JPS592451B2 - ゴム組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゴム組成物、特に新規なフアーネスカーボンブ
ラツクを含有する補強性が良好でかつ著しく発熱性の改
善されたゴム組成物に関する。

ダイヤ等のゴム物品は、通常複数のゴム部材から形成さ
れており、各ゴム部材に要求される性能は異なつている
ことは良く知られていることである。そのためゴム部材
を構成するゴム組成物に配合されているカーボンブラッ
クはその種類および配合量を調整することが必要である
。このようなカーボンブラックの重要な品質特性は比表
面積とストラクチャーであり、例えば比表面積を大きく
すると補強性（耐摩耗性）は改良されるが、一方発熱性
は悪化する傾向にある。

またストラクチャーを大きくすると弾性率は増大するが
、疲労性や耐カット性は低下してしまう。すなわち、補
強性と発熱性、あるいは弾性率と疲労性、耐カット性の
両面を共に満足する皐一のカーボンブラックは今までの
ところ存在していないのが現状である。一方、最近のよ
うに省資源、省エネルギー化を目指す社会的要請のも’
と、ガソリン消費の少ない自動車の開発研究は、エンジ
ンの改良以外にも、タイヤに由来した動力損失の軽減の
面で、いわゆる低燃費タイヤの検討が急がれている。

このような背景において、発熱性の低いゴム組成物の必
要性が頓に高まつて来ており、ポリマーの改質等種々の
研究も増々盛んになつて来ている。

しかし、このようなポリマーの改質は、ゴム組成物の他
の物性に影響を及ぼす恐れがある。本発明者らは、その
中でタイヤ等に使用されるゴム組成物には不可欠な成分
として配合されているカーボンブラックをとりあげ検討
したところカーボンブラックが低発熱性であれば、ポリ
マー種をほとんど自由に選択することが可能となり、目
的、用途に応じた低発熱性のゴム組成物を得ることが極
めて容易となることに注目し、鋭意研究を重ねた結果、
比表面積とストラクチャー以外の特性の中にも発熱性と
補強性に著しく影響を及ぼす特性。

」あることを見出し、本発明に到達したものである。す
なわち、本発明は天然ゴムおよび／または合成ゴム１０
０重量部に対して、カーボンブラックＪを２０〜２００
重量部の割合で配合してなるゴム組成物であつて、該カ
ーボンブラツクが窒素吸着法による比表面積（Ｎ２ｓＡ
）ｔ）号８５〜９５ｍ２／９、ジブチルフタレート吸油
量（２４Ｍ４ＤＢＰ）が１００〜１１０ｍ１／１００９
および着色力（ＴＩＮＴ）が９５〜１０５で且遠心沈降
法によるカーボンブラツクの凝集体分布の半値幅（ΔＤ
５Ｏ（Ｄ８，））が１８０ｍμ以上であるフアーネスカ
ーボンブラツクであるゴム組成物に関する。

本発明において合成ゴムとは、スチレン−ブタジエン共
重合ゴム、ポリブタジエンゴム、合成ポリイソプレンゴ
ム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン
三元共重合ゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、ブ
チルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ブタジエン−アクリ
ロニトリル共重合ゴム等であり、これら１種または２種
以上のブレンドゴムであつても良い。

本発明において使用するフアーネスカーボンブラツクで
は、Ｎ２ＳＡが８５〜９５ｍ７ｆ！、２４Ｍ４ＤＢＰが
１００〜１１０ｍ１／１００ｇおよびＴＩＮＴが９５〜
１０５、好ましくはＮ２ＳＡが８５〜９２ｍ２／９、２
４Ｍ４ＤＢＰが１０３〜１１０ｍ１／１００９およびＴ
ＩＮＴが９８〜１０５の特定範囲である。

この理由は、得られるゴム組成物において、カーボンブ
ラツクのＮ２ＳＡが８５ｍ”／９未満では耐摩耗性が低
下し、９５ｍ７９を越えると発熱性が悪化する傾向にあ
るため好ましくなく、２４Ｍ４ＤＢＰが１００ｍ１／１
００９未満ではモジユラスが低下し、１１０ｍ１／１０
０ｇを越えると耐カツト性が低下する傾向にあるため好
ましくなく、またＴＩＮＴが９５未満では耐摩性が低下
し１０５を越えると発熱性ｔ）３悪化する傾向にあるた
め好ましくない。また、本発明に使用するフアーネスカ
ーボンブラツクは、得られるゴム組成物の発熱性を改善
するため、遠心沈降法によるカーボンブラツクの凝集体
分布の半値幅（ΔＤ５Ｏ（Ｄ８ｔ））が１８０ｍμ以上
であることが必安である。

