KR0138980B1

KR0138980B1 - 비표면적을 증대시킨 카본블랙

Info

Publication number: KR0138980B1
Application number: KR1019900007396A
Authority: KR
Inventors: 미즈오 소에다; 가즈요시 와따나베
Original assignee: 해리제이. 귄넬; 캐보트 코포레이션
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1998-04-28
Also published as: ES2020719A6; CA2017038A1; CZ285493B6; GB2232149A; CN1031645C; CN1047519A; FR2647460B1; TR24435A; AU622324B2; BR9002409A; PL163581B1; KR900018299A; HUT54190A; BE1002927A3; YU100390A; PT94119B; DE4016475A1; US5110576A; IT9020335A0; NL194084B

Abstract

없음.

Description

비표면적을 증대시킨 카본블랙

제1도는 본 발명의 카본블랙을 제조하기 위해 이용할 수 있는 퍼네이스형 카본블랙 반응기 중의 한 유형의 일부를 도시한 단면도.

제2도는 스토크스 직경 분포 곡선의 예를 도시한 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 퍼네이스형 카본블랙 반응기10 : 연소부

11 : 수렴 직경부12 : 전이부

16 : 프로브(probe)18 : 반응부

30 : 카본블랙 생성 원료32 : 원료 주입 지점

34 : 원료 주입 지점40 : 켄치(quench)

42 : 켄치가 위치하는 지점50 : 물

본 발명은 각종 분야, 특히 고무 조성물에 사용하기에 아주 적합한 일군의 새롭고 신규한 퍼네이스 카본블랙에 관한 것이다.

카본블랙은 일반적으로 탄화수소 원료를 퍼네이스형 반응기에서 고온의 연소가스로 열분해함으로써 미분산 카본블랙을 함유하는 연소 제품으로 제조된다.

카본블랙은 안료, 충전제 및 보강제로서 사용될 수 있으며, 기타 다양한 분야에도 사용될 수 있다. 그 예로, 카본블랙은 고무 조성물의 배합 및 제조시에 충전제 및 보강용 안료로 광범위하게 사용된다. 고무에 사용되는 카본블랙은 이들의 특성에 따라서 다양한 등급을 갖는데,일반적으로 비표면적[요오드 흡착량(I₂No.)], 질소 표면적(N₂SA, 등), 구조(DBP 흡착량) 등의 분석 특성에 기초하여 분류된다.

가장 중요한 점은 카본블랙이 타이어 제조용 고무 가황물의 제조에 아주 효과적이다는 것이다. 일반적으로, 타이어의 제조에서 만족스러운 핸들링 및 코너링 특성, 내마모성 및 노면유지성(웨트 및 드라이 내공전성)을 갖는 타이어를 생성시키는 카본블랙을 사용하는 것이 바람직하다. 타이어 트레드에 주로 사용된 카본블랙의 등급은 HAF(high abrasion furnace, 고마모성 퍼네이스), ISAF(Intermediate super abrasion furnace, 중간 초마모성 퍼네이스) 및 SAF(초마모성 퍼네이스)로 분류되며, 표면적의 크기는 HAF 카본블랙ISAF 카본블랙SAF 카본블랙 순으로 증가한다. 일반적으로, 표면적이 증가함에 따라서 내마모성이 향상된다.

카본블랙 등급의 특성은 카본블랙이 혼입되는 고무 조성물의 여러가지 성능을 결정함에 있어서 중요한 요인으로 작용한다. 일반적으로, ISAF보다 큰 비표면적을 갖는 카본블랙은 천연 고무가 주요 성분으로 사용되는 트럭이나 버스의 타이어 트레이드용으로 사용된다. HAF형 카본블랙은 SBR과 같은 합성 고무류가 주요 성분으로 사용되는 승용차의 타이어트레드용으로 사용된다.

표면적이 더욱 큰 카본블랙은 트럭 및 버스용 타이어의 내마모성을 개선시키는 작용을 한다. 그러나, 비표면적이 더욱 크게 됨으로써, 고무 화합물의 발열량은 더욱 증가하고, 히스테리시스(Hysteresis)도 더욱 크게 된다. 화합물의 히스테리시스는 고무 화합물을 변형시키기 위해 가해진 에너지 및 고무 화합물이 그의 변형되기 전의 초기 상태로 복원될 때 방출된 에너지 사이의 차를 의미한다. 히스테리시스 값이 낮은 타이어는 롤링 내성(rolling resistance)을 감소시키므로, 그 타이어를 사용하는 차량의 연료 소모량을 감소시킨다.

