JP3816541B2 - Rubber composition - Google Patents

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【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、トラック、バス等に装着する大型タイヤ用のトレッド部材として好適なゴム組成物、詳しくは優れた耐摩耗性能と低発熱性を兼備する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、トラック、バス等の大型タイヤトレッドのように過酷な走行条件において高度の耐摩耗性が要求されるゴム部材に対しては、SAF(N110)、ISAF(N220)のような粒子径が小さくて比表面積が大きなカーボンブラックを適用することが有効とされている。ところが、この種のハード系カーボンブラックは配合ゴムの発熱性を増大させる性質があるため、タイヤトレッドとした場合に走行中の蓄熱による内部構造の破壊や構成材料の老化を促進させる危険性がある。また近時、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いるが、低燃費タイヤの開発には低発熱性の付与が不可欠の要素となる。このため、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。
【0004】
本出願人は、上述した背反的なゴム性能を、配合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ゴム組成物(特開昭59−140241号公報) 。
(3) 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径分布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) 。
(4) 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(特開平63−179941号公報) 。
(5) 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) 。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これら先行技術によれば大型タイヤトレッド用として改善された高耐摩耗性と低発熱性を兼備するゴム組成物を得ることができる。しかし、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、より高水準の耐摩耗性と低発熱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。
【0006】
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、トラック、バス等を対象とする大型タイヤのトレッド部材として好適な高耐摩耗性と低発熱性を兼備するゴム組成物を提供することにある。
【0007】
【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100〜160m2/g、圧縮DBPが95〜115ml/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) 5≦N2 SA−IA≦15
(2) 1.13Dstモード径−40.92 ≦ΔDst≦1.13Dstモード径−30.92
(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。
【0008】
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“Standard Test Method for Carbon Black-CTAB(Cetyltrimethylammonium 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、77m2/gである。
圧縮DBP(24M4DBP) ;
ASTM D3493−91“Standard Test Method for Carbon Black −n-Dibutyl Phthalate Absorption Number of Compressed Sample”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。
2 SA(窒素吸着比表面積);
ASTM D3037−88“Standard Test Method for Carbon Black-Surface 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、80mg/gである。
【0009】
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 Lobel 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IRB #6のDstモード径は92nm、ΔDstは68nmである。
【0010】
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。
▲1▼室温から−80℃まで急冷する。
▲2▼−80℃から−5℃まで10℃/min. の速度で加熱する。
▲3▼−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。
▲4▼−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、▲4▼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,21(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、95.3nmである。
【0011】
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25〜2000lb/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IRB #6のDmpモード径は、40nmである。
【0012】
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と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。
【0013】
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。
【0014】
【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100〜160m2/gと圧縮DBP95〜115ml/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。CTAB比表面積が100m2/g未満であると大型タイヤ用として十分な耐摩耗性が付与されず、他方、160m2/gを上廻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しないうえ、発熱性も増大することから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95ml/100g 未満であると耐摩耗性の面で不十分となり、115ml/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。
【0015】
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5未満では低燃費タイヤ用の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15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(ΔDst)は、広くなり過ぎると耐摩耗性の後退が大きくなり、逆に狭くなり過ぎ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−40.92 ≦ΔDst≦1.13Dstモード径−30.92 〕の範囲が、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。
【0016】
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ーとなるもので、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95.3nm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、配合ゴムに対し低発熱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。
【0017】
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、ゴム組成物に優れた耐摩耗性能と高水準の反発弾性を示す低発熱性能を同時に付与することが可能となる。
【0018】
【実施例】
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250mm 、長さ500mm)、第2段狭径反応室(直径160mm 、長さ600mm)、第3段狭径反応室(直径180mm 、長さ600mm)、および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 ℃)1.073、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。
【0019】
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。
【0020】
【表1】

Figure 0003816541
【0021】
【表2】
Figure 0003816541
【0022】
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天然ゴムに配合した。
【0023】
【表3】
Figure 0003816541
【0024】
表3の配合物を145℃の温度で40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)および表5(比較例、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2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、tanδ(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/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
【0025】
tanδ(損失係数);
Visco Elastic Spectrometer(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。
【0026】
【表4】
Figure 0003816541
【0027】
【表5】
Figure 0003816541
【0028】
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tanδ(損失係数)と耐摩耗性が相対的に同時に改善され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。
【0029】
【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トラック、バス等を対象とする大型タイヤ用トレッド部材として好適な高い反発弾性を備える低発熱性と優れた耐摩耗性能を兼備するゴム組成物を提供することができる。したがって、トラックやバスに装着して効果的な低燃費化を図ることが可能となる。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a rubber composition suitable as a tread member for a large tire to be mounted on a truck, a bus or the like, and more particularly to a rubber composition having both excellent wear resistance and low heat build-up.
