JP3510656B2 - Rubber composition - Google Patents

Rubber composition

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JP3510656B2
JP3510656B2 JP34820793A JP34820793A JP3510656B2 JP 3510656 B2 JP3510656 B2 JP 3510656B2 JP 34820793 A JP34820793 A JP 34820793A JP 34820793 A JP34820793 A JP 34820793A JP 3510656 B2 JP3510656 B2 JP 3510656B2
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  • 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、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
は低燃費タイヤに有効な優れた耐摩耗性能と高い反発弾
性を兼備する低発熱性のゴム組成物に関する。 【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。 【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な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、低燃費化を対象とするタイヤトレッ
ド用ゴム部材として理想的なものとなる。 【0004】本出願人は、上記のような背反的ゴム性能
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よ
り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、既に以下のような開発
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DBP
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(I
A)の比が1.10〜1.35の範囲にあり、圧縮DBP、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) N2 SAが60〜100m2/g で、アグリゲート粒間ポア
のモード径Dp が粒子凝集体モード径( Dst) との関係
式値を一定値以下に設定したカーボンブラックを配合し
た反発弾性と耐摩耗性を高水準に併有するゴム組成物
(特開平4−209640号公報)。 【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、24M4DBP 100〜104ml/100g、Tint 95〜105 %
で、凝集体ストークスモード径の分布(△D50)を180
nm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ており、また米国特許第4548980
号明細書には、省エネルギー用タイヤトレッドラバーに
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 SA−CTABS
A≦5、24M4DBP≦110 、Tint 90〜110 、△Tint
≦−3が示されている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低燃費
タイヤに対する材質要請はますます高度化しており、前
記の先願発明によるゴム組成物でも最近の要求性能に応
えることが難しくなっているのが現状である。 【0007】本発明者らは、このような背景下での引き
続く開発研究において、窒素吸着比表面積(N2SA)が75〜
125m2/g、圧縮DBPが100 〜130ml/100gのハード系領
域に属するファーネスカーボンブラックであって、アグ
リゲートのストークス径の半値幅がストークスモード径
との関係で一定関係式値の範囲にあり、さらにアグリゲ
ート粒間のポア径分布の半値幅がポア径分布のモード径
との関係で一定関係式値の範囲内にあるカーボンブラッ
クを配合したゴム組成物は、乗用車や軽トラック用タイ
ヤトレッドとして好適なゴム物性が得られる事実を解明
した。 【0008】本発明は、上記の解明事実に基づいて開発
されたもので、その目的は乗用車や軽トラックを対象と
する低燃費タイヤのトレッド用として好適な高水準の耐
摩耗性とならびに反発弾性を兼備するゴム組成物を提供
することにある。 【0009】 【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、窒素吸着比表面積(N2S
A)が76〜118m2/g、圧縮DBPが106〜121ml
/100g のハード系領域に属し、かつ下記(1) 、(2) 式の
特性要件を充足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
配合してなることを構成上の特徴とする。但し、(1) 式においてDstはディスクセントリフュージ
ュ装置(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を、ΔDstは同ストークス
径分布の半値幅を示し、また(2) 式においてDp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
径を、ΔDpは同カーボンブラックアグリゲート粒間の
ポア径分布の半値幅を示す。 【0010】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。 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。この方法に
よるIRB#6の測定値は、76m2/gである。 圧縮DBP;ASTM D3493-85a “Standard Test
Method for Carbon Black- DibutylPhthalate Absorpti
on Number of Compressed Sample”による。この方法に
よるIRB#6の測定値は,87ml/100g である。 【0011】Dst、ΔDst;JIS K6221(1982)
5「乾燥試料の作り方」に基づいて乾燥したカーボンブ
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ュ装置(英国Joyes Lobe
l 社製)を8000rpm の回転数に設定し、スピン液(温度
25℃の2wt%グリセリン水溶液)を10ml加えたのち、1ml
のバッファー液(温度25℃の20vol%エタノール水溶液)
を注入する。ついで温度25℃のカーボンブラック分散液
0.5mlを注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時に
記録計を作動させて図1に示す分布曲線を得る。横軸が
カーボンブラック分散液を注射器で加えてからの経過時
間を示し、縦軸がカーボンブラックの遠心沈降にともな
い変化した測定点での吸光度を表す。この分布曲線より
各時間Tを読み取り(1)式に代入して各時間に対応す
るストークス相当径を算出する。 【0012】 【数1】 【0013】ただし、η:スピン液の粘度(0.935cp) N:ディスク回転スピード(8000rpm) r1:カーボンブラック分散液注入点の半径(4.56cm) r2:吸光度測定点までの半径(4.82cm) ρCB:カーボンブラックの密度(g/cm3) ρl :スピン液の密度(1.00178g/cm3) このようにして得られたストークス相当径と吸光度の分
布曲線(図2)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IRB#6のDstモード径は
92nm、ΔDstは68nmである。 【0014】Dp 、ΔDp ;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(△V/△Dp) 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ファクターである。これらの
式はBrunらによって導かれたもので、Thermochimica Ac
ta,21(1977) 59〜88“A NEW METHOD FOR THE SIMULTANE
OUS DETERMINATION OF THE SIZE AND THE SHAPE OF POR
ES : THE THERMOPOROMETRY”に詳説されている。以上の
方法で得られた分布曲線における最大頻度のポア径をD
p モード径とし、最大頻度の50%が得られる大小2点
のポア径の差をΔDp とする。 【0015】本発明の特性を備えるファーネスカーボン
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および原料油噴射ノズルを備え
る燃焼室と、同軸的に連設された狭径反応室および広径
反応室により構成される通常のオイルフアーネス炉を用
い、原料油、燃料油、空気等の供給量の調整、酸素ガス
