JPH04363344A - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、タイヤトレッド部材に
用いて好適なゴム組成物、詳しくは低発熱性を損なうこ
となく耐摩耗性を有意に改善したゴム組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】近時、自動車の高性能化に伴って高速性
能、安定走行性能ならびに耐久性能に対する要求が高ま
り、これら諸性能に関与するタイヤトレッド部材の特性
、とりわけ耐摩耗性と低発熱性の両立改良が重要な課題
とされている。また、省資源、省エネルギー等の社会的
要請に対応するため、低燃費タイヤの開発も盛んにおこ
なわれているが、この課題に対してもタイヤトレッドを
構成するゴムに高い反発弾性を与える低発熱特性を具備
させることが不可欠となる。 【０００３】一般に、ゴムの摩耗、発熱等の性能は配合
するカーボンブラックの性状特性に支配される要素が大
きいが、これらのゴム性能には二律背反的な関係がある
ことが知られている。例えば、低燃費タイヤに必要な低
発熱性を付与するためには、比較的粒子径の大きいカー
ボンブラックを少ない配合量でゴムに配合することが有
効であるが、この配合では耐摩耗性や湿潤路面での制動
性などの低下を招く。また、苛酷な走行条件で高度の耐
摩耗性が必要なタイヤトレッドに対しては可及的に粒子
径が小さくてストラクチャーの大きな特性のカーボンブ
ラックが有効であるが、反面、この種のカーボンブラッ
クはゴム組成物の発熱性を高めて走行中に蓄熱による内
部構造の破壊、構成材料の老化などの現象を促進させる
危険性を招く。 【０００４】このようなことから、カーボンブラックの
粒子径（比表面積）、ストラクチャーなどの基本特性に
加えてその他の諸特性をミクロに評価し、特定の選択的
特性を備えるカーボンブラックをゴムに配合することに
より耐摩耗性と低発熱性を同時に改善させる技術が数多
く提案されている。 【０００５】このうち、乗用車や軽トラック用のタイヤ
トレッドとして好んで使用されるＮ３３９　級のカーボ
ンブラックを対象にするものには、次のような提案があ
る。 （１）　窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０ｍ２／ｇ
以上、圧縮ＤＢＰが１１２ｍｌ／１００ｇ以上の範囲に
あり、カーボンブラック凝集体のストークスモード径お
よび同分布が一定値以上の特性をもつゴム配合用のカー
ボンブラック（特公平１−５３９７８　号公報）　。 （２）　Ｎ２　ＳＡが６０ｍ２／ｇ以上、ＤＢＰが１０
８ｍｌ／１００ｇ以上の範囲にあり、一定比表積当たり
の真比重を公知のカーボンブラックよりも著しく低い特
定範囲に設定するとともに着色力ならびに凝集体モード
径当たりの分布巾を一定値以上に制御したカーボンブラ
ックを配合したゴム組成物（特開昭５９−１４０２４１
号公報）　。 （３）　Ｎ２　ＳＡが６５〜８４ｍ２／ｇ、Ｎ２　ＳＡ
／よう素吸着量（ＩＡ）の比が１．１０〜１．３５の範
囲にあり、圧縮ＤＢＰ、ブラックネス、ＩＡおよび凝集
体モード径を変数とする式で定義される値を特定値以上
に設定した特性をもつゴム配合用のカーボンブラック（
特開昭６３−２２５６３９号公報）　。 （４）　Ｎ２　ＳＡが７５〜１０５ｍ２／ｇ　、圧縮Ｄ
ＢＰが１１０ｍｌ／１００ｇ以上の範囲にあり、一定比
表面積当たりの真比重を公知のカーボンブラックより低
い特定範囲に設定するとともに、粒子凝集体空隙直径な
らびに凝集体モード径当たりの分布巾を一定値以上に維
持する特性をもつゴム配合用のカーボンブラック（特開
平１−２０１３６７号公報）　。 【０００６】また、主にトラック、バス用の大型タイヤ
トレッド部材に使用されるＮ２２０　、Ｎ１１０　級の
カーボンブラックを対象とするものには、次のような改
良提案がなされている。 （５）　Ｎ２　ＳＡが　１００〜２００ｍ２／ｇ　の範
囲にあり、粒子径に対して相対的にブロードな凝集体ス
トークスモード径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）　。 （６）　Ｎ２　ＳＡが７０〜１８５ｍ２／ｇ　の範囲に