따라서, 당 업계에서는 고무 화합물에 개선된 내마모성 및 감소된 히스테리시스를 부여하는 카본 블랙의 개발이 요구되고 있다. 이와 같은 카본블랙으로 제조된 타이어는 보다 낮은 롤링 내성을 가져서 그 타이어를 사용하는 차량의 연소 소모량을 절감시키며, 내마모성을 개선시키고, 타이어 트레드 소모를 감소시킨다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은 천연 고무, 합성 고무 및 천연 고무와 합성 고무의 블렌드물에 카본블랙을 혼입시킴으로써 내마모성이 개선되고, 히스테리시스성이 감소되는 신규한 카본블랙을 제조하는데에 있다. 본 발명의 카본블랙은 안정된 표면적 및 안정된 구조 특성을 가진다.

본 발명의 다른 목적은 고무 조성물에 신규 카본블랙을 혼입시킴으로써 영업용 자동차(트럭이나 또는 버스)의 타이어로 사용하기에 유리한 신규 고무 조성물을 제공하는데 있다.

기타, 본 발명의 목적들은 이하의 명세서 내용 및 특허 청구의 범위에서 명백히 드러날 것이다.

본 발명자들은 요오드 흡착량(I₂No.)이 약 135-200mg/g(밀리그람/그람)이고, DBP(디부틸 프탈레이트) 흡착량이 약 105-150cc/100g(100g당 cm³이며), CTAB 표면적 대 I₂No.의 비, 즉, CTAB/I₂No.가 0.95-1.05이고, N₂SA 대 CTAB 표면적의 비, 즉, N₂SA/CTAB가 1.05 이하이며, Dmode_C/Dmode_U(압축 Dmode/비압축 Dmode) 비가 0.96-약 1.0인 일군의 신규한 카본블랙을 발견하였다. 본 발명의 바람직한 카본블랙은 약 1.0-1.5의 (△D₅₀)c/(△D₅₀)u[압축(△50₅₀)]비를 추가로 갖는다. 또한, 본 발명자들은 이들 카본블랙을 함유하는 신규한 군의 고무 조성물을 발견하였다.

본 발명의 카본블랙에 대해서, I₂No.가 200mg/g을 초과하는 경우에는 혼합중에 카본블랙의 응집이 일어나기 쉬워 히스테리시스 손실을 가중시킨다. I₂No.가 135mg/g 이하인 경우에는 카본블랙의 보강 효과가 저하되어, 유리한 고무 조성물을 생성시킬 수 없다.

카본블랙의 DBP가 105cc/g 이하인 경우에는 카본블랙의 보강 효과가 충분하지 못하며, DBP가 150cc/g을 초과하는 경우에는 카본블랙을 혼입시킨 고무 조성물의 모듈러스가 소정치보다 크게 되어 고무 조성물의 경도도 또한 소정치보다 크게 되어 바람직하지 않다.

CTAB/I₂의 비는 표면의 화학적 활성도를 측정하는 기준이 된다. CTAB/I₂No. 비가 커짐에 따라, 표면의 화학적 활성도도 더욱 증가하게 된다. 본 발명의 카본블랙에서 CTAB/I₂No. 비가 0.95-1.05인 경우에는 표면의 화학적 활성도에 기초한 고무와 카본블랙 사이의 상호작용에 의해서 고무 화합물의 보강성 및 히스테리시스 손실이 개선된다.

N₂SA/CTAB의 비는 카본블랙의 표면 다공성을 측정하는 기준이 된다. N₂SA/CTAB의 비가 더욱 커짐에 따라 카본블랙 표면의 다공성도 더욱 증가하게 된다. N₂SA/CTAB비가 1.05 이하인 경우에, 본 발명의 카본블랙은 고무 조성물과 효과적인 상호작용을 한다.

