JPH0686552B2

JPH0686552B2 - ゴム組成物

Info

Publication number: JPH0686552B2
Application number: JP60270632A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　進; 慶三岡本; 賢二那須
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1985-12-03
Filing date: 1985-12-03
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPS62131042A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はタイヤのトレッドゴム等に使用することができ
るゴム組成物に関するものであり、更に特に大型（トラ
ック・バス用）ラジアルタイヤに適用するに必要な耐摩
耗性を有するカーボンブラックを配合したゴム組成物に
関するものである。

（従来の技術）従来より、ゴム組成物の加硫後における耐摩耗性の改良
方法としてカーボンブラックを配合する方法が採られて
きた。

かかる改良効果を十分なものとするために、カーボンブ
ラックの粒子径が小さく凝集体（ストラクチャー）の大
きいものを使用したり、カーボンブラックの添加量を増
加したりした。

この際カーボンブラックの添加に伴う加工性の低下を回
避するため、アロマオイル、スピンドルオイル等の軟化
剤等を併用する場合もあった。

（従来技術の問題点）しかし、微粒子化し過ぎたカーボンブラックを使用する
と、カーボンとポリマーの結合層、いわゆるカーボンゲ
ルが増加して未加硫粘度が上昇し、このため加工性が著
しく低下し、また配合ゴム中でのカーボンの分散度も低
下して耐摩耗性が逆に低下するという問題点があった。

カーボンブラックの添加量を増加する場合も同様に、添
加し過ぎると配合ゴムが硬くなり過ぎて工業的に加工す
ることが困難となるという問題点があった。またこの
際、ゴム物性上もカーボンが配合ゴム中で分散不良を起
こし耐摩耗性の向上が図れなかった。

更に、加工性を改良するためにアロマオイル、スピンド
ルオイル等の軟化剤を配合することは、いずれの場合も
耐摩耗性を低下させるため好ましくない。

耐摩耗性は、高比表面積のカーボンを使用することによ
っても改善することができるが、その改善効果には限界
があった。このことは、ジャーナルオブエラストマ
ーアンドプラスチック８,414（1976）、ディゾン
・イー・エス、マイスク・イー・ジェーおよびコット・
シー・イー著に開示されている通りである。またこの場
合、カーボンの配合量を増加した場合と同様に、一般に
使用カーボンの比表面積が上昇すると加工性が著しく低
下するという問題点があった。

以上説明してきたように、従来技術では耐摩耗性と加工
性の両立を図ることは困難であった。

そこで本発明の目的は、従来技術では困難であったかか
る両立化を達成し、トラック・バス用の大型ラジアルタ
イヤに適用可能なゴム組成物を提供することにある。

なお、ここで言う加工性とは、未加硫ゴムが工場内を流
動するときの粘度に関係する事項である。例えばシート
を作る場合には、押出し工程にて安定した形状と十分な
性能を出すために流動時の粘度が低いことが要求され
る。

（問題点を解決するための手段）本発明者等は、高比表面積の高耐摩耗用カーボンブラッ
クを配合したゴム組成物の耐摩耗性の改善効果を引き上
げるべくその加工性の改良につき軟化剤、ポリマー種等
の検討を行なった結果、該高耐摩耗性用カーボンブラッ
クを配合したゴム組成物においてポリイソプレンゴムを
併用すると加工性が改善されると同時に耐摩耗性の限界
が更に上がることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。

すなわち本発明は、ポリイソプレンゴム４〜50重量部
と、残りのゴム分としてポリイソプレンゴムを除くジエ
ン系合成ゴムおよび天然ゴムから成る群から選ばれた単
独または混合ゴムとを配合して成るゴム成分100重量部
に対して、窒素吸着法により測定した比表面積（N₂SA）
が146〜159m²/gであって、電子顕微鏡での算術平均粒子
径（Dn）ｍμおよびその分布幅（Ｓ）ｍμが次式、Ｓ≦0.375Dn＋0.69 の関係を満足するカーボンブラックを補強剤として20〜
80重量部配合したことを特徴とするゴム組成物に関する
ものである。

上記ジエン系合成ゴムとしては、例えばポリブタジエン
ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム等を挙げるこ
とができる。

本発明において、ゴム成分としてポリイソプレンゴムを
必須成分とするのは、以下に述べる如く高剪断速度域で
の緩和速度が最も大きく良好だからである。

ここに、ポリイソプレンゴムをゴム成分100重量部に対
し４〜50重量部の範囲内としたのは、４重量部未満では
加工性および耐摩耗性の改良効果がなく、一方50重量部
を越えると、特に天然ゴムと併用した場合に破壊特性お
よび耐摩耗性が低下してきて好ましくないためである。

本発明において使用するカーボンブラックにおいて、窒
素吸着法により測定した比表面積（N₂SA）が146〜159m²
/gの範囲内であることが要求されるのは、146m²/g未満
では加工性が十分でも耐摩耗性が不十分となり、一方15
9m²/gをこえるとポリイソプレンゴムと併用しても十分
な相乗効果が得られず、耐摩耗性の改良が認められない
からである。

