JP3316249B2 - Rubber composition - Google Patents

Rubber composition

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JP3316249B2
JP3316249B2 JP06942893A JP6942893A JP3316249B2 JP 3316249 B2 JP3316249 B2 JP 3316249B2 JP 06942893 A JP06942893 A JP 06942893A JP 6942893 A JP6942893 A JP 6942893A JP 3316249 B2 JP3316249 B2 JP 3316249B2
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carbon black
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rubber
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仁志 植
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、乗用車や軽トラック用
のタイヤトレッド部材として好適なゴム組成物、詳しく
は高い反発弾性を維持しながら優れた耐摩耗性能を具備
する低発熱性のゴム組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubber composition suitable for use as a tire tread member for passenger cars and light trucks, and more particularly to a rubber composition having low heat build-up and having excellent abrasion resistance while maintaining high rebound resilience. About things.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゴム補強用のカーボンブラックには、具
備特性に応じた多様の品種があり、これらの品種特性が
ゴムに配合した組成物の諸性能を決定付けるための主要
な因子となる。このため、通常ゴムへの配合に当たって
は、部材用途に適合する品種特性のカーボンブラックを
選定使用する手段が慣用されている。
2. Description of the Related Art There are various types of carbon blacks for reinforcing rubber according to their characteristics, and the characteristics of these types are major factors for determining various properties of a composition mixed with rubber. For this reason, when compounding with rubber, a means for selecting and using carbon black having a variety of characteristics suitable for the purpose of the member is generally used.

【0003】例えば、ここ数年来、省資源、省エネルギ
ーの社会的要求に対応するため低燃費タイヤの開発が盛
んにおこなわれてきたが、このような低燃費タイヤに対
しては比較的粒子径が大きい品種のカーボンブラックを
相対的に少ない量でゴム成分に配合した低発熱性で高反
発弾性を備えるゴム組成物が有効である。ところが、粒
子径が大きく比表面積の小さなカーボンブラックのゴム
配合は、低燃費性能を改善する目的には有効であるが、
湿潤路面での制動性および耐摩耗性といった面の特性低
下が避けられない。したがって、粒子径が小さく、比表
面積の大きいカーボンブラックを用いて配合ゴムに高耐
摩耗性と高反発弾性を与える低発熱性とを同時に付与す
ることができれば、タイヤトレッド用ゴム部材として理
想的なものとなる。
[0003] For example, in recent years, fuel-efficient tires have been actively developed to meet the social demands for resource saving and energy saving, but such fuel-efficient tires have a relatively small particle size. A rubber composition having low heat build-up and high rebound resilience obtained by blending a large variety of carbon black in a relatively small amount with a rubber component is effective. However, rubber compounding of carbon black with a large particle diameter and a small specific surface area is effective for the purpose of improving fuel economy performance,
Deterioration of surface characteristics such as braking performance and abrasion resistance on wet road surfaces is inevitable. Therefore, if carbon black having a small particle diameter and a large specific surface area can simultaneously impart high abrasion resistance and low heat generation to give high rebound resilience to a compounded rubber, it is ideal as a rubber member for a tire tread. It will be.

