JPH023419B2 - - Google Patents

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JPH023419B2
JPH023419B2 JP57196022A JP19602282A JPH023419B2 JP H023419 B2 JPH023419 B2 JP H023419B2 JP 57196022 A JP57196022 A JP 57196022A JP 19602282 A JP19602282 A JP 19602282A JP H023419 B2 JPH023419 B2 JP H023419B2
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carbon black
rubber
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diameter
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Tokai Carbon Co Ltd
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/50Furnace black ; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2006/19Oil-absorption capacity, e.g. DBP values

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、選択的特性を有するカーボンブラツ
クを配合した低発熱性と高補強性を同時に兼備す
る物性のゴム組成物に関する。 ゴム配合用のカーボンブラツクにおいては、電
子顕微鏡法、BET窒素吸着法またはよう素吸着
法などの測定値により示される粒子径(または比
表面積)およびDBP吸油量によつて指標される
ストラクチアーが古くから主要特性とされてい
る。ところが、上記代表特性と配合ゴム物性とく
に自動車用タイヤのカーカス、アンダートレツド
部のゴム質として要求される低発熱性および高補
強性に対する付与効果との間には、粒子径が大き
くなり、ストラクチアーが小さくなるに従つて発
熱性は低下改善される一方、補強性の面では悪化
傾向をもたらす背反的関係にある。このため、こ
れら両特性のみの調整によつて配合ゴムに低位の
発熱性を保持させながら高補強性能の付与を期待
することは極めて困難とされていた。 出願人は、ゴム成分と配合カーボンブラツクの
相互作用が粒子径およびストラクチアー以外の特
性要素により著るしく影響を受ける点に着目して
研究を重ねた結果、着色力値の増大化が補強性向
上の寄与に効果的である事実を確認し、この知見
に基づいて電子顕微鏡平均粒子直径(dn)31mμ
以上、よう素吸着量40〜60mg/g,DBP吸油量
90〜130ml/100gの低発熱性付与領域にあるソフ
ト系カーボンブラツクに着色力175%以上の選択
的特性を付加することによつて低発熱性と高補強
性を同時に備えるゴム組成物の開発に成功(特許
第1032175号、特公昭54―13461)した。しかしな
がら、該先願特性のカーボンブラツクは、配合の
条件によつてゴム成分のムーニー粘度を高める挙
動を示し、応々にして練り押出加工面の円滑性を
損ねる実用上の難点がある。 本発明は、先願技術の着色力とは別異のコロイ
ダル特性として粒子凝集体分布のストークスモー
ド径(以下、「Dstモード径」という。)を選択付
加することによつて上記の難点を解消するととも
に、これに匹敵する補強性能をもつゴム組成物を
提供するものである。 すなわち、本発明のゴム組成物は、電子顕微鏡
平均粒子直径(dn)31mμ以上、よう素吸着量40
〜60mg/g,DBP吸油量90〜150ml/100gの特
性領域にあるフアーネスカーボンブラツクにおい
て、Dstモード径(mμ)が〔2.65(dn)+0.64
(DBP)−27.56〕式から得られる値以下である選
択的特性を有するカーボンブラツクをゴム成分に
対して25〜250重量部の割合で配合することを構
成的特徴とする。 本発明に適用されるカーボンブラツクの各特性
数値は、以下の測定方法による値が用いられる。 (1) 電子顕微鏡平均粒子直径(dn) カーボンブラツク試料を超音波洗浄器により
周波数28KHzで30分間クロロホルムに分散させ
た後、分散試料をカーボン支持膜に固定する。
〔詳細は、例えば「粉体物性図説」(粉体工学研
究会他偏)68頁(C)「水面膜法」に記述されてい
る〕。これを電子顕微鏡で直接倍率20000倍、総
合倍率80000〜100000倍に撮影し、得られた写
真からランダムに1000個以上のカーボンブラツ
ク粒子について直径を計測して3mμごとの区分
により作成したヒストグラムから算術平均粒子
