JP3014933B2 - 絶縁性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物 - Google Patents
絶縁性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物Info
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- JP3014933B2 JP3014933B2 JP6289001A JP28900194A JP3014933B2 JP 3014933 B2 JP3014933 B2 JP 3014933B2 JP 6289001 A JP6289001 A JP 6289001A JP 28900194 A JP28900194 A JP 28900194A JP 3014933 B2 JP3014933 B2 JP 3014933B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁性に優れたカーボン
ブラック及びそれを配合した補強性を有しながら絶縁性
に優れたゴム組成物に関する。
ブラック及びそれを配合した補強性を有しながら絶縁性
に優れたゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常カーボンブラックは天然ゴム及び合
成ゴムに対して極めて優れた補強性のある充填材として
知られており、しかもカーボンブラックを構成する主た
る元素が炭素であり、かつそれらの結合においてパイ
（π）電子が存在するためにカーボンブラック単味でも
あるいはこのカーボンブラックで補強されたゴム組成物
でも電気的に導電性があることが知られている。従って
カーボンブラックそのものあるいはそれらで補強された
ゴム組成物において電気的絶縁性を求めることは困難と
考えられていた。従ってゴム組成物においては補強性と
電気的絶縁性を兼備する方法として、充填材としてカー
ボンブラックに代えシリカを使用することもできるが、
シランカップリング剤を使用しなければならず、加工性
が劣りコンパウンドコストが高いという欠点があった。
成ゴムに対して極めて優れた補強性のある充填材として
知られており、しかもカーボンブラックを構成する主た
る元素が炭素であり、かつそれらの結合においてパイ
（π）電子が存在するためにカーボンブラック単味でも
あるいはこのカーボンブラックで補強されたゴム組成物
でも電気的に導電性があることが知られている。従って
カーボンブラックそのものあるいはそれらで補強された
ゴム組成物において電気的絶縁性を求めることは困難と
考えられていた。従ってゴム組成物においては補強性と
電気的絶縁性を兼備する方法として、充填材としてカー
ボンブラックに代えシリカを使用することもできるが、
シランカップリング剤を使用しなければならず、加工性
が劣りコンパウンドコストが高いという欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】自動車で使用される水
系ホースなど、水に触れる箇所に用いられるゴム製品で
は、導電性があるときはこれが接触することで金属部分
に電気腐食によるトラブルが生じやすいため、ゴム自体
のクラック防止及び接触金属の電気腐食を防止できる充
填材の開発の要請がある。又家電用品に使用されている
補強ゴム部材においても電気的絶縁性が強く要求されて
いるものが多い。本発明は上記の要請に対応する目的で
なされたもので、カーボンブラックの優れた補強性を維
持しながら、カーボンブラックの本質的な電気伝導性を
極力抑制させたカーボンブラック及びそのゴム組成物の
開発することを目的とする。
系ホースなど、水に触れる箇所に用いられるゴム製品で
は、導電性があるときはこれが接触することで金属部分
に電気腐食によるトラブルが生じやすいため、ゴム自体
のクラック防止及び接触金属の電気腐食を防止できる充
填材の開発の要請がある。又家電用品に使用されている
補強ゴム部材においても電気的絶縁性が強く要求されて
いるものが多い。本発明は上記の要請に対応する目的で
なされたもので、カーボンブラックの優れた補強性を維
持しながら、カーボンブラックの本質的な電気伝導性を
極力抑制させたカーボンブラック及びそのゴム組成物の
開発することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、カーボンブラ
ックの窒素吸着比表面積（Ｎ2 ＳＡ：ｍ2 ／ｇ）が５０
ｍ2 ／ｇ以下であり、カーボンブラック中の水素含有量
（Ｈ2 ）（ｐｐｍ）が式（１）のＮ2 ＳＡとの関係式を
満足することを特徴とする絶縁性に優れたカーボンブラ
ック。 （Ｈ2 ）≧−３６．７×（Ｎ2 ＳＡ）＋５３４０……（１） 、カーボンブラックの凝集体径（Ｄst）（μｍ）が次式
の比着色力（Ｔｉｎｔ）との関係が式（２）を満足する
