TW201730104A - 碳黑、碳黑之製造方法及橡膠組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明所提供的碳黑，係調配於橡膠成分時，能賦予通常較難兼顧的補強性、低發熱性，且能賦予優異的耐磨損性，特別適合在嚴苛行駛條件下所使用的輪胎胎面橡膠用。本發明的碳黑，其特徵係利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd為50~200mJ/m2、強酸性基濃度為0~0.115μmol/m2。

Description

碳黑、碳黑之製造方法及橡膠組成物
本發明係關於碳黑、碳黑之製造方法及橡膠組成物。
橡膠補強用碳黑係具有因應具備特性的多樣品種，由於該等具備特性成為用於決定橡膠諸項性能的主要因子，因而在調配於橡膠組成物時，選定具有適合於構件用途之特性的碳黑。
例如要求如輪胎胎面部般高度補強性的橡膠構件，自習知起有使用SAF(N110)、ISAF(N220)等初級粒徑小、比表面積大、高結構的硬質系碳黑(參照專利文獻1(日本專利特開平10-130424號公報)等)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平10-130424號公報
由調配上述碳黑而成之橡膠組成物所獲得的橡膠，當使用於輪胎胎面部時，賦予高度補強性，但相反的不僅會導致發熱特性容易增加、難以達到燃料消耗量的提升，由於上述碳黑的粒徑小、比表面積大，因而在橡膠調配時的混練過程中，橡膠成分會高黏度化而增加硬度，較難均質分散於橡膠成分中，因而橡膠組成物的品質特性、特別係作為輪胎胎面時重要的耐磨損性容易降低。
雖亦有考慮藉由增加上述碳黑調配量而提升耐磨損性的方法，但不僅橡膠組成物的彈性模數提高、會損及加工性，且容易導致輪胎行駛時的耐切削性或耐剝離性降低。
在此種狀況下，本發明目的在於提供：調配於橡膠成分時能賦予補強性、低發熱性，且能賦予優異耐磨損性，特別適合在嚴苛行駛條件下所使用之輪胎胎面橡膠用的碳黑、碳黑之製造方法及橡膠組成物。
為解決上述技術問題，本發明者經深入鑽研，結果發現藉由利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd係50~200mJ/m2、強酸性基濃度係0~0.115μmol/m2的碳黑，便可解決上述技術問題，根據此項發現遂完成本發明。
即，本發明係提供：(1)一種碳黑，其特徵係利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd為50~200mJ/m2、強酸性基濃度為0~0.115μmol/m2；(2)如上述(1)所記載的碳黑，其中，氮吸附比表面積係80~200m2/g、24M4DBP吸收量係50~130cm3/100g；(3)一種碳黑之製造方法，係製造上述(1)所記載的碳黑的方法，其特徵係：使用從氣體流路的上游朝下游方向，依序設有燃料燃燒帶域、原料導入帶域及界面活性劑導入帶域的反應爐；在上述燃料燃燒帶域中導入含氧氣體與燃料並進行混合燃燒，使高溫燃燒氣體流產生，在上述原料導入帶域中導入上述高溫燃燒氣體流的狀態下，導入原料烴，接著在界面活性劑導入帶域導入界面活性劑並使進行反應，而生成含碳黑氣體；(4)一種橡膠組成物，其特徵係相對於橡膠成分100質量份，含有上述(1)或(2)所記載的碳黑20~150質量份。
根據本發明可提供：在調配於橡膠成分時能賦予補強性、低發熱性，且能賦予優異耐磨損性，特別適合在嚴苛行駛條件下所使用之輪胎胎面橡膠用的碳黑，且能提供簡便製造上述碳黑的方法及橡膠組成物。
1‧‧‧含氧氣體導入口
2‧‧‧燃燒用燃燒器
3‧‧‧燃料燃燒帶域
4‧‧‧原料油導入噴嘴
5‧‧‧原料導入帶域
6‧‧‧界面活性劑導入噴嘴
7‧‧‧冷卻液導入噴嘴
8‧‧‧界面活性劑導入帶域
9‧‧‧反應帶域
圖1係表示本發明碳黑之製造所使用反應爐之形態例的概略剖視圖。