直径(dn)を求める。 (2) よう素吸着量 JIS K6221(1975)「ゴム用カーボンブラツク
の試験方法」6.1.1項の方法による。 (3) DBP吸油量 JIS K6221(1975)「ゴム用カーボンブラツク
の試験方法」6.1.2項,吸油量A法による。 (4) Dstモード径 JIS K6221(1975)6.2.1項B法に基づいて乾
燥したのち精秤採取したカーボンブラツク検体
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ツク濃度
100mg/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。デイスク・セントリフ
ユージ装置(英国Joyes Loebl社製)を
6000rpmの回転速度に設定し、スピン液(2%
グリセリン水溶液)を10〜20mlの範囲内で加え
たのち1mlのバツフアー液(エタノール水溶
液)を注入する。ついで、試料液0.5〜1.0ml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を分別記録して
そのヒストグラムにおける最多頻度(最大吸光
度)をストーク相当径(mμ)とする。 本発明で適用するカーボンブラツク諸特性のう
ち、前提となる電子顕微鏡平均粒子直径(dn)
31mμ以上、よう素吸着量40〜60mg/gおよび
DBP吸油量90〜150ml/100gの範囲は、通常品
種のうちFEFもしくはMAF級ソフト系カーボン
ブラツクの特性領域に属し、配合ゴムに好適な低
発熱性を与えるために有効に機能する反面、補強
性に対して弱化作用を与える。本発明の適用カー
ボンブラツクは、上記の前提特性に加えてDstモ
ード径(mμ)が〔2.65(dn)+0.64(DBP)−
27.56〕式から得られる値以下の選択的特性を有
するもので、これら全特性要件を満足することに
よりゴム成分にHAF級ハードカーボンブラツク
配合時に近似する硬度、引張り強さの付与が可能
となる。〔2.65(dn)+0.64(DBP)−27.56〕以下の
Dstモード径を有するカーボンブラツクは、構成
粒子の如何によらず定ストラクチアー吸油量水準
における凝集体二次粒子(Aggregate)の大きさ
が従来製品より著るしく低い特有の性状を呈して
おり、該特有のカーボンブラツク凝集体性状ゴム
補強性の増大化に機能し、着色力値の高低に係り
なく高位の硬度、引張り強さおよび耐摩耗補強性
などの向上をもたらす、このため、高着色力、高
DBP特性のカーボンブラツク配合時にみられる
ムーニー粘度の上昇は軽減され、練り押出し加工
性が効果的に改善される。 以上の特性を備えるカーボンブラツクは、基本
的には特許第1032175号と同様のオイルフアーネ
ス法により製造されるが、反応炉の形状ならびに
反応条件に次のような相違をもたせる。すなわ
ち、炉形状は燃焼室下流側を収斂させて比較的短
長の狭径部位に連設し、反応域を狭径部位から緩
やかに開拡するテーパー状に形成する。反応因子
としての最も特徴的な条件は、燃焼室に導入する
燃焼用空気の旋回力をスワール数0.6以上に保持
して炉内に激しい撹乱気流を形成することであ
る。この条件は、先願(特許第1032175号)製造
技術における同スワール数が0.30前後であるのに
比べ、極端に高い旋回力範囲に位する。 上記の反応炉および反応条件を用い、クレオソ
ート油、エチレンボトム油などの高芳香族系原料
油を、炉頭から炉軸方向に挿着された霧化噴射ノ
ズルを介して狭径部位を高速流通する高熱燃焼ガ
ス中に噴出する。この際、全供給空気量と原料油
および燃料油総量の供給比率、燃料油の燃焼率、
原料油導入位置における燃焼ガスの流速などを制
御することにより、前提となる電子顕微鏡平径粒
子直径(dn)31mμ以上、よう素吸着量40〜60
mg/g、DBP吸油量90〜150ml/100gの諸特性
が付与されるが、熱分解生成したカーボンブラツ
ク中間体がテーパー状反応域に至り不必要かつ不
正な凝集構造が発達する段階で強旋回力による撹
乱気流と遭遇する反応機構と生成ガス流の炉内滞
留時間が340〜380ミリ秒となる範囲に急冷する条
件を設定することによつて本発明で特定した
〔2.65(dn)+0.64(DBP)−27.56〕計算値以下の
Dstモード径特性が付与される。 本特性のカーボンブラツクは、常法により天然
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、ブチルゴムなど各種のゴ
ム成分に配合される。カーボンブラツクの配合比
率は、ゴム成分100重量部に対して25〜250重量
部、望ましくは40〜80重量部の割合で常用の加硫
剤、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化
剤、可塑剤等の所要配合成分とともに添加混練す
る。 この際、配合組成物のムーニー粘度は常に低位
におさえられ、混練、押出し、成形等の練り押出
