JPH02103268A - 機能部品ゴム配合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、タイヤカーカスあるいは防振ゴム等の機能部
品用ゴム部材に配合して高度の補強性と低発熱性を与え
る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、ゴムに配合し
た組成物の諸性能を決定付ける主要な因子となる。この
ため、通常ゴムへの配合に当たっては、部材の用途に適
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
が情用されている。

例えば、低発熱性が要求されるタイヤカーカスあるいは
防振ゴム等の機能部品用ゴム部材については、粒子径が
大きく、比表面積の小さいカーボンブラック、またはス
トラフチャーの低いカーボンブラックを使用することが
、有効とされている。

ところが、このように粒子径が大きく、比表面積の小さ
いカーボンブラックを使用すると、配合ゴム組成物の補
強性を低下させる背反傾向を示す。

したがって、粒子径が大きく、比表面積の小さいカーボ
ンブラックを使用しながら、配合ゴム組成物に高度の補
強性を付与することができれば、タイヤカーカス及び防
振ゴム等の機能部品用ゴム部材として理想的なものとな
る。

出願人は、カーボンブラックの特性面から、上述した背
反ゴム性能を両立させる研究を試み、その成果として、
真比重値を相対的に小さくすると共に凝集体ストークス
モード径（ｏｓｔ）をＮ２５Ａ比表面積およびＤＢＰ吸
油量に対応する値より低位に保持したタイヤカーカス用
カーボンブラック（特開昭６２−１９２４６８号公報）
、同等水準の比表面積およびストラフチャーにおいて幅
広い凝集体分布を有するカーボンブランク（特願昭６２
−１５７５１８号）をすでに開発した。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の先行技術によるカーボンブラック
においては、粒子径の指標となる窒素吸着比表面積（Ｎ
、ＳＡ）の下限を６０ｒｒｆ／ｇおよび６５ｎ（／ｇに
設定することが前提要件となり、このため低発熱性の付
与面ならびに生産上の制約を受ける問題点があった。

本発明は、窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）の下限を５０
ｒｄ／ｇ程度まで引き下げても低発熱性とともに高度の
補強性能を維持することができる機能部品ゴム配合用カ
ーボンブランクを提供するものである。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明に係る機能部品ゴム配合用カーボンブ
ラックは、ＣＴＡＢが５０〜１５ｒｔｆ／ｇ、　ＤＢＰ
が１０５ｍ／１００ｇ以上の領域にあり、かつ下記（１
）式および（２）弐の選択的特性を備えることを特徴と
する。

ｚＳＡ ＩＡ １）ｓｔ 但し、上式において、ＣＴＡＢはＣＴＡＢ比表面積（ボ
／ｇ）、ＤＢＰはＤＢＰ吸油量（成／１００ｇ）　、Ｎ
２　ＳＡは窒素吸着比表面積（ボ／ｇ）、ＩＡはよう素
吸着量（ｍｇ／ｇ）、（△ＤＳｔ／Ｄ３ｔ）は凝集体分
布指数で、このうちΔＤｓｔは遠心沈降法による凝集体
ストークス相当径分布における最大頻度のストークス相
当径（ｎｍ）　、Ｄｓｔは前記分布における最大頻度の
５０％頻度が得られる大小２点のストークス相当径の差
、Ｔｉｎｔは比着色力（％）を指すものとする。

上記したカーボンブラックの各特性は、以下の測定方法
による値が用いられる。

（１）　ＣＴ　Ａ　Ｂ ＡＳＴＭ　　Ｄ３７６５−８０°’５ｔａｎｄａｒｄ　
Ｔｅ５ｔ　Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａ
ｃｋ−ＣＴＡＢ（ＣＥＴＹＬＴＲｒＭＥＴ！ＩＹＬ　Ａ
ＭＭＯＮｒＵＭ　ＢＲＯ旧ＤＥ）Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｒ
ｅａ”による。

（２）　Ｄ　Ｂ　Ｐ吸油量 ＪＩＳ　Ｋ６２２１（１９７５）　　ｒゴム用カーボン
ブラックの試験方法Ｊ６・１・２項、吸油量Ａ法による
。

（３）窒素吸着比表面積（Ｎ、５Ａ） Ａ　Ｓ　ＴＭ　　Ｄ３０３７−８６　”５ｔａｎｄａｒ
ｄ　Ｔｅ５ｔ　Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ　　Ｃａｒｂｏｎ　
　Ｂｌａｃｋ−５ｕｒｆａｃｅ　　Ａｒｅａ　　ｂｙ　
　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”　Ｍｅ
ｔｈｏｄ　　Ｂによる。

