KR20160034850A - 카본 블랙, 카본 블랙의 제조 방법 및 고무 조성물 - Google Patents

카본 블랙, 카본 블랙의 제조 방법 및 고무 조성물 Download PDF

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KR20160034850A
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마사시 츠루타
다케시 아카하네
히로키 우치야마
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도까이 카본 가부시끼가이샤
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Abstract

고무 조성물의 배합 성분으로서 이용되며, 얻어지는 고무의 가공성 및 보강성을 향상시킴과 함께, 얻어지는 고무의 발열 특성을 향상시킬 수 있으며, 타이어 트레드부와 같은 고도의 내마모성이 요구되는 고무 부재 등에 적합하게 사용할 수 있는 카본 블랙을 제공한다.
일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이고, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 140~180nm이며, 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 애그리게이트의 형상이 구형상인 것을 특징으로 하는 카본 블랙이다.

Description

카본 블랙, 카본 블랙의 제조 방법 및 고무 조성물{CARBON BLACK, METHOD FOR PRODUCING CARBON BLACK, AND RUBBER COMPOSITION}
본 발명은, 카본 블랙, 카본 블랙의 제조 방법 및 고무 조성물에 관한 것이다.
고무 보강용의 카본 블랙으로서는, 구비 특성에 따른 다양한 품종이 있으며, 이러한 구비 특성이 고무의 제성능을 결정짓기 위한 주요한 인자가 되기 때문에, 고무 조성물에 대한 배합에 있어서는, 부재 용도에 적합한 특성을 가지는 카본 블랙이 선정되고 있다.
예를 들면, 타이어 트레드부와 같은 고도의 내마모성이 요구되는 고무 부재에는, 종래부터, SAF(N110), ISAF(N220) 등의, 일차 입자경이 작고, 비표면적이 큰, 고(高)스트럭처의 하드계 카본 블랙이 사용되어 왔지만, 이러한 카본 블랙을 배합하여 이루어지는 고무 조성물로부터 얻어지는 고무는, 고도의 보강성이 부여되는 반면, 발열 특성이 증대하기 쉽다는 기술 과제를 가지고 있었다.
또, 최근, 자원 절약, 에너지 절약의 사회적 요구에 대응하기 위해 저연비 타이어의 개발 요청이 강하고, 저연비 타이어로서 적합한, 저발열의 고무 특성을 발휘하는 고무 조성물의 개발이 활발히 행해지게 되었으며, 일반적으로, 고무 조성물에 대해, 일차 입자가 응집, 중합되어 이루어지는 이차 입자의 등가경이 크고, 비표면적이 작은 카본 블랙을 배합함으로써 저발열의 고무 특성을 달성하고 있다.
이와 같이, 저연비 타이어의 트레드부에는, 보강성이 우수함과 함께, 발열성이 낮은 고무가 요구되고 있지만, 보강성을 개선하기 위해 배합되는 카본 블랙과, 발열성을 개선하기 위해 배합되는 카본 블랙에서는, 그 입자경이나 비표면적이 완전히 상이하여, 배반 관계에 있기 때문에, 배합하는 카본 블랙의 입자경이나 비표면적을 조정함으로써 원하는 고무 조성물을 얻는 것은 곤란하다.
그래서, 종래부터 고무 보강용의 카본 블랙의 기본 특성으로서 중시되어 온, 입자경, 비표면적, 스트럭처 등의 특성 요소에 더하여, 카본 블랙의 콜로이달 특성을 보다 미크로로 평가하여, 특정의 물성을 가지는 카본 블랙을 고무 성분에 배합함으로써, 보강성, 발열 특성 등의 고무 특성을 개선하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1(일본국 특허공개 2002-188022호 공보) 등 참조) .
일본국 특허공개 2002-188022호 공보
이러한 상황 하에서, 본 발명은, 보강성, 발열 특성 등의 고무 특성을 개선할 수 있는 완전히 신규인 카본 블랙을 제공함과 함께, 이 카본 블랙을 간편하게 제조하는 방법을 제공하며, 또한, 보강성, 발열 특성, 가공성 등의 고무 특성을 개선할 수 있는 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 기술 과제를 해결하기 위해 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이고, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 140~180nm이며, 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 애그리게이트의 형상이 구형상인 카본 블랙에 의해, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 지견에 의거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은,
(1) 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이고, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 140~180nm이며, 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 애그리게이트의 형상이 구형상인 것을 특징으로 하는 카본 블랙,
(2) DBP 흡수량이 120~160ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 70~120m2/g인 상기 (1)에 기재된 카본 블랙,
(3) 유동상(流動床) 반응로를 이용하여 카본 블랙을 제조하는 방법으로서, 상기 유동상 반응로 내에 탄화 수소 가스를 공급하여 가스 흐름을 발생시키고, 상기 유동상 반응로 내에 별도 도입한, 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이며, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 50~115nm인 원료 카본 블랙을, 상기 가스 흐름에 의해 가열 하에 교반, 유동시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 카본 블랙의 제조 방법,
및
(4) 고무 성분 100질량부에 대해, 상기 (1) 혹은 (2)에 기재된 카본 블랙 또는 (3)에 기재된 방법으로 얻어진 카본 블랙을 20~100질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 고무 조성물의 배합 성분으로서 이용했을 때에, 얻어지는 고무의 보강성을 향상시킴과 함께, 얻어지는 고무의 발열 특성을 향상시킬 수 있는 카본 블랙을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 카본 블랙을 간편하게 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 보강성, 발열성, 가공성 등의 고무 특성이 향상된 고무 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 카본 블랙의 제조에 사용하는 반응로의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 얻어진 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트의 투과형 전자현미경 사진을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에서 이용한 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트의 투과형 전자현미경 사진을 나타내는 도이다.
우선, 본 발명의 카본 블랙에 대해서 설명한다.
