JP2022061542A - Manufacturing method of carbon black - Google Patents
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- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
本発明は、カーボンブラックの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing carbon black.
ゴム補強用のカーボンブラックとしては、具備特性に応じた多様な品種があり、これらの具備特性がゴムの諸性能を決定付けるための主要な因子となるため、ゴム組成物への配合にあたっては、部材用途に適合する特性を有するカーボンブラックが選定されている。 There are various types of carbon black for rubber reinforcement, depending on the characteristics of the rubber, and these characteristics are the main factors that determine the various performances of rubber. Therefore, when blending into a rubber composition, Carbon black, which has characteristics suitable for member applications, has been selected.
例えば、タイヤトレッド部のような高度の補強性が要求されるゴム部材には、従来よりSAF(N110)、ISAF(N220)などの、一次粒子径が小さく、比表面積が大きい、高ストラクチャーなハード系カーボンブラックが使用されている。 For example, rubber members such as tire treads that require a high degree of reinforcement have conventional high-structured hardware such as SAF (N110) and ISAF (N220) that have a small primary particle size and a large specific surface area. System carbon black is used.
また、このようなタイヤトレッド部用ゴム部材のうち、操縦安定性や耐摩耗性を向上させたタイヤトレッド用ゴム部材として、CTAB比表面積および24M4DBP吸収量が特定範囲内にあり、24M4DBP吸収量とカーボンブラックの凝集体密度とが特定の関係にあるものが提案されるようになっている(特許文献1(特開2005-8877号公報)参照)。 Further, among such rubber members for the tire tread portion, as the rubber member for the tire tread having improved steering stability and wear resistance, the CTAB specific surface area and the 24M4DBP absorption amount are within a specific range, and the 24M4DBP absorption amount and the 24M4DBP absorption amount. Those having a specific relationship with the aggregate density of carbon black have been proposed (see Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-8877)).
近年、より操縦安定性に優れた(高グリップ性能を有する)ゴム部材が求められるようになっているが、操縦安定性(グリップ性能)を高めるために比表面積の大きなカーボンブラックをゴム成分として使用した場合、カーボンブラックの凝集が生じ易くなり、分散性が低下する結果、補強性(耐摩耗性)が低下し易くなるという技術課題が存在していた。 In recent years, rubber members with better steering stability (having high grip performance) have been required, but carbon black having a large specific surface area is used as a rubber component in order to improve steering stability (grip performance). If this is the case, there is a technical problem that carbon black tends to aggregate and the dispersibility is lowered, and as a result, the reinforcing property (wear resistance) is easily lowered.
このような状況下、本発明は、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときに、グリップ性能に優れるとともにより一層優れた耐摩耗性を発揮し得る新規なカーボンブラックの製造方法を提供することを目的とするものである。 Under such circumstances, the present invention provides a novel method for producing carbon black, which can exhibit excellent grip performance and even more excellent wear resistance when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition. It is intended to be provided.
上記技術課題を解決するために本発明者が鋭意検討した結果、炭素/水素の質量比が10.0~20.0である原料油と酸素含有ガスおよび燃料を混合し燃焼させた燃焼ガスとを、前記原料油供給量1kgあたり前記酸素含有ガス中の酸素量が1.26Nm3を超え1.80Nm3以下となるように接触させる一次反応を行って一次反応物を生成した後、得られた一次反応物に対し、炭素/水素の質量比が5.0以上10.0未満である添加油を、前記原料油の質量の0.30~1.00倍の量反応させて二次反応を行うことにより、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies by the present inventor in order to solve the above technical problems, a combustion gas obtained by mixing and burning a raw material oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 10.0 to 20.0, an oxygen-containing gas and a fuel Is obtained after performing a primary reaction in which the amount of oxygen in the oxygen-containing gas exceeds 1.26 Nm 3 and is 1.80 Nm 3 or less per 1 kg of the raw material oil supply to generate a primary reaction product. A secondary reaction is carried out by reacting the primary reaction product with an additive oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 5.0 or more and less than 10.0 in an amount of 0.30 to 1.00 times the mass of the raw material oil. It was found that the above technical problems could be solved by carrying out the above-mentioned techniques, and the present invention was completed based on the present findings.
すなわち、本発明は、
(1)炭素/水素の質量比が10.0~20.0である原料油と、酸素含有ガスおよび燃料を混合し燃焼させた燃焼ガスとを、前記原料油供給量1kgあたり前記酸素含有ガス中の酸素量が1.26Nm3を超え1.80Nm3以下となるように接触させる一次反応を行って一次反応物を生成した後、
得られた一次反応物に対し、炭素/水素の質量比が5.0以上10.0未満である添加油を、前記原料油の質量の0.30~1.00倍の量反応させて二次反応を行うことを特徴とするカーボンブラックの製造方法、
(2)ガス流路の上流から下流方向に向かって、燃料燃焼帯域、原料導入帯域および添加油導入帯域が順次設けられた反応炉を用い、
前記燃料燃焼帯域に酸素含有ガスと燃料とを導入し混合燃焼させて高温燃焼ガス流を発生させ、前記原料導入帯域に上記高温燃焼ガス流を導入しつつ原料油を導入し一次反応を行って一次反応物を生成した後、添加油導入帯域で添加油を導入して二次反応を行う
上記(1)に記載のカーボンブラックの製造方法、
(3)得られるカーボンブラックが、
励起波長を532nmとしたときに1340~1360cm-1の範囲に出現するラマン散乱ピークの半値全幅と、窒素ガスを吸着させたときの比表面積との積で表される総活性点が8.20×104(cm-1・m2/g)を超え11.50×104(cm-1・m2/g)以下であり、
ソリッドエコー法により観測されるスピン‐スピン緩和過程の核磁気共鳴シグナルが第1のシグナルと前記第1のシグナルよりも時定数が大きい第2のシグナルとの和で表されるとき、前記第1のシグナルの時間0における単位質量当たりのシグナル強度で表される水素量が25.0~125.0(/g)である
ことを特徴とする上記(1)または(2)に記載のカーボンブラックの製造方法
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) The oxygen-containing gas per 1 kg of the raw material oil supply amount of a raw material oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 10.0 to 20.0 and a combustion gas obtained by mixing and burning an oxygen-containing gas and a fuel. After performing a primary reaction in which the oxygen content in the gas exceeds 1.26 Nm 3 and is brought into contact with 1.80 Nm 3 or less to generate a primary reactant,
The added oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 5.0 or more and less than 10.0 is reacted with the obtained primary reaction product in an amount of 0.30 to 1.00 times the mass of the raw material oil. A method for producing carbon black, which comprises performing the following reaction.
(2) Using a reactor in which a fuel combustion zone, a raw material introduction zone, and an added oil introduction zone are sequentially provided from the upstream to the downstream direction of the gas flow path.
An oxygen-containing gas and a fuel are introduced into the fuel combustion zone and mixed and burned to generate a high-temperature combustion gas flow, and a raw material oil is introduced while introducing the high-temperature combustion gas flow into the raw material introduction zone to perform a primary reaction. The method for producing carbon black according to (1) above, wherein the secondary reaction is carried out by introducing the additive oil in the additive oil introduction zone after producing the primary reaction product.
(3) The obtained carbon black is
The total active point represented by the product of the full width at half maximum of the Raman scattering peak appearing in the range of 1340 to 1360 cm -1 when the excitation wavelength is 532 nm and the specific surface area when nitrogen gas is adsorbed is 8.20. It is more than × 10 4 (cm -1・ m 2 / g) and less than 11.50 × 10 4 (cm -1・ m 2 / g).
When the nuclear magnetic resonance signal of the spin-spin relaxation process observed by the solid echo method is represented by the sum of the first signal and the second signal having a time constant larger than that of the first signal, the first signal is described. The carbon black according to (1) or (2) above, wherein the amount of hydrogen represented by the signal intensity per unit mass at
本発明によれば、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときに、グリップ性能に優れるとともにより一層優れた耐摩耗性を発揮し得る新規なカーボンブラックを製造する方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is provided a method for producing a novel carbon black capable of exhibiting excellent grip performance and even more excellent wear resistance when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition. Can be done.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法は、炭素/水素の質量比が10.0~20.0である原料油と、酸素含有ガスおよび燃料を混合し燃焼させた燃焼ガスとを、前記原料油供給量1kgあたり前記酸素含有ガス中の酸素量が1.26Nm3を超え1.80Nm3以下となるように接触させる一次反応を行って一次反応物を生成した後、
得られた一次反応物に対し、炭素/水素の質量比が5.0以上10.0未満である添加油を、前記原料油の質量の0.30~1.00倍の量反応させて二次反応を行うことを特徴とするものである。
In the method for producing carbon black according to the present invention, a raw material oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 10.0 to 20.0 and a combustion gas obtained by mixing and burning an oxygen-containing gas and a fuel are used as the raw material oil. After performing a primary reaction for contacting the oxygen-containing gas so that the amount of oxygen in the oxygen-containing gas exceeds 1.26 Nm 3 and 1.80 Nm 3 or less per 1 kg of the supplied amount, a primary reaction product is produced.
