JPH02129242A - タイヤトレッドゴム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、ゴム成分に配合して良好な耐摩耗性と相対的
に著しく低位の発熱性を付与することができるタイヤト
レッドゴム用カーボンブラックに関する。

〔従来の技術〕

カーボンブランクによるゴムの補強性能は、従来からそ
の比表面積（粒子径）やストラフチャーが支配的な因子
として考えられており、具備特性に応じた多様な品種が
ある。そして、ゴム成分との配合にあたっては、用途部
材に適合する品種特性のカーボンブラックが選択使用さ
れている０例えばタイヤトレッド部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、
Ｎ１１０、Ｎ２２０などのハード系カーボンブラックが
適用されている。

しかし近年タイヤ走行の高苛酷化により、タイヤトレッ
ド部に要求される性能も高度化し、とくに高耐摩耗性と
低発熱性とを兼ね備えることが重要とされている。

−ＩＩＩＱに、カーボンブラックの比表面積やストラフ
チャーが大きい程耐摩耗性は増大するが、反面、発熱性
が高くなり、両特性には二律背反的関係がある。従って
、ゴム組成物に高耐摩耗性と低発熱性とを同時に付与す
ることは極めて困難である。

この問題を解決するために、特定の性質を有するカーボ
ンブラックを適用する試みが種々提案されている（特公
昭５３−３４１４９号、特開昭６３−１１２６３８号な
ど）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来提案されている選択的特性のカーボンブラ
ックを配合したゴム組成物は、未だ耐摩耗性と発熱性と
を良好なレベルに保有させるには不充分な面があり、−
層の改良が要望されている。

本発明は、上記の問題点を解消する目的で従来技術とは
別異な角度から研究を重ねた結果、一定のストラフチャ
ー水準をもつアグリゲートにおいて相対的に小さな凝集
体空隙を有するカーボンブランクをゴム成分に配合する
と背反ゴム性能（高耐摩耗性と低発熱性の併有）が効果
的に進行するとの知見を得て開発に至ったものである。

〔課題を解決するための手段］ すなわち、本発明により提供されるタイヤトレッドゴム
用カーボンブラックは、窒素吸着比表面積（ＮオＳＡ）
が６０〜１６０ポ／ｇ、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０Ｉ
Ｉｉ／　１００ｇのハード系領域に属し、かつ凝集体空
隙容積Ｖｐ（ｄ／ｇ）が〔０．００９７６×ＤＢＰ吸油
！−０，１３０９）式により算出される値以下の選択的
特性を有することを特徴とする。

上記カーボンブラックの特性項目のうち、窒素吸着比表
面積（Ｎ２ＳＡ）が６０〜１６０ボ／ｇの粒子範囲およ
びＤＢＰ吸油量９０〜１５０ａｄ／　１００ｇのストラ
フチャー範囲は通常品種のハード系領域に属し、配合ゴ
ムに高度の耐摩耗性を付与するための前提要件となる。

この窒素吸着比表面積（ＮＺＳＡ）が６０ボ／ｇ未満と
なり、ＤＢＰ吸油量が９０ｍ／１００ｇを上廻るとタイ
ヤトレンドとして耐え得る高耐摩耗性を付与することが
できなくなる。

また、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が１６０ポ／ｇを
越える場合には、ゴム成分への分散が悪化して耐摩耗性
の向上を阻害し、同時に発熱性の増大を招く、他方、Ｄ
ＢＰ吸油量が１５０ｍ！／　１００ｇを上潮るとアイス
スキツド性能が低下するため好ましくない。

〔０．００９７６Ｘ　Ｄ　Ｂ　Ｐ吸油量−０，１３０９
）式により導き出される凝集体空隙容積Ｖｐ　（Ｉｄ／
ｇ）に関する選択特性は、本発明を構成するカーボンブ
ラックがアプリゲート間の細孔容積が小さいこと、換言
すれば従来の同等品種のカーボンブラックに比べ異方性
が小さいことによって特長づけられる。