の添加などの条件を与えることによって製造することが
できる。 【0016】上記のファ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。 【0017】 【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、窒素吸着比表面積(N2SA)が75〜125m2/
g および圧縮DBPが100 〜130ml/100gの粒子性状はハ
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。窒素吸着比
表面積が75m2/g未満であると十分な耐摩耗性が得られ
ず、他方、125m2/gを上廻ると発熱性が増大し、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100ml/100g未満であると耐摩耗性の
面で不十分となり、一方、130ml/100gを越えるとゴム組
成物の粘度が高くなり、加工性が低下するため好ましく
ない。 【0018】DstおよびΔDstは、カーボンブラックア
グリゲートの大きさ、ならびにその分布に関係する特性
であり、ΔDstはアグリゲートのストークス相当径の分
布を示す指標となるもので、分布幅が広いと配合ゴムの
耐摩耗性など補強性が低下しまた、狭いと反発弾性が低
くなり低発熱性のものが得られない。発明者の検討によ
るとこのΔDstはDstと一定の相関を示し、上市されて
いるハード系カーボンブラックは、概ねΔDst=0.519
×Dst+16.6の関係にあることが確認されている。そし
て、ΔDstが[0.519×Dst+32.6] 値を越えると配合ゴ
ムの耐摩耗性が後退し、また[0.519×Dst+8.0]値を下
廻ると発熱性が増大する。 【0019】Dp およびΔDp は、カーボンブラックア
グリゲートの形態に関連する特性であり、カーボンブラ
ック粒子の凝集体であるアグリゲートの凝集体構造にお
いて凝集体粒子間の空隙および細孔、すなわちアグリゲ
ート粒間のポアの大きさ、ならびにその分布を示す指標
となるものである。また、アグリゲート粒間のポアの分
布は、アグリゲートの大きさのみならず、個々のアグリ
ゲートの形態のバラツキ、アグリゲート相互のネットワ
ークの仕方に影響されると推測される。最大頻度のモー
ド径Dp とポア径分布の半値幅ΔDp とは一定の相関を
示し、上市されているハード系カーボンブラックのΔD
p は概ね[0.776×Dp −16.4] ±14の関係にある。 【0020】本発明で特定したΔDp の範囲は、粒間ポ
アの分布幅がDp との関係において広いことにより特徴
付けられるが、ΔDp が[0.776×Dp +1.5]値を下廻る
と発熱性の抑制が不十分となり、一方、[0.776×Dp +
40.5] 値を越えると耐摩耗性が後退する。本発明は、Δ
Dstの範囲はDstに対して上市されているハード系カー
ボンブラックと同等の範囲であり、ΔDp の範囲がDp
との関係において広いことに特徴付けられる。これは、
カーボンブラックのアグリゲートの大きさの分布は一般
のカーボンブラックと同等でありながら、個々のアグリ
ゲートの形態、アグリゲート相互のネットワーク状態の
差異によるものと推測される。 【0021】本発明は、特定した上記のカーボンブラッ
クの諸特性が総合的に作用して、配合したゴム組成物に
優れた耐摩耗性を維持しながら高い反発弾性を有する低
発熱性能を付与することが可能となる。 【0022】 【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。 【0023】実施例1〜4、比較例1〜4 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900mm)、該
燃焼室と同軸的に連結し炉壁を貫通する原料噴射ノズル
を備える第1段狭径反応室(直径250mm 、長さ500mm)、
第2段狭径反応室(直径180mm 、長さ600mm)、第3段狭
径反応室(直径220mm 、長さ500mm)およびこれに引き続
く広径反応室(直径400mm)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 ℃)1.07
3、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。 【0024】上記の反応炉、原料油および燃料油を用
い、各狭径反応室における第1段、第2段および第3段
の原料油供給量、燃料油量、空気供給量、酸素ガスの添
加量等の生成条件を変えて8種類(実施例1〜4、比較
例1〜4)のファーネスカーボンブラックを製造した。
表1および表2にカーボンブラックの生成条件と得られ
たカーボンブラックの特性を対応させて示した。また、
表3には参考例1〜4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。 【0025】 【表1】【0026】 【表2】【0027】 【表3】【0028】次に、これらのカーボンブラック試料を表
4に示す配合比により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。 【0029】 【表4】 【0030】表4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、測定された結果を表5(実施例)表6(比較例)お
よび表7(参考例)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、添加量 約9g/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 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℃ tanδの値が小さいほど発熱度が低いことを示す。 その他の特性 JIS K6301「加硫ゴム物理試験法」によった。 【0031】 【表5】 【0032】 【表6】 【0033】 【表7】【0034】以上の結果から、本発明で特定した特性要
件を充足する実施例は、(1) 式の要件を外れる比較例
1、2および(2) 式の要件を外れる比較例3、4に比べ
て、同等レベルの比表面積を有しながら配合ゴムの耐摩
耗性が向上し、また発熱性の指標となるtanδ(損失
係数)の低下と反発弾性の向上が認められ、これらの特
性がバランス良く両立していることが判明する。また、
参考例と比較すると大幅に特性が向上しており、その他
の補強特性も高水準に維持されていることが明らかであ
る。 【0035】 【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特性を選択規制
することにより優れた耐摩耗性能と高い反発弾性を兼備
する低発熱性のゴム組成物を提供することが可能にな
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でき
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubber composition suitable as a tire tread member for passenger cars and light trucks, and more particularly to an excellent wear resistance effective for fuel-efficient tires. And a low heat generating rubber composition having high rebound resilience. 2. Description of the Related Art There are various types of carbon black for rubber reinforcement depending on the characteristics of the rubber. The characteristics of these types are main factors for determining various properties of a composition compounded in rubber. It becomes. For this reason, when compounding with rubber, means for selecting and using carbon black having a variety of characteristics suitable for the purpose of the member is usually used. [0003] For example, in recent years, fuel-efficient tires have been actively developed in order to meet the social demands for resource saving and energy saving, but such fuel-efficient tires have a relatively large particle size. A rubber composition having low heat build-up and high rebound resilience in which a large variety of carbon black is blended in a relatively small amount with a rubber component is effective. However, rubber compounding of carbon black having a large particle diameter and a small specific surface area is effective for improving fuel economy performance,
