JPH03122170A - 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、高度の耐摩耗性と反発弾性が要求されるパラ
センジャータイヤトレンドに配合するために有用なゴム
用カーボンブラックに関する。

〔従来の技術〕

パラセンジャータイヤのトレンドを構成するゴム成分に
は、高反発弾性、低発熱性など駆動エネルギーの損失を
抑制する動的性能の付与が必要条件とされている。

このような動的ゴム性能を配合カーボンブラックの特性
面から改善するためには、粒子径の大きな（比表面積小
）特性の品種を適用することが有効とされているが、こ
の種のカーボンブラックはゴム補強性の面では背反的な
挙動を示し、タイヤトレッドとして最重要な耐摩耗性を
後退させる結果を招く。

本出願人は上記背反ゴム性能の両立化をカーボンブラッ
クの特性面から図るための研究を系統的、多角的に進め
てきている。これらの研究は、カーボンブラックの粒子
径、比表面積、ストラフチャーなどの基本特性に加え、
ゴムに耐摩耗性と反発弾性を同時に付与するために有効
性のあるミクロな選択的特性を解明し実証するもので、
既に特開昭５９−１４０２４１号、同６３−２２５６３
９号、特開平１−２０１３６７号などの発明として提案
している。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明は、依然として要求度の高い耐摩耗性と反発弾性
を高水準で兼備させることができる特性のカーボンブラ
ックの開発研究を推進した結果得られた成果で、前記先
行技術に加え着色力とブラックネスおよびアグリゲート
分布と表面活性度からなるパラメータを一定値範囲に保
持させることによって効果的な改善を図ったものである
。

〔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（ＮｚＳＡ）
が６５〜８４　ｍ２／ｇ　５ＤＢＰ吸油量が１００〜１
５０　ａｆ／１００ｇのハード系傾城に属し、かつ下記
（１）、（２）および（３）弐の特性要件を満たすこと
を構成上の特（牧とする。

（１）真比重≦１．９０８０−０．００１６［Ｎ、５Ａ
ｌ（２）　［ＴＩＮＴ　ＸＢｎｌ　　Ｘｌ０−”≦５５
．０　＋　０．４３　［Ｎ２ＳＡ］（３）［ΔＤｓｔ／
Ｃ１５ｔｌ　Ｘ　［Ｎ２５Ａ／ＩＡＩ　≧０．９０但し
、上式において、Ｎ２ＳＡは窒素吸着比表面積（ｍ２／
ｇ）、ＴＩＮＴは比着色力（χ）　、Ｂｎはブラックネ
ス（χ）、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）、（５ｓｔ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（ｎｍ）、ＩＡはよう素吸着量ｓｇ／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（ｌ１２５Ａ）Ａ　Ｓ　Ｔ　Ｍ
　　Ｄ３０３７　８６　’５ｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅ５ｔ
　Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａｃｋ−Ｓ
ｕｒｆａｃｅ　Ａｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａ
ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　”　ＭｅｔｈｏｄＢによる。この
方法で測定したＩＲＢＩ５の値は、８０．３ｍ＋２／ｇ
となる。

（２）ＤＢＰ吸油！　（ＤＢＰ） ＪＩＳ　Ｋ６２２１（１９７５）　　’ゴム用カーボン
ブラックの試験方法″６　・ｌ　・２項、吸油量Ａ法に
よる。

（３）真比重 カーボンブラック試料を落蓋付ルツボに入れて６５０±
２５°Ｃの温度で５分間脱揮処理を施したのちビクノメ
ーターに適量秤取し、少量のベンゼンで浸漬してから２
〜５＊ｍＨＨの真空下で気泡発生が認められなくなるま
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。

メーター＋ベンゼンのｉｔ、Ｄ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ｄ、！Ｓは
ベンゼンの比重である。この方法で測定したＩＲＢ１５
の真比重は、１．７７８１である。

