JPH08505427A - 低灰分のカーボンブラックを混和したスキム配合物 - Google Patents

低灰分のカーボンブラックを混和したスキム配合物

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Abstract

(57)【要約】 ゴムと、0.2重量%以下、好ましくは0.1重量%の灰分、100グラムにつき50〜160立方センチメートル(cc/100g)のDBP(ジブチルフタレート)で表現されるストラクチャー、1グラムにつき10〜180ミリグラム(mg/g)、好ましくは50〜130mg/gのヨウ素吸着量(I2No.)、及び30〜140%、好ましくは60〜140%のTintを有するカーボンブラックを含んでなる低水分吸収性を有する布帛又はワイヤースキム配合物。より好ましくは、このカーボンブラックはさらに40〜120cc/100g、好ましくは50〜120cc/100gのCDBP、及び1グラムにつき10〜125平方メートル(m2/g)、好ましくは60〜125m2/gのレベルのCTABを有することを特徴とする。また、本発明のスキム配合物でコーティングした強化材が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】 低灰分のカーボンブラックを混和したスキム配合物 発明の分野 本発明は、低灰分のカーボンブラックを混練し、配合物の低水分吸収性を有す る、繊維又はワイヤーのスキム配合物に関する。また、本発明はこのスキム配合 物を使用した製品、例えばホース、Vベルト、コンベヤーベルト、特にはタイヤ のような工業的ゴム製品に関する。本発明のスキム(skim)配合物は、低い水分 吸収性を有することが望まれる全ての用途、特にタイヤに使用するに有益である 。 背景 ゴムと、スチール又はワイヤー強化材との間の接着性の低下は、乗用車やトラ ックのスチール強化空気入りタイヤの普及によって顕著となっている数十年来の 古くからの問題である。過負荷の条件で走行するタイヤ、大型タイヤ、高速で走 るタイヤ、トレッドやサイドウオールに切り傷を受けたタイヤは、スチールのコ ーティングに使用したゴム配合物と、スチール自身との間に特に損傷を受け易い 。本願における用語「スチール」、「スチールコード」、又は「ワイヤー」とは 、種々の構造に撚り合わせた黄銅メッキスチールの細かいストランドであって、 タイヤに強度を与えるためにトレッド、ビード、又はタイヤの本体に使用される ものを言う。本願における用語「スキム配合物」とは、タイヤ強化材のスチール 、スチールコード、ワイヤー、又は布帛をコーティングするために使用する配合 物を言う。また、「スキム配合物」は、Vベルト、コンベヤーベルト、ホース等 のようなその他の工業的ゴム製品に使用する強化材の スチール、スチールコード、ワイヤー、又は布帛をコーティングするために使用 する配合物をも言う。 また、本願において、当該技術の関係者には公知な次の用語を使用する。「ト レッドプライ」とは、トレッドの直ぐ下に見られるスチール又は布帛の強化部材 であり、タイヤのトレッド部の下だけに広がる部材を言う。「カーカスプライ」 とは、ビードの周りを包み、同様にスチール又は布帛であることができる平行な 縦の強化部材を言う。「カーカス」とは、トレッド、トレッドプライ、アンダー トレッド、サイドウォールを除く全てのタイヤ部分を言い、ビード、カーカスプ ライ、種々の補助的ゴム部材を総称する。 当該技術において従来より知られているように、スチール、スチールコード、 又はワイヤーと、スキム配合物との接着性の問題は、接着性を高めるために一般 に使用される黄銅メッキが欠けたスチール材料の切れ端がゴム配合物に直接接触 することになる構造によっても悪化する。タイヤにおける配合物とスチールの間 の接着性の低下は、最悪の場合はタイヤの早期の破損を生じ、またタイヤ再生性 能の低下、磨耗性の不均一、不均等な乗り心地(ガタツキやバランス)を生じる ことがある。 