KR100494216B1 - Process for preparing surface-treated carbon black and rubber composition - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카가 표면에 부착된 카본블랙에 있어서, 부착된 실리카가 두께 0.1 ∼ 20 ㎚, 폭 1 ∼ 40 ㎚ 크기인 것을 특징으로 하는 카본블랙에 관한 것이다.The present invention relates to carbon black having silica attached to the surface, wherein the attached silica has a thickness of 0.1 to 20 nm and a width of 1 to 40 nm.

Description

표면 처리 카본블랙의 제조 방법 및 고무 조성물 {PROCESS FOR PREPARING SURFACE-TREATED CARBON BLACK AND RUBBER COMPOSITION}Process for producing surface treated carbon black and rubber composition {PROCESS FOR PREPARING SURFACE-TREATED CARBON BLACK AND RUBBER COMPOSITION}

본 발명은 표면에 실리카를 첨착하여 실란올기를 표면에 존재시킨 카본블랙의 제조 방법 및 이 카본블랙을 배합한 고무 조성물에 관한 것으로서, 얻어지는 고무 조성물은 타이어트레드나 벨트 등의 제조에 바람직하게 사용된다.The present invention relates to a method for producing carbon black in which a silanol group is present on a surface by adhering silica to a surface thereof, and a rubber composition incorporating the carbon black, wherein the resulting rubber composition is suitably used for the production of tire treads or belts. .

보강 입자를 배합한 가황고무 조성물이 반복 변형을 받았을 때의 발열성의 지표에 tanδ가 있다. 예컨대, 타이어트레드의 회전 저항을 감소시켜 저연비로 하기 위해서는 50 ∼ 70 ℃ 의 tanδ를 작게 하면 됨이 알려져 있다. 한편, 젖은 노면에서의 제동 특성 등은 0 ℃ 부근의 tanδ가 큰 편이 양호해진다. 이 tanδ의 온도 의존성을 개량하는, 즉 50 ∼ 70 ℃ 의 tanδ를 작게, 또한 0 ℃ 부근의 tanδ를 크게 하는 방법으로서, 충전제로서 실리카를 배합하는 것이 시도되고 있다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 평3-252433 호에는 용액 중합법 SBR 에 실리카와 실란 커플링제를 배합하는 것이 기재되어 있다. 또한, 일본 공개특허공보 평7-165991 호에는 실란커플링제로서, 특히 실리카와 고무에 반응할 수 있는 2 관능성의 것이 뛰어나다고 기재되어 있다.Tan δ is an indicative of exothermicity when the vulcanized rubber composition containing reinforcing particles is subjected to repeated deformation. For example, in order to reduce the rolling resistance of the tire tread to achieve low fuel consumption, it is known that the tan δ of 50 to 70 ° C. should be made small. On the other hand, the braking characteristics and the like on the wet road surface tend to be larger in tan δ around 0 ° C. As a method of improving the temperature dependency of tan-delta, ie, making tan-delta of 50-70 degreeC small and tan-delta of 0 degreeC vicinity, trying to mix | blend silica as a filler is tried. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. H3-252433 describes mixing a silica and a silane coupling agent in the solution polymerization method SBR. In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-165991 discloses that as a silane coupling agent, particularly, a bifunctional one capable of reacting with silica and rubber is excellent.

이것은 실란올기를 표면에 갖는 입자, 예를 들면 실리카 입자는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)-테트라술판 등의 실란커플링제와 함께 디엔계고무에 혼합하여 가황하였을 때에 커플링제를 통해 입자와 고무가 화학적으로 결합하는 것이 알려져 있으며, 그럼으로써 입자배합 가황 고무 조성물의 60 ℃ 부근의 tanδ가 낮아지고, 또한 내마모성이 향상되는 등의 물성의 향상이 나타나는 것이라 생각된다.This is because when the particles having silanol groups on the surface, for example, silica particles, are vulcanized by mixing with a silane coupling agent such as bis (3-triethoxysilylpropyl) -tetrasulfane in a diene rubber and vulcanized, It is known that rubber bonds chemically, thereby improving physical properties such as lowering of tan δ around 60 ° C. of the particle mixture vulcanized rubber composition and improved wear resistance.

그러나, 실리카를 충전제로서 배합한 경우, tanδ의 온도 의존성을 개량할 수는 있으나, 실리카 충전제는 자기 응집력이 강하기 때문에 고무중으로 분산되기 어렵고 가공성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 고가의 실란커플링제를 실리카에 대하여 통상 5 ∼ 15 % 나 첨가하여야 하기 때문에 컴파운드 비용이 비싸진다는 문제도 있다.However, when silica is blended as a filler, the temperature dependence of tan δ can be improved, but the silica filler has a problem in that it is difficult to disperse in rubber due to its strong magnetic cohesion and poor workability. In addition, since the expensive silane coupling agent must be added in an amount of 5 to 15% to silica, there is also a problem that the compound cost is high.

또한, 카본블랙에 실리카 충전제를 배합하지 않고 상기한 바와 같은 황 원자를 갖는 실란커플링제를 배합하면, 입자배합 고무 조성물의 60 ℃ 부근의 tanδ가 상당히 저감되는 경우가 있다. 그러나, 저온역 (-10 ∼ 0 ℃), 저비틀림하 (0.1 ∼ 1 %) 에서의 복소탄성률 (E*) 이나 동적 탄성률 (E') 이 높기 때문에 제동 특성이 저하된다는 결점이 있다.In addition, when the silane coupling agent having a sulfur atom as described above is added to the carbon black without blending the silica filler, tan δ around 60 ° C of the particle blend rubber composition may be considerably reduced. However, since the high modulus of elasticity (E * ) and dynamic modulus (E ') of the low temperature region (-10 to 0 ° C) and low torsion (0.1 to 1%) are high, there is a drawback that the braking characteristic is lowered.

한편, 고무 조성물에 배합되는 카본블랙을 실리카 혹은 실란으로 표면 처리하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 소53-100190 호나 공개특허공보 소61-291659 호에는 용제 혹은 물에 용해시킨 실리콘의 유기 화합물 또는 유기금속 화합물을 카본블랙에 혼합하여 건조시키는 방법이 기재되고, 구체적으로는 실리콘 화합물로서 디메틸폴리실록산이나 실리콘 오일이 이용되고 있다. 또한, 일본 공개특허공보 소56-38357 호에는 환식알킬폴리실록산 또는 실리콘 화합물로 처리된 표면을 갖는 표면 소수화된 카본블랙이 제안되어 있다. 일본 공개특허공보 소58-125249 호에는 용제에 용해시킨 실란커플링제를 표면에 피복한 카본블랙이 기재되어 있다. 일본 공개특허공보 소63-63755 호에는 카본블랙을 수중에 분산시키고 규산나트륨을 황산으로 중화시킴으로써, 카본블랙 표면에 무정형실리카를 침전시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이들 방법은 모두 용제의 제거나 회수 혹은 중화조작 등 프로세스면, 경제면에서 공업화에 적합하다고 말하기 어렵다. 또한, 일본 공개특허공보 평4-233976 호에는 특정의 유기규소 화합물 (구체적으로는 특정 구조의 황 함유 실란커플링제)로 카본블랙을 화학적으로 변성하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법도 추출 조작이나 변성하기 위한 후처리 등의 프로세스적·경제적인 문제가 있다. 또한, 이들 카본블랙을 실리카, 실란 등의 표면 처리제로 처리하는 방법에서는 표면 처리제가 모든 카본블랙 표면에 충분히 균일하게 부착되지 않는 경우도 예상된다.On the other hand, it is proposed to surface-treat carbon black blended with a rubber composition with silica or silane. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-100190 or Japanese Patent Laid-Open No. 61-291659 discloses a method of mixing an organic compound or an organometallic compound of silicon dissolved in a solvent or water with carbon black and drying it. As the silicone compound, dimethyl polysiloxane or silicone oil is used. Also, JP-A-56-38357 proposes a surface hydrophobized carbon black having a surface treated with a cyclic alkylpolysiloxane or a silicone compound. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 58-125249 describes carbon black coated on the surface of a silane coupling agent dissolved in a solvent. JP-A-63-63755 proposes a method of precipitating amorphous silica on the surface of carbon black by dispersing carbon black in water and neutralizing sodium silicate with sulfuric acid. However, these methods are hardly said to be suitable for industrialization in terms of processes and economics such as removal, recovery or neutralization of solvents. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 4-233976 proposes to chemically modify carbon black with a specific organosilicon compound (specifically, a sulfur-containing silane coupling agent having a specific structure). However, this method also has a process and economic problem such as extraction operation or post-treatment for denaturation. Moreover, in the method of treating these carbon blacks with surface treating agents, such as a silica and a silane, it is also expected that a surface treating agent will not adhere uniformly enough to all the carbon black surfaces.

