JPS62131042A - 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） 本発明はタイヤのトレッドゴム等に使用することができ
るゴム組成物に関するものであり、更に特に大型（トラ
ック・バス用）ラジアルタイヤに適用するに必要な耐摩
耗性を有するカーボンブラックを配合したゴム組成物に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、ゴム組成物の加硫後における耐摩耗性の改良
方法としてカーボンブラックを配合する方法が採られて
きた。

かかる改良効果を十分なものとするために、カーボンブ
ラックの粒子径が小さく凝集体（ストラフチャー）の大
きいものを使用したり、カーボンブラックの添加量を増
加したりした。

この際カーボンブラックの添加に伴う加工性の低下を回
避するため、アロマオイル、スピンドルオイル等の軟化
剤等を併用する場合もあった。

（従来技術の問題点） しかし、微粒子化し過ぎたカーボンブラックを使用する
と、カーボンとポリマーの結合層、いわゆるカーボンゲ
ルが増加して未加硫粘度が上昇し、このため加工性が著
しく低下し、また配合ゴム中でのカーボンの分散度も低
下して耐摩耗性が逆に低下するという問題点があった。

カーボンブラックの添加量を増加する場合も同様に、添
加し過ぎると配合ゴムが硬くなり過ぎて工業的に加工す
ることが困難となるという問題点があった。またこの際
、ゴム物性上もカーボンが配合ゴム中で分散不良を起こ
し耐摩耗性の向上が図れなかった。

更に、加工性を改良するためにアロマオイル、スピンド
ルオイル等の軟化剤を配合することは、いずれの場合も
耐摩耗性を低下させるため好ましくない。

耐摩耗性は、高比表面積のカーボンを使用することによ
っても改善することができるが、その改善効果には限界
があった。このことは、ジャーナル　オプ　エラストマ
ー　アンド　プラスチックエ、　４１４（１９７６）　
、ディシン・イー・ニス、マイスフ・イー・ジェーおよ
びスコツト・シー・イー著に開示されている通りである
。またこの場合、カーボンの配合量を増加した場合と同
様に、一般に使用カーボンの比表面積が上昇すると加工
性が著しく低下するという問題点があった。

以上説明してきたように、従来技術では耐摩耗性と加工
性の両立を図ることは困難であった。

そこで本発明の目的は、従来技術では困難であったかか
る両立化を達成し、トラック・バス用の大型ラジアルタ
イヤに適用可能なゴム組成物を提供することにある。

なお、ここで言う加工性とは、未加硫ゴムが工場内を流
動するときの粘度に関係する事項である。

例えばシートを作る場合には、押出し工程にて安定した
形状と十分な性能を出すために流動時の粘度が低いこと
が要求される。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、高比表面積の高耐摩耗用カーボンブラッ
クを配合したゴム組成物の耐摩耗性の改善限界を引き上
げるべくその加工性の改良につき軟化剤、ポリマ一種等
の検討を行なった結果、該高耐摩耗性用カーボンブラッ
クを配合したゴム組成物においてポリイソプレンゴムを
併用すると加工性が改善されると同時に耐摩耗性の限界
が更に上がることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。

すなわち本発明は、ポリイソプレンゴム４〜５０重量部
と、残りのゴム分としてポリイソプレンゴムを除くジエ
ン系合成ゴムおよび天然ゴムから成る群から選ばれた単
独または混合ゴムとを配合して成るゴム成分１００重量
部に対して、窒素吸着法により測定した比表面積（Ｎ！
ＳＡ）が１４６〜１５９ｍ”／ｇであって、電子顕微鏡
での算術平均粒子径（Ｄｎ）　ｍμおよびその分布幅（
Ｓ）　ｍμが次式、Ｓ≦０．３７５０ｎ＋０．６９ の関係を満足するカーボンブラックを補強剤として２０
〜８０重量部配合したことを特徴とするゴム組成物に関
するものである。

