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車ウエ
ザーストリップやガラスラン等の機能性ゴム部品に配合
されるカーボンブラック、特に高周波（ＵＨＦ；Ultra
High Frequency）誘導加熱により加硫（ＵＨＦ加硫）す
るのに好適な機能性ゴム部品配合用カーボンブラックに
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車ウエザーストリップやガラスラン
等の機能性ゴム部品、例えばスポンジ材には優れた耐へ
たり性や押出し加工性（表面平滑性、寸法安定性）を備
えていることが要求され、従来から配合するカーボンブ
ラックにはＳＲＦやＧＰＦなどの粒子径が大きく（比表
面積が小さく）、適度にストラクチャーが発達したソフ
ト系のカーボンブラックが有用されている。そして、配
合するソフト系カーボンブラックのコロイダル特性によ
りゴム性能の改善を図る研究も盛んに行われている。

【０００３】例えば特開平２−１１６６４号公報にはよ
う素吸着量(IA)が１５〜２５mg/g、ジブチルフタレート
(DBPA)が100 〜150ml/100gの特性を有するファーネスカ
ーボンブラックにおいて、遠心沈降分析によるストーク
ス相当径の最頻度値(Dst) が下記式よりも大きく、か
つ着色力が式よりも小さい、ソフト系ファーネスカー
ボンブラックが提案されている。 式 Ｄst≧(DBPA)−7.5(IA) ＋350 、式 着色力≦
(IA)＋25

【０００４】また、本出願人は、(1) 凝集体の遠心沈降
法(DCF法) により測定されるモード径(Dst) が150nm 以
上、(2) 前記モード径(Dst) とその半値幅 (ΔDst)の比
(ΔDst ／Dst)が１．０５以上、(3) 着色力(T) とブラ
ックネス(B) との比(B／T)が１．２０以上、の特性を備
える機能部品ゴム配合用カーボンブラック（特開平３−
14848 号公報）を提案している。

【０００５】しかしながら、近年、生産性向上のために
高周波（ＵＨＦ；Ultra High Freq-uency ）加硫（以
下、「ＵＨＦ加硫」ともいう）が採用されてきており、
へたり性が小さいばかりでなく、ＵＨＦ加硫時間の短縮
化、すなわち、高周波誘導分子振動による発熱性に優れ
ていることが必要となってきている。高周波による発熱
効果はカーボンブラックの粒子径を小さくすることによ
り上昇するが、耐へたり性が低下するため、耐へたり性
とＵＨＦ加硫時における高発熱性とを両立させることは
困難である。

【０００６】そのため、ＵＨＦ加硫における加硫時間の
遅延を改善する目的で、特開平６−１４５５５４号公報
には、ジブチルフタレート吸油量(DBPA)が１１０〜１４
０ml/100g 、よう素吸着量(IA)が２５mg/gを超え３５mg
/g未満という基本特性を有するカーボンブラックにおい
て、窒素吸着比表面積(N₂SA)とIAとの比、N₂SA／IAが
０．８５〜１．００であり、遠心沈降分析によるストー
クス相当径の最多頻度値(Dst) が式より大きく、かつ
着色力が式より小さいことを特徴とするカーボンブラ
ックが提案されている。 Dst ≧(DBPA)−7.5(IA) ＋405 着色力≦IA＋
20

【０００７】また、本出願人は上記の特開平６−１４５
５５４号公報とは異なる観点から、機能部品用のゴム部
材として、配合ゴムに高位の耐へたり性を付与するとと
もにＵＨＦ加硫時における発熱性が高く、両特性を高位
で両立化し得るカーボンブラックの開発研究を進めた結
果、カーボンブラックの比表面積および表面性状が大き
く影響することを知見し、ＣＴＡＢ比表面積が２０〜４
０m²/g、５０kg/cm²の圧力で圧縮した時の電気比抵抗が
０．３Ω・cm以下、トルエン着色透過度(LT)が９５％以
上の特性を有する機能部品ゴム配合用カーボンブラック
を開発提案（特願平11−224899号）した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】更に、本発明者は、カ
ーボンブラック特性とＵＨＦ加硫時の発熱性および配合
ゴムの耐へたり性との関係について鋭意研究を進めた結
果、比表面積が小さく、またレギュラーストラクチャー
からハイストラクチャーの適度に高いストラクチャーレ
ベルのカーボンブラックを対象として、カーボンブラッ
ク粒子表面に存在する未分解炭化水素量を少なく、かつ
一定比表面積当たりの比着色力を高位に設定することに
より、配合ゴムのＵＨＦ加硫性能の向上と配合ゴムの押
出し加工性を維持しながら耐へたり性が改善されること
を見出した。

