JPH0662807B2 - 改良ゴム組成物 - Google Patents

改良ゴム組成物

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JPH0662807B2
JPH0662807B2 JP61119043A JP11904386A JPH0662807B2 JP H0662807 B2 JPH0662807 B2 JP H0662807B2 JP 61119043 A JP61119043 A JP 61119043A JP 11904386 A JP11904386 A JP 11904386A JP H0662807 B2 JPH0662807 B2 JP H0662807B2
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carbon black
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、改良ゴム組成物、特にタイヤ、ホース、コン
ベヤベウト等に使用される高補強性及び特に高耐摩耗性
を要求される改良ゴム組成物に関するものである。
(従来の技術) 従来、トラック・バス用タイヤのトレッド等のようにか
なり高い耐摩耗性が要求される場合、ゴム配合には、IS
AF等の高補強性のカーボンブラックが使用されて来た
が、近年市場の経済性要求が高まるに連れて、耐摩耗性
のいっそうの向上が商品価値決定の重要なポイントとし
て要求されるに至った。
このような耐摩耗性の向上に対し、カーボンブラック配
合量の増加、プロセスオイル等の軟化剤の量の減少のよ
うな配合量の変更、又はISAFカーボンブラックに代る更
に補強性にすぐれるSAF級のカーボンブラックの使用等
が行われている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、カーボンブラック配合量の増加による耐
摩耗性向上効果は、よく知られるように既に限界に近
く、配合量がこの限界を超えると耐摩耗性向上効果が減
少する反面ゴム配合物の発熱性が顕著に悪くなる(発熱
量が大きくなる)などの困難な問題が存在する。
また、プロセスオイル等の軟化剤の量を減少する場合、
耐摩耗性は向上するが、練りゴムのまとまりが悪くなる
とか、ゴムの粘度が高くなるなどの現象が起こり、作業
性の著しい低下を生じてしまう。
一方、SAFカーボンブラックのような高い比表面積をす
るカーボンブラックを使用する場合、耐摩耗性の向上が
大いに期待されるが、粒子径の現象と共に配合ゴム中で
のカーボンブラックの分散性が著しく低下するので、期
待する程の耐摩耗性向上効果が得られにくく、更に発熱
性も悪くなると言った問題がある。この問題を解決する
ために、ゴム練り時間を延長するなど多くの検討が試み
られているが、いずれもじゅうぶんな効果を上げること
ができないか、著しい生産性低下を起こしている。
本発明は、耐摩耗性向上に伴う前記問題点、すなわち、
発熱性の悪化及び分散性低下の問題点、特にAFカーボン
ブラックを用いる場合の発熱性の悪化及び分散性低下の
問題点を解決し、高耐摩耗性を有するゴム組成物を得よ
うとするものである。
(問題点を解決するための手段) カーボンブラックの基本特性としては、従来から一般に
表面積(粒子径)と粒子の繋がり(凝集体)が考えられ
ており、表面積が大きく(粒子径が小さく)なるにつれ
て補強性、耐摩耗性が向上し、また凝集体が大きくなる
場合も、同様に耐摩耗性が向上することが知られてい
る。しかし、このような基本特性による補強性、耐摩耗
性の向上には、前記のように発熱性の悪化及び作業性の
低下を伴うことも知られている。
本発明者らは、これらの従来の特性値だけでなく、これ
らに更に凝集体の分布の仕方及び電子顕微鏡により測定
した粒子径を組み合わせて比較検討した結果、これらの
特性が特定範囲内にあるカーボンブラックを特定量配合
することにより前記問題点を解決しうることを確かめ、
この発明を達成するに至った。
この発明は、天然ゴム及びジエン系合成ゴムより成る群
の中から選ばれた少なくも1種のゴム100重量部に、カ
