JPS6147759A - ソフト系カ−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、ＦＥＦ級ないしＨＡＦ級近似のソフト°系カ
ーボンブラックに関するものであり。

へ　さらに詳しくは当該カーボンブラックを配合したゴ
ム組成物に、相対的に高い耐破壊性を付与するとともに
、改良された動的特性を与えるソフト系カーボンブラッ
クに係るものである。

タイヤのカーカス用のカーボンブラックとしては１発熱
性等のいわゆる動的特性を重視してソフト系のカーボン
ブラックが広く用いられているが、その中でも動的特性
と補強性のバランスの点からＦＥＦ級のカーボンブラッ
クが賞月されている。

しかし、タイヤの走行時における内部発熱の抑制や自動
車の燃料消費性の向上のためには、補強性を低下させず
に動的特性の改善されたゴム組成物を与えるカーボンブ
ラックが求められる。

カーボンブラック配合ゴム組成物の補強性および動的特
性が、カーボンブラックの基本的物性としての比表面積
（ないしは粒子径）に依存することは良く知られている
。すなわち、比表面積が大となるに従って耐摩耗性や引
張り強さなどで評価される補強性は向上する反面、反発
弾性や発熱性といった動的特性は低下する。

本発明者らは、カーボンブラックのアグリゲートサイズ
とその分布が補強性および動的特性に対するカーボンブ
ラックの影響因子として重要であることを見出した。

カーボンブラックのアグリゲートとは、カーボンブラッ
クの基本構造である球状−次粒子が多数個融合して形成
された最小分散単位をいい、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法によって測
定される。

カーボンブラックの平均アグリゲートサイズは、アグリ
ゲートの最多頻度のストークス相当径で代表され、Ｄｓ
ｔと呼ばれる。このＤｓｔの値が大であれば動的特性が
良好となる事は知られているが、通常はＩ）ｓｔの増大
とともに比表面積は小さくなり、補強性の低下をもたら
す。従って、Ｄｓｔの制御のみでは補強性と動的特性の
両者を満足し得る事は不可能であった。

しかし、本発明者らは、動的特性に対するカーボンブラ
ックの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
した補強性と動的特性の背反的関係を解決するのに重要
な要因となっていることを見出し、後述するアグリゲー
トサイズ分布指数Ｓを特定範囲、すなわち０．１４〜０
．１７、に保持せしめることにより、相対的に高い補強
性を維持しながら改良された動的特性を有するカーボン
ブラックを得ることができた。

すなわち、本発明はジブチルフタレート吸収量（ＤＢＰ
Ａ）が１００〜１３０ｍ　Ｑ　７１００ｇ、窒素吸着比
表面積（Ｎ２ＳＡ）が４０〜６０ボ／ｇであり、かつア
グリゲートサイズ分布指数Ｓが０．１４〜０．１７とい
う特定の物性を有するカーボンブラックを提供するもの
である。

本発明者らが多くの重数のＦＥＦ級ならびにＨＡＦ級カ
ーボンブラックについて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Ｓは大
部分が０．１２〜０．１３に集中しており、ごく稀に０
．１１程度のものが見出されたが、０．１４を越えるも
のはなかった。

本発明のようにその分布指数Ｓを０．１４〜０．１７と
いう分布の広い側に保持させる事により、同等のＮ２５
Ａ、ＤＢＰＡを有するカーボンブラックと比較して、補
強性を同一レベルに維持しながら動的特性を著しく改良
することが可能である。

しかし、Ｓが０．１７を上回る場合には動的特性の改善
効果以上に補強性の低下が著しくなり望ましくない。ま
た、Ｓが０．１４に満たない場合には動的特性は従来の
カーボンブラックと同一レベルとなり、改善効果が認め
られず好ましくない。

Ｎ２５Ａが４０ｒｒｒ／ｇを下回るときは従来のＦＥＦ
級の補強性を維持できず、また６０ｒｎ’／ｇを上回る
ときには動的特性の改善効果が認められないため、Ｎ２
５Ａは４０〜６０ｒｒＦ／ｇに限定される。

ＤＢＰＡについては、カーボンブラック配合ゴム組成物
の押出し加工性や弾性率（モジュラス）等に影響を与え
るために、従来のＦＥＦ級のＤ’ＢＰＡと同等レベルに
限定されることが望ましい。

沃素吸着量（ＩＡ）とＮ２５Ａの比、（ＩＡ／Ｎ２５Ａ
）は、カーボンブラックの表面化学活性と何らかの関連
性を有するものと推定されるが、この値の大小も補強性
および動的特性に対して影響を与える事が見出された。