（４）　Ｉ　Ａ ＪＩＳ　Ｋ６２２１−８２　”ゴム用カーボンブラック
の試験方法”６・１・１項による。

（５）Ｄｓｔ、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２
０％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の分散液を作成し、これを超音波で十分に
分散させて試料とする。ディスク・セントリフユージ装
置（英国Ｊｏｙｅｓ　Ｌｏｂｅ１社製）を８０００ｒｐ
ｍの回転速度に設定し、スピン液（２％グリセリン水溶
液）を１０Ｗ１加えたのち、１ｍのバッファー液（エタ
ノール水溶液）を注入する。次いで試料０．５ｄ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ｆｉｓｔ（ｎ＋＊）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ΔＤｓ
ｔ（ｎｍ）とする。この測定方法によるＡＳＴＭ　　Ｄ
　−２４５ｔ−ａｎｄａｒｄ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｂ
ｌａｃｋ　　Ｃ−３Ｎ　　２３４のｂｓｔは８０ｎｍ、
△ＤＳｔは６０ｎｍとなる。

（６）Ｔｉｎｔ ＪＩＳ　Ｋ６２２１−８２“ゴム用カーボンブラックの
試験方法゛°６・ｌ・３項を用い、対比試料をＩＲＢ＃
３による。

上記カーボンブラックの特性項目のうち、ＣＴＡＢ５０
〜７５ポ／ｇ、ＤＢＰ　１０５成／１００ｇ以上の領域
は配合ゴムに低発熱性と高補強性を付与するための前提
要件となるもので、ＣＴＡＢが５０ｍ２／ｇ未満および
ＤＢＰが１０５ｍＮ／１００ｇを下廻ると機能部品ゴム
に要求される補強性能を付与することができず、またＣ
ＴＡＢが７５ｒｒｆ／ｇを越えると発熱性の増大が顕著
となる。

（１）式に示されるＮ、ＳＡ／ＩＡ比の要件はカーボン
ブランクの表面活性度に関係するもので、この比が１．
１０以上にならないと低発熱化の付与に必要な表面活性
度の高い性状を得ることができない。

（３）弐による凝集体分布指数（△ＤｓＬ／Ｄｓｔ）に
ついての選択特性は、アグリゲート分布と比表面積およ
び着色力との関係を捕えたパラメーターで、（ＣＴＡＢ
）　Ｘ　（Ｔ　ｉ　ｎ　ｔ　）に対応する凝集体分布指
数（△Ｄｓｔ／ｐｓｔ）の値が従来品種のカーボンブラ
ックに比べて低位にあることによって特長づけられる。

そして、（２）弐の要件を満たす場合に、配合ゴムの抗
張積を向上させ、同時に亀裂成長に対する抵抗性が効果
的に改善される。

上記の特性を具備するカーボンブランクは、炉頭部に接
続方向空気供給口とが軸方向に挿着した燃焼バーナーお
よび原料油噴射ノズルを備える燃焼室とこれに連設する
複数段の狭径、広径反応室を有する構造のオイルファー
ネス炉を用い、生成反応温度、反応時間、燃焼ガス流速
、反応滞留時間などの諸条件を制御することによって製
造することができる。

本発明のカーボンブラックは、常法に従い、天然ゴム、
スチレンブタジェンゴム、ポリブタジェンゴム、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２５〜１５０重量部の割合とし
、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機能部品用のゴ
ム組成物を得る。

〔作　用］ 本発明のカーボンブラックは、（１）式の要件を満たす
ことにより配合ゴムに低発熱化をもたらす表面活性度の
高い性状が付与され、また（２）式の要件を満たすこと
によって抗張積ならびに亀裂成長に対する抵抗性を増大
するアグリゲート性状が付与される。これら選択的特性
の作用が前提要件となるＣＴＡＢおよびＤＢＰの領域範
囲での発熱性の抑制および補強性維持機能と相乗的に作
用して、Ｎ、ＳＡ比表面積が５０ｒｒｆ／ｇレベルにお
いても低発熱性と相対的に高位の補強性を同時に付与す
る効果が発現する。