【0004】本出願人は、上述した背反的ゴム性能を、
配合するカーボンブラックの特性面とくに粒子径、比表
面積、ストラクチャー等の基本特性に加えて一層ミクロ
な選択的特性を付加することによって両立させる研究を
系統的に継続しており、既に下記のような開発提案をお
こなっている。 (1) 窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以上、圧縮DB
Pが112ml/100g 以上のカーボンブラックに凝集体の
ストークスモード径および同分布を一定値以上に維持さ
せた、配合ゴムに高補強性能と高反発弾性を同時に付与
することができるカーボンブラック(特公平1−53978
号公報) 。 (2) N2 SA60m2/g以上、DBP108ml/100g 以
上、一定比表面積当たりの真比重値を公知のカーボンブ
ラックのそれより著しく低い特定範囲に設定するととも
に着色力ならびに凝集体モード径当たりの分布幅を一定
値以上に維持する特性のカーボンブラックを配合した高
耐摩耗性と高反発弾性を兼備するゴム組成物(特開昭59
−140241号公報) 。 (3) N2 SAが65〜84m2/g、N2 SA/ヨウ素吸着
量(IA)の比が1.10〜1.35の範囲にあり、圧縮D
BP、ブラックネス、ヨウ素吸着量および凝集体モード
径を変数とする関係式値を一定値以上に設定した、配合
ゴムに高耐摩耗性と高反発弾性を同時に付与することが
できるカーボンブラック(特開昭62−58792 号公報) 。 (4) N2 SAが75〜105m2/g、圧縮DBP110ml
/100g 以上で、一定比表面積当たりの真比重値を公知の
カーボンブララックのそれより低い特定範囲に設定する
と共に、粒子凝集体空隙直径ならびに凝集体モード径当
たりの分布幅を一定値以上に維持させた、配合ゴムに高
耐摩耗性と高反発弾性を併有させることができるカーボ
ンブラック(特開平1−201367号公報) 。 (5) 窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜100m2/gのハー
ド系領域に属し、かつアグリゲート粒間ポアのモード径
(Dp)がDp ≦ 1.543×(Dstモード径)−55.0〕の関
係式を満たすフアーネスカーボンブラックを配合した、
高水準の反発弾性を保持しながら優れた耐摩耗性を有す
る低発熱性ゴム組成物(特開平4−209640号公報)。
[0004] The present applicant has proposed the above-mentioned reciprocal rubber performance,
Research has been systematically continued to combine the characteristics of the carbon black to be blended by adding more microselective characteristics in addition to the basic characteristics such as particle size, specific surface area, and structure. We are making development proposals. (1) Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 60m 2 / g or more, compressed DB
A carbon black having a P of 112 ml / 100 g or more and having a Stokes mode diameter and the same distribution of aggregates maintained at a certain value or more, and capable of simultaneously imparting a high reinforcing performance and a high rebound resilience to a compounded rubber. 1-53978
No.). (2) N 2 SA 60 m 2 / g or more, DBP 108 ml / 100 g or more, the true specific gravity per specific surface area is set to a specific range which is significantly lower than that of known carbon black, and the coloring power and distribution per aggregate mode diameter are set. A rubber composition having both high abrasion resistance and high rebound resilience blended with carbon black having the property of maintaining the width at or above a certain value (JP-A-59
-140241). (3) N 2 SA is 65 to 84 m 2 / g, and the ratio of N 2 SA / absorbed iodine (IA) is in the range of 1.10 to 1.35;
A carbon black that can impart high abrasion resistance and high rebound resilience to a compounded rubber at the same time, with a relational expression having variables of BP, blackness, iodine adsorption amount and agglomerate mode diameter set to a certain value or more. JP-A-62-58792). (4) N 2 SA is 75 to 105 m 2 / g, compressed DBP 110 ml
/ 100g or more, set the true specific gravity value per specific surface area to a specific range lower than that of the known carbon black, and maintain the particle aggregate void diameter and the distribution width per aggregate mode diameter above a certain value. Carbon black (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-201367), which is capable of having both high abrasion resistance and high rebound resilience in a compounded rubber. (5) The nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) belongs to a hard type region of 60 to 100 m 2 / g, and the mode diameter (Dp) of the pores between the aggregate grains is Dp ≦ 1.543 × (Dst mode diameter) −55.0 Formulated with furnace carbon black that satisfies the relationship
A low heat build-up rubber composition having excellent wear resistance while maintaining a high level of rebound resilience (JP-A-4-209640).

【0005】このほか、米国特許第4360627号明
細書にはタイヤトレッドラバー用として、N2 SA85
〜95m2/g、24M4 DBP100〜104ml/100g 、T
int95〜105%で、凝集体ストークスモード径の分
布(ΔD50)を180mμ以上とした高耐摩耗性と高反
発弾性を達成するカーボンブラックが開示され、また米
国特許第4548980号明細書には、省エネルギー用
タイヤに必要な低ころがり抵抗と高度のウエットグリッ
プ性能を得るためのカーボンブラック特性として、N2
SA75〜105m2/g、N2 SA−IA≧15、N2
A−CTABSA≦5、24M4 DBP≦110、Tint
90〜110、ΔTint ≦−3が示されている。
In addition, US Pat. No. 4,360,627 discloses an N 2 SA85 for tire tread rubber.
~95m 2 / g, 24M4 DBP100~104ml / 100g, T
A carbon black which achieves high abrasion resistance and high rebound resilience at an int of 95 to 105% and a distribution of aggregate Stokes mode diameter (ΔD 50 ) of 180 mμ or more is disclosed, and US Pat. No. 4,548,980 discloses: As carbon black characteristics for obtaining low rolling resistance and high wet grip performance required for energy-saving tires, N 2
SA 75 to 105 m 2 / g, N 2 SA-IA ≧ 15, N 2 S
A-CTABSA ≦ 5, 24M4 DBP ≦ 110, Tint
90 to 110, ΔTint ≦ −3 are shown.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低燃費
タイヤに対する品質要求はますます高度化しており、よ
り高水準の反発弾性と耐摩耗性を両立させたゴム組成物
の開発が引き続き求められているのが現状である。
However, quality requirements for fuel-efficient tires are becoming increasingly sophisticated, and there is a continuing need for the development of rubber compositions that achieve both higher levels of rebound resilience and wear resistance. is the current situation.