加工は極めて円滑に進行する。 このようにして得られる本発明のゴム組成物
は、通常のFEF(N550)級ソフトカーボンブラツ
ク配合時と同等の低発熱性および高反撥弾性を有
しながらこれを遥かに凌ぐ相対的に高水準の補強
性能を兼備する。したがつて、前記練り押出加工
面の改善効果と併せて、自動車タイヤをはじめ各
種ゴム製品に対する有用性が発揮される。 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 下流側出口部分が収斂する燃焼室(内径700mm、
長さ1000mm)を内径150mm、長さ200mmの狭径部位
を介して緩やかに開拡するテーパー状反応域(長
さ9000mm)に連続する耐火レンガ内張製の円筒形
状を有し、炉頭部に接線方向空気供給口を備えた
ウインドボツクスを、また後部反応室の下流域に
位置変更しえるクエンチノズルを各設置した構造
の反応炉において、炉頭から炉軸方向に沿つて燃
焼バーナーおよび原料油の霧化噴射ノズルを挿着
した。原料油霧化噴射ノズルは、テツプ部分が狭
径部位の入口に位置するように設置した。 上記の反応炉を用い、表に示した発生条件を
適用してカーボンブラツクを製造した。 燃料油には比重(15/4℃)0.903,粘度
(CST50℃)16.1,残炭分5.4%,硫黄分1.8%,引
火点96℃の炭化水素を用い、原料油として比重
(15/4℃)1.0703、粘度(エングラー、40/20
℃)2.10,ベンゼン不溶分0.03%,相関係数
(BMCI)140,初期沸点103℃の性状をもつ高芳
香族系炭化水素油を用いた。
【表】 ** 生成カーボンブラツク含有ガスの
水冷点までの滞留時間。
表に、製造された各カーボンブラツクの諸特
性を市販のFEF(N550)級ソフトカーボンブラツ
ク、HAF(N330)級ハードカーボンブラツクな
らびにIRB#5基準カーボンブラツクの各品種
(従来例)特性と対比して示した。 各製造ロツトのうち、RunNo.5および6はいず
れも本発明のDstモード径要件を外れるものであ
つた(比較例)。
【表】 表の各種カーボンブラツク試料を表に示す
配合比率で天然ゴム成分および合成ゴム成分に配
合した。
【表】 (注) * 日本合成ゴム(株)製
表の配合物を145℃の温度で加硫処理して得
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ツク試料の
RunNo.と対応させて表に示した。 ゴム特性のうち、耐摩耗性についてはランボー
ン摩耗試験機(機械的スリツプ機構)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9
g/分 試験片回転数:660rpm 試験片荷重:4Kg 摩耗量の表示数値は、相対スリツプ率24%およ
び60%時のIRB#5に対する指数(%)とした。 また、発熱度はグツトリツチ・フレキソメータ
ーを用いASTM D623―67A法に準じて測定し
た。 その他のゴム特性については、すべてJIS
K6301「一般ゴム試験方法」に準拠した。
【表】
【表】 表の結果から、本発明に係るゴム組成物
(RunNo.1〜4)は、従来品種のFEF(N550)級
ソフトカーボンブラツク配合ゴムと同等の低発熱
性と優れた反撥弾性ならびに伸び特性を有しなが
ら同FEF配合ゴムを大きく上廻る硬度、引張り
強さ、耐摩耗性などの高補強性能を示し、とくに
硬度および引張り強さはHAF(N330)級ハード
カーボンブラツクに近似することが認められる。 比較例のうちRunNo.5は特許第1032175号に該
当する高着色カーボンブラツクを配合した例で、
本発明に相当する低発熱高補強性が付与される
が、Dstモード径が〔2.65(dn)+0.64(DBP)−
27.56〕値を越えるため本発明例(RunNo.4と対
比)に比べ未加硫ゴム特性としてのムーニー粘度
が高くなり、練り押出加工の指標となるガーベダ
イ押出総合評価が悪化する。また、RunNo.6は、
Dstモード径が本発明の要件を外れるうえに着色
力水準も低位にあるため、補強性の増大化は得ら
れていない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電子顕微鏡平径粒子直径(dn)31mμ以上、
    よう素吸着量40〜60mg/g,DBP吸油量90〜150
    ml/100gの特性領域にあるフアーネスカーボン
    ブラツクにおいて、Dstモード径(mμ)が〔2.65
    (dn)+0.64(DBP)−27.56〕式から得られる値以
    下である選択的特性を有するカーボンブラツクを
    ゴム成分に対して25〜250重量部の割合で配合し
    てなるゴム組成物。
JP57196022A 1982-10-11 1982-11-10 ゴム組成物 Granted JPS5986641A (ja)

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