JPH03119043A - 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、ゴム成分に良好な耐摩耗性とグリップ性能を
付与することができるタイヤトレッドゴム用のカーボン
ブラックに関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車の高性能化に伴って高速性能や安定走行に
対する要求が高まり、タイヤトレッド部の性能向上に関
する研究開発も活発に進められている。このため、ゴム
補強用のカーボンブラックに対しても、高速安定走行に
耐える高度の耐摩耗性と路面把持力の大きい高グリップ
性能とを同時に付与することができる特性が強く要望さ
れている。

カーボンブラッ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、通常、これらの特性が大きいほ
ど配合ゴムの耐摩耗性が増大する。

また、グリップ性能を向上には、例えばトレッド部のゴ
ム成分にスチレン含有率の高いＳＢＲを用いたり、プロ
セスオイルを高充填で配合する等の方法が知られている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記した成分またはプロセスオイル等による手
段ではグリップ性能の向上が十分に達成されないばかり
か、耐摩耗性の面で著しい低下を招く問題点がある。

発明者らは、ゴム成分に高耐摩耗性を損なわずに高度の
グリップ性能を付与する研究をカーボンブラックの特性
面から多角的に進めた結果、カーボンブラックのアグリ
ゲート分布を狭くし、かつ表面活性度を低くすること、
およびカーボンブラックの電子顕微鏡平均粒子径に対す
るアグリゲートのストークス径を相対的に小さくするこ
とが効果的であることを知見して本発明の開発に至った
ものである。

したがって、本発明は高度の耐摩耗性を維持しながら良
好なグリップ性能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の提供を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための本発明によるタイヤトレッ
ドゴム用カーボンブラックは、窒素吸着比表面積（Ｎ！
ＳＡ）が１２０〜１６５ｍ”／ｇ　、　Ｄ　Ｂ　Ｐ吸油
量が１２０ｍ／１００ｇ以上のハード系領域に属し、か
つ下記（１）式および（２）式の要件を満たすことを構
成的特徴とする。

性状が下記（１）式および（２）式の要件を満たすこと
を構成上の特徴としている。

ｆ５ｓｔ≦（４，３５Ｘｄ　ｎ）　−１０，０・（１）
り計測した算術平均粒子径（ｎｍ）、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５０％頻度が得られる大小２点のストローク相当径
の差（ｎｍ）、１５ｓＬは前記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（ｎ−）、Ｎ
、ＳＡは窒素吸着比表面積（鵬８／ｇ）、ＩＡはよう素
吸着量（−ｇ／ｇ）を指すものとする。

本発明に適用されるカーボンブラックの各特性は、下記
の測定方法によるものとする。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ！ＳＡ） ＡＳＴＭ　　Ｄ３０３７−８６″５ｔａｎｄａｒｄ　Ｔ
ｅ５ｔ　Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａｃ
ｋ−５ｕｒｆａｃｅ　Ａｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅ
ｎ　Ａ−ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ″Ｍｅｔｈｏｄ　Ｂによる
。この方法で測定したＩ　ＲＢ＃５の値は８０．３ｍ”
／ｇとなる。

（２）ＤＢＰ吸油量 Ｊ　Ｉ　Ｓ　　Ｋ６２２１（１９７５）　ｒゴム用カー
ボンブラックの試験方法」６・１　・２項、吸油量Ａ法
による。

（３）電子顕微鏡平均粒子径（ｄｎ） カーボンブラック試料を超音波洗浄法により周波数２１
３ＫＨｚで３０分間クロロホルムに分散させたのち、分
散試料をカーボン支持膜に固定する。これを電子顕微鏡
で直接倍率２００００倍、総合倍率８００００〜１００
０００倍に撮影し、得られた写真からランダムに１００
０個のカーボンブラック粒子について直径を計測して３
μ−区分のヒストグラムから算術平均粒子直径（ｄｎ）
を求める。

（４）ｌ５ｓｔ、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／ｆｆｉ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・セントリフエー
ジ装置（英国Ｊｏｙｅｓ　Ｌｏｂｅ１社製）を８０００
ｒｐ−の回転速度に設定し、スピン液（２％グリセリン
水溶液）をｌＯｄ加えたのち、ｌｄ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
射器で加えたのち遠心沈降を開始し、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５Ｓｔ（ｎｍ）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ΔＤ
ｓｔ（ｎｍ）とする。この測定方法によるＡＳＴＭ　Ｄ
−２４５ｔａｎｄａｒｄＲｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｂｌａｃ
ｋ　Ｃ−３（Ｎ−２３４）のｌ５ｓｔは８０ｎｍ、ΔＤ
ｓｔは６０ｎ■となる。