【0007】本発明は、このような要請に基づき従来技
術とは異なるカーボンブラックの粒子コロイダル性状と
配合ゴム性能との技術的因果関係を解明して開発に至っ
たもので、その目的は、乗用車や軽トラックを対象とし
たタイヤのトレッド用として好適な高水準の反発弾性な
らびに耐摩耗性を兼備する低発熱性のゴム組成物を提供
することにある。
The present invention has been developed based on such a demand by elucidating the technical consequences between the colloidal properties of carbon black different from those of the prior art and the performance of a compounded rubber. Another object of the present invention is to provide a low heat generating rubber composition having high rebound resilience and abrasion resistance suitable for treads of tires for light and light trucks.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるゴム組成物は、CTAB比表面積が6
0〜100m2/g、圧縮DBPが110〜130ml/100g
のハード系領域に属し、かつ下記の関係式 (1)〜(3) に
よる選択的特性を有するフアーネスカーボンブラックを
ゴム成分100重量部に対し35〜100重量部の割合
で配合してなることを構成上の特徴とする。 (1) 10≦N2 SA−IA≦20 (2) 1.13Dstモード径−57.64 ≦ΔDst≦1.13Dstモー
ド径−47.64 (3) Dpモード径≦2.66Dmpモード径−15.516 但し、(1) 式のN2 SAは窒素吸着比表面積、IAは沃
素吸着量を指す。(2)式のDstモード径はディスクセン
トリフュージ装置(DCF) により測定されるカーボンブラ
ックアグリゲートのストークスモード径、ΔDstは同ス
トークス径分布の半値幅を示す。また (3)式のDpモー
ド径は示差走査熱量計(DSC) により測定されるカーボン
ブラックアグリゲート粒間のポア径分布における最大頻
度のモード径、Dmpモード径は水銀圧入法で得られるカ
ーボンブラックアグリゲート粒間のポア径分布における
最大頻度のモード径を示す。
The rubber composition according to the present invention for achieving the above object has a CTAB specific surface area of 6%.
0-100m 2 / g, compressed DBP 110-130ml / 100g
Of a hard carbon region having a selective property according to the following relational formulas (1) to (3): 35 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. Is a structural feature. (1) 10 ≦ N 2 SA-IA ≦ 20 (2) 1.13 Dst mode diameter −57.64 ≦ ΔDst ≦ 1.13 Dst mode diameter −47.64 (3) Dp mode diameter ≦ 2.66 Dmp mode diameter −15.516 N 2 SA indicates the specific surface area of nitrogen adsorption, and IA indicates the amount of adsorbed iodine. The Dst mode diameter in the equation (2) is the Stokes mode diameter of the carbon black aggregate measured by a disk centrifuge (DCF), and ΔDst is the half width of the Stokes diameter distribution. The Dp mode diameter in the equation (3) is the maximum frequency mode diameter in the pore diameter distribution between the carbon black aggregate particles measured by a differential scanning calorimeter (DSC), and the Dmp mode diameter is the carbon black obtained by the mercury intrusion method. The mode diameter of the maximum frequency in the pore diameter distribution between aggregate grains is shown.

【0009】上記構成によるカーボンブラックの各特性
には、以下の測定方法によって得られる値が用いられ
る。 CTAB比表面積;ASTM D3765−89“Stan
dard Test Method for Carbon Black-CTAB(Cetyltrimet
hylammonium Bromide) Surface Area ”による。この方
法によるIRB #6のCTAB比表面積測定値は、77
m2/gである。 圧縮DBP(24M4DBP) ;ASTM D3493−91
“Standard Test Method for Carbon Black −n-Dibuty
l Phthalate Absorption Number of Compressed Sampl
e”による。この方法によるIRB #6の圧縮DBP吸
油量測定値は、87ml/100g である。 N2 SA(窒素吸着比表面積);ASTM D3037
−88“Standard Test Method for Carbon Black-Surf
ace Area by Nitrogen Absorption ”MethodBによる。
この方法によるIRB #6のN2 SA測定値は、76m2
/gである。 IA(沃素吸着量);JIS K6221(1982)「ゴム
用カーボンブラックの試験方法」6・1・1項による。
この方法によるIRB #6の沃素吸着量測定値は、80
mg/gである。
The values obtained by the following measuring methods are used as the characteristics of the carbon black having the above-described structure. CTAB specific surface area; ASTM D3765-89 "Stan
dard Test Method for Carbon Black-CTAB (Cetyltrimet
hylammonium bromide) Surface Area ". The measured value of the CTAB specific surface area of IRB # 6 by this method is 77.
m 2 / g. Compressed DBP (24M4DBP); ASTM D3493-91
“Standard Test Method for Carbon Black −n-Dibuty
l Phthalate Absorption Number of Compressed Sampl
According to e "compression DBP oil absorption measurements of IRB # 6 by this method is 87ml / 100g N 2 SA (nitrogen adsorption specific surface area);.. ASTM D3037
−88 ”Standard Test Method for Carbon Black-Surf
ace Area by Nitrogen Absorption "According to Method B.
The N 2 SA measurement of IRB # 6 by this method is 76 m 2
/ g. IA (Iodine adsorption amount): According to JIS K6221 (1982) "Test method for carbon black for rubber", section 6.1.1.
The measured value of the iodine adsorption amount of IRB # 6 by this method is 80
mg / g.