圖2係表示本發明實施例及比較例所獲得碳黑，磨耗量對損失係數(tan δ)的關係圖。
圖3係表示本發明實施例及比較例所獲得碳黑，動態儲存彈性模數E'對損失係數(tan δ)的關係圖。
首先，針對本發明的碳黑進行說明。
本發明的碳黑，其特徵在於：利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd係50~200mJ/m2、強酸性基濃度係0~0.115μmol/m2。
本發明的碳黑利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd係50~200mJ/m2、較佳係55~195mJ/m2、更佳係55~190mJ/m2。
本發明的碳黑藉由利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd在上述範圍內，便可對橡膠組成物賦予補強性、低發熱性，且碳黑粒子彼此間的凝聚力變小，在與橡膠成分進行混練時能使輕易分散，能輕易提升耐磨損性。
若利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd未滿50mJ/m2時，橡膠組成物難以發揮所需耐磨損性，且與橡膠成分間之相互作用降低，補強性容易降低，又當利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd超過200mJ/m2時，橡膠組成物的損失係 數(tan δ)值會變大，衝擊回彈性或發熱特性容易降低。
根據本發明者的檢討，利用逆相氣體色層分析法所求得的碳黑表面自由能量γd，成為表示碳黑粒子之表面性狀活性度、即與橡膠分子間之化學反應性速度或強弱程度的參數，又表面自由能量γd的大小亦關聯於碳黑粒子的粒徑或比表面積，例如若比表面積值較大，則表面自由能量γd值亦呈較大值。
再者，在利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd係50~200mJ/m2，相較於通常碳黑之下呈相對較低範圍內的情況，發現橡膠組成物的耐磨損性提升。
此現象可認為在比表面積(氮吸附比表面積)相同的情況，藉由減少富化學反應性的活性點，而降低粒子彼此間的凝聚力，在與橡膠進行混練時能輕易分散，因而連帶會使耐磨損性提升。
再者，當利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd在上述範圍內之時，可認為碳黑會發揮與橡膠成分一定的相互作用，使橡膠組成物能發揮既定補強性，且可抑制橡膠組成物的損失係數(tan δ)上升，呈高衝擊回彈性或輕易減小低發熱特性。
本申請案說明書中，利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd，係指依照以下方法進行測定的值。
(表面自由能量γd之測定方法)
碳黑的表面自由能量γd係將碳黑填充於外徑4mm、內徑3mm、長度80mm的不銹鋼(SUS)管中形成測定用管柱，將屬於測定試料的碳黑總表面積設為10m2，在以下條件下利用逆相氣體色層分析法進行測定。
測定裝置：島津製作所公司製GC-8A
檢測器：FID(Flame Ionization Detector，氫焰離子型檢測器)
注入溫度：200℃
管柱內溫度：100℃
檢測器溫度：200℃
載氣：氮氣(利用皂膜流量計所測定的流速調整成為30mL/分)
探針：C5(正戊烷)、C6(正己烷)
在上述條件下，測定當利用微針筒分別注入各探針0.5μL、0.4μL、0.3μL、0.2μL、0.1μL、0.05μL、0.02μL、0.01μL時的各滯留時間。所測定的滯留時間乘上載氣流量而計算出樣品的滯留體積，利用四次多項式推算出各探針的無限稀釋滯留體積(VN)。因探針分子碳數增加1個所造成的自由能量增加份、即甲基(CH2基)每1莫耳的吸附能量變化量(ΔG(CH2))係依下式(1)表示。其中，下式(1)中，VN(n+1)係較VN(n)多1個碳數的直鏈烷烴之無限稀釋滯留體積。