Dmode_C/Dmodu_U의 비는 카본블랙 구조의 안정성을 나타내는 기준이 된다. Dmode_C/Dmodu_U의 비율이 0.96 내지 1.0인 경우에는 혼련중에도 그 구조가 파괴되지 않고 카본블랙의 초기 성능을 유지할 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 카본블랙은 카본블랙을 생성시키는 원료 전량 또는 일부량을 고온 연소 가스 스트림에 주입시킬 수 있는 전이 대역에 의해 분리된 제1(연소) 대역 및 반응 대역을 갖는 퍼네이스형 카본블랙 반응기에서 제조할 수 있다. 카본블랙을 생성시키는 원료는 반응기의 외부 주변부로부터 고온 연소 가스 스트림으로 내부로 방사상으로 주입되고, 도한 중심부로부터 방사상으로 주입된다. 그 결과, 고온 연소 가스 및 원료의 혼합물이 반응 대역으로 보내어진다. 카본블랙을 생성시키는 원료의 열분해는 본 발명의 카본블랙이 완전히 형성되었을 때 혼합물을 켄칭시킴으로써 종결된다. 바람직하기로는, 열분해가 실시예에서 사용된 물과 같은 켄칭액을 주입하는 켄칭에 의해 종결되는 것이 좋다. 본 발명의 카본블랙을 제조하는데에 사용하기 적합한 반응기는 미합중국 특허 제3,922,335호에 개략적으로 기재되어 있으며, 이 특허 문헌의 내용은 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. 이하, 본 발명의 신규한 카본블랙의 제조 방법을 더욱 상세히 기술한다.

본 발명의 신규 카본블랙이 보강제로서 유용한 고무로서는 천연고무 및 합성 고무를 들 수 있다. 일반적으로, 보강성을 충분히 부여하기 위해서는 카본블랙을 고무 100중량부에 대하여 약 10 내지 250중량부의 양으로 사용할 수 있다. 그러나, 바람직하기로는 카본블랙을 고무 100중량부 당 약 20 내지 100중량부의 범위에서 가변되는 양으로 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하기로는 고무 100중량부당 약 50 내지 100중량부의 카본블랙을 사용하는 것이 좋다.

본 발명과 함께 사용하기에 적합한 고무로서는 천연 고무 및 염화 고무와 같은 그의 유도체; 스티렌 19중량부와 부타디엔 81중량부의 코폴리머, 스티렌 30중량부와 부타디엔 70중량부의 코폴리머, 스티렌 43중량부와 부타디엔 57중량부의 코폴리머 및 스티렌 50중량부와 부타디엔 50중량부의 코폴리머와 같은 약 10 내지 70중량부의 스티렌과 약 90 내지 30중량부의 부타디엔의 폴리머; 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌 등과 같은 공액 디엔의 폴리머 및 코폴리머, 이러한 공액 디엔류와, 스티렌, 메틸 스티렌, 클로로스티렌, 아크릴로니트릴, 2-비틸-피리딘, 5-메틸-2-비닐피리딘, 5-에틸-2-비닐피리딘, 2-메틸-5-비닐피리딘, 알킬 치환 아크릴레이트, 비닐 케톤, 메틸 이소페닐 케톤, 메틸 비닐 에테르, 알파 메틸렌 카르복실산과 이들의 에스테르류 및 아미드류(예, 아크릴산 및 디알킬아크릴 산 아미드)와 같은 상기 공액 디엔류와 공중합 가능한 에틸렌기 함유 모노머와의 코폴리머를 들 수 있으며, 또한 에틸렌과 다른 고급 알파 올레핀류(프로필렌, 부틴-1- 및 펜텐-1)의 코폴리머도 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 특히 바람직하기로는, 에틸렌 함량이 20 내지 90중량부인 에틸렌-프로필렌 코폴리머가 좋으며, 또한 디시클로펜타디엔, 1,4-헥사디엔 및 메틸렌 노르보넨과 같은 제3의 모노머를 추가로 함유하여 에틸렌-프로필렌 폴리머를 함유하는 것도 좋다.

본 발명의 카본블랙의 잇점은 천연고무, 합성 고무 또는 그의 블렌드물을 함유하는 조성물에 본 발명의 카본블랙을 혼힙시킴으로써 상기 조성물의 내마모성을 더욱 증가시키고 히스테리시스를 더욱 저하시킨다는 점이다.

본 발명의 고무 조성물의 잇점은 이 고무 조성물이 특히 영업용 자동차의 타이어에 사용하기에 아주 적합하다는 점이다.

기타, 본 발명의 잇점은 이하의 본 발명의 보다 상세한 설명을 통해 명백하게 나타날 것이다.