そして、凝集体空隙容積Ｖｐ（ｄ／ｇ）が上式により算
出される値以下である場合に、従来の相当品種カーボン
ブラック配合時と同等の耐摩耗性を維持しながら有意に
低下した発熱性を付与することが可能となる。

本発明に適用されるカーボンブラックの各特性値は、下
記の測定方法によって得られる値とする。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ） ＡＳＴＭ　　Ｄ３０３７−７８　’５ｔａｎｄａｒｄ　
Ｍｅｔｈ。

ｄｓ　ｏｆ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａｃ
ｋ　５ｕｒｆａｃｅ　Ａｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅ
ｎ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”Ｍｅｔｈｅｄ　　Ｂによる
。

この方法で測定したＩＲＢ＃５の窒素吸着比表面積（Ｎ
２ＳＡ）は、８０．３ボ／ｇとなる。

（２）ＤＢＰ吸油量 Ｊ　Ｔ　Ｓ　　Ｋ６２２１（１９７５）　ｒゴム用カー
ボンブラックの試験方法」６・ｌ・２項の吸油ｉＡ法に
よって得られた値とする。

（３）凝集体空隙容積Ｖｐ（ｄ／ｇ） カーボンブラック試料を水銀ポロシメーターにより水銀
を圧入して凝集体空隙径を測定し、次式により得られる
凝集体空隙径０．００６〜７．２μまでの空隙径の累積
容積を凝集体空隙容積Ｖｐとする。

但し、上式において、Ｘ、は２５ｐｓ＋での指示値（Ｐ
Ｆ）、Ｘｚは終点での指示値（ＰＦ）、ＣＦはセルによ
って決定される定数である。なお、Ｘ２の終点は試料に
よって異なるが、本測定の場合には、２５ｐｓｉを始点
に水銀を圧入していくとその指示値は圧力の上昇と共に
低下するが、更に圧力を上昇した際に現出する指示値の
急激な増大を示す圧力点の直前の値を終点とする。

これらの特性を具備するカーボンブラックは、頭部ニ燃
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とから構成された発生部を２系
列設け、再発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Ｙ字型構造のオ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
（特公昭６２−１０５８１号）によって製造することが
できる。

この際、凝集体空隙容積Ｖｐの調整は各系列の発生条件
を制御することにより、また窒素吸着比表面積（Ｎ２Ｓ
Ａ）およびＤＢＰ吸油量の調整は炉内燃焼条件、生成カ
ーボンブラック流の炉内滞留時間等を制御することによ
って行われる。

上記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１
００重量部に対し３５〜１００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添加混練してタイヤトレンド用
ゴム組成物を得る。

（作　用〕 凝集体空隙容積Ｖｐが小さいカーボンブラックは本質的
にストラフチャーの発達が抑制されたアグリゲート構造
をもっており、ゴムに配合した際に発熱性を低下させる
機能があるが、特にこの凝集体空隙容積Ｖｐが〔０．０
０９７６Ｘ　Ｄ　Ｂ　Ｐ吸油量−０，１３０９）値以下
の特性要件を満す場合にはカーボンブランクの異方性が
小さくなり、この作用によってゴム成分の発熱性を著し
く低下させる。この機能が前提特性となる窒素吸着比表
面積（Ｎ、５Ａ）６０〜１６０ポ／ｇおよびＤＢＰ吸油
量９０〜１５０ｄ／１００ｇによる要件と相乗的に作用
して、ゴム成分に対し良好な耐摩耗性を損ねることなし
に効果的な低発熱性を付与することを実現する。

