JPS62290739A - ゴム補強用カーボンブラック - 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】 ３、発明の詳細な説明 本発明は準々超耐摩粍性（ｌｌ５ＡＦ）ないし準超耐摩
耗性（ＩＳＡＦ）級に属するファーネスカーボンブラッ
クに関するものであり、詳しくは当該カーボンブラック
を充填したゴム組成物に対して、従来技術から得られる
同級品位のカーボンブラックに比較して、より高度の耐
摩耗性を与えるｌｌ５ＡＦないしｌ５ＡＦ級のファーネ
スカーボンブラックに関する。

ファーネスカーダンブラックは高温ガス流中に高芳香族
性重質油を導入し、この重質油の不完全燃焼または熱分
解により製造されるが、このカーボンブラックはゴムに
配合されて耐摩耗性、補強性をゴムに対して付与するた
めに使用されるのが主な用途である。しかし、このゴム
組成物の緒特性は配合するカーボンブラックの品質によ
り変化し、特にタイヤ等では複数のゴム組成物から形成
されているので、各部位で要求される性能によって配合
カーボンブラックの種類や配合量ｔ−調整するのが一般
的である。

タイヤ部位の中でも、道路と接触するタイヤ踏面に当る
トレッド部においては、タイヤ寿命の面から高い耐摩耗
性と補強性が要求される。

タイヤ用ゴム組成物においては、ゴム成分Ｚｏｏ重量部
に対して通常４０〜６０重量部のカーぜンブラックが配
合されており、ゴム組成物における最も多量かつ不可欠
な成分となっている。ゴム配合物中でのカーボンブラッ
クは、ゴム物性、＊に耐摩耗性、補強性および反発弾性
の特性に対して大きな影響を与えるので、反発弾性を著
しく損うことなく高い耐摩耗性、補強性を備えたトレッ
ド用ゴム組成物を得るための有効な手段の１つとして、
従来品には見られない特性の制御されたカーボンブラッ
クが要望される。

従来、カーボンブラックの重要な特性値として比表面積
とストラフチャーがあることはよく知られている。一方
の比表面積を太き（するととにより耐摩耗性、補強特性
は向上するが、反発弾性は低（なり、転勤抵抗の増大や
発熱性の悪化をもたらして、燃料消費性能の低下、内部
発熱の上昇によるタイヤ劣化の促進を紹来する。

他方のストラフチャー特性については、ストラフチャー
の増大につれて耐摩耗性、補強性は向上するが、発熱性
はわずかに向上するにとどまり、はとんど無視し得る程
度であり、むしろ屈曲などに対する耐疲労特性の耐チッ
ピング性。

耐カツト成長性の低下をもたらす。

従って、単にこの代表的特性である比表面積やストラフ
チャーのみを特定したカーボンブラックでは、これを配
合したゴム組成物に対して。

反発弾性をあまり損なうことなく、耐摩耗性。

補強特性を格段に向上することは、著しく困赫である。

カーボンブラック充填ゴム組成物の動的特性に対し、力
−ゼンブラックの比表面積以外に。

いわゆるアグリゲートサイズ及びその分布が大きな影響
を与える事も、近年明らかとなって来た。

カーボンブラックのアグリゲートとは、力−ゼンブラッ
クの基本構造のうち１球状−次粒子が多数個融合して結
合した最小分散単位を云い。

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が大きげれ
ば、高反発弾性のゴム組成物を与える一方で、比表面積
の低下を伴い、従って耐摩耗性の低下を来たし、動的特
性と耐摩耗性を整合することは、平均アグリゲートサイ
ズの制御のみではほとんど不可能であった。

試験室的には、これを解決するために２品種またはそれ
以上のカーボンブラックを混合して。

所望の性能を発揮させるべ（研究も行われてはいるが、
タイヤ製造の如き工業的大規模実施に対応させるには、
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、カーボ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いう離点が
ある。

本発明者のひとりは、単一製品のカーボンブラックを配
合したゴム組成物の耐摩耗性、補強性というゴムへの強
化増長効果、および反発弾性に代表されるゴムの動的特
性に対するカーボンブラックのミクロ構造、すなわちカ
ー〆ンブラックアグリゲートの影響について種々検討を
加え、最多頻度アグリゲートサイズよりも犬なるアグリ
ゲートの多寡が動的特性と耐摩耗性を両立させる重要な
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（Ｄ８ｔ　）と。