발명의 개시Disclosure of the Invention

본 발명자들은 상기 과제를 감안하여 실리카 수준의 점탄성특성 (tanδ의 온도 의존성) 을 갖고, 또한 실리카의 난분산성, 난가공성을 카본블랙 수준으로 개량한 보강 입자 및 이것을 배합하여 이루어지는 고무 조성물을 제공하기 위하여 카본블랙 표면에 실리카를 첨착하는 방법에 대하여 예의 검토하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In view of the said subject, the present inventors provide the rubber composition which has the viscoelastic property (temperature dependence of tan-delta) of silica level, and improves the dispersibility and the processability of silica to the carbon black level, and mix | blended this The method of adhering silica to the carbon black surface was earnestly examined.

그 결과, 특정의 규소함유 화합물을 이용하여 특정 방법으로 카본블랙의 표면 처리를 실행함으로써, 효율적이면서 효과적으로 실란올기를 카본블랙 표면에 존재시킬 수 있는 것, 또한 이와 같이 하여 표면 처리된 카본블랙을 배합한 고무 조성물은 뛰어난 특성을 발휘하는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.As a result, the surface treatment of carbon black is carried out by a specific method using a specific silicon-containing compound, so that silanol groups can be effectively and effectively present on the surface of the carbon black, and the surface treated carbon black is blended in this manner. One rubber composition has been found to exhibit excellent properties, leading to the completion of the present invention.

즉, 본 발명은 200 ℃ 이하에서 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 카본블랙 표면에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 카본블랙 및 이 표면 처리 카본블랙을 배합하여 이루어지는 고무 조성물에 있다.That is, the present invention comprises a mixture of surface treated carbon black and the surface treated carbon black, wherein the silane and / or polysiloxane, in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen, is brought into contact with the carbon black surface at 200 ° C. or lower. In the rubber composition.

이러한 본 발명에 의해 카본블랙 표면에 실란올기를 도입할 수 있기 때문에, 실리카 입자 등 실란올기를 갖는 입자의 배합에 의해 시도되었던 가황고무 조성물의 60 ℃ 부근의 tanδ의 저하, 내마모성의 향상 등의 물성의 향상을 실리카 등의 입자를 배합하지 않고 달성할 수 있다.Since the silanol group can be introduced to the surface of the carbon black according to the present invention, physical properties such as reduction of tan δ around 60 ° C and improvement of abrasion resistance of the vulcanized rubber composition attempted by blending particles having silanol groups such as silica particles. The improvement can be achieved without mixing particles such as silica.

또한, 황 원자를 갖는 실란커플링제를 배합한 경우와 같은 저온역 (-10 ∼ 0 ℃), 저비틀림하 (0.1 ∼ 1 %) 에서의 복소 탄성률 (E*) 이나 동적 탄성률 (E') 이 높기 때문에 제동 특성이 저하된다는 결점도 해소할 수 있다.Moreover, the complex elastic modulus (E * ) and dynamic elastic modulus (E ') in the low temperature range (-10-0 degreeC) and low torsion (0.1-1%) similar to the case where the silane coupling agent which has a sulfur atom are mix | blended As a result, it is possible to solve the disadvantage that the braking characteristic is lowered.

또한, 본 발명에서 얻어지는 표면 처리 카본블랙에 의하면, 실리카의 결점인 난분산성, 난가공성을 카본블랙 수준으로 개량할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의해 실리카와 카본블랙의 장점을 겸비한 보강 입자, 즉 실리카 수준의 점탄성특성 (tanδ의 온도 의존성) 을 가지며, 또한 실리카의 난분산성, 난가공성을 카본블랙 수준으로 개량한 보강 입자와, 이것을 배합하여 이루어지는 고무 조성물을 제공할 수 있게 된다.In addition, according to the surface-treated carbon black obtained in the present invention, it is possible to improve the hard dispersibility and the hard workability, which are defects of silica, to the carbon black level. Therefore, according to the present invention, reinforcing particles having the advantages of silica and carbon black, that is, reinforcing particles having viscoelastic properties (temperature dependence of tanδ) at the silica level and improving the dispersibility and workability of the silica to the carbon black level, It becomes possible to provide the rubber composition which mix | blends this.

도 1 은 실시예 8 에서 얻어진 실리카가 부착된 카본블랙을 나타내는 투과형 전자현미경사진 (2,000,000 배) 을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the transmission electron micrograph (2,000,000 times) which shows the carbon black with silica obtained in Example 8.

도 2 는 도 1 중 A 부의 EDX 스펙트럼을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an EDX spectrum of part A in FIG. 1.

도 3 은 도 1 중 B 부의 EDX 스펙트럼을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating an EDX spectrum of part B in FIG. 1.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

우선, 본 발명에서 표면 처리에 이용되는 원료로서의 카본블랙은 특별히 한정되어 있지 않으나, 고무에 배합하는 경우에는 고무 공업에서 사용할 수 있는 것으로서 공지의 여러 가지 타입, 예컨대 퍼니스블랙 (ASTM D 1765 에 의한 분류), 채널블랙, 서멀블랙, 아세틸렌블랙 등이 바람직하다. 이들 원료카본블랙을 제조하기 위해서는, 예컨대 퍼니스블랙의 경우에는 고온가스류중에 고방향족 중질유를 도입하며, 이 중질유의 불완전연소 또는 열분해에 의해 얻을 수 있다.First of all, carbon black as a raw material to be used for surface treatment in the present invention is not particularly limited. However, when blended with rubber, carbon black can be used in the rubber industry and is known in various types such as furnace black (ASTM D 1765). ), Channel black, thermal black, acetylene black and the like are preferable. In order to produce these raw carbon blacks, for example, in the case of the furnace black, a high aromatic heavy oil is introduced into a high temperature gas stream, which can be obtained by incomplete combustion or pyrolysis of the heavy oil.

본 발명에 있어서는 카본블랙을 특정 규소 화합물과 접촉한다. 즉, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산과 접촉하는 것이다.In the present invention, carbon black is contacted with a specific silicon compound. That is, all organic groups are in contact with silane and / or polysiloxane which are bonded to silicon via oxygen.

여기서, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산이란, Si 에 O 를 통해 수소, 알킬기, 비닐기, 페닐기 또는 그 외의 관능기가 결합되어 있는 실란 및/또는 (Si-O)n 을 주쇄로 하고 (주쇄는 분지되거나 고리를 형성하여도 된다), Si 에 O 를 통해 수소, 알킬기, 비닐기, 페닐기 또는 그 외의 관능기가 결합되어 있는 폴리실록산을 말한다.Here, silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon through oxygen means silane and / or (Si-O) in which hydrogen, alkyl group, vinyl group, phenyl group or other functional groups are bonded to Si through O. n is used as the main chain (the main chain may be branched or may form a ring), and Si refers to a polysiloxane in which hydrogen, an alkyl group, a vinyl group, a phenyl group, or other functional group is bonded via O.

바람직하게는 Si 에 C1-4 의 알킬기가 결합되어 있는 테트라알콕시실란 및/또는 폴리알콕시폴리실록산이 이용된다. 후자는 전자의 저축합물로서 용이하게 얻을 수 있다. 후자로서, 예를 들면 다음 화학식 (1) 로 표시되는 것을 들 수 있다.Preferably, tetraalkoxysilane and / or polyalkoxypolysiloxane having C 1-4 alkyl group bonded to Si is used. The latter can be easily obtained as the former low condensate. As the latter, what is represented by following General formula (1) is mentioned, for example.

[화학식 1][Formula 1]

(RO)3-Si-O-[Si(OR)n-O(3-n)]mR(RO) 3 -Si-O- [Si (OR) n -O (3-n) ] m R

여기서 n = 1 또는 2, m 은 0 이상의 정수, R 은 서로 상이해도 좋은 C1-4 의 알킬기이다. 알킬기가 수소로 치환되어 있어도 좋다.N is 1 or 2, m is an integer of 0 or more, and R is a C 1-4 alkyl group which may be different from each other. The alkyl group may be substituted with hydrogen.

