JP2810177B2 - ゴム組成物 - Google Patents
ゴム組成物Info
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- JP2810177B2 JP2810177B2 JP33644889A JP33644889A JP2810177B2 JP 2810177 B2 JP2810177 B2 JP 2810177B2 JP 33644889 A JP33644889 A JP 33644889A JP 33644889 A JP33644889 A JP 33644889A JP 2810177 B2 JP2810177 B2 JP 2810177B2
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- Japan
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- carbon black
- rubber
- rubber composition
- concentration
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、タイヤ、ホース、コンベアベルト等に用
いられる補強性、特に耐摩耗性及び低発熱性が改良され
たゴム組成物に関する。
いられる補強性、特に耐摩耗性及び低発熱性が改良され
たゴム組成物に関する。
（従来の技術） トラック、バス用タイヤのようなかなり高い耐摩耗性
が要求されるゴム配合物では、従来からISAFのような高
補強性のカーボンブラックが使用されてきたが、近年市
場の経済性要求が高まるにつれ、更に高耐摩耗性を得る
ことが商品価値を決定する重要なポイントとなってき
た。
が要求されるゴム配合物では、従来からISAFのような高
補強性のカーボンブラックが使用されてきたが、近年市
場の経済性要求が高まるにつれ、更に高耐摩耗性を得る
ことが商品価値を決定する重要なポイントとなってき
た。
このために、従来から用いられた耐摩耗性向上の手法
としては、カーボンブラック配合量の増加、プロセスオ
イル等の軟化剤の減量というような配合量の変更又はIS
AFカーボンブラックに代わる更に補強性にすぐれるSAF
級カーボンブラックの使用などが行われている。
としては、カーボンブラック配合量の増加、プロセスオ
イル等の軟化剤の減量というような配合量の変更又はIS
AFカーボンブラックに代わる更に補強性にすぐれるSAF
級カーボンブラックの使用などが行われている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記手法では、カーボンブラックの配
合量を増加すると、ある配合量の範囲内では耐摩耗性が
向上するが、配合量の増加とともにその効果が次第に減
少し、加えてゴム配合物の低発熱性が悪化する等の不利
な傾向が顕著になる。
合量を増加すると、ある配合量の範囲内では耐摩耗性が
向上するが、配合量の増加とともにその効果が次第に減
少し、加えてゴム配合物の低発熱性が悪化する等の不利
な傾向が顕著になる。
次に、プロセスオイル等の軟化剤を減量した場合、耐
摩耗性は向上するが、反面練りゴムのまとまりが悪くな
ったり、ゴムの粘度が高くなって大幅な作業性の低下が
起こる。
摩耗性は向上するが、反面練りゴムのまとまりが悪くな
ったり、ゴムの粘度が高くなって大幅な作業性の低下が
起こる。
また、SAF級のカーボンブラックを用いると、やはり
耐摩耗性は向上するが、粘度上昇により作業性も悪化す
る。
耐摩耗性は向上するが、粘度上昇により作業性も悪化す
る。
以上のような問題点は、ゴム練り時間の延長等の製造
技術面からの種々の検討によっても、十分な解決が得ら
れていない。
技術面からの種々の検討によっても、十分な解決が得ら
れていない。
この発明の目的は、高補強性、特に高耐摩耗性と低発
熱性とを改良したゴム組成物を提供することである。
熱性とを改良したゴム組成物を提供することである。
（課題を解決するための手段） 本発明者らは、この課題を解決するため鋭意研究、検
討を重ねた結果、特定の特性要因を満たすカーボンブラ
ックがこの解決に有効であることを突き止め、この発明
を完成するに至った。
討を重ねた結果、特定の特性要因を満たすカーボンブラ
ックがこの解決に有効であることを突き止め、この発明
を完成するに至った。
すなわち、この発明は、天然ゴム及びジエン系合成ゴ
ムよりなる群から選ばれた少なくとも１種のゴム100重
量部に対しカーボンブラックの窒素吸着比表面積（N2S
A）Ａが85〜250m2/gで、かつESRにより測定したスピン
濃度、スピン数/gで表したカーボンブラックのラジカル
濃度Ｂが Ｂ4.50e-0.00847A （１） である特性を有するカーボンブラックを20〜200重量部
