JPH01136A - rubber composition - Google Patents

rubber composition

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JPH01136A
JPH01136A JP62-154474A JP15447487A JPH01136A JP H01136 A JPH01136 A JP H01136A JP 15447487 A JP15447487 A JP 15447487A JP H01136 A JPH01136 A JP H01136A
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JP
Japan
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carbon black
rubber
rubber composition
specific surface
surface area
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JP62-154474A
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JPH0588856B2 (en
JPS64136A (en
Inventor
古庄 眞澄
仁志 植
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東海カ−ボン株式会社
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カーボンブラックの分散加工性に優れ、タイ
ヤトレッド用として好適な性能を有するゴム組成物に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a rubber composition that has excellent carbon black dispersion processability and has performance suitable for use in tire treads.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ゴム補強用のカーボンブラックには、具備特性に応じた
多様な品種があり、これらの品種特性が配合するゴム組
成物の諸性能を決定する主要な因子となる。このため通
常、ゴム成分との配合にあたっては、部材用途に適合す
る品種特性のカーボンブラックが選定使用されている。
There are various types of carbon black for rubber reinforcement depending on the characteristics, and the characteristics of these types are the main factors that determine the various performances of the rubber composition to be blended. For this reason, when blending with the rubber component, a carbon black whose variety characteristics are suitable for the component use is usually selected and used.

たとえば、タイヤトレッド部のように苛酷な走行条件下
で高度の耐摩耗性が要求されるゴム部材に対しては、5
iAF(NIIO)、l5AF(N220)などの、ハ
ード系カーボンブラックが適用されている。
For example, for rubber parts such as tire treads that require a high degree of wear resistance under harsh driving conditions,
Hard carbon blacks such as iAF (NIIO) and l5AF (N220) are used.

しかし、これらのカーボンブラックは粒子径が小さく、
比表面積が大きいために、ゴム配合時の混練過程におい
て、ゴム成分が高粘度化して硬度が増大し、ゴム成分へ
均質に分散させることが困難である。その結果配合ゴム
の品質特性が劣化して、たとえば耐摩耗性の低下を招く
原因となる。
However, these carbon blacks have small particle sizes,
Due to the large specific surface area, the rubber component becomes highly viscous and hard during the kneading process during rubber compounding, making it difficult to homogeneously disperse it into the rubber component. As a result, the quality characteristics of the compounded rubber deteriorate, resulting in, for example, a decrease in abrasion resistance.

そこで、ゴム成分へのカーボンブラックの分散加工性を
向上させることにより、耐摩耗性を向上させたゴム組成
物が提案されている。たとえば、本出願人は、カーボン
ブラックの粒子凝集体に着目し、アグリゲートサイズ分
布をブロード化したカーボンブラックを配合(特願昭6
l−256944)、あるいはアグリゲートサイズ分布
を特定範囲の2点の極大点をもつカーボンブラックを配
合(特願昭62−9956)したゴム組成物を提案した
◇〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、カーボンブラック粒子凝集体と分散加工性の
関係について更に研究を進めた結果、カーボンブラック
の一定比表面積当りの粒子凝集体の空隙を相対的に大き
く設定することにより、ゴム成分との混線過程における
分散加工性を改良できる事実を知見して完成したもので
ある。
Therefore, a rubber composition with improved wear resistance has been proposed by improving the dispersion processability of carbon black into the rubber component. For example, the present applicant focused on particle aggregates of carbon black and blended carbon black with a broad aggregate size distribution (patent application filed in 1983).
1-256944) or a rubber composition blended with carbon black having two maximum points in a specific range of aggregate size distribution (Japanese Patent Application No. 62-9956) ◇ [Problems to be Solved by the Invention] ] As a result of further research into the relationship between carbon black particle aggregates and dispersion processability, the present invention was developed by setting the voids of particle aggregates relatively large per a certain specific surface area of carbon black, thereby making it possible to improve the relationship between the rubber component and the dispersion processability. This was completed after discovering the fact that the dispersion processability in the crosstalk process can be improved.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