특히, R=CH3- 의 것으로서 테트라메톡시실란의 저축합물인 올리고머가 있으며, 미츠비시가가쿠(주) 제조「MKC 실리케이트 MS51」이, 함유하는 모노머 (즉, 테트라메톡시실란) 의 양이 1 중량% 이하로 적고, 따라서 품질 안정성이 뛰어나며, 또한 모노머에 의한 독성이 적어서 사용상 안전하기 때문에 바람직하다. 본 발명에 있어서는 이들 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 그대로 사용할 수도 있으나, 이것에 물 및 가수분해 촉매 등을 첨가하여 가수분해하거나 가수분해한 것을 다시 축합한 가수분해 축합물을 사용해도 된다.In particular, there is an oligomer which is a low-condensation product of tetramethoxysilane as R = CH 3- , and the amount of monomer (ie, tetramethoxysilane) contained in Mitsubishi Chemical Co., Ltd. product "MKC silicate MS51" is 1 It is preferable because it is less than% by weight, and therefore excellent in quality stability and safe in use because of less toxicity by monomers. In the present invention, silane and / or polysiloxane in which all of these organic groups are bonded to silicon via oxygen may be used as it is, but hydrolysis or condensation of hydrolyzed or hydrolyzed by adding water and a hydrolysis catalyst or the like to this may be used. Condensates may also be used.

가수분해 축합물로서, 예를 들면 상기 테트라메톡시실란의 올리고머를 알코올 중에서 가수분해 축합한「MKC 실리케이트 MS51SG1」(미츠비시가가쿠(주) 제조) 을 들 수 있다. 이것은 가수분해에 의해 실란올기가 다수 생성되어 있으므로 바람직하게 사용된다.As a hydrolysis-condensation product, "MKC silicate MS51SG1" (made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) which hydrolyzed and condensed the oligomer of the said tetramethoxysilane in alcohol is mentioned, for example. This is preferably used because a large number of silanol groups are generated by hydrolysis.

이들 테트라알콕시실란 및/또는 폴리알콕시폴리실록산은 다수의 알콕시기를 갖기 때문에, 카본블랙으로의 부착, 실란올기의 생성이 매우 뛰어나서, 얻어지는 표면 처리 카본블랙 및 이것을 배합하여 이루어지는 고무 조성물의 특성을 크게 향상시킴을 생각할 수 있다.Since these tetraalkoxysilanes and / or polyalkoxypolysiloxanes have a large number of alkoxy groups, adhesion to carbon black and generation of silanol groups are very excellent, thereby greatly improving the properties of the surface-treated carbon black obtained and the rubber composition formed by blending them. You can think of

그리고, 이들 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산에 실란커플링제 등 다른 유기성분을 배합한 것을 카본블랙과 접촉시켜도 무관하다. 이 경우, 다른 유기성분은 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산 100 중량부에 대하여 50 중량부 이하, 바람직하게는 20 중량부 이하가 바람직하다. 유기성분으로서는, 각종 실란커플링제 외에 각종 수지성분 등을 들 수 있으며, 필요에 따라 적절히 선택하여 상기 실란 및/또는 폴리실록산에 배합하면 된다.Further, carbon black may be brought into contact with carbon black in which silane and / or polysiloxane in which all of these organic groups are bonded to silicon via oxygen are mixed with other organic components such as a silane coupling agent. In this case, the other organic component is preferably 50 parts by weight or less, preferably 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen. As an organic component, various resin components other than various silane coupling agents are mentioned, What is necessary is just to select suitably, and to mix | blend with the said silane and / or polysiloxane.

모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산에 의한 카본블랙의 표면 처리는 이들 화합물을 200 ℃ 이하에서 카본블랙과 접촉시킴으로써 실행된다. 200 ℃ 를 넘으면 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산의 증발 (가스화) 이 촉진되며, 예컨대 스프레이시의 부착률이 저하되는 등의 문제가 발생한다.Surface treatment of carbon black with silanes and / or polysiloxanes in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen is carried out by contacting these compounds with carbon black at 200 ° C. or lower. When it exceeds 200 degreeC, the evaporation (gasification) of the silane and / or polysiloxane in which all the organic groups are couple | bonded with the silicon | silicone via oxygen is accelerated | stimulated, for example, a problem arises that the adhesion rate at spraying falls.

모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산의 사용량은 특별히 제한되어 있지 않으나, 카본블랙 100 중량부에 대하여 통상 0.1 ∼ 50 중량부가 사용된다. 더욱 바람직하게는 0.2 ∼ 30 중량부이다. 이 사용량이 너무 적으면 tanδ의 온도 의존성의 개량 효과가 적고, 반대로 너무 많으면 혼합 반죽중의 분산 가공성이 악화되며 또한 비용이 높아진다.The amount of silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon through oxygen is not particularly limited, but 0.1 to 50 parts by weight is usually used based on 100 parts by weight of carbon black. More preferably, it is 0.2-30 weight part. When the amount is too small, the effect of improving the temperature dependence of tan δ is small. On the contrary, when the amount is too large, the dispersion workability in the mixed dough is deteriorated and the cost is high.

이 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산과 카본블랙의 접촉은, 상술한 바와 같이 200 ℃ 이하에서 이들이 접촉할 수 있는 태양이라면 특별히 제한되지 않고, 예컨대 일측을 타측에 첨가함으로써 용이하게 접촉시킬 수 있다. 특히, 카본블랙의 조립공정에 있어서 이들을 접촉시키는 것이 바람직하다. 즉, 미조립 카본블랙에 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 첨가한 후 혹은 첨가하면서 조립함으로써, 균일하면서 간편하게 실리카원을 카본블랙 표면에 부착시킬 수 있다. 조립공정은 습식 조립이 바람직하다. 미조립 카본블랙과 동량 정도의 조립수중에 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 첨가하는 방법이 프로세스상 바람직하다. 더욱 바람직하게는 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 비이온계 계면활성제 등으로 조립수중에 유화분산시켜 첨가하는 방법이 이용된다. 이와 같이「물의 존재하」에서 접촉을 실행함으로써, 다음 공정인 건조 공정에서 산소를 통해 규소에 결합한 유기기의 가수분해가 촉진되어 실란올기가 다수 생성된다.The contact of silane and / or polysiloxane and carbon black, in which all of these organic groups are bonded to silicon via oxygen, is not particularly limited as long as it is an embodiment in which they can be contacted at 200 ° C. or lower as described above, and for example, one side is added to the other side. By making it easy to contact, In particular, it is preferable to contact these in the granulation process of carbon black. That is, the silica source can be attached to the surface of the carbon black uniformly and simply by adding the silane and / or the polysiloxane in which all the organic groups are bonded to silicon through oxygen to the unassembled carbon black. The granulation step is preferably wet granulation. Processes are preferred for the process of adding silane and / or polysiloxanes in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen in the same amount of granulated water as unassembled carbon black. More preferably, a method of emulsifying and dispersing silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen in a coarse water with a nonionic surfactant or the like is used. Thus, by performing contact in "in the presence of water", hydrolysis of the organic group couple | bonded with the silicon | silicone through oxygen is promoted in the drying process which is the next process, and many silanol groups are produced | generated.

조립후, 건조 공정을 거치는데 건조 공정에서의 잔존수분은 5 중량% 이하까지로 하는 것이 바람직하다. 건조 공정은 수분의 존재하에서 건조기 등의 장치를 사용하여 실행할 수 있다. 이 때, 산소를 통해 규소에 결합한 유기기의 일부가 가수분해되어 실란올기가 생성되는 것으로 생각된다.After granulation, the drying process is carried out, but the residual moisture in the drying step is preferably 5% by weight or less. The drying process can be performed using an apparatus such as a dryer in the presence of moisture. At this time, it is considered that a part of the organic group bonded to silicon via oxygen is hydrolyzed to generate silanol groups.

본 발명의 방법에 의해 얻어지는 표면 처리 카본블랙은 특별히 한정되지 않으나, 질소비표면적이 20 ∼ 300 ㎡/g, DBP 가 50 ∼ 250 ㏄/100 g 인 것이 바람직하다. 본 발명의 제조 방법에 의해 물유리로의 처리 등에 있어서와 같은 번잡한 조작을 필요로 하는 경우도 없으므로, 간편하게 실리카가 부착된 카본블랙을 제조할 수 있다. 또한, 다음에 설명하는 바와 같이 본 발명의 제조 방법에 의하면, 실리카 성분의 실질적으로 전량을 카본블랙의 표면에 또한 미세한 영역으로서 균일하게 존재시킬 수 있기 때문에, 소량으로 큰 효과를 발휘하는 실리카 부착 카본블랙을 얻을 수 있다. 또한, 품질의 콘트롤도 용이하다. 또한, 본 발명에 의해 실리카 성분의 분량의 거의 전량, 즉 80 중량% 이상, 90 중량% 이상을 카본블랙에 부착시킬 수도 있으므로 생산률이 매우 양호하다.Although the surface-treated carbon black obtained by the method of this invention is not specifically limited, It is preferable that nitrogen specific surface area is 20-300 m <2> / g, and DBP is 50-250 mW / 100g. Since the manufacturing method of this invention does not require the complicated operation like the process with water glass etc., carbon black with a silica can be manufactured simply. In addition, as described below, according to the production method of the present invention, since substantially the entire amount of the silica component can be uniformly present on the surface of the carbon black as a fine region, the carbon with silica exhibiting a large effect in a small amount. You can get black. In addition, quality control is also easy. Further, according to the present invention, almost all the amount of the silica component, i.e., 80 wt% or more and 90 wt% or more can be attached to the carbon black, so the production rate is very good.