カーボンブラック。 （Ｄst）≦−３．８×（Ｔｉｎｔ）＋４１０……（２） 及びゴム１００重量部に対し、上記式（１）又は式
（１）と式（２）を満足するカーボンブラック２０〜２
００重量部配合した絶縁性に優れたゴム組成物を開発す
ることにより上記の目的を達成した。即ち本発明者ら
は、カーボンブラックの補強性を維持しながら、電気絶
縁性を付与するにはどうすべきかを、鋭意検討した結
果、カーボンブラックの基本的性質である比表面積やス
トラクチャーを変えずに、カーボンブラック中の水素含
有量（Ｈ2 ）がその比表面積から計算される値より多い
ことが必要なことを見出した。この値が式（１）で求め
られる水素量（Ｈ2 ）より小さいとカーボンブラックに
よるゴムの補強性は得られるが、電気絶縁性は劣ってい
る。またゴム１００重量部に対し、カーボンブラックの
配合量は２０〜２００重量部である。この量が２０重量
部未満ではゴムの補強性が得られず、一方２００重量部
を超える配合は、加工性を著しく低下させるので好まし
くない。カーボンブラックの凝集体径（Ｄst）がその比
着色力（Ｔｉｎｔ）から計算される値より小さいことが
望ましいことを見出した。この値が式（２）で求められ
る凝集体径（Ｄst）より小さいと補強性と電気絶縁性の
バランスが更に改善できる。
ックの窒素吸着比表面積（Ｎ2 ＳＡ：ｍ2 ／ｇ）が５０
ｍ2 ／ｇ以下であり、カーボンブラック中の水素含有量
（Ｈ2 ）（ｐｐｍ）が式（１）のＮ2 ＳＡとの関係式を
満足することを特徴とする絶縁性に優れたカーボンブラ
ック。 （Ｈ2 ）≧−３６．７×（Ｎ2 ＳＡ）＋５３４０……（１） 、カーボンブラックの凝集体径（Ｄst）（μｍ）が次式
の比着色力（Ｔｉｎｔ）との関係が式（２）を満足する
カーボンブラック。 （Ｄst）≦−３．８×（Ｔｉｎｔ）＋４１０……（２） 及びゴム１００重量部に対し、上記式（１）又は式
（１）と式（２）を満足するカーボンブラック２０〜２
００重量部配合した絶縁性に優れたゴム組成物を開発す
ることにより上記の目的を達成した。即ち本発明者ら
は、カーボンブラックの補強性を維持しながら、電気絶
縁性を付与するにはどうすべきかを、鋭意検討した結
果、カーボンブラックの基本的性質である比表面積やス
トラクチャーを変えずに、カーボンブラック中の水素含
有量（Ｈ2 ）がその比表面積から計算される値より多い
ことが必要なことを見出した。この値が式（１）で求め
られる水素量（Ｈ2 ）より小さいとカーボンブラックに
よるゴムの補強性は得られるが、電気絶縁性は劣ってい
る。またゴム１００重量部に対し、カーボンブラックの
配合量は２０〜２００重量部である。この量が２０重量
部未満ではゴムの補強性が得られず、一方２００重量部
を超える配合は、加工性を著しく低下させるので好まし
くない。カーボンブラックの凝集体径（Ｄst）がその比
着色力（Ｔｉｎｔ）から計算される値より小さいことが
望ましいことを見出した。この値が式（２）で求められ
る凝集体径（Ｄst）より小さいと補強性と電気絶縁性の
バランスが更に改善できる。
【０００５】このように、本発明が対象としている絶縁
性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物は、特
定したカーボンブラック特性を満足することにより達成
することができる。本発明において適用されるカーボン
ブラックの物理化学的特性は、次のようにして測定され
る。 （１）窒素吸着比表面積（Ｎ2 ＳＡ：ｍ2 ／ｇ） ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−９３ Ａ法に記載の方法で測
定。 （２）比着色力（Ｔｉｎｔ） ＪＩＳ Ｋ６２２１ ６．１ ３項に記載された方法で
測定され、標準カーボンブラック（ＩＴＲＢ）の着色力
に対する指数で表示される。 （３）水素含有量（Ｈ2 ：ｐｐｍ） カーボンブラックを次に示す条件で１９８０℃で発生す
る水素量をカーボンブラック１ｇあたりに換算した数値
ｐｐｍで表したものである。測定は、カーボンブラック
２０ｍｇを高感度水素分析装置（堀場製作所製ＥＭＧＡ
−６２１，ＴＣＤ検出器使用）を用いて１９８０℃で７
０秒間熱分解させ、発生ガスをキャリアガス（不活性ア
ルゴンガス）一定流量（４００ｍｌ／分）で流通させ
る。発生ガスはカラム分離し水素ガスを熱伝導度法で測
定、定量。 （４）凝集体径（Ｄst：μｍ） ジョイス・レーブル社製ディスク・セントリフュージを
使用し、遠心沈降法により次の方法で測定を行なった。
即ちＪＩＳ Ｋ６２２１（１９８５）５法により乾燥し
て精秤したカーボンブラックをエタノール２０％水溶液
に加え、カーボンブラック濃度を０．００５重量％にし
た後超音波で十分に分散させて試料を作製した。一方デ
ィスク・セントリフュージの回転速度を８０００ｒｐｍ
に設定し、スピン液（蒸留水）１０ｍｌをディスク・セ
ントリフュージに加えた後、０．５ｍｌのバッファー液