本発明においては、上記フアーネスカーボンブラツタの
配合量に特に制限はないが、通常ゴムエ業において用い
られている範囲であり、例えば、ゴム１００重量部に対
して２０〜２００重量部である。

なお、本発明のゴム組成物は、カーボンブラツク以外に
、例えば硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、
老化防止剤、軟化剤あるいは充填剤等を含有していても
かまわない。

以上のように、特定した範囲の特性を有するカーボンブ
ラツクを含有する本発明のゴム組成物は、補強性が良好
でかつ、発熱性が蓄しく改善され、タイヤ、特にトレツ
ド用ゴムとして、またコンベアベルト、ホース等の工業
用品に用いられる。

本発明にかかるカーボンブラツクは、一般的に円筒形伏
の反応炉の軸方向から炭化水素原料を導入し、該原料油
をカーボンブラツクに熱分解するのに必要な高温ガス流
を発生させる燃料と酸素含有ガスを炉頭部に導入し、得
られたカーボンブラツク懸濁ガス流を水冷した後カーボ
ンブラツクを回収することからなるフアーネス法による
カーボンブラツク製造装置を使用して製造できる。しか
Ｌ、円筒形伏の空気混合室、同形伏の前期反応室および
同形伏の後期反応室の三者を段々と径大に形成して同軸
的に連結し、空気混合室には− 次空気導入路と炭化水
素原料の噴射ノズルを設け、前記噴射ノズルに対して４
０度で等角対向伏態に設けた二次空気の導入路を臨まし
め、前期反応室には燃料および燃料燃焼用の酸素含有ガ
スの可燃性混合物あるいは両者を燃焼させた高温燃焼ガ
スを導入する少なくとも１個の導入路を接線方向に設け
、後期反応室の末端を前期反応室と同程度の直径に先細
り伏態に縮小した、カーボンブラツク製造装置を使用し
て製造するのが好適である。本発明にかかるカーボンブ
ラツクの製造に使用される高温燃焼ガスでは、耐火物で
内張りされた前期反応室において液体または気体の燃料
の酸素含有気体（空気または酸素または両者の混合物）
とが混合されて形成される。この高温燃焼ガスの形成に
適切な燃料としては、メタン、エタン、プロパン、ブタ
ンなどのガス伏飽和炭化水素類、アセチレン、エチレン
、プロピレン、ブチレンなどのガス伏不飽和炭化水素類
、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの液伏芳香族炭化
水素類、メタノール、エタノールなどの液伏アルコール
類、軽油、燈油などの軽質油類、重油などの重質油類、
クレオソート油、エチレンボトム油などの多環芳香族油
類等がある。より詳しくは、耐火物で内張りされた最小
径の空気混合室においてカーボンブラツクに転化される
べき炭化水素原料を軸方向から導入し、同一方向より一
次空気（ノズル空気）を導入する。

さらに、この導入軸に対して４０度の角度で等角対向的
に二次空気を導入するための一対の導入路を備えている
。この二次空気の導入はハード系カーボンブラツクの製
造に適した急激な反応を進行せＬめるための高温部の形
成に大きな効果を有しているとともに、炭化水素原料と
激しく混合させることによりストラクチヤ一の発達に有
効である。空気混合室でよく混和された炭化水素原料と
酸素含有気体の混合物は、次の空気混合窯より大きな直
径を有する前記反応室に送り込まれる。耐火物で内張り
された前期反応室では、前記の炭化水素原料一酸素含有
気体混合物をとりまくように側壁の接線方向から燃料と
酸素含有気体との反応で高温燃焼ガス流を発生せしめ、
該ガス流と炭化水素を接触させることにより急激なカー
ボンブラツク生成反応が進行する。前期反応室を通過さ
せた後、反応混合物は耐火物で内張りされた最大径の後
期反応室に移動される。