ゴムとスチール又はワイヤー強化材との接着は、スチール強化トラックタイヤ の再生タイヤの分野で特に重要であり、スチール強化トラックタイヤは一般にス チール強化のトレッドとカーカスによって製造される。このようなタイヤの経済 的寿命は、タイヤを何回再生できるかに依存する。再生不可能であることと走行 中の再生タイヤの損傷の主な原因の1つは、強化用スチールコードの腐食に影響 される接着性である。タイヤ業界の文献において、タイヤを膨らませるために使 用する空気は非常に低レベルの水分を保証するために乾燥剤を通すべきと明記さ れている。 スキム配合物自身の中の水分の存在は、ワイヤーの接着に特に有害であり、錆 の発生(スチールコードの酸化)と接着性の早期の低下に結びつくことが示され ている。降雪地域でのタイヤの走行は、道路上の塩の存在のため特に早期の錆と 破損が発生しやすいことが示されている。道路上に存在する腐食性の高い塩水溶 液は、トレッドやサイドウォール部の小さな切れ目やクラックを通ってタイヤの カーカスに侵入することができる。 また、当該技術において、ゴムスキム配合物の水分は硬化系の劣化とアミンの 発生に結びつくことが示されている。このことは、不均一な引張強度、モジュラ ス、伸び、引裂き強度、耐屈曲性を与える不均一な硬化速度に結びつく。トレッ ドプライ、カーカスプライ、ビード領域、又はスキム配合物を含む他の全ての用 途のタイヤのポリエステル布帛又はスチール強化材をコーティングする配合物中 でアミンが発生した場合、その腐食性は特に問題である。 ゴム業界は、スキムゴム配合物の吸湿性を測定するためのいくつかの試験法を 開発している。これらの試験法は、硬化したゴムとスチール又はゴムと布帛の試 験片を、高い湿度、水への浸漬、スチームへの暴露、ブライン溶液への浸漬のよ うな促進した水分への暴露に供する。これらの試験法は最も問題のある使用条件 を再現しようとし、選択のスキム配合物、スチールコードや布帛の構造が水分の 有害な作用への耐久性を最大限にすることを保証しようとする。 工業的歴史において最も大型の乗用車タイヤの1つが欠陥製品として回収され たことを含むこの業界の大きな問題のため、接着メカニズムについて多くの検討 がなされてきた。スチールコード上の黄銅メッキの厚さと内容物、ゴム配合物の 硬化システム、コバルトのような特定の接着剤の存在は、特定の場合においては 、許容できる製品の性能が得られるレベルまで接着性を改良することが示されて いる。 本発明は、スキム配合物とスチール、スチールコード、ワイヤー、又は布帛の 強化材との間の接着性の低下を最少限にする他の方法を効果的に提供するもので ある。本発明は、単独で実施することができ、又は従来の接着性の低下を最少限 にする方法と併用することもできる。 発明の要旨 本発明者は、布帛、ワイヤー、又はスチールの強化材が暴露される水分量を最 少限にすることによって上記の欠点を最少限にするスキム配合物を見出した。本 発明は、タイヤ又は他の製品中の布帛及び/又はワイヤー強化材のコーティング に使用することができるカーボンブラック強化スキム配合物を提供する。本発明 のスキム配合物は、タイヤの他の必要性能を維持しながら優れたトレッドプライ とカーカス耐久性を備えたタイヤを提供する。また、本発明のスキム配合物は、 Vベルト、コンベヤーベルト、ホース等のようなスキム配合物を利用した他の用 途にも有益である。 本発明のスキム配合物は、ゴムと、0.2重量%以下、好ましくは0.1重量 %の灰分、100グラムにつき50〜160立方センチメートル(cc/100 g)のDBP(ジブチルフタレート)で表現されるストラクチャー、1グラムに つき10〜180ミリグラム(mg/g)、好ましくは50〜130mg/gの ヨウ素吸着量(I2No.)、及び30〜140%、好ましくは60〜140% のTintを有するカーボンブラックを含んでなる。より好ましくは、このカー ボンブラックはさらに40〜120cc/100gのCDBP、及び1グラムに つき10〜125平方メートル(m2/g)のレベルのCTABを有することを 特徴とする。 