JPH04170448A - 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、トラックやバスなどの大型ラジアルタイヤの
トレッド部材として好適なゴム組成物、詳しくは優れた
耐摩耗性と低発熱性を兼備する高性能なゴム組成物に関
する。

〔従来の技術］ ゴム補強用のカーボンブラックには、具備特性に応じた
多様の品種があり、これらの品種特性がゴムに配合した
組成物の諸性能を決定付ける主要な要因となる。このた
め、通常ゴムへの配合に当たっては、部材用途に適合す
る品種特性のカーボンブラックを選定使用する手段が慣
用されている。

例えば、トラック、バス等の大型タイヤトレッドのよう
に苛酷な走行条件で高度の耐摩耗性が要求されるゴム部
材に対しては、Ｓ　Ａ　Ｆ　（ＮＩＩＯ）、！Ｓ　Ａ　
Ｆ　（Ｎ２２０）など、粒子径が小さくて比表面積が大
きなカーボンブラックを適用することが有効とされてい
る。

ところが、このようなハード系カーボンブラックは配合
ゴムの発熱性を増大させる性質があるため、タイヤトレ
ッドに使用した場合には走行中に蓄熱による内部構造の
破壊、あるいは構成材料の老化を促進させる等の□危険
がある。

また、近時、省資源、省エネルギーの社会的要求に対応
するため低燃費タイヤの開発が盛んにおこなわれている
が、低燃費タイヤの開発には低発熱性ゴム組成物が不可
欠の要素となる。

（発明が解決しようとする課題〕 このようなことから、粒子径が小さく、比表面積の大き
いカーボンブラックを用いて配合ゴムに高耐摩耗性と低
発熱性を同時に付与することができれば、タイヤトレッ
ド用ゴム部材として理想的なものとなる。

本出願人は上述した背反的なゴム性能を配合カーボンブ
ラックの特性面から両立させる研究を系統的におこなっ
ており、大型タイヤトレッド用として、微細な粒子径を
有しながら相対的にブロードな凝集体ストークス径分布
を備えるカーボンブラックを配合したゴム組成物（特開
昭６３−１１２６３８　　　・号公報）、凝集体ストー
クス径分布において特定範囲の２点極大値をもつカーボ
ンブラックを配合したゴム組成物（特開昭６３−１７９
９４１号公報）、ＤＢＰ吸油量、圧ｌＤＢＰ吸油量、ブ
ラックネス、窒素吸着比表面積およびよう素吸着量を変
数とする式で定義される値が特定範囲にあるカーボンブ
ラックを配合したゴム組成物（特開昭６３−２９７４３
９号公報）などを既に開発している。　本発明は、引き
続く研究において真比重とアグリゲート粒間ボアのモー
ド径が特定の範囲に位置するカーボンブラックをゴム成
分に配合すると、大型タイヤトレッド用として好適なゴ
ム物性が得られる事実を解明して開発に至ったものであ
る。

したがって、本発明の目的は、大型タイヤのトレッド用
として好適な高耐摩耗性と低発熱性を兼備するゴム組成
物を提供することにある。

〔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ゴム組成物は
、窒素吸着比表面積（ＮｘｓＡ）が１００−１６０ｍ”
７ｇのハード系領域に属し、かつ真比重およびアグリゲ
ート粒間ボアのモード径（１５ｐ）が下記（１）。

（２）の関係を満たす選択的特性のファーネスカーボン
ブラックを、天然ゴム単独または天然ゴムとジエン系合
成ゴムとのブレンドゴムよりなるゴム成分１００重量部
に対し３５〜１００重量部の割合で配合してなることを
構成上の特徴とする。

（１）　　真比重　≦１．８３７９　０．０００６　Ｘ
　ＮｔＳ＾但し、（２）式のｆ）ｐは示差走査熱量計（
ＤＳＣ）により測定されるカーポンブラックアグリゲー
ト粒間のボア径分布における最大頻度のモード径であり
、ＤＢＰはＤＢＰ＠油量を指す。