The added oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 5.0 or more and less than 10.0 is reacted with the obtained primary reaction product in an amount of 0.30 to 1.00 times the mass of the raw material oil. It is characterized by performing the following reaction.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、原料油を構成する炭素/水素の質量比は、10.0~20.0であり、安定した反応性を確保する上では10.0~18.0であることが好ましく、安定した反応性と高い収率を確保する上では10.3~17.0であることがさらに好ましい。 In the method for producing carbon black according to the present invention, the mass ratio of carbon / hydrogen constituting the raw material oil is 10.0 to 20.0, and 10.0 to 18.0 is required to ensure stable reactivity. It is preferably 10.3 to 17.0 in order to secure stable reactivity and high yield.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、原料油を構成する水素の質量に対する炭素の質量の比(炭素の質量/水素の質量)が上記範囲内にあることにより、安定した反応を維持しつつ高い収率でカーボンブラックを製造することができる。 In the method for producing carbon black according to the present invention, the ratio of the mass of carbon to the mass of hydrogen constituting the raw material oil (mass of carbon / mass of hydrogen) is within the above range, so that a stable reaction can be maintained. Carbon black can be produced in high yield.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、炭素/水素の質量比は、JIS M 8813に従って測定した炭素および水素の質量に基づいて算出される値(質量比)を意味する。 In the method for producing carbon black according to the present invention, the carbon / hydrogen mass ratio means a value (mass ratio) calculated based on the mass of carbon and hydrogen measured according to JIS M 8813.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、原料油としては、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族炭化水素、クレオソート油、カルボン酸油等の石炭系炭化水素、エチレンボトム油(エチレンヘビーエンドオイル)、FCC残渣油等の石油系重質油、アセチレン系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水素、ペンタンやヘキサン等の脂肪族飽和炭化水素などから選ばれる一種以上を挙げることができる。
本発明において、原料油は、上記炭化水素等を二種以上混合したものであってもよい。
In the method for producing carbon black according to the present invention, the raw material oils include aromatic hydrocarbons such as cyclohexane, benzene, toluene, xylene, naphthalene and anthracene, coal-based hydrocarbons such as cleosetic oil and carboxylic acid oil, and ethylene bottom. List one or more selected from petroleum-based heavy oils such as oil (ethylene heavy end oil) and FCC residual oil, acetylene-based unsaturated hydrocarbons, ethylene-based hydrocarbons, and aliphatic saturated hydrocarbons such as pentane and hexane. Can be done.
In the present invention, the raw material oil may be a mixture of two or more of the above hydrocarbons and the like.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法においては、炭素/水素の質量比が
10.0~20.0である原料油と酸素含有ガスおよび燃料を混合し燃焼させた燃焼ガスとを接触させる一次反応を行って一次反応物を生成する。
In the method for producing carbon black according to the present invention, a primary reaction is performed in which a raw material oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 10.0 to 20.0 is brought into contact with a combustion gas obtained by mixing and burning an oxygen-containing gas and a fuel. To produce a primary reactant.
上記燃焼ガスは、酸素含有ガスおよび燃料を混合し燃焼させたものである。
上記酸素含有ガスとしては酸素、空気またはこれらの混合物からなるガスを挙げることができ、燃料としては、水素、一酸化炭素、天然ガス、石油ガス、FCC残渣油等、重油等の石油系液体燃料、クレオソート油等の石炭系液体燃料を挙げることができる。
The combustion gas is a mixture of an oxygen-containing gas and a fuel and burned.
Examples of the oxygen-containing gas include gas consisting of oxygen, air or a mixture thereof, and examples of the fuel include petroleum-based liquid fuels such as hydrogen, carbon monoxide, natural gas, petroleum gas, FCC residual oil, and heavy oil. , Creosort oil and other coal-based liquid fuels.
原料油の供給量は、特に制限されないが、100kg/時間~2000kg/時間であることが好ましく、150kg/時間~1500kg/時間であることがより好ましく、200kg/時間~1400kg/時間であることがさらに好ましい。 The supply amount of the raw material oil is not particularly limited, but is preferably 100 kg / hour to 2000 kg / hour, more preferably 150 kg / hour to 1500 kg / hour, and more preferably 200 kg / hour to 1400 kg / hour. More preferred.
原料油に対する燃焼ガスの供給量は、2000Nm3/h~5500Nm3/hで あることが好ましく、2500Nm3/h~5000Nm3/hであることがより好ましく、3000Nm3/h~4500Nm3/hであることがさらに好ましい。
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、酸素含有ガスとして空気を用いる場合、原料油供給量と空気供給量とは、原料油供給量1kgに対して空気供給量が6.1~8.3Nm3であることが好ましく、原料油供給量1kgに対して空気供給量が6.2~7.8Nm3であることがより好ましく、原料油供給量1kgに対して空気供給量が6.2~7.6Nm3であることがことがさらに好ましい。
The amount of combustion gas supplied to the raw material oil is preferably 2000 Nm 3 / h to 5500 Nm 3 / h, more preferably 2500 Nm 3 / h to 5000 Nm 3 / h, and 3000 Nm 3 / h to 4500 Nm 3 / h. Is more preferable.
When air is used as the oxygen-containing gas in the method for producing carbon black according to the present invention, the feedstock oil supply amount and the air supply amount are such that the air supply amount is 6.1 to 8.3 Nm with respect to the feedstock oil supply amount of 1 kg. It is preferably 3 , and the air supply amount is 6.2 to 7.8 Nm 3 with respect to the raw material oil supply amount of 1 kg, and the air supply amount is 6.2 to 7.8 Nm 3 with respect to the raw material oil supply amount of 1 kg. It is more preferably 7.6 Nm 3 .
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、一次反応に供給する原料油と酸素含有ガスとは、原料油供給量1kgあたり酸素含有ガス中の酸素量が1.26Nm3を超え1.80Nm3以下となるように接触させる。
一次反応に供給する原料油と酸素含有ガスとは、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときにゴム成分と強い親和力を発揮し高いグリップ性能を発揮する上では、原料油供給量1kgあたり酸素含有ガス中の酸素量が1.28~1.74Nm3となるように接触させることが好ましく、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときにゴム成分と安定した強い親和力を発揮し高いグリップ性能を発揮する上では、原料油供給量1kgあたり酸素含有ガス中の酸素量が1.30~1.64Nm3となるように接触させることがより好ましく、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときにゴム成分と安定した強い親和力を発揮し安定した高いグリップ性能を発揮する上では、原料油供給量1kgあたり酸素含有ガス中の酸素量が1.30~1.60Nm3となるように接触させることがさらに好ましい。
In the method for producing carbon black according to the present invention, the raw material oil and the oxygen-containing gas supplied to the primary reaction have an oxygen content of more than 1.26 Nm 3 and 1.80 Nm 3 or less per 1 kg of the raw material oil supply amount. Make contact so that
The raw material oil and oxygen-containing gas supplied to the primary reaction exert a strong affinity with the rubber component when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition, and the raw material oil supply amount in order to exhibit high grip performance. It is preferable to make contact so that the amount of oxygen in the oxygen-containing gas per 1 kg is 1.28 to 1.74 Nm 3 , and when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition, it has a stable and strong affinity with the rubber component. In order to exhibit high grip performance, it is more preferable to make contact so that the amount of oxygen in the oxygen-containing gas is 1.30 to 1.64 Nm 3 per 1 kg of raw material oil supply, and the tire tread rubber composition. When blended in a rubber composition such as, the amount of oxygen in the oxygen-containing gas is 1.30 to 1 per 1 kg of raw material oil supply in order to exhibit a stable and strong affinity with the rubber component and to exhibit stable and high grip performance. It is more preferable to bring them into contact so as to be .60 Nm 3 .
本発明に係るカーボンブラックの製造方法においては、原料油と酸素含有ガスとを、上記範囲を満たすように一次反応に供することにより、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときにゴム成分と強固な結合力(親和性)を発揮する表面性状を有するカーボンブラックを得ることができるとともに、損失係数の高い(グリップ性能に優れた)ゴム組成物を容易に得ることができる。 In the method for producing carbon black according to the present invention, a raw material oil and an oxygen-containing gas are subjected to a primary reaction so as to satisfy the above range, so that when the rubber is blended into a rubber composition such as a tire tread rubber composition, rubber is produced. It is possible to obtain carbon black having surface properties that exhibit strong binding force (affinity) with the components, and it is possible to easily obtain a rubber composition having a high loss coefficient (excellent grip performance).
本発明に係るカーボンブラックの製造方法においては、原料油と燃焼ガスとを接触させる一次反応を行って一次反応物を生成した後、得られた一次反応物に対し、添加油を反応させて二次反応を行う。 In the method for producing carbon black according to the present invention, a primary reaction product is produced by performing a primary reaction in which the raw material oil and the combustion gas are brought into contact with each other, and then the added oil is reacted with the obtained primary reaction product. The next reaction is performed.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、添加油を構成する炭素/水素の質量比は、5.0以上10.0未満であり、安定した反応性を確保する上では5.5~9.5であることが好ましく、安定した反応性と高い収率を確保する上では5.7~9.3であることがさらに好ましい。 In the method for producing carbon black according to the present invention, the mass ratio of carbon / hydrogen constituting the additive oil is 5.0 or more and less than 10.0, and 5.5 to 9. It is preferably 5, and more preferably 5.7 to 9.3 in order to secure stable reactivity and high yield.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、添加油を構成する水素の質量に対する炭素の質量の比(炭素の質量/水素の質量)が上記範囲内にあることにより、表面に水素官能基を有するカーボンブラックを容易に調製することができる。 In the method for producing carbon black according to the present invention, the ratio of the mass of carbon to the mass of hydrogen constituting the additive oil (mass of carbon / mass of hydrogen) is within the above range, so that the surface has a hydrogen functional group. Carbon black can be easily prepared.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、炭素/水素の質量比は、JIS M 8813に従って測定した炭素および水素の質量に基づいて算出される値(質量比)を意味する。 In the method for producing carbon black according to the present invention, the carbon / hydrogen mass ratio means a value (mass ratio) calculated based on the mass of carbon and hydrogen measured according to JIS M 8813.
