JP3407810B2 - ゴム組成物 - Google Patents
ゴム組成物Info
- Publication number
- JP3407810B2 JP3407810B2 JP16762491A JP16762491A JP3407810B2 JP 3407810 B2 JP3407810 B2 JP 3407810B2 JP 16762491 A JP16762491 A JP 16762491A JP 16762491 A JP16762491 A JP 16762491A JP 3407810 B2 JP3407810 B2 JP 3407810B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon black
- rubber
- mode diameter
- diameter
- rubber composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タイヤトレッド部材に
用いて好適なゴム組成物、詳しくは低発熱性を損なうこ
となく耐摩耗性を有意に改善したゴム組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】近時、自動車の高性能化に伴って高速性
能、安定走行性能ならびに耐久性能に対する要求が高ま
り、これら諸性能に関与するタイヤトレッド部材の特
性、とりわけ耐摩耗性と低発熱性の両立改良が重要な課
題とされている。また、省資源、省エネルギー等の社会
的要請に対応するため、低燃費タイヤの開発も盛んにお
こなわれているが、この課題に対してもタイヤトレッド
を構成するゴムに高い反発弾性を与える低発熱特性を具
備させることが不可欠となる。 【０００３】一般に、ゴムの摩耗、発熱等の性能は配合
するカーボンブラックの性状特性に支配される要素が大
きいが、これらのゴム性能には二律背反的な関係がある
ことが知られている。例えば、低燃費タイヤに必要な低
発熱性を付与するためには、比較的粒子径の大きいカー
ボンブラックを少ない配合量でゴムに配合することが有
効であるが、この配合では耐摩耗性や湿潤路面での制動
性などの低下を招く。また、苛酷な走行条件で高度の耐
摩耗性が必要なタイヤトレッドに対しては可及的に粒子
径が小さくてストラクチャーの大きな特性のカーボンブ
ラックが有効であるが、反面、この種のカーボンブラッ
クはゴム組成物の発熱性を高めて走行中に蓄熱による内
部構造の破壊、構成材料の老化などの現象を促進させる
危険性を招く。 【０００４】このようなことから、カーボンブラックの
粒子径（比表面積）、ストラクチャーなどの基本特性に
加えてその他の諸特性をミクロに評価し、特定の選択的
特性を備えるカーボンブラックをゴムに配合することに
より耐摩耗性と低発熱性を同時に改善させる技術が数多
く提案されている。 【０００５】このうち、乗用車や軽トラック用のタイヤ
トレッドとして好んで使用されるＮ339 級のカーボンブ
ラックを対象にするものには、次のような提案がある。 (1) 窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以上、圧縮ＤＢＰ
が112ml/100g以上の範囲にあり、カーボンブラック凝集
体のストークスモード径および同分布が一定値以上の特
性をもつゴム配合用のカーボンブラック（特公平１−53
978 号公報) 。 (2) Ｎ2 ＳＡが60m2/g以上、ＤＢＰが108ml/100g以上の
範囲にあり、一定比表積当たりの真比重を公知のカーボ
ンブラックよりも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巾を一定
値以上に制御したカーボンブラックを配合したゴム組成
物（特開昭59−140241号公報) 。 (3) Ｎ2 ＳＡが65〜84m2/g、Ｎ2 ＳＡ／よう素吸着量(I
A)の比が1.10〜1.35の範囲にあり、圧縮ＤＢＰ、ブラッ
クネス、ＩＡおよび凝集体モード径を変数とする式で定
義される値を特定値以上に設定した特性をもつゴム配合
用のカーボンブラック（特開昭63−225639号公報) 。 (4) Ｎ2 ＳＡが75〜105m2/g 、圧縮ＤＢＰが110ml/100g
以上の範囲にあり、一定比表面積当たりの真比重を公知
のカーボンブラックより低い特定範囲に設定するととも
に、粒子凝集体空隙直径ならびに凝集体モード径当たり
の分布巾を一定値以上に維持する特性をもつゴム配合用
のカーボンブラック（特開平１−201367号公報) 。 【０００６】また、主にトラック、バス用の大型タイヤ
トレッド部材に使用されるＮ220 、Ｎ110 級のカーボン
ブラックを対象とするものには、次のような改良提案が
なされている。 (5) Ｎ2 ＳＡが 100〜200m2/g の範囲にあり、粒子径に
対して相対的にブロードな凝集体ストークスモード径を
備えるカーボンブラックを配合したゴム組成物（特開昭
63−112638号公報) 。 (6) Ｎ2 ＳＡが70〜185m2/g の範囲にあり、凝集体スト
ークス径分布が特定範囲の２点の極大点をもつカーボン
ブラックを配合したゴム組成物（特開昭63−179941号公
報) 。 (7) Ｎ2 ＳＡが 110〜155m2/g の範囲にあり、ＤＢＰ、
圧縮ＤＢＰ、ブラックネス、Ｎ2 ＳＡおよびよう素吸着
