JP2886258B2 - カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物 - Google Patents
カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ゴム用カーボンブラックの分類でハードブ
ラックに属し、特定された範囲のカーボンブラック特性
を有するカーボンブラックならびにそれを使用したゴム
組成物に関するものであり、更に詳しくは、当該カーボ
ンブラックを配合したゴム組成物、特に乗用車用のタイ
ヤのトレッド部に優れた補強性を維持しながら、優れた
ヒステリシスを付与することができるカーボンブラック
に係るものである。
ラックに属し、特定された範囲のカーボンブラック特性
を有するカーボンブラックならびにそれを使用したゴム
組成物に関するものであり、更に詳しくは、当該カーボ
ンブラックを配合したゴム組成物、特に乗用車用のタイ
ヤのトレッド部に優れた補強性を維持しながら、優れた
ヒステリシスを付与することができるカーボンブラック
に係るものである。
［従来の技術］ ゴム用カーボンブラックは、その特性に対応し多様の
品種があり、通常比表面積（よう素吸着量、窒素吸着比
表面積などで表わされる。）、ストラクチャー（DBP吸
油量などで表わされる。）などの特性に基づいて分類さ
れている。
品種があり、通常比表面積（よう素吸着量、窒素吸着比
表面積などで表わされる。）、ストラクチャー（DBP吸
油量などで表わされる。）などの特性に基づいて分類さ
れている。
主にタイヤのトレッド部に用いられるカーボンブラッ
クの品種は比表面積の小さい方から、HAF、ISAF、SAFと
分類され、一般にこの順で配合されたゴムの耐摩耗性が
優れていくとされている。
クの品種は比表面積の小さい方から、HAF、ISAF、SAFと
分類され、一般にこの順で配合されたゴムの耐摩耗性が
優れていくとされている。
これらのカーボンブラックの品種特性は、配合するゴ
ム組成物の諸性能を決定する重要な因子となることか
ら、その使用目的に応じて選択される。一般にISAFクラ
スよりも比表面積の大きいカーボンブラックは天然ゴム
を主体としたトラック、バス用タイヤのトレッド部に用
いられており、HAFクラスのカーボンブラックはSBRゴム
などの合成ゴムを主体とした乗用車用タイヤのトレッド
部に用いられている。
ム組成物の諸性能を決定する重要な因子となることか
ら、その使用目的に応じて選択される。一般にISAFクラ
スよりも比表面積の大きいカーボンブラックは天然ゴム
を主体としたトラック、バス用タイヤのトレッド部に用
いられており、HAFクラスのカーボンブラックはSBRゴム
などの合成ゴムを主体とした乗用車用タイヤのトレッド
部に用いられている。
［発明が解決しようとする課題］ 乗用車用タイヤにおいては、走行時の省燃費性及びタ
イヤ寿命の経済性から、配合したゴム組成物に優えた耐
摩耗性、すなわち補強性（高い比表面積）を高度に付与
しながら、ヒステリシスロスが出来るだけ小さくなるカ
ーボンブラックの開発が望まれていた。
イヤ寿命の経済性から、配合したゴム組成物に優えた耐
摩耗性、すなわち補強性（高い比表面積）を高度に付与
しながら、ヒステリシスロスが出来るだけ小さくなるカ
ーボンブラックの開発が望まれていた。
一般にカーボンブラックの比表面積が大きくなると、
配合ゴム物性の発熱性が高くなり、ヒステリシスロスが
大きくなってくるという欠点があった。ゴム組成物のヒ
ステリシスロスとはゴムに変形、回復のサイクルを与え
たときに変形過程で加えられるエネルギーと回復過程で
放出するエネルギーとの差のことで、この値が少ないほ
どタイヤの転がり抵抗が少なくなり、省燃費性が優れて
いることになる。
配合ゴム物性の発熱性が高くなり、ヒステリシスロスが
大きくなってくるという欠点があった。ゴム組成物のヒ
ステリシスロスとはゴムに変形、回復のサイクルを与え
たときに変形過程で加えられるエネルギーと回復過程で
放出するエネルギーとの差のことで、この値が少ないほ
どタイヤの転がり抵抗が少なくなり、省燃費性が優れて
いることになる。
したがって、補強性が高く、かつヒステリシスロスの
少ない、相反する要望を満たすカーボンブラックの開発
が望まれていた。
少ない、相反する要望を満たすカーボンブラックの開発
が望まれていた。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、カーボンブラックの比表面積およびストラ
クチャーに着目することにより、この課題を解決したも
のである。
クチャーに着目することにより、この課題を解決したも
のである。
カーボンブラックの比表面積を測定する方法として
は、電子顕微鏡による電顕比表面積（Sem）、BET法によ
る窒素吸着比表面積（N2SA）、界面活性剤であるセチル
トリメチルアンモニウムブロマイドの吸着によるCTAB比
表面積（CTAB）および、よう素吸着量（IA）がある。こ
