JPH0641465A - カーボンブラック組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カーボンブラック造粒粒子において微粒状の
ものがなく、輸送などの取扱いでも粒子の破壊のない適
度の（従来よりも高い）硬度を有しており、カーボンブ
ラック粒子が接触した袋体や容器などを汚すこともな
く、かつゴムへの分散性にも優れ、これとともにカーボ
ンブラック配合ゴム組成物の補強性や耐摩耗性などの機
械的特性をも改良することのできるカーボンブラック組
成物の提供。 【構成】 ジエン系ゴムをプロセスオイルに溶解して得
られた溶液をカーボンブラック造粒物に含浸させたこと
を特徴とするカーボンブラック組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種ゴム用補強剤やプ
ラスチック用着色剤などとして広く用いられているカー
ボンブラック組成物に関するものであり、より詳しくは
カーボンブラックのハンドリング、ゴムへの混練りなど
でのカーボンブラックによる物品の汚染ならびに輸送時
の造粒粒子の破壊を著しく減少させたカーボンブラック
組成物に関するものである。

【０００２】

【従来技術】カーボンブラックは高温のファーネス中に
重質原料油を導入し、その熱分解あるいは不完全燃焼に
より生産されるが、発生時は気体を多量に含む毛綿状の
黒色のスス状物質であり、このままの嵩高い状態では取
扱いが非常に困難となる。したがって輸送や移送時など
での取扱いを容易にし、また飛散を防止するために造粒
工程を経てペレット状として出荷されているのが一般的
である。このペレット状物は、ゴムへの充填時の配合混
練り工程ではペレット状物がゴムマトリックス中に粒状
物として残存することなく容易にほぐれて分散するとい
う性質が望まれる一方で、貯蔵や輸送などの取扱いでは
少し程度の外力では破壊せず、かつ容易に流動するとい
う相反する特性も同時に満たす必要がある。加えて、カ
ーボンブラックは非常に軽い物質であり、容易に大気中
に浮遊して他の物質の表面を汚すという汚染性を低減す
ることも望まれている。カーボンブラックの製造工程中
のペレット化工程においては、造粒水以外の有機物を添
加してペレットを製造する方法について従来から多くの
技術が公知である。たとえば、ＵＳＰ ２，８１３，０
４０号公報には、乾燥カーボンブラックに一定割合に制
御された量のオイルを導入し、ドラム中で処理すること
からなるプロセスがあり、１００メッシュ以下の小粒子
がほとんどないと記載されている。また、ＵＳＰ ２，
９４２，２９９号公報では、ある粒子サイズのカーボン
ブラックに油状物質を添加し、この添加物を少なくとも
２つのペレットサイズに分けることにより狭い油濃度範
囲のペレットを得るプロセスが記載されている。さらに
は、ＵＳＰ ３，３３８，７２９号公報には、少なくと
も１０７３℃（２０００°Ｆ）の温度のカーボンブラッ
クファーネスからの熱流出スモークにオイルを添加する
プロセスが記載されている。これらのオイル含有ペレッ
トの有利な点としては、汚染性がなく、またゴムへの分
散性も良好であり、かつ通常のぺレットよりも高い補強
性が得られると述べている。また、他の有機物を添加し
てペレット化する方法では、ラテックスを添加したＵＳ
Ｐ ３，９４１，７４０号公報があり、得られた造粒物
は粘着性がないと記載されている。最近では、カーボン
ブラック粉末にゴム成分含有ラテックスにより造粒処理
されたカーボンブラックビーズに関する発明（特開平２
−１１０６７３号）も公開されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オイル
を添加して造粒したカーボンブラックペレットは本発明
者らの実験によればゴムへの分散性は通常の造粒物より
も若干向上する傾向にはあるが顕著なものとは認められ
ず、また引張強さなどの機械的特性においてもその効果
は小さいという結果が得られた。さらに、オイルの添加
量を増加して行くとカーボンブラック−オイル含有物の
粘性が増大し、少しの外力によりペレット同志が接着し
てしまうという欠陥が発生する。また、オイルの添加量
を増した場合、全体としてペレット硬度が上昇し、これ
が分散性の低下を引き起こすという欠点がみられた。さ
らに、テラックスの添加ではカーボンブラックの外部へ
の汚染性についてはかなりの効果が認められたが、テラ
ックスに含まれる水分を蒸発させる加熱段階でラテック
スの樹脂成分が部分的に凝集し、また熱による変質が発
生して、ゴムに配合した場合に分散不良を引き起こすと
いう欠点があった。この分散不良は、加熱処理を経ない
処理物についても発生した。このように、カーボンブラ
ック製造工程において各種の添加物あるいはオイルによ
り処理されてはいるが、ゴムへの分散性や粒子同志の接
着、粒子の硬度などで問題があった。本発明は、従来の
このような問題点を解消することを課題としてなされた
ものであり、その目的はカーボンブラック造粒粒子にお
いて微粉状のものがなく、輸送などの取扱いでも粒子の
破壊のない適度の（従来よりも高い）硬度を有してお
り、カーボンブラック粒子が接触した袋体や容器などを
汚すこともなく、かつゴムへの分散性にも優れ、これと
ともにカーボンブラック配合ゴム組成物の補強性や耐摩
耗性などの機械的特性をも改良することのできるカーボ
ンブラック組成物を提供することにある。