量を変数とする式で定義される値が特定範囲にある特性
のカーボンブラックを配合したゴム組成物（特開昭63−
297439号公報) 。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
低燃費タイヤに対する要求はますます高度化しており、
低発熱性能を保持しながらより高度の耐摩耗性を備える
ゴム組成物の開発が求められている。 【０００８】本発明は、このような状況下で引き続き前
記課題を解決するための研究を重ねた結果、Ｎ2 ＳＡが
60〜160m2/g 、ＤＢＰ吸油量が90〜150ml/100gのハード
系領域に属するカーボンブラックにおいて、一定凝集体
モード径当たりのＣＢ凝集体の光学的性質が異なる特性
のカーボンブラックを配合したゴム組成物は乗用車から
トラック、バスに至るタイヤトレッドとして好適な低発
熱性と高耐摩耗性とを兼備する事実を解明して開発され
たものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によるゴム組成物
は、窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜160m2/g 、ＤＢＰ吸
油量が90〜150ml/100gのハード系領域に属し、かつ下記
の選択的特性を備える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。 ｎ ≦ 1.463−0.00676 ×Ｄstモード径 ｂ ≦ 8.478−0.04333 ×Ｄstモード径 但し、ｎおよびｂは希薄水分散カーボンブラックの可視
光領域における吸光度(logI0/I) の波長 (λ) に対する
依存性を示す定数で〔log(logI0/I)＝ｂ−ｎlog λ〕式
で求めた値とし、Ｄstモード径はディスクセントリフュ
ージ装置(DCF)により測定したカーボンブラックアグリ
ゲートのストークスモード径を指すものとする。 【００１０】上記構成によるカーボンブラックの各特性
は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。 窒素吸着比表面積(N2SA)：ＡＳＴＭ Ｄ3037−88 “St
andard Test Method for Carbon Black-SurfaceArea by
Nitrogen Absorption ”MethodＢによる。 ＤＢＰ吸油量：ＪＩＳ Ｋ6221(1982)「ゴム用カーボン
ブラックの試験方法」6 ・1 ・2 項、吸油量Ａ法によ
る。 【００１１】Ｄstモード径：乾燥カーボンブラックを少
量の界面活性剤を含む20％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(DCF) を8000rpm の回転速度に設定し、
スピン液(2％グリセリン水溶液) を10ml加えたのち、１
mlのバッファー液 (エタノール水溶液) を注入する。つ
いで、試料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モード径とする。 【００１２】光学的特性（ｎ，ｂ）の吸光度測定：ＪＩ
Ｓ Ｋ6221(1982)５に従って乾燥し、精秤したカーボン
ブラック試料を少量の界面活性剤を含む20％エタノール
水溶液と混合してカーボンブラック濃度10mg/lの分散液
を作成し、超音波で十分に分散させる。このようにして
調製された希薄水分散カーボンブラックにつき、分光光
度計〔日本分光工業（株）製、UVIDEC-660〕により可視
光波長領域の吸光度を次の条件で測定する。 波 長 400〜850 nm 光路長 10 mm（石英セル使用） バンド幅 1 nm 図１は、上記の条件で測定されたカーボンブラック標準
試料ＩＲＢ #６の波長(λ) と吸光度(logI0/I) との関
係を示したものである。このデータから〔log(logI0/I)
＝ｂ−ｎ logλ〕式によりｎ（傾き) およびｂ（切片）
を求めると、ｎ＝0.852 、ｂ＝4.695 の値となる。 【００１３】本発明で特定したカーボンブラック特性項
目のうち、窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜160m2/g の粒
子径範囲およびＤＢＰ吸油量90〜150ml/100gのストラク
チャー範囲は通常品種のハード系領域に属し、配合ゴム
に高度の耐摩耗性を付与するとともに適度の発熱性を保
持させるための前提要件となる。この窒素吸着比表面積
(N2SA)が60m2/g未満では耐摩耗性の低下が著しく、他方
160m2/g を越えるとゴムに対する分散性が悪化して耐摩
耗性が円滑に向上せず、発熱性も増大する。また、ＤＢ
Ｐ吸油量が90ml/100g 未満では耐摩耗性が損なわれ、15
0ml/100gを上廻る場合にはアイススキッド性が低下して
安全性能の後退を招く。 【００１４】本発明において設定した選択的特性は、カ
ーボンブラックアグリゲートの光学的な性質を示す指標
であって、アグリゲートの大きさが同一であっても吸光
度の波長依存性が相対的に小さいことに特徴付けられ
る。そして、前記波長依存性の定数となるｎおよびｂが
それぞれｎ≦ 1.463−0.00676 ×Ｄstモード径およびｂ
≦ 8.478−0.04333 ×Ｄstモード径の要件を満たす場合