上記添加油としては、水素原子を含む油状物質であれば特に制限されないが、炭化水素油が好ましく、炭化水素油としては、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族炭化水素、アセチレン系不飽和炭化水素、エチレン系炭化水素、ペンタンやヘキサン等の脂肪族飽和炭化水素等から選ばれる一種以上を挙げることができる。 The additive oil is not particularly limited as long as it is an oily substance containing a hydrogen atom, but a hydrocarbon oil is preferable, and the hydrocarbon oil is an aromatic hydrocarbon such as cyclohexane, benzene, toluene, xylene, naphthalene, and anthracene. One or more selected from acetylene-based unsaturated hydrocarbons, ethylene-based hydrocarbons, aliphatic saturated hydrocarbons such as pentane and hexane, and the like can be mentioned.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法においては、一次反応物に対する添加油の添加量が、原料油の0.30~1.00質量倍となる量反応させて二次反応を行い、安定した反応性を確保する上では原料油の0.31~0.95質量倍となる量反応させて二次反応を行うことが好ましく、安定した反応性と高い収率を確保する上では原料油の0.32~0.93質量倍となる量反応させて二次反応を行うことがより好ましい。 In the method for producing carbon black according to the present invention, a secondary reaction is carried out by reacting in an amount such that the amount of the added oil added to the primary reaction product is 0.30 to 1.00 mass times that of the raw material oil, and a stable reaction is carried out. In order to secure the properties, it is preferable to carry out a secondary reaction by reacting in an amount that is 0.31 to 0.95 mass times that of the feedstock oil, and in order to secure stable reactivity and a high yield, the feedstock oil is 0. It is more preferable to carry out the secondary reaction by reacting in an amount of .32 to 0.93 mass times.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法において、添加油の添加量が上記範囲内にあることにより、安定した反応を維持しつつ表面に水素官能基を有するカーボンブラックを高い収率で製造することができる。 In the method for producing carbon black according to the present invention, when the amount of the added oil added is within the above range, it is possible to produce carbon black having a hydrogen functional group on the surface in a high yield while maintaining a stable reaction. can.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法においては、一次反応物に添加油を導入、反応させることにより、表面に活性点となるエッジを所定数形成しつつ、所望量の水素原子が結合したカーボンブラックを容易に調製することができる。 In the method for producing carbon black according to the present invention, by introducing and reacting an additive oil with a primary reaction product, a predetermined number of edges serving as active points are formed on the surface, and a desired amount of hydrogen atoms are bonded to the carbon black. Can be easily prepared.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法の実施形態としては、ガス流路の上流から下流方向に向かって、燃料燃焼帯域、原料導入帯域および添加油導入帯域が順次設けられた反応炉を用い、
前記燃料燃焼帯域に酸素含有ガスと燃料とを導入し混合燃焼させて高温燃焼ガス流を発生させ、前記原料導入帯域に上記高温燃焼ガス流を導入しつつ原料油を導入し一次反応を行って一次反応物を生成した後、添加油導入帯域で添加油を導入して二次反応を行う形態を挙げることができる。
As an embodiment of the method for producing carbon black according to the present invention, a reactor in which a fuel combustion zone, a raw material introduction zone, and an additive oil introduction zone are sequentially provided from upstream to downstream of the gas flow path is used.
An oxygen-containing gas and a fuel are introduced into the fuel combustion zone and mixed and burned to generate a high-temperature combustion gas flow, and a raw material oil is introduced while introducing the high-temperature combustion gas flow into the raw material introduction zone to perform a primary reaction. After producing the primary reaction product, the additive oil is introduced in the additive oil introduction zone to carry out the secondary reaction.
この場合、反応炉として、ガス流路の上流から下流方向に向かって、燃料燃焼帯域、原料導入帯域および添加油導入帯域が順次設けられたものを使用する。このような反応炉としては、例えば、図1に模式的に示すような広径円筒反応炉を挙げることができる。
以下、本発明のカーボンブラックの製造方法を、図1に示す反応炉を適宜例にとって説明する。
In this case, a reactor in which a fuel combustion zone, a raw material introduction zone, and an additive oil introduction zone are sequentially provided is used from the upstream to the downstream direction of the gas flow path. Examples of such a reactor include a wide-diameter cylindrical reactor as schematically shown in FIG.
Hereinafter, the method for producing carbon black of the present invention will be described using the reactor shown in FIG. 1 as an example.
図1に示す反応炉には、炉内に形成されたガス流路の上流から下流方向に向かって連通する、燃料燃焼帯域3、原料導入および一次反応帯域5、添加油導入帯域8および二次反応帯域9が順次設けられている。
The reactor shown in FIG. 1 has a fuel combustion zone 3, a raw material introduction and
すなわち、図1に示す反応炉において、燃料燃焼帯域3は、炉軸方向に垂直な方向から空気等の酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入口1と、炉軸方向に燃料を供給する燃焼用バーナー2とを備えている。また、原料導入および一次反応帯域5は、炉軸方向に垂直な方向から原料油を供給する原料油導入ノズル4を備え、燃料燃焼帯域3と同軸的に連通して設けられている。さらに、添加油導入帯域8は、炉軸方向に垂直な方向から添加油を供給する添加油導入ノズル6を備え、原料導入および一次反応帯域5に同軸的に連通して設けられている。二次反応帯域9は、添加油導入帯域8に同軸的に連通して設けられている。図1に示す反応炉においては、二次反応帯域9に同軸的に連通して反応停止帯域も設けられており、同反応停止帯域には、炉軸方向に垂直な方向から冷却液を噴霧する冷却液導入ノズル7が設けられている。
That is, in the reaction furnace shown in FIG. 1, the fuel combustion zone 3 includes an oxygen-containing
図1に示す反応炉は、燃料燃焼帯域3から原料導入および一次反応帯域5に向かって縮管するとともに、原料導入および一次反応帯域5から添加油導入帯域8に向かって拡管する鼓状形状を有しているが、反応炉形状はこのような形状に限定されず、種々の形状を採ることができる。
The reactor shown in FIG. 1 has a drum-shaped shape in which the tube is contracted from the fuel combustion zone 3 toward the raw material introduction and
本発明のカーボンブラックの製造方法においては、燃料燃焼帯域3に酸素含有ガスと燃料を導入し混合燃焼させて高温燃焼ガス流を発生させる。
酸素含有ガスとしては、酸素、空気またはこれらの混合物からなるガスを挙げることができ、燃料としては、水素、一酸化炭素、天然ガス、石油ガス、FCC残渣油等、重油等の石油系液体燃料、クレオソート油等の石炭系液体燃料を挙げることができる。
燃焼ガスの生成源となる燃料としては、上述した燃焼ガスを生成し得るものと同様のものを挙げることができる。
In the method for producing carbon black of the present invention, oxygen-containing gas and fuel are introduced into the fuel combustion zone 3 and mixed and burned to generate a high-temperature combustion gas flow.
Examples of the oxygen-containing gas include gas consisting of oxygen, air or a mixture thereof, and examples of the fuel include petroleum-based liquid fuels such as hydrogen, carbon monoxide, natural gas, petroleum gas, FCC residual oil, and heavy oil. , Creosort oil and other coal-based liquid fuels.
Examples of the fuel that is a source of combustion gas include the same fuels that can generate the above-mentioned combustion gas.
燃料燃焼帯域3における酸素含有ガスの供給量は、2000Nm3/時間~5500Nm3/時間であることが好ましく、2500Nm3/時間~5000Nm3/時間であることがより好ましく、3000Nm3/時間~4500Nm3/時間であることがさらに好ましい。また、燃料燃焼帯域3における燃料の供給量は、50kg/時間~400kg/時間であることが好ましく、100kg/時間~350kg/時間であることがより好ましく、150kg/時間~300kg/時間であることがさらに好ましい。
燃料燃焼帯域3においては、例えば、400℃~600℃に予熱した酸素含有ガスを供給しつつ燃料を供給することにより、両者を混合燃焼させて高温燃焼ガス流を発生させることができる。
The supply amount of the oxygen-containing gas in the fuel combustion zone 3 is preferably 2000 Nm 3 / hour to 5500 Nm 3 / hour, more preferably 2500 Nm 3 / hour to 5000 Nm 3 / hour, and 3000 Nm 3 / hour to 4500 Nm. 3 / hour is even more preferred. The fuel supply amount in the fuel combustion zone 3 is preferably 50 kg / hour to 400 kg / hour, more preferably 100 kg / hour to 350 kg / hour, and 150 kg / hour to 300 kg / hour. Is even more preferable.
In the fuel combustion zone 3, for example, by supplying fuel while supplying oxygen-containing gas preheated to 400 ° C. to 600 ° C., both can be mixed and burned to generate a high-temperature combustion gas flow.
本発明のカーボンブラックの製造方法においては、上記高温燃焼ガス流を原料導入および一次反応帯域5に導入しつつ、当該原料導入および一次反応帯域5に原料油導入ノズル4から原料油を導入する。
In the method for producing carbon black of the present invention, the raw material introduction and the raw material oil are introduced into the raw material introduction and the
原料導入および一次反応帯域5で供給する原料油としては、上述したものを挙げることができる。
また、上記原料油導入ノズルとしては一流体ノズルを挙げることができる。
Examples of the raw material oil supplied in the raw material introduction and the
Further, as the raw material oil introduction nozzle, a one-fluid nozzle can be mentioned.
原料油の導入量は、特に制限されないが、100kg/時間~2000kg/時間であることが好ましく、150kg/時間~1500kg/時間であることがより好ましく、200kg/時間~1400kg/時間であることがさらに好ましい。 The amount of the feedstock oil to be introduced is not particularly limited, but is preferably 100 kg / hour to 2000 kg / hour, more preferably 150 kg / hour to 1500 kg / hour, and more preferably 200 kg / hour to 1400 kg / hour. More preferred.