【0010】Dstモード径、ΔDst;乾燥カーボンブラ
ック試料を少量の界面活性剤を含む20vol%エタノール
水溶液と混合してカーボンブラック濃度50mg/lの分散
液を作製し、これを超音波で十分に分散させて試料とす
る。ディスク・セントリフュージ装置(英国Joyes Lobe
l 社製)を8000rpm の回転数に設定し、スピン液
(2wt% グリセリン水溶液)を10ml加えたのち、1ml
のバッファー液(20vol%エタノール水溶液)を注入す
る。ついで、カーボンブラック分散液0.5mlを注射器
で加えて遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させて
光学的にカーボンブラックアグリゲートのストークス相
当径の分布曲線を作成する。得られた分布曲線における
最大頻度のストークス相当径をDstモード径(nm)とし、
最大頻度の50%の頻度が得られる大小2点のストーク
ス相当径の差をΔDst(nm)とする。この測定法によるI
RB #6のDstモード径は92nm、ΔDstは68nmであ
る。
Dst mode diameter, ΔDst; A dry carbon black sample is mixed with a 20 vol% ethanol aqueous solution containing a small amount of a surfactant to prepare a dispersion having a carbon black concentration of 50 mg / l, which is sufficiently dispersed by ultrasonic waves. Let it be a sample. Disc Centrifuge (Joyes Lobe, UK)
l) was set to 8000 rpm, 10 ml of spin solution (2 wt% glycerin aqueous solution) was added, and then 1 ml
Buffer solution (20 vol% ethanol aqueous solution). Then, 0.5 ml of the carbon black dispersion is added by a syringe to start centrifugal sedimentation, and at the same time, the recorder is operated to optically create a distribution curve of the Stokes equivalent diameter of the carbon black aggregate. The Stokes equivalent diameter of the maximum frequency in the obtained distribution curve is defined as Dst mode diameter (nm),
The difference between Stokes equivalent diameters at two points, large and small, at which a frequency of 50% of the maximum frequency is obtained is defined as ΔDst (nm). I by this measurement method
The Dst mode diameter of RB # 6 is 92 nm, and ΔDst is 68 nm.

【0011】Dpモード径 ;JIS K6221(1982)
5「乾燥試料の作り方」に基づいて乾燥したのち、精秤
採取したカーボンブラック試料を蒸留水と混合してカー
ボンブラック濃度が0.250g/cm3 のペーストを作成
し、超音波で十分に分散させる。超音波分散後10分以
内に示差走査熱量計(DSC, Mettler 社製 DSC30) でアグ
リゲート粒間ポアの分布測定を開始する。この場合のペ
ースト採取量は約3〜5mgの範囲内とし、アルミ製のサ
ンプル容器に入れてシールしたのち、ペーストの質量を
確認して前記DSC装置にセットする。ついで、次のス
テップで測定する。 室温から−80℃まで急冷する。 −80℃から−5℃まで10℃/min. の速度で加熱す
る。 −5℃から−0.1℃まで1℃/min. の速度で加熱し
たのち、−0.1℃ (蒸留水の凝固点より0.1 ℃低い温
度) に10分間保持する。 −0.1℃から−8℃まで0.1℃/min. の速度で徐
々に冷却し、補償エネルギーを記録する。そして、の
段階で得られた補償エネルギーのチャートから各温度
(0.1℃刻み)の山の高さ(y)を読み取り、下記(1) 、
(2) 式からアグリゲート粒間のポア径(Dp)およびポ
ア径分布(ΔV/ΔDp)を得る。 Dp=(135.34/ΔT)+1.14 ……(1) ΔV/ΔDp=K・(ΔT)2 /(Wa・y) ……(2) (1) および(2) 式において、ΔTは蒸留水の凝固点降下
幅、Waは蒸留水の凝固熱、KはDSC装置の感度やサ
ンプルの質量を考慮に入れた係数である。これらの式は
Brunらによって導かれたもので、Thermochimica Acta,2
1(1977) 59〜88“A NEW METHOD FOR THE SIMULTANEOUS
DETERMINATION OF THE SIZE AND THE SHAPE OF PORES :
THE THERMOPOROMETRY”に詳説されている。なお、この
方法で測定したIRB #6のDpモード径は、95.3
nmである。
Dp mode diameter: JIS K6221 (1982)
5 After drying on the basis of the "how to make dry sample", carbon black concentration to create a 0.250 g / cm 3 of the paste were mixed with distilled water of carbon black sample precisely weighed collected, thoroughly dispersed with an ultrasonic Let it. Within 10 minutes after the ultrasonic dispersion, the distribution measurement of the pores between aggregates is started using a differential scanning calorimeter (DSC, DSC30 manufactured by Mettler). In this case, the amount of the collected paste is in the range of about 3 to 5 mg. After sealing in a sample container made of aluminum, the mass of the paste is confirmed, and the paste is set in the DSC device. Next, measurement is performed in the next step. Cool rapidly from room temperature to -80 ° C. Heat from -80 ° C to -5 ° C at a rate of 10 ° C / min. After heating from -5 ° C to -0.1 ° C at a rate of 1 ° C / min., It is kept at -0.1 ° C (a temperature lower than the freezing point of distilled water by 0.1 ° C) for 10 minutes. Cool gradually from -0.1 ° C to -8 ° C at a rate of 0.1 ° C / min. And record the compensation energy. Then, from the compensation energy chart obtained in
Read the height (y) of the mountain (in increments of 0.1 ° C),
From the equation (2), the pore diameter (Dp) between the aggregate grains and the pore diameter distribution (ΔV / ΔDp) are obtained. Dp = (135.34 / ΔT) +1.14 (1) ΔV / ΔDp = K · (ΔT) 2 / (Wa · y) (2) In the equations (1) and (2), ΔT is The freezing point drop width of distilled water, Wa is the solidification heat of distilled water, and K is a coefficient taking into account the sensitivity of the DSC device and the mass of the sample. These expressions are
Guided by Brun et al., Thermochimica Acta, 2
1 (1977) 59-88 “A NEW METHOD FOR THE SIMULTANEOUS
DETERMINATION OF THE SIZE AND THE SHAPE OF PORES:
THE THERMOPOROMETRY ”. The Dp mode diameter of IRB # 6 measured by this method is 95.3.
nm.