본 발명의 카본 블랙은, 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이고, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 140~180nm이며, 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 애그리게이트의 형상이 구형상인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 카본 블랙은, 일차 입자에 의해 구성되어 이루어진다.
카본 블랙은, 통상, 일차 입자, 즉 구상 카본의 기본 입자가 응집되어 불규칙한 쇄상으로 갈라져 나온 복잡한 구조를 가지는 이차 입자를 형성하고 있으며, 이 응집 구조의 최소 단위는 애그리게이트로 칭해지고 있다.
본 발명의 카본 블랙에 있어서, 상기 일차 입자의 평균 입자경은 15~35nm이며, 17~35nm인 것이 적합하고, 17~32nm인 것이 보다 적합하며, 17~30nm인 것이 더 적합하고, 20~32nm인 것이 한층 적합하며, 20~30nm인 것이 보다 한층 적합하고, 20~25nm인 것이 한층 더 적합하다.
본 발명의 카본 블랙에 있어서는, 카본 블랙을 구성하는 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm인 것에 의해, 카본 블랙을 배합하여 고무 조성물로 했을 때에, 저발열로 고반발의 고무를 용이하게 얻을 수 있다. 상기 일차 입자의 평균 입자경이 15nm를 밑돌면 카본 블랙을 구성하는 기본 입자가 너무 작아져, 고무 조성물에 사용했을 때에 얻어지는 고무의 발열성이 증대하는 경우가 있으며, 상기 일차 입자의 평균 입자경이 35nm를 넘으면, 고무 조성물에 사용했을 때에 얻어지는 고무의 보강 성능이 저하되는 경우가 있다.
또한, 본 출원 서류에 있어서, 카본 블랙을 구성하는 상기 일차 입자의 평균 입자경은, 투과형 전자현미경을 이용하여, 1000개의 일차 입자의 입자경을 측정했을 때의 평균치를 의미한다.
본 발명의 카본 블랙에 있어서, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경은 140~180nm이며, 145~180nm인 것이 바람직하고, 145~177nm인 것이 보다 바람직하며, 150~175nm인 것이 더 바람직하고, 150~170nm인 것이 한층 바람직하다.
애그리게이트의 스토크스 모드경이 140~180nm인 것에 의해, 카본 블랙을 배합하여 고무 조성물로 했을 때에, 보다 많은 성분을 효율적으로 포착할 수 있기 때문에 보강성이 향상되고, 또한 저발열성 및 고반발성을 가지는 고무를 용이하게 얻을 수 있다.
애그리게이트의 스토크스 모드경이 140nm를 밑돌면, 고무 조성물에 사용했을 때에 얻어지는 고무의 발열성이 증대하는 경우가 있으며, 또한, 애그리게이트의 평균 입자경이 180nm를 넘으면, 고무 조성물에 사용했을 때에 얻어지는 고무의 보강성이 저하되는 경우가 있다.
본 출원 서류에 있어서, 카본 블랙을 구성하는 상기 애그리게이트의 스토크스 모드경은 원심 침강법에 의해 측정되는 것이며, 구체적으로는, 하기 방법에 의해 산출되는 값을 의미한다.
즉, JIS K 6221(1982)5 「건조 시료를 만드는 방법」에 의거하여 건조시킨 카본 블랙 시료를 소량의 계면활성제를 포함하는 20용량% 에탄올 수용액과 혼합하여 카본 블랙 농도 50mg/l의 분산액을 제작하고, 이것을 초음파로 충분히 분산시켜 측정 시료인 카본 블랙 분산액을 조제한다.
원심 침강식 입도 분포계(영국 JoyesLobel 사제 디스크 센트리퓨즈 장치)를 8000rpm의 회전수로 설정하고, 스핀액(2중량% 글리세린 수용액, 25℃)을 10ml 더한 후, 1ml의 버퍼액(20용량% 에탄올 수용액, 25℃)을 주입한다.
그 다음에, 액체의 온도 25℃의 상기 카본 블랙 분산액 0.5ml를 주사기로 더한 후, 원심 침강을 개시하며, 동시에 기록계를 작동시키고, 횡축을 카본 블랙 분산액을 주사기로 더하고 나서의 경과 시간(초), 종축을 카본 블랙의 원심 침강에 수반하여 변화한 측정점에서의 흡광도로 하는 분포 곡선을 작성한다. 이 분포 곡선으로부터 각 시간 T(초)를 판독하고, 다음식 (수학식 1)에 대입하여 각 시간 T(초)에 대응하는 스토크스 상당경 Dst(nm)을 산출한다.
Figure pct00001
(수학식 1에 있어서, η는 스핀액의 점도(0.935cp), N은 디스크 회전 스피드(8000rpm), r1은 카본 블랙 분산액 주입점의 반경(4.56cm), r2는 흡광도 측정점까지의 반경(4.82cm), ρCB는 카본 블랙의 밀도(g/cm3), ρl는 스핀액의 밀도(1.00178g/cm3)이다.)
이와 같이 하여 얻어진 스토크스 상당경과 흡광도의 분포 곡선에 있어서의 최대 빈도의 스토크스 상당경을 스토크스 모드경(Dst 모드경(nm))으로 한다.
본 발명의 카본 블랙은, 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 애그리게이트의 형상이 구형상인 것이다.
카본 블랙의 애그리게이트는, 통상, 도 3에 나타내는 바와 같이, 투과형 현미경으로 관찰했을 때에, 일차 입자가 응집되어 선형상(나뭇가지 형상)을 이루는 것이지만, 본 발명의 카본 블랙에 있어서는, 응집이 더 진행되어, 도 4에 나타내는 바와 같이 구형상의 애그리게이트를 이루고 있다.