Deterioration of surface characteristics such as braking performance and abrasion resistance on wet road surfaces is inevitable. Therefore, if carbon rubber having a small particle size and a large specific surface area can be used to simultaneously impart high wear resistance and low heat build-up that provides high rebound resilience to a compounded rubber, a tire tread for fuel efficiency reduction It becomes ideal as a rubber member for use. [0004] The applicant of the present invention adds the above-mentioned reciprocal rubber performance to the characteristic aspects of the carbon black to be compounded, in particular, to the basic properties such as particle diameter, specific surface area, structure and the like, as well as more microselective properties. We have systematically continued the research to achieve this, and have already made the following development proposals. (1) Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 60m 2 / g or more, compressed DBP
A carbon black that can simultaneously impart high reinforcing performance and high rebound resilience to a compounded rubber in which the Stokes mode diameter and the distribution of aggregates are maintained at a certain value or more in a carbon black of 112 ml / 100 g or more (Japanese Patent Publication No. No. 53978)
. (2) N 2 SA: 60 m 2 / g or more, DBP: 108 ml / 100 g or more, the true specific gravity value per specific surface area is set to a specific range that 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 high abrasion resistance and high rebound resilience blended with carbon black for maintaining a width of not less than a certain value (JP-A-59-140241). (3) N 2 SA is 65 to 84 m 2 / g, N 2 SA / Iodine adsorption amount (I
The ratio of (A) is in the range of 1.10 to 1.35, and the abrasion resistance and the high wear resistance of the compounded rubber whose compression formula DBP, blackness, iodine adsorption amount and agglomerate mode diameter as variables are set to a certain value or more are set. Carbon black capable of simultaneously providing rebound resilience (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-58792). (4) When the N 2 SA is 75 to 105 m 2 / g, the compressed DBP is 110 ml / 100 g or more, the true specific gravity per specific surface area is set to a specific range lower than that of known carbon black, and the particle aggregate void diameter Carbon black (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-201367) which can combine high abrasion resistance and high rebound resilience with a compounded rubber having a distribution width per aggregate mode diameter of a certain value or more. (5) Carbon black having a N 2 SA of 60 to 100 m 2 / g and a relational expression value between the mode diameter Dp of the pores between the aggregate grains and the mode diameter (Dst) of the particle aggregate set to a certain value or less was blended. A rubber composition having both high resilience and abrasion resistance (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-209640). In addition, U.S. Pat. No. 4,360,627 discloses an N 2 SA of 85 to 95 m 2 / for tire tread rubber.
g, 24M4DBP 100-104ml / 100g, Tint 95-105%
And the distribution of aggregate Stokes mode diameter (△ D 50 ) is 180
Carbon black that achieves high abrasion resistance and high rebound resilience of at least nm is disclosed, and U.S. Pat.
In the specification, carbon black characteristics for obtaining low rolling resistance and high wet grip performance required for an energy-saving tire tread rubber include N 2 SA75-
105m 2 / g, N 2 SA-IA ≧ 15, N 2 SA-CTABS
A ≦ 5, 24M4DBP ≦ 110, Tint 90-110, ΔTint