[0002]
[Prior art]
There are various varieties of carbon black for reinforcing rubber depending on the characteristics of the rubber, and these varieties are the main factors for determining the performance of the composition blended with rubber. For this reason, a means for selecting and using carbon black having a variety of characteristics suitable for member applications is usually used in blending with rubber.
[0003]
For example, for rubber members that require a high degree of wear resistance under severe driving conditions such as large tire treads for trucks, buses, etc., the particle size is small such as SAF (N110) and ISAF (N220). Therefore, it is effective to apply carbon black having a large specific surface area. However, since this type of hard carbon black has the property of increasing the heat build-up of the compounded rubber, there is a risk of accelerating the destruction of the internal structure and the aging of the constituent materials due to heat storage during running when the tire tread is used. . Recently, low fuel consumption tires have been actively developed in order to meet social demands for resource and energy savings. However, in order to develop low fuel consumption tires, imparting low heat generation is an indispensable element. For this reason, if carbon black with 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 gives high resilience to the compounded rubber, it is ideal as a rubber member for tire treads. It will be something.
[0004]
The present applicant has conducted research to balance the above-mentioned contradictory rubber performance by adding more micro-selective characteristics in addition to the basic characteristics such as particle diameter, specific surface area, and structure of compounded carbon black. It has continued systematically and has already made the following development proposals.
(1) Carbon black in which the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 60 m 2 / g or more and the compressed DBP is 112 ml / 100 g or more, and the Stokes mode diameter and the distribution of the aggregates are maintained at a certain value or more. (Japanese Patent Publication No. 1-53978).
(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 significantly lower than that of known carbon black, and coloring power and distribution per aggregate mode diameter A rubber composition containing carbon black having a characteristic of maintaining a width above a certain value (Japanese Patent Laid-Open No. 59-140241).
(3) A rubber composition containing carbon black having an N 2 SA in the range of 100 to 200 m 2 / g and having a broad aggregate Stokes diameter distribution relative to the particle diameter (Japanese Patent Laid-Open No. 63-112638) Issue gazette).
(4) A rubber composition containing carbon black having N 2 SA in the range of 70 to 185 m 2 / g and having two local maximum points in the aggregate Stokes diameter distribution (Japanese Patent Laid-Open No. 63-179941) )
(5) Carbon in which N 2 SA is in a range of 110 to 155 m 2 / g, and a value defined by a formula using DBP, compressed DBP, blackness, N 2 SA, and iodine adsorption amount as a variable is in a specific range. A rubber composition containing black (Japanese Patent Laid-Open No. 63-297439).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to these prior arts, it is possible to obtain a rubber composition having both high wear resistance and low heat build-up improved for large tire treads. However, the quality requirements for fuel-efficient tires are becoming increasingly sophisticated, and the current situation is that there is a continuing demand for the development of rubber compositions that achieve a higher level of wear resistance and low heat generation.
[0006]
Based on such a request, the present invention has been developed by elucidating the technical causal relationship between the particle colloidal properties of carbon black different from the prior art and the compounded rubber performance, and its purpose is trucks, buses, etc. An object of the present invention is to provide a rubber composition having both high wear resistance and low heat generation suitable as a tread member of a large tire targeting the above.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The rubber composition according to the present invention for achieving the above object belongs to a hard system region having a CTAB specific surface area of 100 to 160 m 2 / g and a compressed DBP of 95 to 115 ml / 100 g, and has the following relational formula (1) A feature of the constitution is that the furnace carbon black having the selective characteristics according to the above (3) is blended at a ratio of 35 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component.
(1) 5 ≦ N 2 SA-IA ≦ 15
(2) 1.13 Dst mode diameter −40.92 ≦ ΔDst ≦ 1.13 Dst mode diameter −30.92
(3) Dp mode diameter ≤ 2.66 Dmp mode diameter -15.516
In the formula (1), N 2 SA represents the nitrogen adsorption specific surface area, and IA represents the iodine adsorption amount. The Dst mode diameter in the equation (2) indicates the Stokes mode diameter of the carbon black aggregate measured by the disc centrifuging device (DCF), and ΔDst indicates the half width of the Stokes diameter distribution. The Dp mode diameter in equation (3) is the maximum frequency mode diameter in the pore diameter distribution between carbon black aggregate grains measured by a differential scanning calorimeter (DSC), and the Dmp mode diameter is carbon black obtained by the mercury intrusion method. The maximum frequency mode diameter in the pore diameter distribution between aggregate grains is shown.