（２０容量％エタノール水溶液）を注入した。ついで、
試料溶液０．５ｍｌを注射器で加え、遠心沈降を開始さ
せ、光電沈降法により図１に示すような凝集体分布曲線
を作製する。この曲線からカーボンブラック凝集体の相
対頻度が求められ、最大時の大きさ（μｍ）としてＤst
を求める。本発明のカーボンブラックは、常法に従って
加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、発泡剤などの所要成分と
ともに天然ゴム、合成ゴム（エチレンプロピレンゴム、
クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリン
ゴム、スチレン・ブタジエンゴム等）等のゴム成分に直
接あるいはマスターバッチを経て配合される。得られた
ゴム組成物はカーボンブラック特性の作用により電気絶
縁性が向上したものが得られる。
性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物は、特
定したカーボンブラック特性を満足することにより達成
することができる。本発明において適用されるカーボン
ブラックの物理化学的特性は、次のようにして測定され
る。 （１）窒素吸着比表面積（Ｎ2 ＳＡ：ｍ2 ／ｇ） ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−９３ Ａ法に記載の方法で測
定。 （２）比着色力（Ｔｉｎｔ） ＪＩＳ Ｋ６２２１ ６．１ ３項に記載された方法で
測定され、標準カーボンブラック（ＩＴＲＢ）の着色力
に対する指数で表示される。 （３）水素含有量（Ｈ2 ：ｐｐｍ） カーボンブラックを次に示す条件で１９８０℃で発生す
る水素量をカーボンブラック１ｇあたりに換算した数値
ｐｐｍで表したものである。測定は、カーボンブラック
２０ｍｇを高感度水素分析装置（堀場製作所製ＥＭＧＡ
−６２１，ＴＣＤ検出器使用）を用いて１９８０℃で７
０秒間熱分解させ、発生ガスをキャリアガス（不活性ア
ルゴンガス）一定流量（４００ｍｌ／分）で流通させ
る。発生ガスはカラム分離し水素ガスを熱伝導度法で測
定、定量。 （４）凝集体径（Ｄst：μｍ） ジョイス・レーブル社製ディスク・セントリフュージを
使用し、遠心沈降法により次の方法で測定を行なった。
即ちＪＩＳ Ｋ６２２１（１９８５）５法により乾燥し
て精秤したカーボンブラックをエタノール２０％水溶液
に加え、カーボンブラック濃度を０．００５重量％にし
た後超音波で十分に分散させて試料を作製した。一方デ
ィスク・セントリフュージの回転速度を８０００ｒｐｍ
に設定し、スピン液（蒸留水）１０ｍｌをディスク・セ
ントリフュージに加えた後、０．５ｍｌのバッファー液
（２０容量％エタノール水溶液）を注入した。ついで、
試料溶液０．５ｍｌを注射器で加え、遠心沈降を開始さ
せ、光電沈降法により図１に示すような凝集体分布曲線
を作製する。この曲線からカーボンブラック凝集体の相
対頻度が求められ、最大時の大きさ（μｍ）としてＤst
を求める。本発明のカーボンブラックは、常法に従って
加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、発泡剤などの所要成分と
ともに天然ゴム、合成ゴム（エチレンプロピレンゴム、
クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリン
ゴム、スチレン・ブタジエンゴム等）等のゴム成分に直
接あるいはマスターバッチを経て配合される。得られた
ゴム組成物はカーボンブラック特性の作用により電気絶
縁性が向上したものが得られる。
【０００６】
【作用】カーボンブラックは通常導電性のある物質とし
て知られているが、ソフトカーボンブラック中には意外
にもその水素含有量（Ｈ2 ）が、式（１） （Ｈ2 ）≧−３６．７×（Ｎ2 ＳＡ）＋５３４０ ……（１） を満足する場合には導電性が低いものが得られることを
見出した。更にこのカーボンブラックの中でも凝集体径
（Ｄst）が、式（２） （Ｄst）≦−３．８×（Ｔｉｎｔ）＋４１０ ……（２） を満足する場合には更に良好な絶縁性を示すことを見出
した。この理由までは明らかにできなかったが、これら
のカーボンブラックはゴムに対する補強性は通常のカー
ボンブラックと同様の作用を有するが、ゴム組成物とし
た場合、通常のカーボンブラック配合品に比して１０倍
〜１００倍の体積固有抵抗を有することが明らかになっ
た。
て知られているが、ソフトカーボンブラック中には意外
にもその水素含有量（Ｈ2 ）が、式（１） （Ｈ2 ）≧−３６．７×（Ｎ2 ＳＡ）＋５３４０ ……（１） を満足する場合には導電性が低いものが得られることを
見出した。更にこのカーボンブラックの中でも凝集体径
（Ｄst）が、式（２） （Ｄst）≦−３．８×（Ｔｉｎｔ）＋４１０ ……（２） を満足する場合には更に良好な絶縁性を示すことを見出