본 발명의 카본블랙은 I₂No.가 약 135 내지 200mg/g이고, DBP가 약 105 내지 150cc/100g이며, CTAB/I₂No.가 0.95 내지 1.05이고, N₂SA/CTAB비가 1.05 이하이며, 그리고 Dmode_C/Dmode_U의 비가 0.96 내지 약 1.0인 것을 특징으로 한다. 또한, 바람직한 카본블랙은 약 1.0 내지 1.15의 (△D₅₀)c/(△D₅₀)u비를 가지는 것을 추가의 특징으로 한다.

본 발명의 카본블랙은 모듈러(이하, 단(段)화라 함) 퍼네이스형 카본블랙 반응기에서 제조될 수 있다. 본 발명의 카본블랙 제조에 이용될 수 있는 전형적인 모듈러 퍼네이스 카본블랙 반응기의 단면을 제1도에 도시한다.

제1도에서, 본 발명의 카본블랙은 수렴 직경부(11)를 갖는 연소부(10), 전이부(12) 및 반응부(18)를 갖는 퍼네이스형 카본블랙 반응기(2)에서 제조될 수 있다.

수렴 직경부(11)가 시작되는 점까지의 연소부의 직경을 D-1으로, 전이부(12)의 직경을 D-2로, 반응부(18)의 직경을 D-3으로 표시한다. 수렴 직경부(11)이 시작되는 점까지는 연소부(10)의 길이를 L-1으로, 수렴 직경부의 길이를 L-2로, 전이부의 길이를 L-3으로, 그리고 반응부(18)의 길이를 L-4로 표시한다. 실시예에 기재된 카본블랙은 D-1=20.7in(52.5cm), D-2=12.4in(31.5cm), D-3=18in(45.7cm), L-1=37.5in(95.3cm), L-2=29.5in(74.9cm), L-3=11.5in(29.2cm) 및 L-4=48in(121.9cm)인 반응기에서 제조되었다.

본 발명의 카본블랙을 제조하기 위하여 액상 또는 가스상 연료를 공기, 산소, 공기와 산소의 혼합물 등과 같은 적합한 산화제 스트림으로 연소시킴으로써 고온의 연소 가스가 연소부(10)에서 발생된다. 일반적으로, 공기의 도입량은 약 15,000 내지 18,000Nm³/Hr이다. 고온 연소 가스를 발생시키는데 사용하기 적합한 연료 중에는 천연 가스, 수소, 일산화탄소, 메탄, 아세틸렌, 알코올류 또는 케로센과 같이 임의의 연소가 용이한 가스, 증기 또는 액상 스트림이 포함된다. 그러나, 일반적으로는 탄소를 함유하는 성분, 특히, 탄화수소류를 고농도로 갖는 연료를 사용하는 것이 바람직하다. 고온 연소 가스의 발생을 용이하게 하기 위해서 산화제 스트림을 예를 들면 500℃ 내지 800℃의 온도까지 예열시킬 수 있다.

고온 연소 가스 스트림은 순차적으로 (10)과 (11)의 대역에서 (12),(14) 및 이어 (18)의 대역으로 흐른다. 고온 연소 가스의 흐름 방향을 제1도에 굵은 화살표시로 나타낸다. 카본블랙을 생성시키는 원료(30)은 지점(32)[(12) 대역에 위치 함] 및 동시에 프로브(16)을 거쳐 지점(34) 모두에서 투입된다. 원료의 일반적인 투입량은 약 4200 내지 4500kg/hr이다. 수렴 직경부의 단부에서 지점(32)까지의 거리를 F-1로 표시한다. 지점(32) 업스트림에서 지점(34)까지의 거리를 F-2로 표시한다. 본 발명의 카본블랙을 제조하기 위해서, 원료를 지점(32)에서 약 80 내지 40중량%의 양으로, 그리고, 지점(34)에서 전체 원료의 잔량인 약 20 내지 60중량%를 주입할 수 있다. 바람직하기로는, 전체 원료량의 약 75 내지 60중량%의 양을 지점(32)에서 주입하고, 그 잔량인 약 25 내지 40중량%의 양을 지점(34)에서 주입하는 것이 좋다. 본 명세서에 기술된 실시예에서, 카본블랙을 생성시키는 원료(30)을 복수개의 젯트 분사 형태로 주입시켜 고온 연소 가스 스트림의 내부 영역으로 침투시켜 고온 연소 가스 및 카본블랙을 생성시키는 원료를 고속으로 혼합하고 전단시킴으로써, 원료를 본 발명의 신규 카본블랙으로 급속히 그리고 완전히 분해하고 전환시켰다.