（５）よう素吸着量（ＩＡ） ＪＩＳに６２２１−８２　”ゴム用カーボンブラックの
試験方法″６・１・３項を用い、対比試料をＩＲＢ＃３
とする。

本発明で特定したカーボンブラック特性項目のうち、窒
素比表面積（ＮＡＳＡ）　１２０〜１６５ｍ”／ｇおよ
びＤＢＰ吸油量１２０　ｄ／１００ｇ以上の範囲は、通
常のＳ　Ａ　Ｆ　（ＮＩＩＯ）、Ｉ　Ｓ　Ａ　Ｆ　（Ｎ
２２０）品種のカーボンブラックと同等のハード領域に
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（ＮＡＳＡ）が１２０ｍ”／ｇお
よびＤＢＰ吸油量が１２０　ｄ／１００ｇを下田る場合
にはタイヤトレッドに耐える高耐摩耗性を付与すること
ができず、また窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）が１６５
ｍ”／ｇを越えるとゴムに対する分散加工性が著しく悪
化“する。

（１）式で示されるカーボンブラックの粒子性状は、電
子顕微鏡平均粒子径（ｄｎ）に対するアグリゲートのス
トークスモード径（１５ｓｔ）が相対的に小さいことに
よって特長付けられ、主に耐摩耗性を増大させるために
寄与する特性要素となる。

（２）式で示される選択的特性は、アグリゲート分布が
狭く（ΔＤｓｔ１５ｓｔ）かつ表面活性度（Ｎ２ＳＡ／
ＩＡ）が低いことに特長付けられ、グリップ性能の向上
に機能する特性となる。

上述の前提要件の満たしたうえでこれら（１）および（
２）式の選択的特性要件を満足する場合に、配合ゴムに
高度の耐摩耗性とグリップ性能を同時に付与することが
可能になる。しかし、１５３ｔ（ｎｌ）が［（４，３５
×ｄｎ）　−１０，ＯＪ　値を越えると耐摩耗性の低下
が著しく、また［ΔＤｓｔ／ｈｔ　ＸＮｔＳＡ／ＩＡＩ
が０．５８を上履ると十分なグリップ性能を付与するこ
とができなくなり、いずれの場合も目的とするタイヤト
レッド性能を満足しなくなる。

これらの特性を具備するカーボンブラックは、頭部に接
線方向空気供給口と炉軸方向に挿着した燃焼バーナーを
存する燃焼室と、これに同軸的に連設するテーパー状に
狭径化された第１反応室、引続（狭径の第２反応室およ
び後部の広径反応室から構成されたオイルファーネス炉
を用い、主原料油を第１反応室の最狭径部に、補助原料
油をま原料油の導入点よりも燃焼ガス流速の遅い前方位
置にそれぞれ燃焼ガス流に対して直角方向に分割導入す
る方法によって製造することができる。この際、補助原
料油に軽質油を使用して主原料油導入直前の高温燃焼ガ
スの温度分布をより均一化するとともに主原料油の注入
圧力を高め、炉内の中央部まで浸入させて相互衝突をお
こなわせることが効果的である。

本発明のカーボンブラックは、常法に従って天然ゴム、
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
で補強可能な各種の合成ゴム、混合ゴムなどのエラスト
マーに配合する。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添加混練してタイヤトレ
ッド用ゴム組成物を得る。

〔作　用〕

ゴム成分に高度の耐摩耗性を付与させるためには、電子
顕微鏡平均粒子径（ｄｎ）を可及的に小さくする一方で
ＤＢＰ吸油量を高めることが有効であるが、ＤＢＰ吸油
量の増大化はアグリゲートを相対的に大きくなることに
なるため、必然的にアグリゲートのストークスモード径
も大きくなる。しかし、ＤＢＰ吸油量が１２０１１！／
１００ｇ以上の領域においては、ｆ）ｓｔが本発明の（
１）式を満たす場合に高度な耐摩耗性を付与するために
有効機能する。

一方、グリップ性能の向上に対しては、相対的に小さな
アグリゲートのストークスモード径を有しつつその分布
を狭くし、同時にカーボンブラックの表面活性度を抑制
する本発明の（２）式を満足する場合に効果よく機能す
る。

これらの相互機構が前提特性となる窒素吸着比表面積（
Ｎ、ＳＡ）　１２０〜１６５ａ＋”／ｇおよびＤＢＰ吸
油量１２０　ｄ／１００ｇ以上の要件と相乗的に作用し
て、タイヤトレッドゴムに要求される高度の耐摩耗性な
らびにグリップ性能を同時に付与する効果を発現する。

〔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 （１）カーボンブラックの製造 頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に挿着した燃焼バ
ーナーを備えた燃焼室（直径５００ｍｍ、長さ１０００
ｍｍ＋　）と、該燃焼室と同軸的に連結して緩やかに収
斂する第１反応室（入口部直径２５０ａ＋ｍ　、最狭径
部直径１５０ｓ＋ｍ　、テーパ一部長さ１ｏｏｏ−一、
最狭径部長さ３００ｍ５）、引き続く第２反応室（直径
２００＋ｕ＋。

