JPH01201367A - タイヤトレッド用カーボンブラック - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、乗用車のタイヤトレッドのような高度の耐摩
耗性と反発弾性が要求されるゴム部材として好適に使用
される新規特性のカーボンブラックに関する。

〔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る。

近時、自動車の低燃費性に対する要求から、タイヤトレ
ッド用ゴム部材として高度の耐摩耗性を有するとともに
反発弾性の優れたゴム組成物が強く望まれている。

一般にタイヤトレッドのような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は、粒子径が小さく
比表面積の大きいハード級カーボンブラックが適用され
ている。一方タイヤトレッド部の転勤抵抗を軽減して低
燃費化をはかるためには、粒子径が大きく、比表面積の
小さいカーボンブラックあるいは一定粒子径当りの凝集
体分布中の広いカーボンブラックを用いてゴムの反発弾
性を増大させることが必要である。このようにゴムに高
度の耐摩耗生とともに大きな反発弾性を付与することは
、カーボンブラックの補強性能として相反関係にあり、
これら両特性を併有させることは困難である。

そこで近時、カーボンブラックの粒子径、比表面積、ス
トラクヂャーなどの基本特性に加えて、カーボンブラッ
クの緒特性をよりミクロに評価し、これら選択的な特性
を有するカーボンブラックをゴムに配合することにより
、耐摩耗性と反発弾性を具備させることが種々機業され
ている。

例えば、本出願人は窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）が６
０１７ｇ以上、ＤＢＰ吸油量り月０８１１２／　１００
９以上のカーボンブラックを対象に、一定比表面積当り
の真比重を公知のカーボンブラックのそれよりも著しく
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
のモード径当りの分布ＩＪを一定値以上に維持すること
により高耐摩耗性と高反発弾性を同時に付与したゴム組
成物を提案した（特開昭５９−１４０２４１）。まｔこ
、本出願人は窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）が１４０１
″／９以上のカーボンブラックを対象にして、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練過程に
おける分散加工性を改良して、高度の耐摩耗性を有する
ゴム組成物を提案した（特願昭６２−１５４４７４）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら耐摩耗性を高度に保持するとともにより大
きな反発弾性を有するゴム組成物に対する要求は依然と
して高い。

本発明はこのような状況下に更に研究を進め、窒素吸着
比表面積（ＮｔＳＡ）が７５〜１０５ｉ２／＠の範囲に
おいて一定比表面積当りの真比重を更に小さく設定し、
かつ粒子凝集体空隙直径を更に大きく設定するとともに
凝集体モード径当りの分布中をブロード化することによ
り、着色力を一定以上に保持させる必要はなく、相反す
る上記両特性の効果的併有が可能であることを知見して
完成したものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明のタイヤトレッド用カーボンブラックは
、窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）が７５〜１０５が／９
、圧縮ＤＢＰ吸油量が１１０ｘＱ／　ｌ　００９以上の
ハード系領域に属し、かつ下記の選択的な特性を有する
ことを構成的な特徴とする。

真比重≦１．９０８０−０．００１６　（Ｎ＊Ｓ　Ａ　
）粒子凝集体空隙直系（ｎｍ）≧ ６２．２−０．２３６　（Ｎ、ＳＡ） 凝集体分布中△Ｄｓｔ（ｒ＋ｍ）≧ ３０．６＋０．６１１８　（Ｄｓｔ） 本発明のカーボンブラックは、窒素吸着比表面積（Ｎｔ
ＳＡ）が７５〜１０５Ｎ”／９、圧縮ＤＢＰ吸油量が１
１０ｘＱ／　ｌ　Ｏ０ｇ以上の通常タイヤトレッド部に
用いられるハード系領域に属するものである。

本発明のカーボンブラックは更に真比重≦１．９０８０
−０．００１６　（Ｎ、Ｓ　Ａ　）、粒子凝集体空隙直
径（ｎ−）≧６２．２−０．２３６（ＮｔＳＡ）、凝集
体分布中は△ｐｓｔ（ｎｍ）≧３０．６＋０．６１１８
　（ｆａｓｔ）、の関係を充足する選択的特性を具備す
ることを特徴とするものであり、ゴムに配合した場合に
耐摩耗性を維持しつつ、高度の反発弾性の付与を可能と
するものである。

上記特性のうち、真比重の低位化および凝集体分布中の
ブロード化は耐摩耗性の低下を抑制しつつ反発弾性の向
上に有効に機能する。また粒子凝集体空隙直径は、カー
ボンブラックの凝集体構造の異方性を示す指針でもあり
、一定比表面積当りの同値が大きいことは、ゴム成分と
の配合過程においてゴム成分との相互作用が強くなり、
耐摩耗性向上に効果的に機能する。