（４）着色力（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、対比試料はＩＲＢ
Ｉ３として測定する。

（５）ブラックネス（［ｔｎ） 粒度１４９μ以下の乾燥カーボンブラック試料０゜５０
０ｇを秤取し、ガラス板上でアマニ油を滴下しながら十
分に練り合わせたのち、ペーストをフーバーマーラー上
で荷重１５１ｂで２５×５回混練して測定ガラス板面に
薄膜として形成する。予め基準試料ＩＲＢＩ１２につい
て形成した薄膜上にデンジクロンヘッドを置いて５０％
に設定し、ヘッドを少なくとも３ケ所移動させたときの
メーター値が４９．５〜５０．０％になることを確認す
る。この状態で試料カーボンブラックの薄膜上にヘッド
を置き、メーター値を読み取る。ヘッドは５ケ所移動し
、その平均値を測定値として下式によりブラックネスを
算出する。

ブラックネス−５０／Ｔ　ｘｌＯＯ（χ）但し、Ｔは試
料カーボンブラックの測定値、１゜Ｏは基準試料［ＲＢ
Ｉ１２のブラックネス、５ｏは基準試料ＩＲＢＩ２薄膜
の設定値である。

（６）　　１５ｓｔ　、　　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
−の回転速度に設定し、スピン液（２％グリセリン水溶
液）を１０１１Ｉ２加えたのち、１　ｔｒｒｌ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
．５−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５ｓ　ｔ　（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ΔＤｓ　ｔ　（ｎｍ）とする。この測定方
法によるＡＳＴＭ　Ｄ−２４５ｔａｎｄａｒｄ１？ｅｆ
ｅｒｅｎｃｅ　Ｂｌａｃｋ　Ｃ−３（Ｎ−２３４）の５
ｓＬは８０ｎｓ、ΔＤｓｔは６０ｎ−となる。

（７）よう素吸着量＜ＩＡ） ＪＩＳ　Ｋ６２２１−８２　’ゴム用カーボンブラック
の試験方法ｎ６　・ｌ−１項による。

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（ＮｔＳＡ）６５〜８４　ｔａ”７ｇおよび
ＤＢＰ吸油量１００〜１５０　ｅｆｆ／１００ｇの範囲
は、通常のＦ（ＡＰ水準のカーボンブラックと同等のハ
ード領域に属し、配合ゴムに好適な反発弾性、低発熱性
を与える一方、極端な耐摩耗性の後退を抑制するための
前提要件となる。この窒素吸着比表面積（ＮｚｓＡ）が
６５　ｍ”７ｇおよびＤＢＰ吸油壁がｔｏｏ　ｄ／ｌｏ
。

ｇを下廻る場合にはタイヤトレッドに耐える耐摩耗性を
付与することが期待できず、また窒素吸着比表面積（Ｎ
２ＳＡ）が８４　ｍ”７ｇおよびＤＢＰ吸油量が１５０
　ｄ／１００ｇを越えると反発弾性の後退が著しくなる
。

（１）弐および（２）弐で示されるカーボンブラックの
性状は、定圧表面積あたりにおける真比重および着色力
とブラックネスのパラメーターが低位にあり、また（３
）式で示される粒子性状はアグリゲート分布と表面活性
度の関係値が一定値以上になる要素で、上述の前提要件
の満たしたうえでこれら（１）〜（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。

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
有する燃焼室と、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、引続く狭径の第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、原料油を第１反応室の最狭径部に噴入する方法
によって製造することができる。この際、原料油を分割
し、その一部をガス流と同方向に、また一部をガス流と
直角方向にそれぞれの導入点が同一平面になるように導
入す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、その信書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
ン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可及的
に粒子径を小さくすることが有効とされており、通常は
窒素吸着比表面積８４ｍ”／ｇ以上のものが使用される
が、本発明ではまず真比重が（１）式の要件を満たすこ
とで６５〜８４ａ＋　２／ｇの領域の比表面積において
耐摩耗性の効果的な向上がもたらされる。しかし、（１
）式のような真比重の低位化は着色力、ブラックネス等
を増大させて動的ゴム性能を低下を派生する。この動的
ゴム性能の低下は、（２）および（３）式に示す選択さ
れた粒子アグリゲート性状の条件を与えることによって
抑制され、逆に反発弾性を押し上げる方向に転化する。