본 출원 서류에 있어서, 애그리게이트가 「구형상」이라는 것은, 카본 블랙 시료를 클로로포름 중에 분산시켜, 카본 보강한 지지막에 올린 것을 투과형 전자현미경으로 5000배 확대 사진을 얻은 다음, 개개의 애그리게이트의 최소 길이 및 최대 길이를 측정했을 때에, 최소 길이/최대 길이로 규정되는 비가 0.6~1인 것을 의미하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 카본 블랙은, 애그리게이트로서 구형상의 것을 포함함과 함께 선형상(나뭇가지 형상)의 것을 포함하는 경우도 있지만, 본 출원 서류에 있어서는, 상기 방법으로 1000개의 애그리게이트의 최소 길이와 최대 길이를 측정했을 때에, 최소 길이/최대 길이로 규정되는 비가 0.6~1인 것이 60%~100% 존재하는 경우에는, 상기 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트는 구형상이라고 표현하는 것으로 한다.
상술한 바와 같이, 애그리게이트는, 통상, 일차 입자가 응집되어 불규칙한 쇄상으로 분기한 복잡한 구조를 가지는 응집체를 형성하고 있으며, 그 형상도 통상 불규칙한 나뭇가지 형상을 채용하지만, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트는, 상기 나뭇가지 형상을 가지는 원료 카본 블랙의 애그리게이트들이 융착, 중합되어 응집함으로써, 일차 입자의 입자경을 유지한 채로 전체적으로 스토크스 모드경이 증대한 구형상의 구조를 이룬다고 생각할 수 있으며, 이 때문에 고무 배합 시에 가공성이 향상된다고 생각할 수 있다.
그리고, 이 전체적으로 구형상을 가지며 스토크스 모드경이 큰 애그리게이트에 의해 구성되는 본 발명의 카본 블랙을 고무 조성물에 배합한 경우에는, 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이기 때문에, 얻어지는 고무에 저발열성을 부여할 수 있으며, 이차 입자인 애그리게이트(원료 카본 블랙의 애그리게이트들이 융착, 중합되어 이루어지는 응집물)의 스토크스 모드경이 140~180nm인 것에 의해, 고무에 배합했을 때에, 얻어지는 고무에 보강성, 저발열성을 부여할 수 있다고 생각할 수 있다.
본 발명의 카본 블랙은, DBP 흡수량이 120~160ml/100g인 것이 바람직하고, 125~160ml/100g인 것이 보다 바람직하며, 125~155ml/100g인 것이 더 바람직하고, 130~155ml/100g인 것이 한층 바람직하며, 130~150ml/100g인 것이 보다 한층 바람직하다.
상기 DBP 흡수량은, 스트럭처의 발달 정도, 즉 애그리게이트 구조의 복잡함의 정도를 나타내는 지표가 된다.
DBP 흡수량이 120ml/100g 미만이면, 고무 조성물에 배합했을 때에 카본 블랙의 분산성이 악화되어 얻어지는 고무의 보강성이 저하하기 쉬워지고, 160ml/100g을 넘으면 고무 조성물에 배합했을 때에 얻어지는 고무의 가공성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 본 출원 서류에 있어서, DBP 흡수량은, JISK6217-4 「고무용 카본 블랙-기본 특성-제4부, DBP 흡수량을 구하는 방법」에 규정된 방법에 의해 측정되는 값을 의미한다.
본 발명의 카본 블랙은, 질소 흡착 비표면적이 70~120m2/g인 것이 바람직하고, 75~120m2/g인 것이 보다 바람직하며, 75~115m2/g인 것이 더 바람직하고, 80~115m2/g인 것이 한층 바람직하며, 80~110m2/g인 것이 보다 한층 바람직하다.
상기 질소 흡착 비표면적은, 카본 블랙을 구성하는 일차 입자의 크기를 판단하는 지표가 된다.
질소 흡착 비표면적이 70m2/g 미만에서는, 고무 조성물에 배합했을 때에 얻어지는 고무에 충분한 보강성을 부여할 수 없는 경우가 있으며, 120m2/g을 넘으면, 고무 조성물에 배합했을 때에 얻어지는 고무의 발열성이 증대하는 경우가 있다.
또한, 본 출원 서류에 있어서, 질소 흡착 비표면적은, JISK6217-2 「고무용 카본 블랙-기본 특성-제2부, 비표면적을 구하는 방법-질소 흡착법, 단점법」에 규정된 방법에 의해 측정되는 값을 의미한다.
본 발명의 카본 블랙은, 고무 조성물의 배합 성분으로서 이용했을 때에, 얻어지는 고무의 보강성을 향상시킴과 함께, 고무의 발열 특성이나 반발 탄성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 카본 블랙은, 타이어 트레드용의 고무 조성물의 배합 성분으로서 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 카본 블랙을 제조하는 방법으로서는, 이하에 상세히 서술하는 본 발명의 카본 블랙의 제조 방법을 들 수 있다.
다음에, 본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법은, 유동상 반응로를 이용하여 카본 블랙을 제조하는 방법으로서, 상기 유동상 반응로 내에 탄화 수소 가스를 공급하여 가스 흐름을 발생시키고, 상기 유동상 반응로 내에 별도 도입한, 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이며, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 50~115nm인 원료 카본 블랙을, 상기 가스 흐름에 의해 가열 하에 교반, 유동시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 유동상 반응로 중에 공급하는 탄화 수소 가스로서는, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌, 안트라센 등의 방향족 탄화 수소의 가스 등으로부터 선택되는 일종 이상을 들 수 있다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 원료 카본 블랙의 일차 입자의 입자경은, 15~35nm이며, 17~35nm인 것이 바람직하고, 17~32nm인 것이 보다 바람직하며, 17~30nm인 것이 더 바람직하고, 20~32nm인 것이 한층 바람직하며, 20~30nm인 것이 보다 한층 바람직하고, 20~25nm인 것이 한층 더 바람직하다.