すなわち、本発明は、窒素吸着比表面積(N2SA)が
140m’/g以上のハード領域に属し、粒子凝集体空
隙直径(nm)が59.182−0.236X(N、5
A(x”/9) )式で算出される値以上の特性値を有
するカーボンブラックをゴム成分100重量部に対し3
5〜100重量部の割合で配合して成るゴム組成物であ
る。
That is, the present invention belongs to the hard region where the nitrogen adsorption specific surface area (NSA) is 140 m'/g or more, and the particle aggregate pore diameter (nm) is 59.182-0.236X (N, 5
Carbon black having a characteristic value higher than the value calculated by the formula
It is a rubber composition formed by blending the compound in a proportion of 5 to 100 parts by weight.

窒素吸着比表面積(N2SA)が140 m”7g以上
のカーボンブラックは、通常の5AF(NIIO)以上
の、粒子径の小さいカーボンブラックに相当し、タイヤ
トレッド部として用いられるゴム組成物として、高度の
耐摩耗性を付与するための必須要件となる。
Carbon black with a nitrogen adsorption specific surface area (NSA) of 140 m"7g or more corresponds to carbon black with a small particle size of 5AF (NIIO) or more, and is highly recommended as a rubber composition used as a tire tread. This is an essential requirement for imparting wear resistance.

本発明のゴム組成物は、比表面積の大きいカーボンブラ
ックを前提にしてカーボンブラックの粒子凝集体空隙直
径(nm)が59.182−0.236X (N、5A
(1”/9)3式から算出される値以上の特性値を有す
るカーボンブラックをゴム成分に配合するものである。
The rubber composition of the present invention is based on the carbon black having a large specific surface area, and the carbon black particle aggregate pore diameter (nm) is 59.182-0.236X (N, 5A
(1''/9) Carbon black having a characteristic value greater than the value calculated from equation 3 is blended into the rubber component.

カーボンブラックは、炭化水素原料を高温燃焼ガス流中
で急激に熱分解させることにより製造される。この場合
、炭化水素原料は複雑な重縮合反応により、まず核を生
成し、この核の成長と凝集により一次粒子が形成され、
更に一次粒子か多数凝集してカーボンブラック粒子凝集
体構造が形成される。
Carbon black is produced by rapidly pyrolyzing a hydrocarbon feedstock in a stream of hot combustion gases. In this case, the hydrocarbon raw material first generates nuclei through a complex polycondensation reaction, and primary particles are formed by the growth and aggregation of these nuclei.
Furthermore, a large number of primary particles aggregate to form a carbon black particle aggregate structure.

この粒子凝集体は、三次元的複雑な形態を呈するもので
あり、ゴム成分との混練過程においてもほぼ凝集形態が
変化することな(、ゴム成分中にlして行く。したがっ
て、ゴム成分は凝集体間に形成される空隙に容易に、か
つ充分に浸入させることが分散加工性の向上をはかる上
で重要となる。
These particle aggregates exhibit a three-dimensional complex morphology, and the aggregate morphology does not change even during the kneading process with the rubber component. In order to improve dispersion processability, it is important to easily and sufficiently infiltrate the voids formed between the aggregates.

ところが、窒素吸着比表面積(N2SA)が14011
”/gを越える従来品種のカーボンブラックは構造的に
粒子凝集体の空隙が小さいために、カーボンブラック特
性の面からゴムに対する分散加工性を改善することは至
難とされていた。
However, the nitrogen adsorption specific surface area (NSA) was 14011
Conventional types of carbon black with a particle diameter of more than 1.5%/g have structurally small voids in particle aggregates, so it has been considered extremely difficult to improve the dispersion processability of rubber in terms of carbon black properties.