이상, 설명한 본 발명의 제조 방법에 의하여 본 발명의 카본블랙을 얻을 수 있다. 즉, 실리카가 표면에 부착된 카본블랙으로서, 부착된 실리카의 80 중량% 이상이 두께 0.1 ∼ 20 ㎚, 폭 1 ∼ 40 ㎚ 크기인 것을 특징으로 하는 카본블랙이다. 부착된 실리카는 두께 0.1 ∼ 15 ㎚, 폭 1 ∼30 ㎚, 나아가서는 1 ∼ 20 ㎚ 으로 할 수도 있다. 그리고, 부착된 실리카의 90 중량% 이상을 상기한 범위로 할 수도 있다. 즉, 본 발명의 카본블랙은 실리카 성분을 미세하면서 균일한 상태로 부착시킬 수 있으며 고특성을 발휘할 수 있는 것이다. 여기서, 실리카의 두께란 카본블랙 표면과 수직 방향, 폭이란 두께 방향에 수직인 방향을 말한다. 실리카 성분의 크기는 투과형 전자 현미경 사진으로 확인할 수 있다. 구체적으로는 EDX 등의 수단에 의해 실리카 성분임이 확인된 개소에 대하여 투과형 전자현미경 사진에 의해 형상을 확인하거나 필요에 따라 화상 처리하여 두께와 폭을 측정할 수 있다.As mentioned above, the carbon black of this invention can be obtained by the manufacturing method of this invention demonstrated. Namely, the carbon black having silica attached to the surface thereof, wherein at least 80% by weight of the attached silica has a thickness of 0.1 to 20 nm and a width of 1 to 40 nm. The attached silica may be 0.1-15 nm in thickness, 1-30 nm in width, and also 1-20 nm. And 90 weight% or more of the attached silica can also be made into the said range. That is, the carbon black of the present invention can attach the silica component in a fine and uniform state and can exhibit high characteristics. Here, the thickness of silica means the direction perpendicular to the carbon black surface, and the width means the direction perpendicular to the thickness direction. The size of the silica component can be confirmed by transmission electron micrographs. Specifically, the shape and the thickness and the width can be measured by confirming the shape by a transmission electron micrograph or, if necessary, by the transmission type electron micrograph with respect to the part identified as a silica component by means, such as EDX.

그리고, 실리카 성분의 거의 전량을 카본블랙의 표면에 존재시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 카본블랙에 있어서는 특정의 규소 화합물로 처리하고 있다. 즉, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 실록산이다. 이와 같은 화합물을 사용하여 표면 처리를 실행하기 때문에, 표면 처리된 카본블랙의 표면에는 대량의 OH 기가 용이하게 형성되므로 고무 등으로의 배합 등을 할 때에는 비히클과의 부착성도 뛰어난 것으로 할 수 있다.And almost all of the silica component can be present on the surface of the carbon black. In addition, in the carbon black of this invention, it processes with the specific silicon compound. That is, silanes and / or siloxanes in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen. Since the surface treatment is carried out using such a compound, a large amount of OH groups are easily formed on the surface of the carbon black which has been surface-treated, and thus, it can be made excellent in adhesion with the vehicle when blending with rubber or the like.

고무로의 배합량은 통상 고무 성분 100 중량부에 대하여 10 ∼ 200 중량부, 바람직하게는 20 ∼ 150 중량부이다.The compounding quantity to rubber is 10-200 weight part normally with respect to 100 weight part of rubber components, Preferably it is 20-150 weight part.

본 발명의 고무 조성물에 사용되는 고무 성분은 특별히 제한되지 않으나 가교가능한 고무인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 황가황가능한 디엔계 고무이다. 고무는 단독이거나 또한 2 종 이상을 블렌드하여 사용해도 된다.The rubber component used in the rubber composition of the present invention is not particularly limited but is preferably a crosslinkable rubber. More preferred are sulfur vulcanizable diene rubbers. Rubber may be used individually or in mixture of 2 or more types.

본 발명의 고무 조성물에는 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 표면 처리 카본블랙 외에 통상의 카본블랙이나 실리카를 병용하여도 된다. 그러나, 그 배합량은 상기 표면 처리 카본블랙의 5 배를 넘지 않는 것이 바람직하다.In the rubber composition of the present invention, in addition to the surface-treated carbon black obtained by the production method of the present invention, ordinary carbon black and silica may be used in combination. However, it is preferable that the compounding quantity does not exceed 5 times of the said surface-treated carbon black.

또한, 본 발명의 고무 조성물에는 실란커플링제가 배합되는 것이 바람직하다. 실란커플링제로서는 종래 사용되던 것을 임의로 배합할 수 있는데, 특히 실란올기 및 고무계 중합체와 반응할 수 있는 적어도 2 관능성의 것이 바람직하다. 구체적으로는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)-테트라설파이드나 메르캅토프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 이들은 본 발명에 의해 생성된 카본블랙 표면의 실란올기가 혼합 반죽시에 실란커플링제의 알콕시부분과 반응 및 결합하여 설파이드부분은 가황반응에 있어서 고무계 중합체와 반응하기 때문이다. 이 경우, 본 발명에 의해 얻어진 표면 처리 카본블랙을 사용함으로써, 실란커플링제의 배합량은 통상의 실리카 배합에 비하여 적어도 된다. 즉, 통상의 실리카 배합은 고가의 실란커플링제를 실리카 100 중량부에 대하여 보통 5 ∼ 15 중량부 첨가할 필요가 있기 때문에 컴파운드 비용이 비싸진다는 문제가 있으나, 본 발명에 따르면 실란커플링제의 배합량은 본 발명에 의해 얻어지는 표면 처리 카본블랙에 대하여 실리카 첨착량에 따라 달라지지만 1 ∼ 10 중량부로 충분하다. 이것은 카본블랙 표면에 존재하는 실란올기의 토탈량이 통상의 실리카 입자 표면의 실란올기보다 적은 것에 기인하며, 반응하기에 충분한 실란커플링제량으로 충분함을 의미하고 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 실리카계 배합에 비하여 컴파운드 비용이 저렴해진다는 장점도 있다.Moreover, it is preferable that a silane coupling agent is mix | blended with the rubber composition of this invention. As a silane coupling agent, what was conventionally used can be mix | blended arbitrarily, Especially the thing of the at least bifunctional which can react with a silanol group and a rubber type polymer is preferable. Specifically, bis (3-triethoxysilylpropyl)-tetrasulfide, mercapto propyl triethoxysilane, etc. are mentioned. This is because the silanol groups on the surface of the carbon black produced by the present invention react and bond with the alkoxy moiety of the silane coupling agent during mixing kneading, and the sulfide moiety reacts with the rubber polymer in the vulcanization reaction. In this case, the compounding quantity of a silane coupling agent becomes it at least as compared with normal silica compounding by using the surface-treated carbon black obtained by this invention. That is, conventional silica compounding has a problem that the compound cost is expensive because it is usually necessary to add an expensive silane coupling agent to 5 parts by weight to 100 parts by weight of silica, but according to the present invention, the compounding amount of the silane coupling agent Although it depends on the amount of silica deposition with respect to the surface-treated carbon black obtained by this invention, 1-10 weight part is enough. This is because the total amount of silanol groups present on the carbon black surface is smaller than the silanol groups on the surface of normal silica particles, which means that a sufficient amount of silane coupling agent to react. Therefore, the present invention also has the advantage that the compound cost is lower than that of the silica-based compounding.

본 발명에서 얻어지는 표면 처리 카본블랙을 배합한 고무 조성물은 타이어트레드, 언더트레드, 사이드트레드 등의 타이어용도나 방진고무나 벨트 등의 일반 고무 부재에 바람직하게 제공된다.The rubber composition incorporating the surface treated carbon black obtained in the present invention is suitably provided for tire use such as tire tread, undertread, and side tread, and general rubber members such as dustproof rubber and belt.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명한다.Hereinafter, an Example demonstrates this invention.