また、カーボンブラックの電子顕微鏡での粒子径分布
（Ｓ）ｍμを次式、Ｓ≦0.375Dn＋0.69 に示される範囲に限定したのは、粒子径分布の大粒子径
の部分をカットすることにより低補強部をなくし、カー
ボンブラックとして高補強性、すなわち耐摩耗性を著し
く向上させるためである。

以上の条件の他に、更に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（Dst）ｍμとその半値幅（ΔD
₅₀）ｍμとの関係が次式、 ΔD₅₀≦Dst−18 で示される関係を満足する場合には、加工性、すなわち
作業時の未加硫ゴムの可塑度は更に改善される。この理
由は、未加硫ゴムの粘度を引き上げて可塑度を高め加工
性を低下させる原因となる凝集体径の大きい部分をカッ
トすることになるからである。

更にまた、使用するカーボンブラックの着色力（ティン
ト値）は124〜141の範囲内であるのか好ましい。これ
は、該ティント値が124未満では耐摩耗性の改良効果が
得られず、一方141を越えるとゴムへの分散性が不十分
となり、加工性も耐摩耗性も同時に低下し、ポリイソプ
レンゴムとの相乗効果も得られないからである。

本発明において、かかるカーボンブラックの添加量をゴ
ム成分100重量部に対して20〜80重量部の範囲内とした
のは、20重量部未満では補強性に不足して耐摩耗性が低
下し、一方80重量部を越えると未加硫ゴムの粘度が上昇
し作業が不可能となるからである。

尚、本発明に用いられるカーボンブラックは、通常のゴ
ム用ファーネス法のハード系カーボン専用炉にて製造す
ることができるが主な変更点は次の通りである。

１）原料油を均等に噴霧し、均一な油滴に分散させる。

２）燃焼生成物中に、懸濁したカーボン凝集体が再循環
しないようにするため、過度の高温に長時間さらされな
いようにする。これにより凝集体の分布サイズを狭く
し、大きな凝集体部分を除く。

３）反応ゾーンでの線速度（流速度）を上げ、水による
急冷の位置を変えて急冷を効かす。

４）反応炉はハードカーボン用の炉を使用する。

本発明におけるゴム組成物には加硫剤、硫黄、加硫促進
剤、老化防止剤、軟化剤あるいは充填剤当が適宜配合さ
れる。

（作用）本発明は、高級グレードのカーボンブラックとゴム成分
との相乗効果による耐摩耗性および加工性の改善を狙っ
たものである。

このため、先ず混練中若しくは押出し中の未加硫ゴムの
挙動を詳細に観察したところ、加工性の改善を図るには
拘束剪断速度下での未加硫ゴムの流れ易さが必要であ
り、各種ポリマー種を分種した結果、ポリイソプレンゴ
ムが極めて有効であることを見い出した。

即ち、ポリイソプレンゴムを配合すると高速剪断下での
未加硫ゴムの緩和速度が著しく大きく、剪断応力が小さ
くなり、混練時のカーボンブラックの分散性が良くなる
一方、押出し時の作業性が高まる。

かかる作用を有するポリイソプレンゴムの配合を汎用SA
Fグレードのカーボンに応用しても大きな耐摩耗性改良
効果は得られないが、本発明における高級グレードカー
ボンブラックと併用すると加工性を損わずに極めて優れ
た耐摩耗性の改良効果が得られた。

従って、本発明においては、高級グレードカーボンブラ
ックの十分な分散度が得られれば加工性の改善と同時に
高耐摩耗性が発揮される一方、更にポリイソプレンと該
カーボンブラックの併用により耐摩耗性を更に引き上げ
る相乗効果が引き出されるという効果が得られる。

（実施例）次に本発明を実施例に基づき説明する。

以下の第１表に示す配合割合（重量部）で各種ゴム組成
物を製造した。

各物性値の測定方法は次の通りである。

１）窒素吸着比表面積（N₂SA）の測定法 ASTM D−3037に準拠して行なった。

２）電子顕微鏡による基本粒子径Dnおよび分布幅Ｓ（標
準偏差）の測定法ここで「電子顕微鏡による算術平均粒子径（Dn）」と
は、カーボンブラック試料を超音波洗浄法によりクロロ
ホルムに分散させた後（分散条件としては例えば周波数
28KH₂で30分間超音波洗浄すればよい）、分散試料をカ
ーボン支持膜に固定し、この試料を電子顕微鏡で直接倍
率20,000倍、総合倍率80,000〜100,000倍に撮影し、得
られた電子顕微鏡写真から1,000個のカーボンブラック
粒子について直径を測定し,3mμ区分のヒストグラムか
ら相加平均により平均粒子径（Dn）ｍμを求めた。