前記Ｄｓｔよりも大きいアグリゲートサイズ側であって
、　Ｄｓｔのｈの頻度値を有するアグリゲートサイズ値
（Ｄｓｏ　）　　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Ｓを広い側の特定数値範囲、すなわ
ち０．１５ないし０．２０に保持せしめることにより、
従来の［司級品のカーボンブラックよりもはるかに高い
反発弾性をゴムに付与しなから耐摩耗性を低下すること
の７．：い効果のあることを見い出し、すでに出願した
〔特開昭６０−２０８３６９号公報、出願人：旭カーゼ
ン■〕。

本発明者らは、カーボンブラックのアグリゲートサイズ
分布指数Ｓを種々に変化させ、さらに鋭意検討を続げた
ところ、Ｓを０．１１未満という分布の狭い側の範囲に
保持せしめることにより、従来の同級品のカー２ンブラ
ツクよりもずっと高い＃摩耗性、補強性を向上させたゴ
ム組成物を与える効果のあることを見い出し５本発明に
到達したものである。

本発明者らが、多（の市販ｌｌ５ＡＦ、　ｌ５ＡＦ級カ
ーｉン！ラックのアグリゲートサイズ分布測定を実施し
たところ、アグリゲートサイズ分布指数３は、大部分が
０．１２〜０．１３に集中し１例外的に０，１１及び０
．１４を示すものが認められたが、０．１１を下回るも
のは皆無であった。これら市販カー２ンブラツクでは上
述した＃＃摩耗性。

補強性を著しく向上させることはできない。

より詳しく述べろと、　ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰＡ）が１
０５〜ｌ　３０　Ｉｄ／１００＃　、より好ましくは１
１０〜１３０　ｍ１７１００ｇ　、　ｍ索吸着比表面＆
（ＮｔＳＡ）が１００〜ｌ　２５　ｒｒｔ／ｉ　という
基本特性値を有するカー２ンブラツクのアグリゲート特
性において。

遠心沈降分析によるストークス相当径の最多頻度値（Ｄ
ｓｔ）と、前記Ｄｓｔよりも大きいアグリゲートサイズ
側であって、　ＤｓＬのｈの頻度値を有するアグリゲー
トサイズ値（Ｄｓｏ　）の２つの数値から計算されるア
グリゲートナイズ分布指数１がα１１未満、好ましくは
０．０７を上回り０．１１未満という選択的特性を有す
るカーダンブラックを提供するものであり、当該カーダ
ンブラックをゴムに配合することにより、比表面積およ
びストラフチャーが同程度の従来品配合ゴム組成物と比
較して、より高い耐摩耗性、補強特性を有し、かつ従来
の同級品位のカーボンブラックが示す反発弾性を太き（
下回らない、あるいは反発弾性の低下割合よりも太き（
補強特性が向上したゴム組成物を与えることができる。

本発明によるカーボンブラックにおいて、ＤＢＰＡが１
１０１ＬＶｉｏｏｇを下回り、特に１０５　ｍ１７１０
０Ｆ　　を下回る場合には特に高苛酷時（高速運転時）
での耐摩耗性の低下が犬ぎくなり、また１３０　ｍｌ／
１ｏｏＩＩを上回る場合には耐屈曲疲労性、耐チッピン
グ性および耐カート成長性が低下するので好ましくない
。

ＮｔＳＡがｌ　ＯＯｍ’／ｇを下回るカーダンブラック
においては、通常のｌｌ５ＡＦないしＩ　ＳＡＦ級カー
ゼンブラックがトレッド用ゴム組成物に与える特性と比
較して十分な耐摩耗性、補強性を与えることが難しく、
また１　ｚ　５ｍ’／９　を上回る場合では、耐摩耗性
、補強性は向上するが、市販ｌ５ＡＦ級カーダンブラッ
ク配合ゴム組成物での反発弾性よりも低下するので望ま
しくない。

本発明において適用されるカーダンブラックの物理化学
特性は次のようにして測定される。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ、ＳＡ　）ＡＳＴＭＤ　３
０３７−８４Ｂ法で測定され、単位Ｍ金白りの比表面＆
イ／ｇで表示される。

（２）　　ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰＡ　）ＪＩＳＫ６２２
１−１９８２　Ａ法で測定され。

