JPS63179941A - 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好適な性能特性を備
えるゴム組成物に関する。

〔従来の技術〕

ゴム補強用のカーボンブラックには具備特性に応じた多
様の品種があり、これらの品種特性が配合するゴム組成
物の諸性能を決定づける主要な因子となる。このため、
通常、ゴム成分との配合にあたっては部材用途に適合す
る品種特性のカーボンブラックを選定使用する手段が慣
用されている。

たとえば、タイヤトレッドのように苛酷な走行条件下で
高度の耐摩耗性が要求されるゴム部材に対しては、５Ａ
Ｆ（ＮＩＩＯ）、ｌ５ＡＦ（Ｎ２２０）、ＨＡＦ（Ｎ３
３０）など粒子径が小さく、比表面積の大きなカーボン
ブラックを適用することが有効表されている。

ところが、この種ハード領域に属するカーボンブラック
の使用は、ゴム配合時の分散加工性を損ねるうえに配合
ゴムの発熱性を増大する性癖がある。このうち分散加工
性の低下は、ゴム成分への練り混み過程において混練物
の硬度が著増してきて円滑な均質分散が阻害される現象
で、混練に要するエネルギーや時間が増大するばかりで
なく配合ゴムの品質特性を劣化させる要因となる。一方
、発熱性の増大は、走行中にヒステリシスロスに基づく
タイヤ内部の蓄熱作用をもたらし、内部構造の破壊ある
いは構成材料の老化を促進させる等の危険を招く。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなことから、粒子径の小さい（比表面積大）カ
ーボンブラックを用いてゴム成分への分散加工性を向上
させ、最終的に高耐摩耗性と低発熱性とを同時に付与す
ることができればタイヤトレッド部材として理想的なゴ
ム性能となる。

出願人はカーボンブラックの特性面から上述した背反ゴ
ム性能を改善する研究を試み、その成果として微細な粒
子径を有しながら相対的にブロードなアクリゲートザイ
ズ分布を備えるカーボンブラックを配合した大型タイヤ
トレッド用として好適なゴム組成物をすでに開発した（
特願昭６１＝２５６９４４号）。

本発明は、引続き問題点の解消に努めた結果、凝集体ス
トークスモード径分布において特定範囲の２点の極大点
をもつカーボンブラックを適用すると、配合ゴム組成物
にタイヤトレッド用として好適な性能特性が付与しえる
事実を解明して開発に至ったものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は高耐摩耗性に代表される補強性能と
低発熱性、高反発弾性などの動的性能を同時に有効改善
したゴム組成物を提供するもので、その構成は窒素吸着
比表面積（Ｎ、ＳＡ）が７０〜１８５　ｒｔｒ２／ｇの
ハード領域に属し、かつ２点の極大値をもつ凝集体スト
ークスモード径分布であって下記（１）式で算出される
距離差値（Ｌ）が下記（２）式を満足するアゲリケード
特性範囲のカーボンブラックをゴム成分１００重量部に
対し３５〜１００重量部の割合で配合してなることを特
徴とする。

Ｌ（ｎｍ）−Ｄｓｔｔ　　　ＤＳｔ＋・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）２０≦Ｌ
≦１１０−０．３　（ｈｈＳＡ）・・・・・・・・・・
（２）但し、（１）式のＤＳｔ＋は遠心沈降法による凝
集体ストークスモード径分布における第１極大点のモー
ド径（ｎｍ）、Ｄ　ＳＬは前記凝集体ストークスモード
径における第２極大点のモード径（ｎｍ）を指す。

上記カーボンブラックの特性項目のうち、窒素吸着比表
面積（Ｎ、ＳＡ）が７０〜１８５　ｍ”７ｇの粒子範囲
は、通常（Ｄ　ＨＡＦ　（Ｎ３３０）からＳＡＰ　（Ｎ
ｌ　１　ｏ）に至るハード品種と同等の領域に位置し、
配合ゴムに高度の耐摩耗性を付与するための前提要件と
なる。この特性値（Ｎ２ＳＡ）が７０ｍ２７ｇ未満では
タイヤトレッドに耐える高耐摩耗性を付与することがで
きず、また１　８５　ｍ２７ｇを越えると分散加工性が
悪化する。

（１）式および（２）式により導き出される距離差値（
Ｌ）に関する選択特性は、本発明を構成するカーボンブ
ラックがもつ独特の２点の極大値をもつ凝集体ストーク
スモード径分布によって特長づけられるもので、前記分
布が図のような第１極大点（Ａ）と第２極大点（Ｂ）を
示すアゲリケード特性が要件となる。そして、（２）式
で与えられる範囲のＬ値を満足する場合にタイヤトレッ
ド用として要求されるゴム性能が効果的に付与される。