この後期反応室は前期反応室よりも大きな直径を有して
いるので、二次的な渦気流を発生させると共に拡散乱気
流とすることにより反応を完結させやすい購造となつて
いる。さらに、後期反応室の末端に絞り部を設けたこと
により反応炉内の圧力を上昇させ、ストラクチヤ一の発
達を促進させる形伏をなしている。カーボンブラツク生
成反応が完結したカーボンブラツク懸濁物は、後期反応
室の絞り部および／またはその下流側に設けられた冷却
水スプレーノズルにより冷却され、さらに下流側の煙道
部を経て一般的な分離手段、例えばバツグフイルタ一を
用いてカーボンブラツクとオフガスに分離される。

本発明にかかるカーボンブラツクは、上述した製造装置
を用い、一定のストラクチヤーレベルの得られる炭化水
素原料を選択使用し、さらに燃料および炭化水素原料に
対する空気量、すなわち化学量論的酸素率および冷却水
導入位置や冷却速度等を適宜設定して、その他の物性を
制？することにより製造される。本発明にかかるカーボ
ンブラツクは、以下の製造例に示す製造条件、物理化学
的性伏およびゴム特性により十分に理解されるであろう
。

製造例 １ カーボンブラツク製造装置は、空気混合室、前期反応室
および後期反応室の三者を段々と径大に同軸的に連結し
た三室からなり、空気混合室には軸方向からの炭化水素
原料噴射ノズルと一次（ノズル）空気導入路および前記
ノズルに対し４０度の等角対向伏態にした一対の二次空
気導入路Ｂ３設けられ、また、前期反応室には前期炭化
水素原料をカーボンブラツクに熱分解するのに十分なだ
けの高温燃焼ガス発生用の燃料と空気の混合物、あるい
は予燃焼された気相反応物の形で供給するための２本の
導管が備えられている。

後期反応室の末端には絞り部が設けてあり、絞り部の下
流には冷却水スプ１ノーノズルによる急速冷却部、およ
びカーボンブラツクとオフガスとを分離する沢過手段が
備えられている。本発明にかかるカーボンブラツク製造
を実施するには、次のような条件ｔ）卜選ばれる。

炭化水素原料の熱分解によるカーボンブラツク製造に十
分な高温燃焼ガスを得るためには、前記反応室に設けら
れた２本の導入口から３５０゜Ｃに予熱された空気を５
２４０１＜９／Ｈｒの割合で、天然ガスを２５０ｋ９／
Ｈｒの割合で導入することにより達成される。空気混合
室には２５０℃に予熱された１０００ｅ／Ｈｒの炭化水
素原料ｔ）｛１０ｋｇ／ＣｒＡＯ王力で軸方向から噴射
ノズルを用いて導入され、これと同一方向から３５０℃
に予熱された一次（ノズル）空気が３００ｋ９／Ｈｒの
割合で導入される。また、噴射ノズルの軸に対して４０
度の角度で等角対向的に設けられた一対の二次空気導入
路からは３５０゜Ｃに予熱された１０４０ｋｇ／Ｈｒの
二次空気が空気混合室内に導入される。使用された炭化
水素原料の性伏は比重（１５／４゜）が１．０５６、Ｂ
ＭＣ／）３１３６、残留炭素９．５％である。この製造
例の条件では、前期反応室の温度は１６５０℃、後期反
応室の温度は１５６０℃となる。

このようにして炭化水素原料の熱分解により製造された
カーボンブラツクは後期反応室の絞り部下流で、かつ炭
化水素原料の噴射ノズル位置から１．７ｍ離れた位置で
３１６３′／Ｈｒの水を冷却水スプレーノズルにより噴
霧して５００℃以下の温度になるように冷却され、得ら
れたカーボンブラツク含有懸濁物は通常の分離回収装置
を通過せしめてカーボンブラツクを得る。このようにし
て製造されたカーボンブラツクは、窒素比表面積９０ｒ
ｎ′／９、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収値１０５ｍ１／１００９
、着色力１０１．遠心沈降法によるΔＤ５Ｏが１９０ｍ
μの特性を有していた。

製造例 ２製造例１に記載したような反応装置において
、前期反応室に設けられた２本の導入口から３５０℃に
予熱された空気を７２２３ｋｇ／Ｈｒの割合で、天然ガ
スを３７５ｋ９／Ｈｒの割合で導入することにより高温
燃焼ガス流を生成せしめる。