上記ジエン系合成ゴムとしては、例えばポリブタジェン
ゴム、スチレン・ブタジェン共重合体ゴム等を挙げるこ
とができる。

本発明において、ゴム成分としてポリイソプレンゴムを
必須成分とするのは、以下に述べる如く高剪断速度域で
の緩和速度が最も大きく良好だからである。

ここに、ポリイソプレンゴムをゴム成分１００重量部に
対し４〜５０重量部の範囲内としたのは、４重量部未満
では加工性および耐摩耗性の改良効果がなく、一方５０
重量部を越えると、特に天然ゴムと併用した場合に破壊
特性および耐摩耗性が低下してきて好ましくないためで
ある。

本発明において使用するカーボンブラックにおいて、窒
素吸着法により測定した比表面積（Ｎ、ＳＡ）が１４６
〜１５９ｍ”／ｇの範囲内であることが要求されるのは
、１４６ｎ＋”／ｇ未満では加工性が十分でも耐摩耗性
が不十分となり、一方１５９ｍ”／ｇをこえるとポリイ
ソプレンゴムと併用しても十分な相乗効果が得られず、
耐摩耗性の改良が認められないからである。

また、カーボンブラックの電子顕微鏡での粒子径分布（
Ｓ）　ｍμを次式、 Ｓ≦０．３７５Ｄｎ＋０．６９ に示される範囲に限定したのは、粒子径分布の大粒子径
の部分をカットすることにより低補強部をなくし、カー
ボンブラックとして高補強性、すなわち耐摩耗性を著し
く向上させるためである。

以上の条件の他に、更に遠心沈降法によるカーボンブラ
ック、の凝集体のモード径（Ｄｓ　ｔ）　ｍμとその半
値幅（ΔＤ５゜）Ｉ１１μとの関係が次式、Δ０５０≦
Ｄｓｔ−１８ で示される関係を満足する場合には、加工性、すなわち
作業時の未加硫ゴムの可塑度は更に改善される。この理
由は、未加硫ゴムの粘度を引き上げて可塑度を高め加工
性を低下させる原因となる凝集体径の大きい部分をカッ
トすることになるからである。

更にまた、使用するカーボンブランクの着色力（ティン
ト値）は１２４〜１４１の範囲内であるのか好ましい。

これは、該ティント値が１２４未満では耐摩耗性の改良
効果が得られず、一方１４１を越えるとゴムへの分散性
が不十分となり、加工性も耐摩耗性も同時に低下し、ポ
リイソプレンゴムとの相乗効果も得られないからである
。

本発明において、かかるカーボンブラックの添加量をゴ
ム成分１００重量部に対して２０〜８０重量部の範囲内
としたのは、２０重量部未満では補強性に不足して耐摩
耗性が低下し、一方８０重量部を越えると未加硫ゴムの
粘度が上昇し作業が不可能となるからである。

尚、本発明に用いられるカーボンブラックは、通常のゴ
ム用ファーネス法のハード系カーボン専用炉にて製造す
ることができるが主な変更点は次の通りである。

１）原料油を均等に噴霧し、均一な油滴に分散させる。

２）燃焼生成物中に、懸濁したカーボン凝集体が再循環
しないようにするため、過度の高温に長時間さらされな
いようにする。これにより凝集体の分布サイズを狭くし
、大きな凝集体部分を除く。

３）反応ゾーンでの線速度（流速度）を上げ、水による
急冷の位置を変えて急冷を効かず。

４）反応炉はハードカーボン用の炉を使用する。

本発明におけるゴム組成物には加硫剤、硫黄、加硫促進
剤、老化防止剤、軟化剤あるいは充填割当が適宜配合さ
れる。

（作用） 本発明は、高級グレードのカーボンブラックとゴム成分
との相乗効果による耐摩耗性および加工性の改善を狙っ
たものである。

このため、先ず混練中若しくは押出し中の未加硫ゴムの
挙動を詳細に観察したところ、加工性の改善を図るには
拘束剪断速度下での未加硫ゴムの流れ易さが必要であり
、各種ポリマ一種を介挿した結果、ポリイソプレンゴム
が極めて有効であることを見い出した。

