JPH09512581A - 低い透過性のゴム組成物 - Google Patents

低い透過性のゴム組成物

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JPH09512581A JP7528263A JP52826395A JPH09512581A JP H09512581 A JPH09512581 A JP H09512581A JP 7528263 A JP7528263 A JP 7528263A JP 52826395 A JP52826395 A JP 52826395A JP H09512581 A JPH09512581 A JP H09512581A
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Abstract

(57)【要約】 ゴムと特定のファーネスカーボンブラックを含む、低いガス透過性を有するゴム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】 低い透過性のゴム組成物 発明の分野 本発明は、低い透過性のゴム組成物に関する。より詳しくは、本発明は、ゴム と、ゴム組成物に低いガス透過性を与える特定のカーボンブラックを含む組成物 に関する。 発明の背景 空気その他のガスに対して低い通気性を有するゴム組成物は、空気タイヤのイ ンナーライナー、タイヤインナーチューブ、キュアリングブレッダー(curing bl adder)、及びその他の空気ブレッダーなどの数多くの用途に有用である。ハロブ チルエラストマーが、単独で又は他の合成及び/又は天然ゴムとの組み合わせで 使用されることが最も多く、カーボンブラックが低い透過性のゴム組成物の主要 成分として併用される。 インナーライナー組成物に関し、カーボンブラックはこのような空気透過性を 低下させるだけでなく、例えば、タイヤカーカスを含む強化層に対するインナー ライナーの接着性、インナーライナーの耐熱性、耐屈曲性、圧縮永久歪みような インナーライナーの他の重要な性能特性にも影響を及ぼす。ここで、インナーラ イナー組成物の配合に通常使用されるグレードのカーボンブラックには最大充填 率があり、これを超えると、インナーライナーに悪影響する。例えば、インナー ライナー組成物に通常使用されるファーネスカーボンブラックの2つのグレード ASTMのN660とASTMのN772は、ゴムの100重量部あたり、一般 に、60重量部を超えない 量で混練される。 米国特許第3639308号明細書は、ゴムの100重量部あたり120重量 部にも及ぶカーボンブラックを含み、満足すべき空気透過性を示すインナーライ ナー組成物を開示している。1つの欠点は、その組成物が、広範囲には使用され ていないサーマルプロセスによって製造されるサーマルグレードのカーボンブラ ックを含有することである。 PCT特許出願WO94/05732公開明細書は、本願で開示するタイプの カーボンブラックを含むゴム組成物を開示している。しかしながら、ガス透過性 を低下させるためにそれらのゴム組成物を使用することは、全く開示していない 。 発明の要旨 本発明者は、ガスに対する低い透過性と適切な物理的特性の組み合わせを与え るカーボンブラック含有ゴム組成物を見出した。この組成物は、ゴムと、特定の ファーネスカーボンブラックを含んでなる。本発明の実施に使用されるカーボン ブラックは、以下のようにして選択される。 ゴム組成物のカーボンブラック成分は、約8〜約32ミリグラム/グラム(m g/g)のヨウ素吸着量(I2No.)、約28〜約65立方センチメートル/ 100グラム(cc/100g)のDBP値(ジブチルフタレート吸油量)、及 び1.25以上、好ましくは約1.25〜約2.00のM比を有するファーネス カーボンブラックである。 あるいは、ゴム組成物のカーボンブラックは、約12〜約20mg/gのI2 No.、約28〜約65cc/100g、好ましくは約34〜約65cc/10 0gのDBP値を有するファーネスカー ボンブラックである。 もう1つの態様によると、ゴム組成物のカーボンブラック成分は、約12〜約 18mg/gのI2No.と約28〜約33cc/100gのDBP値を有する ファーネスカーボンブラックである。 本発明のインナーライナー組成物のゴム成分は、合成ゴム、天然ゴム、これら の混合物、及びこれらの誘導体のゴムでよい。