JPH0415268A - カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物 - 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、ゴム用カーボンブラックの分類でハードブラ
ックに属し、特定された範囲のカーボンブラック特性を
有するカーボンブラックならびにそれを使用したゴム組
成物に関するものであり、更に詳しくは、当該カーボン
ブラックを配合したゴム組成物、特に乗用車用のタイヤ
のトレッド部に優れた補強性を維持しながら、優れたヒ
ステリシスを付与することができるカーボンブラックに
係るものである。

［従来の技術］ ゴム用カーボンブラックは、その特性に対応し多様の品
種があり１通常比表面積（よう素吸着量、窒素吸着比表
面積などで表わされる。）、ストラフチャー（ＤＢＰ吸
油置などで表わされる。）などの特性に基づいて分類さ
れている。

主にタイヤのトレッド部に用いられるカーボンブラック
の品種は比表面積の小さい方から、ＨＡＦ、ｌ５ＡＦ、
ＳＡＦと分類され、一般にこの順で配合されたゴムの耐
摩耗性が優れていくとされている。

これらのカーボンブラックの品種特性は、配合するゴム
組成物の諸性能を決定する重要な因子となることから、
その使用目的に応じて選択される。一般にＩ　ＳＡＦク
ラスよりも比表面積の大きいカーボンブラックは天然ゴ
ムを主体としたトラック、バス用タイヤのトレッド部に
用いられてｓつ、ＨＡＦクラスのカーボンブラックはＳ
ＢＲゴムなどの合成ゴムを主体とした乗用車用タイヤの
トレッド部に用いられている。

［発明が解決しようとする！ＩＩＩＡＪ乗用車用タイヤ
に右いては、走行時の省燃費性及びタイヤ寿命の経済性
から、配合したゴム組成物に優れた耐摩耗性、すなわち
補強性（高い比表面積）を高度に付与しながら、ヒステ
リシスロスが出来るだけ小さくなるカーボンブラックの
開発が望まれていた。

一般にカーボンブラックの比表面積が太きくなると、配
合ゴム物性の発熱性が高くなり、ヒステリシスロスが大
きくなってくるという欠点があった。ゴム組成物のヒス
テリシスロスとはゴムに変形、回復のサイクルを与えた
ときに変形過程で加えられるエネルギーと回復過程で放
出するエネルギーとの差のことで、この（直が少ないほ
どタイヤの転がり抵抗が少なくなり、省燃費性が優れて
いることになる。

したがって、補強性が高く、かつヒステリシスロスの少
ない、相反する要望を満たすカーボンブラックの開発が
望まれていた。

［課題を解決するための手段Ｊ 本発明は、カーボンブラックの比表面積およびストラフ
チャーに着目することにより、この課題を解決したもの
である。

カーボンブラックの比表面積を測定する方法としては、
電子顕微鏡による電顕比表面積（Ｓｅｍ）、ＢＥＴ法に
よる窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ）、界面活性剤である
セチルトリメチルアンモニウムブロマイドの吸着による
ＣＴＡ　Ｂ比表面積（ＣＴＡＢ）および、よう素吸着道
＋ＩＡ）がある、これらの比表面積はそれぞれ特徴があ
る。

他方、カーボンブラックのストラフチャーとはカーボン
ブラックの粒子の繋り、または凝集による構造のことで
ある、粒子の繋り程度が発達しているほど、このストラ
フチャーの値は高（なる。

本発明においては、ＣＴＡＢ比表面積が６５ば／ｇ　〜
８５ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰ）が１３０ｒｎｊ
！／１００ｇ　〜１６０ｒｒ＋１２／ｌｏｏｇであり、
ＣＴＡ　Ｂ比表面積（ＣＴＡＢ）の測定値（ｍ”／ｇ）
とよう素吸着量（ＩＡ）の測定値（ｍ　ｇ　／　ｇ　）
の比が１．１５〜１．３５であり、ΔＤＢＰ　（ＤＢＰ
吸油量と圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量の差）が、２０ｍ
ｊ！／ｌ　ＯＯｇ〜４０ｍｆｆ／ｌｏｏｇであり、比着
色力が８５〜Ｉ００であり、遠心沈降法によるカーボン
ブラックの凝集体のモード径が１１５〜１３５ｍμであ
り、遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体の半値
幅と凝集体のモード径の比が０．６５〜０４９０である
場合には補強性とヒステリシスロスのバランスの良い、
優れたカーボンブラックとなることを見出した。

本発明のカーボンブラックは、天然ゴム、合成ゴムまた
はそれらの混合物の補強に効果があり、かつ得られたゴ
ム組成物は乗用車用タイヤとして優れたヒステリシス特
性を持−〕ものである、配合量としては、ゴム１００重
量部に対し、カーボンブラックを２０〜２００重量部、
好ましくは３０〜１００重量部である。

