JPS5947263A - ゴム配合用カ−ボンブラツク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種ゴムに配合して優れた反撥弾性を維持し
つつ相対的に高水準の硬度を付与することができる新規
特性のカーボンブラックに関する。

ゴム配合用のカーボンブラックには具備特性に応じた多
様の品種があり、その品ｆＩＩ！特性が配合ゴムの性能
を決定づける主要な因子となることから、通常、ゴム成
分との配合にあたっては目的用途に最も適合する品種特
性のカーボンブラックを選定使用する手法が採られてい
る。このうち、粒子径（または表面積）およびストラフ
チア−は配合ゴムの物性に影響を与える代表的なカーボ
ンブラックの性状特性で、前者は電子Ｗ４倣鏡、ＢＥＴ
窒素吸着法あるいけよう素吸着法などＫよる測定値が、
後者はジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸着匍がそれぞれ
の指標として用いられている。しかしながら、配合ゴム
に硬度と反撥弾性のような背反物性の同時付与が必要と
される用途に対し、上記カーボンブラックの代表特性の
みＫよって要求性能を両立させることは実質的に不可能
である。この理由は、ゴム硬度の増大については相対的
に粒子径の小さいハード系品種のカーボンブラックを選
択するか配合量を多くすることにより有効に対拠できる
が、反面いずれの場合も反撥弾性を損う結果をもたらし
、また、ただ単にストラフテア−を高めたソフト系品種
のカーボンブラックでは硬度の増大は図れても反撥弾性
についてはかなりの犠牲が強いられることに基因する。

発明者らは、配合するカーボンブラックのコロイダル特
性とゴム物性との相関性について詳細かつ多角的に研究
を進めた結果、粒子径の大きいソフト系領域に属するカ
ーボンブラックであっても、ストラフチア−が高く、か
つ粒子の凝集分布状態が特定の選択範囲内にある場合に
は、ゴムに好適な反撥弾性と相対的に高水準の硬度を併
せて付与することができる事実を確認した。

本発明は、上記細見に基づいて開発された新規のゴム配
合用カーボンブラックを提供するもので、その構成的特
徴は、窒素吸着比表面ｆｉ　（Ｎ、　ＳＡ　）３４　ｒ
ｒ？／ｙ以下、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）１
３６ｍｔ／１００ｙ以上および遠心沈降法による凝集体
分布（Ｄｓｔ　）１７）モード径が（０，６０（ＤＢＰ
　）　−３，９６（Ｎ、　ＳＡ　）−＋−２７ｏ）弐に
より得られる値以下の選択的特性を備えるところにある
。

本発明に適用されるカーボンブラックの各特性数値は、
以下の測定方法により得られる値を用いる。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ） ＡＳＴＭ　　Ｄ３０５７−７８　　’５ｔａｎｄａｒｄ
　Ｍｅｔｈｏｄｓｏｆ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　　Ｃａｒｌ〕
ｏｎ　Ｂｌａｃｋ−８ｕｒｆａｃｅ　　ａｒｅａｂｙ　
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｉｌ、　Ｍ
ｅｔｈ、ｏｄ　ＣＫよる。この方法により測定した工Ｒ
ＢＮａ５のＮ、　ＳＡは・　８０・３　ｍ”　／　ｆで
あった。

（２）ジブチルフタレ−１・吸油量（ＤＢＰ）ＪＩＳ　
Ｋ６２２１（１９７５）　　ｒゴム用カーボンブラック
の試験方法」６１２項の吸油量Ａ法による。

（３）遠心沈降法による凝集体分布（Ｄｅｔ　’ｌのモ
ード径Ｊ工ＥＩ　Ｋ６２２１（１９７５）６．２．１．
方法により乾燥したのち精秤したカーボンブラックを少
量の界面活性剤（分散媒）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＋ｌｌ［ｔ　００　ｍｌ
／ｌの溶液を作成し、超音波で十分に分散させて試料溶
液とする。ディスク・セントリフユージ装置（英国Ｊｏ
ｙｅｓ　ＬＯｅｂ１社製）を６００　Ｏｒｐｍの回転速
度に設定し、スピン液（２％グリセリン水溶液）２０−
を加えたのち！耐のバッファー液（エタノール水溶液）
を注入する。ついで、試料溶液０．５〜１．０ｍＱを注
射器で注加して遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動
させて光電的に凝集体のヒストグラムを記録する。モー
ド径は、凝集体のヒストグラムにおける最多頻度（最大
吸光度）のストークス相当径とする。