１００Ｉ！当りのジブチルフタレートの吸油量ｒＬｖ１
００ｇ　で表示される。

（３）　　沈降分析によるカーゼンブラックアグリゲー
トサイズの分析法 使用機器 Ｄｉｓｋ　Ｃｅｎｔｒｌｆｕｇｅ　（Ｐｈｏｔｏ　ｓｅ
ｄｉｍｅｎｔｏｍｅ　ｔｓｒ　）（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
、０．０２〜０．０６重量％のカーダンブラックを加え
、超音波処理を施して完全に分散せしめる。１５マ／Ｖ
％グリセリン水溶液の沈降液（スピン液）２０〜３ｏｄ
を注加した回転ディスク（ｄｉｓｋ　）の回転数を８０
０　Ｏｒｐｍとし、上記分散液０．０２〜ｏ、ｏ３ｒｒ
ｄ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
るカーゼ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（ストークスの式の一般型）により
ストークス相当径に換算し、カー２ンブラツクアグリゲ
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。

ｄ　＝　−（１） 、Ｓｔ 式（１）において、ｄは沈降開始後の時間ｔでの回転デ
ィスクの光学的測定点を通過するカー２ンブラツクアグ
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．
８６　ｊ／／ｒｌＬｌとする）、さらに回転ディスクの
回転数によって決定せられる定数である。例えば、スピ
ン液として１５　ｖ／ｖ　％グリセリン水溶液２５ゴを
用い。

測定温度２０℃でディスク回転数８０００　ｒｐｍとし
た場合のに値は４９２．３となり、ｄはｎｍ。

ｔは分で表示される。

Ｉ）ｓｔおよび島の定義 上記の測定操作によって得られるアグリゲートのストー
クス相当径の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と称
し、力−ゼン！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、　Ｄ＠ｔの示す頻度
（吸光度）の部分の−の頻度（吸光度）を示し、かつＤ
ＩＩｔよりも大なるストークス相当径をり、。とじたと
き、アグリゲートサイズ分布指数８は。

ｓ　：’０．８４９３２　Ｘ　ｌｏｇ　（Ｄ５６／Ｄｌ
ｌｔ　）で定義される。これは、比較的大ぎなアグリゲ
ートサイズの分布広さの目安となる。

以下に本発明カー２ンブラツクの製造例を示す。

製造例 第１図、第２図および第３図に示した装置を用いて、本
発明カーボンブラックを製造した。

円筒形状の燃焼ガス充填室２（内径４００■φ。

長さ２８０　Ｍ　）と、前記燃焼ガス充填室２の前半部
分に設備された接線方向位置に中心軸を有する２個の第
１の空気導入ロア、７’（内径８０ｍφ）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８．８’、９．９’、１０゜１０’　（内径２０
闘φ）と、前記燃焼ガス充填室に連結した最狭内径８０
聾φ、長さ１５０ｗφのベンチュリ部３と、前記ベンチ
ュリ部３の出口端から５０ｍおよび１５０ａ＋下流側に
設けられ、かつ前記第１の導入口の旋回方向に対して順
方向（正接〕または逆方向（逆ｆＡ）で導入できるよう
に設げ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１２　、１２’。

１２”　ｌ　２／＃および１３．１３’、１３“、１３
′′（内径３０堵φ）が設置された反応室４と、前記第
３の導入口の下流側空間内に複数個の冷却水圧入噴瀝装
置ａ−ｇを設置した反応継続着冷却室５（内径１２０ｍ
φ、長さ３０００瓢）と、前記反応継続兼冷却室後端部
に連結された煙道６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１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
グリゲートサイズ分布指数（ｓ）の異なるｌｌ５ＡＦ、
＠ないしｌ５ＡＦ級ファーネスカーボンブラックを製造
した。

なお、ベンチュリ最狭部において、間部空間に通ずる２
個の原料油今入口１１　、　ｌ　１’を設け。

この導入口に原料油噴射装置を設置して原料を導入した
。

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　　−ｌ また、製造条件および製造されたカーゼンブラックの物
理化学特性を表−２に示した。

表−２のＲｕｎ　Ａ　ｌ〜４は本発明によるカーボンブ
ラックであり、全要件ｆｃ満足している。

Ｒｕｎ　Ａ　５および６はアグリゲートサイズ分布指数
８が本発明の要件をはずれた例であり。

Ｒｕｎ属７はさらに息を広い側に制御したカーゼンブラ
ックの例である。

性能評価試験 表−２に示したカーボンブラックの性能評価をするため
に１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。