即ち、ポリイソプレンゴムを配合すると高速剪断下での
未加硫ゴムの緩和速度が著しく大きく、剪断応力が小さ
くなり、混練時のカーボンブラックの分散性が良くなる
一方、押出し時の作業性が高まる。

かかる作用を有するポリイソプレンゴムの配合を汎用Ｓ
ＡＦグレードのカーボンに応用しても大きな耐摩耗性改
良効果は得られないが、本発明における高級グレードカ
ーボンブラックと併用すると加工性を損わずに極めて優
れた耐摩耗性の改良効果が得られた。

従って、本発明においては、高級グレードカーボンブラ
ックの十分な分散度が得られれば加工性の改善と同時に
高耐摩耗性が発揮される一方、更にポリイソプレンと該
カーボンブラックの併用により耐摩耗性を更に引き上げ
る相乗効果が引き出されるという効果が得られる。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づき説明する。

以下の第１表に示す配合割合（重量部）で各種ゴム組成
物を製造した。

各物性値の測定方法は次の通りである。

１）ｌ吸着　　　　（Ｎ、ＳＡ）の測　法ＡＳＴＭロー
３０３７に準拠して行なった。

ここで「電子顕微鏡による算術平均粒子径（Ｏｎ）　Ｊ
とは、カーボンブラック試料を超音波洗浄法によりクロ
ロホルムに分散させた後（分散条件としては例えば周波
数２８ＫＨｚで３０分間超音波洗浄すればよい）、分散
試料をカーボン支持膜に固定し、どの試料を電子顕微鏡
で直接倍率２０，０００倍、総合倍率８０．０００〜１
ｏｏ、ｊｏｏ倍に盪影し、得られた電子顕微鏡写真から
１．０００個のカーボンブラック粒子について直径を測
定し、３ｗμ区分のヒストグラムから相加平均により平
均粒子径（Ｏｎ）　ｔａμを求めた。

遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体分布は、ジ
ョイス・レーブル社製ディスク・セントリフユージを使
用し、次の方法によって測定を行なた。すなわちカーボ
ンブランクを精秤し、エタノール２０％水溶液に加え、
カーボンブラック濃度を０．０１重量％にした後超音波
で分散（際えば１０分間）させ、これを試料溶液とした
。

ディスク・セントリフユージの回転速度を６．００ＯＲ
ＰＭに設定し、試料溶液（０，２５ｍ１〜１．ＯＯｎ＋
１）を注射器でスピン液（２％グリセリン水溶液）３０
ｍｌに注入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た。半値幅ΔＤｓｏ（Ｄ
ｓｔ）と最頻値Ｄｓｔ　（モード）は第１図より求めた
。尚、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。

ＪＩＳ　Ｋ−６２２１に準拠して行なった。

５）■蛮■１護足汰 各供試ゴム組成物をＴＢＲｌＯ，０Ｏ−Ｒ−２０１４Ｐ
ＲＲ２２０タイヤトレツドゴムに適用し、走行テストを
実施した。耐摩耗性は、約４万一走行後の摩耗ｌ■当り
の走行距離として求めた。なお、本実施例では、２回の
実車テスト（ｎ−２）の平均値を採った。得られた値を
次式に従い指数表示した。

混練後の未加硫ゴムの押出し負荷（応力）を以下の条件
にて測定した。

押出し機の押出し先端の 使用ダイの径と長さ、Ｌ／Ｄ　　　　１６／１予熱時間
　　　ｉｏ分（１００”Ｃ） 押し出し時の剪断速度　　　　４６３ｓｅｃ　−’得ら
れた値を次式に従い指数表示した。