〔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。

（１）カーボンブラックの製造 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
料油噴射ノズルを同軸的に装着した燃焼室（内径４００
閣、長さ８００閣、このうち円錐部分２００ｍ＋ａ）と
熱分解導管（内径６０ｍｍ、長さ６００Ｍ　）を備える
２系列の発生部を、内径２００ｍ、長さ２０００■の後
段広径部位と内径９０１ｍ、長さ９００ｍ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Ｙ字型構造のオイルファーネス炉を設置した。

狭径部位には、交点から５０ｍ下流に絞り比０．９０の
リング部材を介設した。

原料油に比重（１５／４°Ｃ）１．０７０３、粘度（エ
ングラ−１４０／２０°ｃ　）　２．１０、ベンゼン不
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、また燃料油と
しては比重（１５４°Ｃ）　０．９０３　、粘度（Ｃ３
Ｔ５０℃）１６．１、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。

上記の反応炉、原料油および燃料油を用い、表Ｉに示し
た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（４種類）を製造し表Ｉの条件で製造され
た各カーボンブランクの窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）
　、ＤＢＰ吸油量、凝集体空隙容積Ｖｐおよび〔０．０
０９７６ｘ　Ｄ　Ｂ　Ｐ吸油量−０，１３０９）による
関係式値を表■に示した。

なお、表■のうち比較例として示したＲｕｎｋ５〜８は
、従来技術により製造された窒素吸着比表面積（Ｎ、５
Ａ）６０ポ／ｇ以上のハード系カーボンブランクで、い
ずれも凝集体空隙容積Ｖｐが本発明の要件を外れるもの
である。

（３）ゴム配合 次に、表Ｈの各種カーボンブランクを表■に示す配合比
率で天然ゴムに配合した。

表■ 表■の配合物を１４５°Ｃの温度で４０分間加硫して得
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■の配合カーボンブラックＲｕｎ　Ｈａに対応させ
て表■に示した。

なお、ゴム特性の測定方法および測定条件は下記によっ
た。

（１）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４４ｎｎ エメリーホイール二〇〇タイプ、粒度８０、硬度Ｈ添加
カーボンランダム粉：粒度８０＃、添加量約９ｇ／分 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：　　５３５ｒｐｔｓ 試験荷重：　　４ｋｇ （２）　ｔａｎ　δ Ｖｉｓｃｏ　Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅ
ｒ　（若木製作所製）を用い、次の条件で測定した。

試験片：厚さ２ｍｍ、長さ３０ｆｆｉ１１、幅５間部度
：室温 周波数：　５０Ｈｚ 動的歪率：±１％ （３）その他 すべてＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｋ６３０１　ｒ一般ゴム物理試験
方法」によった。

表■の結果から、本発明の実施例は耐摩耗性が従来の同
等グレードにある比較例と同水準に維持されながら発熱
性の指標となる損失係数（ｔａｎ　δ）が有意に低下し
ていることが判明する。

［発明の効果］ 以上のとおり、本発明に係るカーボンブラックはストラ
フチャーの発達が抑制された異方性の小さいアグリゲー
ト構造を有しており、配合ゴムに対して良好な耐摩耗性
と相対的に極めて低位の発熱性を同時に付与することが
できる。したがって、とくに低燃費性が要求されるパラ
センジャー用のタイヤ用トレッドゴムに配合して、その
要求性能を十分に満足しうる有用性がもたらされる。

手続補正書（自発） 平成元年１月１０日 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２８４３７４号 ２、発明の名称 タイヤトレッドゴム用カーボンブラック３、補正をする
者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所　　東京都港区北青山−丁目２番３号名称　東海
カーボン株式会社 取締役社長　　伊　藤　國二部 ４、代理人　〒１７１ 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６０〜１６０ｍ
   ＾２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０ｍｌ／１００ｇ
   のハード系領域に属し、かつ凝集体空隙容積Ｖｐ（ｍｌ
   ／ｇ）が〔０．００９７６×ＤＢＰ吸油量−０．１３０
   ９〕式により算出される値以下の選択的特性を有するタ
   イヤトレッドゴム用カーボンブラック。