KR930002553B1 - Carbon black for rubber composion - Google Patents
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- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명의 카본블랙 제조에 사용하는 Y상 구조의 오일 퍼니스(oil furnace) 개요도이다.1 is a schematic diagram of an oil furnace having a Y-phase structure used for producing carbon black of the present invention.
본 발명은 고무 배합용 카본블랙에 관한 것으로 좀더 구체적으로는 고도의 내마모성과 반발탄성의 겸비가 요구되는 패신저 타이어(Passenger tire)의 트레드부재등에 사용되는 고무에 알맞게 배합되는 카본블랙에 관한 것이다. 패신저타이어의 트레드를 구성하는 고무재료는 고반발탄성, 저발열성등 구동에너지의 손실을 억제하는 동적성능(動的性能)을 갖는 것이 필수조건으로 되어 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to carbon black for rubber compounding, and more particularly, to carbon black suitably blended with a rubber used in a tread member of a passenger tire, which requires high wear resistance and resilience. The rubber material constituting the treader of the passenger tire is required to have a dynamic performance that suppresses the loss of driving energy such as high resilience and low heat generation.
그래서 동적성능을, 고무에 배합하는 카본블랙의 특성에 의해, 개선하기 위하여는 입자경이 큰(BET 비표면적(N2SA)이 작은) 카본블랙을 이용하는 것이 유효한 것으로 되어 있다.So to use the dynamic performance, by the properties of the carbon black compounded in the rubber, to improve the large (BET specific surface area (N 2 SA) is small), the particle size of carbon black is to be valid.
그러나 이런 카본블랙은 고무 보강면에서는 배반적인 거동을 나타내고 타이어트레드로서 가장 중요한 내마모성능을 현저하게 후퇴시키는 결과를 초래한다.However, this carbon black exhibits a betrayal behavior on the rubber reinforcement surface and results in a significant retreat of the most important wear resistance as a tire tread.
이때문에, 종래, 패신저타이어 트레드에는 BET 비표면적(比表面積)이 85m2/g이상의 품종을 배합함에 의해 내마모성을 확보하고, 동시에 가능한 한 애그리게이트 사이즈(aggregate size) 분포폭(分布幅)이 넓은 특성의 카본블랙을 선택사용하므로서 탄성면의 개량을 기도하는 수법이 취하여졌다.For this reason, conventionally, the passenger tire tread has a BET specific surface area of 85 m 2 / g or more in combination to ensure wear resistance, and at the same time, aggregate size distribution width as much as possible. By selecting and using the carbon black of this wide characteristic, the method of praying for improvement of an elastic surface was taken.
그러나 BET 비표면적 85m2/g미만의 입자경 영역에 있는 카본블랙을 사용하면 반발탄성의 증대개선은 되지만 내마모성이 대폭 저하해버려 패신저xk이어의 트레드부재로서의 요구성능을 만족하지 못하는 문제점이 발생한다.However, the use of carbon black in the particle size range of less than 85 m 2 / g BET improves the resilience but greatly reduces the abrasion resistance, resulting in a problem that the performance of the passenger xk ear as a tread member cannot be satisfied. .
본 발명은 상기 문제점을 해소하고, BET 비표면적 84m2/g이하의 입자경(徑) 영역에 있어 배합고무에 고도의 내마모성과 반발탄성을 동시에 부여할 수 있는 카본블랙을 제공함을 목적으로 하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a carbon black which can simultaneously give a high degree of wear resistance and rebound elasticity to a compounded rubber in a particle size region having a BET specific surface area of 84 m 2 / g or less.