本発明に係るカーボンブラックの製造方法においては、上記原料導入および一次反応帯域5に原料油を導入して一次反応を行った後、添加油導入帯域8に添加油を導入して二次反応を行う。
In the method for producing carbon black according to the present invention, after the raw material introduction and the raw material oil are introduced into the
添加油としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。 Examples of the additive oil include those similar to those described above.
添加油導入帯域における添加油の導入量は、50~1500kg/時間であることが好ましく、100~1200kg/時間であることがより好ましく、150~1000kg/時間であることがさらに好ましい。
添加油導入帯域における添加油の導入量が上記範囲内にあることにより、得られるカーボンブラック表面における水素量を所望範囲に制御することができる。
The amount of the added oil introduced in the added oil introduction zone is preferably 50 to 1500 kg / hour, more preferably 100 to 1200 kg / hour, and even more preferably 150 to 1000 kg / hour.
When the amount of added oil introduced in the added oil introduction zone is within the above range, the amount of hydrogen on the obtained carbon black surface can be controlled within a desired range.
本発明のカーボンブラックの製造方法において、図1に示す反応炉を用いた場合、原料導入および一次反応帯域5で一次反応を行った後、添加油導入帯域8で添加油を導入し、添加油導入帯域8や二次反応帯域9に導入において二次反応させることにより、目的とするカーボンブラックを容易に調製することができる。
本発明のカーボンブラックの製造方法においては、二次反応帯域9を有さない反応炉を用いてもよい。
When the reaction furnace shown in FIG. 1 is used in the method for producing carbon black of the present invention, after the raw material is introduced and the primary reaction is carried out in the
In the method for producing carbon black of the present invention, a reaction furnace having no
図1に示す反応炉においては、上記カーボンブラック含有ガスが反応停止帯域に導入され、冷却液が噴霧される。
冷却液としては水等を挙げることができ、冷却液を噴霧することにより、高温燃焼ガス中に浮遊懸濁したカーボンブラック粒子が冷却される。冷却液の噴霧は、例えば図1に示す冷却液導入ノズル7から冷却液を噴霧することにより行うことができる。
In the reaction furnace shown in FIG. 1, the carbon black-containing gas is introduced into the reaction stop zone and the coolant is sprayed.
Examples of the cooling liquid include water, and by spraying the cooling liquid, the carbon black particles suspended and suspended in the high-temperature combustion gas are cooled. The cooling liquid can be sprayed, for example, by spraying the cooling liquid from the cooling
次いで、冷却されたカーボンブラック粒子は、煙道等を経て、サイクロンやバッグフィルター等の捕集系(分離捕集装置)により分離捕集することにより、目的とするカーボンブラックを回収することができる。 Next, the cooled carbon black particles can be recovered by separating and collecting the cooled carbon black particles by a collection system (separation and collection device) such as a cyclone or a bag filter via a flue or the like. ..
本発明のカーボンブラックの製造方法においては、一次反応物と反応させる添加油の種類や量を変えることにより、得られるカーボンブラックの総活性点数や水素量を所望範囲に容易に調整することができる。 In the method for producing carbon black of the present invention, the total number of active points and the amount of hydrogen of the obtained carbon black can be easily adjusted within a desired range by changing the type and amount of the added oil to be reacted with the primary reactant. ..
本発明の製造方法により得られるカーボンブラックとしては、本発明のカーボンブラックの説明で詳述したものと同様のものを挙げることができる。 Examples of the carbon black obtained by the production method of the present invention include the same as those described in detail in the description of the carbon black of the present invention.
本発明によれば、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときに、グリップ性能に優れるとともにより一層優れた耐摩耗性を発揮し得る新規なカーボンブラックを製造する方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is provided a method for producing a novel carbon black capable of exhibiting excellent grip performance and even more excellent wear resistance when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition. Can be done.
次に、本発明の製造方法で得られるカーボンブラックについて説明する。
本発明の製造方法で得られるカーボンブラックは、
励起波長を532nmとしたときに1340~1360cm-1の範囲に出現するラマン散乱ピークの半値全幅と、窒素ガスを吸着させたときの比表面積との積で表される総活性点が8.20×104(cm-1・m2/g)を超え11.50×104(cm-1・m2/g)以下であり、
ソリッドエコー法により観測されるスピン‐スピン緩和過程の核磁気共鳴シグナルが第1のシグナルと前記第1のシグナルよりも時定数が大きい第2のシグナルとの和で表されるとき、前記第1のシグナルの時間0における単位質量当たりのシグナル強度で表される水素量が25.0~125.0(/g)である
ことを特徴とするものである。
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックは、より詳細には、下記式(I)
ΔD×N2SA (I)
(ただし、ΔDは、レーザーラマン分光装置を用いて励起波長532nmで測定したときに得られるラマンスペクトルにおいて、1350±10cm-1の範囲にピークトップを有するピークの半値全幅(cm-1)であり、N2SAは、窒素吸着法により測定される窒素吸着比表面積(m2/g)である。)
で表される総活性点が8.20×104(cm-1・m2/g)を超え11.50×104(cm-1・m2/g)以下であり、
パルス核磁気共鳴装置を用い、ソリッドエコー法により観測核を1Hとしてスピン-スピン緩和時間T2を測定したときに得られるT2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)を、下記式f(t)
f(t)=A(1)exp(-t/T2(1)) + A(2)exp(-t/T2(2))
(ただし、T2(1)は緩和時間の短い成分の緩和時間、T2(2)は緩和時間の長い成分の緩和時間であり、A(1)は緩和時間の短い成分のt=0における信号強度、A(2)は緩和時間の長い成分のt=0における信号強度である)
により表したときに、
下記式(II)
A(1)/w (II)
(ただし、wは測定試料の質量(g)である。)
で表される水素量が25.0~125.0(/g)である
ことを特徴とするものである。
Next, the carbon black obtained by the production method of the present invention will be described.
The carbon black obtained by the production method of the present invention is
The total active point represented by the product of the full width at half maximum of the Raman scattering peak appearing in the range of 1340 to 1360 cm -1 when the excitation wavelength is 532 nm and the specific surface area when nitrogen gas is adsorbed is 8.20. It is more than × 10 4 (cm -1・ m 2 / g) and less than 11.50 × 10 4 (cm -1・ m 2 / g).
When the nuclear magnetic resonance signal of the spin-spin relaxation process observed by the solid echo method is represented by the sum of the first signal and the second signal having a time constant larger than that of the first signal, the first signal is described. The amount of hydrogen represented by the signal intensity per unit mass at
More specifically, the carbon black obtained by the production method according to the present invention has the following formula (I).
ΔD × N 2 SA (I)
(However, ΔD is the half-value full width (cm -1 ) of the peak having a peak top in the range of 1350 ± 10 cm -1 in the Raman spectrum obtained when measured at an excitation wavelength of 532 nm using a laser Raman spectroscope. , N 2 SA is the nitrogen adsorption specific surface area (m 2 / g) measured by the nitrogen adsorption method.)
The total active site represented by is more than 8.20 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) and 11.50 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) or less.
The T 2 relaxation curve (free induction decay curve) obtained when the spin-spin relaxation time T 2 is measured with the observed nucleus as 1 H by the solid echo method using a pulse nuclear magnetic resonance device is given by the following equation f (t).
f (t) = A (1) exp (-t / T 2 (1)) + A (2) exp (-t / T 2 (2))
(However, T 2 (1) is the relaxation time of the component having a short relaxation time, T 2 (2) is the relaxation time of the component having a long relaxation time, and A (1) is the relaxation time of the component having a short relaxation time at t = 0. Signal strength, A (2) is the signal strength at t = 0 of the component with a long relaxation time)
When represented by
The following formula (II)
A (1) / w (II)
(However, w is the mass (g) of the measurement sample.)
It is characterized in that the amount of hydrogen represented by is 25.0 to 125.0 (/ g).
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、半値全幅(半値全幅ΔD)は、レーザーラマン分光装置を用いて励起波長532nmで測定したときに得られるラマンスペクトルにおいて、1350±10cm-1の範囲にピークトップを有するピークの半値全幅(cm-1)である。 In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, the full width at half maximum (full width at half maximum ΔD) is in the range of 1350 ± 10 cm -1 in the Raman spectrum obtained when measured at an excitation wavelength of 532 nm using a laser Raman spectroscope. The full width at half maximum (cm -1 ) of the peak having a peak top at.
半値全幅(半値全幅ΔD)は、180~280cm-1であることが好ましく、185~270cm-1であることがより好ましく、188~265cm-1であることがさらに好ましい。
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、半値全幅(半値全幅ΔD)が上記範囲内にあることにより、カーボンブラック表面の活性点数を所望範囲に制御して、後述するΔD×N2SAを所望範囲内に容易に制御し得るとともに、ゴム成分に配合したときにカーボンブラックの凝集を抑制して分散性を容易に向上させることができる。
The full width at half maximum (full width at half maximum ΔD) is preferably 180 to 280 cm -1 , more preferably 185 to 270 cm -1 , and even more preferably 188 to 265 cm -1 .
In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, the half-value full width (half-value full width ΔD) is within the above range, so that the number of active points on the surface of the carbon black is controlled within a desired range, and ΔD × N 2 SA described later. Can be easily controlled within a desired range, and the aggregation of carbon black can be suppressed and the dispersibility can be easily improved when blended in the rubber component.
図2は、本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおける、半値全幅(半値全幅ΔD)の算出方法を示す図である。
図2に示すように、本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックは、レーザーラマン分光法により、励起波長532nmで測定することで得られるラマンスペクトルにおいて、1350±10cm-1の範囲にピークトップを有するピークが検出される。
そして、上記ピークトップ位置における測定波長をDmax(cm-1)とし、得られたスペクトルにおいて、上記Dmaxにおけるピーク強度の半分の検出強度を有する低波長(低ラマンシフト)側の検出位置をD50(cm-1)としたときに、下記式により算出される値を、本出願における半値全幅ΔD(cm-1)とする。
ΔD=(Dmax-D50)×2
FIG. 2 is a diagram showing a method of calculating a full width at half maximum (full width at half maximum ΔD) in carbon black obtained by the production method according to the present invention.