【０００９】本発明は、上記の知見に基づいて開発され
たもので、その目的は配合ゴムの押出し加工性を劣化さ
せることなく、高位の耐へたり性を付与するとともにＵ
ＨＦ加硫時における発熱性が高く、優れた耐へたり性と
ＵＨＦ加硫性能を高位で両立化し得る、機能性ゴム部品
配合用のカーボンブラックを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による機能性ゴム部品配合用のカーボンブラ
ックは、窒素吸着比表面積(N₂SA)が２０〜４０m²/g、Ｄ
ＢＰ吸収量が１００〜１３５cm³/100g、トルエン着色透
過度(LT)が８５％以上の特性範囲にあって、かつ、比着
色力(Tint)が下記(1) 式の関係を満たすことを構成上の
特徴とする。 Tint ≧ １．４N₂SA＋２ … (1)

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のカーボンブラックのコロ
イダル特性のうち、窒素吸着比表面積(N₂SA)は、この値
が小さな値ほど粒子径は大きく、耐へたり性は向上する
が、ＵＨＦ加硫性能が低下する。すなわち、この値が２
０m²/g未満では配合ゴムの耐へたり性は良好であるが補
強性が低く、またＵＨＦ加硫性能が悪化する。一方、４
０m²/gを越えると耐へたり性の低下が著しくなる。

【００１２】ＤＢＰ吸収量は配合ゴムの加工性を良好な
レベルに維持するための特性要素であって、ＤＢＰ吸収
量が１００cm³/100gを下回る場合には配合ゴムの膨潤率
が高くなり、寸法安定性が低下するとともに表面肌（平
滑性）が劣化する。しかし、１３５cm³/100gを上回ると
嵩高く、粘度が上昇することとなり、混練り加工性が低
下する。

【００１３】すなわち、窒素吸着比表面積(N₂SA)が２０
〜４０m²/g、およびＤＢＰ吸収量が１００〜１３５cm³/
100gの特性範囲は、配合ゴムの押出し加工性を維持しな
がら優れた耐へたり性、およびＵＨＦ加硫時の発熱性能
を高位に保持させるための前提的特性要件となるもので
ある。

【００１４】トルエン着色透過度(LT)はカーボンブラッ
ク粒子表面に残留する未分解炭化水素量の程度を示すも
ので、残留する未分解炭化水素量が少ない程トルエン着
色透過度(LT)の値は大きくなる。この残留する未分解炭
化水素はカーボンブラックの耐へたり性を阻害する物質
であり、本発明は耐へたり性を阻害するこの未分解炭化
水素量を規制するためにトルエン着色透過度(LT)の値を
８５％以上と設定するものである。その結果、ゴムとカ
ーボンブラックの過剰な相互作用が抑制されてゴム弾性
が回復し、耐へたり性の向上が図られる。

【００１５】また、本発明の機能性ゴム部品配合用カー
ボンブラックは、比着色力(Tint)と窒素吸着比表面積(N
₂SA)とが (1)式の関係、すなわち、Tint≧１．４N₂SA＋
２の関係を満たすことが必要であり、この関係を充足し
ない場合には配合ゴムの押出し加工性を維持しながら、
耐へたり性を高位に保持するとともにＵＨＦ加硫時の発
熱性能の向上を図ることができない。比着色力(Tint)を
１．４N₂SA＋２式で算出される値以上に設定するのは、
一定比表面積当たりの比着色力(Tint)、すなわち、一定
粒子径当たりの比着色力(Tint)値を高く設定することに
よってゴム中のカーボンブラック相互間の距離が短くな
り、高周波分子振動による熱が伝わり易くなるため、他
の物性を維持しつつＵＨＦ加硫性能を向上させることが
可能となる。

【００１６】このように、本発明の機能性ゴム部品配合
用カーボンブラックは、主要な特性要件であるトルエン
着色透過度(LT)の値を８５％以上、および、比着色力(T
int)を１．４N₂SA＋２からの算出値以上、に設定するこ
とにより、前提となる窒素吸着比表面積(N₂SA)およびＤ
ＢＰ吸収量の特性とが総合的に機能して、配合ゴムの押
出し加工性を劣化させることなく、高位の耐へたり性が
付与されるとともに、ＵＨＦ加硫性能の向上、すなわち
ＵＨＦ加硫時間の短縮化に有効機能する。

【００１７】なお、上記の構成において、より好ましく
は、トルエン着色透過度(LT)の値を９０％以上に、ま
た、比着色力(Tint)を１．４N₂SA＋４からの算出値以上
に、各設定することにより、配合ゴムの耐へたり性およ
び押出し加工性とＵＨＦ加硫性能とをより高位に両立す
ることができる。

