JPS6147758A - ソフト系カ−ボンブラツク - Google Patents

ソフト系カ−ボンブラツク

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JPS6147758A
JPS6147758A JP16943784A JP16943784A JPS6147758A JP S6147758 A JPS6147758 A JP S6147758A JP 16943784 A JP16943784 A JP 16943784A JP 16943784 A JP16943784 A JP 16943784A JP S6147758 A JPS6147758 A JP S6147758A
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carbon black
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Kiyousuke Ooba
大場 匡介
Nobuyoshi Kumakura
熊倉 信義
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Asahi Carbon Co Ltd
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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、分類で中補強性(SRF)ないし汎用性(G
PF)に属するカーメンブラックに関するものであり、
さらに詳しくは、当該カー27ブラツクを配合したゴム
組成物を優れた反発弾性や低発熱性を維持しながら相対
的に高い補強性を付与することのできる8RFないしG
PF級のカーはンブラックに係るものである。
ゴム配合用のカーメンブラックは、大別して主にタイヤ
のトレッド用として使用されるハード系カー27ゾラツ
クとカーカス用として使用されるソフト系カー−ンブラ
ックに分けられ。
この中でさらに耐摩耗性1作業性、加工性、発熱性、押
出性などの様々のゴム配合特性を考慮して最も適切なカ
ー27ゾラツクが選択されて使用されている。
前述のゴム特性の各項目はゴムに配合するカーメンブラ
ックの物理化学特性によって大きく影響を受けることは
よく知られている。その中で表七−−ソーP弓19々箇
直業飴物祇シ1イ 粕子役(または表面積)および粒子
同士のつながり(ストラフチャー)が代表的なものであ
る。□表向積を評価する方法としては電子顕微鏡による
直接観察、 BET法による窒素吸着比表面積(NtS
A )、よう素吸着量(IA)およびセチルドーリメチ
ルアンモニウムブロマイド(CTAB)等の巨大分子の
吸着による比表面積などがその測定目的により選択され
ており、粒子径が小さくなるほど、表面積が大きくなる
ほどその補強特性が上昇し、その一方で発熱性等のヒス
テリシス特性は低下する。またストラフチャーは通常ジ
ブチルフタレート吸収量(DBPA)で評価され、押出
し特性や引張り強度などに大きな影響をもつことは周知
である。
しかし、上記のカーメンブラック特性はカーメンブラッ
クを一つの塊つとしてとらえたあくまでもマクロ的なも
のであり、これのみから配合ゴム組成物の特性を把握す
ることは困難である。
本発明者らは、カーメンブラックをマクロ的にとらえる
のではなく、もつとミクロ的なコロイダル特性について
広く研究し、この特性と配合ゴム物性とな検討した結果
、その動的特性に対してアグリゲートサイズ分布が大き
な要因となっていることを見い出し、本発明を完成させ
たものである。
−カーボンブラックのアグリゲートとは、カーはノブラ
ックの基本構造のうち、球状−次粒子か多数個融合して
結合した最小分散単位を言い、永続的ストラフチャーと
も称され、その大きさと分布は、遠心沈降分析方法によ
って測定される。
カー−ノブラックの平均アグリゲートサイズ(通常、ア
グリゲートの最多頻度ストークス径で代表され、Dll
tと呼ばれるンが太きければ、高反ばつ弾性のゴム組成
物ン与える一方で、比表面積の低下を伴い、従って耐摩
耗性の低下を来たすという傾向にあり、動的%性と耐摩
耗性を兼備させることは、平均アグリゲートサイズ、す
なわち、Dstの大きさの制御のみでは殆ど不可能であ
った。
試験室的には、これを解決するために2品種またはそれ
以上のカーメンブラックを混合して、所望の性能を発揮
させるべく研究も行われてitいるが、タイヤ製造の如
き工業的な大規模の使用に対応させるには、2種または
それ以上のカーボンブラックを大量にか”つ正確な配合
比率で混合する装置が見当らないばかりではなく、カー
メンブラック特性による分散性の差異が生じるために、
均一性を有する製品も得られないと言5難点がある。
本発明者らは、単一製品のカー2ノブラツクを配合した
ゴム組成物の動的特性に対するアグリゲートサイズの影
響に関し、最多頻度アグリゲートサイズよりも大なるア
グリゲートの多寡が上述した二律背反の条件を解決する
型費な要因となっており、後で詳述する最多頻度アグリ
ゲートサイズ値(Dst )と前記Dstよりも大きい
アグリゲートサイズ側であってDatのhの頻If値を
右尊るアグリゲートサイズ値(pea)の2′ つの数
値から計算されるアグリゲートサイズ分布指数1を、特
定数値範−囲、すなわち0,12ないし0.15に保持
せしめることにより、従来の同級品のカーボンブラック
の反発弾性を維持し   −ながらゴムに高い補強性を
付与することのできることを見出し、本発明に到達した
すなわち、本発明は、窒素吸着比表面積(NtSA)が
20〜40 rr?/l、ジブチルフタレート吸収量(
DBPA)か50〜1001d/100.fi+であり
、かつアグリゲートサイズ分布指数Sが0.12〜0.