As shown in FIG. 2, the carbon black obtained by the production method according to the present invention has a peak top in the range of 1350 ± 10 cm -1 in the Raman spectrum obtained by measuring at an excitation wavelength of 532 nm by laser Raman spectroscopy. A peak with is detected.
Then, the measurement wavelength at the peak top position is set to Dmax (cm -1 ), and in the obtained spectrum, the detection position on the low wavelength (low Raman shift) side having half the detection intensity of the peak intensity at Dmax is D50 ( When cm -1 ), the value calculated by the following formula is defined as the full width at half maximum ΔD (cm -1 ) in the present application.
ΔD = (Dmax-D50) × 2
上記ラマンスペクトルにおいて、1350±10cm-1の範囲にピークトップを有するピークはラマンスペクトルのDバンドにおけるピークに相当する。
本発明者等の検討によれば、上記Dバンドのピークの半値全幅ΔDはカーボンブラック表面における結晶構造の乱雑さの程度を表し、この為に本発明においてΔDが所望範囲内にあることはカーボンブラック表面におけるエッジ、すなわちゴム成分に対して親和性を示す官能基の形成箇所(活性点)が多数存在することを意味する。
In the above Raman spectrum, a peak having a peak top in the range of 1350 ± 10 cm -1 corresponds to a peak in the D band of the Raman spectrum.
According to the study by the present inventors, the half-value full width ΔD of the peak of the D band indicates the degree of disorder of the crystal structure on the carbon black surface, and therefore, it is carbon that ΔD is within the desired range in the present invention. It means that there are many edges (active points) on the black surface, that is, functional groups showing affinity for the rubber component.
本発明において、半値全幅ΔD(cm-1)は、以下の(1)の測定条件で測定した後、(2)のデータ処理を施して得られるラマンスペクトルから算出される値を意味する。
(1)レーザーラマン分光装置として(株)堀場製作所製 HR-800を用い、測定対象となるカーボンブラック試料を数粒スライドグラス上に載置し、スパチュラで数回こすり表面を平らにした状態のものを、以下の測定条件で測定する。
YAGレーザー(励起波長):532nm
刻線数 :600gr/mm
フィルター :D0.6
対物レンズ倍率 :100倍
露光時間 :150秒
積算回数 :2回
このとき得られるスペクトル例を図3に示す。
(2)得られたスペクトルの測定波長(Raman Shift)2100cm-1における信号強度を0とし、スペクトルを構成するデータ点のうち、隣接する39点毎に平均値を求め、次いでスムージング処理して上記各平均値を結ぶスペクトル曲線を得る。次いで、各サンプル毎の比較を容易にするために、測定波長1350±10cm-1の範囲に観察されるピークトップ強度を100とする。
このとき得られるラマンスぺクトル例が、図2に例示するようなラマンスペクトルである。
In the present invention, the full width at half maximum ΔD (cm -1 ) means a value calculated from a Raman spectrum obtained by performing the data processing of (2) after measuring under the measurement condition of (1) below.
(1) Using HR-800 manufactured by HORIBA, Ltd. as a laser Raman spectroscope, several carbon black samples to be measured were placed on a slide glass and rubbed several times with a spatula to flatten the surface. The thing is measured under the following measurement conditions.
YAG laser (excitation wavelength): 532 nm
Number of engraved lines: 600 gr / mm
Filter: D0.6
Objective lens magnification: 100 times Exposure time: 150 seconds Total number of times: 2 times An example of the spectrum obtained at this time is shown in FIG.
(2) The signal intensity at the measurement wavelength (Raman Shift) 2100 cm -1 of the obtained spectrum is set to 0, the average value is obtained for each of 39 adjacent data points constituting the spectrum, and then smoothing processing is performed to obtain the above. Obtain a spectral curve connecting each average value. Next, in order to facilitate comparison for each sample, the peak top intensity observed in the measurement wavelength range of 1350 ± 10 cm -1 is set to 100.
An example of Raman spectrum obtained at this time is a Raman spectrum as illustrated in FIG.
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、N2SAは、窒素吸着法により測定されるカーボンブラックの窒素吸着比表面積(m2/g)である。 In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, N 2 SA is the nitrogen adsorption specific surface area (m 2 / g) of the carbon black measured by the nitrogen adsorption method.
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、N2SAは、345~565m2/gであることが好ましく、355~555m2/gであることがより好ましく、360~550m2/gであることがさらに好ましい。 In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, N 2 SA is preferably 345 to 565 m 2 / g, more preferably 355 to 555 m 2 / g, and 360 to 550 m 2 / g. It is more preferable to have.
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、N2SAが上記範囲内にあることにより、カーボンブラック表面の活性点数を所望範囲に制御して、後述する半値全幅と窒素吸着比表面積との積(ΔD×N2SA)を所望範囲内に容易に制御することができるとともに、ゴム成分に配合したときにカーボンブラックの分散性を向上させて耐摩耗性を容易に向上させることができる。 In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, when N 2 SA is within the above range, the number of active points on the surface of the carbon black is controlled within a desired range, and the half-value full width and the nitrogen adsorption specific surface area, which will be described later, are defined. The product (ΔD × N 2 SA) can be easily controlled within a desired range, and the dispersibility of carbon black can be improved when blended with the rubber component to easily improve the wear resistance.
なお、本出願書類において、N2SAは、JIS K6217-2 2001「ゴム用カーボンブラックの基本性能の試験方法」に規定される方法に準拠して、窒素吸着量により測定される値を意味する。 In this application document, N 2 SA means a value measured by the amount of nitrogen adsorbed in accordance with the method specified in JIS K6217-1 2001 "Test method for basic performance of carbon black for rubber". ..
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、下記式(I)
ΔD×N2SA (I)
(ただし、ΔDは、レーザーラマン分光装置を用いて励起波長532nmで測定したときに得られるラマンスペクトルにおいて、1350±10cm-1の範囲にピークトップを有するピークの半値全幅(cm-1)であり、N2SAは、窒素吸着法により測定される窒素吸着比表面積(m2/g)である。)
で表される総活性点が8.20×104(cm-1・m2/g)を超え11.500×104(cm-1・m2/g)以下である。
In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, the following formula (I)
ΔD × N 2 SA (I)
(However, ΔD is the half-value full width (cm -1 ) of the peak having a peak top in the range of 1350 ± 10 cm -1 in the Raman spectrum obtained when measured at an excitation wavelength of 532 nm using a laser Raman spectroscope. , N 2 SA is the nitrogen adsorption specific surface area (m 2 / g) measured by the nitrogen adsorption method.)
The total active sites represented by are more than 8.20 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) and 11.500 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) or less.
上記式(I)で表される総活性点は、8.20×104(cm-1・m2/g)を超え11.50×104(cm-1・m2/g)以下であり、8.25×104~11.45×104(cm-1・m2/g)が好ましく、8.30×104~11.40×104(cm-1・m2/g)がより好ましい。
加工性に優れたカーボンブラックを得ようとする場合、上記式(I)で表されるカーボンブラックの総活性点は、9.50×104(cm-1・m2/g)を超え11.50×104(cm-1・m2/g)以下が好ましく、9.55×104~11.45×104(cm-1・m2/g)がより好ましく、9.60×104~11.40×104(cm-1・m2/g)がさらに好ましい。
The total active point represented by the above formula (I) is more than 8.20 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) and 11.50 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) or less. Yes, 8.25 × 10 4 to 11.45 × 10 4 (cm -1・ m 2 / g) is preferable, and 8.30 × 10 4 to 11.40 × 10 4 (cm -1・ m 2 / g) is preferable. ) Is more preferable.
When trying to obtain carbon black with excellent workability, the total active point of carbon black represented by the above formula (I) exceeds 9.50 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) 11 .50 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) or less is preferable, 9.55 × 10 4 to 11.45 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) is more preferable, and 9.60 × 10 4 to 11.40 × 10 4 (cm -1 · m 2 / g) is more preferable.
上記式(I)で表される総活性点(上記式(I)で表される総活性点)が上記範囲内にあることにより、加工性に優れるとともにゴム成分との適度な結合力(親和性)を発揮するカーボンブラックを得ることができる。 When the total active site represented by the above formula (I) (the total active site represented by the above formula (I)) is within the above range, the workability is excellent and the binding force (affinity) with the rubber component is appropriate. It is possible to obtain carbon black that exhibits (sexuality).
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックは、パルス核磁気共鳴装置を用い、ソリッドエコー法により観測核を1Hとしてスピン-スピン緩和時間T2を測定したときに得られるT2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)を、下記式f(t)
f(t)=A(1)exp(-t/T2(1)) + A(2)exp(-t/T2(2))
(ただし、T2(1)は緩和時間の短い成分の緩和時間、T2(2)は緩和時間の長い成分の緩和時間であり、A(1)は緩和時間の短い成分のt=0における信号強度、A(2)は緩和時間の長い成分のt=0における信号強度である)
により表したときに、
下記式(II)
A(1)/w (II)
(ただし、wは測定試料の質量(g)である。)
で表される水素量が25.0~125.0(/g)であるものである。
The carbon black obtained by the production method according to the present invention is a T 2 relaxation curve obtained when the spin-spin relaxation time T 2 is measured by the solid echo method using a pulse nuclear magnetic resonance apparatus with the observed nucleus as 1 H. The free induction decay curve) is given by the following equation f (t).
f (t) = A (1) exp (-t / T 2 (1)) + A (2) exp (-t / T 2 (2))
(However, T 2 (1) is the relaxation time of the component having a short relaxation time, T 2 (2) is the relaxation time of the component having a long relaxation time, and A (1) is the relaxation time of the component having a short relaxation time at t = 0. Signal strength, A (2) is the signal strength at t = 0 of the component with a long relaxation time)
When represented by
The following formula (II)
A (1) / w (II)
(However, w is the mass (g) of the measurement sample.)