카본블랙 생성 원료 및 고온 연소 가스의 혼합물은 대역(12)를 거쳐 반응부(18) 내로 다운스크림으로 흐른다. 지점(42)에 위치하는 물(50)을 주입하는 켄치(40)는 본 발명의 신규한 카본블랙이 형성되었을 때 카본블랙 생성 원료의 열분해를 중단시키기 위해 사용된다. 열분해를 중단시키기 위한 켄치의 위치를 선정하는 방법으로는 당 업계에 공지된 방법을 사용하여 지점(42)를 결정할 수 있다. 그 예로, 열분해를 중단시키는 켄치의 위치를 결정하는 한가지 방법은 본 발명의 신규한 카본블랙에 대한 수용가능한 톨루엔 추출량이 달성되는 지점을 결정하는 방법이다. 톨루엔 추출량은 ASTM 시험 D-1618-83 카본블랙 추출물-톨루엔 변색(Carbon Black Extractables-Toluene Discoloration)을 사용하여 측정할 수 있다. Q는 대역(18)의 시작부부터 켄치 지점(42)까지의 거리이나, 켄치의 위치에 따라서 가변될 수 있다.

고온 연소 가스와 카본블랙 생성 원료의 혼합물이 켄칭된 후에 냉각된 가스는 통상의 냉각 및 분리 수단내로 다운스트림으로 통과하여 카본블랙이 회수된다. 가스 스트림으로부터 카본블랙의 분리는 침전기, 사이클론 분리기 또는 백필터(back filter)와 같은 종래의 수단에 의해 용이하게 달성된다. 이러한 분리에 이어 카본블랙을, 예컨데, 습식 펠릿 제조기를 사용해서 펠릿화시킬 수 있다.

이하의 시험 과정은 본 발명의 카본블랙의 분석 특성 및 본 발명의 카본블랙을 혼입시킨 고무 조성물의 물성을 측정하고 평가하는데에 사용된다.

카본블랙의 질소 표면적(N₂SA)은 ASTM D3037-88의 평가 방법에 준하여 측정하였다. 카본블랙의 요오드 흡착기(I₂No.)는 JIS K6221-1982의 평가 방법에 준하여 측정하였다. CTAB 표면적(세틸트리메틸암모늄 브로마이드 흡착량)은 ASTM D3765-85의 평가 방법에 준하여 측정하였다. 카본블랙의 DBP(디부틸 프탈레이트 흡착량)은 JKS K6221-1982에 기재된 평가 방법에 준하여 측정하였다. 카본블랙의 팰릿은 ASTM D 3493에 기재된 방법을 사용해서 분쇄하였다.

카본블랙의 △D₅₀은 이하의 방법으로 측정하였다. 카본블랙 시료의 응집물의 스토크스 직경 대 제공된 시료에서 이들의 상대적 발생 빈도수로 히스토그램을 작성하였다. 제2도에 나타낸 바와 같이, 선(B)는 Y축에 평행한 방향으로 히스토그램의 피크(A)로부터 그의 히스토그램의 X축 상의 점(C)에서 끝나도록 그렸다. 얻어진 선(B)의 중간 위치를 측정하여 점(F)를 정하고, 그의 중간점(F)를 지나 X축에 평행하게 작동하여 이를 선(G)라 한다. 선(G)는 2개의 점(D)와 (E)에서 히스토그램의 분포곡선과 교차한다. 점(D)와 (E)에서 카본블랙 입자들의 2개의 스토크스 직경 차의 절대값이 △D₅₀값이다. 히스토그램을 만들기 위해 사용된 데이타는 일예로 영국의 타인 앤드 웨어(Tyne and wear)에 소재하는 Joyce Loel Co. Ltd사에서 제조한 것과 같은 디스크형 원심분리기를 사용하여 결정된다. 하기의 방법은 1985년 2월 1일에 공개된 Joyce Loebl 디스크형 원심분리기 서류 관련 번호 DCF 4.008의 시방서에 기재된 방법의 변형이며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용되며, 이 방법을 사용하여 데이타를 얻었다.