15という特定の物性を有するカーメンブラックを提供
するものである。
本発明者らが、多くの市販されているSRF級およびG
PF級カーiンブラックのアグリゲートサイズ分布の測
定を実施したところ、アグリゲートサイズ分布指数8は
大部分か0.16〜0.17に集中しており、0.15
を下回るものは皆無であった。こ糺ら市販カーボンブラ
ックでは反発弾性と補強性の兼備という条件を満足する
こと本発明において、そのアグリゲート分布指数8を0
.12〜0.15という狭い側に保持させることにより
、はぼ同等のN、S AおよびDBPA値を有するカー
−ノブラックと比較して、反発弾性を同レベルに維持し
ながら補強性を大幅に向上させることが可能である。
しかし、力−メ/ブラックの8が0.15を上回るとき
には反発弾性の上昇は認められるが、引張り強さ等の補
強性が同等のN2SAを有する従来カーば/ブラックの
レベル以上を維持できな(なるので好ましくない。また
、Sか0.12に達しない場合には補強性の向上は満足
できるが反発弾性の低下を招き、従って補強性と反発弾
性の両特性の兼備性を考慮した場合には、−は0.12
〜0.15の範囲に保持する必要がある。
以上のように、N25Aが20ヴ9以下になると要求さ
れる補強性の維持が困難となり、40勺を越えると反発
弾性が低下するので好ましくない。また、DBPA値が
95 WLb/ 100.?を越えるとムーニー粘度が
上昇し、接着性の低下等の悪影響を招来する恐れがある
ので好ましくなく、5゜rnl/100g  を下回る
場合には粒子凝集等による分散不良の発生が見られるの
で好ましくない。
さらに、塾りで表示される沃素吸着量(IA)と、唖り
で表示される窒素吸着比表面積(N2SA) −との比
、IA/N2SAは、カーメンブラックの表面化学活性
と何らかの相関を有するものと考えられるが、この比が
1.0を下回る事により動的特性および補強性に対して
より好ましい特性を示す。しかし、IA/%saO比が
0.75を下回る場合には、力−ゼンブラック表面のタ
ール状未分解物質゛の残存量が増加し、配合未加硫ゴム
がスコーチを起こし易(、また分散不良の原因ともなる
ので好ましくないという傾向がある。
本発明カーメンブラックは、補強性と反発弾性の両性能
を兼備したものであり、SRF級ないしGPF 級カー
iンゾラツクのアグリゲートサイズ分布指数3を0.1
2〜0.15を保持することによりカー−ノブラック配
合ゴム組成物に対して従来品と同等の反発弾性を維持し
ながら補強性の顕著な改善を達成する事が可能である。
以下に本発明カー2ンブラツクの製造例を示す。
製造例 同筒形状の燃焼室(内径450■φ、長さ300霞)と
前記燃焼室前半部勿において設置された接線方向位置に
中心軸を有する2個の第1の空気導入す(内径1005
mφ)および前記第1の導入口とは独立した6個の放射
状の第2の天然ガス導入口(内径25■φ)と、前記燃
焼室に連結した最狭内径250mφ、長さ255mのベ
ンチュリ部と、前記ベンチュリ部の下流側に設けられ、
かつ第1導入口の旋回方向に対して順方向(−正接)ま
たは逆方向(逆接)で導入できるように設けた同一断面
の上下端を通る平行かつ接睡方向で各々4本の導入口を
有する2組の第3の空気および/または天然ガス導入口
(内径40鰭φ)が設置され、第3の導入口の下流側臣
間内に複数個の冷却水圧入噴霧装置を設置した反応継続
兼冷却室(内径500mφ、長さ4000簡)とからな
る、全体が耐火物で被覆されたカーメンブラック反応炉
を用い、第1および第2の導入口よりの空気および天然
ガスの供給条件、第3の導入口からのガス体の供給条件
および旋回方向などを適宜調節することにより、比弐面
積、ストラフチャー、アグリグートサイズモード値(D
st )およびアグリゲートサイズ分布指数(−)の異