[0008]
Values obtained by the following measuring methods are used for the characteristics of the carbon black having the above-described configuration.
CTAB specific surface area;
According to ASTM D3765-89 “Standard Test Method for Carbon Black-CTAB (Cetyltrimethylammonium Bromide) Surface Area”. The measured CTAB specific surface area of IRB # 6 by this method is 77 m 2 / g.
Compressed DBP (24M4DBP);
According to ASTM D3493-91 "Standard Test Method for Carbon Black-N-Dibutyl Phthalate Absorption Number of Compressed Sample". The measured value of the compressed DBP oil absorption of IRB # 6 by this method is 87 ml / 100 g.
N 2 SA (nitrogen adsorption specific surface area);
According to ASTM D3037-88 “Standard Test Method for Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Absorption” Method B. The measured N 2 SA value of IRB # 6 by this method is 76 m 2 / g.
IA (iodine adsorption amount);
According to JIS K6221 (1982) “Testing method of carbon black for rubber”, 6.1.1. The measured iodine adsorption of IRB # 6 by this method is 80 mg / g.
[0009]
Dst mode diameter, ΔDst;
A dry carbon black sample is mixed with a 20 vol% aqueous ethanol 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 to prepare a sample. The disc centrifuging device (manufactured by Joyes Lobel, UK) is set at a rotation speed of 8000 rpm, 10 ml of spin solution (2 wt% glycerin aqueous solution) is added, and 1 ml of buffer solution (20 vol% ethanol aqueous solution) is injected. Next, 0.5 ml of the carbon black dispersion is added with a syringe to start centrifugal sedimentation, and at the same time, the recorder is operated to create a distribution curve of the Stokes equivalent diameter of the carbon black aggregate optically. The Stokes equivalent diameter of the maximum frequency in the obtained distribution curve is defined as the Dst mode diameter (nm), and the difference between the two large and small Stokes equivalent diameters at which 50% of the maximum frequency is obtained is defined as ΔDst (nm). IRB # 6 obtained by this measurement method has a Dst mode diameter of 92 nm and ΔDst of 68 nm.
[0010]
Dp mode diameter;
After drying according to JIS K6221 (1982) 5 “How to make a dry sample”, a precisely-collected carbon black sample is mixed with distilled water to prepare a paste having a carbon black concentration of 0.250 g / cm 3. Thoroughly disperse with sound waves. Within 10 minutes after ultrasonic dispersion, measurement of the distribution of aggregate intergranular pores is started with a differential scanning calorimeter (DSC, DSC30 manufactured by Mettler). In this case, the amount of paste collected is in the range of about 3 to 5 mg. After being put in an aluminum sample container and sealed, the mass of the paste is confirmed and set in the DSC apparatus. Then, measure in the next step.
(1) Rapidly cool from room temperature to -80 ° C.
(2) Heat from −80 ° C. to −5 ° C. at a rate of 10 ° C./min.
(3) Heat from −5 ° C. to −0.1 ° C. at a rate of 1 ° C./min., And hold at −0.1 ° C. (temperature lower by 0.1 ° C. than the freezing point of distilled water) for 10 minutes.
(4) 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) of each temperature (in increments of 0.1 ° C) is read from the compensation energy chart obtained in step (4), and the pores between the aggregate grains are calculated from the following equations (1) and (2). Diameter (Dp) and pore diameter distribution (ΔV / ΔDp) are obtained.
Dp = (135.34 / ΔT) +1.14 (1)
ΔV / ΔDp = K · (ΔT) 2 / (Wa · y) (2)
In equations (1) and (2), ΔT is the freezing point depression width of distilled water, Wa is the heat of solidification of distilled water, and K is a coefficient taking into account the sensitivity of the DSC apparatus and the mass of the sample. These equations were derived by Brun et al. And are described in detail in Thermochimica Acta, 21 (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.
[0011]
Dmp mode diameter;
After charging 0.2 g of carbon black pellets adjusted to a particle size of 0.25 to 0.50 mm in a special cell (3 ml) of a mercury porosimeter (Pore Sizer 9300 manufactured by Micromeritics), a pressure of 25 to 2000 lb / in 2 Press the mercury in the range of, and measure the pressure at the point where the amount of mercury intrusion increases rapidly. From this pressure value, the pore diameter between aggregate grains of carbon black is calculated and set as the Dmp mode diameter (nm). The Dmp mode diameter of IRB # 6 measured by this method is 40 nm.