に配合ゴム組成物の発熱性を増大させずに耐摩耗性を有
意に向上させることが可能となる。 【００１５】これらの特性を備えるカーボンブラック
は、炉頭部に接線方向の空気供給口と炉軸方向に挿着さ
れた燃焼バーナーを有する燃焼室と、これに同軸的に連
設された２段の狭径反応域と広径反応域を備える構造の
オイルファーネス炉を用い、前記２段の狭径反応域に原
料油を分割導入するプロセスにより製造することができ
る。この際、燃料油供給量、空気供給量などの燃焼条
件、原料油の供給量等を制御することで生成するカーボ
ンブラックの特性が調整される。 【００１６】上記の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合成ゴム、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。 【００１７】 【作用】カーボンブラックの希薄水分散系が、〔log(lo
gI0/I)＝ｂ−ｎ logλ〕式で示されるＡngstrom 近似に
従うこと、また定数ｎおよびｂが共にカーボンブラック
表面積の対数と直線関係にあることは既に解明されてい
る〔Rubber Age Vol.82,No.4,P657(1958) 〕。そして、
一般にカーボンブラック分散液に光を入射させると、光
の吸収および散乱が起きるが、これら吸収、散乱共に入
射光の波長に関連するばかりでなく、液中に分散するカ
ーボンブラックアグリゲートの径、形状、濃度等にも関
係する。 【００１８】本発明者らは、比表面積やＤＢＰ吸油量の
異なる市販のカーボンブラックについて前記の追試実験
をおこなったところ、基本的に同一の結果が得られるこ
とを確認した。更にカーボンブラックアグリゲートの径
としてディスクセントリフュージ装置(DCF) で測定され
るストークスモード径をとり、定数ｎおよびｂとの相関
関係を調べた結果、下記の関係にあることが判明した。 ｎ＝（1.515 −0.00676 ×Ｄstモード径) ±0.05 …(1) ｂ＝（8.881 −0.04333 ×Ｄstモード径) ±0.4 …(2) 【００１９】Ｄstモード径は、カーボンブラック粒子が
強固に融着結合したアグリゲートを示すパラメーターで
あり、その性状はカーボンブラック生成過程における生
成反応温度や燃焼ガスの撹乱度などの生成条件と密接に
関連する。したがって、上式(1) 、(2) は比表面積、ス
トラクチャー等の性状、すなわちアグリゲートの大きさ
および形状が総合作用して成立するものと考えられる
が、さらに研究を進める過程でｎおよびｂがＤstモード
径との関係において(1) および(2) 式からの算出値より
も小さい場合、とくに選択的特性として特定した要件を
満たす場合に配合ゴムに対する耐摩耗性の向上が著しい
ことを確認した。 【００２０】上記のことから、本発明のゴム組成物にお
いて低発熱性を保持しながら耐摩耗性が顕著に向上する
作用は、選択的特性を満たすカーボンブラックの独特な
光学的アグリゲート形状に基づくものと推測される。 【００２１】 【実施例】 実施例１〜３、比較例１〜３ 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に燃焼バーナー
を装着した燃焼室（直径800mm 、長さ800mm)を設置し、
該燃焼室と同軸的に連結する第１段狭径反応域（直径23
0mm 、長さ 500mm) 、第２段反応域（直径150mm 、長さ
700mm)および引き続く広径反応室（直径400mm)とからな
り、前記第１段反応域と第２段反応域に原料油を分割導
入するための噴射ノズルを設置して構成されたオイルフ
ァーネス炉を用い、発生条件を変えて３種類のカーボン
ブラックを製造した。原料油としては、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、
また燃料油には、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。 【００２２】表１に発生条件、表２に得られたカーボン
ブラックの特性を実施例 No.に対応させて表示した。な
お、表２の比較例１〜３は同等のハード系特性を有しな
がら本発明の選択的特性要件を外れる従来品種のカーボ
ンブラックである。 【００２３】 【表１】 【００２４】 【表２】 表注：(1) 1.463 −0.00676 ×Ｄstモード径（表６も
同じ）。 (2) 8.478 −0.04333 ×Ｄstモード径（表６も同じ）。 【００２５】次に、これらのカーボンブラック試料を表
３に示す配合比によりスチレンブタジエンゴム(SBR) に
配合した。 【００２６】 【表３】【００２７】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、各種ゴム特性を測定
した結果を表４に示した。なお、ゴム特性の測定は下記
によった。 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メッシュ、添加量 約９
g/min. 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 【００２８】ｔａｎδ（損失係数） 岩本製作所製のVisco Elastic Spectrometer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。 【００２９】 【表４】 表注：耐摩耗指数は測定された摩耗量値を基準として比
