JPH06212025A - ゴム組成物 - Google Patents

ゴム組成物

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JPH06212025A
JPH06212025A JP5023649A JP2364993A JPH06212025A JP H06212025 A JPH06212025 A JP H06212025A JP 5023649 A JP5023649 A JP 5023649A JP 2364993 A JP2364993 A JP 2364993A JP H06212025 A JPH06212025 A JP H06212025A
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carbon black
rubber
blackness
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specific surface
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 苛酷な走行条件においてプライルース現象を
効果的に軽減し得る高度の補強性、伸び率および低発熱
性を兼備したタイヤカーカス用として好適なゴム組成物
を提供する。 【構成】 CTAB比表面積が60〜110m2/g 、DBP吸
油量が50〜90ml/100g のハード系領域に属し、かつ下記
(1)〜(3) の選択的特性を有するファーネスカーボンブ
ラックをゴム成分 100重量部に35〜100 重量配合してな
るゴム組成物。 (1) 5≦N2 SA(窒素吸着比表面積)−IA(沃素吸
着量)≦15 (2) Tint(着色力) ≧(ブラックネス+26) (3) 0.60≦ΔDst/Dstモード径≦0.75

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タイヤカーカス用とし
てプライルース現象を効果的に軽減することができる新
規特性のゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】ゴム補強用のファーネスカーボンブラッ
クには粒子性状に応じた多数の品種があり、通常、平均
粒子径、比表面積、ストラクチャーなどの特性に基づい
て分類されている。そして、これら品種特性は配合ゴム
の諸性能を決定付けるための主要な因子となることか
ら、ゴム成分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、タイヤカーカス部位はタイヤの
受ける荷重、衝撃および充填空気圧などに耐えなければ
ならないために高い坑張積(伸び)が要求されるが、こ
の用途に対しては基本粒子径が比較的小さく、ストラク
チャーの低いN219(ISAF-Ls) やN326(HAF-Ls)な
どのハード系カーボンブラックが選択的に使用されてい
る。
【0003】近年、トラック、バス用の大型タイヤにも
高速耐久性が強く要求されるようになり、タイヤ構造の
ラジアル化が進むとともに、カーカスコードにはポリエ
ステル、スチールのような高弾性率のコード類が使用さ
れている。このため、走行時におけるコード間の伸縮や
接地時におけるコード方向の剪断歪みが大きくなってカ
ーカスプライのゴム部分に亀裂、破壊が生じるようにな
り、その結果プライルース現象に至るケースが多くなっ
てきている。一般に、このプライルース現象を軽減する
には、走行時の発熱によるゴムの熱老化を防ぎ、同時に
繰り返し歪みによる疲労老化を低下させることが有効と
されている。ゴム組成物の発熱性を抑制するためには、
粒子径が大きく比表面積の小さいカーボンブラックの配
合が効果的であるが、この種のソフト系カーボンブラッ
クは補強性に劣る関係で破断強度が損なわれ、カーカス
コードとゴムとの間に剥離現象を生じて耐久性が維持で
きなくなる。
【0004】本出願人は、このような背反的なゴム性能
を配合カーボンブラックの特性面、とくに粒子径、比表
面積、ストラクチャー等の基本特性に加えて一層ミクロ
な選択的特性を付加することによって両立させる研究を
系統的に継続しており、既に下記のような開発提案をお
こなっている。 (1) プライルース現象を軽減する高度の補強性能および
伸びと低発熱性を同時に配合ゴムに付与するための、窒
素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以上、DBP吸油量が
60〜90ml/100g のハード系領域に属し、真比重値が
〔1.8379−0.0006×(N2SA)〕式から算出される値以下の
選択的特性をもつタイヤカーカス用ファーネスブラック
(特公平1−54376 号公報) 。 (2) 同様に窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以上でD
BP吸油量が60〜90ml/100g のハード系に属し、ア
グリゲート粒間ポアモード半径が〔43.3524 −0.1892×
(N2SA)〕式により算出される値以下の選択的特性を有す
るカーボンブラックを配合した高度の破断強度および伸
びと低発熱性を兼備するゴム組成物(特願平4−84649
号) 。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これら先行技術によれ
ばタイヤカーカス用として好適なゴム組成物を得ること
ができる。しかし、近時のタイヤ使用状況はますます苛
酷化しており、タイヤーカーカス用のゴム組成物に対し
ても一層の低発熱性とより高度の破断強度および伸び率
を同時に付与し得るカーボンブラックの開発が引き続き
求められているのが現状である。
【0006】本発明は、このような要請に基づき従来技
術とは異なるカーボンブラックの粒子コロイダル性状と
配合ゴム性能との技術的因果関係を解明して開発に至っ
たもので、その目的は、苛酷な走行条件においてプライ