[0012]
A furnace carbon black having the characteristics of the present invention comprises a combustion chamber having a tangential air supply port at the furnace head and a combustion burner mounted in the furnace axial direction, and a feedstock oil coaxially connected to the combustion chamber. Using an oil furnace furnace composed of multistage narrow and wide diameter reaction chambers with injection nozzles, the conditions for dividing and introducing the feedstock oil, the amount of fuel oil and air, and the conditions for adding oxygen gas are adjusted. Can be manufactured.
[0013]
The above furnace carbon black is blended in accordance with conventional methods into elastomers such as natural rubber, styrene butadiene rubber, polybutadiene rubber, isoprene rubber, butyl rubber, other rubbers that can be reinforced with conventional carbon black, and mixed rubber. 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 kneaded together with necessary components such as a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, an anti-aging agent, a vulcanization aid, a softening agent, and a plasticizer. Thus, the rubber composition of the present invention is obtained.
[0014]
[Action]
Among the furnace carbon black characteristic items specified in the present invention, the particle properties of CTAB specific surface area of 100 to 160 m 2 / g and compressed DBP of 95 to 115 ml / 100 g belong to the hard system region. This is a precondition for maintaining exothermicity. If the CTAB specific surface area is less than 100 m 2 / g, sufficient wear resistance for large tires will not be imparted. On the other hand, if it exceeds 160 m 2 / g, the dispersibility for rubber will deteriorate and the wear resistance will be smooth. Since it does not improve and heat build-up increases, it becomes difficult to use it as carbon black for low fuel consumption tires. On the other hand, if the compressed DBP is less than 95 ml / 100 g, the wear resistance is insufficient, and if it exceeds 115 ml / 100 g, the viscosity at the time of rubber blending increases and the workability is lowered.
[0015]
The characteristic of the relational expression (1) is an element that mainly suppresses heat generation. When the value of (N 2 SA-IA) is less than 5, the heat generation required for a rubber composition for a fuel-efficient tire is reduced. On the other hand, if this value exceeds 15, the viscosity at the time of rubber compounding becomes high and the practicality becomes poor. If the aggregate distribution (ΔDst) of the carbon black involved in the relational expression (2) becomes too wide, the wear resistance retreat becomes large, and conversely, if it becomes too narrow, the effect of suppressing the heat generation is reduced. Therefore, the range of [1.13 Dst mode diameter −40.92 ≦ ΔDst ≦ 1.13 Dst mode diameter −30.92] regulated by the relational expression (2) is optimal for imparting a high level of wear resistance and low heat generation to the compounded rubber. The aggregate distribution range is large.
[0016]
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 an aggregate (aggregate) in which carbon black is firmly fused and bonded, and the value varies depending on the measurement method. The Dp mode diameter measured by a differential scanning calorimeter (DSC) is the pore diameter between aggregate grains in a state where carbon black is dispersed in distilled water, and therefore, compared with the Dmp mode diameter obtained by the mercury intrusion method. The measured value increases. According to the study by the inventors, it was confirmed that general carbon black on the market has a relationship of the following formula.
Dp mode diameter = (2.66 Dmp mode diameter−8.343) ± 5
For example, the measured value of the Dp mode diameter of IRB # 6 is 95.3 nm, but this value falls within the range of the Dp mode diameter (93.1 to 103.1 nm) according to the above formula calculated from the measured Dmp mode diameter of 40 nm. Yes. The Dp mode diameter of the carbon black showing the selective characteristics of the present invention is lower than the value calculated from the above formula in relation to the Dmp mode diameter, and this is specified by the relational expression (3) (2.66 Dmp mode). When it is located at a level equal to or less than the calculated value of diameter-15.516), it functions effectively to improve the wear resistance without impairing the low heat build-up of the compounded rubber.
[0017]
The unique properties and functions of the furnace carbon black blended as described above work together, giving the rubber composition an excellent wear resistance and a low exothermic performance with a high level of resilience at the same time. It becomes.
[0018]
【Example】
Examples 1-4, Comparative Examples 1-3, Reference Examples 1-3
Combustion chamber (diameter: 900 mm, length: 1000 mm) having a tangential air supply port at the head of the furnace and a combustion burner mounted in the direction of the furnace axis, and a feed oil injection nozzle coaxially connected to the combustion chamber and penetrating through the furnace wall First stage narrow diameter reaction chamber (diameter 250 mm, length 500 mm), second stage narrow diameter reaction chamber (diameter 160 mm, length 600 mm), third stage narrow diameter reaction chamber (diameter 180 mm, length 600 mm), And an oil furnace furnace composed of a subsequent wide-diameter reaction chamber (diameter 400 mm) was installed. The feedstock is an aromatic hydrocarbon oil with a specific gravity (15/4 ° C) of 1.073, viscosity (Engler 40/20 ° C) of 2.10, toluene insoluble content of 0.03%, and a correlation coefficient (BMCI) of 140. The fuel oil used was a hydrocarbon oil having a specific gravity (15/4 ° C) of 0.903, a viscosity (cst / 50 ° C) of 16.1, a residual carbon content of 5.4%, and a flash point of 96 ° C.