再者，若使用由Fowkes所提案的幾何平均式，則甲基(CH2基)每1莫耳的吸附能量變化量(ΔG(CH2)係依下式(2)表示。其中，下式(2)中，NA係亞佛加厥常數(6.022×1023mol-1)，a(CH2)係CH2基每1個的接觸面積(0.06×10-18m2)，γd (CH2)係CH2基的表面自由能量分散力成分，γd x係吸附層的表面自由能量分散力成分。
此處，使用由CH2基構成的聚乙烯(PE)，若將構成該聚乙烯的CH2基之表面自由能量分散力成分設為γd PE，且設為γd (CH2)=γd x=γd PE，便可導出下式(3)。
代入γd PE(文獻值)、及PE與碳黑試料的無限稀釋滯留體積，而計算出目標之表面自由能量。
本發明碳黑的強酸性基濃度係0~0.115μmol/m2、較佳係0~0.113μmol/m2、更佳係0~0.112μmol/m2。
藉由本發明碳黑的強酸性基濃度在上述範圍內，則與橡膠成分間之相互作用變強，可更加提升對橡膠組成物的耐磨損性。
碳黑的強酸性基濃度係表示碳黑粒子表面官能基量、即與橡膠分子間之化學反應性的參數，根據本發明者的檢討，上述強酸性基濃度的大小係關聯於碳黑粒子的粒徑或比表面積，例如若增加比表面積，則得知強酸性基濃度亦會變大。
再者，強酸性基濃度在一定範圍內的碳黑，相較於普通碳黑之下，強酸性基濃度對比表面積(氮吸附比表面積)呈現相對較低的水準，所以可認為在上述比表面積相同的情況，藉由減少會抑制碳黑與橡膠間之相互作用的表面官能基，便會增強與橡膠間之相互作用，連帶會提升耐磨損性。
另外，本申請案說明書中，強酸性基濃度係指精秤碳黑試料5g並粉碎，添加0.1(mol/L)碳酸氫鈉溶液50mL，於室溫下振盪4小時後，將其上澄液20mL利用0.025(mol/L)硫酸施行滴定，且並行施行空試驗，從二者的差與氮吸附比表面積(N2SA)所求得每單位比表面積的總酸性官能基量(μmol/m2)。
本發明碳黑的氮吸附比表面積(N2SA)較佳係80~200m2/g、更佳係90~190m2/g、特佳係95~185m2/g。
藉由本發明碳黑的氮吸附比表面積在上述範圍內，當使用作為橡膠組成物的調配成分時，所獲得的橡膠組成物更適於抑制發熱性的增大，且可輕易地提升耐磨損性。
若上述氮吸附比表面積未滿80m2/g時，較難提升耐磨損性，若上述氮吸附比表面積超越200m2/g時，則發熱性容易增大。
另外，本申請案說明書中，氮吸附比表面積係指根據JIS K6217-22001「橡膠用碳黑基本性能之試驗方法」所規定方法，利用氮吸附量所測定的值。
本發明碳黑的24M4DBP(Dibutylphthalate，鄰苯二甲酸丁二酯)吸收量較佳係50~130cm3/100g、更佳係60~125cm3/100g、特佳係65~120cm3/100g。
即便本發明碳黑的24M4DBP吸收量在上述範圍內，當使用作為橡膠組成物的調配成分時，所獲得橡膠組成物更適於抑制發熱性的增大，且可輕易地提升加工性或耐磨損性。
若上述24M4DBP吸收量未滿50cm3/100g時，較難提升耐磨損性，若上述24M4DBP吸收量超過130cm3/100g時，加工性容易降低。
另外，本申請案說明書中，24M4DBP吸收量係指根據JIS K6214-4所規定方法測定之壓縮試料的DBP吸收量。
其次，針對本發明碳黑之製造方法進行說明。
本發明碳黑之製造方法係製造上述本發明碳黑的方法，其特徵在於：使用從氣體流路的上游朝下游方向，依序設有燃料燃燒帶域、原料導入帶域及界面活性劑導入帶域的反應爐，在上述燃料燃燒帶域中導入含氧氣體與燃料，並使混合燃燒而產生高溫燃燒氣體流，在上述原料導入帶域中導入上述高溫燃燒氣體流的狀態下導入原料烴，接著在界面活性劑導入帶域導入界面活性劑使進行反應而生成含碳黑氣體。