【０００４】

【問題を解決するための手段】本発明は、ジエン系ゴム
をプロセスオイルに溶解して得られた溶液をカーボンブ
ラック造粒物に含浸させたことを特徴とするカーボンブ
ラック組成物に関する。前記ジエン系ゴムとしては、ジ
エン系モノマーをゴム分子の少なくとも１つの構成要素
とするものであって、例えばＮＲ（天然ゴム）、ＳＢＲ
（スチレン−ブタジエンゴム）、ＩＲ（イソプレンゴ
ム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン−
プロピレン−ジエン共重合体）などを挙げることがで
き、単独または混合して使用する。また、プロセスオイ
ルとしてはパラフィン系、芳香族系、オレフィン系のオ
イルを例示することができ、これらは単独または混合し
て使用する。また、この溶液のカーボンブラックへの含
浸添加量は、カーボンブラック１００重量部に対して、
前記溶液中のプロセスオイル量がＪＩＳＫ６２２１で規
定されたｍｌ／１００ｇで表示されるカーボンブラック
のＤＢＰ吸油量の５〜８０％の範囲の重量部で添加す
る。いいかえれば、カーボンブラック自体のオイル吸収
能力〔ＪＩＳ Ｋ６２２１ ５．８吸油量Ａ法により測
定されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量で評価さ
れる〕に依存し、カーボンブラック１００重量部に対し
てプロセスオイル量として５〜８０％、好ましくは２０
〜６０％の割合で添加する。このときのゴム成分の添加
量としてはカーボンブラック１００重量部に対して０．
０４〜４．０重量部、望ましくは０．１〜２．４重量部
となるように添加する。