本発明に適用されるカーボンブラックは、凝集体ストー
クスモード径分布において2点の極大点をもつ基本構造
を有するもので、この特異な性状を利用して高位な窒素
吸着比表面積(N2SA)領域における分散加工性の改
善を図ったものである。
The carbon black applied to the present invention has a basic structure with two maximum points in the aggregate Stokes mode diameter distribution, and by utilizing this unique property, it can be used in a high nitrogen adsorption specific surface area (N2SA) region. This is intended to improve dispersion processability.

したがって、単一の極大点をもつ凝集体ストークスモー
ド径分布を示す従来構造のカーボンブラックでは、本発
明の粒子凝集体空隙を与えること、は実質的に不可能で
ある。
Therefore, it is virtually impossible to provide the particle aggregate voids of the present invention with carbon black having a conventional structure exhibiting an aggregate Stokes mode diameter distribution with a single maximum point.

本発明の粒子凝集体空隙は、比表面積を一定とした場合
に相対的に大きいことを特徴とするものである。
The particle aggregate voids of the present invention are characterized by being relatively large when the specific surface area is constant.

この粒子凝集体空隙直径は次のようにして測定される。The particle aggregate pore diameter is measured as follows.

すなわち、マイクロメリティック社製水銀ポロシメータ
ー(Pore 5izer 9300 )を用い、専用
セル(331C)中に粒度250〜500μに調製した
カーボンブラックペレットを0.29装填した後、圧力
25〜2000 lb/ in”の範囲内で水銀を圧入
し、圧入される水銀量が急激に増加する点の圧力を測定
する。その圧力から細孔直径を算出し、これを粒子凝集
体空隙直径とする。
That is, using a mercury porosimeter (Pore 5izer 9300) manufactured by Micromeritic, 0.29 carbon black pellets prepared to a particle size of 250 to 500μ were loaded into a special cell (331C), and then the pressure was set to 25 to 2000 lb/in. Mercury is injected within the range of , and the pressure at the point where the amount of mercury injected rapidly increases is measured.The pore diameter is calculated from the pressure, and this is taken as the particle aggregate pore diameter.

本測定法を用いてI RB #5 (N2S A 80
 、3g’/9)を測定したところ粒子凝集体空隙直径
は40nmであった。
Using this measurement method, IRB #5 (N2S A 80
, 3g'/9), the particle aggregate pore diameter was 40 nm.

これらの特性を具備するカーボンブラックは、頭部に燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを備えた燃焼室とこ
れに連続する熱分解導管とから構成された発生部を2系
列設け、両全生部の熱分解導管を円筒状の主反応ゾーン
に収斂会合した7字型構造のオイルファーネス炉を用い
、両系列で発生じたカーボンブラック中間生成ガス流を
主反応ゾーンに同時に高速導入して相互衝突させる方法
(特開昭59−49267)によって製造することがで
きる。
Carbon black with these characteristics is produced by installing two generation sections each consisting of a combustion chamber equipped with a combustion burner and a feedstock oil injection nozzle at the head, and a pyrolysis conduit connected to the combustion chamber. Using an oil furnace with a figure-7 structure in which pyrolysis conduits are convergently assembled in a cylindrical main reaction zone, carbon black intermediate gas flows generated in both series are simultaneously introduced at high speed into the main reaction zone and collided with each other. It can be manufactured by the method (Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-49267).

上記のカーボンブラックは、常法に従い天然ゴムや各種
合成ゴムに配合される。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〜!00重量部の
割合で配合され、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、加
硫助剤、軟化剤、可塑剤などと共に混練して、本発明の
ゴム組成物が得られる。
The above carbon black is blended into natural rubber and various synthetic rubbers according to conventional methods. The blending ratio of carbon black is 35 to 100 parts by weight of the rubber component! The rubber composition of the present invention is obtained by mixing the rubber composition with a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, an anti-aging agent, a vulcanization aid, a softener, a plasticizer and the like.