【0012】Dmpモード径;水銀ポロシメーター(マイ
クロメリティクス社製、Pore Sizer 9300 )の専用セル
(3ml)中に粒度0.25〜0.50mmに調整したカー
ボンブラックペレット0.2g を装填したのち、圧力2
5〜2000lb/in2の範囲で水銀を圧入し、圧入水銀量
が急激に増加する点の圧力を測定する。この圧力値から
カーボンブラックのアグリゲート粒間ポア径を算出し、
Dmpモード径(nm)とする。なお、この方法で測定したI
RB #6のDmpモード径は、40nmである。
Dmp mode diameter: After loading 0.2 g of carbon black pellets adjusted to a particle size of 0.25 to 0.50 mm into a dedicated cell (3 ml) of a mercury porosimeter (Pore Sizer 9300, manufactured by Micromeritics), Pressure 2
Mercury is injected in the range of 5-2000 lb / in 2 and the pressure at the point where the amount of injected mercury sharply increases is measured. From this pressure value, the pore diameter between aggregate particles of carbon black is calculated,
Dmp mode diameter (nm). In addition, I measured by this method
The Dmp mode diameter of RB # 6 is 40 nm.

【0013】本発明の特性を備えるフアーネスカーボン
ブラックは、炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に
装着された燃焼バーナーを備える燃焼室と、該燃焼室と
同軸的に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の狭
径反応室および広径反応室により構成されるオイルフア
ーネス炉を用い、原料油の分割導入条件、燃料油および
空気の供給量、酸素ガスの添加条件などを調整すること
によって製造することができる。
The furnace carbon black having the characteristics of the present invention is provided in a combustion chamber having a tangential air supply port on the furnace head and a combustion burner mounted in the furnace axis direction, and is coaxially connected to the combustion chamber. Using an oil furnace consisting of a multi-stage narrow-diameter reaction chamber and a wide-diameter reaction chamber with a raw oil injection nozzle, split feed conditions for feed oil, supply amounts of fuel oil and air, oxygen gas addition conditions, etc. Can be manufactured by adjusting

【0014】上記のフアーネスカーボンブラックは、常
法に従って天然ゴム、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、ブチルゴム、その他常
用のカーボンブラックで補強可能な各種ゴム、混合ゴム
などのエラストマーに配合する。カーボンブラックの配
合比率は、ゴム成分100重量部に対し35〜100重
量部とし、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助
剤、軟化剤、可塑剤等の必要成分とともに混練して本発
明のゴム組成物を得る。
The above-mentioned furnace carbon black is blended with an elastomer such as natural rubber, styrene-butadiene rubber, polybutadiene rubber, isoprene rubber, butyl rubber, various rubbers which can be reinforced with conventional carbon black, and mixed rubber according to a conventional method. The compounding ratio of carbon black is 35 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component, and is kneaded together with necessary components such as a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, an antioxidant, a vulcanization aid, a softener, and a plasticizer. Thus, the rubber composition of the present invention is obtained.

【0015】[0015]

【作用】本発明で特定したファーネスカーボンブラック
特性項目のうち、CTAB比表面積が60〜100m2/g
および圧縮DBPが110〜130ml/100g の範囲にあ
る粒子性状はハード系領域に属し、配合ゴムに高度の耐
摩耗性と適度の発熱性を保持させるための前提条件とな
る。CTAB比表面積が60m2/g未満であると耐摩耗性
の面で不十分となり、他方、100m2/gを上廻ると発熱
性が増大し、特に低燃費タイヤ用カーボンブラックとし
ての使用は困難となる。また、圧縮DBPが110ml/1
00g 未満であると十分な耐摩耗性が付与できず、130
ml/100g を越えるとゴム配合時の粘度が高くなって加工
性が低下する。
In the furnace carbon black characteristic items specified in the present invention, the CTAB specific surface area is 60 to 100 m 2 / g.
Particles having a compressed DBP in the range of 110 to 130 ml / 100 g belong to the hard type region, and are prerequisites for maintaining the compounded rubber with high abrasion resistance and moderate heat generation. If the CTAB specific surface area is less than 60 m 2 / g, the abrasion resistance becomes insufficient, while if it exceeds 100 m 2 / g, the heat generation increases, and it is particularly difficult to use the carbon black for fuel-efficient tires. Becomes In addition, compressed DBP is 110ml / 1
If it is less than 00 g, sufficient abrasion resistance cannot be imparted, and 130 g
If the amount exceeds ml / 100g, the viscosity at the time of rubber compounding becomes high, and the processability decreases.