그 방법은 다음과 같다. 카본블랙 시료 10mg을 칭량용 용기에서 칭량하고, 여기에 0.05% NONIDET P-40 계면 활성제(NONIDET O-40은 Shell Chemical CO사가 제조하여 시판하는 계면활성제의 등록된 상표명임)로 제조된 10% 무수 에탄올과 90% 증류수의 용액 500cc를 첨가한다. 얻어진 현탁액을 미합중국 뉴욕주 파밍데일(Farmingdale)에 소재하는 Heat Systems Ultrasonics Inc.사가 제조하여 시판하는 Sonifier Model No. W 385를 사용하여 초음파 에너지의 수단에 의해 15분 동안 분산시킨다.

디스크형 원심분리기를 작동시키기에 앞서, 하기 데이타를 디스크 원심분리기로부터의 데이타를 기록하는 컴퓨터에 입력시킨다.

1. 카본블랙의 비중 1.86g/cc,

2. 물과 에탄올의 용액에 분산된 카본블랙 용액의 용적 0.5cc,

3. 스핀 유체의 용적, 즉, 물 10cc,

4. 23℃에서 스핀 유체의 점도 0.933cps,

5. 23℃에서 스핀 유체의 밀도 0.9975g/cc,

6. 디스크 속도 8000rpm,

7. 데이타용 시료 추출 간격 1초.

스트로보스코프를 작동시키면서 디스크 원심분리기를 8000rpm에서 조작한다. 스핀 유체로서 증류수 10cc를 고속 회전 디스크 중에 주입한다. 이때의 혼탁도 수준을 0으로 설정하고, 완충액으로서 10% 무수 에탄올과 90% 증류수의 용액 1cc를 주입한다. 이어서, 디스크 원심분리기의 감압(減壓) 및 승압(昇壓)용 단추를 눌러 스핀 유체와 완충액 간에 완만한 농도 구배가 얻어지도록 작동시키고, 그 구배를 모니터를 통해서 눈으로 관찰한다. 2종의 유체 사이의 두드러진 경계가 없는 완만한 구배가 얻어질 때, 에탄올 수용액 중에 분산시킨 카본블랙 0.5cc를 고속 회전 디스크에 주입하고, 즉시 데이타 수집을 시작한다. 스트림이 일어나는 경우에는 그 운전을 중단한다. 에탄올 수용액 중에 분산된 카본블랙을 디스크에 주입한 후에, 이 디스크를 20분 동안 고속 회전시킨다. 20분간 고속 회전시킨 후에, 디스크의 회전을 정지시키고, 스핀 유체의 온도를 측정하여, 주행의 초기 단계에서 측정한 스핀 유체의 온도와 주행이 끝난 단계에서 측정한 스핀 유체의 온도와의 평균치를 디스크 원심분리기로부터의 데이타를 기록하는 컴퓨터에 입력시킨다. 그 데이타를 표준스토크스 식에 따라 분석하고 하기 정의들을 사용해서 나타낸다.

카본 블랙 응집물-주로 합체된 입자들로 이루어진 최소 분산 단위인 분리된 경질의 콜로이드성 엔티티(entity).

스토크스 직경-스토크스 식에 따라 원심력 또는 중력장에 의해 점성 매체에 침전하는 구의 직경. 카본 블랙 응집물과 같은 비구형체도 비구형체와 동일한 밀도 및 침전 속도를 갖는 매끄럽고 경질의 구형으로 간주하여 스토크식 식으로 나타낼 수 있음. 단위는 그 직경을 통상 나노미터(nm) 단위로 표시함.

모드(mode)(기록용 Dmode)-스토크스 직경의 분포 곡선중에 피크점(제2도의 점 A)에서의 스토크스 직경.

중간 스토크스 직경(기록용 Dst)-50중량%의 시료가 더 크거나 또는 더 작은 스토크스 직경의 분포곡선상의 점(제2도에서의 점 H). 이를 측정의 중간 값으로 나타냄.

Dmode_C와 ((△D₅₀)c의 값은 본 발명의 시료를 먼저 ASTM D 3493에 기재된 방법에 따라 압축하여, 이 압축된 시료를 상기한 방법을 사용해서 평가함으로써 구해진다.