【０００５】

【作用】本発明におけるカーボンブラックは、各種ゴム
の中でもその構成要素としてイソプレン、ブタジエンと
いった分子中に共役二重結合を有するジエンの単独重合
体またはその他の成分との共重合体からなるＮＲ，ＳＢ
Ｒ，ＩＲ，ＢＲ，ＥＰＤＭなどの少なくとも１種のゴム
を、パラフィン系、芳香族系、オレフィン系から選ばれ
た少なくとも１種のプロセスオイルに溶解し、この溶解
物により処理されたカーボンブラック組成物であるが、
プロセスオイルのみで処理した場合に比較してオイルの
高配合時においても造粒粒子同志の接着は全くなく、ま
た造粒粒子の硬さ（直径１ｍｍのカーボンブラックの粒
子を用い、この粒子を破壊するのに要する荷重）が高い
（高いと輸送時や移送時における粒子相互の接触による
粒子の破壊はすくない）にもかかわらずゴム中へも容易
に分散することができ、したがってカーボンブラック輸
送用の容器（紙袋、フレキシブルコンテナーなど）に充
填した場合においてもその表面への付着はほとんどみら
れず、またゴムへの配合時での飛散もほとんどないとい
う利点を有している。通常のカーボンブラックは造粒水
を添加し、その後の乾燥工程を経て０．５〜２ｍｍの粒
子として造粒されるが、この場合にゴム成分添加オイル
処理物と同じ硬度となるように造粒液に含まれる成分を
調整したときにはゴムへの分散性は極度に低下し、ゴム
中に分散せずにマトリックスに分散されないカーボンブ
ラック塊状物が表面上に多く発生してしまうことにな
る。ラテックス添加においては、この分散不良の程度は
さらに顕著となる。これに対して本発明のゴム溶解オイ
ル添加物では溶解物が造粒粒子の表面しか浸透せず、造
粒粒子の硬さの大きさ（強度）は表面だけからしか生ぜ
ず、カーボン粒子の中央部分においてはゴム溶解オイル
は浸透せずに軟らかい状態のまま存在しているため、本
発明のカーボンブラック組成物は、従来の造粒粒子やラ
テックス添加造粒物と同じ造粒粒子の硬さを持っていた
としても、そのゴムマトリックス中への分散の仕方は大
きく異なっているのである。このように、本発明のカー
ボンブラック組成物は通常の造粒粒子の持つ硬さよりも
高いにもかかわらずゴムへの分散性が改良されるととも
に、ゴム配合時において補強性や耐摩耗性という機械的
特性についても改善されるという顕著な効果を発現する
ことができるのである。これは、造粒時に添加されたゴ
ム成分がカーボンブラックと結合（物理的なものか化学
的なものかは明確ではないが）して、より強固なカーボ
ンブラック−ゴムの相互作用が形成されたためと予想し
ている。さらに、オイル単独の添加ではオイル成分がカ
ーボンブラックの造粒粒子の表面にしみ出るために発生
するカーボンブラック充填容器内部の汚れ及び紙袋表面
へのオイルのしみだしも全く発生しない。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明のカーボンブラック組成物の
調製方法及びゴム組成物の特性について実施例でさらに
詳細に説明する。 実施例１ １．ゴム成分溶解プロセスオイルの調製 ゴム成分としてＥＰＤＭ、プロセスオイルとしてパラフ
ィン系を用いた場合の調製は次のように行った。パラフ
ィン系プロセスオイル〔商品名 ＰＷ−３８０；出光興
産（株）製〕５００ｇを内容積３リットルのステンレス
製ビーカーに入れ、温度調節可能なヒーター上に置い
た。約８０℃に加熱し、撹拌器で撹拌しながらＥＰＤＭ
ゴム〔商品名 ＪＳＲ ＥＰ−２４；日本合成ゴム
（株）製〕２０．２ｇをナイフで細かく切断して添加し
た。約８０℃の温度を維持しながら５時間撹拌を続けて
ＥＰＤＭゴムをプロセスオイルに完全に溶解せしめ、次
に１５００ｇのプロセスオイルを加えて１重量％のＥＰ
ＤＭゴム溶解プロセスオイルを調製した。得られたＥＰ
ＤＭ溶解プロセスオイルの粘度は８０℃において１８０
センチポアズであった。 ２．ＥＰＤＭゴム溶解プロセスオイル添加によるカーボ
ンブラック処理物の調製前記１．で調製したＥＰＤＭゴ
ム溶解プロセスオイルを用い、次のようにしてカーボン
ブラック処理物を調製した。通常のカーボンブラック製
造工程により造粒・乾燥工程を経た造粒カーボンブラッ
ク（ＦＥＦ級カーボンブラック 商品名：旭＃６０、Ｄ
ＢＰ吸油量１１５ｍｌ／１００ｇ）粒子をポット式ミキ
サー〔（株）マゼラー社製〕に入れ、予め約８０℃に加
熱したＥＰＤＭゴム溶解プロセスオイルを噴霧しながら
少しずつ添加し、所定の添加割合となるように加え、Ｅ
ＰＤＭゴム溶解プロセスオイルで処理したカーボンブラ
ック処理物を調製した。ＥＰＤＭゴム溶解プロセスオイ
ルはカーボンブラック１００重量部に対して、プロセス
オイルの添加量として３，５，１０，３０，５０および
７０重量部となるように添加・混合した。なお、添加は
いずれの場合も１５分で完了するように行った。

【０００７】実施例２ 実施例１の１．と同じゴム、プロセスオイルおよび装置
を用い、溶解させるゴムの量を変化させて濃度を変えた
ゴム溶解プロセスオイルを調製した。ＥＰＤＭゴムの溶
解量は、０．１重量％、０．３重量％、０．５重量％、
１重量％、３重量％、５重量％および６重量％となるよ
うに添加・溶解させた。なお、ゴム量の増加につれて撹
拌時間も多くし、ゴム６重量％を完全に溶解させるため
に撹拌時間は２４時間を要した。また、ゴム量の増加に
つれて溶解物の粘度も上昇するので、５重量％および６
重量％溶解時においては加熱温度を１２０℃まで上げて
撹拌を行った。

【０００８】実施例３ 実施例１において、ゴムとしてＮＲ（ＲＳＳ＃１）およ
びＳＢＲ〔商品名：ＳＢＲ１５００，日本合成ゴム
（株）製〕、プロセスオイルとして芳香族系のＪＳＯア
ロマ７９０〔日本サン石油（株）製〕を用いてゴム成分
として１重量％溶解したプロセスオイル溶解物をカーボ
ンブラック１００重量部に対してそれぞれプロセスオイ
ルとして５０重量部添加してカーボンブラック組成物を
調製した。