特に有用があることが分かってい るゴム化合物には、ハロブチルゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ゴム、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の例え 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7 0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、イソブチレン− イソプレンのコポリマー(ハロゲン化タイプを含む)、及びポリブタジエン、ポ リイソプレン、ポリクロロプレンのような共役ジエンのポリマーとコポリマーな どが挙げられる。 ゴム組成物は、一般に、ゴムの100重量部につき約20〜約200重量部の カーボンブラックを含む。ここで、ゴムの100重量部につき約60〜約175 重量部のカーボンブラックを使用することが好ましく、特に好ましくは、ゴムの 100重量部につき約80〜約150重量部のカーボンブラックを含む組成物で ある。 ゴム組成物の構成成分を混合する方法は、それ程重要ではない。任意の通常の 混合法が採用されることができる。本発明の場合、混合はバンバリーミキサー( 2500ccの体積)で行われ、次の方法を用いる。即ち、カーボンブラック、 ゴム、及びステアリン酸の必要量をミキサーに添加し、280°Fで混合する。 2分間混合した後、加工オイルを添加する。次いで混合物をミキサーから取り出 し、2本ロールミルに供給し、シートにする。0.5分間経過した後、MgO、 ZnO、MBTS、及び硫黄の必要量をシートに添加する。5分間経過した後、 シートをミルから取り出す。 図面の簡単な説明 図1は、あるサンプルにおけるカーボンブラックサンプルの凝集体の重量割合 とストークス径のヒストグラムの例である。 発明の詳細な説明 本発明は、低いガス透過性と必要な物理的特性を有する、ゴムと特定のファー ネスカーボンブラックを含むゴム組成物を提供する。このファーネスカーボンブ ラックは、以下のように選択される。 ゴム組成物のカーボンブラック成分は、約8〜約32mg/gのI2No.、 約28〜約65cc/100gのDBP値、及び1.25以上のM比を有するフ ァーネスカーボンブラックでよい。約1.25〜約2.00のM比、約12〜約 20mg/gのI2No.、及び約34〜約65cc/100gのDBP値によ って特徴づけられるファーネスカーボンブラックが、本発明の実施に特に適切で あることが見出されている。これらのうち、約14〜約18mg/gのI2No .、及び約36〜約55cc/100gのDBP値、とりわけ約36〜約42c c/100gのDBP値と、約45〜約55cc/100gのDBP値を有する カーボンブラックが最も好ましい。本発明の実施に特に適することが見出されて いる約1.25〜約2.00のM比を有する一方のファーネスカーボンブラック は、約12〜約18mg/g、特には約15mg/gのI2No.と約28〜約 33cc/100gのDBP値を有するカーボンブラックである。 また、ゴム組成物のカーボンブラック成分は、約12〜約20mg/gのI2 No.と約28〜約65cc/100gのDBP値、好ましくは約34〜約65 cc/100gのDBP値を有するファーネスカーボンブラックから選択される ことができる。約14〜約18mg/gのI2No.と約36〜約55cc/1 00gのDBP値、特には約36〜約42cc/100gと約45〜約55cc /100gのDBP値を有するファーネスカーボンブラックが最も好ましい。 また、ゴム組成物のカーボンブラック成分は、約12〜約18mg/g、好ま しくは約15mg/gのI2No.と約28〜約33cc/100gのDBP値 を有するファーネスカーボンブラックから選択されることができる。 次の試験法を、本願で開示するカーボンブラックの分析特性を測定するために 使用した。 カーボンブラックのCTAB値は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のD1510にしたがっ て測定した。カーボンブラックから作成されたペレットのCDBP値はASTM のD3493−86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値は、ASTMのD2414に示された方法にしたがって測定し た。着色力(Tint)はASTMのD3265に示された方法にしたがって測 定した。 カーボンブラックのDmodeとDストークスは、図1に示したような、カー ボンブラック重量割合とカーボンブラック凝集体のストークス径のヒストグラム より求めた。