なる5RFNGPF級のファーネスカーメンブラックを
製造した。製造条件および製造されたカーメンブラック
の物理化学特性な我−1に示した。
なお、対照カーメンブラックとしてSRF−LM (旭
≠35)、5RF(旭4Pso)およびGPF (旭$
ss)のカーメンブラックの性状についても併記した。
原料油としては比重(1574℃)1130.動粘度1
6.8cst(50℃)、残留炭素9.5 %、初留点
202℃BMCI 160の性状を有する高芳香族炭化
水素を用い、軸方向にI!jt霧導入した。
本発明によるカー27ブラツクの各% a、、は、次の
ようにして測定される。
DBP吸収量(DBPA):  JIS K 8221
−1982A法による。
沃素吸収量(IA) : JIS K 6221−19
82による。
比着色力    : JIS K 6221−1982
A法による。
沈降分析によるカーーンゾラックアグリグートサイズ分
析法 使用機器− Disk Centrifuge(Photo s@d
1msntomenter)  ゛(DC?) (英)
 Joyce Loeb1社製測′社製 測子定法面活性剤を加えた30チメタノール水溶液中に
、0.05〜0.1%のカー2ンブラツクを加え、超音
波処理を施して完全に分散せしめる。25v/v%グリ
セリン水溶液の沈降液(スピン液)15〜3ovtlを
注加した回転ディスク(disk)の回転数を600O
rpmとし、0.1〜0.5−の純水を注加して常法に
よりバッファラインを形成せしめた後、上記分散液0.
2〜0.3dを注加する。
分散液の注加と同時に記録計を動作せしめ、回転ディス
クの外周近傍の一定点を沈降によって通過するカフrl
ノブラックアグリグートの量を光学的に測定して、その
量を時間に対するヒストグラムとして記録する。
沈降時間を、下記の式(5tokesの式の一般型)に
より、ストークス相当径に換算し、カーlノブラックア
グリゲートのストークス相当径とぞの頻度のヒーストゲ
ラムを得る。
式(1)において、dは沈降開始後の時間tで回転ディ
スクの光学的測定点を通過するカーIノブラックアグリ
ゲートのストークス相当径である。
定数には、測定時のスピン液の量、粘度、およびカー2
7ブラツクとの密度差(カーボンブラツクの真密度を1
.86.9〜とする)、更に回転ディスクの回転数によ
って決定される定数である。例えば、スピン液として2
5 v / v%グリセリン水溶液zsauを用い、測
定温度20℃でディスク回転数600Orpmとした場
合のに値は7920となり、dはnm、tは分で表示さ
れる。
Dst及び8の定義 上記測定操作によって得られるアグリゲートのストーク
ス相当径ヒストグラムにおいて、最多頻度(実際には、
光学的測定を行なっているので最大吸光度である〕を与
−えるストークス相 −当径をDst (mode )
と称し、カーボンブラックアグリゲートの平均的大きさ
の目安とする。
また、当該ヒストグラムにおいて、Dst(mode)
の示す頻度(吸光度)の二分の−の頻度(吸光度)を示
し、かつDst(mode )よりも大なるストークス
相当径をDL としたとき、アグリゲートサイズ分布指
数Bは、 a=0.84932X1og (DI;6/Dot )
で定義される。これは、比較的大きなアグリゲートサイ
ズの分布広さの目安となる。
性能評価試験 表−1に示したカー−ノブラックの性能評価をする為に
、表−2に示す配合比をもってゴム組成物を調製し1種
々の試験に供した。
表−2 各ゴム組成物の性能評価は、次のゴム特性試験条件によ
り測定評価した。
ゴム特性試験条件 ■ 配合物の加硫条件=145℃、30分■ 押出試験
: ASTM D2230−77 A法に準じて測定す
る。
■ 耐摩耗試験二ランは一ン摩耗試験機を用い。
スリップ率25チで測定し、 耐摩耗性は下式で求める。