ルース現象を効果的に軽減することができる高度の補強
性、伸び率および低発熱性を兼備するタイヤカーカス用
として好適なゴム組成物を提供することにある。
【0007】
【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、CTAB比表面積が6
0〜110m2/g、DBP吸油量が50〜90ml/100g の
ハード系領域に属し、かつ下記の関係式 (1)〜(3) によ
る選択的特性を有するフアーネス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。 (1) 5≦N2 SA−IA≦15 (2) Tint ≧(ブラックネス+26) (3) 0.60≦ΔDst/Dstモード径≦0.75 但し、(1) 式のN2 SAは窒素吸着比表面積(m2/g)、I
Aは沃素吸着量(mg/g)を指す。(2) 式のTint は基準試
料IRB#3に対する比着色力(%)、ブラックネスは基
準試料IRB#2に対する黒色度(%)を示す。また、
(3) 式のDstモード径はディスクセントリフュージ装置
(DCF) により測定されるカーボンブラックアグリゲート
のストークスモード径、ΔDstは同ストークス径分布の
半値幅を示す。
【0008】上記構成によるファーネスカーボンブラッ
クの各特性には、以下の測定方法によって得られる値が
用いられる。 CTAB比表面積(CTAB);ASTM D3765−89
“Standard Test Method for Carbon Black-CTAB(Cetyl
trimethylammonium Bromide) Surface Area ”による。
この方法によるIRB#6のCTAB比表面積測定値は、
77m2/gである。 DBP吸油量(DBP) ;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。この方法によるIRB#6のDBP吸油量
は、99.0ml/100g である。 N2 SA(窒素吸着比表面積);ASTM D3037
−88“Standard Test Method for Carbon Black-Surf
ace Area by Nitrogen Absorption ”MethodBによる。
この方法によるIRB#6N2 SA測定値は、76m2/gで
ある。 IA(沃素吸着量);JIS K6221(1982)「ゴム
用カーボンブラックの試験方法」6・1・1項による。
この方法によるIRB#6のIA測定値は、80mg/gであ
る。
【0009】Tint (比着色力);JIS K6221
(1982)「ゴム用カーボンブラックの試験方法」6・1・
3項に従い、基準試料をIRB#3として測定する。この
方法によるIRB#6のTint 値は、100%である。 ブラックネス(Blackness) ;粒度149μm 以下の乾燥
カーボンブラック試料0.500g を秤量し、ガラス板
上で亜麻仁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15lb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IRB#2について形成した薄膜上にデンシクロ
ンヘッドを置いて50%に設定し、ヘッドを少なくとも
3箇所移動させたときのメーター値が49.5〜50.
5%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箇所移動し、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×100 但し、Tは試料カーボンブラックの測定値、100は基
準試料IRB#2のブラックネス、50は基準試料IRB
#2薄膜の設定値である。この方法によるIRB#6のブラ
ックネスは、92%である。
【0010】Dstモード径、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20vol%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(英国Joyes Lobe
l 社製)を8000rpm の回転数に設定し、スピン液
(2wt% グリセリン水溶液)を10ml加えたのち、1ml
のバッファー液(20vol%エタノール水溶液)を注入す
る。ついで、カーボンブラック分散液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(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ΔDst(nm)とする。この測定法によるI
RB#6のDstモード径は92nm、ΔDstは68nmであ
る。
【0011】本発明の特性を備えるフアーネスカーボン
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を備える燃焼室と、該燃焼室と
同軸的に連設された原料油噴射ノズルを有する多段の狭
径反応室および広径反応室とにより構成されるオイルフ
アーネス炉を用い、原料油の分割導入条件、燃料油およ
び空気の供給量、酸素ガスの添加条件などを調整するこ
とによって製造することができる。
【0012】上記のフア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。
【0013】
【作用】本発明で特定したファーネスカーボンブラック
特性項目のうち、CTAB比表面積60〜110m2/gの
基本粒子径範囲とDBP吸油量50〜90ml/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
合ゴムに高度の補強性能と適度の発熱性を保持させるた
めの前提条件となる。CTAB比表面積が60m2/g未満
であると補強性の減退が著しくなり、他方、110m2/g
を上廻ると発熱性が増大してタイヤカーカス用として不