本発明のスキム配合物は、スキム配合物に使用するカーボンブラックの水分吸 収性を最少限にすることによって、布帛やスチールの強化材と接着性、したがっ て製品への水分の有害な影響を最少限にする。したがって配合物中に導入される 水分の潜在量を制限し、またこのカーボンブラックを含むスキム配合物の水分吸 収性を制限する。その結果、このスキム配合物を使用した製品の有効寿命が長く なる。 本発明のスキム配合物のゴム成分は、任意の天然又は合成ゴム、又はそれらの 混合物でよい。一般に、有意な程度の強化を付与するため、ゴムの100重量部 につき約10〜約300重量部の量のカーボンブラックを使用することができる 。ここで、ゴムの100重量部につき約20〜約100重量部の量のカーボンブ ラックを使用することが好ましく、特にはゴムの100重量部につき約40〜約 80重量部の量のカーボンブラックを使用することが好ましい。 本発明の使用する適切なゴムは任意の天然ゴム、合成ゴム、又はそれらの混合 物、又は塩素化ゴムのようなそれらの誘導体でよく、例えば約10〜約70重量 %のスチレンと約90〜約30重量%のブタジエンのコポリマー、例えば19部 のスチレンと81部のブタジエンのコポリマー、30部のスチレンと70部のブ タジエンのコポリマー、43部のスチレンと57部のブタジエンのコポリマー、 50部のスチレンと50部のブタジエンのコポリマー、またポリブタジエン、ポ リイソプレン、ポリクロロプレン等のような共役ジエンのポリマーとコポリマー 、このような共役ジエンと共重合性のエチレン基含有モノマー例えばスチレン、 メチルスチレン、クロロスチレン、アクリロニトリル、2-ビニルピリジン、5- メチル-2-ビニルピリジン、5-エチル-2-ビニルピリジン、2-メチル-5-ビニ ルピリジン、アルキル置換アクリレート、ビニルケトン、メチルイソプ ロペニルケトン、メチルビニルエーテル、α-メチレンカルボン酸及びそのエス テル、及びアクリル酸やジアルキルアクリル酸アミドと前記共役ジエンとのコポ リマーがあり、またエチレンと他の高級α-オレフィン例えばプロピレン、ブテ ン-1、ペンテン-1とのコポリマーも本発明において適切である。特に好ましく はエチレン含有率が20〜90重量%のエチレンプロピレンコポリマーと、この エチレンプロピレンコポリマーにさらにジシクロペンタジエン、1,4-ヘキサ ジエン、メチレンノルボルネンのような第三モノマーを含むコポリマーが適切で ある。 図面の簡単な説明 図1はタイヤの横断面図である。 図2は配合物の水分吸収への灰分の影響を示すグラフである。 発明の詳細な説明 本発明は、ゴムと、次の特性を有するカーボンブラックを含んでなるスキム配 合物を含む。 ・灰分≦0.2重量%、 好ましくは≦0.1重量%、 ・50cc/100g≦DBP≦160cc/100g、 ・10mg/g≦I2No.≦180mg/g、 好ましくは、50mg/g≦I2No.≦130mg/g ・30%≦Tint≦140% 好ましくは、60%≦Tint≦140% より好ましくは、本発明のスキム配合物は、ゴムと、次の特性を有するカーボ ンブラックを含んでなる。 ・灰分≦0.2重量%、 好ましくは≦0.1重量%、 ・50cc/100g≦DBP≦160cc/100g、 ・10mg/g≦I2No.≦180mg/g 好ましくは、50mg/g≦I2No.≦130mg/g ・30%≦Tint≦140% 好ましくは、60%≦Tint≦140% ・40cc/100g≦CDBP≦120cc/100g、 ・10m2/g≦CTAB≦125m2/g 図1は、本発明のスキム配合物を使用したタイヤを示す。タイヤ(2)は、本 発明のスキム配合物で効果的にコーティングされることができる、ゴムでコーテ ィングされた一対のワイヤービードリング(4)を含む。また、ビードリングの 周りに巻かれたスチール又は布帛カーカスブライ(6)も、本発明のスキム配合 物で効果的にコーティングされることができる。トレッド部(8)の下の一般に トレッドプライと称されるスチール又は布帛強化プライは、本発明のスキム配合 物のさらにもう1つの用途である。