≦ −3 is indicated. [0006] However, material requirements for fuel-efficient tires are becoming more and more advanced, and it is difficult for the rubber composition according to the prior invention to meet recent performance requirements. is the current situation. [0007] The inventors of the present invention have succeeded in developing research on such a background and have found that the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 75 to 75%.
Furnace carbon black belonging to a hard region of 125 m 2 / g and a compressed DBP of 100 to 130 ml / 100 g, wherein the half-width of the Stokes diameter of the aggregate is in the range of a constant relational expression value in relation to the Stokes mode diameter. Further, a rubber composition containing carbon black in which the half width of the pore diameter distribution between aggregate grains is within a range of a constant relational expression value in relation to the mode diameter of the pore diameter distribution is a tire tread for passenger cars and light trucks. The fact that suitable rubber physical properties were obtained was elucidated. The present invention has been developed on the basis of the above facts, and has an object to provide a high level of wear resistance and rebound resilience suitable for treads of fuel-efficient tires for passenger cars and light trucks. Another object of the present invention is to provide a rubber composition having the following. [0009] The rubber composition according to the present invention for achieving the above object has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 S
A): 76-118 m 2 / g, compressed DBP: 106-121 ml
Furnace carbon black that belongs to the hard system region of / 100 g and satisfies the characteristic requirements of the following formulas (1) and (2) is blended at a ratio of 35 to 100 parts by weight to 100 parts by weight of the rubber component. Is a structural feature. However, in the equation (1), Dst represents the Stokes mode diameter of the carbon black aggregate measured by the disk centrifuge (DCF), ΔDst represents the half width of the Stokes diameter distribution, and Dp in the equation (2) The mode frequency of the maximum frequency in the pore size distribution between the carbon black aggregate particles measured by a differential scanning calorimeter (DSC) is shown, and ΔDp is the half width of the pore size distribution between the carbon black aggregate particles. The values obtained by the following measuring methods are used for the respective characteristics of the carbon black having the above-mentioned structure. Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA); ASTM D3037-88 “St
andard Test Method for Carbon Black-SurfaceArea by
According to Nitrogen Absorption “Method B. The measured value of IRB # 6 by this method is 76 m 2 / g. Compressed DBP; ASTM D3493-85a“ Standard Test
Method for Carbon Black- DibutylPhthalate Absorpti
on Number of Compressed Sample ”. The measured value of IRB # 6 by this method is 87 ml / 100 g. Dst, ΔDst; JIS K6221 (1982)
5 A dry carbon black sample was mixed with a 20 vol% ethanol aqueous solution containing a small amount of a surfactant to prepare a dispersion liquid with a carbon black concentration of 50 mg / l based on "How to make a dry sample". To make a sample. Disc Centrifuge (Joyes Lobe, UK)
l) set to 8000 rpm and spin liquid (temperature
After adding 10 ml of 2 wt% glycerin aqueous solution at 25 ° C, 1 ml
Buffer solution (20 vol% ethanol aqueous solution at 25 ° C)
Inject. Next, a carbon black dispersion at a temperature of 25 ° C
After 0.5 ml has been added by syringe, centrifugation is started and at the same time the recorder is activated to obtain the distribution curve shown in FIG. The horizontal axis shows the elapsed time after adding the carbon black dispersion with a syringe, and the vertical axis shows the absorbance at a measurement point that changed with the centrifugal sedimentation of the carbon black. Each time T is read from this distribution curve and substituted into the equation (1) to calculate the Stokes equivalent diameter corresponding to each time. ## EQU1 ## Where η: viscosity of the spin solution (0.935 cp) N: disk rotation speed (8000 rpm) r 1 : radius of carbon black dispersion injection point (4.56 cm) r 2 : radius to absorbance measurement point (4.82 cm) ) [rho CB: density of the carbon black (g / cm 3) ρ l : density of the spin fluid (1.00178g / cm 3) maximum frequency in the distribution curve of the thus Stokes equivalent diameter and the absorbance obtained (FIG. 2) Is the Dst mode diameter (nm), and the difference between the Stokes equivalent diameters of the two large and small points at which 50% of the maximum frequency is obtained is ΔDst (nm).