ここで、ＣＴＡＢが高過ぎると期待したヒステリシスの
改善が見られないので８５　ｍ　”　／　ｇを越えては
ならない、また、６５　ｍ　”　／　ｇ以下では補強効
果が低く、よいゴム組成物が得られない。

ＤＢＰ（１１３０ｍｆｆ／１００ｇ以下では、補強効果
が充分でないが、１６０ｒｒ＋１２／ｌｏｏｇを越える
場合にはゴム組成物のモジュラスを高くシ。

こわさを増すので好ましくない。

また、ＣＴＡＢ比表面Ｎｌ　（ＣＴＡＢＩの測定値（ｍ
’　／ｇ）とよう素吸Ｗｉｔ　（Ｉ　Ａ）　（７）測定
値（ｍ　ｑ　／　ｇ　ｌの比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）はカー
ボンブラック表面の化学活性の物差しとなり、この値が
大きいほど表面化学活性が高いことを示し、（ＣＴＡＢ
／ＩＡ）が１．１５〜１．３５のときには、カーボンブ
ラックの表面化学活性に基づくゴムとカーボンブラック
の相互作用により、配合ゴム物性の補強性及びヒステリ
シスロスに対して、より好ましい特性を示すことがわか
った。

ＤＢＰ吸油量と圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量の差（ΔＤ
ＢＰ）が４０　ｍ　ｇ、／　ｌ　ＯＯｇを越えるとスト
ラフチャー破壊が大きくて補強性を保てず、一方ΔＤＢ
Ｐが２０ｒｒ＋Ｊｌ！／１００ｇ以下であるとゴムと混
練りした場合に充分なゴムへの分散性が劣るので不適当
である。

比着色力がｌＯＯを越えるとヒステリシスロスが大きく
なり８５より小さいと、補強性が保でなしＸ。

遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のモード径
が１１５ｍμより小さいとヒステリシスロスが太き（な
り１３５ｍｕを越えると補強性が足りない。

遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体の半値幅と
凝集体のモード径の比が０．６５より小さいとヒステリ
シスロスが大きくなり、０９０を越えると補強性が不充
分となる。

したがってカーボンブラック特性の組み合わせが特定さ
れた範囲内にあるカーボンブラックを配合した特番こ初
めてゴム組成物に優れた補強性及び少ないヒステリシス
ロスを付与させることが出来ることを見出した。

本発明のカーボンブラックは、天然ゴム及び／または合
成ゴムの補強に効果があり、且つ得られたゴム組成物は
優れたヒステリシス特性を持つものである。配合量とし
ては、ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２
０〜２００重置部、好ましくは３０〜１００重量部であ
る、この場合適用可能なゴムとしては、天然ゴム又は合
成ゴムのいずれでもよく、またそれらの任意のブレンド
であっても同じような効果が期待できる。

なお１本発明に用いられたカーボンブランクは通常のフ
ァーネス法カーボンブラック製造装置によって製造され
る。

［実施例１ 次に本発明を実施例に基づき説明する。ファーネス法カ
ーボンブラック製造装置を用い。

導入空装置：　Ｎ　ｍ　３／　Ｈ２，５００〜５．００
０導入燃料油量　ｆｆ　／　Ｈ１００〜３００導入原料
油置　ε／８　　　　１．０００〜２．０００原料油へ
のＫ　、　Ｃｏ　。

添加量：ｇ／Ｈ５〜Ｉ５ 水冷却温度：　℃６００〜９００ の条件で行ない、表１の実施例１〜実施例３に示すカー
ボンブラックを得た。

この場合カーボンブラックの各特性は、次のようにしで
測定した。

なお比較のため比較例１及び２に市販のＨＡＦ−ＨＳカ
ーボンブラックおよびＩＲＢ＃６（標準カーボンブラッ
ク）の測定を行なった、（１１ＣＴＡＢ比表面ｆ１１　
（ＣＴＡＢ）　　コ、へＳＴＭ　　Ｄ３７６５−８９に
準拠して行なった。

（２１ＤＢＰ吸油１（ＤＢＰ） 、ＪＩＳ　　Ｋ　　６２２１−１９８２にＩＩＪ！拠し
て行なった。

（３）よう素吸着量（ＩＡＩ　　： ＪＩＳ　　Ｋ　　６２２１−１９８２に準拠して行なっ
た。

（４）圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量（ＣＤＢＰＩ・ＡＳ
ＴＭ　　Ｄ３４９３−８８に準拠して行なった。

（５）比着色力（Ｔｉｎｔ）： ＪＩＳ　　Ｋ　　６２２１−１９８２に準拠して行なっ
た。

（６）カーボンブラックの凝集体測定法・遠心沈降法に
よるカーボンブラックの凝集体分布は、ジ３イス・ジー
ブル社製ディスク・セントリフユージを使用し１次の方
法によって測定を行なった。