本発明を構成するカーボンブラックの上記特性のうち、
窒素吸着比表面積（Ｎ、５Ａ）３４ｄ１９以下の大粒径
範囲は８ＲＦあるいはＧＰＦ級のソフト系カーボンブラ
ックの領域に属し、配合ゴムに好適な反撥弾性を与える
ために有効に機能する反面、硬度に対しては弱化作用を
なす。本発明のカーボンブラックは、上記の前提特性に
加えてジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）１３６耐／
ｌ００ｙ以上および遠心沈降法による凝集体分布（Ｄｓ
ｔ）のモート径が（０，６（ＤＢＰ）−３，９６（Ｎ、
　ＳＡ）＋２７０）弐により得られる値以下の選択的特
性を有するもので、これら特性要件を満足することＫよ
り配合ゴムに従来至難とされていた相対的に高い硬度域
での高水準ゴム弾性の付与が可能となる。この場合、Ｎ
、ＳＡが３４ｎ？／グを越えると反撥弾性の低下が大き
くなり、ＤＢＰが１３６耐／ｌ００ｙを下廻り、またＤ
Ｂｔモード径が（０，６０（ＤＢＰ）　−５，９６（Ｎ
、　ＳＡ）　＋　２７０　）値を越えると硬度の増大が
相対的に低下して、いずれも目的の達成ができなくなる
。この理由については未だ解明するに至っていないが、
特定されたＤｓｔモード径は従来品種に比べＮ、　ＳＡ
およびＤＢＰ水準での値が低く、凝集体二次粒子（Ａｇ
ｇｒｅｇａｔθ）が相対的に小さい領域に片寄っている
ために、本来、ゴム中で安定性を欠き硬度、ゴム弾性に
悪影響を及ぼす粗大な凝集体の占有割合が著るしく減少
する特長を示し、該特有のコロイダル特性が低Ｎ、　Ｓ
Ａに基づく反撥弾性改善効果を助長する一方、低Ｎ、　
ＳＡに伴う硬度低下を抑止すると共に高ＤＢＰの作用と
相俟って相対的に高水準の硬度増大化に効果的に機能す
るためと推測される。

本発明のカーボンブラックは、緩徐に収斂、開拡する鼓
状絞り部をもつ広径の円筒反応炉を用い、燃料油と空気
または酸素を含む適宜な酸化剤とによる高温燃焼ガス中
に原料油の霧化気流を二段に導入することにより製造さ
れる。

原料油にけクレオソート油、エチレンボトム油などの高
芳香族系重質油が用いられ、高温燃焼ガスとの高度の均
質混合を得るために霧化噴射ノズルを介して十分な微粒
子気流の状態で導入する。

霧化噴射ノズルは、例えば水冷外套をもつ炉軸方向に進
退可能な外筒ノズルとこれに挿着された伸縮自在な中軸
筒ノズルからなる二重筒構造のものが使用され、燃焼バ
ーナーとは別に炉頭部に装着される。原料油は、霧化用
空気とともに外筒ノズルおよび中軸筒ノズルを介して二
段に分割導入されるが、原料油導入位置は外筒ノズルの
進退と中軸筒ノズルの伸縮により適宜変更することがで
きる。

上記装置を用い、通常の方法により全供給空気量と全原
燃料油導入量との割合ならびに反応添加剤量を調節して
所望のＮ、　８ＡおよびＤＢＰをもつカーボンブラック
を生成させるが、さらに燃料油の燃焼率を１７０％以下
、上流側原料油導入位置における燃焼ガスの流速を６０
ｍ／秒以上、反応生成ガスの炉内滞溜時間を７００　ミ
ＩＪ秒以下に保持するなど、従来の粗大粒子カーボンブ
ラック生成条件（燃料油の燃焼率２００％以上、燃焼ガ
ス流速１０ｍ１秒以下、反応生成ガス炉内滞溜時間９０
０〜１１００　ミＩＪ秒）とは異なる特徴的条件を設定
することにより、本発明で特定した低位のＤ８ｊ、モー
ド径特性が付与される。

本発明に係るカーボンブラックは、常法によ抄加硫剤、
加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化剤、可塑剤な
どの所要成分とともに各種ゴム成分に配合されるが、得
られるゴム組成物は優れた反撥弾性と相対的に高水準の
硬度を兼備する。したがって、タイヤケース、スチール
ブレーカ−の被覆ゴム、その他高度のステラフネスなら
びに弾性を必要とするタイヤおよびゴム工業部品用とし
て極めて有用である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例 下流側出口部が緩やかに収斂する燃焼室（内径７００１
ｍ、長さ＋０００Ｉｔ）を内径２５０１ｍ、長さ２００
龍の狭径部を介して開拡するテーパー状反応域（長さ９
０００１１１）に連続する耐火レンガ内張製の円筒構造
を有し、炉頭部に接紗方向空気供給口を備えたウィンド
ボックスを、また後部反応室の下流域に位置変更しえる
クエンチノズルを各設置してなる反応炉において、炉頭
から炉中心軸に沿って二重筒ノズル構造の原料油錫化噴
射ノズルを挿着し、その周辺に４本の燃焼バーナーを同
軸的に設置した。原料油霧化噴射ノズルは、上流側の原
料油導入点（外筒ノズルの噴出孔）が収斂部位Ｋ、下流
側原料油導入点は狭径部位にそれぞれ位置するように調
整した。