본 발명의 목적은 BET 비표면적(N2SA)이 65∼84m2/g 범위에 있고, 하기하는 계산식으로 얻어지는 a값이 270이상, BET 비표면적(N2SA)/옥소흡착량(IA)의 비가 1.10∼1.35의 특성요건을 만족하는 카본블랙에 의해 달성된다.The object of the present invention is that the BET specific surface area (N 2 SA) is in the range of 65 to 84 m 2 / g, the a value obtained by the following formula is 270 or more, and the BET specific surface area (N 2 SA) / oxo adsorption amount (IA). Is achieved by carbon black satisfying the characteristic requirements of 1.10 to 1.35.
a = (24M4DBP)2× (블래크니스/IA)2××10-6 a = (24M4DBP) 2 × (Blankness / IA) 2 × × 10 -6
본 발명에 관한 카본블랙의 특성중, BET 비표면적(N2SA) 65∼84m2/g의 입자경 범위는 배합고무에 알맞는 반발탄성, 저발열성을 주는 한편, 극단적 내마모성의 후퇴를 억제하기 위한 전제요건이 된다.Among the properties of the carbon black according to the present invention, the particle size range of BET specific surface area (N 2 SA) 65 to 84 m 2 / g gives resilient elasticity and low calorificity suitable for compounded rubber, while suppressing the extreme wear resistance retreat. It is a prerequisite for this.
이 전제요건에 더하여 a값을 종래 카본블랙의 a값보다 큰 270이상으로 보지하고, 다시 N2SA/IA비를 1.10∼1.35로 조정하는 것에 의해 내마모성의 적정수준을 유지함과 동시에 가공면에서의 특성저하를 유효하게 방지하는 것이 가능하게 된다.In addition to this prerequisite, the value of a is held at 270 or more, which is larger than that of conventional carbon black, and the N 2 SA / IA ratio is adjusted to 1.10 to 1.35 to maintain an appropriate level of wear resistance and It is possible to effectively prevent the deterioration of characteristics.
본 발명의 카본블랙의 상기 특성 항목은 아래의 방법에 의해 측정된 값인 것이다.The characteristic item of the carbon black of the present invention is a value measured by the following method.
(1) BET 비표면적(N2SA)(1) BET specific surface area (N 2 SA)
ASTM D3037-78 "질소흡착에 의한 카본블랙 표면적 검사표준방법" 방법 B에 의한다. 이 방법으로 측정한 IRB(Industry Reference Black) #5의 BET 비표면적(N2SA)은 80.3m2/g이 된다.According to ASTM D3037-78 "Standard Method for Inspecting Carbon Black Surface Area by Nitrogen Adsorption" Method B. The BET specific surface area (N 2 SA) of IRB # 5 measured by this method is 80.3 m 2 / g.
(2) 24M4DBP(압축 DBP 흡유량)(2) 24M4DBP (compression DBP oil absorption)
ASTM D3493-79 "압축시료의 카본블랙 디부틸프탈레이트 흡수량"에 의한다,According to ASTM D3493-79 "Carbon Black Dibutyl Phthalate Absorption of Compressed Samples",
(3) 블래크니스(Blackness)(3) Blackness
입도 149μ이하의 건조 카본블랙 시료 0.500g을 저울로 달아 취하고, 유리판상에서 아마인유를 적하(滴下)하면서 충분하게 반죽하여 섞은 다음 페이스트를 후버물러(Hoover type muller)상에서 하중 l5 lb로 25×5회 혼련하여 유리판면에 시료 카본블랙 페이스트의 박막을 형성시킨다. 한편 미리 기준시료 IRB #2에 대하여 상기와 같이해서 형성한 박막상에 덴시크론 A9155의 반사헤드 #3832A(미국 Densicron, Welch Scientific Co.제의 반사광도계)를 놓아 50%로 설정하고 헤드(head)를 적어도 3개소 이동시켰을시의 미터값이 49.5∼50.5%로 됨을 확인한다. 다음, 시료 카본블랙의 박막상에 헤드를 놓고 미터값을 읽는다. 헤드는 5개소 이동하고 그 평균치를 측정값으로 하기식에 의해 블래크니스를 산출한다.0.500 g of a dry carbon black sample having a particle size of 149 µ or less is weighed, weighed and mixed with a drop of linseed oil on a glass plate. The paste is 25 × 5 times with a load of l5 lb on a Hoover type muller. The mixture is kneaded to form a thin film of sample carbon black paste on the glass plate surface. On the other hand, reflecting head # 3832A (Densicron A9155, reflectance photometer manufactured by Welch Scientific Co.) of Densicron A9155 was previously set on the thin film formed as described above with respect to reference sample IRB # 2, and was set to 50%. Confirm that the meter value at the time of moving at least three places becomes 49.5-50.5%. Next, place the head on a thin film of sample carbon black and read the meter value. The head is moved five places and the average value is calculated as the measured value.