ーボンブラックとして (イ)窒素吸着比表面積(NSA)が130〜160m/gの範
囲内であり、 (ロ)ジブチルフタレート吸油量(DBP)が110〜150ml/10
0gの範囲内であり、 (ハ)比着色力(TINT)が121以上であり、 (ニ)凝集体径分布の半価幅(ΔD50)と凝集体径分布の最
頻値(Dst)との比ΔD50/Dstが0.7〜1.0の範囲内であ
り、 (ホ)電子顕微鏡による重量平均粒子径(Dw)と算術平均
粒子(Dn)との比Dw/Dnが1.20〜1.45の範囲内であり、
かつ (ホ)前記Dnの標準偏差が6.5nm以下であるカーボンブラッ
ク40〜120重量部を配合して成る改良ゴム組成物であ
る。
本発明において各カーボンブラックの特性値は以下の方
法により測定される。
窒素吸着比表面積(NSA):ASTM D3037−84 B法 ジブチルフタレート吸油量(DBP):JIS K6221−1982
A法 比着色力(TINT):JIS K6221−1982 A法 また、凝集体径分布の測定は遠心沈降法によるものであ
り、英国ジョイスレーベル社(joyce−Loebl)製ディス
ク・セントリフュージを使用し、次に述べる方法により
行った。まず、カーボンブラックを精秤し、エノール20
%水溶液に加え、カーボンブラック濃度を0.01重量%に
した後、超音波で10分間程度分散させ、こを試料溶液と
した。ディスク・セントリフュージの回転数を6000rpm
に設定し、試料溶液(0.25ml〜1.00ml)を注射器でスピ
ン液(2%グリセリン水溶液)30mlに注入して一斉に遠
心沈降を開始させ、光電沈降法により凝集体分布曲線を
作成した。
半価幅(ΔD50)と最頻値(Dst)は第一図に示すような
凝集体分布曲線より求めた。尚、図中f、fは同じ
長さである。
更に、電子顕微鏡による粒子径の測定は、以下の方法に
より行った。まず、カーボンブラック試料を超音波洗浄
法によりウロロホルム中に分散した後、カーボ支持膜に
固定する。分散条件としては、例えば、周波数28KHzで3
0分間超音波洗浄を行えばよい。この試料を電子顕微鏡
で直接倍率20000倍、総合倍率80000〜100000倍に撮影
し、得られた電子顕微鏡写真からランダムに選んだ1000
個のカーボンブラック粒子について直径を測定し、3nm
区分のヒストグラムを作成する。このヒストグラムのi
番目の直径をdi、頻度をniとすると、算術平均粒子径
(Dn)と重量平均粒子(Dw)は、下記の式により算出さ
れる。
Dn= Σnidi/Σni Dw= Σnidi/Σnidi 下記の式(1)で得られる計算粒径値(Dc)は、ラバー・
エイジ(Rubber Age)、1973年11月号でエヌ・エル・ス
ミス(N.L.Smith)により発表されたものであり、カー
ボンブラック特性値と電子顕微鏡法による粒径の測定値
との回帰式から得られたものである。
Dc=45.6−88.72(DBP/100)+35.95(DBP/100)+3677/TINT (1) (作 用) 窒素吸着比表面積(NSA)が130m/g未満の場合
は、通常のSAF級カーボンブラックとしての耐摩耗性の
レベルを維持できなくなり、また、NSAが160m/g
より大きい場合は、発熱性の悪化があまりに大きくなる
為、NSAは130〜160m/gの範囲に限定される。
ジブチルフタレート給油量(DBP)が110ml/100g未満の
場合は、じゅうぶんな耐摩耗性や、カーボンブラックの
分散性が得られず、また逆に150ml/100gより大きい場
合には作業性が低下するため、DBPは、110〜150ml/100
gの範囲に限定される。
比着色力(TINT)が121より小さいと、通常のSAF級カー
ボンブラックとしての耐摩耗性のレベルを維持できなく
なるので、TINTは121以上でなければならい。
凝集体径分布の半価幅(ΔD50)と凝集体径分布の最頻
値(Dst)との比ΔD50/Dstは、凝集体径分布のシャー
プさの程度を表すが、ΔD50/Dstが0.7未満になると、
発熱性の悪化が大きすぎるし、又逆に1.0より大きくな
ると、通常のSAF級カーボンブラックとしての耐摩耗性
レベル以上にはなり得ないので、ΔD50/Dstの範囲は0.