【0016】関係式(1) の特性は主に発熱性を抑制する
要素となるもので、(N2 SA−IA)の値が10未満
では低燃費タイヤ用ゴム組成物に必要な発熱性の低下が
不十分となり、他方、この値が20を越えるとゴム配合
時の粘度が高くなって実用性に乏しくなる。関係式(2)
に関与するカーボンブラックのアグリゲート分布(ΔD
st)は、右辺(1.13Dstモード径−47.64)値より広くな
ると耐摩耗性の後退が大きくなり、左辺(1.13Dstモー
ド径−57.64 )より狭くなると発熱性の抑制効果が減退
する。したがって、関係式(2) で規制した〔1.13Dstモ
ード径−57.64≦ΔDst≦1.13Dstモード径−47.64 〕
は、配合ゴムに高水準の耐摩耗性と低発熱性を付与する
ために最適なアグリゲート分布範囲となる。
The characteristic of the relational expression (1) is a factor which mainly suppresses the heat build-up. If the value of (N 2 SA-IA) is less than 10, the heat build-up required for the rubber composition for a fuel-efficient tire is required. On the other hand, when this value exceeds 20, the viscosity at the time of compounding the rubber becomes high and the practicality becomes poor. Equation (2)
Aggregate distribution of carbon black (ΔD
When st) is larger than the value on the right side (1.13 Dst mode diameter -47.64), the regression of wear resistance increases, and when it is smaller than the left side (1.13 Dst mode diameter -57.64), the effect of suppressing heat generation decreases. Accordingly, [1.13Dst mode diameter−57.64 ≦ ΔDst ≦ 1.13Dst mode diameter−47.64] regulated by the relational expression (2)
Is the optimum aggregate distribution range for imparting a high level of wear resistance and low heat build-up to the compounded rubber.

【0017】関係式(3) も高耐摩耗性と低発熱性との両
立化に機能する特性要素となる。すなわち、カーボンブ
ラックアグリゲート粒間ポアのモード径は、カーボンブ
ラックが強固に融着結合した凝集体(アグリゲート)の
性状を示すパラメータとなるもので、測定方法によって
その値は相違する。示差走査熱量計(DSC) により測定さ
れるDpモード径は、カーボンブラックが蒸留水に分散
した状態でのアグリゲート粒間のポア径であるため、水
銀圧入法で得られるDmpモード径に比べると測定値は大
きくなる。発明者らの検討によると上市されている一般
のカーボンブラックは次式の関係にあることが確認され
た。 Dpモード径=(2.66Dmpモード径−8.343 )±5 例えば、IRB #6のDpモード径の実測値は95.3
nmであるが、この値はDmpモード径実測値40nmから算
出される上式によるDpモード径(93.1 〜103.1nm)の範
囲に入っている。本発明の選択的特性を示すカーボンブ
ラックのDpモード径は、Dmpモード径との関係におい
て上式から算出される値よりも更に低位にあり、これが
関係式(3) で特定する(2.66Dmpモード径−15.516)の
算出値と同等以下の水準に位置している場合に、配合ゴ
ムに対し反発弾性を損ねずに耐摩耗性を向上させるため
に有効な機能を果たす。
The relational expression (3) is also a characteristic element that functions to achieve both high wear resistance and low heat generation. That is, the mode diameter of carbon black aggregate intergranular pores is a parameter indicating the properties of aggregates (aggregates) in which carbon black is firmly fused and bonded, and the value differs depending on the measurement method. Since the Dp mode diameter measured by a differential scanning calorimeter (DSC) is the pore diameter between aggregate particles in a state where carbon black is dispersed in distilled water, it is smaller than the Dmp mode diameter obtained by the mercury intrusion method. The measured value increases. According to the study by the inventors, it has been confirmed that the general carbon black on the market has the following relationship. Dp mode diameter = (2.66 Dmp mode diameter−8.343) ± 5 For example, the actual measured value of the Dp mode diameter of IRB # 6 is 95.3.
This value falls within the range of the Dp mode diameter (93.1 to 103.1 nm) calculated from the Dmp mode diameter measured value of 40 nm by the above equation. The Dp mode diameter of the carbon black exhibiting the selective characteristics of the present invention is further lower than the value calculated from the above equation in relation to the Dmp mode diameter, which is specified by the relational expression (3) (2.66 Dmp mode diameter). When it is positioned at a level equal to or less than the calculated value of the diameter (-15.516), it performs an effective function to improve the wear resistance without impairing the rebound resilience of the compounded rubber.

【0018】上記のような配合ファーネスカーボンブラ
ックの独特な性状特性ならびに機能が総合的に作用し
て、ゴム組成物に低発熱性を示す高水準の反発弾性なら
びに耐摩耗性能を同時に付与することが可能となる。
[0018] The unique properties and functions of the above-mentioned compounded furnace carbon black act collectively to simultaneously provide the rubber composition with a high level of resilience and abrasion resistance exhibiting low heat build-up. It becomes possible.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
Hereinafter, examples of the present invention will be described in comparison with comparative examples.