〔作 用〕[For production]

本発明のゴム組成物は、比表面積が大きく、補強性の高
いカーボンブラックを対象にして、一定比表面積当りの
粒子凝集体空隙が一相対的に大きいカーボンブラックを
配合した組成を有するものであり、ゴム成分との配合混
練過程において、ゴム成分はカーボンブラック粒子凝集
体間の空隙に容易に浸入することができ、その結果分散
加工性が著しく改善される。そのため、分散性の低下に
伴うゴム組成物の耐摩耗性の後退を効果的に防止するこ
とが可能となる。
The rubber composition of the present invention targets carbon black with a large specific surface area and high reinforcing properties, and has a composition in which carbon black with relatively large particle aggregate voids per certain specific surface area is blended. During the blending and kneading process with the rubber component, the rubber component can easily penetrate into the voids between the carbon black particle aggregates, resulting in a marked improvement in dispersion processability. Therefore, it is possible to effectively prevent the abrasion resistance of the rubber composition from deteriorating due to a decrease in dispersibility.

〔実施例、比較例〕[Example, comparative example]

頭部にウィンドボックスを介して燃焼バーナーおよび原
料噴射ノズルを同軸的に装着した燃焼室(内径550■
、長さ1100vx、このうち円錐部分200zx)と
熱分解溝W(内径90肩l、長さ700 xm)を備え
る2系列の発生部を内径300m屑、長さ4000zi
の後段広径部位と内径130xi、長さ700■の前段
狭径部位を連設した主反応ゾーンの前面に交角60°で
収斂結合さけたY字型構造の反応炉を設置した。
Combustion chamber (inner diameter 550mm) with combustion burner and raw material injection nozzle coaxially attached to the head via a wind box
, length 1100vx, of which the conical part 200zx) and pyrolysis groove W (inner diameter 90cm, length 700xm) were made into two series of generation parts with an inner diameter of 300m and a length of 4000zi.
A reactor with a Y-shaped structure was installed in front of the main reaction zone, in which a rear wide-diameter part and a front narrow-diameter part with an inner diameter of 130 xi and a length of 700 mm were connected in series, and the reactor was convergently coupled at an intersection angle of 60°.

原料油には比重(15/4℃)1.0703、粘度(エ
ングラ−40/20℃)2.10、トルエン不溶分0.
03%、相関係数(BMCI ) 140、初期沸点1
03℃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(50℃)16、 l
 cSt、残成分5,4%、硫黄分1.8%、引火点9
6℃の炭化水素油を用いた。
The raw material oil has a specific gravity (15/4°C) of 1.0703, a viscosity (Engler-40/20°C) of 2.10, and a toluene insoluble content of 0.
03%, correlation coefficient (BMCI) 140, initial boiling point 1
Aromatic hydrocarbon oil at 03°C, and fuel oil with specific gravity (15/4°C) 0.903 and viscosity (50°C) 16, l
cSt, residual content 5.4%, sulfur content 1.8%, flash point 9
Hydrocarbon oil at 6°C was used.

この反応炉、原料油および燃料油を用い、表Iに示す発
生条件を適用して本発明で使用する特性範囲のカーボン
ブラックを製造した。
Using this reactor, raw material oil, and fuel oil, and applying the generation conditions shown in Table I, carbon black having the characteristic range used in the present invention was produced.

表■ 表■に製造された各カーボンブラックの窒素吸着比表面
積(N、5A)D B P吸油量および粒子凝集体空隙
直径などを示した。
Table 2 Table 2 shows the nitrogen adsorption specific surface area (N, 5A), DBP oil absorption, particle aggregate pore diameter, etc. of each carbon black produced.

表■ なお表Hのうち比較例として示したRunN0゜3〜5
は、従来技術により製造された実施例と同等水準の窒素
吸着比表面積(NtsA)を有するカーボンブラックで
、いずれも単一の極大点をもつ凝集体ストークスモード
径分布を示すものである。
Table ■ RunN0°3-5 shown as a comparative example in Table H
These are carbon blacks having nitrogen adsorption specific surface areas (NtsA) at the same level as those of the examples produced by the conventional technology, and both exhibit aggregate Stokes mode diameter distributions with a single maximum point.