단, T는 시료 카본블랙의 측정치,100은 기준시료 IRB #2의 블래크니스, 50은 기준시료 IRB #2 박막의 설정치이다.However, T is the measured value of the sample carbon black, 100 is the blackness of the reference sample IRB # 2, and 50 is the set value of the reference sample IRB # 2 thin film.
(4) IA(옥소흡착량)(4) IA (oxo adsorption amount)
JIS K6221(1975)「고무용 카본블랙의 시험방법」 6.2.1항 흡유량 A법에 의한다. 좀더 자세하게 말하면 건조된 카본블랙시료 0.5±0.005g를 스토퍼가 구비된 200ml 엘렌메이어(Erlenmeyer) 플라스크에 충진하고 전기한 플라스크에 0.0473N 옥소용액 25ml을 가하였으며, 얻어진 혼합물을 상온에서 1시간 120스트로크/분 이상의 비율로 흔들었다. 그때 카본블랙시료는 분리되고 여과액은 0.0394N-소디움 티오설페이트 용액(a ml)으로 적정(滴定) 분석되었다. 그리고 공(空)시험을 상기 (b ml)와 같은 프로세스로 시행했다. 카본블랙시료의 옥소흡착량은 아래와 같은 동식에 의해 산정되었다.According to JIS K6221 (1975), Test Method for Rubber Carbon Black, in 6.2.1 Oil Absorption A Method. More specifically, 0.5 ± 0.005 g of dried carbon black sample was charged to a 200 ml Erlenmeyer flask equipped with a stopper, and 25 ml of 0.0473 N oxo solution was added to the flask described above. Shake at a rate of more than a minute. At that time, the carbon black sample was separated and the filtrate was titrated with 0.0394 N-sodium thiosulfate solution (a ml). An empty test was carried out in the same process as in (b ml). Oxo adsorption amount of the carbon black sample was calculated by the following equation.
여기서 IA : 옥소흡착량(mg/g)Where IA: Oxo adsorption (mg / g)
WD: 건조된 카본블랙의 중량(g)W D : Weight of dried carbon black (g)
V : 부가된 옥소 용액의 양(ml)V: amount of added oxo solution (ml)
N : 옥소용액의 규정도(0.047)N: Regulation diagram of oxo solution (0.047)
f : 옥소용액의 인자f: factor of oxo solution
(5)(Mode Diameter)(5) ( Mode Diameter)
JIS K6221(1975) 6.2.1항 A법에 의하여 건조한 다음 정밀계량하여 채취한 카본블랙시료를 소량의 계면활성제(분산매)를 함유하는 20% 에타놀 수용액과 혼합해서 카본블랙의 농도 50mg/l의 분산액을 작성하고 초음파로 충분히 분산시켜 시료액으로 한다.A dispersion of carbon black having a concentration of 50 mg / l of carbon black, mixed with a 20% ethanol aqueous solution containing a small amount of surfactant (dispersion medium), after drying according to JIS K6221 (1975) 6.2.1 Method A Prepare and disperse with ultrasonic wave sufficiently to obtain a sample liquid.
한편 디스크 센트리퓨지(Disc Centrifuge)장치(영국 죠이스러블사제)를 8000rpm의 회전속도로 설정하고 스핀액(2% 글리세린 수용액)을 10ml 가한 다음 1m1의 버퍼(buffer)액(에타놀 수용액)을 주입한다.Meanwhile, the Disc Centrifuge device (manufactured by Joyceble UK) is set at a rotational speed of 8000 rpm, 10 ml of spin solution (2% aqueous glycerin solution) is added, and then 1m1 buffer solution (ethanol aqueous solution) is injected. .