The amount of hydrogen represented by is 25.0 to 125.0 (/ g).
上記式(II)で表される水素量は、25.0~125.0(/g)であり、
40.0~110.0(/g)であることが好ましく、50.0~100.0(/g)であることがより好ましい。
The amount of hydrogen represented by the above formula (II) is 25.0 to 125.0 (/ g).
It is preferably 40.0 to 110.0 (/ g), more preferably 50.0 to 100.0 (/ g).
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックにおいて、A(1)/w(II)で表される水素量が上記範囲内にあることにより、ゴムへの練りこみ時に良好な分散性を発揮しつつ損失係数の高い(グリップ性能に優れた)ゴム組成物を容易に調製することができる。 In the carbon black obtained by the production method according to the present invention, the amount of hydrogen represented by A (1) / w (II) is within the above range, so that good dispersibility is exhibited when kneading into rubber. At the same time, a rubber composition having a high loss coefficient (excellent in grip performance) can be easily prepared.
一方、上述したように、本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックは、上記総活性点(上記式(I)で表される総活性点)が所定範囲内にあることにより、カーボンブラックとゴム成分との適度な結合力(親和性)を得ることができる。
このため、上記総活性点(上記式(I)で表される総活性点)および上記水素量(上記式(II)で表される水素量)が各々所定範囲内にある本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックは、ゴム組成物の構成成分として使用したときに、損失係数が高く(グリップ性能が高く)操縦安定性を優れるとともに、ゴム成分と適度な結合力(親和性)を有し優れた耐摩耗性を容易に発揮することができる。
On the other hand, as described above, the carbon black obtained by the production method according to the present invention is different from carbon black because the total active points (total active points represented by the above formula (I)) are within a predetermined range. An appropriate bonding force (affinity) with the rubber component can be obtained.
Therefore, the production according to the present invention, wherein the total active points (total active points represented by the above formula (I)) and the above hydrogen amount (the amount of hydrogen represented by the above formula (II)) are each within a predetermined range. The carbon black obtained by the method has a high loss coefficient (high grip performance) and excellent steering stability when used as a constituent component of a rubber composition, and has an appropriate bonding force (affinity) with the rubber component. Excellent wear resistance can be easily exhibited.
本発明において、水素量(上記式(II)で表される水素量)は、以下の方法により求められる。
(1)パルス核磁気共鳴装置としてブルカー・バイオスピン(株)Minispec mq20を用い、測定対象となるカーボンブラックを110℃で30分間乾燥した後、ガラス製サンプル管に0.2g充填したものを測定試料とし、以下の測定条件によりスピン-スピン緩和時間(横緩和時間)T2を測定して、T2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)を得る。
<測定条件>
測定核種 :1H
パルスモード :ソリッドエコー法(90°×-τ-90°y)
90°パルス幅:2.7μs
測定時間:2ms
待ち時間:500ms
積算回数:52回
測定温度:40℃
Gain:90
カーボンブラックの質量は0.2gで一定であり、装置関数も一定(Gainn=90)であるため、得られるT2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)の信号強度は測定対象の1H濃度に比例して増減することになる。
(2)得られた自由誘導減衰曲線を、上記パルス核磁気共鳴装置(ブルカー・バイオスピン(株)Minispec mq20)付属のフィッティングソフト(TD-NMR-A for Windows7)を用いた線形最小二乗法によるフィッティングにより、下記式f(t)
f(t)=A(1)exp(-t/T2(1)) + A(2)exp(-t/T2(2))
(ただし、T2(1)は緩和時間の短い成分の緩和時間、T2(2)は緩和時間の長い成分の緩和時間であり、A(1)は緩和時間の短い成分のt=0における信号強度、A(2)は緩和時間の長い成分のt=0における信号強度である)
で表される近似曲線を得る。
(3)上記信号強度A(1)を測定試料の質量w(g)で割る。
In the present invention, the amount of hydrogen (the amount of hydrogen represented by the above formula (II)) is determined by the following method.
(1) Using Minispec mq20 of Bruker Biospin Co., Ltd. as a pulse nuclear magnetic resonance apparatus, the carbon black to be measured was dried at 110 ° C. for 30 minutes, and then 0.2 g of a glass sample tube was filled. Using a sample, spin-spin relaxation time (lateral relaxation time) T 2 is measured under the following measurement conditions to obtain a T 2 relaxation curve (free induction decay curve).
<Measurement conditions>
Nuclide to be measured: 1 H
Pulse mode: Solid echo method (90 ° × -τ-90 ° y)
90 ° pulse width: 2.7 μs
Measurement time: 2 ms
Waiting time: 500ms
Number of integrations: 52 times Measurement temperature: 40 ° C
Gain: 90
Since the mass of carbon black is constant at 0.2 g and the device function is also constant (Gainn = 90 ), the signal intensity of the obtained T 2 relaxation curve (free induction decay curve) is proportional to the 1H concentration to be measured. Will increase or decrease.
(2) The obtained free induction decay curve is obtained by a linear least squares method using the fitting software (TD-NMR-A for Windows 7) attached to the pulse nuclear magnetic resonance apparatus (Bruker Biospin Co., Ltd. Minispec mq20). By fitting, the following formula f (t)
f (t) = A (1) exp (-t / T 2 (1)) + A (2) exp (-t / T 2 (2))
(However, T 2 (1) is the relaxation time of the component having a short relaxation time, T 2 (2) is the relaxation time of the component having a long relaxation time, and A (1) is the relaxation time of the component having a short relaxation time at t = 0. Signal strength, A (2) is the signal strength at t = 0 of the component with a long relaxation time)
Obtain the approximate curve represented by.
(3) The signal strength A (1) is divided by the mass w (g) of the measurement sample.
図4に、上記方法で得られるT2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)の例を示す。
図4に示すように、90°パルスにより励起した時間をt=0とすると、y軸方向の磁化(信号強度)が時間とともに減衰するシグナルが得られることが分かる。
図5は、図4に示すT2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)を線形最小二乗法によりフィッティングした場合のフィッティング曲線を実線で示すものであり、図5に示すように、得られたT2緩和曲線(自由誘導減衰曲線)は、フィッティングにより2つの指数関数の和として表することができる。
ここで、時定数の違いにより液体と固体とを区別できるので、緩和時間の短い成分に係る指数関数においてt=0(90°パルスによる励起時)における信号強度A(1)はカーボンブラック表面の水素原子(-COOH、-OH、表面の-H、炭素骨格中の-H等)と特定できる。同様に、緩和時間の短い成分に係る指数関数においてt=0(90°パルスによる励起時)における信号強度A(2)はカーボンブラック表面に吸着した水分や液状の多環芳香族炭化水素化合物等と特定できる。
上記信号強度A(1)(a.u.)を測定に供したカーボンブラックの質量w(0.2g)で割ることにより、カーボンブラック単位質量当たりの水素量「A(1)/w」を求めることができる。
本発明者等の検討によれば、上記式(II)(A(1)/w)で表される水素量は、従来カーボンブラック表面の水素量を測定する方法として知られていた熱分解法により得られる水素量と高い相関性を示すことが見出されており、このためにカーボンブラック表面の水素量を表す指標として好適に使用することができる。
FIG. 4 shows an example of the T 2 relaxation curve (free induction decay curve) obtained by the above method.
As shown in FIG. 4, when the time excited by the 90 ° pulse is t = 0, it can be seen that a signal in which the magnetization (signal intensity) in the y-axis direction is attenuated with time can be obtained.
FIG. 5 shows the fitting curve when the T 2 relaxation curve (free induction decay curve) shown in FIG. 4 is fitted by the linear least squares method, and is shown by a solid line. As shown in FIG. 5, the obtained T 2 is shown. The relaxation curve (free lead decay curve) can be expressed as the sum of two exponential functions by fitting.
Here, since the liquid and the solid can be distinguished by the difference in the time constant, the signal intensity A (1) at t = 0 (when excited by a 90 ° pulse) is the carbon black surface in the exponential function related to the component having a short relaxation time. It can be identified as a hydrogen atom (-COOH, -OH, -H on the surface, -H in the carbon skeleton, etc.). Similarly, in the exponential function relating to the component having a short relaxation time, the signal intensity A (2) at t = 0 (when excited by a 90 ° pulse) is water adsorbed on the carbon black surface, a liquid polycyclic aromatic hydrocarbon compound, or the like. Can be specified.
By dividing the signal intensities A (1) (au) by the mass w (0.2 g) of the carbon black used for the measurement, the amount of hydrogen “A (1) / w” per unit mass of the carbon black is obtained. You can ask.
According to the study by the present inventors, the amount of hydrogen represented by the above formulas (II) (A (1) / w) is a thermal decomposition method conventionally known as a method for measuring the amount of hydrogen on the surface of carbon black. It has been found that it shows a high correlation with the amount of hydrogen obtained by, and for this reason, it can be suitably used as an index showing the amount of hydrogen on the surface of carbon black.
本発明に係る製造方法で得られるカーボンブラックは、DBP(Dibutylphthalate)吸収量が、80~140cm3/100gであるものが好ましく、85~130cm3/100gであるものがより好ましく、90~125cm3/100gであるものがさらに好ましい。 The carbon black obtained by the production method according to the present invention preferably has a DBP (Dibutylphthalate) absorption amount of 80 to 140 cm 3/100 g, more preferably 85 to 130 cm 3/100 g, and 90 to 125 cm 3 It is more preferably / 100 g.