れらの比表面積はそれぞれ特徴がある。
は、電子顕微鏡による電顕比表面積（Sem）、BET法によ
る窒素吸着比表面積（N2SA）、界面活性剤であるセチル
トリメチルアンモニウムブロマイドの吸着によるCTAB比
表面積（CTAB）および、よう素吸着量（IA）がある。こ
れらの比表面積はそれぞれ特徴がある。
他方、カーボンブラックのストラクチャーとはカーボ
ンブラックの粒子の繋り、または凝集による構造のこと
である。粒子の繋り程度が発達しているほど、このスト
ラクチャーの値は高くなる。
ンブラックの粒子の繋り、または凝集による構造のこと
である。粒子の繋り程度が発達しているほど、このスト
ラクチャーの値は高くなる。
本発明においては、CTAB比表面積が65m2/g〜85m2/g、
DBP吸油量（DBP）が130ml/100g〜160ml/100gであり、CT
AB比表面積（CTAB）の測定値（m2/g）とよう素吸着量
（IA）の測定値（mg/g）の比が1.15〜1.35であり、ΔDB
P（DBP吸油量と圧縮後の試料のDBP吸油量の差）が、20m
l/100g〜40ml/100gであり、比着色力が85〜100であり、
遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のモード径
が115〜135mμであり、遠心沈降法によるカーボンブラ
ックの凝集体の半値幅と凝集体のモード径の比が0.65〜
0.90である場合には補強性とヒステリシスロスのバラン
スの良い、優れたカーボンブラックとなることを見出し
た。
DBP吸油量（DBP）が130ml/100g〜160ml/100gであり、CT
AB比表面積（CTAB）の測定値（m2/g）とよう素吸着量
（IA）の測定値（mg/g）の比が1.15〜1.35であり、ΔDB
P（DBP吸油量と圧縮後の試料のDBP吸油量の差）が、20m
l/100g〜40ml/100gであり、比着色力が85〜100であり、
遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のモード径
が115〜135mμであり、遠心沈降法によるカーボンブラ
ックの凝集体の半値幅と凝集体のモード径の比が0.65〜
0.90である場合には補強性とヒステリシスロスのバラン
スの良い、優れたカーボンブラックとなることを見出し
た。
本発明のカーボンブラックは、天然ゴム、合成ゴムま
たはそれらの混合物の補強に効果があり、かつ得られた
ゴム組成物は乗用車用タイヤとして優れたヒステリシス
特性を持つものである。配合量としては、ゴム100重量
部に対し、カーボンブラックを20〜200重量部、好まし
くは30〜100重量部である。
たはそれらの混合物の補強に効果があり、かつ得られた
ゴム組成物は乗用車用タイヤとして優れたヒステリシス
特性を持つものである。配合量としては、ゴム100重量
部に対し、カーボンブラックを20〜200重量部、好まし
くは30〜100重量部である。
ここで、CTABが高過ぎると期待したヒステリシスの改
善が見られないので85m2/gを越えてはならない。また、
65m2/g以下では補強効果が低く、よいゴム組成物が得ら
れない。
善が見られないので85m2/gを越えてはならない。また、
65m2/g以下では補強効果が低く、よいゴム組成物が得ら
れない。
DBPも130ml/100g以下では、補強効果が充分でない
が、160ml/100gを越える場合にはゴム組成物のモジュラ
スを高くし、こわさを増すので好ましくない。
が、160ml/100gを越える場合にはゴム組成物のモジュラ
スを高くし、こわさを増すので好ましくない。
また、CTAB比表面積（CTAB）の測定値（m2/g）とよう
素吸着量（IA）の測定値（mg/g）の比（CTAB/IA）はカ
ーボンブラック表面の化学活性の物差しとなり、この値
が大きいほど表面化学活性が高いことを示し、（CTAB/I
A）が1.15〜1.35のときには、カーボンブラックの表面
化学活性に基づくゴムとカーボンブラックの相互作用に
より、配合ゴム物性の補強性及びヒステリシスロスに対
して、より好ましい特性を示すことがわかった。
素吸着量（IA）の測定値（mg/g）の比（CTAB/IA）はカ
ーボンブラック表面の化学活性の物差しとなり、この値
が大きいほど表面化学活性が高いことを示し、（CTAB/I
A）が1.15〜1.35のときには、カーボンブラックの表面
化学活性に基づくゴムとカーボンブラックの相互作用に
より、配合ゴム物性の補強性及びヒステリシスロスに対
して、より好ましい特性を示すことがわかった。
DBP吸油量と圧縮後の試料のDBP吸油量の差（ΔDBP）
が40ml/100gを越えるとストラクチャー破壊が大きくて
補強性を保てず、一方ΔDBPが20ml/100g以下であるとゴ
ムと混練りした場合に充分なゴムへの分散性が劣るので
不適当である。
が40ml/100gを越えるとストラクチャー破壊が大きくて
補強性を保てず、一方ΔDBPが20ml/100g以下であるとゴ