이어서 시료액 0.5ml을 주사기에 채취하고 스핀액중에 가하여 원심침강을 개시하고 동시에 기록계를 작동시켜 광학적으로 응집체 스톡스 직경의 분포곡선을 작성한다.는 얻어진 분포곡선에 있어 최대빈도(최대흡광도)의 스톡스 상당경(nm)을 나타낸다.Subsequently, 0.5 ml of the sample liquid is collected in a syringe, added to the spin liquid to start centrifugal sedimentation, and the recorder is operated at the same time to prepare an optical distribution curve of the aggregate stock diameter. Represents the Stokes equivalent diameter (nm) of the maximum frequency (maximum absorbance) in the obtained distribution curve.
또 ASTM D-24 스탠다드 래퍼런스 블랙(Standard Reference Black) C-3(N234)을 이 방법으로 측정하였더니80nm이었다.In addition, ASTM D-24 Standard Reference Black C-3 (N234) was measured by this method. 80 nm.
본 발명용으로 전기한 특성을 가진 카본블랙은 예컨데 일본국 공개특허 공보 59-49267호 내용에 따라 첨부된 도면과 같이 Y상 구조의 오일퍼니스로 준비되었다. 도면의 설명과 같이 오일퍼니스(1)는 두개의 발생부(2)(2')를 구성하며 발생부(2)(2')들은 주반응존(Zone)(3)에 집중해 있다. 발생부(2)는 연소실과 연소실(4)에 연결된 고온 가열닥트(7)로 구성되며 발생부(2')는 연소실(4')과 연소실(4')에 연결된 고온 가열닥트(7')로 구성되었다. 각개 연소실(4)(4')에는 버너(5)(5')와 원료오일 분사 노즐(6)(6')이 설치되었는네 이들은 상호 동축(同軸)으로 배열되었다. 연소실(4)에서 형성된 중간체 생성 카본블랙의 가스류와 연소실(4')에서 형성된 가스류(流)는 동시에 빠른 속도로 고온가열 닥트(7)(7')를 통해 주반응존(3)으로 지입되어지며 상호 충돌되어 소망하는 카본블랙을 얻는다. 도면부호(8)은 냉각수용 분사노즐이고 (9)는 윈드박스(windbox)이다.Carbon black having the characteristics described above for the present invention was prepared as an oil furnace having a Y-phase structure as shown in the accompanying drawings, for example, according to the contents of Japanese Patent Laid-Open No. 59-49267. As described in the drawing, the oil furnace 1 constitutes two generators 2 and 2 ', and the generators 2 and 2' are concentrated in the main reaction zone 3. The generator 2 is composed of a high
이때 발생부(2)(2')의 조건 및 생성카본블랙류의 노내 체류시간을 제어함에 의해 본 발명의 특성을 갖추는 카본블랙을 얻을 수가 있다.At this time, the carbon black having the characteristics of the present invention can be obtained by controlling the conditions of the generators 2 and 2 'and the residence time of the generated carbon blacks.
본 발명에 관한 카본블랙은 통상적인 방법에 따라 각종 합성고무 혹은 천연고무성분에 배합된다.Carbon black according to the present invention is blended into various synthetic rubbers or natural rubber components according to a conventional method.
그래서 BET 비표면적(N2SA)이 65∼84m2/g내로 낮게 설정되어 있음에 기인하는 내마모성의 후퇴경향을 24M4DBP, 블래크니스/IA 및에 의해 결정되는 a값을 종래 품종의 카본블랙보다 훨씬 높은 270이상으로 제어하되 N2SA/IA비를 1.10∼1.35로 조정함에 의해 효과적으로 억제할 수가 있다.Therefore, the abrasion resistance retraction tendency due to the low BET specific surface area (N 2 SA) is set within 65 to 84 m 2 / g. The a value determined by is controlled to 270 or more, which is much higher than that of the conventional varieties of carbon black, but can be effectively suppressed by adjusting the N 2 SA / IA ratio to 1.10 to 1.35.