上記DBP吸収量は、ストラクチャーの発達度合い、すなわちアグリゲート構造の複雑さの程度を表す指標となる。
DBP吸収量が80ml/100g未満であると、ゴム組成物に配合した際にカーボンブラックの分散性が悪化して得られるゴムの補強性が低下し易くなり、140ml/100gを超えるとゴム組成物に配合した際にゴム組成物が硬くなり加工性が悪化する場合がある。
The amount of DBP absorbed is an index showing the degree of development of the structure, that is, the degree of complexity of the aggregate structure.
When the amount of DBP absorbed is less than 80 ml / 100 g, the dispersibility of carbon black deteriorates when blended in the rubber composition, and the reinforcing property of the obtained rubber tends to decrease, and when it exceeds 140 ml / 100 g, the rubber composition tends to deteriorate. When blended in, the rubber composition may become hard and the workability may deteriorate.
なお、本出願書類において、DBP吸収量は、JISK6217-4「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部、DBP吸収量の求め方」に規定された方法により測定される値を意味する。
In this application document, the DBP absorption amount means a value measured by the method specified in JIS K6217-4 "Carbon black for rubber-Basic characteristics-
本発明によれば、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときに、グリップ性能に優れるとともにより一層優れた耐摩耗性を発揮し得る新規なカーボンブラックを製造する方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is provided a method for producing a novel carbon black capable of exhibiting excellent grip performance and even more excellent wear resistance when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition. Can be done.
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but this is merely an example and does not limit the present invention.
(実施例1~実施例6、比較例1~比較例5)
(実施例1)
図1に示すような概略円筒形状を有する反応炉を用いてカーボンブラックを作製した。
図1に示す反応炉には、炉内に形成されたガス流路の上流から下流方向に向かって連通する、燃料燃焼帯域3、原料導入および一次反応帯域5、添加油導入帯域8、二次反応帯域9および反応停止帯域が順次設けられている。
(Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 5)
(Example 1)
Carbon black was produced using a reactor having a substantially cylindrical shape as shown in FIG.
The reactor shown in FIG. 1 has a fuel combustion zone 3, a raw material introduction and
図1に示す反応炉において、燃料燃焼帯域3は、炉軸方向に垂直な方向から空気等の酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入口1と、炉軸方向に燃料を供給する燃焼用バーナー2とを備えている。また、原料導入および一次反応帯域5は、炉軸方向に垂直な方向から原料油を供給する原料油導入ノズル4である一流体ノズルを備え、燃料燃焼帯域3と同軸的に連通して設けられている。
添加油導入帯域8は、炉軸方向に垂直な方向から添加油を供給する添加油導入ノズル6である一流体ノズルを備え、原料導入および一次反応帯域5と同軸的に連通して設けられており、さらに、二次反応帯域9は、添加油導入帯域8に同軸的に連通して設けられている。また、反応停止帯域は、炉軸方向に垂直な方向から冷却水を供給する図の上下方向に位置変更可能な冷却液導入ノズル7(水冷クエンチ)を備え、二次反応帯域9に同軸的に連通して設けられている。
In the reactor shown in FIG. 1, the fuel combustion zone 3 includes an oxygen-containing
The additive
図1に示すように、上記反応炉は、原料導入および一次反応帯域5の前後において、燃料燃焼帯域3から原料導入および一次反応帯域5に向かって緩やかに縮管するとともに、原料導入および一次反応帯域5から添加油導入帯域8に向かってテーパー状に拡管する鼓状絞り形状を成している。
As shown in FIG. 1, in the reaction furnace, before and after the raw material introduction and the
燃料燃焼帯域3においては、酸素含有ガス導入口1から、500℃に予熱した空気(酸素含有割合21体積%)を4100Nm3/hを供給するとともに、燃焼用バーナー2から燃料油としてFCC残渣油(石油系残渣油)250kg/h噴射供給し、混合燃焼させて、炉軸方向に流通する高温燃焼ガス流を形成した。
In the fuel combustion zone 3, 4100 Nm 3 / h of air preheated to 500 ° C. (oxygen content ratio 21% by volume) is supplied from the oxygen-containing
原料導入および一次反応帯域5に上記高温燃焼ガス流を導入しつつ、原料油導入ノズル4である一流体ノズルから、原料油として炭素/水素の質量比が12.0であるエチレンボトム油を675kg/hで供給し、次いで、添加油導入帯域において、添加油導入ノズル6から炭素/水素の質量比が6.0であるシクロヘキサンを225kg/h供給し、順次反応させることにより、カーボンブラック含有ガスを生成した。
このとき、上記原料油供給量1kgあたりの上記空気中の酸素量(4100(Nm3/h)×0.21/675(kg/h))は1.28であった。
While introducing the raw material introduction and the high temperature combustion gas flow into the
At this time, the amount of oxygen in the air (4100 (Nm 3 / h) × 0.21 / 675 (kg / h)) per 1 kg of the raw material oil supply was 1.28.
次いで、原料導入および一次反応帯域5を経て添加油導入帯域8で生成したカーボンブラック含有ガスを二次反応帯域9に導入してさらに十分に反応させた後、反応停止帯域に導入して、冷却液導入ノズル7から冷却水を噴霧した。冷却されたカーボンブラック粒子は、煙道等を経て、図示しない分離捕集装置により捕集され、目的とするカーボンブラックを回収した。
Next, the carbon black-containing gas generated in the additive
上記反応において、使用した原料油と添加油の種類および炭素/水素の質量比、原料油に対する添加油の使用量を表1に示すとともに、空気供給量、燃料供給量、原料油供給量、添加油供給量を表2に示す。
また、得られたカーボンブラックにおける、ΔD、窒素吸着比表面積N2SA(m2/g)、総活性点(ΔD×N2SA)、水素量(A(1)/w)およびDBP吸収量(ml/100g)を表3に示す。
Table 1 shows the types of raw material oil and additive oil used, the mass ratio of carbon / hydrogen, and the amount of additive oil used with respect to the raw material oil in the above reaction, as well as the air supply amount, fuel supply amount, raw material oil supply amount, and addition. The amount of oil supplied is shown in Table 2.
Further, in the obtained carbon black, ΔD, nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA (m 2 / g), total active point (ΔD × N 2 SA), hydrogen amount (A (1) / w) and DBP absorption amount. (Ml / 100g) is shown in Table 3.
(実施例2~実施例6、比較例1~比較例5)
実施例1において、反応条件を表1および表2に記載するとおり各々変更した以外は、実施例1と同様にしてカーボンブラックを調製した。
得られたカーボンブラックにおける、ΔD、窒素吸着比表面積N2SA(m2
/g)、総活性点(ΔD×N2SA)、水素量(A(1)/w)およびDBP吸収量(ml/100g)を表3に示す。
(Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 5)
In Example 1, carbon black was prepared in the same manner as in Example 1 except that the reaction conditions were changed as described in Tables 1 and 2, respectively.
ΔD, nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA (m 2 ) in the obtained carbon black
/ G), total active site (ΔD × N 2 SA), hydrogen amount (A (1) / w) and DBP absorption amount (ml / 100 g) are shown in Table 3.
(実施例7~実施例12、比較例6~比較例9)
実施例1において、反応条件を表4および表5に記載するとおり各々変更した以外は、実施例1と同様にしてカーボンブラックを調製した。
得られたカーボンブラックにおける、ΔD、窒素吸着比表面積N2SA(m2/g)、総活性点(ΔD×N2SA)、水素量(A(1)/w)およびDBP吸
収量(ml/100g)を表6に示す。
(Examples 7 to 12, Comparative Examples 6 to 9)
In Example 1, carbon black was prepared in the same manner as in Example 1 except that the reaction conditions were changed as described in Tables 4 and 5, respectively.
ΔD, nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA (m 2 / g), total active point (ΔD × N 2 SA), hydrogen amount (A (1) / w) and DBP absorption amount (ml) in the obtained carbon black. / 100g) is shown in Table 6.
(ゴム組成物の製造例)
表7に示すように、ゴム成分である天然ゴム(RSS#1)100質量部、上記実施例および比較例で得られた何れかのカーボンブラック45質量部、ステアリン酸3質量部、老化防止剤(川口化学(株)製 アンテージ6C)1質量部、亜鉛華4質量部とを、密閉型ミキサー(神戸製鋼(株)製MIXTRON BB-2)で混練した後、得られた混練物に対し、加硫促進剤(川口化学工業(株)製アクセルNS)0.5質量部と、硫黄1.5質量部とをオープンロールで混練することにより、各々表7に示す組成を有するゴム組成物を得た。
(Production example of rubber composition)
As shown in Table 7, 100 parts by mass of natural rubber (RSS # 1) as a rubber component, 45 parts by mass of any carbon black obtained in the above Examples and Comparative Examples, 3 parts by mass of stearic acid, an antioxidant. (Antage 6C manufactured by Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd.) 1 part by mass and 4 parts by mass of rubber were kneaded with a closed mixer (MIXTRON BB-2 manufactured by Kobe Steel Co., Ltd.). By kneading 0.5 parts by mass of the vulcanization accelerator (Axel NS manufactured by Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd.) and 1.5 parts by mass of sulfur with an open roll, a rubber composition having the composition shown in Table 7 can be obtained. Obtained.
次いで、得られた各ゴム組成物を145℃の温度条件下、45分間加硫して加硫ゴムを形成した。
得られた加硫ゴムを用い、以下に示す方法により、摩耗量、損失係数(tanδ)およびムーニー粘度Mv(M)を測定した。結果を表8に示す。
なお、表8においては、使用した各カーボンブラックが得られた実施例および比較例毎に摩耗量および損失係数(tanδ)の結果を示している。
Then, each of the obtained rubber compositions was vulcanized for 45 minutes under a temperature condition of 145 ° C. to form a vulcanized rubber.