配合してなるゴム組成物である。
ムよりなる群から選ばれた少なくとも１種のゴム100重
量部に対しカーボンブラックの窒素吸着比表面積（N2S
A）Ａが85〜250m2/gで、かつESRにより測定したスピン
濃度、スピン数/gで表したカーボンブラックのラジカル
濃度Ｂが Ｂ4.50e-0.00847A （１） である特性を有するカーボンブラックを20〜200重量部
配合してなるゴム組成物である。
（作用） この発明のゴム組成物に使用するゴムとしては、天然
ゴム及びジエン系合成ゴムよりなる群から選ばれたゴム
単独又はそれらの２種以上のブレンドゴムがあげられ
る。ジエン系合成ゴムの例としては、合成ポリイソプレ
ンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム
などがあげられる。
ゴム及びジエン系合成ゴムよりなる群から選ばれたゴム
単独又はそれらの２種以上のブレンドゴムがあげられ
る。ジエン系合成ゴムの例としては、合成ポリイソプレ
ンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム
などがあげられる。
次に、この発明に使用されるカーボンブラックは、ES
Rにより測定したスピン濃度（スピン数/g）で表したカ
ーボンブラックのラジカル濃度Ｂが次式： Ｂ4.50e-0.00847A を満たす必要があるが、これは次のような理由に基づく
ものである。
Rにより測定したスピン濃度（スピン数/g）で表したカ
ーボンブラックのラジカル濃度Ｂが次式： Ｂ4.50e-0.00847A を満たす必要があるが、これは次のような理由に基づく
ものである。
前記ラジカル濃度（スピン濃度）については、この値
が高いカーボンブラックほどポリマー（ゴム）との相互
作用が強くなり高補強と低発熱の両立をもたらすといわ
れている。
が高いカーボンブラックほどポリマー（ゴム）との相互
作用が強くなり高補強と低発熱の両立をもたらすといわ
れている。
他方、窒素吸着比表面積（m2/g）Ａについては、一般
的にこの値が小さいカーボンブラックは耐摩耗性が劣
り、反対にこの値が大きいカーボンブラックは耐摩耗性
に優れるといえる。ところが、一般に窒素吸着比表面積
の小さいカーボンブラックは高ラジカル濃度を有し、こ
の値の大きいカーボンブラックは低ラジカル濃度であっ
て、高補強と低発熱性についてはラジカル濃度と窒素吸
着比表面積とは二律背反的関係を有する。
的にこの値が小さいカーボンブラックは耐摩耗性が劣
り、反対にこの値が大きいカーボンブラックは耐摩耗性
に優れるといえる。ところが、一般に窒素吸着比表面積
の小さいカーボンブラックは高ラジカル濃度を有し、こ
の値の大きいカーボンブラックは低ラジカル濃度であっ
て、高補強と低発熱性についてはラジカル濃度と窒素吸
着比表面積とは二律背反的関係を有する。
この発明は、ラジカル濃度Ｂと窒素吸着比表面積Ａが
前記（１）式の関係を満たす場合に、窒素吸着比表面積
に比較して高ラジカル濃度（スピン濃度）を有するた
め、前記二律背反性を克服して高耐摩耗性と低発熱性を
与えるものである。
前記（１）式の関係を満たす場合に、窒素吸着比表面積
に比較して高ラジカル濃度（スピン濃度）を有するた
め、前記二律背反性を克服して高耐摩耗性と低発熱性を
与えるものである。
窒素吸着比表面積N2SA(A)が85m2/g未満では耐摩耗性
で大きな利点がなく、250m2/gを超えると配合ゴム粘度
が上がり、混練作業性に問題がある。N2SAの好ましい範
囲は100〜230m2/gであり、更に125〜230m2/gが好まし
い。これらの値は、経験的に求められたものである。
で大きな利点がなく、250m2/gを超えると配合ゴム粘度
が上がり、混練作業性に問題がある。N2SAの好ましい範
囲は100〜230m2/gであり、更に125〜230m2/gが好まし
い。これらの値は、経験的に求められたものである。
前記カーボンブラックの使用量は、20重量部未満では
補強効果が十分大きくならず、200重量部を超えるとゴ
ムの混練作業が著しく悪化するとともに十分なカーボン
分散を得ることが困難になるので、20〜200重量部とす
る。
補強効果が十分大きくならず、200重量部を超えるとゴ
ムの混練作業が著しく悪化するとともに十分なカーボン
分散を得ることが困難になるので、20〜200重量部とす
る。
この発明のゴム組成物に使用するカーボンブラックと
しては、前記特性のほかにカーボンブラックの表面官能
基のうち無水酢酸とアセチル化反応を行いうるOH官能基
を次式 OH官能基濃度、meq/g9.86×10-2e0.00531A （２） で表される濃度で有するカーボンブラックがいっそう低
発熱性と高補強性を与えるので好ましい。
しては、前記特性のほかにカーボンブラックの表面官能