上記第１表により次のことが分かる。

先ず、比較例２においては、ポリイソプレンゴムを併用
した結果、加工性は改良されたが、窒素吸着比表面積が
１４６ｍ”／ｇ未満のため、耐摩耗性の著しい改良効果
は得られなかった。このことは、ポリイソプレンゴムと
カーボンブラックの相乗効果が得られなかったことを意
味する。

これに対し、実施例１．２および３においては、本発明
における高級グレードのカーボンブラックとポリイソプ
レンゴムとの併用により、加工性が良好であると同時に
耐摩耗性が著しく改善された。

このことは、両者による相乗効果が顕著に発揮されたこ
とを示すものである。

その他の比較例ではカーボンブラックの諸物性値が本発
明の範囲外であったり、ポリイソプレインゴムの配合量
が不適当であるために所望の効果を得ることができなか
った。以下にこれら比較例につき詳細に説明する。

先ず比較例３については、カーボンブラックの窒素吸着
比表面積が高過ぎ且つ粒子径が小さ過ぎるために加工性
が低下し、耐摩耗性も伸びなかった。

比較例４においては、粒子径分布がブロード化し低補強
カーボンを含有するため、耐摩耗性の改良効果が小さか
った。

比較例５においては、凝集体分布がブロード化し大きな
凝集体が混在するため、加工性の改善効果が小さかった
。

比較例６においては、凝集体分布がブロード化し、更に
着色力が低下し過ぎて粒子径および凝集体径の粗大化を
来たしたため、比較例５よりも更に耐摩耗性が低下した
。

比較例７においては、着色力が高過ぎカーボンブラック
のゲル量が増加して加工性が悪化し、またカーボンブラ
ックの分散性が悪く耐摩耗性が劣る結果となった。

比較例８においては、ポリイソプレンゴムを添加し過ぎ
た結果、加工性は改良されたが耐摩耗性の改良効果は小
さかった。

最後に比較例９においては、ポリイソプレンゴムを使用
せずに本発明におけるカーボンブランクを使用したが、
この場合加工性の低下が著しく実用に適さなかった。ま
た、相乗効果がないために耐摩耗性の一層の向上も図れ
なかった。

尚、以上説明してきた実施例および比較例における加工
性および耐摩耗性の改良効果の関係を明らかにするため
、第２図に示すプロットを行なった。

（発明の効果） 本発明においては、所定の高耐摩耗性用カーボンブラン
クを配合したゴム組成物においてポリイソプレンゴムを
併用することにより、加工性が改善されると同時に該カ
ーボンブラックによる耐摩耗性効果の限界が更に上昇す
るという相乗効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光電沈降法により作成した凝集体分布の曲線
図、 第２図は、各実施例および比較例における加工性指数と
耐摩耗指数との関係を示すグラフである。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリイソプレンゴム４〜５０重量部と、残りのゴム
   分としてポリイソプレンゴムを除くジエン系合成ゴムお
   よび天然ゴムから成る群から選ばれた単独または混合ゴ
   ムとを配合して成るゴム成分１００重量部に対して、窒
   素吸着法により測定した比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が１４
   ６〜１５９ｍ＾２／ｇであって、電子顕微鏡での算術平
   均粒子径（Ｄｎ）ｍμおよびその分布幅（Ｓ）ｍμが次
   式、Ｓ≦０．３７５Ｄｎ＋０．６９ の関係を満足するカーボンブラックを補強剤として２０
   〜８０重量部配合したことを特徴とするゴム組成物。 ２、遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のモー
   ド径（Ｄｓｔ）ｍμとその半値幅（ΔＤ＿５＿０）ｍμ
   との関係が次式、 ΔＤ＿５＿０≦Ｄｓｔ−１８ で示される関係を満足する特許請求の範囲第１項記載の
   ゴム組成物。 ３、カーボンブラックの着色力（ティント値）が１２４
   〜１４１の範囲内である特許請求の範囲第１項記載のゴ
   ム組成物。