또, 본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 원료 카본 블랙은, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 50~115nm이며, 55~115nm인 것이 바람직하고, 55~95nm인 것이 보다 바람직하며, 60~95nm인 것이 더 바람직하고, 60~90nm인 것이 한층 바람직하다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 원료 카본 블랙으로서는, 시판 품 등으로부터 상기 입자경을 가지는 것을 적절히 선택하면 되고, 적합하게는, FEF(N550), ISAF(N220) 등의, 카본 블랙의 일차 입자경이 작고 표면적이 큰 것이며, 또한 고스트럭처인 하드계 카본 블랙으로부터 상기 입자경을 가지는 것을 적절히 선택하면 된다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 일차 입자의 입자경 및 애그리게이트의 스토크스 모드경이 상기 범위 내에 있는 원료 카본 블랙을 이용함으로써, 일차 입자의 입자경 및 애그리게이트의 스토크스 모드경이 원하는 범위에 있는 카본 블랙을 제조할 수 있다.
또한, 본 출원 서류에 있어서, 원료 카본 블랙을 구성하는 일차 입자의 평균 입자경은, 투과형 전자현미경을 이용하여, 1000개의 일차 입자의 입자경을 측정했을 때의 평균치를 의미한다.
또, 본 출원 서류에 있어서, 원료 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트의 스토크스 모드경은, 상술한 구형상을 가지는 애그리게이트의 스토크스 모드경의 측정 방법과 동일한 방법에 의해, 원심 침강식 입도 분포계(영국 JoyesLobel 사제 디스크 센트리퓨즈 장치)를 이용하여, 원심 침강법에 의해 측정되는 값을 의미한다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에서 사용하는 유동상 반응로로서는, 예를 들면, 도 1에 나타나는 것을 들 수 있다.
도 1에 나타내는 유동상 반응로(1)는, 개략 원통 형상을 가지며, 노축이 수직 방향으로 신장되는 것이다.
도 1에 나타내는 유동상 반응로(1)는, 반응로 본체(2)의 하부에서 상부 방향을 향해 탄화 수소 가스를 공급하는 가스 도입구(21)를 가짐과 함께, 반응로 본체(2)의 상부에 배기구(22)를 가지는 것이다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유동상 반응로(1)는, 반응로 본체(2)의 노벽 외주 전체에 전열선을 나선형상으로 감은 히터 코일(3)을 가지며, 반응로 본체(2)의 내부에 설치된 교반 영역(4)을 가열할 수 있는 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서는, 유동상 반응로에 탄화 수소 가스를 공급하여 가스 흐름을 발생시킨다.
탄화 수소 가스는, 예열한 상태로 유동상 반응로 내에 공급하는 것이 바람직하고, 이 경우, 예열 온도는 400~600℃가 바람직하고, 450~600℃가 보다 바람직하며, 450~550℃가 더 바람직하고, 480~550℃가 한층 바람직하며, 480~520℃가 보다 한층 바람직하다.
또, 탄화 수소 가스는, 유동상 반응로 중에 4.0~6.0Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 바람직하고, 4.5~6.0Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 보다 바람직하며, 4.5~5.5Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 더 바람직하고, 5.0~5.5Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 한층 바람직하며, 5.0~5.3Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 보다 한층 바람직하다.
이에 더하여, 유동상 반응로 중에 도입하는 탄화 수소 가스는, 가스 도입구의 압력이 1.0~2.0MPa가 되도록 공급하는 것이 바람직하고, 1.1~2.0MPa가 되도록 공급하는 것이 보다 바람직하며, 1.1~1.8MPa가 되도록 공급하는 것이 더 바람직하고, 1.2~1.8MPa가 되도록 공급하는 것이 한층 바람직하며, 1.2~1.5MPa가 되도록 공급하는 것이 보다 한층 바람직하다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 유동상 반응로로서 도 1에 나타내는 것을 사용하는 경우에는, 가스 도입구(21)로부터 탄화 수소 가스를 공급한다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서는, 원료 카본 블랙을 미리 반응로 내에 도입한 상태로 탄화 수소 가스를 공급해도 되고, 반응로 내에 탄화 수소 가스를 공급한 후, 반응로에 별도 설치한 공급구로부터 원료 카본 블랙을 도입해도 된다.
원료 카본 블랙으로서는, FEF(N550), HAF(N330) 등으로서 시판되어 있는 것을 적절히 사용할 수 있다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서는, 반응로 내에 도입된 원료 카본 블랙이, 탄화 수소 가스의 가스 흐름에 의해 가열 하에 교반, 유동된다.
상기 가열 온도는, 500~750℃가 바람직하고, 550~750℃가 보다 바람직하며, 550~720℃가 더 바람직하고, 600~720℃가 한층 바람직하며, 600~700℃가 보다 한층 바람직하다.
또, 교반, 유동 시간은, 100~300초간이 바람직하고, 110~300초간이 보다 바람직하며, 110~280초간이 더 바람직하고, 120~280초간이 한층 바람직하며, 120~250초간이 보다 한층 바람직하다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 유동상 반응로로서 도 1에 나타내는 것을 사용하는 경우에는, 가스 도입구(21)로부터 탄화 수소 가스를 공급한 후, 히터 코일(2)에 의해 승온된 교반 영역(4)에 있어서, 원료 카본 블랙을 교반, 혼합한다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 가열 하에 있어서 로 내에 탄화 수소 가스를 공급하고, 이 탄화 수소 가스의 가스 흐름에 의해 원료 카본 블랙을 교반, 유동시킴으로써 양자를 접촉시킴으로써, 열분해한 탄산 수소 가스를 원료 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트의 표면에 퇴적시키고, 또한 상기 탄화 수소 가스의 가스 흐름에 의한 교반에 의해, 애그리게이트들의 융착 및 중합이 촉진됨으로써, 카본 블랙의 일차 입자경 사이즈는 그대로, 크게 응집한 애그리게이트에 의해 구성되는 카본 블랙을 얻을 수 있다고 생각할 수 있다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 있어서, 도 1에 나타내는 유동상 반응로(1)를 사용하는 경우에는, 히터 코일(3)에 의한 가열 조건 하에 반응로(1)의 저부의 가스 도입구(21)로부터 탄화 수소 가스를 공급하고, 이 탄화 수소 가스의 가스 흐름에 의해 교반 영역(4)에서 원료 카본 블랙을 교반, 유동시킴으로써 양자를 접촉시킴으로써, 교반 영역(4)에 있어서, 열분해한 탄산 수소 가스를 원료 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트 표면에 퇴적시키고, 또한 상기 탄화 수소 가스의 가스 흐름에 의한 교반에 의해, 애그리게이트들의 융착 및 중합이 촉진됨으로써, 목적으로 하는 카본 블랙을 얻을 수 있다고 생각할 수 있다.