較例３を100 とした場合の耐摩耗性の比率として表示し
た。 【００３０】表４から、実施例の結果は同比表面積レベ
ルにありながら本発明の選択的特性要件を外れる比較例
に比べ、低発熱性の指標となるｔａｎδ（損失係数）が
同等以下で耐摩耗指数が極めて向上していることが認め
られる。図２は、ｔａｎδ（損失係数）と耐摩耗指数と
の関係をグラフとして示したものである。 【００３１】実施例４〜５、比較例４〜５ 実施例１と同一のオイルファーネス炉、原料油および燃
料油を用い、表５の発生条件により２種類のカーボンブ
ラックを製造した。得られたカーボンブラックの特性
は、表６のとおりであった。なお、表６に併載した比較
例４、５は同等比表面積を有する既存のカーボンブラッ
クである。 【００３２】 【表５】【００３３】 【表６】 【００３４】ついで、各カーボンブラックを表７に示す
配合条件で天然ゴムに配合した。 【００３５】 【表７】 【００３６】表７の配合物を145 ℃の温度で40分間加硫
し、得られたゴム組成物につき各種特性を測定した。そ
の結果を表８に示した。 【００３７】 【表８】表注：耐摩耗指数は測定された摩耗量値を基準として比
較例５を 100とした場合の耐摩耗性の比率として表示し
た。 【００３８】表８から、本発明の選択的特性要件を満た
す実施例４、５は天然ゴム配合においても同比表面積レ
ベルの比較例と比べ同等の低発熱性と改善された耐摩耗
性が付与されている。図３は、ｔａｎδと耐摩耗指数と
の関係をグラフとして示したものである。 【００３９】 【発明の効果】以上のとおり、本発明のゴム組成物には
同レベルの比表面積を有するハード系カーボンブラック
と同等水準の低発熱性を保持しながら効果的に改善され
た高耐摩耗性が付与される。したがって、苛酷な走行条
件の下で優れた高速性、安定性および耐久性が要求され
る乗用車からトラック、バスに至るあらゆる車種のタイ
ヤトレッド用として好適である。
用いて好適なゴム組成物、詳しくは低発熱性を損なうこ
となく耐摩耗性を有意に改善したゴム組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】近時、自動車の高性能化に伴って高速性
能、安定走行性能ならびに耐久性能に対する要求が高ま
り、これら諸性能に関与するタイヤトレッド部材の特
性、とりわけ耐摩耗性と低発熱性の両立改良が重要な課
題とされている。また、省資源、省エネルギー等の社会
的要請に対応するため、低燃費タイヤの開発も盛んにお
こなわれているが、この課題に対してもタイヤトレッド
を構成するゴムに高い反発弾性を与える低発熱特性を具
備させることが不可欠となる。 【０００３】一般に、ゴムの摩耗、発熱等の性能は配合
するカーボンブラックの性状特性に支配される要素が大
きいが、これらのゴム性能には二律背反的な関係がある
ことが知られている。例えば、低燃費タイヤに必要な低
発熱性を付与するためには、比較的粒子径の大きいカー
ボンブラックを少ない配合量でゴムに配合することが有
効であるが、この配合では耐摩耗性や湿潤路面での制動
性などの低下を招く。また、苛酷な走行条件で高度の耐
摩耗性が必要なタイヤトレッドに対しては可及的に粒子
径が小さくてストラクチャーの大きな特性のカーボンブ
ラックが有効であるが、反面、この種のカーボンブラッ
クはゴム組成物の発熱性を高めて走行中に蓄熱による内
部構造の破壊、構成材料の老化などの現象を促進させる
危険性を招く。 【０００４】このようなことから、カーボンブラックの
粒子径（比表面積）、ストラクチャーなどの基本特性に
加えてその他の諸特性をミクロに評価し、特定の選択的
特性を備えるカーボンブラックをゴムに配合することに
より耐摩耗性と低発熱性を同時に改善させる技術が数多
く提案されている。 【０００５】このうち、乗用車や軽トラック用のタイヤ
トレッドとして好んで使用されるＮ339 級のカーボンブ
ラックを対象にするものには、次のような提案がある。 (1) 窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以上、圧縮ＤＢＰ
が112ml/100g以上の範囲にあり、カーボンブラック凝集
体のストークスモード径および同分布が一定値以上の特
性をもつゴム配合用のカーボンブラック（特公平１−53
978 号公報) 。 (2) Ｎ2 ＳＡが60m2/g以上、ＤＢＰが108ml/100g以上の
範囲にあり、一定比表積当たりの真比重を公知のカーボ
ンブラックよりも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巾を一定
値以上に制御したカーボンブラックを配合したゴム組成
物（特開昭59−140241号公報) 。 (3) Ｎ2 ＳＡが65〜84m2/g、Ｎ2 ＳＡ／よう素吸着量(I
A)の比が1.10〜1.35の範囲にあり、圧縮ＤＢＰ、ブラッ
クネス、ＩＡおよび凝集体モード径を変数とする式で定
義される値を特定値以上に設定した特性をもつゴム配合
用のカーボンブラック（特開昭63−225639号公報) 。 (4) Ｎ2 ＳＡが75〜105m2/g 、圧縮ＤＢＰが110ml/100g
以上の範囲にあり、一定比表面積当たりの真比重を公知