[실시예 1 ∼ 7]EXAMPLES 1-7

표면 처리 카본블랙의 제조Preparation of Surface Treated Carbon Black

카본블랙으로서「N220」(「DIABLACK-Ⅰ」: 미츠비시가가쿠(주) 제조) 의 미조립품 1000 g 을 실험실용 조립장치에 넣는다. 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산으로서, 테트라메톡시실란의 저축합물인 올리고머 (상품명 :「MKC 실리케이트 MS51」미츠비시가가쿠(주)) 의 소정량 (표 1 에 기재) 을 비이온계 계면활성제 (상품명 :「에멀겐 920」가오(주)) 로 유화하고, 물과 함께 상기 카본블랙에 첨가한다. 실험실용 조립장치의 뚜껑을 닫고 60 ℃ 에서 1 분간 고속 교반한다. 이와 같이 하여 얻어진 조립물을 건조기로 건조시켜 실시예 1 ∼ 6 의 표면 처리 카본블랙을 얻는다.As carbon black, 1000 g of unassembled product of "N220" ("DIABLACK-I": Mitsubishi Chemical Co., Ltd. product) is put into a laboratory granulation apparatus. Predetermined amount of oligomer (trade name: "MKC silicate MS51" Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), which is a low-condensation product of tetramethoxysilane, as silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen (described in Table 1) ) Is emulsified with a nonionic surfactant (trade name: "Emulgen 920" Gao Corporation) and added to the carbon black together with water. Close the lid of the lab assembly and stir at 60 ° C. for 1 minute at high speed. The granulated product thus obtained is dried with a drier to obtain surface treated carbon black of Examples 1 to 6.

이어서, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산으로서,「MKC 실리케이트 MS51」을 에탄올중에서 MS51 의 알콕시기에 대하여 0.57 몰배량의 물을 첨가해서 가수분해한 가수분해축합물 (상품명 :「MKC 실리케이트 MS51SG1」미츠비시가가쿠(주)) 을 사용하여 상기한 바와 동일한 조작을 실행함으로써 실시예 7 의 표면 처리 카본블랙을 얻는다.Subsequently, as a silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen, hydrolysis-condensates obtained by hydrolyzing "MKC silicate MS51" by adding 0.57 molar amount of water to the alkoxy group of MS51 in ethanol. : The surface-treated carbon black of Example 7 is obtained by performing the same operation as mentioned above using "MKC silicate MS51SG1" Mitsubishi Chemical Corporation.

[비교예 1 ∼ 3][Comparative Examples 1-3]

한편, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산과 비이온계 계면활성제를 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예와 동일한 조작을 실행하여, 비교예 1 의 실리카가 첨착되어 있지 않은 통상의 카본블랙을 얻는다.On the other hand, the same operation as in Example was carried out except that silane and / or polysiloxane in which all organic groups were bonded to silicon via oxygen was not added, and in which silica of Comparative Example 1 was not impregnated, Carbon black is obtained.

또한, 비교예 2 는 실리카단미 (상품명 :「Nipsil AQ」닛폰실리카고교(주)), 비교예 3 은 카본블랙과 실리카 (Nipsil AQ) 의 기계적 혼합물 (블렌드물) 이다.In addition, the comparative example 2 is a silica sweet rice (brand name: "Nipsil AQ" Nippon Silica Kogyo Co., Ltd.), and the comparative example 3 is a mechanical mixture (blend) of carbon black and silica (Nipsil AQ).

표면 처리 카본블랙의 실리카 함유량 및 콜로이달 특성의 측정Measurement of Silica Content and Colloidal Properties of Surface-treated Carbon Blacks

표면 처리 카본블랙을 JIS K6221 의 탄분측정법에 준거하여 750 ℃ 에서 탄화하여 탄분량을 구한다. 이 탄분량에서 실리카가 첨착되어 있지 않은 비교예 8 의 카본블랙 탄분량을 뺀 양을 실리카 함유량으로 본다. 결과는 그 외의 콜로이달 특성치와 함께 표 1 에 나타낸다. 그리고, 콜로이달 특성치의 측정법은 다음과 같다.Surface-treated carbon black is carbonized at 750 degreeC based on the carbon powder measuring method of JISK6221, and carbon content is calculated | required. The amount of the carbon black obtained by subtracting the carbon black carbon content of Comparative Example 8, in which silica is not impregnated, is regarded as the silica content. The results are shown in Table 1 along with other colloidal characteristic values. And the measuring method of the colloidal characteristic value is as follows.

질소비표면적 : ASTM D3037Nitrogen Specific Surface Area: ASTM D3037

CTAB 비표면적 : ASTM D3765CTAB Specific Surface Area: ASTM D3765

요오드 흡착량 : JIS K6221「고무용 카본블랙의 시험방법」Iodine adsorption amount: JIS K6221 "Test method of carbon black for rubber"

DBP 흡유량 : JIS K6221「고무용 카본블랙의 시험방법」DBP Oil Absorption: JIS K6221 "Test Method of Rubber Carbon Black"

표면 처리 카본블랙 함유 고무 조성물의 제조 및 고무 물성의 측정Preparation of Surface-treated Carbon Black-containing Rubber Compositions and Measurement of Rubber Properties

표 2 에 나타내는 각 성분을 통상의 방법에 따라 밴버리 믹서 및 오픈 롤 믹서로 혼합 반죽하여 고무 조성물을 제조한다 (표 2 중「SBR1502」는 닛폰고세이고무(주) 제조 스티렌부타디엔 고무「1502」(스티렌량 23.5 중량%) 를 나타낸다). 이들 고무 조성물을 160 ℃ 에서 프레스 가황하여 가황고무 시험편을 작성한다. 다음 시험 방법으로 각종 시험을 실행하여 그 물성을 측정한다.Each component shown in Table 2 is knead | mixed and knead | mixed with a Banbury mixer and an open roll mixer according to a conventional method, and a rubber composition is manufactured ("SBR1502" of Table 2 is styrene butadiene rubber "1502" made by Nippon Kosei Kogyo Co., Ltd. (styrene). Amount 23.5% by weight). These rubber compositions are press vulcanized at 160 ° C. to prepare vulcanized rubber test pieces. Various tests are carried out by the following test methods to measure their properties.

(1) E*, tanδ: 동적점탄성특성인 E*, tanδ는 (주)레오로디 제조「DVE 레오스펙트러」를 사용하여 다음 조건으로 측정한다.(1) E * , tanδ: The dynamic viscoelastic properties E * and tanδ are measured under the following conditions using "DVE Leo Spectrum" manufactured by Leorod Corporation.

E* : 정적비틀림 10 %, 동적비틀림 (진폭) 0.3 %, 주파수 20 ㎐, 측정온도 -10 ℃E * : static torsion 10%, dynamic torsion (amplitude) 0.3%, frequency 20 Hz, measurement temperature -10 ℃

tanδ: 정적비틀림 10 %, 동적비틀림 (진폭) 4 %, 주파수 20 ㎐, 측정온도 0 ℃ 와 60 ℃ 의 2 레벨tanδ: static torsion 10%, dynamic torsion (amplitude) 4%, frequency 20 Hz, 2 levels of measurement temperature 0 ℃ and 60 ℃

(2) 내마모성 : 랜본마모시험기를 사용하여 다음 조건으로 측정한다.(2) Abrasion resistance: Measured under the following conditions using a lanbon abrasion tester.

시험편 : 두께 10 ㎜, 외경 44 ㎜, 시험하중 4 ㎏, 지석과 시험편의 슬립율 45 %, 측정온도 25 ℃Test piece: thickness 10 mm, outer diameter 44 mm, test load 4 kg, slip rate of grindstone and test piece 45%, measuring temperature 25 ℃

(3) 고무중에서의 보강 입자 분산도 (D %) : 카본블랙의 분산도측정법 ASTM D2663-B 법 (응집덩어리 카운트법) 에 준거한다. 즉, 가황고무를 슬레지형 마이크로톰 (Leitz 사 제조) 으로 박막으로 슬라이스하여, 광학현미경으로 배합물중의 5 ㎛ 이상의 보강 입자 (카본블랙 혹은 실리카) 응집덩어리가 차지하는 총단면적을 측정하고, 배합물에 첨가한 보강 입자의 총단면적 (계산치) 에서 5 ㎛ 이하로 분산되어 있는 보강 입자의 퍼센트를 구하여 분산도 (D %) 로 한다.(3) Dispersion degree of reinforcing particles in rubber (D%): Measurement method of dispersion degree of carbon black Based on ASTM D2663-B method (agglomeration counting method). That is, the vulcanized rubber was sliced into a thin film with a sledge-type microtome (manufactured by Leitz), and the total cross-sectional area occupied by agglomerates of 5 μm or more of reinforcing particles (carbon black or silica) in the compound was measured using an optical microscope, and the mixture was added to the compound. From the total cross-sectional area (calculated value) of the reinforcing particles, the percentage of reinforcing particles dispersed at 5 μm or less is determined to be the degree of dispersion (D%).