あり、凝集体ストークス径分布が特定範囲の２点の極大
点をもつカーボンブラックを配合したゴム組成物（特開
昭６３−１７９９４１号公報）　。 （７）　Ｎ２　ＳＡが　１１０〜１５５ｍ２／ｇ　の範
囲にあり、ＤＢＰ、圧縮ＤＢＰ、ブラックネス、Ｎ２　
ＳＡおよびよう素吸着量を変数とする式で定義される値
が特定範囲にある特性のカーボンブラックを配合したゴ
ム組成物（特開昭６３−２９７４３９号公報）　。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
低燃費タイヤに対する要求はますます高度化しており、
低発熱性能を保持しながらより高度の耐摩耗性を備える
ゴム組成物の開発が求められている。 【０００８】本発明は、このような状況下で引き続き前
記課題を解決するための研究を重ねた結果、Ｎ２　ＳＡ
が６０〜１６０ｍ２／ｇ　、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５
０ｍｌ／１００ｇのハード系領域に属するカーボンブラ
ックにおいて、一定凝集体モード径当たりのＣＢ凝集体
の光学的性質が異なる特性のカーボンブラックを配合し
たゴム組成物は乗用車からトラック、バスに至るタイヤ
トレッドとして好適な低発熱性と高耐摩耗性とを兼備す
る事実を解明して開発されたものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によるゴム組成物
は、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０〜１６０ｍ２
／ｇ　、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０ｍｌ／１００ｇの
ハード系領域に属し、かつ下記の選択的特性を備えるカ
ーボンブラックをゴム成分　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。 ｎ　　≦　１．４６３−０．００６７６　×Ｄｓｔモー
ド径ｂ　　≦　８．４７８−０．０４３３３　×Ｄｓｔ
モード径但し、ｎおよびｂは希薄水分散カーボンブラッ
クの可視光領域における吸光度（ｌｏｇＩ０／Ｉ）　の
波長　（λ）　に対する依存性を示す定数で〔ｌｏｇ（
ｌｏｇＩ０／Ｉ）＝ｂ−ｎｌｏｇ　λ〕式で求めた値と
し、Ｄｓｔモード径はディスクセントリフュージ装置（
ＤＣＦ）により測定したカーボンブラックアグリゲート
のストークスモード径を指すものとする。 【００１０】上記構成によるカーボンブラックの各特性
は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。 窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）：ＡＳＴＭ　　Ｄ３０３
７−８８　　“Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅｓｔ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　ｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂｌａｃｋ−Ｓｕｒｆａ
ｃｅＡｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ　”ＭｅｔｈｏｄＢによる。 ＤＢＰ吸油量：ＪＩＳ　　Ｋ６２２１（１９８２）「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。 【００１１】Ｄｓｔモード径：乾燥カーボンブラックを
少量の界面活性剤を含む２０％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の分散液を作製
し、これを超音波で十分に分散させて試料とする。ディ
スクセントリフュージ装置（ＤＣＦ）　を８０００ｒｐ
ｍ　の回転速度に設定し、スピン液（２％グリセリン水
溶液）　を１０ｍｌ加えたのち、１ｍｌのバッファー液
　（エタノール水溶液）　を注入する。ついで、試料０