のカーボンブラックより低い特定範囲に設定するととも
に、粒子凝集体空隙直径ならびに凝集体モード径当たり
の分布巾を一定値以上に維持する特性をもつゴム配合用
のカーボンブラック（特開平１−201367号公報) 。 【０００６】また、主にトラック、バス用の大型タイヤ
トレッド部材に使用されるＮ220 、Ｎ110 級のカーボン
ブラックを対象とするものには、次のような改良提案が
なされている。 (5) Ｎ2 ＳＡが 100〜200m2/g の範囲にあり、粒子径に
対して相対的にブロードな凝集体ストークスモード径を
備えるカーボンブラックを配合したゴム組成物（特開昭
63−112638号公報) 。 (6) Ｎ2 ＳＡが70〜185m2/g の範囲にあり、凝集体スト
ークス径分布が特定範囲の２点の極大点をもつカーボン
ブラックを配合したゴム組成物（特開昭63−179941号公
報) 。 (7) Ｎ2 ＳＡが 110〜155m2/g の範囲にあり、ＤＢＰ、
圧縮ＤＢＰ、ブラックネス、Ｎ2 ＳＡおよびよう素吸着
量を変数とする式で定義される値が特定範囲にある特性
のカーボンブラックを配合したゴム組成物（特開昭63−
297439号公報) 。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
低燃費タイヤに対する要求はますます高度化しており、
低発熱性能を保持しながらより高度の耐摩耗性を備える
ゴム組成物の開発が求められている。 【０００８】本発明は、このような状況下で引き続き前
記課題を解決するための研究を重ねた結果、Ｎ2 ＳＡが
60〜160m2/g 、ＤＢＰ吸油量が90〜150ml/100gのハード
系領域に属するカーボンブラックにおいて、一定凝集体
モード径当たりのＣＢ凝集体の光学的性質が異なる特性
のカーボンブラックを配合したゴム組成物は乗用車から
トラック、バスに至るタイヤトレッドとして好適な低発
熱性と高耐摩耗性とを兼備する事実を解明して開発され
たものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によるゴム組成物
は、窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜160m2/g 、ＤＢＰ吸
油量が90〜150ml/100gのハード系領域に属し、かつ下記
の選択的特性を備える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。 ｎ ≦ 1.463−0.00676 ×Ｄstモード径 ｂ ≦ 8.478−0.04333 ×Ｄstモード径 但し、ｎおよびｂは希薄水分散カーボンブラックの可視
光領域における吸光度(logI0/I) の波長 (λ) に対する
依存性を示す定数で〔log(logI0/I)＝ｂ−ｎlog λ〕式
で求めた値とし、Ｄstモード径はディスクセントリフュ
ージ装置(DCF)により測定したカーボンブラックアグリ
ゲートのストークスモード径を指すものとする。 【００１０】上記構成によるカーボンブラックの各特性
は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。 窒素吸着比表面積(N2SA)：ＡＳＴＭ Ｄ3037−88 “St
andard Test Method for Carbon Black-SurfaceArea by
Nitrogen Absorption ”MethodＢによる。 ＤＢＰ吸油量：ＪＩＳ Ｋ6221(1982)「ゴム用カーボン
ブラックの試験方法」6 ・1 ・2 項、吸油量Ａ法によ
る。 【００１１】Ｄstモード径：乾燥カーボンブラックを少
量の界面活性剤を含む20％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(DCF) を8000rpm の回転速度に設定し、
スピン液(2％グリセリン水溶液) を10ml加えたのち、１
mlのバッファー液 (エタノール水溶液) を注入する。つ
いで、試料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モード径とする。 【００１２】光学的特性（ｎ，ｂ）の吸光度測定：ＪＩ
Ｓ Ｋ6221(1982)５に従って乾燥し、精秤したカーボン
ブラック試料を少量の界面活性剤を含む20％エタノール
水溶液と混合してカーボンブラック濃度10mg/lの分散液
を作成し、超音波で十分に分散させる。このようにして
調製された希薄水分散カーボンブラックにつき、分光光
度計〔日本分光工業（株）製、UVIDEC-660〕により可視
光波長領域の吸光度を次の条件で測定する。 波 長 400〜850 nm 光路長 10 mm（石英セル使用） バンド幅 1 nm 図１は、上記の条件で測定されたカーボンブラック標準
試料ＩＲＢ #６の波長(λ) と吸光度(logI0/I) との関
係を示したものである。このデータから〔log(logI0/I)
＝ｂ−ｎ logλ〕式によりｎ（傾き) およびｂ（切片）
を求めると、ｎ＝0.852 、ｂ＝4.695 の値となる。 【００１３】本発明で特定したカーボンブラック特性項
目のうち、窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜160m2/g の粒