図1に示すタイヤ(2)は、当該技術の通常 の仕方で構成された乗用車タイヤの例である。 本発明のスキム配合物のカーボンブラック分析特性と、スキム配合物の物理的 特性の測定・評価のために次の試験法を使用する。 カーボンブラックのCTABはASTM試験法D3765−85にしたがって 測定した。カーボンブラックのI2No.はASTM−D1510にしたがって 測定した。カーボンブラックのTint値はASTM試験法D3265−85a にしたがって測定した。カーボンブラックペレットのCDBPはASTM−D3 493−86に示された方法にしたがって測定した。カーボンブラックペレット のDBPはASTM−D2414に示された方法にしたがって測定した。カーボ ンブラックペレットの灰分量はASTM−D1506 に示された方法にしたがって測定した。 スキムゴム配合物のモジュラス、引張、伸びはASTM−D412に示された 方法にしたがって測定した。 スキムゴム配合物のショアーA硬度はASTM−D2240−86に示された 方法にしたがって測定した。 スキムゴム配合物の粘度はASTM−D1646に示された方法にしたがって 測定した。 スキムゴム配合物のスコーチはASTM−D1646に示された方法にしたが って測定した。 スキムゴム配合物のダイ「C」引裂きはASTM−D624に示された方法に したがって測定した。 スキムゴム配合物の配合物水分吸収性(CMA)は次の方法にしたがって測定 した。 1)通常は4インチ×6インチ×厚さ0.080インチの配合物サンプルを2 3±2℃と相対湿度50±5%に少なくとも1時間維持する。 2)そのサンプルを秤量し、その重さを乾燥重量として記録する。 3)そのサンプルをデシケーター容器中の水面下に1インチ沈める。容器の蓋 をシリコーングリースでシールする。 4)そのデシケーター容器を70℃に維持した熟成用オーブンに入れ、所定の 期間放置し、この例では2又は7日間とした。 5)容器をオーブンから取りだし、容器からサンプルを取り出す。ペーパータ オルで軽く拭いてサンプルを乾かす。 6)サンプルを23±2℃と相対湿度50±5%に30分間放置する。 7)サンプルを再度秤量し、その重さを最終重量として記録する 。 8)次の式によって配合物水分吸収性(CMA)を計算する。 最終重量−乾燥重量=差 次の例によって本発明の効果と有益性をさらに説明する。 例1 この例は、低灰分のASTM−N326タイプのカーボンブラック(カーボン ブラック1)を用いて作成した本発明の天然と合成ゴム配合物の特性を、対照標 準のASTM−N326タイプのカーボンブラック(カーボンブラック2)を用 いて作成した通常の天然と合成ゴム配合物に比較して示す。ASTM−N326 タイプのカーボンブラックは、ワイヤーと布帛のスキム用途に一般に使用される カーボンブラックの代表例である。 表1にカーボンブラックの分析特性を示す。 カーボンブラック1と2はASTM天然ゴム処方(ASTM−D3192)にし たがって天然ゴムに混練した。カーボンブラック1は本発明の配合物である天然 ゴム配合物Aに混練した。カーボンブラック2は対照標準として用いた天然ゴム 配合物Bに混練した。次の表2に示すゴム処方によって、各々のカーボンブラッ クサンプルを混練した天然ゴム配合物AとBを調製した。 MBTS:メルカプト2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド 次いでこれらの天然ゴム配合物の特性を前記のASTM法によって評価した。 その結果を表3に示す。 これらの結果は、本発明の天然ゴム配合物が、他の特性は実質的に同等であっ て灰分含有率が高いカーボンブラックを混練した対照標準のゴム配合物に比較し て、約16%低い2日間と7日間後の配合物水分吸収(CMA)を有することを 示す。したがって、本発明の布帛又はワイヤースキム配合物は、水分が問題を生 ずると知られる又は予想される全ての用途で長期の有効寿命を発揮するであろう ことが期待される。 また、カーボンブラック1と2をASTM合成ゴム処方(ASTM−D319 1)にしたがって合成ゴムに混練した。