．５ｍｌ　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カーボンブラックアグリゲ
ートの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Ｄｓｔモード径とする。 【００１２】光学的特性（ｎ，ｂ）の吸光度測定：ＪＩ
Ｓ　　Ｋ６２２１（１９８２）５に従って乾燥し、精秤
した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
１０ｍｇ／ｌの分散液を作成し、超音波で十分に分散さ
せる。このようにして調製された希薄水分散カーボンブ
ラックにつき、分光光度計〔日本分光工業（株）製、Ｕ
ＶＩＤＥＣ−６６０〕により可視光波長領域の吸光度を
次の条件で測定する。 波　　長　　　　　　　４００〜８５０　ｎｍ光路長　
　　　　　　１０　ｍｍ（石英セル使用）バンド幅　　
　　　１　ｎｍ 図１は、上記の条件で測定されたカーボンブラック標準
試料ＩＲＢ　＃６の波長（λ）　と吸光度（ｌｏｇＩ０
／Ｉ）　との関係を示したものである。このデータから
〔ｌｏｇ（ｌｏｇＩ０／Ｉ）＝ｂ−ｎ　ｌｏｇλ〕式に
よりｎ（傾き）　およびｂ（切片）を求めると、ｎ＝０
．８５２　、ｂ＝４．６９５　の値となる。 【００１３】本発明で特定したカーボンブラック特性項
目のうち、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０〜１６
０ｍ２／ｇ　の粒子径範囲およびＤＢＰ吸油量９０〜１
５０ｍｌ／１００ｇのストラクチャー範囲は通常品種の
ハード系領域に属し、配合ゴムに高度の耐摩耗性を付与
するとともに適度の発熱性を保持させるための前提要件
となる。この窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０ｍ２
／ｇ未満では耐摩耗性の低下が著しく、他方１６０ｍ２
／ｇ　を越えるとゴムに対する分散性が悪化して耐摩耗
性が円滑に向上せず、発熱性も増大する。また、ＤＢＰ
吸油量が９０ｍｌ／１００ｇ　未満では耐摩耗性が損な
われ、１５０ｍｌ／１００ｇを上廻る場合にはアイスス
キッド性が低下して安全性能の後退を招く。 【００１４】本発明において設定した選択的特性は、カ
ーボンブラックアグリゲートの光学的な性質を示す指標
であって、アグリゲートの大きさが同一であっても吸光
度の波長依存性が相対的に小さいことに特徴付けられる
。そして、前記波長依存性の定数となるｎおよびｂがそ
れぞれｎ≦　１．４６３−０．００６７６　×Ｄｓｔモ
ード径およびｂ≦　８．４７８−０．０４３３３　×Ｄ
ｓｔモード径の要件を満たす場合に配合ゴム組成物の発
熱性を増大させずに耐摩耗性を有意に向上させることが
可能となる。 【００１５】これらの特性を備えるカーボンブラックは
、炉頭部に接線方向の空気供給口と炉軸方向に挿着され
た燃焼バーナーを有する燃焼室と、これに同軸的に連設
された２段の狭径反応域と広径反応域を備える構造のオ
イルファーネス炉を用い、前記２段の狭径反応域に原料
油を分割導入するプロセスにより製造することができる
。この際、燃料油供給量、空気供給量などの燃焼条件、
原料油の供給量等を制御することで生成するカーボンブ
ラックの特性が調整される。 【００１６】上記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、その他常用のカーボ
ンブラッ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、
軟化剤、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。 【００１７】 【作用】カーボンブラックの希薄水分散系が、〔ｌｏｇ
（ｌｏｇＩ０／Ｉ）＝ｂ−ｎ　ｌｏｇλ〕式で示される
Ａｎｇｓｔｒｏｍ　近似に従うこと、また定数ｎおよび
ｂが共にカーボンブラック表面積の対数と直線関係にあ
ることは既に解明されている〔Ｒｕｂｂｅｒ　Ａｇｅ　
Ｖｏｌ．８２，Ｎｏ．４，Ｐ６５７（１９５８）　〕。 そして、一般にカーボンブラック分散液に光を入射させ
ると、光の吸収および散乱が起きるが、これら吸収、散
