JPH0643524B2 - タイヤトレッド用カーボンブラック - Google Patents

タイヤトレッド用カーボンブラック

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JPH0643524B2 JP63195850A JP19585088A JPH0643524B2 JP H0643524 B2 JPH0643524 B2 JP H0643524B2 JP 63195850 A JP63195850 A JP 63195850A JP 19585088 A JP19585088 A JP 19585088A JP H0643524 B2 JPH0643524 B2 JP H0643524B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/50Furnace black ; Preparation thereof
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    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/19Oil-absorption capacity, e.g. DBP values

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タイヤトレッド用として有用な高度の耐摩耗
性を与えるカーボンブラックに関し、とくにトラック、
バスなどの大型タイヤトレッド用に好適に使用される新
規特性のカーボンブラックに関する。
〔従来の技術〕
ゴム補強性のカーボンブラックには特性に応じた多様の
品種があり、この品種特性が配合ゴムの諸性能を決定づ
ける主要な因子となることから、通常、ゴム成分との配
合にあたっては最終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、タイヤトレッド部材に使用される高度の耐摩耗
性が要求されるゴム用途に対しては、SAF(N11
0)、ISAF(N220)などの粒子径が小さく、比表面
積の大きな品種のカーボンブラックが有効とされてい
る。ところが、この種のカーボンブラックはゴム成分へ
のミキシング過程で混練物の粘度、硬度等を増大させ均
質な分散状態を得ることが困難となる。このため、ミキ
シングに要するエネルギーや時間が増加するばかりでな
く、分散加工性が後退して品質性能を劣化させる問題点
がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、粒子径の小さいカーボンブラック使用時に二
律背反的に後退を招く混練分散加工性の向上化を図り、
よってミキシング過程での品質劣化を伴うことなく配合
ゴムに高度の耐摩耗性を付与することができる新規特性
のタイヤトレッド用カーボンブラックを提供するもので
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明により提供されるタイヤトレッド用カ
ーボンブラックは、CTABが 120〜160m2/g,24M
4が95〜135 ml/100g、Tintが 100〜150 %の範囲に
あり、かつ下記(1)式で定義されるMの値が下記(2)式の
関係を満す特性を備えることを構成上の特徴とする。
465-1.88〔CTAB〕≦M≦465-1.18〔CTAB〕………(2) 但し、CTABはCTAB比表面積(m2/g),24M4
は24M4DBP吸油量(ml/100g),Tintは比着色力
(%),IAはよう素吸着量(mg/g),NSAは窒
素吸着比表面積(m2/g),stは遠心沈降法による凝
集体ストークス相当径分布における最大頻度のストーク
ス相当径(nm),ΔDstは前記分布における最大頻度の50
%頻度が得られる大小2点のストークス相当径の差を指
すものとする。
上記したカーボンブラックの各特性は、以下の測定方法
による値が用いられる。
(1) CTAB ASTM D3765-80“Standard Test Method for Carbon Bla
ck-CTAB(CETYLTRIMETHYL AMMONIUM BROMIDE)Surface
Area”による。
(2) 24M4 ASTM D3493-85a“Standard Test Method for Carbon Bl
ack-Dibutyl Phthalate Absorption Number of Compres
sed Sample”による。
(3) Tint JIS K6221-82“ゴム用カーボンブラックの試験方法”6.
1.3項を用い、対比試料をIRB3による。
(4) IA JIS K6221-82“ゴム用カーボンブラックの試験方法”6.
1.1項による。
(5) NSA ASTM D3037-86“Standard Test Method for Carbon Bla
ck-Surface Area by Nitrogen Adsorption”Method Bに
よる。
(6) st,ΔDst JIS K6221(1982)5「乾燥試料の作り方」に基
づいて乾燥したカーボンブラック試料を少量の界面活性
剤を含む20vol%のエタノール水溶液と混合してカー
ボンブラック濃度50mg/の分散液を作成し、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 Loebl社製)を8000rpm の
回転速度に設定し、スピン液(温度25℃の2wt%グ
リセリン水溶液)を10ml加えたのち、1mlのバッファー
液(温度25℃の20vol%エタノール水溶液)を注
入する。次いで温度25℃の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凝集体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st(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(n
m)とする。この測定方法によるASTM D-24Standard Refe
rence Black C-3 N234のstは80nm、ΔDstは60nmとな
る。
本発明で特定したCTAB 120〜160 m2/g、24M4
95〜135 ml/100g、Tint 100〜150 %の特性範囲は、
配合ゴムに好適な耐摩耗性ならびに分散加工性能を付与
するための前提要件となるもので、これら各特性が上記
範囲を下廻る場合には目的とする高度の耐摩耗性を得る
ことができず、他方、上記範囲を越えると分散加工性の