And The Dst mode diameter of IRB # 6 according to this measurement method is 92 nm, and ΔDst is 68 nm. Dp, ΔDp; JIS K6221 (1982) 5
After drying based on “How to make a dry sample”, a precisely weighed carbon black sample is mixed with distilled water to prepare a paste having a carbon black concentration of 0.250 g / cm 3 , and sufficiently dispersed by ultrasonic waves. Within 10 minutes after ultrasonic dispersion, measurement of the distribution of pores between aggregate particles is started using a differential scanning calorimeter (DSC, DSC30 manufactured by Mettler). In this case, the amount of the paste to be collected 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., -0.1 ° C (0.1 ° C lower than the freezing point of distilled water)
Hold 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, the peak height (y) at each temperature (in increments of 0.1 ° C) is read from the compensation energy chart obtained in step (2), and the pore diameter between aggregate particles (Dp) is obtained from the following equations (1) and (2). ) And pore size distribution (△ V / △ Dp). Dp = (135.34 / ΔT) +1.14 (1) ΔV / ΔDp = K · (ΔT) 2 / (Wa × y) (2) In the equations (1) and (2), ΔT represents distilled water. The freezing point depression width, Wa is the heat of solidification of distilled water, and K is a factor taking into account the sensitivity of the DSC device and the mass of the sample. These formulas were derived by Brun et al.
ta, 21 (1977) 59-88 “A NEW METHOD FOR THE SIMULTANE
OUS DETERMINATION OF THE SIZE AND THE SHAPE OF POR
ES: THE THERMOPOROMETRY ”. The maximum frequency pore diameter in the distribution curve obtained by the above method is D
The difference between the pore diameters of the two large and small points at which 50% of the maximum frequency is obtained is ΔDp. Furnace carbon black having the characteristics of the present invention is coaxially connected to a combustion chamber having a tangential air supply port at the furnace head and a combustion burner and a feed oil injection nozzle mounted in the furnace axis direction. It is manufactured by using a normal oil furnace composed of a narrow-diameter reaction chamber and a wide-diameter reaction chamber, and adjusting the supply amounts of raw oil, fuel oil, air, etc., and adding oxygen gas and other conditions. be able to. The above-mentioned furnace carbon black is blended with elastomers 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 rubbers in accordance with a conventional method. The mixing ratio of carbon black is 35 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component, and it is kneaded together with necessary components such as a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, an antioxidant, a vulcanizing aid, a softener, and a plasticizer. Thus, the rubber composition of the present invention is obtained. In the furnace carbon black characteristic items specified in the present invention, the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 75 to 125 m 2 /
g and the particle properties of the compressed DBP of 100 to 130 ml / 100 g belong to the hard system region, and are prerequisites for maintaining high abrasion resistance and moderate heat generation in the compounded rubber. If the nitrogen adsorption specific surface area is less than 75 m 2 / g, sufficient abrasion resistance cannot be obtained, while if it exceeds 125 m 2 / g, heat generation increases, making it difficult to use as carbon black for fuel-efficient tires It becomes.