子径範囲およびＤＢＰ吸油量90〜150ml/100gのストラク
チャー範囲は通常品種のハード系領域に属し、配合ゴム
に高度の耐摩耗性を付与するとともに適度の発熱性を保
持させるための前提要件となる。この窒素吸着比表面積
(N2SA)が60m2/g未満では耐摩耗性の低下が著しく、他方
160m2/g を越えるとゴムに対する分散性が悪化して耐摩
耗性が円滑に向上せず、発熱性も増大する。また、ＤＢ
Ｐ吸油量が90ml/100g 未満では耐摩耗性が損なわれ、15
0ml/100gを上廻る場合にはアイススキッド性が低下して
安全性能の後退を招く。 【００１４】本発明において設定した選択的特性は、カ
ーボンブラックアグリゲートの光学的な性質を示す指標
であって、アグリゲートの大きさが同一であっても吸光
度の波長依存性が相対的に小さいことに特徴付けられ
る。そして、前記波長依存性の定数となるｎおよびｂが
それぞれｎ≦ 1.463−0.00676 ×Ｄstモード径およびｂ
≦ 8.478−0.04333 ×Ｄstモード径の要件を満たす場合
に配合ゴム組成物の発熱性を増大させずに耐摩耗性を有
意に向上させることが可能となる。 【００１５】これらの特性を備えるカーボンブラック
は、炉頭部に接線方向の空気供給口と炉軸方向に挿着さ
れた燃焼バーナーを有する燃焼室と、これに同軸的に連
設された２段の狭径反応域と広径反応域を備える構造の
オイルファーネス炉を用い、前記２段の狭径反応域に原
料油を分割導入するプロセスにより製造することができ
る。この際、燃料油供給量、空気供給量などの燃焼条
件、原料油の供給量等を制御することで生成するカーボ
ンブラックの特性が調整される。 【００１６】上記の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合成ゴム、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。 【００１７】 【作用】カーボンブラックの希薄水分散系が、〔log(lo
gI0/I)＝ｂ−ｎ logλ〕式で示されるＡngstrom 近似に
従うこと、また定数ｎおよびｂが共にカーボンブラック
表面積の対数と直線関係にあることは既に解明されてい
る〔Rubber Age Vol.82,No.4,P657(1958) 〕。そして、
一般にカーボンブラック分散液に光を入射させると、光
の吸収および散乱が起きるが、これら吸収、散乱共に入
射光の波長に関連するばかりでなく、液中に分散するカ
ーボンブラックアグリゲートの径、形状、濃度等にも関
係する。 【００１８】本発明者らは、比表面積やＤＢＰ吸油量の
異なる市販のカーボンブラックについて前記の追試実験
をおこなったところ、基本的に同一の結果が得られるこ
とを確認した。更にカーボンブラックアグリゲートの径
としてディスクセントリフュージ装置(DCF) で測定され
るストークスモード径をとり、定数ｎおよびｂとの相関
関係を調べた結果、下記の関係にあることが判明した。 ｎ＝（1.515 −0.00676 ×Ｄstモード径) ±0.05 …(1) ｂ＝（8.881 −0.04333 ×Ｄstモード径) ±0.4 …(2) 【００１９】Ｄstモード径は、カーボンブラック粒子が
強固に融着結合したアグリゲートを示すパラメーターで
あり、その性状はカーボンブラック生成過程における生
成反応温度や燃焼ガスの撹乱度などの生成条件と密接に
関連する。したがって、上式(1) 、(2) は比表面積、ス
トラクチャー等の性状、すなわちアグリゲートの大きさ
および形状が総合作用して成立するものと考えられる
が、さらに研究を進める過程でｎおよびｂがＤstモード
径との関係において(1) および(2) 式からの算出値より
も小さい場合、とくに選択的特性として特定した要件を
満たす場合に配合ゴムに対する耐摩耗性の向上が著しい
ことを確認した。 【００２０】上記のことから、本発明のゴム組成物にお
いて低発熱性を保持しながら耐摩耗性が顕著に向上する
作用は、選択的特性を満たすカーボンブラックの独特な
光学的アグリゲート形状に基づくものと推測される。 【００２１】 【実施例】 実施例１〜３、比較例１〜３ 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に燃焼バーナー
を装着した燃焼室（直径800mm 、長さ800mm)を設置し、
該燃焼室と同軸的に連結する第１段狭径反応域（直径23
0mm 、長さ 500mm) 、第２段反応域（直径150mm 、長さ
700mm)および引き続く広径反応室（直径400mm)とからな
り、前記第１段反応域と第２段反応域に原料油を分割導
入するための噴射ノズルを設置して構成されたオイルフ
ァーネス炉を用い、発生条件を変えて３種類のカーボン
ブラックを製造した。原料油としては、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、
また燃料油には、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。 【００２２】表１に発生条件、表２に得られたカーボン
ブラックの特性を実施例 No.に対応させて表示した。な
お、表２の比較例１〜３は同等のハード系特性を有しな
がら本発明の選択的特性要件を外れる従来品種のカーボ
