JPH0481471A - カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物 - Google Patents
カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物Info
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- JPH0481471A JPH0481471A JP2196953A JP19695390A JPH0481471A JP H0481471 A JPH0481471 A JP H0481471A JP 2196953 A JP2196953 A JP 2196953A JP 19695390 A JP19695390 A JP 19695390A JP H0481471 A JPH0481471 A JP H0481471A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
-
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
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- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
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。
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
ックに属する、特定された範囲のカーンブラック特性を
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る。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は、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
付与することが出来るカーボンブラックに係るものであ
る。
ックに属する、特定された範囲のカーンブラック特性を
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る。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は、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
付与することが出来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、通常比表面積（よう素吸着量、窒素吸着比表
面積等で表わされる。）、ストラフチャー（ＤＢＰ吸油
量等で表わされる。）等の特性に基づいて分類されてい
る。
種があり、通常比表面積（よう素吸着量、窒素吸着比表
面積等で表わされる。）、ストラフチャー（ＤＢＰ吸油
量等で表わされる。）等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
摩耗性が帰れていくとされている。
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
摩耗性が帰れていくとされている。
これらのカーボンブラックの品質特性は、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ている。
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ている。
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おり、ＨＡＦクラスのカ
ーボンブラックはＳＢＲゴム等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きた。
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おり、ＨＡＦクラスのカ
ーボンブラックはＳＢＲゴム等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きた。
［発明が解決しようとする課題］
タイヤにおいては、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。
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。
般にカーボンブラックの比表面積が大きくなると、これ
を配合したゴムを使用したタイヤ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
、この値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。
を配合したゴムを使用したタイヤ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
、この値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。
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］
本発明は、カーボンブラックの比表面積、ストラフチャ
ー及びカーボンブラックの凝集体に着目することにより
、この課題を解決したものである。
ー及びカーボンブラックの凝集体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（Ｎ２ＳＡ）、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
ＣＴＡＢ比表面積（ＣＴＡＢ）および、よう素吸着量（
ＴＡ）がある。これらの比表面積はそれぞれ特徴がある
。
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（Ｎ２ＳＡ）、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
ＣＴＡＢ比表面積（ＣＴＡＢ）および、よう素吸着量（