이 결과 본 발명의 카본블랙에 의하면 85m2/g미만의 BET 비표면적(N2SA)을 갖는 카본블랙을 사용하여 고무에 알맞는 반발탄성과 내마모성을 동시에 부여할 수가 있다.As a result, according to the carbon black of the present invention, carbon black having a BET specific surface area (N 2 SA) of less than 85 m 2 / g can be used to impart resilient elasticity and wear resistance suitable for rubber.
따라서 본 발명의 카본블랙을 페신저타이어의 트레드고무등에 배합함에 의해 주행시의 전동저항 경감과 저연비화를 효과적으로 달성할 수가 있다.Therefore, by combining the carbon black of the present invention with the tread rubber of the passenger tire, etc., it is possible to effectively reduce the rolling resistance and reduce the fuel consumption during running.
[실시예, 비교예][Example, Comparative Example]
제1도에 나타내는 바와같이 두부에 윈드박스(9)(9')를 통하여 연소버너(5)와 원료유 분사노즐(6)을 장착한 내경 400mm, 길이 800mm(그중원추부분 200mm)의 연소실(4) 및 내경 80mm, 길이 700mm의 열분해도관(7)을 갖춘 제1발생부와, 동일하게 연소버너(5')와 원료유 분사노즐(6')을 장착한 내경 650mm, 길이800mm(그중원추부분 200mm)의 연소실(4') 및 내경 110mm, 길이 1000mm의 열분해도관(7')을 갖춘 제2발생부로 되는 2개의 발생부를 내경 300mm, 길이 4000mm의 후단광경(廣徑)부(11)와 내경 135mm, 길이850mm의 전단협경부(10)를 연설한 주반응존(3)의 전면(全面)에 교각 60°로 수렴 결합시킨 Y자형 구조의 오일 퍼니스로 설치했다.As shown in FIG. 1, a combustion chamber having an internal diameter of 400 mm and a length of 800 mm (cone part 200 mm) having a combustion burner 5 and a raw material oil injection nozzle 6 mounted thereon through a wind box 9, 9 'at the head ( 4) Inner diameter of 650mm and 800mm in length, equipped with combustion burner (5 ') and raw material oil injection nozzle (6') with the first generating part equipped with pyrolysis conduit (7) with inner diameter of 80mm and length of 700mm A second generating section having a combustion chamber 4 'of a portion 200 mm) and a second generating section having a thermal decomposition conduit 7' having an inner diameter of 110 mm and a length of 1000 mm, and a rear end light portion 11 having a diameter of 300 mm and a length of 4000 mm; It was installed in an oil furnace of a Y-shaped structure in which the
원료유에는 비중(15/4℃) 1.0703, 점도(엥글러 40/120℃) 2.10, 벤젠불용분 0.03%, 상관계수(BMCI)140, 초기비점 103℃의 방향족 탄화수소유를, 또 연료유로서는 비중(15/4℃) 0.903, 점도(CST 50℃) 16.1, 잔탄분 5.4%, 유황분 1.8%, 인화점 96℃의 탄화수소유를 사용했다.As raw material oil, specific gravity (15/4 ° C) 1.0703, viscosity (Angler 40/120 ° C) 2.10, benzene insoluble content 0.03%, correlation coefficient (BMCI) 140, initial boiling point 103 ° C aromatic hydrocarbon oil, Hydrocarbon oil of specific gravity (15/4 degreeC) 0.903, viscosity (CST 50 degreeC) 16.1, xanthan powder 5.4%, sulfur content 1.8%, and a flash point of 96 degreeC was used.
상기한 반응로, 원료유 및 연료유를 사용하고 표 1에 나타낸 발생조건을 적용해서 본 발명의 카본블랙을 제조했다.Carbon black of this invention was manufactured using the above-mentioned reaction furnace using the raw material oil and the fuel oil, and applying the development conditions shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
표 II에 제조된 카본블랙의 각종 특성 및 계산치를 나타냈다.Various properties and calculated values of the carbon black produced in Table II are shown.