基のうち無水酢酸とアセチル化反応を行いうるOH官能基
を次式 OH官能基濃度、meq/g9.86×10-2e0.00531A （２） で表される濃度で有するカーボンブラックがいっそう低
発熱性と高補強性を与えるので好ましい。
これは、次のような理由に基づく。特開昭62−18446
号公報において、低温プラズマ処理により、カーボンブ
ラック表面に導入される、−COOH基のような強酸性の基
の生成を抑制し、主として−OH基を優先的に生成させる
ことによってカーボンブラックの分散性が改良され、こ
れによりゴム組成物の発熱性と補強性との両立が図れる
ことが開示される。この発明では、特にカーボンブラッ
クの品種により前記のOH基濃度が最適となるように窒素
吸着比表面積Ａの関数として（２）式で表示した。更
に、前記OH基濃度が次式 OH官能基濃度、meq/g15.0×10-2e0.00531Aである場合
がいっそう好ましい。このような範囲のOH官能基濃度を
有するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積に比較し
て高い−OH基濃度を有するため低発熱性と高耐摩耗性が
いっそう改善される。
号公報において、低温プラズマ処理により、カーボンブ
ラック表面に導入される、−COOH基のような強酸性の基
の生成を抑制し、主として−OH基を優先的に生成させる
ことによってカーボンブラックの分散性が改良され、こ
れによりゴム組成物の発熱性と補強性との両立が図れる
ことが開示される。この発明では、特にカーボンブラッ
クの品種により前記のOH基濃度が最適となるように窒素
吸着比表面積Ａの関数として（２）式で表示した。更
に、前記OH基濃度が次式 OH官能基濃度、meq/g15.0×10-2e0.00531Aである場合
がいっそう好ましい。このような範囲のOH官能基濃度を
有するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積に比較し
て高い−OH基濃度を有するため低発熱性と高耐摩耗性が
いっそう改善される。
更に、この発明のゴム組成物に使用するカーボンブラ
ックは、DBP−24M4DFBPで表されるΔDBPが次式を満足す
ることが好ましい。
ックは、DBP−24M4DFBPで表されるΔDBPが次式を満足す
ることが好ましい。
ΔDBP20.82−0.03A （３） これは、上記（３）式を満足しないと、分散不良による
補強性の低下、ひいては耐摩耗性が不十分となるからで
ある。
補強性の低下、ひいては耐摩耗性が不十分となるからで
ある。
また、前記のこの発明のゴム組成物は、その耐摩耗性
の優秀さを利用して、タイヤトレッド用発泡ゴム組成物
としても最適である。これは、本ゴム組成物の使用によ
り本質的に耐摩耗性に劣る発泡ゴム組成物の耐摩耗性を
発熱性を犠牲にすることなく改良することができるから
である。このような使用においては、カーボンブラック
のN2SAが140〜180m2/gであることが好ましい。
の優秀さを利用して、タイヤトレッド用発泡ゴム組成物
としても最適である。これは、本ゴム組成物の使用によ
り本質的に耐摩耗性に劣る発泡ゴム組成物の耐摩耗性を
発熱性を犠牲にすることなく改良することができるから
である。このような使用においては、カーボンブラック
のN2SAが140〜180m2/gであることが好ましい。
なお、この発明のゴム組成物には、ゴム工業で通常使
用される配合剤、例えば、他の補強性充填剤、加硫剤、
加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤等を適宜配合すること
ができるのはもちろんのことである。
用される配合剤、例えば、他の補強性充填剤、加硫剤、
加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤等を適宜配合すること
ができるのはもちろんのことである。
（実施例） 以下、実施例及び比較例によりこの発明をいっそう詳
細に説明する。
細に説明する。
この発明のゴム組成物に用いるカーボンブラックの特
性の測定法及びゴム物性の測定法は次のとおりである。
性の測定法及びゴム物性の測定法は次のとおりである。
（ア）カーボンブラックの特性値測定法 ・N2SA値はASTM D3037−86に準拠した。
・DBP値はASTM D2414−85に準拠した。
・24M4DBP値はASTM D3493−85に準拠した。
・ESRは、電子スピン共鳴装置JES−RE2X（日本電子株式
会社製）を用い、以下の測定条件で測定した。
会社製）を用い、以下の測定条件で測定した。
測定温度 25℃ マイクロ波出力 1mW 中心磁場 331mT 磁場掃引幅 150mT 磁場掃引時間 12min. 変調周波数 100kHz 変調磁場 2mT タイムコンスタント 1sec. ESRによるスピン濃度（スピン数/g）の測定は、カー