ＴＡ）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、又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
チャーの値は高くなる。
ブラックの粒子の繋り、又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
チャーの値は高くなる。
本発明においては、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が１
００ ｍ ２／ ｇ以上、圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量
（ＣＤＢＰ）が１０５ｍ３／１００ｇ以上であり比着色
力（Ｔ ｉ ｎ ｔ）が９０〜１４０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（ＤＥｔ
）及びカーボンブラックの凝集体の半値幅（ΔＤ６０）
が下記の関係式を満たす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ブラック
となることを見出した。
００ ｍ ２／ ｇ以上、圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量
（ＣＤＢＰ）が１０５ｍ３／１００ｇ以上であり比着色
力（Ｔ ｉ ｎ ｔ）が９０〜１４０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（ＤＥｔ
）及びカーボンブラックの凝集体の半値幅（ΔＤ６０）
が下記の関係式を満たす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ブラック
となることを見出した。
Ｄ Ｋ ｔ≧−１，１２ｘ （Ｔｉｎｔ）＋２２１０、
８≧△Ｄ５ｏ／Ｄ！ｔ≧０． ６ 本発明のカーボンブラックは、天然ゴム、合成ゴム又は
それらの混合物の補強に効果があり、かつ得られたゴム
組成物はタイヤとして優れたヒステリシス特性を持つも
のである。
８≧△Ｄ５ｏ／Ｄ！ｔ≧０． ６ 本発明のカーボンブラックは、天然ゴム、合成ゴム又は
それらの混合物の補強に効果があり、かつ得られたゴム
組成物はタイヤとして優れたヒステリシス特性を持つも
のである。
本発明においてＮ、ＳＡが１００ｍ”／ｇｇ以上は、ｌ
５ＡＦ、ＳＡＦ等の相対的に高補強性の領域に属するカ
ーボンブラックと限定している。
５ＡＦ、ＳＡＦ等の相対的に高補強性の領域に属するカ
ーボンブラックと限定している。
ＣＤＢＰがｌ０５ｒｒ＋ｊ２／ｌｏｏｇ未満では、補強
性とヒステリシスのバランスが劣っており、１０５ｒｒ
＋Ｊ２／１００ｇ以上が必要である。
性とヒステリシスのバランスが劣っており、１０５ｒｒ
＋Ｊ２／１００ｇ以上が必要である。
Ｔｉｎｔが９０未満では、補強性が足りなくなり、１４
０を越えると混練りにおける分散が難しくなり期待され
る性能が得られない。
０を越えると混練りにおける分散が難しくなり期待され
る性能が得られない。
また、遠心沈降法によるカーボンブラックのＤＥｔｈ５
Ｔ ｉ ｎ ｔから計算される値より小さいと補強性に
対するヒステリシスの改良効果が少ないので、Ｔｉｎｔ
からの計算値よりも大きくする必要がある。
Ｔ ｉ ｎ ｔから計算される値より小さいと補強性に
対するヒステリシスの改良効果が少ないので、Ｔｉｎｔ
からの計算値よりも大きくする必要がある。
ΔＤ 、、／ Ｄ−の比が０．８を越えると凝集体分布
が広すぎて補強性が劣っており、０．６未満では凝集体
分布が狭すぎて、ヒステリシスロスが大きい。したがっ
てカーボンブラック特性の組み合わせた特定された範囲
内にあるカーボンブラックを配合した時に初めてゴム組
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。
が広すぎて補強性が劣っており、０．６未満では凝集体
分布が狭すぎて、ヒステリシスロスが大きい。したがっ
てカーボンブラック特性の組み合わせた特定された範囲
内にあるカーボンブラックを配合した時に初めてゴム組
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／又は合成
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２０
〜２００重量部、好ましくは３０〜１００重量部である
。
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２０
〜２００重量部、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
ムのいずれてもよく、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。
ムのいずれてもよく、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、本発明に用いられたカーボンブラックは通常のフ
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。
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］
次に、本発明を実施例に基づき説明する。
ファーネス誌カーボンブラック製造装置を用い、
導入空気量 Ｎ ｍ ３／ Ｈ２，５００〜５．００
０導入燃料油量＃／Ｈ１００〜 ３００ 導入原料油量：ｆｆ／）１ １．０００〜２．０
００原料油へのに２ＣＯ３ 添加Ｍ：ｇ／Ｈ５〜 １５ 水冷却温度 ： ”Ｃ６００〜９００ 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。
０導入燃料油量＃／Ｈ１００〜 ３００ 導入原料油量：ｆｆ／）１ １．０００〜２．０
００原料油へのに２ＣＯ３ 添加Ｍ：ｇ／Ｈ５〜 １５ 水冷却温度 ： ”Ｃ６００〜９００ 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て測
定した。
定した。
なお比較のために、比較例２として市販のｌ５ＡＦ−Ｈ
Ｓカーボンブラック及びＩＲＢ＃６（標準カーボンブラ
ック）の測定結果を示す。
Ｓカーボンブラック及びＩＲＢ＃６（標準カーボンブラ
ック）の測定結果を示す。