7〜1.0に限定される。
電子顕微鏡による重量平均粒子径(Dw)と算術平均粒子
径(Dn)との比Dw/Dnは、全体の粒子のうち、Dnより大
きい粒子の占める割合を表すが、これが1.20未満だと発
熱性の低下が大きく、逆に1.45より大きいと体耐摩耗性
が低下する傾向にあるので、Dw/Dnの範囲は1.20〜1.45
に限定される。更に、Dnの標準偏差の値が6.5nm以下と
言うような、シャープな分布を持つことは、耐摩耗性を
上げる点から必要である。
今回検討した各種カーボンブラックの特性値を、前記の
式(1)に代入して求めた計算粒径値Dcは概ねDnと良く対
応したが、DnとDcとの差(Dc−Dn)が2より大きなカー
ボンブラックでは、発熱性の悪化が大きいことが分かっ
た。
以上述べてきたように、本発明は、SAF級の維持を持つ
カーボンブラックにおいて比較的粒子径が大きく、発熱
性の良好なもので、凝集体径の分布、及び粒子径の分布
等を最適な範囲に設定したカーボンブラックを使用する
ことにより、通常のSAF級カーボンブラックを使用する
場合に比べて、優れた補強性、耐摩耗性、発熱性を有す
る配合組成物を得ることにある。
使用するゴム成分としては、天然ゴム、ジエン系合成ゴ
ムの単独、又は併用系何れでも良い。
カーボンブラックの配合量がゴム100重量部に対して40
重量部未満では、上記本発明のカーボンブラックであっ
ても、じゅうぶんな補強性、耐摩耗性を得ることはでき
ず、また、120重量部を超えると、発熱性の悪化が大き
すぎるため、カーボンブラックの配合量とては、40〜12
0重量部に限定される。
(実施例) 実施例1〜6、比較例1〜5 表1に比較検討に用いたカーボンブラックの特性値を示
す。カーボンブラック番号AFの6種類が本発明に該当す
るカーボンブラックであり、カーボンブラック番号G〜
Jの4種類が比較例に用いたカーボンブラックである。
比較例のカーボンブラックはそれぞれ次の特性を持って
いる。GのカーボンブラックはDw/Dnが1.45より大き
く、Dnの標準偏差6.5nmより大きい。HはΔD50/Dstが
1.0より大きい。IはΔD50/Dstが0.7より小さい。ま
た、Jのカーボンブラックは配合量変更例に使用したIS
AF級のカーボンブラックである。
表2にゴム組成物の実施例6例、及び比較例5例を示
す。
実施例及び比較例の基本的な配合内容は以下の通りであ
るが、表2に示す通り、比較検討に応じて、カーボンブ
ラック、プロセス・オイルの配合量は変更した。
天然ゴム(RSS#1) 100.0重量部 カーボンブラック 50.0 〃 プロセス・オイル 10.0 〃 ステアリン酸 3.0 〃 亜鉛華 4.0 〃 老化防止剤(IPPD) 1.0 〃 加硫促進剤(OBS) 0.5 〃 硫黄 2.5 〃 老化防止剤(IPPD)は、N-フェニル‐N′‐イソプロピ
ル‐p-フェニレンジアミンである。加硫促進剤(OBS)
は、N-オキシジエチレン‐2-ベンゾチアジル‐スルフエ
ンアミドである。
ムーニー粘度試験はJIS K 6300-1974に準じて行っ
た。この値が小さい方が作業性が良好である。
摩耗性試験は、ランボーン式摩耗試験機を用い、摩耗損
失量を測定し、下式によって算出した。
耐摩耗指数=IRB#5試験片の容積村質量 /供試試験片の容積損失量 この値が大きい程耐摩耗性が大きい。
発熱性試験は、ブリティッシュ・スタンダード903:Part
A8:1963に準じて行った反発弾性試験の結果から、下
式によって算出した。
発熱性指数=供試試験片の反発弾性率 /IRB#5試験片の反発弾性率 発熱性指数が大きい程、発熱性が良いこと、すなわち発
熱量が小さいことを示す。ゴム引張強さ試験は、JIS
K 6301-1975に準じて行った。
ゴム物理性試験用の各サンプル加硫条件は145℃、30分
である。
(発明の効果) 実施例1〜6に示したように、本発明に該当するカーボ
ンブラックA〜Fを使用したゴム組成物は、比較例1〜
3に示す、従来のカーボンブラックG〜Iを使用したゴ
ム組成物と比べ、発熱性及び加工性を損なうことなく、
補強性及び耐摩耗性に優れたものとなっている。
また、実施例4及び比較例4〜5に示したように、本発
明の効果は、従来の配合手法である、カーボンブラック
の増量、又はプロセス・オイルの減量と比較しても、発
熱性及び作業性を損なうことなく、良好な補強性及び耐
摩耗性を得ている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、凝集体分布曲線より凝集体系分布の半価幅及
び最頻値を求める方法を示すグラフである。 ΔD50……凝集体系分布の半価幅 Dst……凝集体系分布の最頻値

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】天然ゴム及びジエン系合成ゴムより成る群
    の中から選ばれた少なくとも1種のゴム100重量部に、
    カーボンブラックとして (イ)窒素吸着比表面積(NSA)が130〜160m/gの範
    囲内であり、 (ロ)ジブチルフタレート吸油量(DBP)が110〜150ml/10
    0gの範囲内であり、 (ハ)比着色力(TINT)が121以上であり、 (ニ)凝集体径分布の半価幅(ΔD50)と凝集体径分布の最
    頻値(Dst)との比ΔD50/Dstが0.7〜1.0の範囲内であ
    り、 (ホ)電子顕微鏡による重量平均粒子径(Dw)と算術平均
    粒子径(Dn)との比Dw/Dnが1.20〜1.45の範囲内であ
    り、かつ (ヘ)前記Dnの標準偏差が6.5nm以下であるカーボンブラッ
    ク40〜120重量部を配合して成る改良ゴム組成物。
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