탄산 수소 가스에 의한 교반 후, 탄산 수소 가스의 공급을 정지하고, 바람직하게는 질소 가스를 도입하여, 생성한 카본 블랙을 자연 냉각시킴으로써 반응을 정지시킬 수 있다.
상기 질소 가스는, 유동상 반응로 중에, 4.0~6.0Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 바람직하고, 4.5~6.0Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 보다 바람직하며, 4.5~5.5Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 더 바람직하고, 5.0~5.5Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 한층 바람직하며, 5.0~5.3Nm3/시가 되도록 공급하는 것이 보다 한층 바람직하다.
냉각된 카본 블랙 입자는, 사이클론이나 백 필터 등의 분리 포집 장치에 의해 분리 포집함으로써, 목적으로 하는 카본 블랙을 회수할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 블랙의 상세는, 본 발명의 카본 블랙의 설명에서 상세히 서술한 대로이다.
본 발명의 카본 블랙의 제조 방법에 의하면, 고무 조성물의 배합 성분으로서 이용했을 때에, 얻어지는 고무의 보강성을 향상시킴과 함께, 발열 특성이나 반발 탄성을 향상시킬 수 있는 카본 블랙을 간편하게 제조할 수 있다.
다음에, 본 발명의 고무 조성물에 대해서 설명한다.
본 발명의 고무 조성물은, 고무 성분 100질량부에 대해, 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙을 20~100질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 고무 조성물에 있어서, 고무 성분으로서는, 예를 들면, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무 등의 디엔계 고무로부터 선택되는 적어도 일종을 들 수 있다.
본 발명의 고무 조성물은, 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙을 포함하는 것이며, 고무 조성물 중에 포함되는 카본 블랙의 상세에 대해서는 상술한 대로이다.
본 발명의 고무 조성물은, 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙을 포함하는 것이며, 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙은, 카본 블랙을 구성하는 애그리게이트가, 스토크스 모드경이 증대한 구형상의 구조를 이루기 때문에, 점성(점도)을 적절히 저감하여, 고무 조성물에 우수한 가공성을 부여할 수 있다고 생각할 수 있다.
그리고, 이 전체적으로 구형상을 가지며 스토크스 모드경이 큰 애그리게이트에 의해 구성되는 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙은, 일차 입자의 평균 입자경이 원하는 범위에 있기 때문에 고무 조성물에 우수한 저발열성을 부여할 수 있으며, 카본 블랙을 구성하는 구형상의 애그리게이트의 스토크스 모드경이 원하는 범위에 있음으로써, 고무 조성물에 우수한 보강성, 저발열성을 부여할 수 있다고 생각할 수 있다.
본 발명의 고무 조성물은, 고무 성분 100질량부에 대해, 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙을 20~100질량부 포함하며, 30~100질량부 포함하는 것이 보다 바람직하며, 30~90질량부 포함하는 것이 더 바람직하며, 40~90질량부 포함하는 것이 한층 바람직하고, 40~80질량부 포함하는 것이 보다 한층 바람직하다.
본 발명의 고무 조성물에 있어서, 본 발명의 카본 블랙 또는 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 카본 블랙의 함유 비율이, 고무 성분 100질량부에 대해 20~100질량부인 것에 의해, 가공성이 우수함과 함께, 보강성, 발열성 및 반발 탄성 등이 우수한 고무를 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 고무 조성물에 있어서, 고무 성분 및 카본 블랙 이외에 포함할 수 있는 성분으로서는, 무기 보강재를 들 수 있다.
무기 보강재로서는, 예를 들면, 건식법 실리카, 습식법 실리카(함수 규산, 침강 실리카), 수산화 알루미늄, 탄산칼슘, 클레이, 수산화 마그네슘, 탈크, 마이카 및 이들과 카본 블랙의 복합물 등에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
무기 보강재의 함유 비율은, 고무 성분 100질량부에 대해, 20~150질량부인 것이 바람직하고, 30~150질량부인 것이 보다 바람직하며, 30~100질량부인 것이 더 바람직하고, 40~100질량부인 것이 한층 바람직하며, 40~80질량부인 것이 보다 한층 바람직하다.
본 발명의 고무 조성물에 있어서, 무기 보강재의 함유 비율이, 고무 성분 100질량부에 대해 20~150질량부이면, 후술하는 고무 조성물 제조 시에 있어서의 점도 상승을 억제하여 제조 효율을 향상시킬 수 있으며, 얻어지는 고무의 보강성 향상 효과나 발열성 저감 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다.
본 발명의 고무 조성물이, 무기 보강재로서 실리카를 함유하는 경우에는, 실란 커플링제를 더 포함해도 된다. 실란 커플링제의 함유 비율은, 무기 보강재 100질량부에 대해 3~20질량부인 것이 바람직하다. 실란 커플링제의 함유 비율이 상기 범위 내인 것에 의해, 고무 조성물 중의 무기 보강재의 분산성을 향상시키거나 무기 보강재에 의한 보강성을 충분히 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 고무 조성물은, 상용되는 가황제, 가황촉진제, 노화 방지제, 가황조제, 연화제, 가소제 등의 필요 성분을 포함해도 된다.
본 발명의 고무 조성물은, 상기 카본 블랙의 원하는 량과, 필요에 따라, 무기 보강재, 실란 커플링제, 가황제, 가황촉진제, 노화 방지제, 가황조제, 연화제, 가소제 등의 원하는 량을, 고무 성분과 혼련함으로써 얻을 수 있다. 상기 혼련은, 공지의 믹서나 밀 등의 혼련기를 이용하여 행할 수 있다.