長さ１０１００ｈおよび直径４００１ｍ−１長さ６００
０ｍｍの後段広径部位を連設したオイルファーネス炉を
設置し、前記第１反応室の最狭径部に主原料油層ノズル
を、また主原料油ノズルの設置点より前で燃焼ガス流速
が約１／２になる広径テーパー位置に補助原料油用のノ
ズルを導入方向がそれぞれ燃焼ガス流に直角になるよう
に装着した。

主原料油には、比重（１５／４°Ｃ）１．１３７、トル
エン不溶分０．０５％、相関係数（ＢＭＣＩ）１６２　
、初留点２０３℃、３分０．５１％、Ｎａ”　１．０　
ｐｐｍ、　Ｋ”　０．３　ＰＩ）−〇芳香族炭化水素油
を、また補助原料油しては、比重（１５／４°Ｃ）０．
９７？、トルエン不溶分０．０１％、相関係数（ＢＭＣ
Ｉ）１１１　、初留点１３３°Ｃ，３分０．０９％、Ｎ
ａ”１．７ｐｐｍ、Ｋ　”　０．６ｐｐｍの軽質炭化水
素油を用いた。

なお、燃料油には補助原料油と同一のものを用いた。

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で使用する特性範囲のカー
ボンブラック（３種類）を製造した。

表１ なお、表２のうち比較例１〜４のカーボンブラックは、
窒素吸着比表面積（ＮＡＳＡ）およびＤＢＰ吸油量は本
発明の範囲に入るハード系領域に属しているが、（１）
式または（２）式の要件を満たしていない特性のもので
ある。

（表注Ｈ，主原料油導入部直前の最高ガス温度。

２、同上部の最高温度と最低温度の差。

３、生成ガスの水冷点までの滞留時間。

表１の条件で製造したカーボンブラックの各種特性を表
２に示した。

（２）ゴム配合 次に、表２の各カーボンブラックを表３に示す配合比率
で油展ＳＢＨに配合した。

表３ 表３の配合物を１４５℃の温度で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。その結果を表４
に示した。

なお、ゴム特性のうち摩耗量および損失係数、動的弾性
率については下記の測定方法および測定条件を用い、そ
の他は全てＪＩＳＫ６３０１　　ｒ一般ゴム物理試験法
」によった。

なお、グリップ性能の評価は損失係数（ｔａｎδ）が指
標となり、この値が大きいほどグリップ性能が向上して
いることを示す。

（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１０ａ＋−、外径４４ｍ５エメリーホイー
ル＝ＧＣタイプ、粒度ＳＯ１硬度Ｈ添加カーボランダム
粉：粒度８０メツシユ、添加量的９ｇ／ｓｉｎ。

エメリーホイール面と試験片との 相対スリップ率：２４％、６０％ 試験片回転数：　５３５ｒｐｖｘ 試験荷重７４ｋｇ （２）損失係数（ｔａｎδ）、動的弾性率（ε′）Ｈｓ
ｃｏ　Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（春
本製作所製）を用い、次の条件で測定した。

試験片：厚さ２ｍｔｇ、長さ３５■、輻５１温度：室温
。

周波数：　５０Ｈ２゜ 動的歪率＝１．２％ 表４の結果から、本発明の実施例は同等粒径の比較例と
同ベルの高耐摩耗性を有しながらグリップ性能を示す損
失係数（ｔａｎ　δ）が有意に向上しており、また操縦
安定性の指標となる動的弾性率（Ｅ’）　　も高くなっ
ていることが認められる。

〔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その特
有の粒子性状を介して配合ゴムに対し相対的に高度の耐
摩耗性ならびにグリップ性能を付与することが可能とな
る。したがって、高速性能、安定走行が要求されるタイ
ヤトレッドゴム用のカーボンブラックとして諸性能を満
足するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が１２０〜１６５
   ｍ＾２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１２０ｍｌ／１００ｇ以上
   のハード系領域に属し、かつ下記（１）式および（２）
   式の要件を満たすタイヤトレッドゴム用カーボンブラッ
   ク。 ＠Ｄ＠ｓｔ≦（４．３５×ｄｎ）−１０．０・・・（１
   ） （ΔＤｓｔ／＠Ｄ＠ｓｔ）×（Ｎ＿２ＳＡ／ＩＡ）≦０
   ．５８・・・（２） 但し、上式において、ｄｎは電子顕微鏡法により計測し
   た算術平均粒子径（ｎｍ）、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５０
   ％頻度が得られる大小２点のストークス相当径の差（ｎ
   ｍ）、＠Ｄ＠ｓｔは前記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径（ｎｍ）、Ｎ＿２ＳＡは
   窒素吸着比表面積（ｍ＾２／ｇ）、ＩＡはよう素吸着量
   （ｍｇ／ｇ）を指すものとする。