空気混合室へは２５０℃に予熱された炭化水素原料１５
００ｅ／Ｈｒが１２．５ｋ９／Ｃｄの圧力で軸方向から
導入され、これと同一方向から３５０℃に予熱された一
次（ノズル）空気が４５０ｋ９／Ｈｒの割合で導入され
る。また、一対の二次空気導入路からは３５０℃に予熱
された１４４５ｋｇ／Ｈｒの二次空気が導入される。炭
化水素原料の性伏は製造例１と同じである。この製造条
件では前期反応室の温度が１６７５０Ｃ、後期反応室の
温度は１５６５℃となる。

冷却水のスプレーノズルは炭化水素原料の噴射ノズル位
置から２．７ｍ離れた位置にあり、反応懸濁物は４３８
０ｋ９／Ｈｒの冷却水により冷却される。得られたカー
ボンブラツクは、窒素比表面積９２ｍ２／ｇ、２４Ｍ４
ＤＢＰ吸収値１０３ｍ１／１００９、着色力９８、遠心
沈降法によるΔＤ５Ｏ値が２００ｍμの特性を有してい
た。製造例 ３ 製造例１に記載したような反応装置において、前期反応
室に設けられた２本の導入口から３５０゜Ｃに予熱され
た空気を６６５６ｋ９／Ｈｒの割合で、天然ガスを３２
５ｋ９／Ｈｒの割合で導入することにより高温燃焼ガス
流を生成せしめる。

空気混合室へは２５０℃に予熱された炭化水素原料が１
３００ｋｇ／Ｈｒの割合で、１０ｋｇ／Ｃｄの圧力で軸
方向から導入され、これと同一方向から３５０℃に予熱
された一次（ノズノ（ハ）空気が３９０ｋｇ／Ｈｒの割
合で導入される。また、一対の二次空気導入路からは３
５０℃に予熱された二次空気が１４５０ｋｇ／Ｈｒの割
合で導入される。炭化水素原料の性伏は製造例１と同じ
である。この製造条件では前期反応室の温度は１６７０
℃、後期反応室の温度は１５６０℃となる。

冷却水のスプレーノズル位置は製造例１と同じであり、
４０８０ｋｇ／ＨｒＯ冷却水により冷却される。得られ
たカーボンブラツクは、窒素比表面積８８ｍ２／９、２
４Ｍ４ＤＢＰ１０７ｍ１／１００９、着色力１０３、遠
心沈降法によるΔＤ５Ｏ値が１８５ｍμの特性を有して
いた。製造例 ４ 製造例１に記載したような反応装置において、前期反応
室に設けられた２本の導入口から３５０℃に予熱された
空気を５０８６ｋｇ／Ｈｒの割合で、天然ガスを２７０
ｋｇ／Ｈｒの割合で導入することにより高温燃焼ガス流
を生成せＬめる。

空気混合室へは２５０℃に予熱された炭化水素原料が１
０００ｋ９／Ｈｒの割合で、１０ｋ９／Ｃｒｉｉの圧力
で軸方向から導入され、これと同一方向から３５００Ｃ
に予熱された一次（ノズル）空気が３００ｋ９／Ｈｒの
割合で導入される。また、一対の二次空気導入路からは
３５０れＣに予熱された二次空気が１１００ｋ９／Ｈｒ
の割合で導入される。炭化水素原料の性伏は製造例１と
同じである。この製造条件では前記反応室の温度が１７
００℃、後期反応室の温度は１５９０℃となる。

冷却水のスプレーノズルの位置は原料噴射ノズルから１
．９ｍ下流にあり、３１２０ｋ９／Ｈｒの冷却水により
冷却される。得られたカーボンブラツクは、窒素比表面
積８９ｍ２／９、２４Ｍ４ＤＢＰ吸収値１０６ｍ１／１
００９、着色力１００、遠心沈降法によるΔＤ５Ｏ値が
１７５ｍμの特性を有していた。

以下本発明を実施例により更に詳細に説明する。

実施例 １第１表に示したように、各種カーボンブラツ
クを配合したゴム配合物を混練りし、１４５℃で３０分
間加硫し加硫物を得た。

但し配合黒１〜３のゴム配合物（実施例）および配合黒
４のゴム配合物（比較例）には前記製造例１〜４のカー
ボンブラツクを使用した。この加硫物について引張り応
力、耐摩耗性、発熱性について評価した。結果を第１表
に併記する。評価法については次の通りである。