Using the obtained vulcanized rubber, the amount of wear, the loss coefficient (tan δ) and the Mooney viscosity Mv (M) were measured by the methods shown below. The results are shown in Table 8.
In Table 8, the results of the wear amount and the loss coefficient (tan δ) are shown for each of the examples and comparative examples in which each of the carbon blacks used was obtained.
<摩耗量>
ランボーン摩耗試験機(機械スリップ機構、(株)上島製作所製AB-1152)を用い、JIS K6264「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム-耐摩耗性の求め方-」に規定される方法に準拠し、以下の測定条件で測定した。
試験片 :厚さ10mm、外径48mm
研磨紙 :粒度A80
スリップ率 :10%
試験片表面速度:72m/min
試験荷重 :3kg
なお、摩耗量は、値が小さい程耐摩耗性に優れることを示している。
<Amount of wear>
Using a Ramborn wear tester (mechanical slip mechanism, AB-1152 manufactured by Ueshima Seisakusho Co., Ltd.), in accordance with the method specified in JIS K6264 "Vulcanized rubber and thermoplastic rubber-How to determine wear resistance-", It was measured under the following measurement conditions.
Specimen: Thickness 10 mm, outer diameter 48 mm
Abrasive paper: Particle size A80
Slip rate: 10%
Specimen surface velocity: 72 m / min
Test load: 3 kg
As for the amount of wear, the smaller the value, the better the wear resistance.
<損失係数(tanδ)>
得られた各加硫ゴムから切り出した、厚さ2mm、長さ40mm、幅4mmの試験片を用い、粘弾性スペクトロメータ((株)上島製作所製VR-7110)を用い、周波数50Hz、動的歪率1.26%、測定温度60℃の測定条件で、損失係数(tanδ)を測定した。
なお、損失係数(tanδ)は、値が大きいほどグリップ性能が高いことを示している。
<Loss coefficient (tanδ)>
Using a test piece with a thickness of 2 mm, a length of 40 mm, and a width of 4 mm cut out from each of the obtained vulcanized rubber, a viscoelastic spectrometer (VR-7110 manufactured by Ueshima Seisakusho Co., Ltd.) was used, and the frequency was 50 Hz. The loss coefficient (tan δ) was measured under the measurement conditions of a strain rate of 1.26% and a measurement temperature of 60 ° C.
The loss coefficient (tan δ) indicates that the larger the value, the higher the grip performance.
<ムーニー粘度>
ムーニー粘度計((株)東洋精機製作所製AM-3)を用い、JIS K6300に準拠し、未加硫ゴム組成物を130℃で1分間予熱した後、ローターの回転開始4分経過時のムーニー粘度Mv(M)を測定した。
なお、ムーニー粘度Mv(M)は値が小さいほど加工性が良いことを示している。
<Moony viscosity>
Using a Mooney viscometer (AM-3 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.), preheat the unvulcanized rubber composition at 130 ° C. for 1 minute in accordance with JIS K6300, and then
The smaller the value of Mooney viscosity Mv (M), the better the workability.
また、実施例1~実施例12および比較例1~比較例9で得られたカーボンブラックを各々用いて作製された加硫ゴムの損失係数(tanδ)に対する摩耗量を図6に示す。 Further, FIG. 6 shows the amount of wear with respect to the loss coefficient (tan δ) of the vulcanized rubber produced by using the carbon blacks obtained in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 9 respectively.
表3、表6、表8および図6の結果から、本発明に係る製造方法により、実施例1~実施例12で得られたカーボンブラックを各々用いて作製された加硫ゴムは、ΔD×N2SAで表される総活性点およびA(1)/wで表される水素量が各々所定範囲内にあるカーボンブラックを用いていることから、損失係数tanδが大きくグリップ性能に優れるとともに摩耗量が少なく耐摩耗性に優れる(高グリップ性能および耐摩耗性を両立し得る)ものであることが分かる。
また、実施例7~実施例12で得られたカーボンブラックを各々用いて作製された加硫ゴムは、ムーニー粘度Mvの値が低く加工性に優れるものであることが分かる。
From the results of Table 3, Table 6, Table 8 and FIG. 6, the vulcanized rubber produced by using the carbon blacks obtained in Examples 1 to 12 by the production method according to the present invention is ΔD ×. Since carbon black is used in which the total active point represented by N 2 SA and the amount of hydrogen represented by A (1) / w are within the predetermined ranges, the loss coefficient tan δ is large and the grip performance is excellent and the wear is excellent. It can be seen that the amount is small and the wear resistance is excellent (high grip performance and wear resistance can be achieved at the same time).
Further, it can be seen that the vulcanized rubbers produced by using the carbon blacks obtained in Examples 7 to 12 each have a low Mooney viscosity Mv value and are excellent in processability.
一方、表3、表6、表8および図6の結果から、比較例1~比較例9で得られた比較カーボンブラックを各々用いて作製された加硫ゴムは、カーボンブラックとして、ΔD×N2SAで表される総活性点またはA(1)/wで表される水素量が所定範囲外にあることから、ゴム組成物に配合したときに、損失係数tanδが小さくグリップ性能が低かったり摩耗量が多く耐摩耗性に劣る(高グリップ性能および耐摩耗性を両立し得ない)ものであったり、ムーニー粘度Mvの値が高く加工性に劣ることが分かる。 On the other hand, from the results of Table 3, Table 6, Table 8 and FIG. 6, the vulcanized rubber produced by using the comparative carbon blacks obtained in Comparative Examples 1 to 9 was ΔD × N as carbon black. 2 Since the total active point represented by SA or the amount of hydrogen represented by A (1) / w is out of the predetermined range, the loss coefficient tan δ is small and the grip performance is low when blended in the rubber composition. It can be seen that the amount of wear is large and the wear resistance is inferior (high grip performance and wear resistance cannot be achieved at the same time), or the Mooney viscosity Mv value is high and the workability is inferior.
本発明によれば、タイヤトレッドゴム組成物等のゴム組成物に配合したときに、グリップ性能に優れるとともにより一層優れた耐摩耗性を発揮し得る新規なカーボンブラックを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a novel carbon black capable of exhibiting excellent grip performance and even more excellent wear resistance when blended in a rubber composition such as a tire tread rubber composition.
1 酸素含有ガス導入口
2 燃焼用バーナー
3 燃料燃焼帯域
4 原料油導入ノズル
5 原料導入および一次反応帯域
6 添加油導入ノズル
7 冷却液導入ノズル
8 添加油導入帯域
9 二次反応帯域
1 Oxygen-containing
Claims (3)
得られた一次反応物に対し、炭素/水素の質量比が5.0以上10.0未満である添加油を、前記原料油の質量の0.30~1.00倍の量反応させて二次反応を行うことを特徴とするカーボンブラックの製造方法。 A raw material oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 10.0 to 20.0 and a combustion gas obtained by mixing and burning an oxygen-containing gas and a fuel are mixed with oxygen in the oxygen-containing gas per 1 kg of the raw material oil supply amount. After performing a primary reaction in which the amounts are contacted so as to exceed 1.26 Nm 3 and 1.80 Nm 3 or less to generate a primary reactant,
The added oil having a carbon / hydrogen mass ratio of 5.0 or more and less than 10.0 is reacted with the obtained primary reaction product in an amount of 0.30 to 1.00 times the mass of the raw material oil. A method for producing carbon black, which comprises performing the following reaction.
前記燃料燃焼帯域に酸素含有ガスと燃料とを導入し混合燃焼させて高温燃焼ガス流を発生させ、前記原料導入帯域に上記高温燃焼ガス流を導入しつつ原料油を導入し一次反応を行って一次反応物を生成した後、添加油導入帯域で添加油を導入して二次反応を行う
請求項1に記載のカーボンブラックの製造方法。 Using a reactor in which a fuel combustion zone, a raw material introduction zone, and an additive oil introduction zone are sequentially provided from the upstream to the downstream of the gas flow path, the reactor is used.
An oxygen-containing gas and a fuel are introduced into the fuel combustion zone and mixed and burned to generate a high-temperature combustion gas flow, and a raw material oil is introduced while introducing the high-temperature combustion gas flow into the raw material introduction zone to perform a primary reaction. The method for producing carbon black according to claim 1, wherein after the primary reaction product is produced, the additive oil is introduced in the additive oil introduction zone to carry out the secondary reaction.
励起波長を532nmとしたときに1340~1360cm-1の範囲に出現するラマン散乱ピークの半値全幅と、窒素ガスを吸着させたときの比表面積との積で表される総活性点が8.20×104(cm-1・m2/g)を超え11.50×104(cm-1・m2/g)以下であり、
ソリッドエコー法により観測されるスピン‐スピン緩和過程の核磁気共鳴シグナルが第1のシグナルと前記第1のシグナルよりも時定数が大きい第2のシグナルとの和で表されるとき、前記第1のシグナルの時間0における単位質量当たりのシグナル強度で表される水素量が25.0~125.0(/g)である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカーボンブラックの製造方法。 The resulting carbon black is
The total active point represented by the product of the full width at half maximum of the Raman scattering peak appearing in the range of 1340 to 1360 cm -1 when the excitation wavelength is 532 nm and the specific surface area when nitrogen gas is adsorbed is 8.20. It is more than × 10 4 (cm -1・ m 2 / g) and less than 11.50 × 10 4 (cm -1・ m 2 / g).
When the nuclear magnetic resonance signal of the spin-spin relaxation process observed by the solid echo method is represented by the sum of the first signal and the second signal having a time constant larger than that of the first signal, the first signal is described. The carbon black according to claim 1 or 2, wherein the amount of hydrogen represented by the signal intensity per unit mass at time 0 of the signal is 25.0 to 125.0 (/ g). Production method.
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