ムと混練りした場合に充分なゴムへの分散性が劣るので
不適当である。
比着色力が100を越えるとヒステリシスロスが大きく
なり85より小さいと、補強性が保てない。
なり85より小さいと、補強性が保てない。
遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のモード
径が115mμより小さいとヒステリシスロスが大きくなり
135mμを越えると補強性が足りない。
径が115mμより小さいとヒステリシスロスが大きくなり
135mμを越えると補強性が足りない。
遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体の半値幅
と凝集体のモード径の比が0.65より小さいとヒステリシ
スロスが大きくなり、0.90を越えると補強性が不充分と
なる。
と凝集体のモード径の比が0.65より小さいとヒステリシ
スロスが大きくなり、0.90を越えると補強性が不充分と
なる。
したがってカーボンブラック特性の組み合わせが特定
された範囲内にあるカーボンブラックを配合した時に初
めてゴム組成物に優れた補強性及び少ないヒステリシス
ロスを付与させることが出来ることを見出した。
された範囲内にあるカーボンブラックを配合した時に初
めてゴム組成物に優れた補強性及び少ないヒステリシス
ロスを付与させることが出来ることを見出した。
本発明のカーボンブラックは、天然ゴム及び／または
合成ゴムの補強に効果があり、且つ得られたゴム組成物
は優れたヒステリシス特性を持つものである。配合量と
しては、ゴム100重量部に対し、カーボンブラックを20
〜200重量部、好ましくは30〜100重量部である。
合成ゴムの補強に効果があり、且つ得られたゴム組成物
は優れたヒステリシス特性を持つものである。配合量と
しては、ゴム100重量部に対し、カーボンブラックを20
〜200重量部、好ましくは30〜100重量部である。
この場合適用可能なゴムとしては、天然ゴム又は合成
ゴムのいずれでもよく、またそれらの任意のブレンドで
あっても同じような効果が期待できる。
ゴムのいずれでもよく、またそれらの任意のブレンドで
あっても同じような効果が期待できる。
なお、本発明に用いられたカーボンブラックは通常の
ファーネス法カーボンブラック製造装置によって製造さ
れる。
ファーネス法カーボンブラック製造装置によって製造さ
れる。
［実施例］ 次に本発明を実施例に基づき説明する。ファーネス法
カーボンブラック製造装置を用い、 導入空気量:Nm3/H 2,500〜5,000 導入燃料油量：/H 100〜300 導入原料油量：/H 1,000〜2,000 原料油へのK2CO3 添加量:g/H ５〜15 水冷却温度：℃ 600〜900 の条件で行ない、表１の実施例１〜実施例３に示すカー
ボンブラックを得た。
カーボンブラック製造装置を用い、 導入空気量:Nm3/H 2,500〜5,000 導入燃料油量：/H 100〜300 導入原料油量：/H 1,000〜2,000 原料油へのK2CO3 添加量:g/H ５〜15 水冷却温度：℃ 600〜900 の条件で行ない、表１の実施例１〜実施例３に示すカー
ボンブラックを得た。
この場合カーボンブラックの各特性は、次のようにし
て測定した。
て測定した。
なお比較のため比較例１及び２に市販のHAF−HSカー
ボンブラックおよびIRB＃６（標準カーボンブラック）
の測定を行なった。
ボンブラックおよびIRB＃６（標準カーボンブラック）
の測定を行なった。
（１）ITAB比表面積（CTAB）： ASTM D3765−89に準拠して行なった。
（２）DBP吸油量（DBP）： JIS Ｋ 6221−1982に準拠して行なった。
（３）よう素吸着量（IA）： JIS Ｋ 6221−1982に準拠して行なった。
（４）圧縮後の試料のDBP吸油量（CDBP）： ASTM D3493−88に準拠して行なった。
（５）比着色力（Tint）： JIS Ｋ 6221−1982に準拠して行なった。
（６）カーボンブラックの凝集体測定法： 遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体分布は、
ジョイス・レーブル社製ディスク・セントリフュージを
使用し、次の方法によって測定を行なった。
ジョイス・レーブル社製ディスク・セントリフュージを
使用し、次の方法によって測定を行なった。
カーボンブラックを約10mg精秤し、少量の界面活性剤
を加えた20％エタノール水溶液に加え、カーボンブラッ
ク濃度を約0.02重量％にした後、超音波で分散させ、こ
れを試料溶液とした。
を加えた20％エタノール水溶液に加え、カーボンブラッ
ク濃度を約0.02重量％にした後、超音波で分散させ、こ
れを試料溶液とした。
ディスク・セントリフュージの回転速度を8,000rpmに
設定し、スピン液（純水）14mlを加えた。その後バッフ
ァー液（20％エタノール水溶液）1mlを注入し、ついで
これに試料溶液0.5mlを注射器で注入し、一斉に遠心沈