If the compression DBP is less than 100 ml / 100 g, the abrasion resistance becomes insufficient. On the other hand, if the compression DBP exceeds 130 ml / 100 g, the viscosity of the rubber composition becomes high, and the processability deteriorates, which is not preferable. Dst and ΔDst are characteristics relating to the size and distribution of the carbon black aggregate. ΔDst is an index indicating the distribution of the Stokes equivalent diameter of the aggregate. Reinforcing properties such as abrasion resistance of rubber are reduced, and if the rubber is narrow, rebound resilience is reduced and a low heat-generating material cannot be obtained. According to the study by the inventor, this ΔDst shows a certain correlation with Dst, and the marketed hard carbon black generally has ΔDst = 0.519.
It has been confirmed that there is a relationship of × Dst + 16.6. When ΔDst exceeds the value [0.519 × Dst + 32.6], the wear resistance of the compounded rubber decreases, and when the value falls below the value [0.519 × Dst + 8.0], the heat generation increases. Dp and ΔDp are properties related to the morphology of the carbon black aggregates. In the aggregate structure of the aggregates, which are aggregates of carbon black particles, voids and pores between the aggregate particles, that is, aggregate particles It is an index indicating the size of the pores between them, and their distribution. In addition, it is assumed that the distribution of pores between aggregate grains is affected not only by the size of the aggregate, but also by the variation in the form of each aggregate and the manner of networking between aggregates. The mode diameter Dp at the maximum frequency and the half-value width ΔDp of the pore diameter distribution show a constant correlation, and the ΔD of the hard carbon black marketed
p generally has a relationship of [0.776 × Dp−16.4] ± 14. The range of ΔDp specified in the present invention is characterized by the fact that the distribution width of intergranular pores is wide in relation to Dp, but when ΔDp falls below the value of [0.776 × Dp + 1.5], the exothermicity increases. Is insufficiently controlled, while [0.776 × Dp +
40.5], the wear resistance deteriorates. The present invention provides a Δ
The range of Dst is the same as that of the hard carbon black marketed to Dst, and the range of ΔDp is Dp.
Is characterized by a wide range of relationships. this is,
It is presumed that the size distribution of the aggregate of carbon black is the same as that of general carbon black, but is due to the difference in the form of each aggregate and the network state of the aggregates. In the present invention, the above-mentioned various properties of the carbon black comprehensively act to provide the compounded rubber composition with low heat generation performance having high rebound resilience while maintaining excellent wear resistance. It becomes possible. EXAMPLES Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples. Examples 1-4, Comparative Examples 1-4 A combustion chamber (diameter 900 mm, length 900 mm) having a tangential air supply port at the furnace head and a combustion burner mounted in the furnace axis direction, coaxial with the combustion chamber First-stage narrow-diameter reaction chamber (diameter 250 mm, length 500 mm) equipped with a raw material injection nozzle that is connected to the furnace wall and penetrates the furnace wall,
An oil furnace composed of a second-stage narrow-diameter reaction chamber (diameter 180 mm, length 600 mm), a third-stage narrow-diameter reaction chamber (diameter 220 mm, length 500 mm) and a wide-diameter reaction chamber (diameter 400 mm) following this A furnace was installed. For feedstock, specific gravity (15/4 ° C) 1.07
3.Viscosity (Engler 40/20 ℃) 2.10, toluene insoluble matter
0.03%, aromatic hydrocarbon oil with a correlation coefficient (BMCI) of 140, specific gravity (15/4 ℃) 0.903, viscosity (Cst / 50
° C), a hydrocarbon oil having a residual carbon content of 5.4% and a flash point of 96 ° C was used. Using the above-mentioned reactor, raw material oil and fuel oil, the first stage, second stage and third stage raw material supply amount, fuel oil amount, air supply amount, oxygen gas Eight types (Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 4) of furnace carbon blacks were produced by changing the production conditions such as the amount of addition.