大幅な後退とゴム成分の硬度上昇を招く。
一般に、粒子径の小さい、比表面積の大きいカーボンブ
ラックは配合ゴムに高度の耐摩耗性を付与することがで
きる反面、ゴム成分への混練過程において混練物の硬度
が増大し、粘度が高くなるためにカーボンブラックのゴ
ム中への分散加工性が減退してゴム物性の低下をもたら
す。
本発明は、耐摩耗性を向上させるために、カーボンブラ
ックの粒子径を小さくし、比表面積を大きくするという
従来の手法とは別の観点から、ゴム成分への配合混練時
にカーボンブラックの分散加工性を劣化させることな
く、高度の耐摩耗性を付与し得るの諸特性の関与を種々
検討した結果、各特性の関与を総合的に示すパラメータ
としてM値を定義したものである。
すなわち、配合ゴムに高度の耐摩耗性を付与させるため
には、カーボンブラックの24M4およびTintを高める
こと、またカーボンブラック粒子の表面活性度を示すN
SA/IA比を大きくし、アグリゲートの分布を示す
ΔDst/st比を小さくすることが有効である。一方、
ゴム配合物の分散加カーボンブラック工性を向上させる
ためには24M4を高く、Tintを低く設定することが望
ましく、NSA/IA比の減少およびΔDst/st比
を増大させることが効果的である。
本発明で定義したM値は、これらカーボンブラックの諸
特性の関与を総合的に検討して設定したパラメータであ
り、この値を特定範囲にすることにより配合ゴムの耐摩
耗性の増大ならびに分散加工性の向上をはかるという背
反事象を両立させたものであり、本発明のカーボンブラ
ックのM値は従来品種に比べてCTABに対する水準と
して相対的に高位に位置する点に特徴がある。
すなわち、カーボンブラックの特性としてCTABが 1
20〜160 m2/g、24M4が95〜135ml/100g、Tintが 1
00〜150 %の範囲にあり、かつM値が465-1.88〔CTA
B〕≦M≦465-1.18〔CTAB〕の関係に位置する要件
を満足する場合に高度の耐摩耗性と良好な加工性の両立
付与が可能となる。
上記の特性要件を具備する本発明のカーボンブラック
は、通常のオイルファーネス方式による反応炉を用い生
成反応温度、反応時間、燃焼ガス流速などの諸条件を適
宜設定制御することにより製造することができる。
〔作 用〕
一般に、粒子径の小さな高NSA級のカーボンブラッ
クは高位のTintを有するが、反面、ストラクチャーの
発達が阻害され特に24M4の低下が余儀なくされる結
果、耐摩耗性の向上が少なくなると共に分散加工性が大
幅に後退することになる。本発明のカーボンブラック
は、同一の比表面積水準において高位のTintと24M4
を兼備しており、この特性要件が上述したCTAB,24
M4,TintおよびM値の機能と併せて粒子径を殊更小
さくすることなしに高度の耐摩耗性を付与し、同時に配
合ゴムの高度抑制および均質分散性の面でも有効に作用
する。
〔実施例〕
炉頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に挿着された燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを有する燃焼室(直
径 400mm、長さ 500mm)を設置し、該燃焼室と同軸的に
連結する前段狭径反応室(直径 190mm、長さ1000mm)、
後段狭径反応室(直径150 mm、長さ 500mm)および広径
反応室(直径300 mm)とから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、初期沸点 103℃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(C
ST50℃)16.1、残炭分 5.4%、硫黄分 1.8%、引火点
96℃の炭化水素油を用いた。
表Iに発生条件、表IIに得られた本発明カーボンブラッ
クの特性をそれぞれRun No.と対比して示した。なお、
表IIのRun No.8〜11は本発明の特性要件を外れる従来
品種のカーボンブラックを示したものである。
次に、これらのカーボンブラック試料を表IIIに示す配
合比により天然ゴムに配合した。
表IIIの配合物を145℃の温度で加硫処理して得られたゴ
ム組成物につき各種ゴム特性を測定し、結果をRun No.
と対応させて表IV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) 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 添加カーボンランダム粉:粒度80、添加量約9g/分 エメリーホイール面と試験片との相対スリップ率:24
%、60% 試験片回転数:535rpm 試験荷重:4kg (2) ムーニー粘度 JIS K6300「末加硫ゴム物理試験方法」によった。
(3) その他 JIS K6300-75「加硫ゴム物理試験方法」によった。
表IVの結果を考察すると、適用したカーボンブラックの
SAが同一レベルに位置する場合には、得られるゴ
ム組成物の摩耗量その他の特性は比較例に比べ実施例の
方が明らかに改善されており、同時に分散加工性の指標
となるムーニー粘度も低下改善されていることが判る。
〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明によるカーボンブラックによれば
ゴムに対する均質分散性と高耐摩耗性を同時に付与する
ことができるから、苛酷な走行環境で使用されるトラッ
ク、バスなどの大型タイヤトレッド用として要求性能を
十分に満足しうる有用性がある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CTABが120 〜160m2/g ,24M4 が95〜1
    35ml/100g 、Tint が100 〜150 %の範囲にあり、かつ
    下記(1)式で定義されるMの値が下記(2)式の関係
    を満す特性のタイヤレッド用カーボンブラック。 但し、CTABはCTAB比表面積(m2/g),24M4 は24M
    4 DBP吸油量(ml/100g),Tint は比着色力( %),IA
    はよう素吸着量(m2/g),NSAは窒素吸着比表面積(m
    2/g),stは遠心沈降法による凝集体ストークス相当径
    分布における最大頻度のストークス相当径(nm),ΔDst
    は前記分布における最大頻度の50%頻度が得られる大小
    2点のストークス相当径の差を指すものとする。
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