【0020】実施例1〜4、比較例1〜3、参考例1〜
3 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に装着した燃焼
バーナーを有する燃焼室(直径900mm 、長さ1000mm) 、
該燃焼室と同軸的に連結され各々炉壁を貫通する原料油
噴射ノズルを備える第1段狭径反応室(直径220mm 、長
さ400mm)、第2段狭径反応室(直径190mm 、長さ500m
m)、第3段狭径反応室(直径240mm 、長さ400mm)、およ
び引き続く広径反応室(直径450mm)とから構成されたオ
イルファーネス炉を設置した。原料油には、比重(15/4
℃)1.073 、粘度(エングラー40/20 ℃)2.10、トルエ
ン不溶分0.03%、相関係数(BMCI)140の芳香族炭化水
素油を用い、燃料油としては、比重(15/4 ℃)0.903 、
粘度(cst/50 ℃)16.1、残炭分5.4 %、引火点96℃の
炭化水素油を用いた。
Examples 1-4, Comparative Examples 1-3, Reference Examples 1
3 A combustion chamber (diameter 900 mm, length 1000 mm) having a tangential air supply port on the furnace head and a combustion burner mounted in the furnace axis direction;
First-stage narrow-diameter reaction chamber (diameter 220 mm, length 400 mm) and second-stage narrow-diameter reaction chamber (diameter 190 mm, length) each having a feed oil injection nozzle coaxially connected to the combustion chamber and penetrating the furnace wall. 500m
m), a third-stage narrow-diameter reaction chamber (diameter 240 mm, length 400 mm), and a subsequent wide-diameter reaction chamber (diameter 450 mm) were installed. The specific gravity (15/4
℃) 1.073, viscosity (engler 40/20 ℃) 2.10, toluene insoluble content 0.03%, correlation coefficient (BMCI) 140 used aromatic hydrocarbon oil, as fuel oil, specific gravity (15/4 ℃) 0.903,
A hydrocarbon oil having a viscosity (cst / 50 ° C.) of 16.1, a residual carbon content of 5.4%, and a flash point of 96 ° C. was used.

【0021】上記の反応炉、原料油および燃料油を用
い、各狭径反応室に対する原料油の分割供給量、燃料油
量、空気供給量、酸素ガス供給量等の生成条件を変えて
ファーネスカーボンブラックを製造した。得られたカー
ボンブラックの特性を生成条件と対応させて表1に示し
た。また、表2には参考例1〜3として市販のハード系
カーボンブラック品種の特性を示した。
Using the above-mentioned reactor, raw material oil and fuel oil, furnace carbon was produced by changing the production conditions such as the divided supply amount of fuel oil, the amount of fuel oil, the amount of air supply, and the amount of oxygen gas supplied to each narrow-diameter reaction chamber. Black was manufactured. The properties of the obtained carbon black are shown in Table 1 in association with the production conditions. Table 2 shows the characteristics of commercially available hard carbon black products as Reference Examples 1 to 3.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】[0023]

【表2】 表注:(1) N351〔東海カーボン(株)製、シースト
NH〕 (2) N347〔東海カーボン(株)製、シースト3H〕 (3) N339〔東海カーボン(株)製、シーストKH〕
[Table 2] Table Note: (1) N351 [Tokai Carbon Co., Ltd., Seast NH] (2) N347 [Tokai Carbon Co., Ltd., Seast 3H] (3) N339 [Tokai Carbon Co., Ltd., Seast KH]

【0024】次に、表1および表2の各カーボンブラッ
ク試料を表3に示す配合比により油展スチレンブタジエ
ンゴム〔日本合成ゴム(株)製、JSR1712 〕に配合し
た。
Next, the carbon black samples shown in Tables 1 and 2 were compounded in oil-extended styrene-butadiene rubber [JSR1712, manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.] at the compounding ratio shown in Table 3.

【0025】[0025]

【表3】 [Table 3]

【0026】表3の配合物を145℃の温度で50分間
加硫して得られた各ゴム組成物につき各種ゴム試験をお
こない、その測定結果を表4(実施例、比較例)および
表5(参考例)に示した。なお、ゴム特性の測定は下記
によった。このうち、摩耗量は参考例3のカーボンブラ
ックを100とした場合の相対指数で示した。また、t
anδ(損失係数)は発熱性の指標となるもので、測定
値が小さくなるほど発熱度が低いことを示す。 摩耗量;ランボーン摩耗試験機(機械式スリップ機構)
を用い、次の条件で測定した。 試験片:厚さ10mm、外径44mm エメリーホイール:GCタイプ、粒度 #80、硬度H 添加カーボランダム粉:粒度 #80、添加量 約9g/mi
n. エメリーホイール面と試験片の相対スリップ率:24
%、60% 試験片回転数:535rpm 試験荷重:4kg
Each rubber composition obtained by vulcanizing the composition of Table 3 at a temperature of 145 ° C. for 50 minutes was subjected to various rubber tests. The measurement results are shown in Tables 4 (Examples and Comparative Examples) and 5 (Reference Example) In addition, the measurement of the rubber property was based on the following. Among them, the abrasion amount was indicated by a relative index when the carbon black of Reference Example 3 was set to 100. Also, t
an δ (loss coefficient) is an index of heat build-up, and a smaller measured value indicates a lower heat build-up. Wear: Lambourn abrasion tester (mechanical slip mechanism)
Was measured under the following conditions. Test piece: thickness 10mm, outer diameter 44mm Emery wheel: GC type, particle size # 80, hardness H Carburundum powder with addition: particle size # 80, addition amount about 9g / mi
n. Relative slip ratio between emery wheel surface and test piece: 24
%, 60% Test piece rotation speed: 535 rpm Test load: 4 kg

【0027】tanδ(損失係数);Visco Elastic Spe
ctrometer(岩本製作所製)を用い、次の条件で測定し
た。 試験片:厚さ2mm、長さ30mm、幅5mm 周波数:50Hz 動的歪率:1.2 % 温 度:60℃ その他の特性;JIS K6301「加硫ゴム物理試験
法」によった。
Tan δ (loss coefficient); Visco Elastic Spe
The measurement was performed using a ctrometer (manufactured by Iwamoto Seisakusho) under the following conditions. Test piece: thickness 2 mm, length 30 mm, width 5 mm Frequency: 50 Hz Dynamic strain rate: 1.2% Temperature: 60 ° C. Other properties: JIS K6301 “Vulcanized rubber physical test method”.