Tables 1 and 2 show the conditions for forming carbon black and the characteristics of the obtained carbon black in association with each other. Also,
Table 3 shows the characteristics of commercially available hard carbon black varieties as Reference Examples 1 to 4. [Table 1] [Table 2] [Table 3] Next, these carbon black samples were compounded in styrene-butadiene rubber [JSR1712, manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.] at the compounding ratio shown in Table 4. [Table 4] Each rubber composition obtained by vulcanizing the composition of Table 4 at a temperature of 145 ° C. for 50 minutes was subjected to various rubber tests, and the measured results are shown in Table 5 (Example) and Table 6 (Comparative Example). ) And Table 7 (Reference Example). In addition, the measurement of the rubber characteristic was based on the following. Using a wear amount Lambourn abrasion tester (mechanical slip mechanism),
The measurement was performed 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 / min. Relative slip ratio between emery wheel surface and test piece: 24 %,
60% Test piece rotation speed: 535 rpm Test load: 4 kg tan δ (loss coefficient) It was measured under the following conditions using a Visco Elastic Spectrometer manufactured by Iwamoto Seisakusho. Test piece: thickness 2 mm, length 30 mm, width 5 mm Frequency: 50 Hz Dynamic strain rate: 1.2% Temperature: 60 ° C. The smaller the value of tan δ, the lower the heat generation. Other properties According to JIS K6301 “Vulcanized rubber physical test method”. [Table 5] [Table 6] [Table 7] From the above results, Examples satisfying the characteristic requirements specified in the present invention are Comparative Examples 1 and 2 which do not satisfy the requirement of the expression (1) and Comparative Examples 3 and 4 which do not satisfy the requirement of the expression (2). In comparison, the abrasion resistance of the compounded rubber is improved while having the same specific surface area, and a reduction in tan δ (loss coefficient), which is an index of heat generation, and an improvement in rebound resilience are recognized, and these characteristics are balanced. It turns out that they are well compatible. Also,
It is clear that the characteristics are significantly improved as compared with the reference example, and the other reinforcing characteristics are also maintained at a high level. As described above, according to the present invention, by controlling the micro characteristics of carbon black different from those of the prior art, low heat build-up with excellent abrasion resistance and high rebound resilience can be achieved. It becomes possible to provide a rubber composition. 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.

【図面の簡単な説明】 【図1】カーボンブラック分散液を加えてからの経過時
間とカーボンブラックの遠心沈降による吸光度の変化を
示した分布曲線である。 【図2】ストークス相当径 (Dst) と吸光度の関係を示
す分布曲線、およびDstモード径とΔDstの説明図であ
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a distribution curve showing changes in absorbance due to centrifugal sedimentation of carbon black and the elapsed time after adding a carbon black dispersion. FIG. 2 is a distribution curve showing the relationship between Stokes equivalent diameter (Dst) and absorbance, and an explanatory diagram of Dst mode diameter and ΔDst.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 21/00 - 21/02 C08K 3/00 - 3/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C08L 21/00-21/02 C08K 3/00-3/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 窒素吸着比表面積(N2SA)が76〜118
m2/g、圧縮DBPが106〜121ml/100g のハード系
領域に属し、かつ下記(1) 、(2) 式の特性要件を充足す
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こと
を特徴とするゴム組成物。 但し、(1) 式においてDstはディスクセントリフュージ
ュ装置(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を、ΔDstは同ストークス
径分布の半値幅を示し、また(2) 式においてDp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
径を、ΔDpは同カーボンブラックアグリゲート粒間の
ポア径分布の半値幅を示す。
(57) Claims 1. The nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 76 to 118.
Furnace carbon black, which belongs to a hard type region of m 2 / g and a compressed DBP of 106 to 121 ml / 100 g and satisfies the characteristic requirements of the following formulas (1) and (2), was added in an amount of 35 parts per 100 parts by weight of the rubber component. A rubber composition characterized by being blended in a proportion of 100 parts by weight. However, in the equation (1), Dst represents the Stokes mode diameter of the carbon black aggregate measured by the disk centrifuge (DCF), ΔDst represents the half width of the Stokes diameter distribution, and Dp in the equation (2) The mode frequency of the maximum frequency in the pore diameter distribution between the carbon black aggregate particles measured by a differential scanning calorimeter (DSC) is shown, and ΔDp is the half width of the pore diameter distribution between the carbon black aggregate particles.
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