【００１８】上記の構成におけるカーボンブラックの各
特性は、下記の方法によって測定された値が用いられ
る。 窒素吸着比表面積(N₂SA)； (m²/g) ＡＳＴＭ Ｄ3037−88“Standard Test Methods for Ca
rbon Black−SurfaceArea by Nitrogen Adsorption"に
よる。 ＤＢＰ吸収量； (cm³/100g) ＪＩＳ Ｋ6217−97「ゴム用カーボンブラックの基本性
能の試験方法」による。 トルエン着色透過度(LT)； (％) ＪＩＳ Ｋ6218−97「ゴム用カーボンブラックの付随的
性質の試験方法」による。 比着色力(Tint)； (％) ＪＩＳ Ｋ6217−97「ゴム用カーボンブラックの基本性
能の試験方法」による。

【００１９】本発明の機能性ゴム部品配合用カーボンブ
ラックは、常法に従って、加硫剤、加硫促進剤、加硫助
剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤などの必要成分ととも
に、ゴム成分１００重量部に対して２０〜２００重量
部、好ましくは５０〜１５０重量部の割合で配合し、混
練り、加硫処理して目的とする機能性ゴム部品が得られ
る。ゴム成分としては、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、ブチルゴム、その他カーボンブラ
ックにより補強可能な常用の各種合成ゴム、あるいはそ
れらを混合したブレンドゴムなどが例示される。

【００２０】本発明のカーボンブラックは、収斂、開拡
する鼓状絞り部をもつ広径の円筒型反応炉を用い、二段
で導入した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を霧化導入し、熱分解
により原料油をカーボンブラックに転化する方法によっ
て製造される。

【００２１】例えば、図１に例示するような、炉頭部に
接線方向空気供給口１と炉軸方向に装着された複数の一
次燃焼バーナ２および水冷外套を有し炉軸方向に進退可
能な外筒二次燃焼バーナ３とこれに挿着された伸縮自在
な中軸筒原料油ノズル４からなる二重筒構造の燃料油お
よび原料油噴射ノズル５を備えた燃焼室６と、同軸的に
鼓状の狭径部７を介して広径反応室８が連設され、下流
域に水冷クエンチ９を備えた急冷部１０を経て垂直に立
ち上がる煙道１１に接続する円筒反応炉を用いて製造さ
れる。なお、原料油導入位置は中軸筒原料油ノズル４の
伸縮により適宜変更することができる。

【００２２】

【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。

【００２３】実施例１〜５、比較例１〜７ (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１を備えたウインドボックスと、下流側出口部が緩
やかに収斂する燃焼室６（内径 700mm、長さ1200mm）、
該燃焼室と同軸的に連結する狭径部７（内径 350mm、長
さ 300mm）、これに引き続き開拡するする広径反応室８
（内径 800mm、長さ7000mm）、および反応室の下流域に
位置変更し得る水冷クエンチ９を設けた図１に示した形
態の円筒反応炉を設置した。炉頭から炉中心軸に沿って
二重筒構造の燃料油および原料油霧化噴射ノズル５を挿
着し、その周辺に４本の一次燃焼バーナ２を設置した。
燃料油および原料油噴射ノズル５は、燃料油導入点（外
筒二次燃焼バーナ３の噴出孔）が収斂部入口に、原料油
導入点（中軸筒原料油ノズル４の噴出孔）が狭径部入口
にそれぞれ位置するように調整した。

【００２４】上記の円筒反応炉により、表１に示す性状
の原料油及び燃料油を用いて、全空気供給量、１段目及
び２段目燃料油供給量（燃料燃焼率）、原料油供給量及
び噴出圧、クエンチまでの炉内滞留時間、などの発生条
件を変えて特性の異なるカーボンブラックを製造した。
カーボンブラックの製造条件と得られたカーボンブラッ
クの特性を対応させて表２（実施例）および表３（比較
例）に示した。なお、表４に参考例１〜３として市販の
ソフト系カーボンブラックの特性を示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】 （表注） *1 ＡＳＴＭ Ｎ７７４ *2 ＡＳＴＭ Ｎ６６０ *3 ＡＳＴＭ Ｎ５５０

【００２９】(2)ゴム配合物の作製；これらの各カーボ
ンブラック試料を表５に示す配合割合でＥＰＤＭゴムに
配合した。なお、カーボンブラックの配合量は、配合ゴ
ムの硬度(JIS) が６０となるように変量とした。