本發明碳黑之製造方法中，反應爐係使用從氣體流路的上游朝下游方向依序設有燃料燃燒帶域、原料導入帶域及界面活性劑導入帶域者。此種反應爐係可舉例如圖1示意性所示的寬徑圓筒反應爐。
以下，針對本發明碳黑之製造方法，以圖1所示反應爐為適當例進行說明。
在圖1所示反應爐中，依序設有從爐內所形成氣體流路上游朝下游方向連通的燃料燃燒帶域3、原料導入帶域5、界面活性劑導入帶域8及反應帶域9。
即，圖1所示反應爐中，燃料燃燒帶域3係具備有：從爐軸方 向的垂直方向導入空氣等含氧氣體的含氧氣體導入口1、以及朝爐軸方向供應燃料的燃燒用燃燒器2。又，原料導入帶域5係具備有從爐軸方向的垂直方向供應原料烴的原料導入噴嘴4，且與燃料燃燒帶域3呈同軸式連通設置。又，界面活性劑導入帶域8係具備有從爐軸方向的垂直方向供應界面活性劑的界面活性劑導入噴嘴6，且與原料導入帶域5呈同軸式連通設置。反應帶域9係與界面活性劑導入帶域8設置呈同軸式連通。圖1所示反應爐中，亦設有同軸式連通於反應帶域9的反應停止帶域，在該反應停止帶域中設有從爐軸方向的垂直方向噴霧出冷卻液的冷卻液導入噴嘴7。
圖1所示反應爐係具有從燃料燃燒帶域3朝原料導入帶域5呈縮管，且從原料導入帶域5朝界面活性劑導入帶域8呈擴管的鼓狀形狀，但反應爐形狀並不侷限於此種形狀，亦可採用各種形狀。
本發明碳黑之製造方法中，在燃料燃燒帶域3導入含氧氣體與燃料，並使混合燃燒而產生高溫燃燒氣體流。
含氧氣體係可舉例如：氧、空氣、或由該等的混合物所構成氣體，燃料係可舉例如：氫、一氧化碳；天然氣、石油氣、FCC殘渣油等、重油等石油系液態燃料；雜酚油等煤炭系液態燃料。
燃料燃燒帶域3的含氧氣體供應量較佳係2000Nm3/h~5000Nm3/h、更佳係2500Nm3/h~4500Nm3/h、特佳係3000Nm3/h~4000Nm3/h。又，燃料燃燒帶域3的燃料供應量較佳係50kg/h~400kg/h、更佳係100kg/h~300kg/h、特佳係150kg/h~200kg/h。
燃料燃燒帶域3中，例如可藉由在供應經預熱至400℃~500℃的含氧氣體之狀態下供應燃料，使二者混合燃燒而產生高溫燃燒氣體流。
本發明碳黑之製造方法中，在將上述高溫燃燒氣體流導入於原料導入帶域5的狀態下，從原料油導入噴嘴4在該原料導入帶域5導入原料烴。
在原料導入帶域5所供應的原料油(原料烴)係可舉例如：苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳香族烴；雜酚油、羧酸油等煤炭系烴；乙烯重尾油、FCC殘渣油等石油系重質油；乙炔系不飽和烴、乙烯系烴、戊烷或己烷等脂肪族飽和烴等等。又，上述原料油導入噴嘴係可舉例如單流體噴嘴。
原料烴的導入量並無特別的限制，較佳係300kg/小時~2000kg/小時、更佳係500kg/小時~1500kg/小時、特佳係750kg/小時~1250kg/小時。
本發明界面活性劑之製造方法中，在上述原料導入帶域5導入原料烴之後，再於界面活性劑導入帶域8導入界面活性劑。
界面活性劑較佳係非離子性界面活性劑，更佳係從非離子性醚型界面活性劑、非離子性酯型界面活性劑、非離子性胺型界面活性劑之中選擇一種以上，特佳係非離子性醚型界面活性劑。
該等界面活性劑係可舉例如：從聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯醚、聚氧乙烯苯乙烯基苯醚、聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯烷基酯、聚氧乙烯烷基胺等之中選擇一種以上。
界面活性劑導入帶域的界面活性劑導入量較佳係30~300L/小時、更佳係50~250L/小時、特佳係100~200L/小時。
若界面活性劑的導入量未滿30L/小時，則較難獲得表面自由能量γd與強酸性基濃度經充分降低的碳黑。又，若界面活性劑的導入量超過300/小時，容易導致爐內出現急遽溫度降低、容易造成反應爐的操作性降低。