(1) ∼ (3) 의 얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.Table 3 shows the obtained results of (1) to (3).

실리카 첨착 카본블랙의 제조와 특성치Preparation and Characteristic of Silica Impregnated Carbon Black  Yes 실 시 예Example 비 교 예Comparative Example 실시 번호 Conduct number 1One 22 33 44 55 66 77 1One 22 33 보강 입자 종류 Reinforcement Particle Type Si첨착CBSi-attached CB Si첨착CBSi-attached CB Si첨착CBSi-attached CB Si첨착CBSi-attached CB Si첨착CBSi-attached CB Si첨착CBSi-attached CB Si첨착CBSi-attached CB CBCB 실리카Silica CB/실리카블렌드CB / Silica Blend N220분량(g) *1) MS51분량(g) *2) MS51SGI분량(g) *3) N220 (g) * 1) MS51 (g) * 2) MS51SGI (g) * 3) 10004.8-10004.8- 10009.6-10009.6- 100019.2-100019.2- 100038.4-100038.4- 100096-100096- 1000192-1000192- 1000-1251000-125 100000100000 ------ ------ MS51첨가량(대CB중량부) MS51SGI첨가량(대CB중량부) SiO2분량(%):이론치 *4)MS51 addition amount (large CB weight part) MS51SGI addition amount (large CB weight part) SiO 2 content (%): Theoretical value * 4) 0.48-0.250.48-0.25 0.96-0.50.96-0.5 1.92-11.92-1 3.84-23.84-2 9.6-59.6-5 19.2-1019.2-10 -12.52-12.52 000000 --100--100 --5--5 CB/실리카 *5) 블렌드비 CB / Silica * 5) Blend Ratio -- -- -- -- -- -- -- 100/0100/0 0/1000/100 95/595/5 탄분량(%) 가정SiO2량 *6) (%)Carbon content (%) Assumption of SiO 2 * 6) (%) 0.290.210.290.21 0.550.470.550.47 1.11.021.11.02 2.031.952.031.95 4.724.644.724.64 8.748.668.748.66 2.051.972.051.97 0.0800.080 95.995.995.995.9 4.874.794.874.79 질소비표면적 (㎡/g) CTAB비표면적 (㎡/g) 요오드흡착량 (㎎/g) DBP 흡유량 (㎖/100g) Nitrogen specific surface area (㎡ / g) CTAB specific surface area (㎡ / g) Iodine adsorption (mg / g) DBP oil absorption (ml / 100g) 113113108106113113108106 109113107105109113107105 105112104102105112104102 102111101102102111101102 94115921039411592103 877485102877485102 1031139810210311398102 115111110106115111110106 1921980.11691921980.1169 119115105109119115105109 *1) DIABLACK-Ⅰ(미츠비시가가쿠사 제조) 의 미조립품 *2) MKC 실리케이트 MS51 (미츠비시가가쿠사 제조) *3) MKC 실리케이트 MS51SG1 (미츠비시가가쿠사 제조) *4) MS51 또는 MS51SG1 중의 이론 SiO2 량을 CB 당 중량% 로 산출한 값 *5) Nipsil AQ (닛폰실리카고교 제조) 에서 산출한 값 *6) 탄분량-비교예 1 의 탄분량* 1) Unassembled product of DIABLACK-I (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) * 2) MKC silicate MS51 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) * 3) MKC silicate MS51SG1 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) * 4) Theory in MS51 or MS51SG1 Value calculated by weight% of SiO 2 in CB per weight * 5) Value calculated by Nipsil AQ (manufactured by Nippon Silica Kogyo Co., Ltd.) * 6) Carbon content-Carbon content of Comparative Example 1

실리카 첨착 카본블랙함유 고무 조성물의 제조 (배합)Preparation of Silica Impregnated Carbon Black-containing Rubber Composition  Yes 실 시 예Example 비 교 예Comparative Example 실시 번호 Conduct number 1One 22 3-13-1 3-23-2 44 55 66 77 1-11-1 1-21-2 22 33 [배합 : 중량부] SBR1502 CB *2) 실리카 *1) Si 첨착 CB Si69 *3) 아연화 스테아린산 노화방지제 *4) 황 가황 촉진제 *5) 가황 촉진제 *6) [Combination: parts by weight] SBR1502 CB * 2) Silica * 1) Si Impregnated CB Si69 * 3) Zincated Stearic Acid Antioxidant * 4) Sulfur Vulcanization Accelerator * 5) Vulcanization Accelerator * 6) 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5025221.51.21100--5025221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100--5005221.51.21100--5005221.51.21 100--5055221.51.21100--5055221.51.21 100-50-55221.51.21100-50-55221.51.21 10047.52.5-55221.51.2110047.52.5-55221.51.21 *1) Nipsil AQ (닛폰실리카고교사 제조) *2) DIABLACK-Ⅰ(미츠비시가가쿠사 제조) *3) 실란 커플링제 : Si69 (Degussa사 제조) *4) N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민:Santoflex 13(Monsant사 제조) *5) N-tert-부틸-2-벤조티아질 설펜아미드 : Santocure NS (Monsant사 제조) *6) N,N'-디페닐 구아니딘 : 노크세라 D (오오우치신고사 제조) * 1) Nipsil AQ (manufactured by Nippon Silica Co., Ltd.) * 2) DIABLACK-I (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) * 3) Silane coupling agent: Si69 (manufactured by Degussa) * 4) N- (1,3-dimethylbutyl ) -N'-phenyl-p-phenylenediamine: Santoflex 13 (manufactured by Monsant) * 5) N-tert-butyl-2-benzothiazyl sulfenamide: Santocure NS (manufactured by Monsant) * 6) N, N '-Diphenyl guanidine: knock cer D (Ouchi Shingo Co., Ltd. product)

고무 물성Rubber properties  Yes 실 시 예Example 비 교 예Comparative Example 실시 번호 Conduct number 1One 22 3-13-1 3-23-2 44 55 66 77 1-11-1 1-21-2 22 33 E*(-10℃)0.3% *4) tanδ(0℃)4.0% *5) tanδ(60℃)4.0% *6) 내마모성지수 (INDEX) 보강입자의 분산도(%)E * (-10 ℃) 0.3% * 4) tanδ (0 ℃) 4.0% * 5) tanδ (60 ℃) 4.0% * 6) Abrasion Resistance Index (INDEX) Dispersion of Reinforcement Particle (%) 32.10.3090.1509999.132.10.3090.1509999.1 32.20.3000.15010198.232.20.3000.15010198.2 31.50.3000.14610098.731.50.3000.14610098.7 31.10.3100.15610298.331.10.3100.15610298.3 30.90.3010.1509998.530.90.3010.1509998.5 32.40.3030.14910098.732.40.3030.14910098.7 29.80.2920.1459795.429.80.2920.1459795.4 30.50.3030.14810099.030.50.3030.14810099.0 33.50.3110.20010098.333.50.3110.20010098.3 35.30.2890.1669698.735.30.2890.1669698.7 31.30.3090.1537891.731.30.3090.1537891.7 35.00.2900.1619697.935.00.2900.1619697.9 *4) 온도 -10℃, 정적비틀림 10%, 동적비틀림(진폭) 0.3%, 주파수 20㎐, E*단위 MPa *5) 온도 0℃, 정적비틀림 10%, 동적비틀림(진폭) 4.0%, 주파수 20㎐ *6) 온도 60℃, 정적비틀림 10%, 동적비틀림(진폭) 4.0%, 주파수 20㎐ *7) 랜본 마모시험, 샘플두께 10㎜, 하중 4㎏, 슬립율 45%, 비교예 1-1 을 100 으로 한 INDEX의 값이 클수록 양호 (마모량이 적음)* 4) Temperature -10 ℃, Static Torsion 10%, Dynamic Torsion (Amplitude) 0.3%, Frequency 20㎐, E * Unit MPa * 5) Temperature 0 ℃, Static Torsion 10%, Dynamic Torsion (Amplitude) 4.0%, Frequency 20㎐ * 6) Temperature 60 ℃, Static Torsion 10%, Dynamic Torsion (Amplitude) 4.0%, Frequency 20㎐ * 7) Ranbon Abrasion Test, Sample Thickness 10mm, Load 4kg, Slip Rate 45%, Comparative Example 1- The larger the value of INDEX with 1 as 100, the better (less wear)