본 발명의 고무 조성물을, 적절히, 130~180℃에서 가온하여 경화시킴으로써, 원하는 고무를 얻을 수 있다.
본 발명의 고무 조성물은, 얻어지는 고무의 보강성, 발열성이나 반발 탄성 등의 특성이 향상시킬 수 있으며, 보강성 및 발열성이 균형있게 개량되어 있기 때문에, 타이어 트레드용의 고무 조성물로서 적합하다.
[실시예]
다음에, 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 이것은 단지 예시이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
(실시예 1) 카본 블랙 1의 제조
도 1에 나타내는, 노축이 수직 방향으로 신장되는 개략 원통 형상을 가지는 유동상 반응로(1)를 이용하여 카본 블랙을 제작했다.
도 1에 나타내는 유동상 반응로(1)는, 하우징이 SUS304, 내벽이 뮬라이트에 의해 구성되는 것이며, 유동상 반응로(1)를 구성하는 반응로 본체(2)는, 하부에서 상부 방향을 향해 탄화 수소 가스를 공급하는 가스 도입구(21)(내경 50mm)를 가짐과 함께, 반응로 본체(2)의 상부에 배기구(22)(내경 30mm)를 가지는 것이다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유동상 반응로(1)는, 반응로 본체(2)의 노벽 외주 전체에 전열선을 나선형상으로 감은 히터 코일(3)을 가지며, 반응로 본체(2) 내부의 교반 영역(4)(내경 100mm, 높이 200mm)를 가열할 수 있는 구조를 가지고 있다.
또, 반응로 본체(2)와 가스 도입구(21)의 연결부에는, SUS제 필터(5)(메쉬 간격 0.2mm)를 설치했다.
상기 유동상 반응로(1)의 교반 영역(4)에 원료 카본 블랙 1(일차 입자의 평균 입자경이 24nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 67nm, DBP 흡수량이 45ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 80m2/g인 것) 100g을 도입한 후, 상기 교반 영역(4)을 히터 코일(3)에 의해 700℃로 가열하고, 그 다음에 가스 도입구(21)에서 500℃로 예열한 탄화 수소 가스(도시가스 13A： 비중 0.638, CH4 89.6%, 발열량 45MJ/m3)를 5Nm3/h로 공급하여 가스 도입구의 압력이 1.3MPa가 되도록 공급하고, 상기 원료 카본 블랙 1을 2분간 교반, 유동시킨 후, 히터 코일(3)에 의한 가열을 정지하고, 실온에서 냉각함으로써, 목적으로 하는 카본 블랙 1을 얻었다.
얻어진 카본 블랙 1의 일차 입자의 평균 입자경, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경, DBP 흡수량, 질소 흡착 비표면적을 표 1에 나타낸다.
얻어진 카본 블랙 1을 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000 FX)으로 관찰했을 때의, 애그리게이트의 전자현미경 사진을 도 2에 나타낸다. 또, 비교를 위해, 본 실시예에서 이용한 원료 카본 블랙 1의 애그리게이트의 전자현미경 사진을 도 3에 나타낸다.
도 2와 도 3을 대비함으로써, 본 실시예에 있어서는, 나뭇가지 형상을 가지는 원료 카본 블랙 1의 애그리게이트(도 3)가, 응집, 중합되어 구형상을 가지는 애그리게이트(도 2)를 생성하고 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2) 카본 블랙 2의 제조
실시예 1에 있어서, 탄화 수소 가스에 의한 교반, 유동 시간을 2분간에서 4분간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 처리하여 카본 블랙 2를 제작했다.
얻어진 카본 블랙 2를 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했더니, 원료 카본 블랙 1의 애그리게이트가 응집, 중합되어 구형상을 가지는 애그리게이트를 생성하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
얻어진 카본 블랙 2의 일차 입자의 평균 입자경, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경, DBP 흡수량, 질소 흡착 비표면적을 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에, 원료 카본 블랙 2(일차 입자의 평균 입자경이 24nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 67nm, DBP 흡수량이 45ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 90m2/g인 것)를 채용하고, 유동 반응상로를 이용한 반응을 행하지 않고 그대로 비교 카본 블랙 1로 했다.
비교 카본 블랙 1은, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
(비교예 2)
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에, 나뭇가지 형상을 가지는 원료 카본 블랙 3(일차 입자의 평균 입자경이 39nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 177nm, DBP 흡수량이 168ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 52m2/g인 것)을 채용하고, 유동 반응상로를 이용한 반응을 행하지 않고 그대로 비교 카본 블랙 2로 했다.
비교 카본 블랙 2는, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
Figure pct00002
(실시예 3) 카본 블랙 3의 제조
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에 원료 카본 블랙 4(일차 입자의 평균 입자경이 24nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경 79nm, DBP 흡수량이 82ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 90m2/g이며, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에, 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있는 것)을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 처리하여 카본 블랙 3을 얻었다.
얻어진 카본 블랙 3을 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했더니, 원료 카본 블랙 4의 애그리게이트가 응집, 중합되어 구형상을 가지는 애그리게이트를 생성하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
얻어진 카본 블랙 3의 일차 입자의 평균 입자경, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경, DBP 흡수량, 질소 흡착 비표면적을 표 2에 나타낸다.
(비교예 3)
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에, 원료 카본 블랙 5(일차 입자의 평균 입자경이 38nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 117nm, DBP 흡수량이 65ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 50m2/g인 것)를 채용하고, 유동 반응상로를 이용한 반응을 행하지 않고 그대로 비교 카본 블랙 3으로 했다.
비교 카본 블랙 3은, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
(비교예 4)
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에, 원료 카본 블랙 6(일차 입자의 평균 입자경이 39nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 189nm, DBP 흡수량이 160ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 52m2/g인 것)을 채용하고, 유동 반응상로를 이용한 반응을 행하지 않고 그대로 비교 카본 블랙 4로 했다.