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

窒素吸着比表面積（ＮｚＳＡ）　−：　ＡＳＴＭ　０３
０３７−８８″５ｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅ５ｔ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　ｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａｃｋ−３ｕｒｆ−
ａｃｅ　Ａｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｂｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ　”　Ｍｅｔｏｄ　Ｂによる。なお、この
方法で測定したＩＲＢ”６の値は７６ｍ”７ｇであった
。

真比重−：カーボンブラック試料を落し蓋付ルツボに採
取し、６５０±２５℃の温度で５分間脱気処理する。脱
気処理後の試料をピ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２〜５ｍｍｕｇ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。ついでビク
ノメーターにベンゼンを充満して２５±０．１℃の恒温
水槽中で３０分間保持して秤量する。真比重値は、次式
によって算出される。

上式において、Ａはピクノメーター、Ｃはビクノメータ
ー士ベンゼンの質量、Ｄはとクツメーター十カーボンブ
ラック試料の質量、Ｅはビクノメーター十カーボンブラ
ック試料士ベンゼンの質量、４４１Ｂは２５℃における
ベンゼンの比重である。なお、この方法で測定したＩＲ
ＢＩ５の値は１．７９０３であった。

アグリゲート粒間ポアのモード径（１５ｐ　）　−：示
差走査熱量針（ＤＳＣ）により測定されるカーボンブラ
ックアグリゲート粒間のボア分布における最大頻度のモ
ード径を指すもので、以下の方法により測定される。

ＪＩＳ　Ｋ６２２１（１９８２）５　　ｒ乾燥試料の作
り方」に基づいて乾燥したのち、精秤採取したカーボン
ブラック試料を蒸留水と混合してカーボンブラック濃度
０．２５０ｇ／ｃｍ’のペーストを作成し、超音波で十
分に分散させる。超音波分散後１０分以内に示差走査熱
量針（ＤＳＣ，Ｍｅｔｔｌｅｒ社製ＤＳＣ３０）でアグ
リゲート粒間ポアの分布測定を開始する。この場合のペ
ースト採取量は約３〜５Ｂの範囲内とし、アルミ製のサ
ンプル容器に入れシールした後、ペーストの質量をｉ認
し前記ＤＳＣ装置にセットし、次のステップで測定する
。

■室温から一８０°Ｃまで急冷 ■−８０°Ｃから一５°Ｃまで１０°ｃ／ｓ＋ｉｎ、の
速度で加熱 ■−５°Ｃから−０，１’Ｃ１まで１°Ｃ／＋ａｉｎ、
の速度で加熱したのち、−〇、１°Ｃ（Ｂｊ留水の凝固
点より０．１°Ｃ低い温度）に１０分間保持する。

■−０，１″Ｃから一８°Ｃまで０．１°Ｃ／ｗｉｎ、
の速度で徐々に冷却し、補償エネルギーを記録する。

そして、■の段階で得られた補償エネルギーのチャート
から各温度（０，１°Ｃ刻み）の山の高さ（ｙ）を読み
取り、下記（３）、（４）式からアグリゲート粒間のボ
ア径（Ｄｐ）及びボア分布（４Ｖ／４Ｄｐ）を得る。

ａ Δ丁＝蒸留水の凝固点降下幅 貨ａ：蒸留水の凝固熱 Ｋ　：ＤＳＣ装置の感度やサンプルの質量を考慮にいれ
たファクター 上式（３）　、　（４）は、Ｂｒｕｎらによって導かれ
た式で、Ｔｈｅｒｓｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ、２１
（１９７７）　５９〜８８　”Ａ　ＮＥＷ　ＭＥ−ＴＩ
（ＯＤ　ＰＯＲＴＨＥ　ＳＩＭＩＩＬＴＡＮＥＯＵＳ　
ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ　０ＦＴＨＥ　５ＩＺＥ　
ＡＮＤ　ＴＨＥ　５ＨＡＰＥ　ＯＦ　ＰＯＩ？ＥＳ　：
　ＴＨＥ　ＴＨＥＲＭＯ−ＰＯＲＯＭＥＴＲＹ“′に詳
説されている。なお、この方法で測定したＩＲＢ＠６の
５ｐの値は９５．３ｎｍであった。