［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。

実施例１〜３、比較例１〜４ 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に挿着された燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを有する燃焼室（直
径４００ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を設置し、該燃焼室と
同軸的に連結する狭径反応室（前段：直径１７０ａｍ、
長さ５００ａ＊、後段：直径１５０ｍ、長さ１００１０
０Ｏおよびこれに引続く広径反応室（直径５００ｍｍ）
とから構成されたオイルファーネス炉を用い発生条件を
変えてカーボンブラックを製造した。

原料油としては比重（１５／４°Ｃ）　１．０７３　、
粘度（エングラ−４０／２０°Ｃ）２．１０、トルエン
不溶分０゜０３％、相関係数（ＢＭＣＩ）　１４０　、
初期沸点１０３°Ｃの芳香族炭化水素油を、また燃料油
には比重（１５／４°ｃ　）　０．９０３　、粘度（Ｃ
ＳＴ　５０°ＣＨ６，１、残炭骨５．４％、硫黄分１，
８％、引火点９６°Ｃの炭化水素油を用いた。

表■に発生条件、表■に得られた本発明カーボンブラッ
クの特性をそれぞれ実施例Ｎαと対比して示した。なお
、表■の比較例１〜４は本発明の特性要件を外れる従来
品種のカーボンブラックを示したものである。

表 ■ 、蛎までの？を前時間。

次に、これらのカーボンブラック試料を表出に示す配合
比により天然ゴムに配合した。

表 ■ 表■の配合物を１４５°Ｃの温度で加硫処理して得られ
たゴム組成物につき各種ゴム特性を測定し、結果を表■
に示した。

なお、各種ゴム特性のうち損失係数（ｔａｎ　δ）につ
いては、ヴイスコ・エラスチック・スペクトロメーター
（岩本製作所製）を用い、次の条件により測定した。

試験片：長さ３５ｍｍ、幅５胴、厚さ２ｍ周波数：　　
　５０Ｈｚ 温度＝２５°Ｃ 動的歪み率ε：　±１．２％ その他のゴム特性は、すべてＪＩＳ　Ｋ２ＳＯ３ｒ　−
最ゴム試験法」によって測定した。

表■の結果から、本発明の実施例によるゴム配合特性は
発熱性の指標となるｔ置火係数（Ｌａｎ　δ）が同等の
Ｎ、ＳＡ水準にある従来特性のカーボンブラック配合例
（比較例）に比べ低下しており、同時に引張り強さ、抗
張績（引張り強さと伸びの積）、屈曲亀裂成長等の補強
性能が向上していることが認められる。とくに、Ｎ、Ｓ
Ａが５３ｎｆ／ｇの実施例１において良好な低発熱性と
補強性能を兼備していることは特筆すべき効果である。

〔発明の効果］ 以上のとおり、本発明により提供されるカーボンブラッ
クは、従来、困難とされていたＮ、５Ａ５０％／ｇを下
限とする粒子特性において低位の発熱性と高度の補強性
を兼備させることができ、その他のゴム性能も高水準に
保持させることが可能となる。したがって、タイヤカー
カスあるいは防振ゴム等の機能部品ゴム配合用としての
要求性能を満足する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＣＴＡＢが５０〜７５ｍ＾２／ｇ、ＤＢＰが１０５
   ｍｌ／１００ｇ以上の領域にあり、かつ下記（１）式お
   よび（２）式の選択的特性を備える機能部品ゴム配合用
   カーボンブラック。 Ｎ＿２ＳＡ／ＩＡ≧１．１０・・・（１） （ΔＤｓｔ／＠Ｄ＠ｓｔ）≦０．９０−０．００００３
   （ＣＴＡＢ）×（Ｔｉｎｔ）・・・（２）但し、上式に
   おいて、ＣＴＡＢはＣＴＡＢ比表面積（ｍ＾２／ｇ）、
   ＤＢＰはＤＢＰ吸油量（ｍｌ／１００ｇ）、Ｎ＿２ＳＡ
   は窒素吸着比表面積（ｍ＾２／ｇ）、ＩＡはよう素吸着
   量（ｍｇ／ｇ）、（ΔＤｓｔ／＠Ｄ＠ｓｔ）は凝集体分
   布指数で、このうちΔＤｓｔは遠心沈降法による凝集体
   ストークス相当径分布における最大頻度のストークス相
   当径（ｎｍ）、＠Ｄ＠ｓｔは前記分布における最大頻度
   の５０％頻度が得られる大小２点のストークス相当径の
   差、Ｔｉｎｔは比着色力（％）を指すものとする。