비교 카본 블랙 4는, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
Figure pct00003
(실시예 4) 카본 블랙 4의 제조
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에 원료 카본 블랙 7(일차 입자의 평균 입자경이 21nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 115nm, DBP 흡수량이 123ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 113m2/g이며, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에, 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있는 것)을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 처리하여 카본 블랙 4를 얻었다.
얻어진 카본 블랙 4를 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했더니, 원료 카본 블랙 7의 애그리게이트가 응집, 중합되어 구형상을 가지는 애그리게이트를 생성하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
얻어진 카본 블랙 4의 일차 입자의 평균 입자경, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경, DBP 흡수량, 질소 흡착 비표면적을 표 3에 나타낸다.
(비교예 5)
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에, 원료 카본 블랙 8(일차 입자의 평균 입자경이 58nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 140nm, DBP 흡수량이 95ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 40m2/g인 것)을 채용하고, 유동 반응상로를 이용한 반응을 행하지 않고 그대로 비교 카본 블랙 5로 했다.
비교 카본 블랙 5는, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
(비교예 6)
실시예 1에 있어서, 원료 카본 블랙 1 대신에, 원료 카본 블랙 9(일차 입자의 평균 입자경이 14nm, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 160nm, DBP 흡수량이 133ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 195m2/g인 것)를 채용하고, 유동 반응상로를 이용한 반응을 행하지 않고 그대로 비교 카본 블랙 6으로 했다.
비교 카본 블랙 6은, 투과형 전자현미경(일본 전자 주식회사제 JEM-2000FX)으로 관찰했을 때에 애그리게이트가 나뭇가지 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
Figure pct00004
표 1~표 3으로부터, 특정의 원료 카본 블랙을 탄화 수소 가스로 교반, 유동시켜 각 카본 블랙을 제작함으로써, 각 원료 카본 블랙의 일차 입자 사이즈를 유지한 채로, DBP 흡수량이 높고 스토크스 모드경이 큰 구형상의 애그리게이트에 의해 구성되는 카본 블랙을 형성 할 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 5) 고무 조성물의 제조예
카본 블랙으로서, 실시예 1에서 얻어진 카본 블랙 1을 이용하여, 이 카본 블랙 70질량부에 대해, 고무 성분인 스티렌부타디엔 고무(일본 제온(주) 제, Nipol NS116R) 80질량부 및 폴리부타디엔 고무(JSR(주) 제, JSR BR01) 20질량부와, 스테아린산 2질량부와, 오일(스타리 오일(주) 제 Tudalen65) 30질량부와, 아연화 3질량부를, 밀폐형 믹서(코베 제강(주) 제 MIXTRONBB-2)으로 4분간 혼련한 후, 얻어진 혼련물에 대해, 가황촉진제(카와구치 화학공업(주) 제 액셀 CZ) 2질량부와, 유황 2질량부를 오픈 롤로 혼련함으로써, 표 4에 나타내는 조성을 가지는 고무 조성물을 얻었다.
Figure pct00005
＜무니 점도(M)＞
상기 고무 조성물의 무니 점도(고무 조성물을 100℃로 5분간 가열했을 때 끈기)를, 무니 점토계((주) 도요정기제작소제 AM-3)를 이용하여 측정했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
표 5~표 7에 기재하고 있는 바와 같이, 무니 점도는, 무니 단위 M에 의해 표기되며, 이 값이 작으면 작을수록 성형할 때에 고무가 흐르기 쉬워 가공성이 높은 것을 의미한다.
그 후, 고무 조성물을 160℃의 온도 조건 하, 15cm×15cm×0.2cm의 금형 중에서, 20분간 가황하여 가황 고무를 형성했다.
얻어진 가황 고무를 이용하여, 이하에 나타내는 방법에 의해, 손실 계수(tanδ), 인장 강도를 측정했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
＜손실 계수(tanδ)＞
얻어진 가황 고무로부터 잘라낸 하기 사이즈를 가지는 시험편을 이용하여, 점탄성 스펙트로미터((주) 우에시마 제작소제 VR-7110)에 의해, 하기의 조건으로 손실 계수(tanδ)를 측정했다. 또한, 60℃tanδ는, 값이 작을 수록 발열성이 낮은 것을 나타내고 있다.
시험편 사이즈： 두께 2mm, 길이 35mm, 폭 5mm
주파수： 50Hz
동적변형율： 1.2%
측정 온도： 60℃
＜인장 응력＞
(주) 도요정기제작소제 스트로그래프 AR를 이용하여, 시험편； JIS3호, 인장 속도 500±25mm/분의 조건으로 인장 응력(MPa)을 측정했다.
(실시예 6) 고무 조성물의 제조예
카본 블랙으로서, 실시예 1에서 얻어진 카본 블랙 1 대신에 실시예 2에서 얻어진 카본 블랙을 이용한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 고무 조성물을 제작하여 무니 점도를 측정한 후, 실시예 5와 동일하게 하여 상기 고무 조성물로부터 가황 고무를 형성하고, 실시예 5와 동일하게 하여 얻어진 가황 고무의 손실 계수(tanδ) 및 인장 강도(300% 변형)를 측정했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
(비교예 7~비교예 8) 고무 조성물의 제조예
카본 블랙으로서, 실시예 1에서 얻어진 카본 블랙 1 대신에 비교예 1에서 얻어진 비교 카본 블랙 1을 이용하거나(비교예 7), 실시예 1에서 얻어진 카본 블랙 1 대신에 비교예 2에서 얻어진 비교 카본 블랙 2를 이용한(비교예 8) 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 고무 조성물을 제작하여 무니 점도를 측정한 후, 실시예 5와 동일하게 하여 상기 고무 조성물로부터 가황 고무를 형성하고, 실시예 5와 동일하게 하여 얻어진 가황 고무의 손실 계수(tanδ) 및 인장 응력(300% 변형)을 각각 측정했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
이하, 표 5의 각 란에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 실시예 5에서 얻어진 각 측정치를 100%로 했을 때의 상대 비율(%)을 각각 나타냄과 함께, 괄호 내에 각 측정치(실측치)를 나타내는 것으로 한다. 표 5에 있어서, 무니 점도, 인장 강도(300% 변형) 또는 손실 계수(tanδ)가 5% 이상 개선되어 있는 경우에는, 각각 각 물성이 개량되었다고 간주할 수 있다.