Ｄ　Ｂ　Ｐ　−：　ＪＩＳ　Ｋ６２２１（１９Ｂ２）　
　ｒゴム用カーボンブランクの試験方法」６　・１　・
２項、吸油量Ａ法（機械法）による。なお、この方法で
測定したＩＲＢ”　６の値は９９．０　ｍｊ２／１００
ｇであった。

本発明の特性を備えるファーネスカーボンブラックは、
炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に装着された燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを備える燃焼室と、
同軸的に連設された狭径反応室および広径反応室により
構成される通常のオイルファーネス炉を用い、原料油、
燃料油、空気等の供給量の調整、酸素ガスの添加などの
条件を与えることによって製造することができる。

上記のファーネス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
ブラン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３５〜１００重量部とし
、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化側
、可塑剤等の必要成分とともに混練して本発明のゴム組
成物を得る。

［作　用］ 本発明で特定したファーネスカーボンブランク特性項目
のうち、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が１００〜１６
０ａ＋！／ｇの粒子範囲はハード系領域に属し、配合ゴ
ムに高度の耐摩耗性と適度の発熱性を保持させるための
前提条件となる。しかし、咳比表面積が１００ｍ＋”／
ｇ未満であると耐摩耗性の面で不十分となり、他方、１
６０ｍ”／ｇを１廻るとゴムに対する分散性が悪化して
耐摩耗性が円滑に向上しなくなり、発熱性も極度に増大
する。

ファーネスカーボンブラックの真比重は、粒子径やスト
ラフチャーとは異なる別異の特性要素として把握するこ
とができる。すなわち、真比重はカーボンブランクの製
造過程で生成する個々の粒子内部における炭素微結晶構
造の形成度合を示すパラメーターとして捉えることがで
き、例えば真比重の低いカーボンブランクは炭素微結晶
構造の形成が不十分で、炭化水素成分の残存が多いため
構成する粒子表面が化学的活性ラジカルに冨む状態にあ
ると考えられている。　　（１，８３７９−０，０００
６ＸＮＩＳＡ）以下の真比重値は、表面活性度の高い表
面性状に特徴付けられ、この表面性状がゴムとの親和性
を改善して低発熱性を付与するために有効機能する。

アグリゲート粒間ポアのモード径（Ｄｐ）は、カーボン
ブラックが強固に融着結合した凝集体（アグリゲート）
の性状を示すパラメーターであり、カーボンブラ、ツク
生成過程における反応温度や燃焼ガスの攪乱度などの条
件と密接に関連している。

このため、ストラフチャーおよび比表面積と相関する関
係にある。発明者の検討によると上布されている一般の
カーボンブラックの５ｐは５ｐ＝（７５、２ｘＤＢＰ／
Ｎｘ５Ａ）±３．０の範囲にあることが確認されている
０例えば、ｌＲＢ”６の５ｐはそのＤＢＰ５Ｎ、ＳＡよ
り計算すると９５．０ｎｍから１０１゜Ｏｎ−の範囲に
あることになるが、５ｐの実測値は９５．３ｎ−とこの
範囲に入っている。本発明で特定されているアグリゲー
ト粒間ポアのモード径（Ｄｐ）範囲は従来のカーボンブ
ラックよりもストラフチャーおよび窒素吸着比表面積に
対応する粒間ボアの大きさが相対的に低位にあり、この
特性が配合ゴムの補強性向上に寄与する。

上記の機能が総合的に作用して、ゴム組成物に高補強性
と低発熱性の両性能を併有させることが可能となる。

（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。

　一 実施例１〜３、比較例１〜５ 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に挿着した燃焼
バーナーおよび原料油噴射ノズルを備える燃焼室（直径
８００ａｌｌ、長さ６００ｍｍ）、該燃焼室と同軸的に
連結する狭径反応室（直径１５０ｍｍ　、長さ１００１
００Ｏ、引き続き連設された広径反応室（直径４００＋
ｍｓ）とから構成されたオイルファーネス炉を設置した
。