고무 조성물의 마모 데이타는 램보른(Lambourn) 마모기를 사용해서 측정하였다. 시험편으로는 54.0mm의 외경과 12.7mm의 두께를 갖는 것을 사용하였다. 마모제 입자가 C 유형이고, 입도가 #80이며, 결합도가 K인 숫돌을 사용하였다. 숫돌 표면과 시험편 사이의 상대적 슬립율(slip ratio)은 25%이었다. 시험시 부하량은 12kg이었고, 입도 #100의 탄화규소 입자가 분당 10g으로 첨가되었다. 하기 실시예에서, 마모 인덱스는 IRB #6 카본블랙을 함유하는 대조용 조성물의 마모율을 동일 슬립에서 본 발명의 특정 카본블랙을 사용해서 제조한 조성물의 마모율로 나눈 비율이다.

고무 조성물의 모듈러스, 인장성 및 연신성은 ASTM D412에 기재된 평가 방법에 준하여 측정하였다.

이하, 본 발명의 효율성 및 잇점을 다음의 실시예로 추가로 예시한다.

실시예 1-3

본 발명의 신규한 카본블랙에 대한 3가지 실시예의 시료를 표 1에 기재한 반응 조건 및 기하학을 이용하여, 제1도에 나타내고 본 명세서에 일반적으로 도시한 반응기 중에서 3개의 상이한 카본블랙 제조 공정으로 제조하였다. 각각의 실시예에서 연소 반응에 사용된 연료 오일의 특성 및 각각의 실시예에서 사용한 원료의 특성은 다음과 같다.

Inj.=주입; Comb.=연소; Press.=압력; Pt. 32=제1도 상의 지점 32;

Pt. 34=제1도 상의 지점 34; gph=갈론/시; psi=lbs/in²

kscfh=표준 ft³/hr×1000; in=인치; ℉=화씨온도

이어서 각각의 공정에서 생성된 카본블랙을 본 발명의 방법에 따라 분석하였다. 각각의 공정에서 제조한 카본블랙, 3개의 비교 실시예(C.E.) 카본블랙 및 IRB #6 기준 카본블랙 시료에 대한 분석 특성은 다음과 같다.

CE=비교 실시예 카본블랙

실시예 4

본 실시예는 천연 고무 조성물 중에서의 본 발명의 신규한 카본블랙의 용도를 예시한다.

본 발명의 신규한 카본블랙, 비교 실시예 및 IRB #6의 카본블랙을 함유하는 천연 고무 조성물을 다음의 방법에 따라 제조하였다.

천연 고무 조성(ASTM D-3192-1985)

MBTS=머캅토벤조티아졸설펜아미드

천연 고무 조성물의 각각을 145℃에서 30분 동안 경화시켰다.

천연 고무 조성물 A는 실시예 1의 카본블랙으로 제조하였다. 천연 고무 조성물 B는 실시예 2의 카본블랙으로 제조하였다. 천연 고무 조성물 C는 실시예 3의 카본블랙으로 제조하였다. 천연 고무 조성물 D는 비교 실시예 1의 카본블랙으로 제조하였다. 천연 고무 조성물 E는 비교 실시예 2의 카본블랙으로 제조하였다. 천연 고무 조성물 F는 비교 실시예 3의 카본블랙으로 제조하였다. 천연 고무 조성물 G는 IRB #6 카본블랙으로 제조하였다.

이어서, 천연 고무 조성물의 정특성을 본 명세서에 기재한 ASTM 방법에 따라 평가하고, 그 결과를 다음에 나타냈다.

*EI=연신; El_b=연신파괴;

상기 결과는 본 발명의 카본블랙과 함께 제조된 천연 고무 조성물의 인장 강도가 비교용 카본블랙의 인장 강도보다 강함을 보여준다. 따라서, 본 발명의 카본블랙은 천연 고무 조성물에 보다 높은 보강성을 제공한다. 더욱이, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 고무 조성물의 반발 탄성값이 여타의 것보다 더욱 큼으로써 이들 조성물에 대한 히스테리시스 손실이 더욱 적어진다. 따라서, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 타이어를 사용하는 버스 또는 트럭과 같은 영업용 자동차는 비교용 카본블랙으로 제조한 타이어를 사용하는 자동차보다 좀더 양호한 가스 마일수(mileage)를 성취할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 고무조성물에 대한 마모 인덱스는 비교용 카본블랙으로 제조한 고무 조성물의 마모 인덱스보다 높다. 따라서, 본 발명의 카본블랙으로 제조된 버스 및 트럭용 타이어는 비교용 카본블랙으로 제조된 타이어보다 좀더 긴 트레드 수명을 가진다.