降を開始させた。
設定し、スピン液（純水）14mlを加えた。その後バッフ
ァー液（20％エタノール水溶液）1mlを注入し、ついで
これに試料溶液0.5mlを注射器で注入し、一斉に遠心沈
降を開始させた。
光電沈降法により凝集体分布曲線を作成した。
モード径（DST）と半値幅（ΔD50）は、第１図より求
めた。
めた。
非圧縮試料のモード径を（Dst）０、半値幅を（Δ
D50）０とし、ASTM−D3493の方法によって得た圧縮後の
試料のモード径を（DST）４、半値幅を（ΔD50）４とす
る。
D50）０とし、ASTM−D3493の方法によって得た圧縮後の
試料のモード径を（DST）４、半値幅を（ΔD50）４とす
る。
表−１に示したカーボンブラックの性能評価をするた
めに、ASTM Ｄ 3191「SBR配合物−評価と配合」（表
−２）及びASTM Ｄ 3192「天然ゴム配合物−評価と配
合」（表−３）に準拠して調製し、次の配合ゴム物性試
験条件により測定評価した。この結果を表−４および５
に示す。
めに、ASTM Ｄ 3191「SBR配合物−評価と配合」（表
−２）及びASTM Ｄ 3192「天然ゴム配合物−評価と配
合」（表−３）に準拠して調製し、次の配合ゴム物性試
験条件により測定評価した。この結果を表−４および５
に示す。
（１）配合物の加硫条件： 145℃,50分 （２）引張試験、反発弾性試験： JIS K 6301−1975に準拠して行なった。
引張強度の値が大きいほど、補強性が高い。
反発弾性の値が大きいほど、ヒステリシスロスは少な
い。
い。
（３）耐摩耗性試験：カーボンブラック摩耗試験機を用
い、次の条件で測定した。
い、次の条件で測定した。
試験片：外径54.0mm,厚さ12.7mm エメリーホイール：砥粒C,粒度＃80,結合度Ｋ エメリーホイール面と試験片との相対スリップ率:25％ 試験荷重:12Kg 添加カーボランダム粒：粒度＃100,添加量10g/min 測定結果はIRB＃６対比の指数で表示した。
指数が大きいほど耐摩耗性が優れており、補強性が高
いことを示している。
いことを示している。
表−１に挙げたカーボンブラックはいずれもCTAB比表
面積（CTAB）が65m2/g〜85m2/gの範囲内にある。
面積（CTAB）が65m2/g〜85m2/gの範囲内にある。
比較例１ではCTAB/IAが特許請求の範囲内の1.30にあ
るが、DBPが128ml/100gと外れており、ΔDBPも19と小さ
な値となっており補強性及びヒステリシスロスにおいて
実施例１〜実施例３に劣っている。
るが、DBPが128ml/100gと外れており、ΔDBPも19と小さ
な値となっており補強性及びヒステリシスロスにおいて
実施例１〜実施例３に劣っている。
比較例２ではCTAB/IAが1.09と特許請求の範囲を外れ
ており、DBPも128と低く、ΔD50/Dstの値も0.58と低い
ために補強性とヒステリシスロスのバランスが実施例に
比較して劣っている。
ており、DBPも128と低く、ΔD50/Dstの値も0.58と低い
ために補強性とヒステリシスロスのバランスが実施例に
比較して劣っている。
［発明の効果］ 上記説明で明らかなように本発明で規制する選択的特
性を有するカーボンブラックは、その配合ゴム組成物に
優れた補強性を維持しながら、低いヒステリシスロスを
付与することができる。
性を有するカーボンブラックは、その配合ゴム組成物に
優れた補強性を維持しながら、低いヒステリシスロスを
付与することができる。
第１図はカーボンブラックの凝集体分布曲線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 主計 千葉県山武郡横芝町北清水7000番地 昭 和キャボット株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−26044（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−26045（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−103268（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C09C 1/44 - 1/60 C08K 3/00 - 3/04
Claims (2)
- 【請求項１】CTAB比表面積が65m2/g〜85m2/g、DBP吸油
量が130ml/100g〜160ml/100gであり、CTAB比表面積の測
定値とよう素吸着量の比が1.15〜1.35であり、ΔDBP（D
BP吸油量と圧縮後の試料のDBP吸油量の差）が20ml/100g
〜40ml/100gであり、比着色力が85〜100であり、遠心沈
降法によるカーボンブラックの凝集体のモード径が115
〜135mμであり、遠心沈降法によるカーボンブラックの
凝集体の半値幅と凝集体のモード径の比が0.65〜0.90で