この値がＬ＞１１０−０．３（Ｎ２ＳＡ）の領域では補
強性能の低下が著しくなり、一方、しく２０の領域では
ゴムに対する分散加工性が悪化するとともに配合ゴムの
動的性能が十分に向上しない。

本発明に適用されるカーボンブラックの各特性値は、下
記の測定方法によって得られる値とする。

（１）窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ） ＡＳＴＭ　Ｄ３０３７−７８　”５ｔａｎｄａｒｄ　Ｍ
ｅｔｈｏｄｓ　ｏｆＴｅｓｔｉｎｇ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｂ
ｌａｃｋ　５ｕｒｆａｃｅ　Ａｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒ
ｏｇｅｎＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　、　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｂ
による。この方法で測定したＩＲＢ＃５の窒素吸着比表
面積（Ｎ２ＳＡ）は８０　、３　ｍ２／ｇとなる。

（２）遠心沈降法による凝集体ストークスモード径分布
（ＤｓＬ、ＤＳｔｚ） Ｊ　Ｉ　Ｓ　Ｋ６２２１（１９７５）６．２．１項八法
に基づいて乾燥したのち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（分散媒）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５０ｍ９／
ρの分散液を作成し、超音波で十分に分散させて試料と
する。ディスク・セントリフユージ装置（英国Ｊｏｙｅ
ｓ　Ｌｏｅｂ１社製）を８００Ｏｒｐｍの回転速度に設
定し、スピン液（２％グリセリン水溶液）を１（１＋夕
加えたのちＩｚｆ２のバッファー液（エタノール水溶液
）を注入１−る。ついで試料液０．５　ｍρ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
学的に凝集体ストークスモード径の分布曲線を作成する
。得られた分布曲線のうち、第１極大点（図のＡ点）に
対応するモード径（ｎｍ）を■π１、第２極大点（図の
Ｂ点）に対応するモード径（ｎｍ）をＤＳｔ２とする。

これらの特性を具備するカーボンブラックは、頭部に燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを備える燃焼室とこ
れに連続する熱分解導管とから構成された発生部を２系
列設（プ、両売生部の熱分解導管を円筒状の主反応ゾー
ンに収斂会合したＹ字型構造のオイルファーネス炉を用
い、別系列で発生したカーボンブラック中間生成ガス流
を主反応ゾーンに同時に高速導入して相互衝突させる方
法（特開昭５９−４９２６７号）によって製造される。

この際、凝集体ストークスモード径分布に２点の極大値
をもつアゲリケード構造ならびにＤＳｔ。

とＶπ１の距離差値（Ｌ）の調整は各系列の発生条件を
制御することによりおこなわれる。また、窒素吸着比表
面積（Ｎ、ＳＡ）の調整は、生成カーボンブラック流の
炉内滞留時間を制御することによっておこなうことがで
きる。

上記のカーボンブラックは、常法に従い天然ゴム、スヂ
レンブタジエンゴム、ポリブタジェンゴム、イソプレン
ゴム、ブチルゴムその他常用カーボンブラックで補強可
能な各種合成ゴム、混合ゴムなどのエラストマーに配合
される。カーボンブラックの配合比率は、ゴム成分１０
０重量部に対し３５〜１００重量部の割合とし、加硫剤
、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化剤、可塑剤
等の必要成分とともに添加混練して本発明のタイヤトレ
ッド用ゴム組成物を得る。

〔作　用〕

カーボンブラックの一定比表面積当りのアクリゲートザ
イズ分布は、配合ゴムに対する分散加工性、耐摩耗性お
よび発熱性の付与に大きく関与する。本発明に適用され
るカーボンブラックは凝集体ストークスモード径の分布
曲線に２つの極大点を有しており、このうち第１極大点
のモード径（ＤＳｔ＋）は同等の窒素吸着比表面積（Ｎ
２ＳＡ）に位置する従来品種のカーボンブラックの平均
モード径より若干小さく、第２極大点のモード径（ＤＳ
ｔ２）は相対的に大きい凝集体性状を備えている。この
特異な凝集体性状が前提特性となる高窒素吸着比表面積
（Ｎ、５Ａ７０〜１８５尻２／ｇ）と相俟って配合ゴム
に高度の補強性能を維持しながら改善された分散加工性
ならびに低発熱性を付与するために効果的に作用する。