次に、表■の各種カーボンブラックを表■に示す配合比
率で天然ゴムに配合した。
Next, the various carbon blacks shown in Table 1 were blended with natural rubber at the blending ratios shown in Table 2.

表■ 表■の配合物を温度145℃で40分間加硫して得たゴ
ム組成物についてゴム特性を測定し、結果を表Iのカー
ボンブラックRun No、に対応させて表■に示した
Table 2 Rubber properties of a rubber composition obtained by vulcanizing the compound in Table 2 at a temperature of 145° C. for 40 minutes were measured, and the results are shown in Table 2 in correspondence with the carbon black Run No. in Table I.

なお、ゴム特性のうち摩耗量については、ランボーン摩
耗試験機(機械式スリップ機構)を用いて、次の条件で
測定した。
Among the rubber properties, the amount of wear was measured using a Lambourn abrasion tester (mechanical slip mechanism) under the following conditions.

試験片: 厚さl0mm、外径44mmエメリーホイー
ル二 GCタイプ、粒度#80、硬度I] 添加カーポランダム粉:粒度#80メツシュ、添加爪約
99/min エメリーホイール面と試験片との相対スリップ率;24
% 試験片回転数:  660 rpm 試験荷重、4に9 その他のゴム特性は、JIS K6300 r未加硫ゴ
ム物理試験方法」およびJISI(6301「加硫ゴム
物理試験方法」によった。
Test piece: Thickness 10 mm, outer diameter 44 mm emery wheel 2 GC type, particle size #80, hardness I] Added carporundum powder: particle size #80 mesh, added claw approx. 99/min Relative slip rate between emery wheel surface and test piece ;24
% Test piece rotation speed: 660 rpm Test load: 4 to 9 Other rubber properties were in accordance with JIS K6300 r "Physical test method for unvulcanized rubber" and JISI (6301 "Physical test method for vulcanized rubber").

表■ 表■の結果から、実施例のゴム組成物は窒素吸着比表面
積(N2SA)のレベルに対し、分散加工性の指標とな
るムーニー粘度が低位にあり、また耐摩耗性も優れてい
ることが判明する。
From the results in Table ■ Table ■, the rubber compositions of the examples have a low Mooney viscosity, which is an index of dispersion processability, with respect to the level of nitrogen adsorption specific surface area (NSA), and also have excellent wear resistance. becomes clear.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明のゴム組成物は分散加工性に浸れると共に高度の
耐摩耗性が付与され、タイヤトレッド用として極めて有
用である。
The rubber composition of the present invention has good dispersion processability and a high degree of abrasion resistance, making it extremely useful for tire treads.

特許出願人  東海カーボン株式会社 代理人 弁理士  高 畑 正 也Patent applicant: Tokai Carbon Co., Ltd. Agent: Patent Attorney Masaya Takahata

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、窒素吸着比表面積(N_2SA)が140m^2/
g以上のハード領域に属し、粒子凝集体空隙直径(nm
)が、59.182−0.236×〔N_2SA(m^
2/g)〕式で算出される値以上の特性値を有するカー
ボンブラックをゴム成分100重量部に対し35〜10
0重量部の割合で配合して成るゴム組成物。
[Claims] 1. Nitrogen adsorption specific surface area (N_2SA) is 140 m^2/
Belongs to the hard region of particle aggregate pore diameter (nm
) is 59.182-0.236×[N_2SA(m^
2/g)] 35 to 10 parts of carbon black having a characteristic value higher than the value calculated by the formula for 100 parts by weight of the rubber component.
A rubber composition containing 0 parts by weight.
JP15447487A 1987-06-23 1987-06-23 Rubber composition Granted JPS64136A (en)

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