ンブラックである。 【００２３】 【表１】 【００２４】 【表２】 表注：(1) 1.463 −0.00676 ×Ｄstモード径（表６も
同じ）。 (2) 8.478 −0.04333 ×Ｄstモード径（表６も同じ）。 【００２５】次に、これらのカーボンブラック試料を表
３に示す配合比によりスチレンブタジエンゴム(SBR) に
配合した。 【００２６】 【表３】【００２７】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、各種ゴム特性を測定
した結果を表４に示した。なお、ゴム特性の測定は下記
によった。 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メッシュ、添加量 約９
g/min. 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 【００２８】ｔａｎδ（損失係数） 岩本製作所製のVisco Elastic Spectrometer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。 【００２９】 【表４】 表注：耐摩耗指数は測定された摩耗量値を基準として比
較例３を100 とした場合の耐摩耗性の比率として表示し
た。 【００３０】表４から、実施例の結果は同比表面積レベ
ルにありながら本発明の選択的特性要件を外れる比較例
に比べ、低発熱性の指標となるｔａｎδ（損失係数）が
同等以下で耐摩耗指数が極めて向上していることが認め
られる。図２は、ｔａｎδ（損失係数）と耐摩耗指数と
の関係をグラフとして示したものである。 【００３１】実施例４〜５、比較例４〜５ 実施例１と同一のオイルファーネス炉、原料油および燃
料油を用い、表５の発生条件により２種類のカーボンブ
ラックを製造した。得られたカーボンブラックの特性
は、表６のとおりであった。なお、表６に併載した比較
例４、５は同等比表面積を有する既存のカーボンブラッ
クである。 【００３２】 【表５】【００３３】 【表６】 【００３４】ついで、各カーボンブラックを表７に示す
配合条件で天然ゴムに配合した。 【００３５】 【表７】 【００３６】表７の配合物を145 ℃の温度で40分間加硫
し、得られたゴム組成物につき各種特性を測定した。そ
の結果を表８に示した。 【００３７】 【表８】表注：耐摩耗指数は測定された摩耗量値を基準として比
較例５を 100とした場合の耐摩耗性の比率として表示し
た。 【００３８】表８から、本発明の選択的特性要件を満た
す実施例４、５は天然ゴム配合においても同比表面積レ
ベルの比較例と比べ同等の低発熱性と改善された耐摩耗
性が付与されている。図３は、ｔａｎδと耐摩耗指数と
の関係をグラフとして示したものである。 【００３９】 【発明の効果】以上のとおり、本発明のゴム組成物には
同レベルの比表面積を有するハード系カーボンブラック
と同等水準の低発熱性を保持しながら効果的に改善され
た高耐摩耗性が付与される。したがって、苛酷な走行条
件の下で優れた高速性、安定性および耐久性が要求され
る乗用車からトラック、バスに至るあらゆる車種のタイ
ヤトレッド用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準試料ＩＲＢ #６カーボンブラックを用いた
場合の光の波長に対する吸光度の変化を示した関係図で
ある。 【図２】合成ゴム(SBR) による各ゴム組成物のｔａｎδ
（損失係数）と耐摩耗指数の関係を示したグラフであ
る。 【図３】天然ゴムによる各ゴム組成物のｔａｎδ（損失
係数）と耐摩耗指数の関係を示したグラフである。
場合の光の波長に対する吸光度の変化を示した関係図で
ある。 【図２】合成ゴム(SBR) による各ゴム組成物のｔａｎδ
（損失係数）と耐摩耗指数の関係を示したグラフであ
る。 【図３】天然ゴムによる各ゴム組成物のｔａｎδ（損失
係数）と耐摩耗指数の関係を示したグラフである。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜160m2/g
、ＤＢＰ吸油量が90〜150ml/100gのハード系領域に属
し、かつ下記の選択的特性を備え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ことを特徴とするゴム組成物。 ｎ ≦ 1.463 − 0.00676 ×Ｄstモード径 ｂ ≦ 8.478 − 0.04333 ×Ｄstモード径 但し、ｎおよびｂは希薄水分散カーボンブラックの可視
光領域における吸光度(logI0/I) の波長 (λ) に対する
依存性を示す定数で、〔log(logI0/I)＝ｂ−ｎlogλ〕
式で求めた値とし、Ｄstモード径はディスクセントリフ
ュージ装置(DCF) により測定したカーボンブラックアグ
リゲートのストークスモード径を指す。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16762491A JP3407810B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | ゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16762491A JP3407810B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | ゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04363344A JPH04363344A (ja) | 1992-12-16 |