カーボンブラックを約１０ｍｇ精秤し、装置の界面活性
剤を加えた２０％エタノール水溶液に加え、カーボンブ
ラック濃度を約０．０２重置％にした後、超音波で分散
させ、これを試料ｒ１４ｆｉとした。

ディスク・セントリフユージの回転速度を８．０ＯＯｒ
ρｍに設定し、スピン液（純水）１４ｍ１ｌを加えた。

その後バッファー液（２０％エタノール水溶液）１ｍｌ
を注入し、ついでこれに試料溶液０．５ｍＪを注射器で
注入し、−斉に遠心沈降を開始させた。

光電沈降法により凝集体分布曲線を作成した。

モード径（Ｄ　、、）と半値幅（△Ｄ　、、、）は、第
１図より求めた。

非圧縮試料のモード径を（Ｄ、、）。、半値幅を（ΔＤ
　ｓｏ）　　。とし、４５７Ｍ−０３４９３の方法によ
って得た圧縮後の試料のモード径を（Ｄ、Ｔ）　、、半
値幅を（ΔＤ、。）４とする。

表−１に示したカーボンブラックの性能評価をするため
ｉ：、ＡＳＴＭ　　Ｄ　　３１９１　ｒＳＢＲ配合物−
評価と配合１　（表−２）及びＡＳＴＭ　　Ｄ３１９２
ｒ天然ゴム配合物−評価と配合Ｊ　（表−３）に準拠し
て調製し、次の配合ゴム物性試験条件により測定評価し
た。この結果を表−４８よび５に示す。

（１）配合物の加硫条件 １４５℃、５０分 （２）引張試験、反発弾性試験： ＪＩＳ　Ｋ　６３０１−１９７５に準拠して行なった。

引張強度の値が大きいほど、補強性が高い。

反発弾性の値が大きいほど、ヒステリシスロスは少ない
。

（３）耐摩耗性試験：ランボーン摩耗試験機を用い、次
の条件で澗定した。

試験片：　　外径５４．０ｍ　ｍ　、厚さ１２．７ｍｍ
エメリーホイール・ 砥粒Ｃ９粒度＃８０．結合度に エメリーホイール面と試験片との相対スリップ率・　　
　　２５％ 試験荷重：１２Ｋｇ 添加カーポランダム粒。

粒度＃１００．添加１１０ｇ／ｓ＋ｉｎ測定結果はＩＲ
Ｂ＃６対比の指数で表示した。

指数か大きいほど耐摩耗性が優れており、補強性が高い
ことを示している。

表−１番こ挙げたカーボンブラックはいずれもＣＴＡＢ
比表面Ｐ＃１（ＣＴＡＢ３が６５ｍ２／ｇ〜８５ｍ”／
ｇの範囲内にある。

比較例１ではＣＴＡＢ／ＩＡが特許請求の範囲内の１，
３０にあるが、ＤＢＰが１２８ｒｒ＋ｊ２／１００ｇと
外れており、ΔＤＢＰも工９と小さな値となっており補
強性及びヒステリシスロスにおいて実施例１一実施例３
に劣っている。

比較例２ではＣＴＡＢ／ＩＡが１．０９と特許請求の範
囲を外れており、ＤＢＰも１２８と低く、ΔＤ５０／Ｄ
、ｔの値も０．５８と低いために補強性とヒステリシス
ロスのバランスが実施例に比較しで劣っている。

Ｃ以下余白） ［発明の効果） Ｌ記説明で明らかなように本発明で規制する選択的特性
を有するカーボンブラックは、その配合ゴム組成物に優
れた補強性を維持しながら、低いヒステリシスロスを付
与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーボンブラックの凝集体分布曲線図である。 第一図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＣＴＡＢ比表面積が６５ｍ＾２／ｇ〜８５ｍ＾２
   ／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１３０ｍｌ／１００ｇ〜１６０ｍ
   ｌ／１００ｇであり、ＣＴＡＢ比表面積の測定値とよう
   素吸着量の比が１．１５〜１．３５であり、ΔＤＢＰ（
   ＤＢＰ吸油量と圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量の差）が２
   ０ｍｌ／１００ｇ〜４０ｍｌ／１００ｇであり、比着色
   力が８５〜１００であり、遠心沈降法によるカーボンブ
   ラックの凝集体のモード径が１１５〜１３５ｍμであり
   、遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体の半値幅
   と凝集体のモード径の比が０．６５〜０．９０であるカ
   ーボンブラック。
2. （２）天然ゴム、合成ゴムまたはそれらの混合物１００
   重量部に対し、請求項第１項のカーボンブラックを２０
   〜２００重量部配合したことを特徴とするゴム組成物。