ヒストグラムを得るために用いるデータは、例えば英国の Joyce L oebl Co.Ltd.of Tyne and Wearによる製作のディスク型遠心器を使用して測定 した。次の方 法はJoyce Loeblのディスク型遠心器の取扱説明書(ファイル番号 DCF 4.008、1 985年2月1日発行、この教示事項は参考にして取り入れられている。)に記載 の方法の改良であり、データの測定に使用した。 その方法は以下の通りである。10mg(ミリグラム)のカーボンブラックを 秤量し、次いで10%の無水エタノールと90%の蒸留水(0.05%の NONID ET P-40 界面活性剤を含む。NONIDET P-40はシェルケミカル社による製造販売の 界面活性剤の登録商標である。)の溶液50ccに添加する。得られたサスペン ションを、超音波分散器 Sonifier Model No.W385(ヒートシステムズウルトラ ソニック社(Farmingdale、ニューヨーク州)による製造販売)を用い、15分間 超音波エネルギーによって分散させる。 ディスク型遠心器を運転する前に、そのディスク型遠心器からのデータを記憶 するコンピューターに次のデータを入力する。 1.カーボンブラックの比重は1.86g/cc 2.水とエタノールの溶液に分散させたカーボンブラックの溶液の体積は0. 5cc 3.回転流体は水であり、体積は10cc 4.回転流体の粘度は23℃で0.933センチポイズ 5.回転流体の密度は23℃で0.9975g/cc 6.ディスク速度は8000rpm 7.データのサンプリング間隔は1秒間 ストロボスコープを作動させながら、ディスク型遠心器を8000rpmで運 転する。10ccの蒸留水を、回転流体として回転ディスクに注入する。濁度レ ベルを0にセットし、緩衝流体として10%無水エタノールと90%蒸留水の溶 液を1cc注入する。ディスク型遠心器の停止ボタンと作動ボタンを操作し、回 転流体と緩衝 液の間のスムーズな濃度勾配を形成させ、その勾配を目視観察する。勾配がスム ーズになり、2つの流体の間に見た目の境界がなくなったとき、エタノール水溶 液中に分散したカーボンブラックの0.5ccを回転ディスクに注入し、直ちに データ採取を開始する。流れが発生すると、実験を中断する。エタノール水溶液 中に分散したカーボンブラックを注入した後、ディスクを20分間回転させる。 20分間回転させた後、ディスクを停止し、回転流体の温度を測定し、実験の開 始時に測定した回転流体の温度と実験の終了時に測定した回転流体の温度の平均 値を、ディスク型遠心器のデータを記憶するコンピューターに入力する。そのデ ータを、標準的なストークスの式にしたがって解析し、次の定義を用いて表す。 カーボンブラック凝集体:最小の分散単位である個々の硬いコロイド状物体。 広範囲に合体した粒子からなる。 ストークス径:遠心場又は重力場において、粘性媒体中でストークスの式にし たがって沈降する球の直径。カーボンブラック凝集体のような非球形物体であっ ても、非球形物体と同じ密度と沈降速度の滑らかで硬い球と同様に挙動すると考 えられるならば、ストークス径によって表すことができる。慣例の単位はナノメ ートルの直径である。 mode(記号としてDmode):ストークス径の分布曲線のピーク位置( 図1のA点)におけるストークス径。 メジアンストークス径(記号としてDst):サンプルの50重量%がそれよ りも大きい又は小さいストークス径の分布曲線上の点(図1のH点)。したがっ て、測定のメジアン値を表す。 M比:メジアンストークス径(Dst)/mode(Dmode)として定義 される。 表1は、例1〜6のカーボンブラックの分析特性を示す。例1〜 3は本発明のファーネスカーボンブラックである。例4(ASTMのN772) と例5(ASTMのN660)は比較用の従来のファーネスカーボンブラックで ある。例6(ASTMのN990)は比較用の従来のサーマルカーボンブラック である。 表2は例7〜15の処方を示す。 次の試験法を用い、例7〜15のゴム組成物の物理的特性を評価した。 組成物のモジュラス、引張、伸びは、ASTMのD412に示された方法によ って測定した。組成物のショアーA硬度は、ASTMのD2240−86に示さ れた方法によって測定した 組成物のムーニー粘度は、ASTMのD1646に示された方法によって測定 し、組成物のムーニースコーチ時間は、ASTMのD1646に示された方法に よって測定した。組成物の直角形引裂は、ASTMのD624に示された方法に よって測定した。反発弾性は、ASTMのD1054に示された方法によって測 定した。 組成物の接着性は、次に示すような、キャボット社の試験法No.1212に したがって測定した。 