した。この理由までは明らかにできなかったが、これら
のカーボンブラックはゴムに対する補強性は通常のカー
ボンブラックと同様の作用を有するが、ゴム組成物とし
た場合、通常のカーボンブラック配合品に比して１０倍
〜１００倍の体積固有抵抗を有することが明らかになっ
た。
【０００７】
製造例 カーボンブラックの製造 次に本発明を実施例に基づき説明する。通常のオイルフ
ァーネス法カーボンブラック製造装置を用い、下記の製
造条件にて製造される。 導入空気量 ： Ｎｍ3 ／Ｈ ２，５００〜５，０００ 導入燃料油量 ： リットル／Ｈ １００〜２００ 導入原料油量 ： リットル／Ｈ １，０００〜２，０００ 原料油へのＫ2 ＣＯ3 添加量 ： ｇ／Ｈ ５〜１５ 水冷却温度 ： ℃ ６００〜９００ カーボンブラック 生成量 ： ｋｇ／Ｈ ５００〜１，５００ 原料油として密度１．０７５０（ｇ／ｃｍ3 ）、粘度
（エングラー４０／２０℃）２．０７、トルエン不溶分
０．０２％、相関係数（ＢＭＣＩ）１３５の芳香族炭化
水素油を、又燃料油には密度０．９０８（ｇ／ｃｍ
3 ）、粘度（Ｃｓｔ／５０℃）１５．９、残炭分５．０
％、硫黄分１．４％、引火点９５℃の炭化水素油を用い
た。
ァーネス法カーボンブラック製造装置を用い、下記の製
造条件にて製造される。 導入空気量 ： Ｎｍ3 ／Ｈ ２，５００〜５，０００ 導入燃料油量 ： リットル／Ｈ １００〜２００ 導入原料油量 ： リットル／Ｈ １，０００〜２，０００ 原料油へのＫ2 ＣＯ3 添加量 ： ｇ／Ｈ ５〜１５ 水冷却温度 ： ℃ ６００〜９００ カーボンブラック 生成量 ： ｋｇ／Ｈ ５００〜１，５００ 原料油として密度１．０７５０（ｇ／ｃｍ3 ）、粘度
（エングラー４０／２０℃）２．０７、トルエン不溶分
０．０２％、相関係数（ＢＭＣＩ）１３５の芳香族炭化
水素油を、又燃料油には密度０．９０８（ｇ／ｃｍ
3 ）、粘度（Ｃｓｔ／５０℃）１５．９、残炭分５．０
％、硫黄分１．４％、引火点９５℃の炭化水素油を用い
た。
【０００８】カーボンブラックの物理化学的特性 表１に実施例１〜４、比較例１〜３を掲示した。
【０００９】
【表１】
【００１０】ゴム物性性能試験 〈配合〉以上のカーボンブラック試料を表２に示す配合
比によりＥＰＤＭに配合した。
比によりＥＰＤＭに配合した。
【表２】
【００１１】〈ゴム組成物の性能評価〉 配合物の加硫条件 表２の配合表の配合物を１６０℃の温度で加硫処理して
得られたゴム組成物につき各種ゴム物性を測定し、表３
に示した。尚、ゴム物性の測定方法及び測定条件は下記
によった。 引張強さ ＪＩＳ Ｋ６２５０に準拠。 引裂強さ ＪＩＳ Ｋ６２５２に準拠。 体積固有抵抗 ＳＲＩＳ（２３０１−１９６９）
に準拠。
得られたゴム組成物につき各種ゴム物性を測定し、表３
に示した。尚、ゴム物性の測定方法及び測定条件は下記
によった。 引張強さ ＪＩＳ Ｋ６２５０に準拠。 引裂強さ ＪＩＳ Ｋ６２５２に準拠。 体積固有抵抗 ＳＲＩＳ（２３０１−１９６９）
に準拠。
【００１２】
【表３】
【００１３】表３の結果から比表面積やストラクチャー
がほぼ一致する実施例１と比較例３を比べた場合、式
（１）と式（２）を満足する実施例１は、電気絶縁性が
向上し補強性能が優れている。又、実施例１は、比表面
積の大きい比較例１とほぼ同等の補強性能を保ち、かつ
優れた電気絶縁性を有することがわかる。同様に式
（１）と式（２）を同時に満足している実施例２は比較
例２と比べて良補強性能、良電気絶縁性能を示してい
る。又実施例４は式（１）の条件を満足し、式（２）の
条件を満たしていない。そのため実施例１〜３よりも補
強性能が劣り電気絶縁性もやや劣る傾向にあるが、比較
例２、３に比べれば補強性能は同程度、電気絶縁性能は
比較例１〜３よりも優れていることがわかる。さらに実
施例５は比較例１とほぼ同じ比表面積とストラクチャー
を有するが、式（１）と式（２）を満足しており、比較
例１より良補強性能、良電気絶縁性能を示している。以
上から本発明の実施例１〜４のゴム組成物は比較例に比
べて補強性能（引張強さ、引裂強さ）が保たれ、そのう
え電気絶縁特性に優れたものであることがわかる。
がほぼ一致する実施例１と比較例３を比べた場合、式
（１）と式（２）を満足する実施例１は、電気絶縁性が
向上し補強性能が優れている。又、実施例１は、比表面
積の大きい比較例１とほぼ同等の補強性能を保ち、かつ
優れた電気絶縁性を有することがわかる。同様に式
（１）と式（２）を同時に満足している実施例２は比較
例２と比べて良補強性能、良電気絶縁性能を示してい
る。又実施例４は式（１）の条件を満足し、式（２）の
条件を満たしていない。そのため実施例１〜３よりも補
強性能が劣り電気絶縁性もやや劣る傾向にあるが、比較
例２、３に比べれば補強性能は同程度、電気絶縁性能は
比較例１〜３よりも優れていることがわかる。さらに実
施例５は比較例１とほぼ同じ比表面積とストラクチャー