| JP3407810B2 true JP3407810B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=15853243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16762491A Expired - Lifetime JP3407810B2 (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | ゴム組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3407810B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-11 JP JP16762491A patent/JP3407810B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04363344A (ja) | 1992-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3810098B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| KR100610593B1 (ko) | 하드계 하이스트럭쳐 카본 블랙 및 그 카본 블랙을 배합한 고무 조성물 | |
| JP2631994B2 (ja) | タイヤトレッド用カーボンブラック | |
| US5100637A (en) | Carbon black for compounding into tire tread rubber | |
| JP2593113B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JPH06868B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JP3895210B2 (ja) | カーボンブラック及びそのゴム組成物 | |
| KR930002761B1 (ko) | 타이어 트레드용 카번 블랙 | |
| JP3461396B2 (ja) | タイヤトレッド用ゴム組成物 | |
| JP3407810B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JP3316249B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JP3283942B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JP2649189B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JP2593115B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JP2562338B2 (ja) | タイヤ用ゴム組成物 | |
| JP3316267B2 (ja) | タイヤトレッド用ゴム組成物 | |
| JP3320790B2 (ja) | タイヤトレッド用ゴム組成物 | |
| JP2729975B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JPH0649803B2 (ja) | タイヤトレッドゴム用カーボンブラック | |
| JP3316248B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JPH0641540B2 (ja) | タイヤトレッドゴム用カーボンブラック | |
| JPH0543740A (ja) | ゴム組成物 | |
| JP2887722B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| JPH06256579A (ja) | ゴム組成物 | |
| KR950009037B1 (ko) | 타이어 트레드 고무 용 카본블랙 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090314 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100314 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100314 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110314 Year of fee payment: 8 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120314 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120314 Year of fee payment: 9 |