あるカーボンブラック。 - 【請求項２】天然ゴム、合成ゴムまたはそれらの混合物
100重量部に対し、請求項第１項のカーボンブラックを2
0〜200重量部配合したことを特徴とするゴム組成物。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11957790A JP2886258B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物 |
| AU78735/91A AU7873591A (en) | 1990-05-08 | 1991-05-07 | Carbon black and rubber composition containing same |
| PCT/US1991/003115 WO1991017114A1 (en) | 1990-05-08 | 1991-05-07 | Carbon black and rubber composition containing same |
| US08/160,324 US6403695B1 (en) | 1990-05-08 | 1993-12-02 | Carbon black and rubber compositions containing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11957790A JP2886258B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0415268A JPH0415268A (ja) | 1992-01-20 |
| JP2886258B2 true JP2886258B2 (ja) | 1999-04-26 |
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ID=14764796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11957790A Expired - Fee Related JP2886258B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | カーボンブラック及びそれを含有するゴム組成物 |
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|---|---|
| US (1) | US6403695B1 (ja) |
| JP (1) | JP2886258B2 (ja) |
| AU (1) | AU7873591A (ja) |
| WO (1) | WO1991017114A1 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5190739A (en) * | 1991-02-27 | 1993-03-02 | Cabot Corporation | Production of carbon blacks |
| JP3095266B2 (ja) * | 1991-09-13 | 2000-10-03 | 株式会社ブリヂストン | ゴム組成物 |
| US5236992A (en) * | 1991-11-18 | 1993-08-17 | Cabot Corporation | Carbon blacks and their use in rubber applications |
| TR25968A (tr) * | 1992-03-30 | 1993-11-01 | Cabot Corp | KARBON ISLERININ üRETIMI |
| MY115289A (en) * | 1992-08-27 | 2003-05-31 | Cabot Corp | Carbon blacks containing epdm compositions having either a high gloss or a textured matte finish |
| DE69330112T2 (de) * | 1992-10-23 | 2001-08-23 | Bridgestone Corp., Tokio/Tokyo | Kautschukmischung |
| DE4308488A1 (de) * | 1993-03-17 | 1994-09-22 | Mmm Sa | Ruß-/Kautschukzusammensetzung |
| CN1492002A (zh) * | 1997-08-28 | 2004-04-28 | 三菱化学株式会社 | 炭黑及其制备方法 |
| JP2001181534A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-03 | Asahi Carbon Kk | タイヤトレッド配合用カーボンブラック |
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