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 ■　配合物の加硫条件＝１４５℃、３０分■　耐摩耗試
験：ランボーン摩耗試験機を用い。

スリップ率２５％で測定し、 ＭＭ粍性は下式で求める。

耐摩耗指数＝（Ｓ／Ｔ）Ｘ１００　　　　（（イ）ここ
でＳ　：　ＩＲＢＡ５試験片の２５チスリツプ率での容
積損失。

Ｔ：供試鏡片の２５％スリップ 率での容積損失。

■　反ばつ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（Ｂｒｉｔｌｓｈ　５ｔａｎｄａｒｄ）　９０３
：　Ｐａｒｔ　Ａ　８　：　１９６３のＡ法に準じて測
定する。

■　その他のゴム特性：　　ＪＩＳ　Ｋ　（６３００−
１９７４および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１表−
４にとりまとめて示す。

（以下余白） 本発明の効果 表−２に示したコロイダル特性を有する実施例、比較例
および対照例のカーボンブラックを配合した表−４のゴ
ム物性の結果から、本発明カーボンブラックの効果につ
いて耐摩耗性および反発弾性の特性で比較して説明する
。

１）耐４粍性 はぼ同一のＮ、ＳＡとＤＢＰＡの特性を有するＲｕｎ　
Ａ　１とＲｕｎ　／ａ　６において、Ｒｕｎ　Ａ　６は
アグリゲートサイズ分布指′ｅｉ、ｇが本発明の要件を
はずれており、このためにＲｕｎ　Ａ　ｌでの耐摩耗指
数が大きく向上している。市販Ｉ　ＳＡＦ級カーゼンブ
ラック（対照例）とほぼコロイダル特性が同じで８が小
さいＲｕｎ　Ａ３との比較においても同様に耐摩耗性が
向上していることがわかる。

１１）反発弾性 １）の耐摩耗性の項で比較した各サンプルにおいて、８
の小さい本発明の実施例では反発弾性の低下がみられる
が、耐摩耗性の向上との比較で考えると反発弾性は向上
しているとみなすことができる。

以上のように、比表面積およびストラフチャーが同程度
のｌｌ５ＡＦないしｌ５ＡＦ級カーゼンブランクにおい
て、アグリゲートサイズ分布指数Ｂを従来品よりも小さ
な側の特定範囲に保持させることにより、ゴム組成物に
対してより高いｍ４ＪＪＩ耗性、補強性を有し、かつ従
来の同級品の示す反発弾性を大きく下回らない、あるい
は反発弾性の低下割合を上回る耐摩耗性の向上した物性
を与える。ゴム補強用カー２ンブラツクを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明カーゼンブラックの製造に好適な装置の
縦断正面説明図である。第２図は第１図のＡ−Ａ矢視に
おける断面説明図であり。 第３図は第１図のＢ−Ｂ矢視における断面説明図である
。 ｌ・・・力−ゼンブラック製造装置２・・・燃焼ガス充
填室３・・・ベンチュリ部　　　　　４・・・反　Ｌ　
室５・・・反応継続法冷却室　　６・・・煙　道７．７
′・・・空気導入口 ８．８’、９．９’、１０．１０’・・・燃料流体導入
口１１．１１’・・・原料油尋人口 １２〜１２″、１３〜１３／＃・・・導入口ａ−ｇ・・
・冷却水圧入’！ｊｔＭ器挿入口特許出願人　旭カーメ
ン株式会社 鳥１閏 州２Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量（ＤＢＰＡ）
   が１０５〜１３０ｍｌ／１００ｇ、窒素吸着比表面積（
   Ｎ＿２ＳＡ）が１００〜１２５ｍ＾２／ｇの特性を有す
   るカーボンブラックにおいて、下式で算出されるアグリ
   ゲートサイズ分布指数（ｓ）が０．１１未満であるゴム
   補強用カーボンブラック。 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：遠心沈降分析によって得られる 最多頻度のストークス相当径 Ｄ＾５＾０＿Ｌ：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、前記アグリゲートサイズ分布指数（ｓ）が、０．０
   ７を越え０．１１未満である特許請求の範囲第１項記載
   のゴム補強用カーボンブラック。 ３、前記ＤＢＰＡが１１０〜１３０ｍｌ／１００ｇであ
   る特許請求の範囲第１項記載のゴム補強用カーボンブラ
   ック。