上記したカーボンブラックの各特性値は、以下の測定方
法による値が用いられる。

（１）真比重 カーボンブラック試料を落とし蓋付るつぼに採り６５０
±２５℃の温度で５分間脱揮処理を施したのらピクノメ
ーターにａ全秤取し、少量のベンゼンで浸漬してから２
〜５ｚｘＨｇの真空下で気泡発生がみとめられなくなる
まで減圧脱気する。ついでピクノメーターにベンゼンを
充満して２５±０　、１　’Ｃの高温水槽中に３０分間
保持したのち秤量する。真比重は、次式により算出され
る。

ただし、Ａはピクノメーターの質量、Ｃはピクノメータ
ー＋ベンゼンの質量、Ｄはピクノメーター十カーボンブ
ラック試料の質量、Ｅはピクノメーター十カーボンブラ
ック試料＋ベンゼンの質量、そしてｄ４″はベンゼンの
比重である。この方法で測定した１ＲＢＮｏ、５の真比
重は１．７７８１である。

（２）粒子凝集体空隙直径 マイクロメリティック社製水銀ポロシメーター（ｐｏｒ
ｅ　５ｉｚｅｒ　９３００　）を用い、専用セル（：１
１２）中に粒度２５０〜５００μに調整したカーボンブ
ラックペレットを０．２９装填した後、圧力２５〜２０
００　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。

本測定法を用いてｌ　ＲＢ　Ｎｏ、　５　（Ｎ２ＳＡ　
８０．３Ｉ！’／９）　　を測定したところ粒子凝集体
空隙直径は４０ｎｍであった。

（３）凝集体分布中（Ｄｓｔ、△Ｄ　５ｔ）Ｊ　Ｉｓ　
Ｋ６２２１（１９７５）６．２．１項八法に基づいて乾
燥した後精秤採取したカーボンブラック検体を少量の界
面活性剤（分散媒）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５０ｙｔｇ／Ｑの分散液を
作成し、超音波で十分に分散させて試料とする。ディス
ク・セントリフユージ装置（英国Ｊｏｙｅｓ　Ｌｏｅｂ
１社製）を８００　Ｏｒｐｍの回転速度に設定し、スピ
ン液（２％グリセリン水溶液）を１０ｚＱ加えたのちｌ
ｊＩｇのバッファー液（エタノール水溶液）を注入する
。ついで試料液０．５ＪＩｇ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凝集体ス
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ｒ５ｓｔ（＋
μ）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△ｐｓｔ（ｎｍ）とする。こ
の測定方法によるＡ　Ｓ　ＴＭ　Ｄ　−２４５ｔａｎｄ
ａｒｄＲｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｂｌａｃｋ　Ｃ−３（Ｎ　
２３４　）のｍｓｔは８０ｎｍ、△Ｄｓｔは６０ｎｍと
なる。

本発明の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る燃焼室とこれに連続する熱
分解導管から構成された発生部を２系列設け、両弁生部
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
字型構造のすイルファーネス炉を用い、別系列で発生し
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５９−４
９２６７号）によって製造される。この際、各発生系列
の条件および生成カーボンブラック流の炉内滞留時間を
制御することによって本発明の特性を備えるカーボンブ
ラックを得ることができる。

〔作用〕

本発明のカーボンブラックは、これらの特性値として対
応する窒素吸着比表面積（Ｎ　Ｉ　Ｓ　Ａ　）に比べて
真比重値が著しく低く、また粒子凝集体空隙直径が著し
く大きいことを特徴とし、更に凝集体分布中が広いとい
う独特のコロイダル性状を具備しているしのである。こ
れら具備特性の全てを充足することにより、ゴムに配合
した場合に耐摩耗性の低下を招くことなく、反発弾性の
苦しい向上がらたらされる。

〔実施例、比較例〕

頭部にウィンドボックスを介して燃焼バーナーと原料油
噴射ノズルを装着した内径４００ｘｘ、長さ８００１ｍ
（うち円錐部２００ＪＩｊＩ）の燃焼室および内径８０
１Ｌ長さ７００１３１の熱分解導管を備える第１発生部
と、同様に燃焼バーナーと原料油噴射ノズルを装着した
内径６５０　ｚｘ、長さ８００Ｒｍ（うち円錐部２００
　ＩＩＩ）の燃焼室および内径１１０ａｘ、長さ１００
ＯＩＪＩの熱分解導管を備える第２発生部からなる２系
列の発生部を、内径３０　Ｑ　ｙｕ。

長さ４０００ｘｍの後段広径部位と内径１３５ｘｘ、長
さ８５０肩ｘ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°で収斂結合させた７字型構造のオイル
ファーネス炉を設置した。