引張り応力 ＪＩＳＫ６３Ｏｌにより、３００％伸長時の応力を測定
し、標準カーボンブラツクＩＲＢ＋４を用いた配合屋１
６を１００として指数で示した。

値が大なる程良好である。耐摩耗性 ランホーン式摩耗試験機により、試験片円板と研摩円板
とを角度をつけずに接触回転させる。

この時試験片と研摩片との間にスリツプを生じさせ、単
位時間当りの試験片の摩耗量を測定する。配合洗１６を
１００として指数で示した。値が大なる程良好である。
発熱性 ダンロツプトリプソメータ一により：レジリエンスを測
定し、配合黒１６を１００として指数で表示した。

値が大なる程良好である。なお、カーボンブラツクのＮ
２ＳＡ，２４Ｍ４ＤＢＰ，ＴＩＮＴおよびΔＤ５Ｏ（Ｄ
８，）については、Ｎ２ＳＡはＡＳＴＭＤ３Ｏ３７，２
４Ｍ４ＤＢＰはＡＳＴＭＤ３４９３，ＴｌＮＴはＡＳＴ
ＭＤ３２６５に従つて測定した値であり、ΔＤ５Ｏ（Ｄ
８，）はジヨイス・レーブル社製デイスク・セントリフ
ユージを使用し、次の方法により測定を行なつた。

すなわちカーボンブラツクを精秤し、水、エタノールお
よび分散剤（界面活性剤）を加えカーボンブラツク濃度
を５００η／２にする。この溶液を超音波で分散（例え
ば１０分間）させ、これを試料溶液とする。デイスク・
セントリフユージを所定の回転速度（例えば８，０００
ｒｐｍ）に設定する。試料溶液（０．２５ｍ１〜１．０
０ｍ１）を注射器でスピン液（５．０体積％グリセリン
水溶液）３０ｍ１に注入する。そ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、
第１図の如く半値幅を求めたものである。なお、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。第１表から明らかなように、本発明のゴム
組成物は、補強性が良好でかつ著しく発熱性が改善され
ていることがわかる。

実施例 ２ ポリマーとして、天然ゴムとスチレン−ブタジエン共重
合ゴムのブレンドゴムおよびスチレン−ブタジエン共重
合ゴムとポリブタジエンゴムのブレンドゴムを用いて実
施例１と同様に評価した。

但し配合黒１７と２２のゴム配合物（実施例）には前記
製造例１のカーボンブラツクを使用し、配合黒１８と２
３のゴム配合物（実施例）には前記製造例２のカーボン
ブラツクを使用した。また配合應１９〜２１および２４
〜２６のゴム配合物には市販のカーボンブラツクを使用
した。結果を第２表に示す。ただし、配合例１７〜２０
については配合Ｘ）．２１を、配合黒２２〜２５につい
ては配合黒２６を１００として指数で示した。第２表か
ら明らかなように、本発明のゴム組成物は補強性が良好
でかつ発熱性が著しく改善されていることがわかる。

実施例 ３ ポリマーとして天然ゴム単独を用いて実施例１と同様に
評価した。

結果を第３表に示す。配合Ａ２９を１００として指数で
示した。第３表より明らかなように天然ゴム単独配合に
おいても、本発明のゴム組成物は補強性が良好でかつ発
熱性が著しく改善されていることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は半値幅を説明するための一例の凝集体分布曲線
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 天然ゴムおよび／または合成ゴム１００重量部に対
   してカーボンブラックを２０〜２００重量部の割合で配
   合してなるゴム組成物であつて、該カーボンブラックが
   窒素吸着法による比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が８５〜９５
   ｍ＾２／ｇ、ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢ
   Ｐ）が１００〜１１０ｍｌ／１００ｇ、および着色力（
   ＴＩＮＴ）が９５〜１０５で且つ遠心沈降法によるカー
   ボンブラックの凝集体分布の半値幅（ΔＤ＿５＿０（Ｄ
   ＿ｓ＿ｔ））が１８０ｍμ以上であるフアーネスカーボ
   ンブラツクであることを特徴とするゴム組成物。