カーボンブラック1は本発明の配合物で ある合成ゴム配合物Cに混練した。カーボンブラック2は対照標準として用いた 合成ゴム配合物Dに混練した。次の表4に示すゴム処方によって、各々のカーボ ンブラックサンプルを混練した合成ゴム配合物CとDを調製した。 SBR1500:スチレンブタジエンコポリマー MBTS:N-第三ブチル2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド 次いで合成ゴム配合物の特性を前記のASTM法によって評価した。その結果 を表5に示す。 これらの結果は、本発明の合成ゴム配合物が、他の特性は実質的に同等であっ て灰分含有率が高いカーボンブラックを混練した対照 標準のゴム配合物に比較して、2日後で約27%低く、7日後で約34%低い配 合物水分吸収(CMA)を有することを示す。したがって、本発明の布帛又はワ イヤースキム配合物は、水分が問題を生ずると知られる又は予想される全ての用 途で長期の有効寿命を発揮するであろうことが期待される。 例2 この例は、例1で使用したカーボンブラックより小さい表面積を有するAST M−N1440タイプのカーボンブラックを用いて調製した本発明のゴム配合物 の特性を例証する。また、天然ゴムとスチレンブタジエンゴム中の低灰分のAS TM−N440タイプのカーボンブラック(カーボンブラック3)とASTM− N440タイプの対照標準カーボンブラック(カーボンブラック4)によって付 与された特性を示す。 表6にカーボンブラックの分析特性を示す。 カーボンブラック3と4は例1に記載した天然ゴム処方に混練した。カーボン ブラック3は、本発明の配合物である天然ゴム配合物 Eに混練した。カーボンブラック4は、対照標準として用いた天然ゴム配合物F に混練した。次いでこれら天然ゴム配合物の特性を前記のASTM法にしたがっ て評価した。その結果を表7に示す。 これらの結果は、本発明の合成ゴム配合物が、他の特性は実質的に同等であっ て灰分含有率が高いカーボンブラックを混練した対照標準のゴム配合物に比較し て、2日後で約18%低く、7日後で約17%低い配合物水分吸収(CMA)を 有することを示す。したがって、本発明の布帛又はワイヤースキム配合物は、水 分が問題を生ずると知られる又は予想される全ての用途で長期の有効寿命を発揮 するであろうことが期待される。 また、例1に示した合成ゴム処方にしたがい、カーボンブラック3と4を使用 して合成ゴム配合物を調製した。カーボンブラック3は、本発明の配合物である 合成ゴム配合物Gに混練した。カーボンブラック4は、対照標準として用いた天 然ゴム配合物Hに混練した 。次いでこれら合成ゴム配合物の特性を前記のASTM法にしたがって評価した 。その結果を表8に示す。 これらの結果は、本発明の合成ゴム配合物が、他の特性は実質的に同等であっ て灰分含有率が高いカーボンブラックを混練した対照標準のゴム配合物に比較し て、2日後で約21%低く、7日後で約26%低い配合物水分吸収(CMA)を 有することを示す。したがって、本発明の布帛又はワイヤースキム配合物は、水 分が問題を生ずると知られる又は予想される全ての用途で長期の有効寿命を発揮 するであろうことが期待される。 例3 図2は、カーボンブラックを混練した天然ゴムについて、カーボンブラックの 灰分と配合物水分吸収性との関係を示す。この関係の検討において、種々の灰分 量を有するASTM−N326タイプの8種類のカーボンブラックを、例1に示 したASTM−D3192 天然ゴム処方でそれぞれ評価した。8種類の天然ゴム配合物の各々の配合物水分 吸収性(CMA)を前記に示した方法によって測定した。その結果を図2にグラ フで示す。この結果は、天然ゴム配合物の配合物水分吸収性の72%が、配合物 のカーボンブラック成分の灰分レベルに起因することを示している。 本願に含められた説明と例より明らかなように、乗用車タイヤを含む全てのタ イヤが、本発明のスキム配合物の使用から利益を得るであろう。