실시예 5

본 실시예는 합성 고무 조성물에서의 본 발명의 신규한 카본블랙의 용도를 예시한다. 본 발명의 신규한 카본블랙, 비교 실시예의 카본블랙 및 IRB #6의 카본블랙을 함유하는 합성 고무 조성물을 다음의 방법에 따라 제조하였다.

합성 고무

SBR=스티렌 부타디엔 고무

BR=부타디엔 고무

CBS=N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드

MBT=2-머캅토벤조티아졸

이들 각각의 합성 고무 조성물을 145℃에서 30분 동안 경화시켰다.

합성 고무 조성물 T는 실시예 1의 카본블랙으로 제조하였다. 합성 고무 조성물 U는 실시예 2의 카본블랙으로 제조하였다. 합성 고무 조성물 V는 실시예 3의 카본블랙으로 제조하였다. 합성 고무 조성물 W는 비교 실시예 1의 카본블랙으로 제조하였다. 합성 고무 조성물 X는 비교 실시예 2의 카본블랙으로 제조하였다. 합성 고무 조성물 Y는 비교 실시예 3의 카본블랙으로 제조하였다. 합성 고무 조성물 Z는 기준 IRB #6 카본블랙으로 제조하였다.

이어서, 합성 고무 조성물의 정특성을 본 명세서에 기재된 ASTM 방법에 따라 평가하고, 그 결과를 다음에 나타냈다.

*EI=연신; El_b=연신파괴;

상기 결관느 본 발명의 카본블랙으로 제조한 합성 고무 조성물의 인장 강도가 비교용 카본블랙의 인장강도보다 강함을 보여준다. 따라서, 본 발명의 카본블랙은 고무 조성물에 보다 높은 보강성을 제공한다. 더욱이, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 고무 조성물의 반발 탄성값이 여타의 것보다 크기 때문에, 히스테리시스 손실이 이들 조성물에 대해서 보다 낮다. 따라서, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 타이어를 이용하는 승용차는 비교용 카본블랙으로 제조한 타이어를 이용하는 자동차보다 좀 더 양호한 가스 마일 수를 성취할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 고무 조성물의 마모 인덱스는 비교용 카본블랙으로 제조한 고무 조성물의 마모 인덱스보다 크다. 따라서, 본 발명의 카본블랙으로 제조한 승용차용 타이어는 비교용 카본블랙으로 제조한 타이어보다 긴 트레드 수명을 가진다.

상기 실시예에서 알 수 있듯이, 본 발명의 카본블랙은 고무 조성물에 낮은 히스테리시스를 제공함과 동시에 우수한 보강성(내마모성)을 제공한다.

본 명세서에 기재한 본 발명의 형태는 단지 예시적이며, 본 발명의 영역을 제한하고자 하는 것이 아님을 알아야 한다. 본 발명은 다음의 청구 범위의 영역내에 속하는 모든 변형을 포함한다.

Claims

요오드 흡착가 (I₂No.)가 135 내지 200mg/g이고, DBP가 105 내지 150cc/100g이며, CTAB/I₂No.의 비율이 0.95 내지 1.05이고, N₂SA/CTAB 비율이 1.05 이하이며, Dmode_C/Dmod_U의 비율이 0.96 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 카본블랙.
제1항에 있어서, 또한, (△D₅₀)c/(△D₅₀)u의 비율이 1.0 내지 1.15인 것을 특징으로 하는 카본블랙.
고무 100중량부 및 135 내지 200mg/g의 I₂No., 105 내지 150cc/100g의 DBP, 0.95 내지 1.05의 CTAB/I₂No., 1.05 이하의 N₂SA/CTAB 비율, 0.96 내지 1.0의 Dmode_C/Dmode_U의 비율을 갖는 카본블랙 10 내지 250중량부를 함유하는 고무 조성물.
제3항에 있어서, 상기 카본블랙이 또한 1.0 내지 1.15의 (△D₅₀)c/(△D₅₀)u의 비율을 갖는 것인 고무 조성물.