표 1 에서 본 발명에 의해 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실리카 및/또는 폴리실록산으로 카본블랙을 표면 처리함으로써, 거의 이론량 균형의 SiO2 가 카본블랙에 첨착됨을 알 수 있다. 즉,「MKC 실리케이트 MS51」혹은「MKC 실리케이트 MS51SG1」에서 발생하는 SiO2 분 이론치와, 표면 처리 카본블랙의 탄분량에서 표면 처리되지 않은 카본블랙 (비교예 1) 의 탄분량을 뺀「가정 SiO2 양」이 거의 일치하며, 수율 좋게 첨착되어 있음을 나타내고 있다.In Table 1, the present invention shows that almost all theoretical groups of SiO 2 adhere to carbon black by surface treatment of carbon black with silica and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen. That is, `` Home SiO 2 minus the theoretical value of SiO 2 generated from MKC silicate MS51 or MKC silicate MS51SG1 and the carbon content of surface treated carbon black minus the carbon content of untreated carbon black (Comparative Example 1). Quantity ”almost coincided with each other, indicating that the yield was impregnated with good yield.

표 2, 표 3 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 표면 처리를 실행한 카본블랙 (실시예 1 ∼ 7) 을 배합한 고무 조성물은, 표면 처리하지 않은 통상의 카본블랙을 배합한 고무 조성물 (비교예 1-1) 에 비하여 저온역 (0 ℃) 에서의 tanδ를 높게 유지한 채로 고온역 (60 ℃) 에서의 tanδ만이 저감되어 있다. 즉, 고무 조성물을 타이어트레드 등에 사용한 경우, 젖은 노면에서의 제동성 등을 희생하지 않고 회전 저항성만이 저감된 타이어로 된다. 또한, 내마모성도 악화되어 있지 않다.As Table 2 and Table 3 show, the rubber composition which mix | blended the carbon black (Examples 1-7) which performed the surface treatment by this invention is a rubber composition which mix | blended the normal carbon black which did not surface-treat. Compared with Comparative Example 1-1, only tan δ in the high temperature range (60 ° C.) is reduced while tan δ in the low temperature range (0 ° C.) is kept high. That is, when a rubber composition is used for a tire tread etc., it becomes a tire by which only rotational resistance was reduced, without sacrificing braking property etc. on wet road surfaces. Also, wear resistance is not deteriorated.

그리고, 통상 카본블랙계에는 실란커플링을 첨가하지 않으나, Si69 를 5 중량부 첨가한 비교예 1-2 는 저온역과 고온역의 tanδ밸런스는 상당히 실리카계에 가까워 개선되어 있다. 그러나, 저온, 저비틀림하의 복소탄성율 (E*) 이 높기 때문에 특히 저마찰계수노면 등에서의 제동특성이 떨어진다. 한편, 실시예는 이 E* 가 낮아 개량되어 있음을 알 수 있다.The silane coupling is not usually added to the carbon black system, but in Comparative Example 1-2 in which 5 parts by weight of Si69 is added, the tanδ balance between the low temperature region and the high temperature region is considerably close to that of silica. However, since the complex modulus of elasticity (E * ) at low temperature and low torsion is high, braking characteristics are particularly poor on low friction coefficient road surfaces and the like. On the other hand, it can be seen that the embodiment is improved because of the low E * .

이어서, 통상의 실리카를 배합한 비교예 2 와 비교해 보면, 실시예는 저온역과 고온역의 tanδ밸런스는 동등 (실리카 수준) 하고, 내마모성 및 보강 입자 분산성은 뛰어나다 (통상의 카본블랙 수준). 즉, 실시예는 실리카 수준의 점탄성특성 (저온역과 고온역의 tanδ밸런스나 저온, 저비틀림하의 E* 특성) 과, 카본블랙 수준의 내마모성 및 입자분산성을 갖고 있음을 알 수 있다.Next, compared with the comparative example 2 which mix | blended normal silica, an Example has the tan (delta) balance of low temperature range and high temperature range (silica level), and it is excellent in abrasion resistance and reinforcement particle dispersibility (normal carbon black level). In other words, it can be seen that the examples have a viscoelastic property of silica level (tan * balance between low temperature range and high temperature range, or E * characteristics under low temperature and low torsion), and wear resistance and particle dispersibility of carbon black level.

비교예 3 은 카본블랙과 실리카를 블렌드한 것이다. 입자중의 토탈실리카 함유량이 거의 동일한 실시예 5 와 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 효과는 단순한 카본블랙과 실리카의 블렌드에서는 얻을 수 없으며, 본 발명의 방법에 의해 표면 처리된 카본블랙을 사용해야지만 발현됨을 알 수 있다.Comparative Example 3 is a blend of carbon black and silica. As can be seen in comparison with Example 5, where the total silica content in the particles is almost the same, the effect of the present invention cannot be obtained from a simple blend of carbon black and silica, and the carbon black surface-treated by the method of the present invention It can be seen that it should be used only.

[실시예 8, 9][Examples 8 and 9]

카본블랙으로서 미츠비시가가쿠(주) 제조「N339」(요오드흡착량 92 ㎡/g, 질소흡착 비표면적 105㎡/g) 를 사용하고, 실리카량으로서 각각 1 중량%, 5 중량% (분량환산) 가 되도록「MS-51」을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법에 의해 실리카가 부착된 카본블랙을 얻는다. 얻어진 카본블랙의 도전성 (체적고유저항) 을 표 4 에 나타낸다. 그리고, 이들 실리카가 부착된 카본블랙을 사용하여 표 5 에 나타내는 각 성분을 벤버리 믹서 및 오픈 롤 믹서로 혼합반죽하여 고무 조성물을 제조한다. 얻어진 고무 조성물의 물성 (tanδ) 을 표 4 에 나타낸다.As carbon black, Mitsubishi Chemical Co., Ltd. product "N339" (iodine adsorption amount 92 m <2> / g, nitrogen adsorption specific surface area 105 m <2> / g) was used, and 1 weight% and 5 weight% (quantity conversion) of silica were respectively, respectively. Carbon black with silica was obtained by the same method as Example 1 except having used "MS-51" so that it may become. Table 4 shows the conductivity (volume intrinsic resistance) of the obtained carbon black. And the rubber composition is manufactured by mixing and kneading each component shown in Table 5 with a Benbury mixer and an open roll mixer using these carbon black with silica. The physical properties (tanδ) of the obtained rubber composition are shown in Table 4.

실시예 8 에서 얻어진 실리카가 부착된 카본블랙의 투과형 전자현미경 사진 (2,000,000 배) 을 도 1 에, 도 1 중의 A 부 및 B 부의 EDX 스펙트럼을 각각 도 2 및 도 3 에 나타낸다. 이로부터 A 부가 실리카 성분인 점, 실리카 성분의 두께가 약 10 ㎚, 폭이 약 20 ㎚ 인 점을 알 수 있다. 그리고, 카본블랙의 다른 부위에 대해서도 동일했다.The transmission electron micrograph (2,000,000 times) of the silica black carbon black obtained in Example 8 is shown in FIG. 1, and the EDX spectrum of A part and B part in FIG. 1 is shown in FIG. From this, it can be seen that the point A is a silica component, the thickness of the silica component is about 10 nm, and the width is about 20 nm. The same was true for other parts of the carbon black.

[비교예 4, 5][Comparative Examples 4 and 5]

카본블랙을 실시예 1 에서 사용한 장치에 넣고, 규산소다 (시약급) 를 1 중량% 가 되도록 물로 희석한 액을 실리카 성분이 각각 1 중량% 및 5 중량% (분량환산) 가 되도록 첨가한다. 그리고, 5 % 황산을 첨가하여 pH 9 로 조정하여, 실험실용 조립장치의 뚜껑을 닫고 60 ℃ 에서 1 분간 고속 교반한다. 이와 같이 하여 얻어진 조립물을 건조기로 건조시켜 실리카가 부착된 카본블랙을 얻는다. 실시예 8 과 마찬가지로 도전성 (체적 고유 저항) 을 표 4 에 나타낸다. 실시예 8 과 마찬가지로 고무 조성물을 제조하여 얻어진 고무 조성물의 물성 (tanδ) 을 표 4 에 나타낸다.Carbon black was placed in the apparatus used in Example 1, and the liquid diluted with water to make 1% by weight of sodium silicate (reagent) was added so that the silica components would be 1% by weight and 5% by weight (in parts), respectively. Then, 5% sulfuric acid is added to adjust the pH to 9, and the lid of the laboratory granulation apparatus is closed and stirred at 60 ° C for 1 minute at high speed. The granulated material thus obtained is dried with a dryer to obtain carbon black with silica. In the same manner as in Example 8, the conductivity (volume specific resistance) is shown in Table 4. Table 4 shows the physical properties (tan δ) of the rubber composition obtained by producing a rubber composition in the same manner as in Example 8.