とりわけトラッ クタイヤ、ファームタイヤ、航空機タイヤ、工業タイヤ、及びオフロードタイヤ は、カーカスやトレッド部の水分の侵入を許容する切れ目やチッピングをタイヤ に与える非舗装道路での使用において、有効寿命の点で本発明のスキム配合物の 使用から利益を得るであろう。Vベルト、コンベヤーベルト、ホース等を含む工 業的ゴム用途のような他の用途においても、本発明のスキム配合物の使用から得 られる有効寿命の同様な増加が示されるであろう。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ゴムと、0.2重量%以下の灰分、50〜160cc/100gのDBP 、10〜180mg/gのI2No.、30〜140%のTint値を有するカ ーボンブラックを含んでなる低水分吸収性を有するスキム配合物。 2.カーボンブラックの灰分が0.1重量%以下、カーボンブラックのI2N o.が50〜130mg/g、カーボンブラックのTint値が60〜140% である請求の範囲第1項に記載のスキム配合物。 3.カーボンブラックがさらに40〜120cc/100gのCDBPと10 〜125m2/gのCTABを有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載 のスキム配合物。 4.カーボンブラックのCDBPが50〜120cc/100gであり、カー ボンブラックのCTABが60〜125m2/gである請求の範囲第3項に記載 のスキム配合物。 5.ゴムが、天然ゴム、合成ゴム、天然ゴムと合成ゴムの混合物からなる群よ り選択された請求の範囲第1項に記載のスキム配合物。 6.カーボンブラックが100重量部のゴムにつき10〜300重量部の量で 存在する請求の範囲第1項に記載のスキム配合物。 7.0.2重量%以下の灰分、50〜160cc/100gのDBP、10〜 180mg/gのI2No.、30〜140%のTint値を有するカーボンブ ラックをゴムに添加することを含んでなる低水分吸収性を有するスキム配合物の 製造方法。 8.カーボンブラックの灰分が0.1重量%以下、カーボンブラックのI2N o.が50〜130mg/g、カーボンブラックのT int値が60〜140%である請求の範囲第7項に記載の方法。 9.カーボンブラックがさらに40〜120cc/100gのCDBPと10 〜125m2/gのCTABを有することを特徴とする請求の範囲第7項に記載 の方法。 10.カーボンブラックのCDBPが50〜120cc/100gであり、カ ーボンブラックのCTABが60〜125m2/gである請求の範囲第9項に記 載の方法。 11.ゴムが、天然ゴム、合成ゴム、天然ゴムと合成ゴムの混合物からなる群 より選択された請求の範囲第7項に記載の方法。 12.カーボンブラックが100重量部のゴムにつき10〜300重量部の量 で存在する請求の範囲第7項に記載の方法。 13.ゴムと、0.2重量%以下の灰分、50〜160cc/100gのDB P、10〜180mg/gのI2No.、30〜140%のTint値を有する カーボンブラックを含んでなる低水分吸収性を有するスキム配合物でコーティン グした強化材を含んでなる製品。 14.カーボンブラックの灰分が0.1重量%以下、カーボンブラックのI2 No.が50〜130mg/g、カーボンブラックのTint値が60〜140 %である請求の範囲第13項に記載の製品。 15.カーボンブラックがさらに40〜120cc/100gのCDBPと1 0〜125m2/gのCTABを有することを特徴とする請求の範囲第13項に 記載の製品。 16.カーボンブラックのCDBPが50〜120cc/100gであり、カ ーボンブラックのCTABが60〜125m2/gである請求の範囲第15項に 記載の製品。 17.強化材がワイヤーである請求の範囲第13項に記載の製品 。 18.強化材が布帛である請求の範囲第13項に記載の製品。 19.カーボンブラックが100重量部のゴムにつき10〜300重量部の量 で存在する請求の範囲第13項に記載の製品。
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