原料油には、比重（１５／４℃）１．０７３、粘度（エ
ングラ−１４０／２０℃）２．１０、トルエン不溶分０
．０３％、相関係数（ＢＭＣＩ）　１４０の芳香族炭化
水素油を用い、燃料油として比重（１５／４°Ｃ）０．
９０３、粘度（Ｃｓ　ｔ１５０”Ｃ）１６．１　、残炭
分５．４％、引火点９６％の炭化水素油を使用した。

上記の反応炉、原料油および燃焼油を用い、原料油、燃
料油、空気の供給量、−酸素ガスの添加有無等の生成条
件を′変えて６種類のファーネスカーボンブラックを製
造した。得られたカーボンブラックの特性を生成条件と
対比して表１に示した。

なお、表１中の比較例４．５はそれぞれ市販のＩＳＡＦ
（ＡＳＴＭ　　Ｄ−１７６５におけるＮ２２０級）、５
ＡＦ（ＡＳＴＭ　　Ｄ−１７６５におけるＮ１１０級）
カーボンブラックである。

次に、これらのカーボンブラック試料を表２に示す配合
比により天然ゴムに配合した。

表２ 表３の配合物を１４５℃の温度で４０分間加硫して得ら
れた各ゴム組成物につき各種のゴム試験をおこない、そ
の結果を表３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）ランボーン摩耗量 ランボーン摩耗試験機（ＩＩ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４４Ｉ１ｍエメリーホイー
ルー〇Ｃタイプ、粒度８０、硬度添加カーポランダム粉
：粒度８０メツシュ、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：５３５ｒｐ霧 試験荷重：４ｋｇ ２）　ｔａｎδ Ｖｉｓｃｏ　　Ｅｌａｓｔｉｃ　　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅ
ｔｅｒ　（岩本製作所製）を用い、次の条件で測定した
。

試験片：厚さ２−１長さ３０−１幅５１温　度：室温 周波数：５０Ｈｚ、動的歪率：±１％ ３）その他 すべてＪＩＳ　）［６３０１ｒ加硫ゴム物理試験方法」
によった。

表３の結果から、本発明の要件を満たす実施例１〜３の
ゴム組成物は、同等の窒素比表面積を有しながら本発明
の要件を外れる比較例１〜４と比較して同等以上の耐摩
耗性能を有しながら発熱性の指標となるｔａｎ　δが有
意に低下していることが認められる。

また、その他の補強性能も高水準に維持されていること
が判る。

図は各偶についてランボーン摩耗量とｔａｎδとの関係
をグラフとしたものでありミ実施例によるゴム組成物に
おいて耐摩耗性、発熱性ともに改善基れていることが明
確に把握され墨。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば従来技術とは異なるカー
ボンブラックの特性項目を適訳規制する−こと、によっ
て高度の補強性能と低発熱性を兼備するゴム組成物を提
供することができる。したがって、トラックミバスなど
大型ラジアルタイヤのトレッド部材として極めて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

図は実施例におけるランボーン摩耗量とｔａｎ　δとの
関係を示したグラフである。 出１人　　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　高　畑　正　也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が１００〜１６０
   ｍ＾２／ｇのハード系領域に属し、かつ真比重およびア
   グリゲート粒間ボアのモード径（＠Ｄ＠ｐ）が下記（１
   ）、（２）の関係を満たす選択的特性のファーネスカー
   ボンブラックを、天然ゴム単独または天然ゴムとジエン
   系合成ゴムとのブレンドゴムよりなるゴム成分１００重
   量部に対し３５〜１００重量部の割合で配合してなるゴ
   ム組成物。 （１）真比重　≦１．８３７９−０．０００６×Ｎ＿２
   ＳＡ（２）＠Ｄ＠ｐ≦７５．２×ＤＢＰ／Ｎ＿２ＳＡ−
   ８．０但し、（２）式の＠Ｄ＠ｐは示差走査熱量計（Ｄ
   ＳＣ）により測定されるカーボンブラックアクリゲート
   粒間のポア径分布における最大頻度のモード径であり、
   ＤＢＰはＤＢＰ吸油量を指す。