JPS61291636A - ゴム組成物 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、タイヤトレッド用として高度の耐摩耗性を有
するゴム組成物に関し、とくにトラック、バスなどの大
型タイヤ用トレッドとして好適に使１）士引　１　藩如
　＋２；↓麻Ｂ−Ｍ−メーｆず→ト　１　イ　？　蛸姶
ｈシー曲する。

「従来の技術」 ゴム補強用のファーネスブラックはその特性に対応して
多様の品種があり、通常平均粒子径、比表面積、ストラ
フチャーなどの特性に基づいて分類されている。これら
ファーネスブラックの品種特性は配合するゴム組成物の
諸性能を決定する重要な因子となることから、その目的
用途に応じて適宜選定して使用に供されている。

例えば、タイヤトレッド部位に使用される高度の耐摩耗
性が要求される用途分野に対しては、５ＡＦ（ＮＩ　Ｉ
　Ｏ）、Ｉ　５ＡＦ（Ｎ２２０）などの品種が適用され
ている。これらのファーネスブラックは平均粒子径が小
さく、大きな比表面積を有することにより特徴づけられ
るが、このようなブラックは一般的にゴム成分中に均質
分散させることが困難である。すなわち、比表面積が大
きく、粒子径が小さいファーネスブラックを配合したゴ
ム組成物は高度の耐摩耗性を付与することができるが、
ゴム成分中への混練過程において混練物の硬度が増大し
てくるために均質分散させることが困難となる。したが
って、混練エネルギーや混練時間が増大するばかりでな
く、混線分散加工性が劣り、品質面が劣化するという大
きな問題を生ずる。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、耐摩耗性を向上させる目的で、粒子径が小さ
く比表面積が大きいファーネスブラックをゴム成分に配
合混練する場合に生ずる上記問題点の解消をはかるもの
である。すなわち、平均粒子径を微細にすることなく、
同等の比表面積を有するファーネスブラックを配合して
、より高度の耐摩耗性を具備するゴム組成物を提供する
ものであり、混練加工性を損うことなく、高度の耐摩耗
性を付与することができるファーネスブラックの使用を
要点とするものである。

「問題を解決するための手段」 発明者らは、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させる目的で
、配合するファーネスブラックの物理的緒特性との関連
について種々研究を重ねた結果、ファーネスブラックの
真比重値および凝集体のストークスモード径が重要な因
子であることを知見して本発明に想到したものである。

すなわち、本発明は、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が
１４５ｍ”７９以上、真比重値が（１，８３７９−０，
０００６×Ｎ２ＳＡ）式により算出される真比重関係値
以下であり、かつ遠心沈降法による凝集体のストークス
モード径Ｄｓｔが｛４．３５ｘ電子顕微鏡粒子径（ｄｎ
）−１０，０）式から算出される値以下の選択的特性を
有するファーネスブラックをゴム成分１００重量部に対
して２５〜１５０重量部の割合で配合してなることを構
成的特徴とするゴム組成物である。

ファーネスブラックの真比重値は粒子径やストラフチャ
ーとは異なる別異の特性要素として把握することができ
る。

ファーネスブラックは、燃料油を燃焼して形成した燃焼
ガスの高温攪乱気流中に原料炭化水素油を噴射して熱分
解反応により生成し、原料炭化水素油は複雑な重縮合反
応を経てカーボンブラックに転化する。この生成過程に
おいて、ファーネスブラックの真比重値は、ファーネス
ブラックを構成する個々の粒子内部における炭素微結晶
構造の形成程度を示すパラメーターとして考えることが
でき、例えば真比重値の低いファーネスブラックは炭素
微結晶構造の形成化が不充分な状態にあり、構成する粒
子表面が化学的活性ラジカルに富む状態を示している。

したがって、この真比重値は、ファーネスブラックの生
成過程における生成反応温度、生成反応時間などと密接
な関連を有しており、その結果ファーネスブラックの比
表面積あるいは粒子径と相関する関係にある。本発明に
おいては、真比重値を（１，８３７９−０，０００６Ｘ
　Ｎ２ＳＡ）式により算出される真比重関係値以下に設
定することにより、表面活性度が高い独特の表面性状の
付与が可能となる。

次に、凝集体のストークスモード径Ｄｓｔはファーネス
ブラック粒子が強固に融着結合した凝集体としての性状
特性を示すパラメーターであり、ファーネスブラック生
成過程における生成反応温度や燃焼ガスの攪乱度などの
生成条件と密接に関連している。その結果凝集体のスト
ークスモード径Ｄｓｔはファーネスブラックの粒子径あ
るいは比表面積と相関する関係にあり、発明者らはＤＳ
ｔが｛４．３５Ｘ電子顕微鏡粒子径−１０，０）式から
の算出値より低位にある場合には、ゴム組成物の耐摩耗
性向上効果が著しいことを確認した。これは、電子顕微
鏡平均粒子径（ｄｎ）が一定の場合に凝集体の大きさが
相対的に小さいことを特徴とするものである。