[0019]
Manufacture furnace carbon black using the above reactor, feedstock oil and fuel oil by changing the production conditions such as the split feed rate, feed rate, air feed rate, oxygen gas feed rate, etc. did. The characteristics of the obtained carbon black are shown in Table 1 corresponding to the generation conditions. Table 2 shows the characteristics of commercially available hard carbon black varieties as Reference Examples 1 to 3.
[0020]
[Table 1]
Figure 0003816541
[0021]
[Table 2]
Figure 0003816541
[0022]
Next, each carbon black sample of Table 1 and Table 2 was blended with natural rubber at a blending ratio shown in Table 3.
[0023]
[Table 3]
Figure 0003816541
[0024]
Various rubber tests were performed on each rubber composition obtained by vulcanizing the blends of Table 3 at a temperature of 145 ° C. for 40 minutes, and the measurement results are shown in Table 4 (Examples) and Table 5 (Comparative Examples, Reference Examples). )Pointing out toungue. The rubber properties were measured as follows. Of these, the amount of wear was shown as a relative index when the carbon black of Reference Example 2 was taken as 100. Further, tan δ (loss factor) is an index of heat generation, and the lower the measured value, the lower the heat generation.
Amount of wear;
Using a 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, grain size # 80, hardness H
Added carborundum powder: particle size # 80, added amount about 9g / min.
Relative slip ratio between emery wheel surface and specimen: 24%, 60%
Test piece rotation speed: 535 rpm
Test load: 4kg
[0025]
tan δ (loss factor);
Measurement was performed under the following conditions using a Visco Elastic Spectrometer (manufactured by Iwamoto Seisakusho).
Test piece: 2mm thick, 30mm long, 5mm wide
Frequency: 50Hz
Dynamic distortion: 1.2%
Temperature: 60 ° C
Other characteristics;
According to JIS K6301 "Vulcanized Rubber Physical Test Method".
[0026]
[Table 4]
Figure 0003816541
[0027]
[Table 5]
Figure 0003816541
[0028]
From Tables 4 and 5, the results of the examples are the same level of N 2 SA, but the tan δ (loss factor) that is an index of heat generation compared to the comparative examples and reference examples that deviate from the selective characteristic requirements of the present invention. It can be seen that the wear resistance is improved relatively simultaneously. It can also be seen that other reinforcing properties are maintained at a high level.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, low heat generation with high resilience suitable as a tread member for large tires for trucks, buses, etc. by selectively regulating the micro colloidal properties of carbon black different from the prior art. It is possible to provide a rubber composition having both properties and excellent wear resistance. Therefore, it is possible to achieve an effective reduction in fuel consumption by being mounted on a truck or bus.

Claims (1)

CTAB比表面積が100〜160m2/g、圧縮DBPが95〜115ml/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) 5≦N2 SA−IA≦15
(2) 1.13Dstモード径−40.92 ≦ΔDst≦1.13Dstモード径−30.92
(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。
Furnace carbon black belonging to a hard system region having a CTAB specific surface area of 100 to 160 m 2 / g and a compressed DBP of 95 to 115 ml / 100 g and having selective characteristics according to the following relational expressions (1) to (3) A rubber composition comprising 35 to 100 parts by weight per 100 parts by weight of the component.
(1) 5 ≦ N 2 SA-IA ≦ 15
(2) 1.13 Dst mode diameter −40.92 ≦ ΔDst ≦ 1.13 Dst mode diameter −30.92
(3) Dp mode diameter ≤ 2.66 Dmp mode diameter -15.516
In the formula (1), N 2 SA represents the nitrogen adsorption specific surface area, and IA represents the iodine adsorption amount. The Dst mode diameter in equation (2) is the Stokes mode diameter of the carbon black aggregate measured by a disc centrifuging device (DCF), and ΔDst is the half-value width of the Stokes diameter distribution. The Dp mode diameter in Eq. (3) is the maximum frequency mode diameter in the pore diameter distribution between carbon black aggregate particles measured by a differential scanning calorimeter (DSC), and the Dmp mode diameter is carbon black obtained by the mercury intrusion method. The maximum frequency mode diameter in the pore diameter distribution between aggregate grains is shown.
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