JPH07753B2 - 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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JPH07753B2
JPH07753B2 JP63313304A JP31330488A JPH07753B2 JP H07753 B2 JPH07753 B2 JP H07753B2 JP 63313304 A JP63313304 A JP 63313304A JP 31330488 A JP31330488 A JP 31330488A JP H07753 B2 JPH07753 B2 JP H07753B2
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    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2006/12Surface area
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • 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、とくに良路、悪路
に拘わりなく常に低位の摩耗水準を示す新規特性のカー
ボンブラックに関する。
〔従来の技術〕
近時、各種車両の高性能化に伴って、ダンプトラックや
オフロード車でも山間路や砕石現場などの極悪路ばかり
でなく、一般道路等の良路を走行する機会が増えてい
る。また、レジャーの多様化により一般車両でも整備の
整った高速道路に限らず山間地帯の苛酷な道路を走行す
るようになってきている。
このような情況から、タイヤトレッド部材に使用される
カーボンブラックに対しても、良路から悪路に至る多様
な路面情況において高度な耐摩耗性を付与することがで
きる性状特性が要求されている。
一般に高度な耐摩耗性が要求されるゴム用途には、SAF
(N-110)、ISAF(N-220)など粒子径が小さく、比表面
積の大きなカーボンブラックが使用されるが、この種の
カーボンブラックはストラクチャーの達成が阻害され、
特に24M4DBP吸油量の低下を余儀なくされるために悪路
での十分な耐摩耗性が得られず、また発熱性も大幅に上
昇する。他方、ストラクチャーを増加させると、発熱性
は僅かな後退にとどまりながら補強性、耐摩耗性の向上
は認められるものの、この場合には着色力の大幅な低下
を伴うため、良路における十分な耐摩耗性が得られなく
なる。
〔発明が解決しようとする課題〕 したがって、発熱性の上昇を伴わずに良路から悪路まで
のあらゆる路面状況において高度の耐摩耗性が付与しえ
るカーボンブラックが開発できれば、現状の要求に対し
て適切に対応することができる。ところが、この要求を
満すためには高着色力と高圧縮DBP吸油量という二律背
反する特性を両立させる必要がある。
出願人は、先にゴムに対し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特性の大型タイヤトレッド用
カーボンブラックを提供(特願昭63−195850号)した
が、本発明はこの先行発明をベースとして、更に性能解
明ならびに耐摩耗性レベルの向上化を図ることにより、
上記要求性能を満足するカーボンブラックの開発に成功
したものである。
〔課題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、24M4が100〜1
45ml/100g、Tintが100〜150%の範囲にあり、かつ下記
(1)式で定義されるMa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。
Ma≧1.7−0.005〔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(%)、N2SA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)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
sd 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) N2SA ASTM D3037-86“Standard Test Method for Carbon Bla
ck-Surface Area by Nitrogen Adsorption"Method Bに
よる。
(5) st 乾燥カーボンブラック試料を少量の界面活性剤を含む20
%エタノール水溶液と混合してカーボンブラック濃度50
mg/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(2%グリセリン水溶液)を10ml加えたのち、1m
lのバッファー液(エタノール水溶液)を注入する。次
いで試料液を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対ストーク
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st(nm)とする。
この測定方法によるASTM D-24Standard Reference Blac
k C-3 N234のstは80nmとなる。
本発明で特定したCTAB120〜160m2/g、24M4 100〜145ml/
100g、Tint100〜150%の特性範囲は、配合ゴムに好適な
耐摩耗性ならびに発熱性能を付与するための要件となる
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、CTAB
およびTintが上記範囲を越えると発熱性能の大幅な後退
を生じ、24M4DBPが145ml/100gを上廻ると配合ゴムの硬
度増、分散加工性の低下などにより耐摩耗性能の減退を
招く。
一般に、CTABを大きくすると配合ゴムの耐摩耗性を向上
させるために有効に作用するが、同時に加工性能の低下
が著しくなる。また、一方で24M4の低下とN2SAの増大を
引き起す結果、CTABの増大に伴って本発明で定義したMa
値は低減化する。
本発明で定義したMa値は、定比表面積あたりの24M4およ
びTintが高位にあることを示す特性指標で、本発明によ
るカーボンブラックのMa値は従来品種に比べ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120〜1
60m2/g、24M4が100〜145ml/100g、Tintが100〜150%の
範囲にあり、かつMa値が1.7−0.005〔CTAB〕以上の要件
を満足する場合に発熱性の後退を伴わずに良路、悪路に
おいて共通する高耐摩耗性の付与が可能となる。
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
宜設定することにより製造することができる。
〔作 用〕
良路における耐摩耗性の付与はCTABを増大させてTintの
上昇とstの低下をもたらすことによって可能である
が、反面、発熱性能の後退と24M4の低下を惹起して悪路
走行時におけるタイヤトレッドの耐摩耗性を損ねる。
したがって、粒子径の微細化と比表面積の増加のみでは
タイヤトレッドゴムに対し、良路、悪路共に良好な耐摩
耗性を付与することは困難である。例えば、CTABを増加
させていくとN2SAの大幅増加と24M4の低下を生じ、一
方、24M4を増加させていくとTintの低下とstの増大を
伴う。このようなことから、Ma値はCTABの増大によって
相対的に低下する関係にあり、従来のカーボンブラック
は総じてMa値が1.7−0.005〔CTAB〕を下廻る領域に属し
ている。
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、24M4、TintおよびMa値の機能と併せて良
路および悪路の異なる耐摩耗シビアリティーにおいて発
熱性能を後退せずに常に高度な耐摩耗性を付与するため
に有効に作用する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例1〜6、比較例1〜5 (1)カーボンブラックの製造 炉頭部に接線方向空気供給口2ヶを有し、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550mm、長さ600mm)を設置し、該燃焼室と
同軸的に連結する狭径反応室(第1反応室:直径220m
m、長さ150mm、第2反応室:直径140mm、長さ600mm、第
3反応室:直径220mm、長さ150mm、第4反応室:直径15
0mm、長さ500mm)およびこれに引続く広径反応室(直径
300mm)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(CST50℃)1
6.1、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実施例No.と対比して示した。な
お、表IIの比較例1〜5は本発明の特性要件を外れる品
種のカーボンブラックを示したものである。
(2) ゴム配合 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、結果を実施例お
よび比較例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: 粘度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「未加硫ゴム物理試験方法」によった。
(3)その他 JIS K6301-75「加硫ゴム物理試験方法」によった。
(3) 評価 表IVの結果から、適用したカーボンブラックのCTABが同
一レベルに位置する場合、実施例によるゴム組成物は比
較例に比べ同等の発熱性能を維持しながら良路および悪
路でのLA24%、LA60%摩耗量がいずれも改善されている
ことが判明する。特に実施例においては良路での耐摩耗
性を損なうことなく悪路での耐摩耗性向上化が認められ
ており、良路、悪路に対する耐摩耗性能のバランスが明
らかに改善されている。
〔発明の効果〕
以上のとおり、本発明に係るカーボンブラックによれ
ば、トレッド用配合ゴムに対し良路から悪路に至るあら
ゆる環境の走行条件において、高摩耗性を付与すること
ができるから各種車両の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100〜145ml/1
    00g、Tintが100〜150%の範囲にあり、かつ下記(1)
    式で定義されるMaの値が下記(2)式の関係を満す特性
    のタイヤトレッド用カーボンブラック。 Ma≧1.7−0.005〔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(%)、N2SA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)を指すものとする。
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