ボンブラックのESR測定で得られたESRスペクトルを積分
し、面積を求める。次いで、スピン濃度が既知の試料:T
empol（４−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−１−
ピペリジン−１−オキシル）を測定、同様にそのESRス
ペクトルを積分し、その積分面積を基準として次式によ
り測定カーボンブラックのスピン濃度を決定する。
ボンブラックのESR測定で得られたESRスペクトルを積分
し、面積を求める。次いで、スピン濃度が既知の試料:T
empol（４−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−１−
ピペリジン−１−オキシル）を測定、同様にそのESRス
ペクトルを積分し、その積分面積を基準として次式によ
り測定カーボンブラックのスピン濃度を決定する。
・水酸基（−OH）の定量法 試料カーボンブラック700mgを正確に秤取し、ピリジ
ン20mlと無水酢酸10mlの混合溶液30mlにけん濁させ、塩
化カルシウム防湿管付き還流冷却器を付けて、水溶上10
0℃で15時間アセチル化反応を行わしめる。反応終了
後、アセチル化内容物を冷却しながら100mlの蒸留水を
加えて、まず過剰の無水酢酸を分解し、内容物からアセ
チル化カーボンブラックをろ過分離する。これを、洗浄
液に酢酸が認められなくなるまで、充分に水洗する。次
いで、水酸化バリウム2gを蒸留水20mlに溶かした溶液中
に、アセチル化カーボンブラックをけん濁して、水浴上
100℃で５時間反応させ、アセチル基の加水分解を行
う。反応内容物をろ過、水洗及び洗液を合わせて次の方
法で水酸基の定量を実施した。
ン20mlと無水酢酸10mlの混合溶液30mlにけん濁させ、塩
化カルシウム防湿管付き還流冷却器を付けて、水溶上10
0℃で15時間アセチル化反応を行わしめる。反応終了
後、アセチル化内容物を冷却しながら100mlの蒸留水を
加えて、まず過剰の無水酢酸を分解し、内容物からアセ
チル化カーボンブラックをろ過分離する。これを、洗浄
液に酢酸が認められなくなるまで、充分に水洗する。次
いで、水酸化バリウム2gを蒸留水20mlに溶かした溶液中
に、アセチル化カーボンブラックをけん濁して、水浴上
100℃で５時間反応させ、アセチル基の加水分解を行
う。反応内容物をろ過、水洗及び洗液を合わせて次の方
法で水酸基の定量を実施した。
アセチル化カーボンブラックの加水分解から得た酢酸
バリウムろ液を強酸型陽イオン交換樹脂アンバライトIR
−120のカラム中に流下させて酢酸を遊離させ、さらに
酢酸酸性が認められなくなるまで蒸留水によるカラム洗
浄を繰り返す。流出液をあわせてフェノールフタレイン
を指示薬としてN/10・NaOH標準液で遊離の酢酸を滴定定
量する。
バリウムろ液を強酸型陽イオン交換樹脂アンバライトIR
−120のカラム中に流下させて酢酸を遊離させ、さらに
酢酸酸性が認められなくなるまで蒸留水によるカラム洗
浄を繰り返す。流出液をあわせてフェノールフタレイン
を指示薬としてN/10・NaOH標準液で遊離の酢酸を滴定定
量する。
（イ）ゴム物性測定法 耐摩耗性を表す耐摩耗指数はランボーン試験機を用い
て摩耗損失量を測定し次式により算出した。
て摩耗損失量を測定し次式により算出した。
この指数が大きい程耐摩耗性が良好なことを示す。
発熱性を表すTan δ値は岩本製作所株式会社製の粘弾
性スペクトロメーターを使用し、引張りの動歪１％、周
波数50Hz,25℃の条件で測定した。なお、試験片は、厚
さ2mm、幅5mmのスラブシートを用い試料挟み間距離2cm
として初期荷重を100gとした。コントロール対比の指数
で表し、指数の値の低いほど、低発熱性を示す。
性スペクトロメーターを使用し、引張りの動歪１％、周
波数50Hz,25℃の条件で測定した。なお、試験片は、厚
さ2mm、幅5mmのスラブシートを用い試料挟み間距離2cm
として初期荷重を100gとした。コントロール対比の指数
で表し、指数の値の低いほど、低発熱性を示す。
実施例１〜9,比較例１〜８ 下記の第１表に示す配合系で、特性の異なるカーボン
ブラックを用いたゴム組成物をバンバリーミキサーで混
練りした。その、145℃,30分加硫物の耐摩耗指数及びTa
n δ値を測定評価した。その結果を下記の第２表に示
す。
ブラックを用いたゴム組成物をバンバリーミキサーで混
練りした。その、145℃,30分加硫物の耐摩耗指数及びTa
n δ値を測定評価した。その結果を下記の第２表に示
す。
各物性の評価は粒径のほぼ同一な比較例の値を100と
して比較した。第２表の結果よりこの発明の特性要件を
満たすカーボンブラックを使用したものは、その要件を
満たさないものに比して、加硫物の耐摩耗性及び、低発
熱性に優れていることが分かる。