【０００９】

【評価】

Ａ．カーボンブラック処理物の造粒粒子の硬さの測定 実施例１で調製したＥＰＤＭゴム溶解プロセスオイル処
理カーボンブラックについて、その造粒粒子の硬さをＪ
ＩＳ ６２２１−１９８２「ゴム用カーボンブラック試
験方法」の６．３．３「造粒粒子の硬さ」に記載の方法
にしたがって硬さを測定した。この結果を表１〜３に示
した。これと同時に、通常の造粒工程品、プロセスオイ
ルのみの添加処理物、通常よりも硬度を上げた対象品お
よびＳＢＲラテックス〔商品名 ＪＳＲ２１０８、日本
合成ゴム（株）製〕および水溶性ブタジエン〔商品名
ＭＮ−１０００−８０、日本石油化学（株）製〕を添加
処理したカーボンブラックについても表１〜３に示し
た。

【表１】

【表２】

【表３】

【００１０】これらの濃度を変えたＥＰＤＭゴム溶解プ
ロセスオイルを、カーボンブラック造粒物１００重量部
に対して５０重量部となるように実施例１の２．に記載
したと同様に処理してカーボンブラック処理物を調製し
た。このときのカーボンブラック処理物の造粒粒子の硬
さについて、表４〜６に示した。

【表４】

【表５】

【表６】 ＊¹：測定温度 １２０℃

【００１１】Ｂ．ＥＰＤＭゴム溶解プロセスオイル処理
カーボンブラック処理物のゴム配合特性 実施例１および実施例２のＥＰＤＭゴム溶解プロセスオ
イル処理カーボンブラックについて、次の表７の配合割
合でＥＰＤＭゴムに配合し、このとき３００％引張応
力、引張強さ、伸び、分散性などのゴム特性について測
定した。この結果を表８〜１０としてまとめて示した。
各カーボンブラック配合ゴム組成物の性能評価は、次の
ゴム特性試験条件により測定し、評価した。 ゴム特性試験条件 １．配合物の加硫条件：１５０℃，３０分 ２．分散度：１９６９年９月号のラバーワールド第１６
０巻第６号第６３〜７０頁（著者：Ｈ．Ｅ．レイルスバ
ックら）に記載の方法に準じて、配合ゴム表面を３２倍
に拡大した写真を用い、１０〜１に区分された標準見本
のどのランクに該当するかを目視で判定した。なお、中
間にあると判定したサンプルについては７と８の間の場
合には７．５と表示した。 ３．その他のゴム特性：ＪＩＳ ６３０１−１９７５に
記載の試験法にしたがって測定した。

【表７】 ＊前記のＥＰＤＭゴム、カーボンブラックおよびプロセ
スオイルの配合量は最終的な配合量であり、カーボンブ
ラックへのオイル添加量に合わせて他の成分量を調整し
た。

【００１２】

【表８】 ＊分散指数を除く各ゴム特性は、Ｒｕｎ Ｎｏ．１の値
を１００とした指数で表示した。

【表９】 ＊分散指数を除く各ゴム特性は、Ｒｕｎ Ｎｏ．１の値
を１００とした指数で表示した。

【表１０】 ＊分散指数を除く各ゴム特性は、Ｒｕｎ Ｎｏ．１の値
を１００とした指数で表示した。

【００１３】Ｃ．ＮＲおよびＳＢＲ処理カーボンブラッ
ク組成物のゴム配合特性 実施例３で調製したＮＲおよびＳＢＲのゴム成分を１重
量％含有する芳香族系オイル含浸カーボンブラック組成
物の特性およびゴム配合特性について測定した結果を次
に示す。処理カーボンブラック自体の特性を表１１、ゴ
ム特性を表１２に示した。なお、配合割合は表７と同じ
となるように調製し、ゴム成分としてはプロセスオイル
含有分を勘案して配合した（ゴム成分としては、ＮＲま
たはＳＢＲにＥＰＤＭを加えた量となる）。

【表１１】 注 プロセスオイルの種類 （１）芳香族系

【表１２】 ＊分散指数を除く各ゴム特性は、Ｒｕｎ Ｎｏ．１の値
を１００とした指数で表示した。

【００１４】Ｄ．非汚染性の測定 実施例１で調製した各サンプルを、標準ふるい上に均一
に張った白紙上にカーボンブラックとして１００ｇの
せ、ＪＩＳ Ｋ６２２１−１９８２の６．３．１に記載
されたロータップ振とう機を用いて打撃を加えながら１
分間振とうさせ、白紙へのカーボンブラックの付着状況
を観察した。判定は、マンセル色立体の無彩色標準（１
１段階に分かれ、純白が１０、漆黒が０で、中間を９区
分したもの）を用いて目視により行った。この結果を表
１３〜１５に示した。