耐摩耗指数=(S/T)X100   (9I9ここで
s : IRBA5試験片の25チスリツプ亭での容積
損失。
T:供試試験片の2596スリツプ 率での容積損失。
■ 反発弾性試験ニレシリエンステスター(東洋精機製
−作所製)を用い、B、5 (British 5tandard) 903:Pa
rtA8:196B ■ 発熱特性: ASTM n 623に準じて測定す
る。
■ その他のゴム特性: JIS K 630G−19
74i゛よびJIS K 6301−1975に準じて
測定する。
各カーボンブラックにおけるゴム特性については、表−
3にとりまとめて示す。
表−3からの考案 1、補強性 補強性を示す値として引張り強さに着目すると、DBP
AおよびN2SAの近似するRun A 1と対照のS
RF−LM(旭435)の比較において、Sの値を小と
することにより引張り強さが向上していることがわかる
。同様に、RunA2と対照8RF−(旭+50)、お
よびRun A3.4および6とGPF (旭+55)
の比較においてもSの値の小さな本発明の方がすぐれた
補強性を示している。
しかし、 、 Run A 3では望ましい要件である
IA/N2SAが1,0よりも犬であるため、IA/’
NH8Aが1.0より小であるRun A 4よりも補
強性の若干の低下か見られるが、それでも8の値が0.
15を越える対照GPF (旭4155)よりも大きな
補強性を示す。
2 動的特性 DBPAおよびN2SAが夫々近似している本発明ブラ
ックと対照ブラックの動的特性を比較すると、反発弾性
、−発熱特性のいずれにおいても同等の値を示す。しか
し、Bの値が0.12を下回るRtln & 5におい
ては、それよりもN!SAの大きなRun A 8より
も動的特性が劣り、島の値は0.12を下限とすること
が理解される。
Run A 7においては、N2SAが40 d/Iに
近接しているために、動的特性はRun A 8とほと
んど同程度にまで低下している。
& その他の特性 Run A 6に見られるように、DBPAが95゛m
l/100J’に近づくとムーニー粘度が上昇すること
が認められ、さらにムーニー粘度が高くなると加工性、
作業性に障害をきたす恐れがあるので、DBPAは95
 mj/100Nを上限とする。
以上めように、DBPA30〜95吟’100.lit
 。
N2SA 20〜<Od/I、かつアグリゲートサイズ
分布指数Bが0.12〜0.15であって、望ましくは
IA/N2SAが0.75〜LOである本発明のカーボ
ンブラックは、ゴム組成物の動的特性および加工性、作
業性を何ら低下させることなく、補強性の向上を達成で
きるカーダンブラックを提供するものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、窒素吸着比表面積(N_2SA)が20〜40m^
    2/g、ジブチルフタレート吸収量(DBPA)が50
    〜95ml/100gであり、かつ下式で算出されるア
    グリゲートサイズ分布指数(s)が0.12〜0.15
    の範囲にあるカーボンブラツク。 s=0.84932×log(D^L_5_0/Dst
    )ここで、s:アグリゲートサイズ分布指数 Dst:遠心沈降分析によつて得られる最多頻度のスト
    クース相当径 D^L_5_0:Dstより大で、Dstの1/2の頻
    度を有すするストークス相当径 2、窒素吸着比表面積(N_2SA)の測定値(m^2
    /g)と沃素吸着量(IA)の測定値(mg/g)の比
    、IA/N_2SAが0.75〜1.0の範囲にある、
    特許請求の範囲第1項記載のソフト系カーボンブラツク
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