このような特有の作用を介して、特にパラセンジャーの
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
に反発弾性を相対バランスよく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５０ｈａ、長さ１０００＋
＋ｎ　）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２５抛−１最狭径部直径１
８０Ｉｌ＃、テーパ一部長さ１０００１１＋ｍ、最狭径
部長さ３００ｍ５）、引き続く第２反応室（直径２０抛
鴫。

長さ１０００＋＋ｍ）および２個所の水冷点をもつ直径
４００−鏑、長さ６００〇−一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
径部に炉頭部から軸方向に挿着された原料油噴射ノズル
と炉軸と直角に貫通する別の原料油噴射ノズルを原料油
の噴射位置が同一平面になる状態に装着した。軸方向の
原料油噴射ノズルは、噴射角度が４０〜４５°になるよ
うに調整した。

主原料油には、比重（１５／４°Ｃ）１．０７２、トル
エン不溶分０．０６％、相関係数（ＢＭＣＩ）１４１　
、初留点１７７’Ｃ，Ｎａ”　１．１　ｐｐｍ、に’　
０．４　ｐｐｍ＋の芳香族炭化水素油を、また燃料油し
ては、比重（１５／４°Ｃ）１．０４５、トルエン不溶
分０．０２％、相関係数（ＢＭｃＩ）１２５　、初留点
２００　’Ｃ，Ｎａ’　４．７ｐｐｍＳＫ　’　０．５
ｐｐｍ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で使用する特性範囲のカー
ボンブラック（３種Ｍ）を製造した。

表１ 油量は本発明の範囲に入るハード系領域に属していなが
ら（１）　、＜２）または（３）式の要件を満たしてい
ない特性のものである。

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。

なお、表２のうち比較例１〜４０カーボンブラツクは、
窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）およびＤＢＰ吸（２）ゴ
ム配合 次に、表２の各カーボンブラックを表３に示す重合比率
でスチレンブタジェンゴム（ＳＢＲ）に配合した。

表　　３ 表３の配合物を１４５°Ｃ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、ゴム特性のうち発熱度および摩耗量については下
記の測定方法および測定条件を用い、その他は全てＪＩ
Ｓ　Ｋ６３０１　　ｒ一般ゴム物理試験法Ｊによった。

（１）発熱度 ＡＳＴＭ　Ｄ６２３−７８（グツドリッチフレキソメー
タ使用）によった。

（２）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４４ＩＩＩ１１エメリーホ
イール二ＧＣタイプ、粒度８０、硬度Ｈ添加カーポラン
ダム粉：粒度８０メソシュ、添加量約９ｇ／ｌ１ｉｎ。

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：　５３５ｒｐｍ 試験荷重：４ｋｇ 表４の結果から、本発明の実施例は同等粒径の比較例と
比べて耐摩耗性と反発弾性、発熱度などの動的ゴム性能
が相対バランスよく向上し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高度の耐摩耗性と
動的性能（高反発弾性、低発熱性）を同時に付与するこ
とが可能となる。したがって、パノセンジャータイヤの
トレッドゴムに配合することにより走行時の転勤抵抗の
軽減と低燃費化を効果的に実現することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が６５〜８４ｍ＾
   ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１００〜１５０ｍｌ／１００ｇ
   のハード系領域に属し、かつ下記（１）、（２）および
   （３）式の特性要件を満たすタイヤトレッドゴム用カー
   ボンブラック。 （１）真比重≦１．９０８０−０．００１６［Ｎ＿２Ｓ
   Ａ］（２）［ＴＩＮＴ×Ｂｎ］×１０＾−＾２≦５５．
   ０＋０．４３［Ｎ＿２ＳＡ］（３）［ΔＤｓｔ／＠Ｄ＠
   ｓｔ］×［Ｎ＿２ＳＡ／ＩＡ］≧０．９０但し、上式に
   おいて、Ｎ＿２ＳＡは窒素吸着比表面積（ｍ＾２／ｇ）
   、ＴＩＮＴは比着色力（％）、Ｂｎはブラックネス（％
   ）、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（ｎｍ）、＠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
   クス相当径（ｎｍ）、ＩＡははよう素吸着量（ｍｇ／ｇ
   ）を指すものとする。