【表１３】

【表１４】

【表１５】

【００１５】Ｅ．ゴムへの練り時間の短縮 カーボンブラックをゴムに配合した場合、通常の混合機
におけるトルク曲線は次のようになる（図１参照）。し
かしながら、カーボンブラックの基本特性の一つである
ストラクチャーが高くなると、カーボンブラックの造粒
粒子内に包含される空気量が増加し、この空気が系外に
排出されるまでの時間だけゴム中へのカーボンブラック
の分散時間が遅延するという現象が発生する。このた
め、カーボンブラックが混入されてから第２ピークまで
の時間であるカーボン混入時間（Ｃａｒｂｏｎ Ｉｎｃ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ…ＢＩＴ）が通常より
も遅延する傾向にあり、たとえば高ストラクチャーＦＥ
Ｆ級カーボンブラック〔商品名：旭Ｆ−２００、旭カー
ボン（株）製、ＤＢＰ吸油量 １８０ｍｌ／ｇ〕におい
ては、通常のＦＥＦ級カーボンブラック〔商品名：旭＃
６０、旭カーボン（株）製〕よりもＢＩＴが大きくな
り、このためカーボンブラックをゴムマトリックス中に
完全に混合・分散させるまでに長い時間を要するという
問題点があった。Ｆ−２００カーボンブラック１００重
量部に対してＥＰＤＭを１％溶解したプロセスオイル
（ＰＷ−３８０）５０重量部を添加し、この組成物につ
いてＢＩＴを測定した。これと同時にＦＥＦ級カーボン
ブラックについても測定し、まとめて表１６に示した
（ＦＥＦカーボンブラックにおけるＢＩＴを１００とし
た指数で表わした）。表１６の結果から明らかなよう
に、ストラクチャーの高いＦ−２００での通常の造粒処
理やオイル添加では、オイル添加で空気排出効果は認め
られるものの、それでもＢＩＴの時間がＦＥＦよりも長
くなり、このためＦＥＦと同じ混練り条件では分散度が
小さくなってしまう。しかしながら、ＥＰＤＭゴムを溶
解したオイルを添加した場合においてはＢＩＴおよび分
散度ともほぼＦＥＦ級カーボンブラックと同等になると
いう効果が認められる。

【００１６】

【効果】上記で述べたように、本発明のカーボンブラッ
ク処理物は通常の造粒物に比較して大きな造粒粒子の硬
さを有しており、このため振とう機による摩滅処理にお
いても造粒物からはほとんど破壊による汚れは発生せ
ず、さらにゴムに配合した場合においても従来の造粒処
理物よりも望ましい物性を示していることは明かであ
る。また、表８〜１０と表１２におけるＳＢＲ処理の違
い（プロセスオイル溶解処理組成物とラテックス処理）
による差から明らかなように、同じＳＢＲゴムによって
カーボンブラックを処理してもプロセスオイルに溶解し
て添加した組成物の方が、ゴム物性や分散性において優
れた特性を示している。プロセスオイルへのゴム添加量
が６重量％を越えた場合には、プロセスオイルの粘度が
高くなりすぎてカーボンブラックへの均一な添加が難し
くなり、また添加物の温度を上昇させる必要も生じるの
でゴムの添加量は５％を上限とする。さらに、プロセス
オイルとしての添加量が、カーボンブラックのＤＢＰ吸
油量の５％を下回った場合には、本発明の分散性の改良
および汚れ解消という効果に対してほとんど効力はな
く、逆に８０％を越えた場合においてはオイルがペレッ
トの外部に多少ではあるがしみでてくる傾向があるので
好ましくない。本発明の実施例では、ＦＥＦ級のカーボ
ンブラックで本発明の効果を説明したが、この処理が全
てのカーボンブラックに適用できることはいうまでもな
い。

【表１６】

【図面の簡単な説明】

【図１】カーボンブラックをゴムに混練するときのトル
ク曲線を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジエン系ゴムをプロセスオイルに溶解し
   て得られた溶液をカーボンブラック造粒物に含浸させた
   ことを特徴とするカーボンブラック組成物。
2. 【請求項２】 前記溶液中のゴム成分濃度が０．２〜
   ５．０重量％である請求項１記載のカーボンブラック組
   成物。
3. 【請求項３】 カーボンブラック１００重量部に対し
   て、前記溶液中のプロセスオイル量がＪＩＳＫ６２２１
   で規定されたｍｌ／１００ｇで表示されるカーボンブラ
   ックのＤＢＰ吸油量の５〜８０％の範囲の重量部で含浸
   されている請求項１記載のカーボンブラック組成物。