乱共に入射光の波長に関連するばかりでなく、液中に分
散するカーボンブラックアグリゲートの径、形状、濃度
等にも関係する。 【００１８】本発明者らは、比表面積やＤＢＰ吸油量の
異なる市販のカーボンブラックについて前記の追試実験
をおこなったところ、基本的に同一の結果が得られるこ
とを確認した。更にカーボンブラックアグリゲートの径
としてディスクセントリフュージ装置（ＤＣＦ）　で測
定されるストークスモード径をとり、定数ｎおよびｂと
の相関関係を調べた結果、下記の関係にあることが判明
した。 　　　　　　ｎ＝（１．５１５　−０．００６７６　×
Ｄｓｔモード径）　±０．０５　　…（１）　　　　　
　　ｂ＝（８．８８１　−０．０４３３３　×Ｄｓｔモ
ード径）　±０．４　　　…（２）　【００１９】Ｄｓ
ｔモード径は、カーボンブラック粒子が強固に融着結合
したアグリゲートを示すパラメーターであり、その性状
はカーボンブラック生成過程における生成反応温度や燃
焼ガスの撹乱度などの生成条件と密接に関連する。した
がって、上式（１）　、（２）　は比表面積、ストラク
チャー等の性状、すなわちアグリゲートの大きさおよび
形状が総合作用して成立するものと考えられるが、さら
に研究を進める過程でｎおよびｂがＤｓｔモード径との
関係において（１）　および（２）　式からの算出値よ
りも小さい場合、とくに選択的特性として特定した要件
を満たす場合に配合ゴムに対する耐摩耗性の向上が著し
いことを確認した。 【００２０】上記のことから、本発明のゴム組成物にお
いて低発熱性を保持しながら耐摩耗性が顕著に向上する
作用は、選択的特性を満たすカーボンブラックの独特な
光学的アグリゲート形状に基づくものと推測される。 【００２１】 【実施例】 実施例１〜３、比較例１〜３ 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に燃焼バーナー
を装着した燃焼室（直径８００ｍｍ　、長さ８００ｍｍ
）を設置し、該燃焼室と同軸的に連結する第１段狭径反
応域（直径２３０ｍｍ　、長さ　５００ｍｍ）　、第２
段反応域（直径１５０ｍｍ　、長さ７００ｍｍ）および
引き続く広径反応室（直径４００ｍｍ）とからなり、前
記第１段反応域と第２段反応域に原料油を分割導入する
ための噴射ノズルを設置して構成されたオイルファーネ
ス炉を用い、発生条件を変えて３種類のカーボンブラッ
クを製造した。原料油としては、比重（１５／４　℃）
１．０７３、粘度（エングラー４０／２０℃）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、また燃料油には、比重
（１５／４　℃）０．９０３、粘度（Ｃｓｔ／５０　℃
）１６．１　、残炭分　５．４％、引火点９６℃の炭化
水素油を用いた。 【００２２】表１に発生条件、表２に得られたカーボン
ブラックの特性を実施例　Ｎｏ．に対応させて表示した
。なお、表２の比較例１〜３は同等のハード系特性を有
しながら本発明の選択的特性要件を外れる従来品種のカ
ーボンブラックである。 【００２３】 【表１】 【００２４】 【表２】 　　表注：（１）　１．４６３　−０．００６７６　×
Ｄｓｔモード径（表６も同じ）。 （２）　８．４７８　−０．０４３３３　×Ｄｓｔモー
ド径（表６も同じ）。 【００２５】次に、これらのカーボンブラック試料を表
３に示す配合比によりスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ
）　に配合した。 【００２６】 【表３】 【００２７】表３の配合物を１４５　℃の温度で５０分
間加硫して得られた各ゴム組成物につき、各種ゴム特性
を測定した結果を表４に示した。なお、ゴム特性の測定
は下記によった。 ■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　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メッシュ、添加量　　約９ｇ／ｍｉ