を有するが、式（１）と式（２）を満足しており、比較
例１より良補強性能、良電気絶縁性能を示している。以
上から本発明の実施例１〜４のゴム組成物は比較例に比
べて補強性能（引張強さ、引裂強さ）が保たれ、そのう
え電気絶縁特性に優れたものであることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】かくして本発明によれば、従来技術に比
較して電気絶縁性に優れたカーボンブラック、更にそれ
を使用した良絶縁性ゴム組成物を得ることができる。
較して電気絶縁性に優れたカーボンブラック、更にそれ
を使用した良絶縁性ゴム組成物を得ることができる。
【図１】光電沈降法により作成された凝集体分布曲線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳田 泰紀 千葉県市原市八幡海岸通り３番地昭和キ ャボット株式会社内 (72)発明者 添田 瑞夫 千葉県市原市八幡海岸通り３番地昭和キ ャボット株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−316463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09C 1/48 C08K 3/04
Claims (3)
- 【請求項１】 カーボンブラックの窒素吸着比表面積
（Ｎ2 ＳＡ：ｍ2 ／ｇ）が５０ｍ2 ／ｇ以下であり、カ
ーボンブラック中の水素含有量（Ｈ2 ）（ｐｐｍ）が式
（１）のＮ2 ＳＡとの関係式を満足することを特徴とす
る絶縁性に優れたカーボンブラック。 （Ｈ2 ）≧−３６．７×（Ｎ2 ＳＡ）＋５３４０ ……（１） - 【請求項２】 カーボンブラックの凝集体径（Ｄst）
（μｍ）が次式の比着色力（Ｔｉｎｔ）との関係が式
（２）を満足する請求項１記載のカーボンブラック。 （Ｄst）≦−３．８×（Ｔｉｎｔ）＋４１０ ……（２） - 【請求項３】 ゴム１００重量部に対し、請求項１また
は２記載のカーボンブラックを２０ないし２００重量部
配合した絶縁性に優れたゴム組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289001A JP3014933B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 絶縁性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289001A JP3014933B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 絶縁性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08127731A JPH08127731A (ja) | 1996-05-21 |
| JP3014933B2 true JP3014933B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=17737563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6289001A Expired - Lifetime JP3014933B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 絶縁性に優れたカーボンブラック及びそのゴム組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3014933B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001139841A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-05-22 | Tokai Carbon Co Ltd | ソフト系カーボンブラック |
| JP5647551B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2014-12-24 | 旭カーボン株式会社 | ソフト系ファーネスカーボンブラック及びこれを含むゴム組成物 |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP6289001A patent/JP3014933B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08127731A (ja) | 1996-05-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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