本發明碳黑之製造方法中，在界面活性劑導入帶域所供應界面活性劑的供應量，相對於在原料導入帶域所供應一定重量原料烴(界面活性劑導入量/原料烴導入量)，較佳係0.01(L/小時)/1(kg/小時)~0.6(L/小時)/1(kg/小時)、更佳係0.05(L/小時)/1(kg/小時)~0.4(L/小時)/1(kg/小時)、特佳係0.1(L/小時)/1(kg/小時)~0.3(L/小時)/1(kg/小時)。
依此，本發明碳黑之製造方法中，在上述原料導入帶域導入原料烴後，再於界面活性劑導入帶域導入界面活性劑，藉此抑制原料烴與氧的接觸，所以認為能獲得表面自由能量γd與強酸性基濃度充分降低至所需範圍內的碳黑。
本發明碳黑之製造方法中，使用圖1所示反應爐時，在原料導 入帶域5或界面活性劑導入帶域8均進行一定程度的原料烴反應，但可將所生成的含碳黑氣體導入反應帶域9中更進一步進行充分反應。本發明碳黑之製造方法，亦可使用未設有反應帶域9的反應爐。
圖1所示反應爐中，上述含碳黑氣體係導入於反應停止帶域，並噴霧冷卻液。
冷卻液係可舉例如水等，藉由噴霧冷卻液，在高溫燃燒氣體中浮游懸浮的碳黑粒子便被冷卻。冷卻液的噴霧係例如從圖1所示冷卻液導入噴嘴7噴霧冷卻液便可實施。
其次，經冷卻的碳黑粒子經由煙道等，利用旋風器或袋濾器等捕集系統(分離捕集裝置)進行分離捕集，便可回收目標之碳黑。
利用本發明製造方法所獲得的碳黑係可舉例如與在本發明碳黑的說明中所詳述者為同樣者。
利用本發明製造方法所獲得的碳黑中，表面自由能量γd及強酸性基濃度係藉由調整導入於界面活性劑導入帶域中的界面活性劑量便可控制。
根據本發明可提供能簡便製造調配於橡膠成分時能賦予補強性、低發熱性，且能賦予優異耐磨損性，特別適合在嚴苛行駛條件下所使用之輪胎胎面橡膠用的碳黑的方法。
其次，針對本發明的橡膠組成物進行說明。
本發明的橡膠組成物，其特徵在於：相對於橡膠成分100質量份，含有本發明的碳黑20~150質量份。
本發明的橡膠組成物中，橡膠成分係可舉例如從天然橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、聚丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、丁基橡膠、氯丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚合體橡膠等二烯系橡膠之中選擇至少一種。
本發明的橡膠組成物係含有本發明的碳黑，關於橡膠組成物中所含碳黑的詳細內容，係如上述。
再者，本發明的碳黑由於具有既定的表面自由能量γd及強酸性基濃度，因而能對橡膠組成物賦予補強性、低發熱性，且能賦予優異的耐磨損性。
本發明的橡膠組成物中，本發明的碳黑含有比例係相對於橡膠成分100質量份為20~150質量份，較佳係相對於橡膠成分100質量份為25~145質量份、更佳係相對於橡膠成分100質量份為30~140質量份。
本發明的橡膠組成物中，藉由本發明的碳黑含有比例在上述範圍內，便可發揮優異的補強性、低發熱性及耐摩擦性。
本發明的橡膠組成物係橡膠成分及本發明碳黑合計較佳為含有60~100質量%、更佳為含有60~99質量%、特佳為含有70~98 質量%、最佳為含有75~97質量%。
再者，本發明的橡膠組成物亦可含有常用的無機補強材、矽烷偶合劑、硫化劑、硫化促進劑、抗老化劑、硫化助劑、軟化劑、可塑劑等必要成分。
本發明的橡膠組成物係該等成分合計較佳為含有1~40質量%、更佳為含有2~30質量%、特佳為含有3~25質量%。
本發明的橡膠組成物係藉由將上述碳黑所需量、與視需要之無機補強材、矽烷偶合劑、硫化劑、硫化促進劑、抗老化劑、硫化助劑、軟化劑、可塑劑等所需量，與橡膠成分進行混練便可獲得。上述混練係可使用公知攪拌機或研磨機等混練機實施。
本發明的橡膠組成物係在成形為既定形狀後，適當地依130~180℃施行加溫而硬化，便可獲得所需的橡膠成形體。
本發明的橡膠組成物可提升所獲得橡膠的發熱特性，均衡佳地改良補強性與發熱性，因而適於使用作為輪胎胎面用橡膠組成物。