〔実施例、比較例〕

頭部にウィンドボックスを介して燃焼バーナーおよび原
料油噴射ノズルを同軸的に装着した燃焼室（内径５５０
ｚ屑、長さ１１００１１ｚ、このうち円雄部分２００ｎ
尻）と熱分解導管（内径９０１１Ｉ１．、長さ７００π
ｎ）を備える２系列の発生部を、内径３００ｎπ、長さ
４．０００ｍｍの後段広径部位と内径１３０■、長さ７
００友πの前段狭径部位を連設した主反応ゾーンの全面
に交角６０°で収斂結合させたＹ字型構造のオイルファ
ーネス炉を設置した。

原料油には比重（１５／４℃）１．０７０３、粘度（エ
ングラ−１４０／２０℃）２．１０、ベンゼン不溶分０
．０３％、相関係数（ＢＭＣＩ）１４０、初期沸点１０
３°Ｃの芳香族炭化水素油を、また燃料油としては比重
（１５／４°Ｃ）０．９０３、粘度（Ｃ８Ｔ５０°Ｃ）
１６．１、残炭分５．４％、硫黄分１８％、引火点９６
℃の炭化水素油を用いた。

上記の反応炉、原料油および燃料油を用い、表■に示し
た発生条件を適用して本発明で使用する特性範囲のカー
ボンブラック（７種類）を製造した。

表Ｉ 表■に製造された各カーボンブラックの窒素吸着比表面
積（Ｎ２ＳＡ）および凝集体ストークスモード径、計算
値（Ｌ）などを示した。

なお、表Ｈのうち比較例として示したＲｕｎ、　Ｎｏ。

８〜１２は、従来技術により製造された実施例と同等水
準の窒素吸着比表面積（ＮＡＳＡ）を有するカーボンブ
ラックで、いずれも１点の極大値をもつ凝集体ストーク
スモード径分布を示すものである。

表■ 次に、表■の各種カーボンブラックを表■に示す配合比
率で天然ゴムに配合した。

表■の配合物を１４５℃の温度で４０分間加硫して得た
ゴム組成物につき、各種のゴム特性を測定した。結果を
表■の配合カーボンブラックＲｕｎ。

Ｎｏ、に対応させて表■に示した。

なお、ゴム特性の測定方法および測定条件は下記によっ
た。

（１）　　摩耗量 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１ｏｉｎ、外径４４ｕ１ エメリーホイール＝ＧＣタイプ、粒度８０、硬度Ｈ添加
カーポランダム粉：粒度８０＃、添加量約９９／分エメ
リーホイール面と試験片の相対スリップ率：２４％、６
０％ 試験片回転数：５３５ｒｐｍ 試験荷重；４ｋｇ （２）発熱度 ＡＳＴＭ　Ｄ６２３−７８（グツドリッチフレキソメー
ター使用）によった。

（３）ムーニー粘度 ＪＩＳ　Ｋ６３００　ｒ未加硫ゴム物理試験方法」によ
った。

（４）その他 すべてＪＩＳ　Ｋ６３０１　　ｒ加硫ゴム物理試験方法
」によった。

表■の結果から、適用したカーボンブラックの窒素吸着
比表面積（Ｎ２ＳＡ）が同一水準に位置する場合には、
実施例によるゴム組成物は比較例に比べ耐摩耗性は同等
に維持されながら動的性能の要因となる反発弾性、発熱
度などが有意に改善され、また分散加工性の指標となる
ムーニー粘度も低下改善されていることが判明する。

〔発明の効果〕

本発明により提供されるゴム組成物は、従来、背反特性
として両立が困難とされていた高耐摩耗性と低発熱性を
同時に併有させ、その他のゴム性能も高水準に保持する
ものである。したがって、走行時における転勤抵抗を軽
減し低燃費化に必要なタイヤトレッド用としてのゴム性
能を十分満足しうる有用性がもたらせる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明に適用されるカーボンブラックの凝集体ス
トークスモード径分布を示した例図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素吸着比表面積（Ｎ＿２ＳＡ）が７０〜１８５ｍ
   ＾２／ｇのハード領域に属し、かつ２点の極大値をもつ
   凝集体ストークスモード径分布であって下記（１）式で
   算出される距離差値（Ｌ）が下記（２）式を満足するア
   クリゲート特性範囲のカーボンブラックをゴム成分１０
   ０重量部に対し３５〜１００重量部の割合で配合してな
   るゴム組成物。 Ｌ（ｎｍ）＝＠Ｄｓｔ＠＿２−＠Ｄｓｔ＠＿１…………
   …………（１）２０≦Ｌ≦１１０−０．３（Ｎ＿２ＳＡ
   ）…………（２）但し、（１）式の＠Ｄｓｔ＠＿１は遠
   心沈降法による凝集体ストークスモード径分布における
   第１極大点のモード径（ｎｍ）、＠Ｄｓｔ＠＿２は前記
   凝集体ストークスモード径における第２極大点のモード
   径（ｎｍ）を指す。