【0028】[0028]

【表4】 [Table 4]

【0029】[0029]

【表5】 [Table 5]

【0030】表4および表5から、実施例の結果は同水
準のN2 SAを有しながら本発明の選択的特性要件を外
れる比較例、参考例に比べ、発熱性の指標となるtan
δ(損失係数)が同等以下にありながら高耐摩耗性能が
有意に向上していることが認められる。また、その他の
補強特性も高水準に維持されていることが判る。これに
対し、Dpモード径が高い比較例1は特性の改良幅が実
施例に比べて小さい。比較例2はΔDstが低いため比表
面積が同等の実施例2と比べ耐摩耗性は同等レベルにあ
るが、tanδが高くなっている。逆にΔDstが高い比
較例3はtanδは若干低くなっているが、耐摩耗性が
大きく後退している。
From Tables 4 and 5, the results of the Examples show that tan which is an index of exothermicity is higher than that of Comparative Examples and Reference Examples which have the same level of N 2 SA but do not satisfy the selective characteristic requirements of the present invention.
It is recognized that the high abrasion resistance performance is significantly improved while δ (loss coefficient) is equal to or less than that. It can also be seen that other reinforcing properties are maintained at a high level. On the other hand, in Comparative Example 1 having a large Dp mode diameter, the range of improvement in characteristics is smaller than that of the embodiment. Comparative Example 2 has the same level of abrasion resistance as Example 2 in which the specific surface area is equal because ΔDst is low, but tan δ is high. Conversely, in Comparative Example 3 in which ΔDst is high, tan δ is slightly lower, but the wear resistance is largely reduced.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば従来技術
とは異なるカーボンブラックのミクロなコロイダル性状
を選択規制することにより高い反発弾性を維持しながら
優れた耐摩耗性を示す低発熱性のゴム組成物を提供する
ことができる。したがって、乗用車や軽トラック用のタ
イヤトレッド部材に適用して効果的な低燃費化を図るこ
とが可能となる。
As described above, according to the present invention, the low heat build-up property which shows excellent wear resistance while maintaining high rebound resilience by selectively controlling the micro colloidal properties of carbon black different from the prior art. A rubber composition can be provided. Therefore, the present invention can be applied to a tire tread member for a passenger car or a light truck to achieve effective fuel saving.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 CTAB比表面積が60〜100m2/g、
圧縮DBPが110〜130ml/100g のハード系領域に
属し、かつ下記の関係式 (1)〜(3) による選択的特性を
有するファーネスカーボンブラックを、ゴム成分100
重量部に対し35〜100重量部の割合で配合してなる
ゴム組成物。 (1) 10≦N2 SA−IA≦20 (2) 1.13Dstモード径−57.64 ≦ΔDst≦1.13Dstモー
ド径−47.64 (3) Dpモード径≦2.66Dmpモード径−15.516 但し、(1) 式のN2 SAは窒素吸着比表面積、IAは沃
素吸着量を指す。 (2)式のDstモード径はディスクセン
トリフュージ装置(DCF) により測定されるカーボンブラ
ックアグリゲートのストークスモード径、ΔDstは同ス
トークス径分布の半値幅を示す。また (3)式のDpモー
ド径は示差走査熱量計(DSC) により測定されるカーボン
ブラックアグリゲート粒間のポア径分布における最大頻
度のモード径、Dmpモード径は水銀圧入法で得られるカ
ーボンブラックアグリゲート粒間のポア径分布における
最大頻度のモード径を示す。
(1) a CTAB specific surface area of 60 to 100 m 2 / g;
Furnace carbon black having a compressed DBP belonging to a hard system region of 110 to 130 ml / 100 g and having selective properties according to the following relational expressions (1) to (3) was obtained by adding a rubber component 100
A rubber composition blended at a ratio of 35 to 100 parts by weight with respect to parts by weight. (1) 10 ≦ N 2 SA-IA ≦ 20 (2) 1.13 Dst mode diameter −57.64 ≦ ΔDst ≦ 1.13 Dst mode diameter −47.64 (3) Dp mode diameter ≦ 2.66 Dmp mode diameter −15.516 N 2 SA indicates the specific surface area of nitrogen adsorption, and IA indicates the amount of adsorbed iodine. The Dst mode diameter in the equation (2) is the Stokes mode diameter of the carbon black aggregate measured by a disk centrifuge (DCF), and ΔDst is the half width of the Stokes diameter distribution. The Dp mode diameter in the equation (3) is the maximum frequency mode diameter in the pore diameter distribution between the carbon black aggregate particles measured by a differential scanning calorimeter (DSC), and the Dmp mode diameter is the carbon black obtained by the mercury intrusion method. The mode diameter of the maximum frequency in the pore diameter distribution between aggregate grains is shown.
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