1)引裂試験法を用い、ゴムとカーボンブラックの1インチ×8インチ×0. 5インチ(2.54cm×20.32cm×1.27cm)の硬化サンプルを使 用した。 2)本発明のゴム/カーボンブラック組成物と、天然ゴム/カーボンブラック の配合物を型の中に重ね、各々の素材が約1インチ×8インチ×0.25インチ (2.54×20.32×0.64cm)のストリップを形成させた。 3)マイラー紙の2.5インチ(6.35cm)の片を、ゴム/カーボンブラ ック組成物と、天然ゴム/カーボンブラックの配合物の間の型の1つの端に置き 、サンプルの各脚をクランプに装入する隙間を与えた。 4)2インチ/分(5.1cm/分)のクロスヘッド速度とし、モンサントT −500引張試験器でそのストリップを引張試験した。 5)ポンド/インチ(kN/m)の単位での結果を、掴み具の距 離に対してプロットした。 6)測定値は、ポンド/インチ(kN/m)の単位での平均ピーク値として採 取した。 7) 1つのカーボンブラックのグレードについて2つの試料を試験し、その 2つの平均を記録した。 組成物の熱伝導率は、文献「ゴムの化学と技術、42巻、5号、頁1314〜1320、 1969年12月」に記載の方法を用いて測定した。その単位は「(Btu/平方フィ ート)(時間)(°F/平方フィート)」である。 表3は、例7〜15の各物理的特性を示す。 表3に示す結果は、本発明のカーボンブラックを使用した例7〜12のゴム組 成物が、比較用のファーネスカーボンブラックのASTMのN772とASTM のN660を用いた例13と14のゴム組成物に比較して、低いガス透過性を有 することを示している。また、表3のデータは、本発明のゴム組成物が、従来の ファーネスカーボンブラックのN772とN660を用いた組成物と比較して、 高い充填率のカーボンブラックを含むことが可能なことを示している。また、こ の結果は、本発明のファーネスカーボンブラックを用いて調製されたゴム組成物 が、比較用のファーネスカーボンブラックを混練したゴム組成物が有する物理的 特性と同等な物理的特性を有することを示している。また、この結果は、本発明 のファーネスカーボンブラックを用いたゴム組成物が、比較用ファーネスカーボ ンブラックを含むゴム組成物よりも高い熱伝導率を有することを示している。熱 伝導率は、組成物がタイヤのキュアリングブレッダー(tire curing bladder)の 用途に使用される場合、特に重要な特性である。 例15のゴム組成物に使用したASTMのN990の比較用サーマルブラック に関し、表3に記した結果は、本発明のファーネスカーボンブラックが、同等の 充填レベルでゴム組成物に混練され得ることを示している。また、本発明のファ ーネスカーボンブラックを用いて調製したゴム組成物は、サーマルブラックを使 用したゴム組成物と同等のガス透過性を有するだけでなく、本発明のファーネス カーボンブラックの使用が、ムーニー粘度、引張強度、モジュラス、直角型引裂 抵抗のような優れた物理的透過性をゴム組成物に付与することを示している。し かも、この結果は、本発明のファーネスカーボンブラックを用いて調製したゴム 組成物の熱伝導率が、比較用サーマルブラックを含むゴム組成物の熱伝導率と同 等なことを示 している。 本願で記載した態様は例示に過ぎなく、発明の範囲を限定するものではないこ とを明確に理解すべきである。本発明は、請求の範囲に包含される全ての変更を 含むものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TT,UA, UG,UZ,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.約12〜約20mg/gのI2No.と約28〜約65cc/100gの DBP値を有するファーネスカーボンブラックとゴムを含む組成物の、低いガス 透過性のゴム組成物としての使用。 2.カーボンブラックが約12〜約20mg/gのI2No.と約34〜約6 5cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第1項に記載の使用。 3.カーボンブラックが約14〜約18mg/gのI2No.と約36〜約5 5cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第1項に記載の使用。 4.カーボンブラックが約14〜約18mg/gのI2No.と約36〜約4 2cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第1項に記載の使用。 