上記のようにファーネスブラックの真比重値および凝集
体の大きさを特定することにより、ゴム成分との界面反
応が円滑に進行し混練加工性の低下を伴わずに耐摩耗性
の向上がはかられる。換言すれば、比表面積が同一の場
合には相対的に高度の耐摩耗性を付与することが可能と
なる。これらの効果は優れた耐摩耗性の要求されるゴム
組成物において著しく、とくに窒素吸着比表面積が１４
５ｍ”７９以上のファーネスブラックに適用した場合に
実用的効果が大きい。

本発明に適用されるファーネスブラックの各特性値は、
下記の測定方法による値が用いられる。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ） ＡＳＴＭ　　Ｄ３０３７−７８　　Ｓ　ｔａｎｄａｒｄ
Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｃａｒｂｏｎ
　Ｂｌａｃｋ−ＳｕｒｆａｃｅＡｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔ
ｒｏｇｅｎ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ″Ｍｅｔｈｏｄ　Ｂ
による。

この方法で測定したＩＲＢ＃５の値は８０．３ｍ２／ｇ
であった。

（２）真比重値 カーボンブラック試料を落し蓋付るつぼに採り６５０±
２５℃の温度で５分間脱気処理を施したのち「工業化学
雑誌」第６６巻、第１２号（１９６３）、１７５８頁に
掲載されたＢ法に準拠して測定する。

すなわち、脱気処理後の試料をピクノメーターに適量秤
取し、少量のベンゼンで浸漬してから、２〜５Ｒ１１Ｈ
９の真空下で気泡発生が認められなくなるまで減圧脱気
する。次いでビクノメーターにベンゼンを充満して２５
±０．１℃の恒温水槽中に３０分保持したのち秤量する
。真比重値は次式により算出される。

ただし、Ａはピクノメーターの質量、Ｃはビクノメータ
ー＋ベンゼンの質量、Ｄはピクノメーター十カーボンブ
ラック試料の質量、Ｅはピクノメーター十カーボンブラ
ック試料＋ベンゼンの質量、ｄｔ５はベンゼンの比重で
ある。

この方法で測定したＩＲＢ＃４の値は１．７７８０であ
った。

（３）電子顕微鏡粒子径（ｄｎ） カーボンブラック試料を超音波洗浄器により周波数２８
ＫＨｚで３０秒間クロロホルムに分散させた後、分散試
料をカーボン支持膜に固定する。

〔詳細は、例えば「粉体物性図説」（粉体工学研究会他
編）６８頁（Ｃ）「水面膜性」を参照。〕　これを電子
顕微鏡で直接倍率２０，０００倍、総合倍率８０，００
０〜ｔｏｏ、ｏｏｏ倍に撮影し、得られた写真からラン
ダムに１０００個のカーボンブラック粒子の直径を計測
し、３ｊ！μごとに区分して作成したヒストグラムから
算術平均粒子径（ｄｎ）を求める。

（４）凝集体のストークスモード径　ＤＳｔ、ｒ　ｒ　
Ｓ　Ｋ６２２１　（１９７５）　６．２．１項八法に基
づいて乾燥した後精秤採取した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５０ｘｇ／（１の分散液を作
成し、超音波で十分に分散させる。

ディスク・セントリフユージ装置（英国Ｊ　ｏｙｅｓＬ
ｏｅｂ１社製）を８００　Ｏｒｐｍの回転速度に設定し
、スピン液（２％グリセリン水溶液）をｌＯ〜２０ｘＱ
の範囲内で加えたのち１１１Ｑのバッファー液（エタノ
ール水溶液）を注入する。ついで試料液０．５〜１．０
ｘｆ２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体分布曲線を作成する。Ｄ
ｓｔは凝集体分布曲線における最大頻度（最大吸光度）
のストークス相当径（ＩＩμ）を読みとる。

これらの特性を具備するファーネスブラックは、通常の
オイルファーネス方式の反応炉を用いて、熱分解反応条
件を適宜設定制御することにより製造することができる
。例えば、生成反応温度、生成反応時間、燃焼ガス流速
、原料油の微粒化などの諸条件を調節することにより得
られる。とくに、真比重値の低下には、生成反応時間を
短縮化すること、また凝集体のストークスモード径を低
下さ仕るには生成反応温度の高温化、燃焼ガス流速の高
速化などの条件を適用することが有効である。