ｎ． 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：５３５ｒｐｍ 試験荷重：４ｋｇ 【００２８】■ｔａｎδ（損失係数） 岩本製作所製のＶｉｓｃｏ　Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｍｅｔｅｒを用い、次の条件で測定した。 試験片：厚さ２ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍ周波数：
５０Ｈｚ 動的歪率：１．２　％ 温　　度：６０℃ ■その他の特性 ＪＩＳ　　Ｋ６３０１「加硫ゴム物理試験法」によった
。 【００２９】 【表４】 表注：耐摩耗指数は測定された摩耗量値を基準として比
較例３を１００　とした場合の耐摩耗性の比率として表
示した。 【００３０】表４から、実施例の結果は同比表面積レベ
ルにありながら本発明の選択的特性要件を外れる比較例
に比べ、低発熱性の指標となるｔａｎδ（損失係数）が
同等以下で耐摩耗指数が極めて向上していることが認め
られる。図２は、ｔａｎδ（損失係数）と耐摩耗指数と
の関係をグラフとして示したものである。 【００３１】実施例４〜５、比較例４〜５実施例１と同
一のオイルファーネス炉、原料油および燃料油を用い、
表５の発生条件により２種類の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は、表６のとお
りであった。なお、表６に併載した比較例４、５は同等
比表面積を有する既存のカーボンブラックである。 【００３２】 【表５】 【００３３】 【表６】 【００３４】ついで、各カーボンブラックを表７に示す
配合条件で天然ゴムに配合した。 【００３５】 【表７】 【００３６】表７の配合物を１４５　℃の温度で４０分
間加硫し、得られたゴム組成物につき各種特性を測定し
た。その結果を表８に示した。 【００３７】 【表８】 表注：耐摩耗指数は測定された摩耗量値を基準として比
較例５を　１００とした場合の耐摩耗性の比率として表
示した。 【００３８】表８から、本発明の選択的特性要件を満た
す実施例４、５は天然ゴム配合においても同比表面積レ
ベルの比較例と比べ同等の低発熱性と改善された耐摩耗
性が付与されている。図３は、ｔａｎδと耐摩耗指数と
の関係をグラフとして示したものである。 【００３９】 【発明の効果】以上のとおり、本発明のゴム組成物には
同レベルの比表面積を有するハード系カーボンブラック
と同等水準の低発熱性を保持しながら効果的に改善され
た高耐摩耗性が付与される。したがって、苛酷な走行条
件の下で優れた高速性、安定性および耐久性が要求され
る乗用車からトラック、バスに至るあらゆる車種のタイ
ヤトレッド用として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】標準試料ＩＲＢ　＃６カーボンブラックを用い
た場合の光の波長に対する吸光度の変化を示した関係図
である。

【図２】合成ゴム（ＳＢＲ）　による各ゴム組成物のｔ
ａｎδ（損失係数）と耐摩耗指数の関係を示したグラフ
である。

【図３】天然ゴムによる各ゴム組成物のｔａｎδ（損失
係数）と耐摩耗指数の関係を示したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が６０
   〜１６０ｍ２／ｇ　、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０ｍｌ
   ／１００ｇのハード系領域に属し、かつ下記の選択的特
   性を備えるファーネスカーボンブラックをゴム成分　１
   ００重量部に対し３５〜１００　重量部の割合で配合し
   てなることを特徴とするゴム組成物。 ｎ　　≦　　１．４６３　−　０．００６７６　　×Ｄ
   ｓｔモード径ｂ　　≦　　８．４７８　−　０．０４３
   ３３　　×Ｄｓｔモード径但し、ｎおよびｂは希薄水分
   散カーボンブラックの可視光領域における吸光度（ｌｏ
   ｇＩ０／Ｉ）　の波長　（λ）　に対する依存性を示す
   定数で、〔ｌｏｇ（ｌｏｇＩ０／Ｉ）＝ｂ−ｎｌｏｇλ
   〕式で求めた値とし、Ｄｓｔモード径はディスクセント
   リフュージ装置（ＤＣＦ）　により測定したカーボンブ
   ラックアグリゲートのストークスモード径を指す。