5.カーボンブラックが約14〜約18mg/gのI2No.と約45〜約5 5cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第1項に記載の使用。 6.カーボンブラックが約12〜約18mg/gのI2No.と約28〜約3 3cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第1項に記載の使用。 7.カーボンブラックが約15mg/gのI2No.と約28〜約33cc/ 100gのDBP値を有する請求の範囲第1項に記載の使用。 8.約8〜約32mg/gのI2No.と約28〜約65cc/100gのD BP値と約1.25以上のM比を有するファーネスカーボンブラックとゴムを含 む組成物の、低いガス透過性のゴム組成物としての使用。 9.カーボンブラックが約8〜約32mg/gのI2No.と約28〜約65 cc/100gのDBP値と約1.25〜約2.00のM比を有する請求の範囲 第8項に記載の使用。 10.カーボンブラックが約12〜約20mg/gのI2No.と約34〜約 65cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第8項に記載の使用。 11.カーボンブラックが約14〜約18mg/gのI2No.と約36〜約 55cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第8項に記載の使用。 12.カーボンブラックが約14〜約18mg/gのI2No.と約36〜約 42cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第8項に記載の使用。 13.カーボンブラックが約14〜約18mg/gのI2No.と約45〜約 55cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第8項に記載の使用。 14.カーボンブラックが約12〜約18mg/gのI2No.と約28〜約 33cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第8項に記載の使用。 15.カーボンブラックが約15mg/gのI2No.と約28〜約33cc /100gのDBP値を有する請求の範囲第8項に記載の使用。 16.約12〜約20mg/gのI2No.と約28〜約65cc/100g のDBP値を有するファーネスカーボンブラックとゴムを含む組成物を、低いガ ス透過性を有するゴム組成物として使用する方法。 17.カーボンブラックが約12〜約20mg/gのI2No.と約34〜約 65cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第 16項に記載の方法。 18.カーボンブラックが約12〜約18mg/gのI2No.と約28〜約 33cc/100gのDBP値を有する請求の範囲第16項に記載の方法。 19.約8〜約32mg/gのI2No.と約28〜約65cc/100gの DBP値と約1.25以上のM比を有するファーネスカーボンブラックとゴムを 含む組成物を、低いガス透過性を有するゴム組成物として使用する方法。 20.カーボンブラックが約8〜約32mg/gのI2No.と約28〜約6 5cc/100gのDBP値と約1.25〜約2.00のM比を有する請求の範 囲第19項に記載の方法。 21.その低いガス透過性を有するゴム組成物をインナーライナーとして使用 する請求の範囲第1項に記載の使用。 22.その低いガス透過性を有するゴム組成物をインナーチューブとして使用 する請求の範囲第1項に記載の使用。 23.その低いガス透過性を有するゴム組成物をキュアリングブレッダーとし て使用する請求の範囲第1項に記載の使用。 24.その低いガス透過性を有するゴム組成物を空気ブレッダーとして使用す る請求の範囲第1項に記載の使用。 25.その低いガス透過性を有するゴム組成物をインナーライナーとして使用 する請求の範囲第8項に記載の使用。 26.その低いガス透過性を有するゴム組成物をインナーチューブとして使用 する請求の範囲第8項に記載の使用。 27.その低いガス透過性を有するゴム組成物をキュアリングブレッダーとし て使用する請求の範囲第8項に記載の使用。 28.その低いガス透過性を有するゴム組成物を空気ブレッダーとして使用す る請求の範囲第8項に記載の使用。
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