適となる。また、DBP吸油量が50ml/100g 未満では
ゴム配合時のカーボンブラック分散が困難となって補強
性能を十分に付与することができなくなり、90ml/100
g を越えると特に伸び特性の低下が顕著になる。
【0014】関係式(1) の特性は主に発熱性を抑制する
要素となるもので、(N2 SA−IA)の値が5未満で
は発熱性の低下が不十分となり、他方、この値が15を
越えると伸び特性が減退すると共にゴム配合時の粘度が
高くなって加工性が悪化するようになる。関係式(2) の
Tint に関与する選択的特性は、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)性状を示す指
標であって、アグリゲート基本粒子径の大きさを示すブ
ラックネスに比べて着色力が相対的に大きい特徴を示し
ている。そして、Tint が(ブラックネス+26)の算
出値より大きい場合に十分な補強性と伸び特性の向上が
付与される。関係式(3) の(ΔDst/Dstモード径)値
はカーボンブラックのアグリゲート分布幅の指標となる
もので、この値が0.60〜0.75の範囲を満たす場
合に配合ゴムに高水準の強度特性と改善された低発熱性
を付与することが可能となる。
【0015】上記のような配合ファーネスカーボンブラ
ックの独特な性状特性ならびに機能が総合的に作用し
て、タイヤカーカス用ゴム組成物としてプライルース現
象を効果的に軽減し、苛酷な走行条件下での安定性と耐
久性を大幅に改善することが可能となる。
【0016】
【実施例】
実施例1〜3、比較例1〜3、参考例1〜2 炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に装着した燃焼
バーナーを有する燃焼室(直径800mm 、長さ1000mm) 、
該燃焼室と同軸的に連結され各々炉壁を貫通する原料油
噴射ノズルを備える第1段狭径反応室(直径250mm 、長
さ500mm)、第2段狭径反応室(直径180mm 、長さ300m
m)、第3段狭径反応室(直径200mm 、長さ300mm)、およ
び引き続く広径反応室(直径450mm)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(エングラー40/20 ℃)2.1
0、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。
【0017】上記の反応炉、原料油および燃料油を用
い、各狭径反応室に対する原料油の分割供給量、燃料油
供給量、空気供給量、酸素ガス供給量等の生成条件を変
えて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応させて表1に
示した。また、表2には参考例1〜2として市販のハー
ド系カーボンブラック品種の特性を示した。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】 表注:(1) N326〔東海カーボン(株)製、“シース
ト300”〕 (2) N219〔東海カーボン(株)製、“シースト60
0”〕
【0020】次に、表1および表2の各カーボンブラッ
ク試料を表3に示す配合比により天然ゴムに配合した。
【0021】
【表3】
【0022】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ゴム試験をお
こない、その測定結果を表4に示した。なお、ゴム特性
の測定は下記によった。このうち、tanδ(損失係
数)は発熱性の指標となるもので、測定値が小さくなる
ほど発熱度が低いことを示す。 tanδ(損失係数);Visco Elastic Spectrometer
(岩本製作所製)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。
【0023】
【表4】
【0024】表4の結果から、実施例1〜3のゴム組成
物は同水準の比表面積を有しながら本発明の選択的特性
要件を外れるカーボンブラック配合の比較例、参考例に
比べて、引張り強さ、伸び、低発熱性の指標となるta
nδ(損失係数)が有意に改善向上していることが認め
られた。
【0025】
【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コロイダル性状を選択規
制することによりタイヤカーカス用に好適な高度の補強
性能と低発熱性を同時に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、苛酷な走行条件下における
プライルース現象は効果的に軽減され、安全性ならびに
耐久性が向上する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CTAB比表面積が60〜110m2/g、
    DBP吸油量が50〜90ml/100g のハード系領域に属
    し、かつ下記の関係式 (1)〜(3) による選択的特性を有
    するファーネス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
    とを特徴とするゴム組成物。 (1) 5≦N2 SA−IA≦15 (2) Tint ≧(ブラックネス+26) (3) 0.60≦ΔDst/Dstモード径≦0.75 但し、(1) 式のN2 SAは窒素吸着比表面積(m2/g)、I
    Aは沃素吸着量(mg/g)を指す。 (2)式のTint は基準試
    料IRB#3に対する比着色力(%)、ブラックネスは基
    準試料IRB#2に対する黒色度(%)を示す。また、
    (3) 式のDstモード径はディスクセントリフュージ装置
    (DCF) により測定されるカーボンブラックアグリゲート
    のストークスモード径、ΔDstは同ストークス径分布の
    半値幅を示す。
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