原料油には比重（＋５／４°Ｃ，）１．０７０３、粘度
（エングラ−，４０／２０℃）２．１０、ベンゼン不溶
分０．０３％、相関係数（ＢＭＣＩ）ｌ　４０、初期沸
点１０３℃の芳呑族炭化水素油を、ま１＝燃料油として
は比重（１５／４℃）０，９０３、粘度（Ｃ５Ｔ５０℃
）１６．Ｌ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。

上記の反応炉、原料油および燃料油を用い、表１に示し
た発生条件を適用して本発明のカーボンブラックを製造
した。

表２に製造されたカーボンブラックの各種特性ならびに
計算値を示した。

表１においてＲｕｎ　Ｎｏ、　１〜４　（本発明例）は
、各発生系列の条件を適宜制御するとともに、カーボン
ブラック生成ガス流を２段階にわｌこって冷却すること
により製造したものであり、比較例Ｎｏ。

５は１段冷却で製造したものである。また、表２のうち
比較例として示したＲｕｎＮｏ、６〜８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（Ｎ
、ＳＡ）および圧ｗＪＤＢＰ吸油量を有するカーボンブ
ラックである。

表−３ （注）＊Ｉ　　ＪＳｌＮ　１７１Ｎ日本合成ゴム（株）
製〕＊２　　ＪＳｎＢＲＯｌ（） 次に、表２の各種カーボンブラック試料を表３に示す配
合比率でポリブタジェンゴム（ＢＩ’ｔ）／油展スチレ
ンブタジェンゴム（ＳＢＲ）系の合成ゴム成分に配合し
た。

表３の配合物を１４５℃の温度で加硫処理（加硫時間は
、４０分）して得たゴム組成物につき、各種のゴム特性
を測定した。結果を表２の配合カーボンブラック試料ｎ
ｕｎ　Ｎｏ、に対応させて表４に示した。ゴム特性のう
ち、ランボーン耐摩耗性についてはランボーン摩耗試験
機（機械的スリップ機構）をもちい、次の条件で測定し
た。

試験片：　厚さ１０ｍｍ、外径４４１１エメリーホイー
ル二〇Ｃタイプ、粒度＃８０、硬度ｌ−１ 添加カーポランダム扮： 粒度＃８０、添加量約９９／分 試験片回転数：　　６６０　ｒｐｍ 試験荷重：４に９ 相対スリップ率：　２４％、６０％ また、ピコ耐摩耗については、ＡＳＴＭ　　Ｄ−２２２
８−７６“５ｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅ５ｔ　　Ｍｅｔｈｏ
ｄ　　ｆｏｒ　　ＲｕｂｂｅｒＰｒｏｐＯｒｔＹ−＾ｂ
ｒａｓｉｏｎ　Ｒｅ５ｉｓｔａｎｃｅ　（Ｐｉｃｏ　Ａ
ｂｒａｄｅｒ）”に準拠し、次の条件により測定しに０ 荷重：４４Ｎ 回転周期：１Ｉｌｚ 回転数：　　１６０回転 上記耐摩耗性の表示数値は、基準カーボンブラック試料
１ｒｌＢＮｏ、５を同条件で配合したゴム組成物の摩耗
量を１００とした際の指数とした。

その池のゴム特性は、すべてＪＩＳＩ（６３０１「一般
ゴム試験方法」によって測定しｊコ。

表４の結果から、適用したカーボンブラックが本発明要
件を全て具備するＲｕｎＮｏ、１〜４　の場合は、対応
するＲｕｎＮｏ、５〜８の比較例に比べて耐摩耗性が優
位にあり、反発弾性の向上が顕者であることが判明する
。

〔発明の効果〕

上記説明で明らかなように本発明のカーボンブラックを
配合したゴム組成物は、高耐摩耗性を何するとともに極
めて大きな反発弾性が付与されるので、苛酷な走行条件
下で使用されるタイヤトレッドの省燃費をはかる上で極
めて有用である。

特許出願人　東海カーボン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が７５〜１０５ｍ
   ＾２／ｇ、圧縮ＤＢＰ吸油量が１１０ｍｌ／１００ｇ以
   上のハード系領域に属し、かつ下記の選択的特性を有す
   るタイヤトレッド用カーボンブラック。 真比重≦１．９０８０−０．００１６〔Ｎ＿２ＳＡ〕 粒子凝集体空隙直系（ｎｍ）≧６２．２−０．２３６〔
   Ｎ＿２ＳＡ〕 凝集体分布巾△Ｄｓｔ（ｎｍ）≧３０．６＋０．６１１
   ８〔＠Ｄ＠ｓｔ〕