して比較した。第２表の結果よりこの発明の特性要件を
満たすカーボンブラックを使用したものは、その要件を
満たさないものに比して、加硫物の耐摩耗性及び、低発
熱性に優れていることが分かる。
また、第３表に示した配合系にて発泡ゴム組成物にお
ける評価を行った。第４表の結果よりこの発明の特性要
件を満たすカーボンブラックが発泡ゴム組成物において
も最適であることがわかる。
ける評価を行った。第４表の結果よりこの発明の特性要
件を満たすカーボンブラックが発泡ゴム組成物において
も最適であることがわかる。
（発明の効果） 以上説明してきたように、前記特定の要件を満たすカ
ーボンブラックを補強剤として天然ゴム及び／又はジエ
ン系合成ゴムに配合したこの発明のゴム組成物において
は、加硫物の耐摩耗性及び低発熱性を大幅に向上するこ
とができる。このため、各種タイヤトレッド用及びケー
ス用としてはもちろんのこと、コンベアベルトやホース
等の各種ゴム製品に使用して、特にその耐摩耗性及び低
発熱性の向上ひいては製品の性能向上に大きく寄与する
ことができる。
ーボンブラックを補強剤として天然ゴム及び／又はジエ
ン系合成ゴムに配合したこの発明のゴム組成物において
は、加硫物の耐摩耗性及び低発熱性を大幅に向上するこ
とができる。このため、各種タイヤトレッド用及びケー
ス用としてはもちろんのこと、コンベアベルトやホース
等の各種ゴム製品に使用して、特にその耐摩耗性及び低
発熱性の向上ひいては製品の性能向上に大きく寄与する
ことができる。
Claims (3)
- 【請求項１】天然ゴム及びジエン系合成ゴムよりなる群
から選ばれた少なくとも１種のゴム100重量部に対しカ
ーボンブラックの窒素吸着比表面積（N2SA）Ａが85〜25
0m2/gで、かつESRにより測定したスピン濃度、スピン数
/gで表したカーボンブラックのラジカル濃度Ｂが Ｂ4.50e-0.00847A である特性を有するカーボンブラックを20〜200重量部
配合してなるゴム組成物。 - 【請求項２】前記カーボンブラックがその表面官能基で
あって無水酢酸とアセチル化反応するOH官能基を次式 OH官能基濃度、meq/g9.86×10-2e0.00531Aで表される
濃度で有する請求項１記載のゴム組成物。 - 【請求項３】前記カーボンブラックが次式 ΔDBP＝DBP−24M4DBP で表されるΔDBPとして次式 ΔDBP20.82−0.03A の範囲のΔDBPを有する請求項１又は請求項２記載のゴ
ム組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33644889A JP2810177B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | ゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33644889A JP2810177B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | ゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03199246A JPH03199246A (ja) | 1991-08-30 |
| JP2810177B2 true JP2810177B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=18299242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33644889A Expired - Lifetime JP2810177B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | ゴム組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810177B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012133385A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 東海ゴム工業株式会社 | 水系ホース |
-
1989
- 1989-12-27 JP JP33644889A patent/JP2810177B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03199246A (ja) | 1991-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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