（１）窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）
ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８８に準拠して行なった。
（２）圧縮後の試料のＤＢＰ吸油ｆｆｉ （ＣＤＢＰ）
ＡＳＴＭ Ｄ３４９３−８８に準拠して行なった。
ＡＳＴＭ Ｄ３４９３−８８に準拠して行なった。
（３）比着色力（Ｔｉｎｔ）：
ＪＩＳ Ｋ ６２２１−ｔ９８２に準拠して行なっ
た。
た。
（４）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の分布は、ジョイス・レ
ーブル社製ディスク・セントリフユージを使用し、次の
方法によって測定を行なった。
よるカーボンブラックの凝集体の分布は、ジョイス・レ
ーブル社製ディスク・セントリフユージを使用し、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、少量の界面活性
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００２重量％にした後、超音波で分散さ
せ、これを試料溶液とした。
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００２重量％にした後、超音波で分散さ
せ、これを試料溶液とした。
ディスク・セントリフユージの回転温度を８．０００ｒ
ｐｍに設定し、スピン７＃ｌ（純水）１４ｍ！を加えた
。その後、バッファー液（２０％エタノール水溶液）１
ｍＩ２を注入し、ついでにこれに試料溶液０．５ｍＩ２
を注射器で注入し、斉に遠心沈降を開始させた。
ｐｍに設定し、スピン７＃ｌ（純水）１４ｍ！を加えた
。その後、バッファー液（２０％エタノール水溶液）１
ｍＩ２を注入し、ついでにこれに試料溶液０．５ｍＩ２
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工ｔ）と半値幅（△Ｄ５ｏ）は、第１図よ
り求めた。
り求めた。
表−１に示したカーボンブラックの性能評価をするため
に、ＡＳＴＭ Ｄ ３１９］ ｒＳＢＲ配合物−
評価と配合」 （表−２）及びＡＳＴＭ Ｄ３１９２
ｒ天然ゴム配合物−評価と配合」 （表３）に準拠して
調整し、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４及び５に示す。ゴム物性はＩ ＲＢ＃
６との指数で表示しである。
に、ＡＳＴＭ Ｄ ３１９］ ｒＳＢＲ配合物−
評価と配合」 （表−２）及びＡＳＴＭ Ｄ３１９２
ｒ天然ゴム配合物−評価と配合」 （表３）に準拠して
調整し、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４及び５に示す。ゴム物性はＩ ＲＢ＃
６との指数で表示しである。
（］）配合物の加硫条件・
］４５℃、５０分・・・−・・ＳＢＲ配合物１４５℃、
３０分・・・−・・天然ゴム配合物（２）引張試験、反
発弾性試験： ＪＩＳ Ｋ ６３０１−］、９７５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。
３０分・・・−・・天然ゴム配合物（２）引張試験、反
発弾性試験： ＪＩＳ Ｋ ６３０１−］、９７５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 ランポーン摩耗試験機を用い、次
の条件で測定した。
の条件で測定した。
試験片、外形５４．０ｍｍ、厚さ１２．７ｍｍエメリー
ホイール：砥粒Ｃ１粒度＃８０、結合度に エメリーホイール面と試験片の相対スリップ率・２５％ 試験荷重 ：１２Ｋｇ 添加カーボランダム粒 粒度＃１００、添加量Ｌｏｇ／ｍｉｎ 測定結果はＩＲＢ＃６対比の指数で表示した。
ホイール：砥粒Ｃ１粒度＃８０、結合度に エメリーホイール面と試験片の相対スリップ率・２５％ 試験荷重 ：１２Ｋｇ 添加カーボランダム粒 粒度＃１００、添加量Ｌｏｇ／ｍｉｎ 測定結果はＩＲＢ＃６対比の指数で表示した。
指数が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に挙げたカーボンブラックは
ＩＲＢ＃６以外は、いずれもＮ ２ ＳＡが１００ ｍ
２／ ｇ以上である。比較例１はＤよ。
ことを示している。表−１に挙げたカーボンブラックは
ＩＲＢ＃６以外は、いずれもＮ ２ ＳＡが１００ ｍ
２／ ｇ以上である。比較例１はＤよ。
が計算値よりも小さく反発弾性と耐摩耗性が実施例に比
較して劣っている。比較例２はＣＤＢＰが１０５より小
さく、しかもＤ ｉｔが計算値よりも小さいために反発
弾性が劣っている。実施例１〜３共に反発伸性が高く耐
摩耗性とヒステリシスのバランスが優れている。
較して劣っている。比較例２はＣＤＢＰが１０５より小
さく、しかもＤ ｉｔが計算値よりも小さいために反発
弾性が劣っている。実施例１〜３共に反発伸性が高く耐
摩耗性とヒステリシスのバランスが優れている。
（以下余白）
［発明の効果］
上記の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。
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。
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 (1)
- （１）窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が１００ｍ＾２
／ｇ以上、圧縮後の試料のＤＢＰ吸油量（ＣＤＢＰ）が
１０５ｍｌ／１００ｇ以上であり、比着色力（Ｔｉｎｔ
）が９０〜１４０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（Ｄ＿ｇ＿ｔ）及びカーボン
ブラックの凝集体の半値幅（ΔＤ＿５＿０）が下記の関
係式を満たすカーボンブラック。 Ｄ＿ｇ＿ｔ≧−１．１２×（Ｔｉｎｔ）＋２２１０．８
≧ΔＤ＿５＿０／Ｄ＿ｇ＿ｔ≧０．６（２）天然ゴム、
合成ゴム又はそれらの混合物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。
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