또 표 II중 비교예로서 나타낸 Run No.5∼8은 종래 기술에 의해 제조된 실시예와 같은 수준, Run No.9는 85m2/g이상의 BET 비표면적(N2SA)을 갖는 카본블랙이다.In addition, Run Nos. 5 to 8 shown as comparative examples in Table II are the same level as in Examples prepared by the prior art, and Run No. 9 is carbon black having a BET specific surface area (N 2 SA) of 85 m 2 / g or more. .
[표 2]TABLE 2
* a값= (24M4DBP)2× (블래크니스/IA)2××10-6 a value = (24M4DBP) 2 × (Blankness / IA) 2 × × 10 -6
다음, 표 II의 각종 카본블랙을 표 III에 나타내는 배합계로 스티렌부타디엔고무(SBR) 성분에 배합했다.Next, the various carbon black of Table II was mix | blended with the styrene butadiene rubber (SBR) component with the compounding system shown in Table III.
[표 3]TABLE 3
표 III의 배합물을 145℃의 온도에서 50분간 가황처리해서 얻은 고무조성물에 대하여 각종 고무특성을 측정했다. 결과를 표 II의 배합 카본블랙 Run No.에 대응시켜 표 IV에 나타냈다.Various rubber properties were measured for the rubber composition obtained by vulcanizing the compound of Table III at a temperature of 145 ° C. for 50 minutes. The results are shown in Table IV, corresponding to the compounded carbon black Run No. of Table II.
또 고무특성의 측정방법 및 측정조건은 다음 기재한 것에 의했다.In addition, the measuring method and measurement conditions of a rubber characteristic were based on what was described next.
(1) 마모량(1) wear
람본(Lambourn) 마모시험기(기계식 슬립기구)를 사용하고 다음조건에서 측정했다.A Lambbourn abrasion tester (mechanical slip mechanism) was used and measured under the following conditions.
시험편 : 두께 10mm, 외경 44mm,Test piece: thickness 10mm, outer diameter 44mm,
에머리휠(Emery wheel) : GC타입, 입도 80, 경도 HEmery wheel: GC type, particle size 80, hardness H
첨가카보런덤(Carborundum)분 : 입도 80#, 첨가량 약 9g/분Added Carborundum: Particle size 80 #, added amount about 9g / min
에머리휠면과 시혐편의 상대슬립율 : 24%, 60%Relative slip rate between emery wheel and test piece: 24%, 60%
시험편회전수 : 535rpmTest piece rotation speed: 535rpm
시험 하중 : 4kgTest load: 4 kg
(2) 발열도(2) exothermic degree
ASTM D623-78(굿리치 플렉소미터 사용)에 의했다.According to ASTM D623-78 (using Goodrich Flexometer).
(3)기 타(3) Others
JIS K6301 「가류고무 물리시험 방법」에 의했다.According to JIS K6301 "Vulcan rubber rubber physical test method".
[표 4]TABLE 4
표 IV의 결과를 표 II의 특성과 함께 고찰하면, 적용한 카본블랙의 BET 비표면적(N2SA)이 동일수준에 위치하는 경우에는 실시예에 의한 고무조성물은 비교예에 비해 내마모성은 동등하게 유지되면서 동적성능의 요인이 되는 반탄발성, 발열도등이 훨씬 개선되고, 또 BET 비표면적(N2SA)이 85m2/g을 넘는 Run No.9에 대하여도 고무성능에 손색이 없음을 알 수 있다.Considering the results of Table IV together with the characteristics of Table II, when the BET specific surface area (N 2 SA) of the applied carbon black is located at the same level, the rubber compositions according to the examples retained the same wear resistance as compared with the comparative examples. As a result, semi-elasticity and exothermicity, which are factors of dynamic performance, are much improved, and rubber performance is not affected by Run No. 9 with a BET specific surface area (N 2 SA) of more than 85 m 2 / g. have.
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