Figure pct00006
(실시예 7, 비교예 9~비교예 10) 고무 조성물의 제조예
카본 블랙으로서, 실시예 3에서 얻어진 카본 블랙 3을 이용하거나(실시예 7), 비교예 3 및 비교예 4에서 얻어진 카본 블랙 3 및 카본 블랙 4를 각각 이용한(비교예 9 및 비교예 10) 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 각 고무 조성물을 제작하여 무니 점도를 측정한 후, 실시예 5와 동일하게 하여 각 고무 조성물로부터 가황 고무를 제작하고, 실시예 5와 동일하게 하여 얻어진 가황 고무의 손실 계수(tanδ) 및 인장 강도(300% 변형)를 측정했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
또한, 표 6에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 실시예 7에서 얻어진 무니 점도, 인장 강도(300% 변형) 또는 손실 계수(tanδ)의 값을 100%로 했을 때의 상대 비율을 각각 나타냄과 함께, 각 실측치를 괄호 내에 나타낸다. 표 6에 있어서, 무니 점도, 인장 강도(300% 변형), 또는 손실 계수(tanδ)가 5% 이상 개선되어 있는 경우에는, 각각 각 물성이 개량되었다고 간주할 수 있다.
Figure pct00007
(실시예 8, 비교예 11~비교예 12)(고무 조성물의 제조예)
카본 블랙으로서, 실시예 4에서 얻어진 카본 블랙 4를 이용하거나(실시예 8), 비교예 5 및 비교예 6에서 얻어진 비교 카본 블랙 5 및 비교 카본 블랙 6을 각각 이용한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 각 고무 조성물을 제작하여 무니 점도를 측정한 후, 실시예 5와 동일하게 하여 각 고무 조성물로부터 가황 고무를 제작하고, 실시예 5와 동일하게 하여 얻어진 가황 고무의 손실 계수(tanδ) 및 인장 강도(300% 변형)를 측정했다. 결과를 표 7에 나타낸다.
또한, 표 7에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 실시예 8에서 얻어진 무니 점도, 인장 강도(300% 변형), 또는 손실 계수(tanδ)의 값을 100%로 했을 때의 상대 비율을 나타냄과 함께, 각 실측치를 괄호 내에 나타낸다. 표 7에 있어서, 무니 점도, 인장 강도(300% 변형), 또는 손실 계수(tanδ)가 5% 이상 개선되어 있는 경우에는, 각각 각 물성이 개량되었다고 간주할 수 있다.
Figure pct00008
표 5로부터, 실시예 5 및 실시예 6에서 얻어진 고무 조성물은, 비교예 7 및 비교예 8에서 얻어진 고무 조성물에 비해, 무니 점도가 낮아 가공성이 향상되고, 손실 계수(tanδ)가 개선되며, 인장 강도가 큰 고무가 얻어지는 것을 알 수 있으며, 표 6으로부터, 실시예 7에서 얻어진 고무 조성물도, 비교예 9 및 비교예 10에서 얻어진 고무 조성물에 비해, 무니 점도가 낮아 가공성이 향상되고, 손실 계수(tanδ)가 개선되며, 인장 강도가 큰 고무가 얻어지는 것을 알 수 있고, 또한, 표 7로부터, 실시예 8에서 얻어진 고무 조성물은, 비교예 11 및 비교예 12에서 얻어진 고무 조성물에 비해, 무니 점도가 낮아 가공성이 향상되고, 손실 계수(tanδ)가 개선되며, 인장 강도가 큰 고무가 얻어지는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 실시예 5~실시예 8에서 얻어진 고무 조성물은, 가공성이 우수하고, 보강성이 우수함과 함께, 발열성이 낮은 것인 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 고무 조성물의 배합 성분으로서 이용했을 때에, 얻어지는 고무의 가공성 및 보강성을 향상시킴과 함께, 얻어지는 고무의 발열 특성을 향상시킬 수 있는 카본 블랙을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 카본 블랙을 간편하게 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 보강성, 발열성, 가공성 등의 고무 특성이 향상된 고무 조성물을 제공할 수 있다.
1: 유동상 반응로 2: 반응로 본체
21: 가스 도입구 22: 배기구
3: 히터 코일 4: 교반 영역
5: 필터

Claims (4)

  1. 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이고, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 140~180nm이며, 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 애그리게이트의 형상이 구형상인 것을 특징으로 하는 카본 블랙.
  2. 청구항 1에 있어서,
    DBP 흡수량이 120~160ml/100g, 질소 흡착 비표면적이 70~120m2/g인, 카본 블랙.
  3. 유동상(流動床) 반응로를 이용하여 카본 블랙을 제조하는 방법으로서,
    상기 유동상 반응로 내에 탄화수소 가스를 공급하여 가스 흐름을 발생시키고, 상기 유동상 반응로 내에 별도 도입한, 일차 입자의 평균 입자경이 15~35nm이며, 원심 침강 분석법에 의해 측정되는 애그리게이트의 스토크스 모드경이 50~115nm인 원료 카본 블랙을, 상기 가스 흐름에 의해 가열 하에 교반, 유동하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 카본 블랙의 제조 방법.
  4. 고무 성분 100질량부에 대해, 청구항 1 혹은 청구항 2에 기재된 카본 블랙 또는 청구항 3에 기재된 방법으로 얻어진 카본 블랙을 20~100질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
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