실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 실리카량 (분량)Silica amount (amount) 1 %One % 5 %5% 1 %One % 5 %5% 고무물성Rubber property tanδ(0℃)tanδ (0 ° C) 0.4670.467 0.4870.487 0.4500.450 0.4360.436 tanδ(60℃)tanδ (60 ° C) 0.2360.236 0.2100.210 0.2230.223 0.2260.226 도전성(Ω·㎝)Conductivity (Ωcm) 8.71E+038.71E + 03 9.65E+039.65E + 03 8.94E+048.94E + 04 1.05E+051.05E + 05 (그리고,「N339」의 도전성(Ω·㎝)은 8.76E+03, 실리카의 도전성(Ω·㎝)은 5.75E+13 이다) (The conductivity (Ωcm) of "N339" is 8.76E + 03, and the conductivity (Ωcm) of silica is 5.75E + 13.)

고무 조성물의 제조 (각 성분의 배합 비율 : 중량부)Preparation of rubber composition (mixing ratio of each component: parts by weight) 성분 비율Component ratio SBR1502 50 NR(천연고무) 50 카본블랙 50 아로머오일 10 Si69 *3) 5 아연화 5 스테아린산 2 노화방지제 *4) 2 황 1.5 가황 촉진제 *5) 1.2 가황 촉진제 *6) 1 SBR1502 50 NR (Natural rubber) 50 Carbon black 50 Aroma oil 10 Si69 * 3) 5 Zinc 5 Stearic acid 2 Antioxidant * 4) 2 Sulfur 1.5 Vulcanization accelerator * 5) 1.2 Vulcanization accelerator * 6) 1

그리고, 표 5 중 *3), *4), *5) 및 *6) 에 대해서는 표 2 에서와 마찬가지이다. 또한, 아로머오일은 후지고산(주) 제조의 것을 사용한다.In Table 5, * 3), * 4), * 5), and * 6) are the same as in Table 2. In addition, the aroma oil uses the thing of Fuji-Fuji Co., Ltd. product.

표 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 실록산 화합물로 처리한 화합물 8, 9 에서는 물유리 (규산소다) 로 처리한 비교예 4, 5 에 비하여 고무 물성, 도전성 모두 뛰어남을 알 수 있다.As can be seen from Table 4, the compounds 8 and 9 treated with the siloxane compound showed superior rubber properties and conductivity in comparison with Comparative Examples 4 and 5 treated with water glass (sodium silicate).

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 의해 카본블랙 표면에 실란올기를 도입할 수 있기 때문에, 실리카 입자 등 실란올기를 갖는 입자의 배합에 의해 시도되었던 가황고무 조성물의 60 ℃ 부근의 tanδ의 저하, 내마모성의 향상 등의 물성의 향상을 실리카 등의 입자를 배합하지 않고 달성할 수 있다.As described above, since silanol groups can be introduced to the surface of carbon black according to the present invention, reduction of tan δ around 60 ° C of the vulcanized rubber composition, which has been attempted by blending particles having silanol groups such as silica particles, and wear resistance Improvement of physical properties, such as improvement, can be achieved without mix | blending particle | grains, such as a silica.

또한, 황 원자를 갖는 실란커플링제를 배합한 경우와 같은 저온역 (-10 ∼ 0 ℃), 저비틀림하 (0.1 ∼ 1 %) 에서의 복소탄성률 (E*) 이나 동적탄성률 (E') 이 높기 때문에 제동특성이 저하된다는 결점도 해소할 수 있다.In addition, complex elastic modulus (E * ) and dynamic modulus (E ') in the low temperature range (-10 to 0 ° C) and low torsion (0.1 to 1%) as in the case of blending a silane coupling agent having a sulfur atom are As a result, it is possible to solve the disadvantage that the braking characteristic is lowered.

그리고, 본 발명의 표면 처리 카본블랙에 의하면, 실리카의 결점인 난분산성, 난가공성을 카본블랙 수준으로 개량할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의해 실리카와 카본블랙의 장점을 겸비한 보강 입자, 즉 실리카 수준의 점탄성특성 (tanδ의 온도 의존성) 을 가지며, 또한 실리카의 난분산성, 난가공성을 카본블랙 수준으로 개량한 보강 입자와, 이것을 배합하여 이루어지는 고무 조성물을 제공할 수 있게 된다.In addition, according to the surface-treated carbon black of the present invention, it is possible to improve the hard dispersibility and the hard workability, which are defects of silica, to the level of carbon black. Therefore, according to the present invention, reinforcing particles having the advantages of silica and carbon black, that is, reinforcing particles having viscoelastic properties (temperature dependence of tanδ) at the silica level and improving the dispersibility and workability of the silica to the carbon black level, It becomes possible to provide the rubber composition which mix | blends this.

Claims (11)

실리카가 표면에 부착된 카본블랙으로서, 부착된 실리카의 80 중량% 이상이 두께 0.1 ∼ 20 ㎚, 폭 1 ∼ 40 ㎚ 크기인 것을 특징으로 하는 카본블랙.Carbon black with silica attached to the surface, wherein at least 80% by weight of the attached silica has a thickness of 0.1 to 20 nm and a width of 1 to 40 nm. 200 ℃ 이하에서 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 카본블랙에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.A method for producing a surface-treated carbon black, comprising contacting carbon black with silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen at 200 ° C. or lower. 제 2 항에 있어서, 미조립 카본블랙에 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산을 첨가하면서 조립하거나 또는 이것을 첨가한 후에 카본블랙을 조립함으로써, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산의 카본블랙에 대한 접촉을 카본블랙의 조립 공정에서 실행하는 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The method of claim 2, wherein all the organic groups are bonded to the unassembled carbon black by adding silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen, or assembling carbon black after addition thereof. A method for producing a surface-treated carbon black in which contact of silane and / or polysiloxane bonded to the carbon black to carbon black is performed in a carbon black granulation step. 제 3 항에 있어서, 카본블랙의 조립 공정이 습식 조립이고, 조립 후 건조기로 수분이 5 중량% 이하로 될 때까지 건조시키는 공정을 거치는 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The method for producing a surface-treated carbon black according to claim 3, wherein the granulation step of carbon black is wet granulation, and the granulation step is carried out after drying until the moisture is 5% by weight or less in a dryer. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산의 규소에 결합되어 있는 기가 알콕시기인 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The method for producing the surface-treated carbon black according to any one of claims 2 to 4, wherein the group bonded to silicon of the silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen is an alkoxy group. 제 5 항에 있어서, 알콕시기가 메톡시기인 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The method for producing surface-treated carbon black according to claim 5, wherein the alkoxy group is a methoxy group. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산이 테트라알콕시실란의 축합물인 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The method for producing the surface-treated carbon black according to any one of claims 2 to 4, wherein the silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen is a condensate of tetraalkoxysilane. 제 7 항에 있어서, 테트라알콕시실란이 테트라메톡시실란인 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The method for producing surface-treated carbon black according to claim 7, wherein the tetraalkoxysilane is tetramethoxysilane. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 유기기가 산소를 통해 규소에 결합되어 있는 실란 및/또는 폴리실록산의 사용량이 카본블랙 100 중량부에 대하여 0.1 ∼ 50 중량부인 표면 처리 카본블랙의 제조 방법.The surface-treated carbon black according to any one of claims 2 to 4, wherein the amount of silane and / or polysiloxane in which all organic groups are bonded to silicon via oxygen is 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of carbon black. Manufacturing method. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 얻어진 카본블랙을 고무 성분에 배합하여 이루어지는 고무 조성물.The rubber composition obtained by mix | blending the carbon black obtained by the manufacturing method in any one of Claims 2-4 with a rubber component. 제 1 항에 기재된 카본블랙을 고무 성분에 배합하여 이루어지는 고무 조성물.The rubber composition formed by mix | blending the carbon black of Claim 1 with a rubber component.
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