すなわち、ＩＡ／Ｎ２５Ａが１．０を下回った場合にお
いてゴム配合物の補強性の向上と動的特性の改善に寄与
することが判明した。しかしながら、ＴＡ／Ｎ２５Ａが
０．７５を下回るときにはカーボンブラック表面にター
ル状の未分解物が多量に残存し、配合未加硫ゴムがスコ
ーチを起こし易くなり、また分散不良の原因ともなり易
いので、ＩＡ／Ｎ２ＳＡは０．７５〜ｉ、ｏとするのが
望ましｂ′％。

なお、本発明によるカーボンブラックは着色力について
は必須の構成要件ではないが、Ｎ２５Ａが４０〜６０ｒ
ｒｒ／ｇにおいてＳが０．１４〜０．１７という範囲の
条件下では８０％を上回ることはない。

以下に本発明カーボンブラックの製造例を示す。

製造例 円筒形状の燃焼室（内径４５０ｍｍφ、長さ３００ｍｍ
）と、前記燃焼室前半部分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の空気導入口（内径１
００ｍｍφ）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＋ｓｎ＋φ
）と、前記燃焼室に連結した最狭内径１００ｍｍφ、長
さ２３０ｍｎ＋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線方向で各
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４０ＩＩ１ｍφ）が設置され、
第３の導入口の下流側空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２００＋ｎｍφ
、長さ４０００＋ｎｍ）とからなる、全体が耐火物で被
覆されたカーボ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、比表面積、ストラフチャー、
アグリゲートサイズモード値（Ｄｓｔ）およびアグリゲ
ートサイズ分布指数（ｓ）の異なるファーネスカーボン
ブラックを製造した。

原料炭化水素としては表−１に示したとおりの性状およ
び組成を有するものを使用した。

（以下余白） 表−１ また、製造条件および製造させたカーボンブラックの物
理化学特性を表−２に示した。

本発明によるカーボンブラックの各特性は、次のように
して測定される。

ＤＢＰ吸収量（ＤＢＰＡ）　　：ＪＩＳに６２２１−１
９８２Ａ法による。

沃素吸収量（ＩＡ）　　：　ＪＩＳ　Ｋ　６２２１−１
９８２による。

比着色力　　　：　ＪＩＳに６２２１−１９８２Ａ法に
よる。

沈降分析によるカーボンブラックアグリゲートサイズ分
析法 使用機器 Ｄｉｓｋ　　Ｃｅｎｔ、ｒｉｆｕｇｅ　　（円１〇七ｏ
　　ｓｅｄｉｍｅｎｔ、ｏｍｅｎｔｅｒ）（ＤＣＦ）（
英）　Ｊｏｙｃｅ　Ｌｏｅｂ１社製 測定法 若干の界面活性剤を加えた３０％メタノール水溶液中に
、０．０５〜０．１％のカーボンブラックを加え、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）１５〜３０ｍ　Ｑを
注加した回転ディスク（ｄｉｓｋ）の回転数を６００Ｏ
ｒｐｍとし、０．１〜０．５ｍ１２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
０．２〜０．３１ＩＱを注加する。

分散液の注加と同時に記録計を動作せ しめ１回転ディスクの外周近傍の一定点を沈降によって
通過するカーボンブラックアグリゲ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、カーボンブラックア
グリゲートのストークス相当径とその頻度のヒストグラ
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ボンブラックアグリ
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 度およびカーボンブラックとの密度差 （カーボンブラックの真密度を１．８６ｇ／＋ｎＱ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２’５ｖ／ｖ％グリ
セリン水溶液２．５ｍ　Ｑを用い、測定温度２０℃でデ
ィスク回転数６０００ｒｐｍとした場合のに値は７９２
．０となり、ｄはｎｍ、ｔは分で表示される。

Ｄｓｔ及びＳ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Ｄ　ｓｔ　（ｍｏｄｅ）と称し
、カーボンブラックアグリゲー）・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Ｄ　ｓｔ（＋ｍｏｄｅ）よりも大なるストーク
ス相当径をＤｉとしたとき、アグリゲートサイズ分布指
数Ｓは、 ｓ、＝０．８４９３２Ｘ　Ｑｏｇ（ＤｓＯ／　Ｄｓｔ）
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。

炸ＪＪＪ配賎肩− 表−２に示したカーボンブラックの性能評価をする為に
、表−３に示す配合比をもってゴム組成物を調製し、種
々の試験に供した。なお、対照カーボンブラックとして
ＦＥＦ級カーボンブラック（旭＃６０）、）（ＡＦ級カ
ーボンブラック（旭＃７０）およびＩＲＢＮｎ５を同時
配合して評価した。

（以下余白） 表−３ 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 ｔＴ）　　配合物の加硫条件：１４５℃、３０分（堕　
押出試験：ＡＳＴＭ　　＋）２２３０−７７　　Ａ法に
準じて測定する。