３）凝集体のモード径（Dst）およびその半値幅（ΔD₅₀）の測定遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体分布は、ジ
ョイス・レーブル社製ディスク・セントリフュージを使
用し、次の方法によって測定を行なた。すなわちカーボ
ンブラックを精秤し、エタノール20％水溶液に加え、カ
ーボンブラック濃度を0.01重量％にした後超音波で分散
（際えば10分間）させ、これを試料溶液とした。ディス
ク・セントリフュージの回転速度を6,000RPM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。
半値幅ΔD₅₀（Dst）と最頻値Dst（モード）は第１図よ
り求めた。尚、図面中破線の部分は同じ長さで、半値幅
は図示する実線部分の長さである。

４）カーボンブラックの着色力（ティント値）の測定法 JIS K−6221に準拠して行なった。

５）耐摩耗性測定法各供試ゴム組成物をTBR10,00−Ｒ−20 14PR R220タイヤ
トレッドゴムに適用し、走行テストを実施した。耐摩耗
性は、約４万km走行後の摩耗1mm当りの走行距離として
求めた。なお、本実施例では、２回の実車テスト（ｎ＝
２）の平均値を採った。得られた値を次式に従い指数表
示した。

６）加工性測定試験混練後の未加硫ゴムの押出し負荷（応力）を以下の条件
にて測定した。

押出し機の押出し先端の使用ダイの径と長さ、L/D 16/1 予熱時間 10分（100℃）押し出し時の剪断速度 463sec^-1 使用機種モンサント社製プロセッサビリティテスター得られた値を次式に従い指数表示した。

上記各物性値の測定結果を第１表に併用する。

上記第１表により次のことが分かる。

先ず、比較例２においては、ポリイソプレンゴムを併用
した結果、加工性は改良されたが、窒素吸着比表面積が
146m²/g未満のため、耐摩耗性の著しい改良効果は得ら
れなかった。このことは、ポリイソプレンゴムとカーボ
ンブラックの相乗効果が得られなかったことを意味す
る。

これに対し、実施例1,2および３においては、本発明に
おける高級グレードのカーボンブラックとポリイソプレ
ンゴムとの併用により、加工性が良好であると同時に耐
摩耗性が著しく改善された。このことは、両者による相
乗効果が顕著に発揮されたことを示すものである。

その他の比較例ではカーボンブラックの諸物性値が本発
明の範囲外であったり、ポリイソプレンゴムの配合量が
不適当であるために所望の効果を得ることができなかっ
た。以下にこれら比較例につき詳細に説明する。

先ず比較例３については、カーボンブラックの窒素吸着
比表面積が高過ぎ且つ粒子径が小さ過ぎるために加工性
が低下し、耐摩耗性も伸びなかった。

比較例においては、粒子径分布がブロード化し低補強カ
ーボンを含有するため、耐摩耗性の改良効果が小さかっ
た。

比較例５においては、凝集体分布がブロード化し大きな
凝集体が混在するため、加工性の改善効果が小さかっ
た。

比較例６においては、凝集体分布がブロード化し、更に
着色力が低下し過ぎて粒子径および凝集体径の粗大化を
来たしたため、比較例５よりも更に耐摩耗性が低下し
た。

比較例７においては、着色力が高過ぎカーボンブラック
のゲル量が増加して加工性が悪化し、またカーボンブラ
ックの分散性が悪く耐摩耗性が劣る結果となった。

比較例８においては、ポリイソプレンゴムを添加し過ぎ
た結果、加工性は改良されたが耐摩耗性の改良効果は小
さかった。

最後に比較例９においては、ポリイソプレンゴムを使用
せずに本発明におけるカーボンブラックを使用したが、
この場合加工性の低下が著しく実用に適さなかった。ま
た、相乗効果がないために耐摩耗性の一層の向上も図れ
なかった。

尚、以上説明してきた実施例および比較例における加工
性および耐摩耗性の改良効果の関係を明らかにするた
め、第２図に示すプロットを行なった。

（発明の効果）本発明においては、所定の高耐摩耗性用カーボンブラッ
クを配合したゴム組成物においてポリイソプレンゴムを
併用することにより、加工性が改善されると同時に該カ
ーボンブラックによる耐摩耗性効果の限界が更に上昇す
るという相乗効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光電沈降法により作成した凝集体分布の曲線
図、第２図は、各実施例および比較例における加工性指数と
耐摩耗指数との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリイソプレンゴム４〜50重量部と、残り
のゴム分としてポリイソプレンゴムを除くジエン系合成
ゴムおよび天然ゴムから成る群から選ばれた単独または
混合ゴムとを配合して成るゴム成分100重量部に対し
て、窒素吸着法により測定した比表面積（N₂SA）が146
〜159m²/gであって、電子顕微鏡での算術平均粒子径（D
n）ｍμおよびその分布幅（Ｓ）ｍμが次式、Ｓ≦0.375Dn＋0.69 の関係を満足するカーボンブラックを補強剤として20〜
80重量部配合したことを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】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（Dst）ｍμとその半値幅（ΔD₅₀）ｍμと
の関係が次式、 ΔD₅₀≦Dst-18 で示される関係を満足する特許請求の範囲第１項記載の
ゴム組成物。
【請求項３】カーボンブラックの着色力（ティント値）
が124〜141の範囲内である特許請求の範囲第１項記載の
ゴム組成物。