上記特性のファーネスブラックは、常法により天然ゴム
や各種合成ゴムに、他のゴム用配合剤とともに配合混合
される。この場合ファーネスブラックはゴム成分１００
重量部に対して２５〜１５０重量部、とくに４０〜８０
重量部の割合で配合混練することが望ましい。

「作　用」 本発明は、真比重値を窒素吸着比表面積に対応　　　　
　・する値より相対的に低位に保持することにより、フ
ァーネスブラック表面の化学的活性度を高め、ゴム成分
との親和性の増大化をはかるものである。

また、電子顕微鏡粒子径が一定水準下において、凝集体
のストークスモード径を低位に設定することによりゴム
組成物の耐摩耗性の向上がはかられる。したがって、優
れた耐摩耗性を具備するゴム組成物として、これらの機
能が相乗的に作用して同一レベルの比表面積を有するフ
ァーネスブラックを配合して相対的に高度の耐摩耗性を
付与することができる。

「実施例」 炉頭部に、接線方向空気供給口と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４００１ｍ、長さ５００ｍ貢）、該燃焼室と同軸的
に連結する狭径反応室（直径１６０ｍｍ、長さ１５００
ＪＥＪＩ）および狭径反応室にひき続く広径反応室（直
径３００１１１）とから構成された通常のオイルファー
ネス炉を用いて、原料油、燃料油、空気供給量および広
径反応室の冷却水導入位置などを調節することによって
各種カーボンブラック試料を製造した。なお、燃焼室は
燃焼ガス温度を高温に設定するために、通常使用するハ
イアルミナ質耐火材に代替してジルコニア質耐火材を内
張すした。

原料油として比重（１５／４℃月、０７３、粘度（エン
グラ−４０／２０℃）２．１０、トルエン不溶分０．０
３％、相関係数（ＢＭＣＩ）ｌ　４０、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（Ｃ５Ｔ５０℃）１６．１、残
成分５，４％、硫黄分１，８％、引火点９６℃の炭化水
素油を用いた。

上記のオイルファーネス炉、原料油および燃料油を使用
してカーボンブラックを製造し、各カーボンブラック試
料の生成条件と特性を対比して表−１に示した。

比較例のうち、試料Ｎｏ、４はＤＳｔが、試料Ｎｏ。

５は真比重値が、また試料Ｎｏ、６．Ｎｏ、７は真比重
値およびＤｓｔがともに本発明で規制する特性範囲を外
れる例である。

次に、これらのカーボンブラック試料を表−２に示す配
合比により天然ゴムに配合した。

表−２ この配合物を１４５℃の温度で４０分間加硫して得られ
たゴム組成物について各種ゴム特性を測定し、その結果
を表−１の試料Ｎｏ、に対比させて表−３に示した。

表−３ 各種ゴム特性のうち、摩耗量についてはランボーン摩耗
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１０ｘｘ、外径４４■、 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：粒度８０メツシュ、添加量約９
ｖ／分 エメリーホイール面との相対スリップ率；１２％試験片
回転数；　６６０ｒｐｍ。

試験荷重；４に９ その他のゴム特性については、すべてＪＩＳＫ６３０１
ｒ−酸ゴム試験法」によった。

表−３の結果から、本発明の特性要件を充足する試料Ｎ
ｏ、１〜３はいずれも比較例に比べて窒素吸着比表面積
が同等レベルであるにもかかわらず、高度の耐摩耗性を
有し、また機械的強度特性もすぐれていることが判明す
る。

「発明の効果」 上記説明で明らかなように、本発明で規制する選択的特
性要件を具備するファーネスブラックを補強剤として配
合したゴム組成物は、窒素吸着比表面積を増大すること
なく効果的に耐摩耗性を向上させることができる。した
がって混線分散加工性を低下させずに高度の耐摩耗性を
有するゴム組成物を得ることができ、とくに大型タイヤ
トレッドとして有用することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が１４５ｍ＾２／ｇ以
   上、真比重値が（１．８３７９−０．０００６×Ｎ＿２
   ＳＡ）式により算出される真比重関係値以下であり、か
   つ遠心沈降法による凝集体のストークスモード径＠Ｄ＠
   ｓｔが｛４．３５×電子顕微鏡粒子径（ｄｎ）−１０．
   ０｝式から算出される値以下の選択的特性を有するファ
   ーネスブラックをゴム成分１００重量部に対して２５〜
   １５０重量部の割合で配合してなるゴム組成物。