其次，列舉實施例針對本發明進行更具體的說明，惟其僅止於例示而已，並非限制本發明。
(實施例1)
使用如圖1所示具有概略圓筒形狀的反應爐製作碳黑。
圖1所示反應爐中，依序設有從爐內所形成氣體流路的上游朝下游方向連通的燃料燃燒帶域3、原料導入帶域5、界面活性劑導入帶域8、反應帶域9及反應停止帶域。
圖1所示反應爐中，燃料燃燒帶域3(內徑500mm、長度1200mm)係具備有：從爐軸方向的垂直方向導入空氣等含氧氣體的含氧氣體導入口1、以及在爐軸方向供應燃料的燃燒用燃燒器2。又，原料導入帶域5(內徑200mm、長度700mm)係具備有屬於從爐軸方向的垂直方向供應原料烴的原料油導入噴嘴4之單流體噴嘴，且與燃料燃燒帶域3呈同軸式連通設置。界面活性劑導入帶域8係具備有屬於從爐軸方向的垂直方向供應界面活性劑的界面活性劑導入噴嘴6之單流體噴嘴，且與原料導入帶域5呈同軸式連通設置，又反應帶域9係與界面活性劑導入帶域8呈同軸式連通設置(界面活性劑導入帶域及反應帶域的內徑700mm、長度10,000mm)。又，反應停止帶域係具備有從爐軸方向的垂直方向供應冷卻水，並能在圖之上下方向變更位置的冷卻液導入噴嘴7(水冷淬火)，且與反應帶域9呈同軸式連通設置。
如圖1所示，上述反應爐係在原料導入帶域5的前後，形成從燃料燃燒帶域3朝原料導入帶域5呈徐緩縮管，且從原料導入帶域5朝界面活性劑導入帶域8呈錐狀擴管的鼓狀抽拉形狀。
燃料燃燒帶域3中，從含氧氣體導入口1供應經預熱至500℃的空氣4000Nm3/h，同時從燃燒用燃燒器2噴射供應作為燃料油的 FCC殘渣油(石油系殘渣油)150kg/h，使混合燃燒而形成在爐軸方向流通的高溫燃燒氣體流。
在原料供應帶域5中導入上述高溫燃燒氣體流的狀態下，從屬於原料油導入噴嘴4的單流體噴嘴供應作為原料油的雜酚油850kg/h，接著在界面活性劑導入帶域中，從界面活性劑導入噴嘴6供應作為界面活性劑的非離子性醚型界面活性劑35L/h，並依序進行反應便生成含碳黑氣體。
其次，將在原料導入帶域5及界面活性劑導入帶域8所生成的含碳黑氣體導入於反應帶域9中，經更進一步充分反應後，再導入於反應停止帶域，並從冷卻液導入噴嘴7噴霧冷卻水。經冷卻的碳黑粒子經由煙道等，利用未圖示之分離捕集裝置進行捕集，而回收目標之碳黑。
所獲得各碳黑中，經測定表面自由能量γd(mJ/m2)、強酸性基濃度(μmol/m2)、氮吸附比表面性(m2/g)、24M4DBP吸收量(cm3/100g)，結果與製造條件一併示於表1。
(實施例2~實施例8、比較例1~比較例3)
除如表1及表2所示，變更空氣供應量、燃料油供應量、原料供應量及界面活性劑供應量之外，其餘均依照與實施例1同樣的方式製造碳黑。
所獲得各碳黑，經測定表面自由能量γd(mJ/m2)、強酸性基濃 度(μmol/m2)、氮吸附比表面性(m2/g)、24M4DBP吸收量(cm3/100g)，結果與製造條件一併示於表1及表2。
由表1及表2得知，藉由控制界面活性劑的添加量，便可製造具有所需表面自由能量γd及強酸性基濃度的碳黑。
(橡膠組成物之製造例)
如表3所示，將屬於橡膠成分的天然橡膠(RSS#1)100質量份、 由上述實施例及比較例所獲得任一碳黑45質量份、硬脂酸3質量份、抗老化劑(川口化學(股)製ANTAGE 6C)1質量份、及鋅華4質量份，利用密閉型攪拌機(神戸製鋼(股)製MIXTRON BB-2)進行混練後，相對於所獲得混練物，將硫化促進劑(川口化學工業(股)製ACCEL NS)0.5質量份、與硫1.5質量份，利用開放式滾筒進行混練，便獲得分別具有表3所示組成的橡膠組成物。
其次，所獲得各橡膠組成物在145℃溫度條件下，施行45分鐘硫化而形成硫化橡膠。
使用所獲得硫化橡膠，藉由以下所示方法，測定磨耗量、動態儲存彈性模數E'、損失係數(tan δ)。結果示於表4。
另外，表4中表示使用各碳黑所獲得的各實施例及比較例之磨耗量(g/5min)、動態儲存彈性模數E'、損失係數(tan δ)的結果。