【００３０】

【表５】

【００３１】(3)ゴム物性の測定；配合物を１６０℃の
温度で１５分間加硫して、得られた各ゴム組成物につい
てＪＩＳ Ｋ6301「加硫ゴム物理試験方法」によりゴム
物性を測定した。なお、ＵＨＦ加硫時の発熱性、圧縮永
久歪みおよびダイスウエ ルの測定は下記の方法により行
った。

【００３２】ＵＨＦ加硫時の発熱性の評価 未加硫のゴム配合物を試験片として、横河・ヒューレッ
ト・パッカード（株）製Ｑ- ＭＥＴＥＲ(4342 A)を用い
て、下記の条件で誘電率（ε）および損失係数（Ｄ）を
測定した。ＵＨＦ加硫時の発熱性は、誘電率（ε）×損
失係数（Ｄ）の値（誘電体損）を指標として評価し、こ
の値が大きいほど、ＵＨＦ加硫時の発熱性が高く、短時
間でＵＨＦ加硫を行うことが可能である。 試験片；径４５mm、厚さ２mm、 周波数；２０MHz 、
温度；室温 圧縮永久歪み（％）の測定 ＪＩＳ Ｋ6301「加硫ゴム物理試験方法」により、７０
℃、７０時間の条件にて測定した。なお、この値が小さ
いほど、耐へたり性が高いことを示す。 ダイスウエ ルの測定 Ｍonsanto Ｐrocessability Ｔester （ＭＯＮＳＡＮＴ
Ｏ社製）を用いて、ダイの径（Ｄ）；１．５１mm、Ｌ／
Ｄ＝１０、温度；１００℃、剪断速度；１０００ sec^-1
の条件にて測定し、ダイの径に対する押出し物の径の膨
潤率 (％) で示した。この値が小さいほど、寸法安定性
および表面肌が良好で、押出し加工性に優れることを示
す。

【００３３】測定したゴム物性値および誘電率（ε）×
損失係数（Ｄ）の算出値、を表６（実施例）、表７（比
較例）、表８（参考例）に示した。また、測定結果のう
ち、耐へたり性（繰り返し応力を与えたときに生じる永
久的な歪み現象に耐え得る抗力）の指標となる圧縮永久
歪みと、ＵＨＦ加硫時の発熱特性の指標となる誘電体損
（ε×Ｄ）との関係グラフを図２に示した。

【００３４】

【表６】

【００３５】

【表７】

【００３６】

【表８】

【００３７】表６〜８および図２から、本発明の特性要
件を具備するカーボンブラックを配合した実施例のゴム
配合物は、比較例および参考例のゴム配合物と比べて、
良好な表面平滑性および寸法安定性（低いダイスウエ
ル）を維持しながら、一定圧縮永久歪み当たりの誘電体
損が高い傾向が認められ、優れた耐へたり性と高いＵＨ
Ｆ加硫性能とが両立付与されていることが判る。

【００３８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の機能性ゴム部品
配合用カーボンブラックは、配合ゴムに良好な表面平滑
性および寸法安定性（低いダイスウエ ル）を維持しなが
ら、優れた耐へたり性と高いＵＨＦ加硫性能とをバラン
ス良く付与することが可能である。したがって、自動車
ウェザーストリップやガラスランをはじめとするスポン
ジ材などの一般にＵＨＦ加硫が行われる各種工業用機能
性ゴム部品に配合される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】本発明の機能性ゴム部品配合用カーボンブラッ
クを製造するために用いられる反応炉を例示した側断面
図である。

【図２】実施例と比較例、参考例による圧縮永久歪みと
誘電体損の関係を示した散布図である。

【符号の説明】

１ 接線方向空気供給口 ２ 一次燃焼バーナ ３ 外筒二次燃焼バーナ ４ 中軸筒原料油ノズル ５ 燃料油および原料油噴射ノズル ６ 燃焼室 ７ 狭径部 ８ 広径反応室 ９ 水冷クエンチ 10 急冷部 11 煙道

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒素吸着比表面積(N₂SA)が２０〜４０m²
   /g、ＤＢＰ吸収量が１００〜１３５cm³/100g、トルエン
   着色透過度(LT)が８５％以上の特性範囲にあって、か
   つ、比着色力(Tint)が下記(1) 式の関係を満たすことを
   特徴とする機能性ゴム部品配合用カーボンブラック。 Tint ≧ １．４N₂SA＋２ … (1)
2. 【請求項２】 トルエン着色透過度(LT)が９０％以上
   で、かつ、比着色力(Tint)が下記(2) 式の関係を満たす
   請求項１記載の機能性ゴム部品配合用カーボンブラッ
   ク。 Tint ≧ １．４N₂SA＋４ … (2)