上記の反応炉を用い、表■に示した発生条件を適用して
カーボンブラックを製造した。

燃料油にけ、比重（１５／４℃）０．９０３、粘度（Ｃ
８Ｔ　５Ｑ℃）　１６．１．残炭分５．４％、硫黄分１
．８チ、引火点９６℃の炭化水素油を用い、原料油は比
重（１５７４℃）　１．０７０３、粘度（エングラ−１
４０／２０℃）　２．１０．　ヘア　セ７不溶分ｏ、ｏ
３チ、相関係数（ＢＭＣ工）１４０、初期沸点１０３℃
の高芳香族系炭化水素油を用いた。

表■ 表注：※　　下流側原料油導入位置における燃焼ガス流
速。

半来　　生成カーボンブラック含有ガスの水冷慨までの
滞溜時間。

表Ｈに、！！！遺された各カーボンブラックの諸行７性
を市販（ＤＦ　Ｅ　Ｆ　（Ｎ５５０）ならびにＧＰＦ（
Ｎ６６０）級カーボンブラック、およびＩＲＢす５カー
ホンブラツク試料の特性と対比して示した。

表■ 表注：半　　’　ＥＩＥｉＡ、ＳＴ　Ｓｏ　’　（東海
カーボン（掬製〕４４　　　’５ＫＡＳＴ　Ｖ’　　（
同　　　上　　〕Ｒｕｎ　！１！１４〜６は、本発明の
特性要件を外れるものであった。次に、表…の各種カー
ボンブラック試料を表１１ＩＫ示す配合比率で天然ゴム
成分および合成ゴム成分に配合した。

表凹 表１の配合物を１４５℃の温度で加硫処理して得たゴム
組成物につき各種ゴム特性を測定した。

その結果を表「のカーボンブラック試料に対応させて表
■に示した１゜ 表■の結果から、本発明カーボンブラックを配合したゴ
ム組成物（Ｒｕｎ陥１−３）は、Ｆ１１ｉ’Ｆ（Ｍ５５
０）級カーボンブラック配合ゴムと同等の硬度とＧＰＦ
（Ｎ６６０）級カーボンブラック配合ゴムに近似する反
撥弾性を併有し、その他のゴム物性も良好であることが
判明する。ガお、本発明の特性要件を外れたカーボンブ
ラック配合比較例（Ｒｕｎ％４〜６）では、硬度と反撥
弾性の両面改善を図ることができなかった。

特許出願人　東海カーボン株式会社 代理人弁理士高畑正也 手　続　補　正　書　（自発） 昭和５８年ｌＯ月乙日 特許庁長官　若　杉　和　失敗 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１３９１６４号 ２　発明の名称 ゴム配合用カーボンブラック ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都港区北青山−丁目２番３号 東海カーボン株式会社 取締役社長　　伊　藤　國二部 毛代理人 東京都港区北青山−丁目２番３号（青白ビル）明細書の
「特許請求の範囲」および「発明の詳細別紙のとおり １、明細書の「特許請求の範囲」の欄を下記のとおり訂
正する。

「窒素吸着比表面積（Ｈ，Ｂｈ）３４ｒｒ？／を以下、
ジブチル７ｐＶ−）吸油量（ＤＢＰ）１３６ｍｆｆｉ／
１００ｆ以上および遠心沈降法による凝集体分布（Ｄｅ
ｔ）のモード径（ｍμ）が（０，６０（ＤＢＰ）−３，
９６（Ｎ、ＳＡ）＋２７０）式により得られる値以下の
選択的特性を有するゴム配合用カーボンブラック。」 ２（１）明細書第３頁１３行目の「モード径」を「モー
ド径（ｍμ）」に補正する。

（２）明細書第４頁１３行目の「溶液」を「分散液」Ｋ
補正する。

（３）明細書第４頁１４行目の「溶液」を「液」Ｋ補正
する。

（４）明細書第４頁１７行目の「２０−を」を［を１０
〜２０耐の範囲内で」に補正する。

（６）明細書第４頁１９行目の「溶液」を「液」に補正
する。

（６）明細書第５頁１行目の「のヒストグラムを記録す
る。」を「を分別記録し、そのヒストグラムを記録する
。」に補正する。

（７）　　明細書簡５頁３行目の「ストークス相当径」
を「、ストークス相当径（ｍμ）」に、同１３行目およ
び２０行目の「モード径」を「モード径（ｍμ）」にそ
れぞれ補正する。

（８）明細書箱７頁１８行目の「６０ｍ／秒以上」を「
６０〜１２０ｍ／秒」に、同１９行目の「７００ミリ秒
以下」を１５００〜７００　ミＩＪ秒」にそれぞれ補正
する。

（９）明細書画１１頁６行目の「Ｄｓｔモード径」を［
Ｄｓｔ　モード径（ｒｎμ）ＪＫ補正する。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 窄素吸着比表面積（Ｎ、　ＳＡ）　５４．イ／ｙ以下、
   ジブチルフタレート吸油量（Ｄ　Ｂ　Ｐ　）　＋　３６
   ＋ａｆｆｉ／１００ｆ以上および遠心沈降法による凝集
   体分布（Ｄ８ｔ）のモード径が（０，６０（ＤＢＰ）−
   ３，９６（Ｎ、８Ａ）＋２７０）弐により得られる値以
   下の選択的特性を有するゴム配合用カーボンブラック。