■　耐摩耗試験二ランボーン摩耗試験機を用い、スリッ
プ率２５％で測定し、耐 摩耗性は下式で求める。

耐摩耗指数＝（ｓ／Ｔ）ｘｔｏｏ　　（％）ここでＳ：
ＩＲＢＮｏ、５試験片の２５％スリップ率での容積損失
。

Ｔ：供試試験片の２５％スリップ 率での容積損失。

（牛　反発弾性試験ニレシリエンステスター（東洋精機
製作新製）を用 い、　Ｂ、５（Ｂｒｉしｉｓｈ　　５ｔａｎｄａｒｄ）
９０３　：　Ｐａｒｔ　Ａ　８　：　１９６３のＡ法に
準じて測定する。

■　発熱特性：　ＡＳＴＭロ６２３に準じて測定する。

Φ）　その他のゴム特性：　Ｊ　Ｉ’Ｓ　　Ｋ　　６３
００−１９７４およびＪＩＳＫ 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−
４にとりまとめて示す。

表−４からの考案 １）補強性 補強性を示すものとして引張り強さおよび耐摩耗指数に
着目すると、従来のＦＥＦと同等のＮ２５Ａレベルであ
るＲｕｎＮｎ１，２および３において、比較例のＲｕｎ
Ｎｏ３を除いてＦＥＦと同等もしくはそれ以上の補強性
を示す。

比較例のＲｕｎＮα３は、ＳがＦＥＦのそれよりも大で
あり、かっＮ２５Ａが４０ｍ／ｇを下回るために補強性
が低下している。

２）動的特性 動的特性を示すものとして反発弾性および発熱特性に着
目すると、ＦＥＦと同等のＮ２５ＡレベルにあるＲｕｎ
Ｎα１および２においては、反発弾性、発熱特性のいず
れにおいても著しく改善されている事がわかる。これは
、Ｓの値が大きく、すなわち、アグリゲートサイズ分布
が大きくなるほど動的特性が向上する事を示している。

さらに、Ｎ２５ＡがＦＥＦより大きなＲｕｎＮｏ４にお
いては、動的特性はＦＥＦと同等である。ＲｕｎＮｎ５
においては、望ましい要件であるＩＡ／Ｎ２’ＳＡが１
．０を越えているために反発弾性が低下している。しか
し、発熱特性はＦＥＦと同等である。

Ｒｕｎ＆４および５と同等のＮ２ＳＡで、Ｓの値が０．
１４を下回る比較例のＲｕｎＮα６においては、反発弾
性、発熱特性ともにＦＥＦの性能を下回り、動的特性の
低下が著しい事を示している。

また、Ｎ２ＳＡが大であるＲｕｎＮα７および８におい
ては、反発弾性および発熱特性のいずれか一方をＦＥＦ
なみに保持する事が出来るが、Ｎ２５Ａが６０ｍ／ｇを
越える比較例のＲｕｎＮｏ９においては動的特性の著し
い低下が認められる。

３）　その他の特性 ＤＢＰＡがＬＯＯｍ　Ｑ　／１００ｇに近いＲｕｎＮｏ
、２および８においては、押出し収縮が大きくなり、ま
たＤＢＰＡが１３０ｍ　Ｑ　／１００ｇの近傍のＲｕ　
ｎ　Ｎ。

１および７においては、ムーニー粘度が高くなるので、
これがゴム組成物の加工面での限界と考えられる。

以上のように、ＤＢＰＡで１００〜１３０ｍ　Ｑ　／１
００ｇ−Ｎ２ＳＡが４０−６０ｍ／ｇであり、かつアグ
リゲートサイズ分布指数Ｓが０．１４〜０，１７であり
、さらに望ましくはＬＡ／Ｎ２５Ａが０．７５〜１．０
という特定の物性を有する本発明のカーボンブラックが
、補強性をＦＥＦ級と同等に維持しながら動的特性を改
善し、あるいは動的特性をＦＥＦ級と同等に維持しなが
ら補強性を改善しながら、ゴム組成物の加工性１作業性
も維５持できるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ジブチルフタレート吸収量（ＤＢＰＡ）が１００〜
   １３０ｍｌ／１００ｇ、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ
   ）が４０〜６０ｍ＾２／ｇ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０．１４〜０．
   １７の範囲にあるソフト系カーボンブラック。 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：遠心沈降分析により得られる 最多頻度のストークス相当径 Ｄ＾Ｌ＿５＿０：Ｄｓｔより大で、Ｄｓｔの１／２の頻
   度を有するストークス相当 径 ２、沃素吸着量（ＩＡ）の測定値（ｍｇ／ｇ）と窒素吸
   着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）の測定値（ｍ＾２／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
   ック。