<磨耗量>
使用Lambourn磨損試驗機(Lambourn abrasion tester)(機械滑動機構)，依以下條件，根據JIS K6264「硫化橡膠及熱可塑性橡膠-耐磨損性求法-」所規定方法測定磨耗量(g/5min)。另外，磨耗 量越少則表示耐磨損性越優異。
試驗片：厚度5rnrn、外徑48mm
砂輪：GC形式(綠色碳化矽)、粒度#80、硬度H
添加碳化矽粉：粒度F80、添加量9g/min
滑移比(slip ratio)：18%
試驗片旋轉數：480ppm
試驗荷重：3kg
<動態儲存彈性模數E'、損失係數(tan δ)>
使用從所獲得各硫化橡膠切取的厚度2mm、長度35mrn、寬5mm試驗片，利用黏彈性光譜儀((股)上島製作所製VR-7110)，在頻率50Hz、動態失真因數(distortion factor)1.26%、測定溫度60℃的測定條件下，根據JIS K6394「硫化橡膠及熱可塑性橡膠-動態性質求法-」所規定方法，測定動態儲存彈性模數E'(MPa)及損失係數(tan δ)。
另外，動態儲存彈性模數E'的值越大則表示補強性越高，損失係數(tan δ)的值越小則表示發熱性越低。
由表1及表4得知，含有由實施例1~實施例8所獲得本發明碳黑的橡膠組成物，係含有利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd為50~200mJ/m2、強酸性基濃度為0~0.115μmol/m2的碳黑，因而磨耗量少、耐磨損性優異，且動態儲存彈性模數E'的值大，因而補強性優異，且因為損失係數(tan δ)的值較小，故發熱性較低。
圖2所示係磨耗量數據對表4所示各損失係數(tan δ)進行描點的圖，越靠近圖2所示箭頭方向描點的數據點，表示耐磨損性與發熱特性越優異，由同圖亦得知含有由實施例1~實施例8所獲得本發明碳黑的橡膠組成物係耐磨損性及發熱特性優異。
再者，圖3所示係動態儲存彈性模數E'的數據對表4所示各損失係數(tan δ)進行描點的圖，越靠近圖3所示箭頭方向描點的數據點，表示補強性與發熱特性越優異，由同圖亦得知含有由實施例1~實施例8所獲得本發明碳黑的橡膠組成物係補強性及發熱特性優異。
另一方面，由表2及表4得知，含有由比較例1~比較例3所獲 得碳黑的橡膠組成物，由於含有表面自由能量γd為50~200mJ/m2範圍外(比較例3)、或強酸性基濃度為0~0.115μmol/m2範圍外(比較例1、比較例2)的碳黑，因而磨耗量多、耐磨損性差(比較例2、比較例3)；或者由於動態儲存彈性模數E'偏小，因而補強性差(比較例1)。
(產業上之可利用性)
根據本發明，可提供當調配於橡膠成分時能賦予補強性、低發熱性，且能賦予優異耐磨損性，特別適合在嚴苛行駛條件下所使用之輪胎胎面橡膠用的碳黑，同時亦提供簡便製造上述碳黑的方法及橡膠組成物。

Claims (4)

  1. 一種碳黑，其特徵係利用逆相氣體色層分析法所求得的表面自由能量γd為50~200mJ/m2、強酸性基濃度為0~0.115μmol/m2。
  2. 如請求項1之碳黑，其中，氮吸附比表面積係80~200m2/g、24M4DBP吸收量係50~130cm3/100g。
  3. 一種碳黑之製造方法，係製造請求項1之碳黑的方法，其特徵係：使用從氣體流路的上游朝下游方向，依序設有燃料燃燒帶域、原料導入帶域及界面活性劑導入帶域的反應爐；在上述燃料燃燒帶域中導入含氧氣體與燃料並進行混合燃燒，使高溫燃燒氣體流產生，在上述原料導入帶域中導入上述高溫燃燒氣體流的狀態下導入原料烴，接著在界面活性劑導入帶域導入界面活性劑並使進行反應，而生成含碳黑氣體。
  4. 一種橡膠組成物，其特徵係相對於橡膠成分100質量份，含有請求項1或2之碳黑20~150質量份。
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