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JPH0649802B2 - ゴム組成物 - Google Patents

ゴム組成物

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Publication number
JPH0649802B2
JPH0649802B2 JP1186332A JP18633289A JPH0649802B2 JP H0649802 B2 JPH0649802 B2 JP H0649802B2 JP 1186332 A JP1186332 A JP 1186332A JP 18633289 A JP18633289 A JP 18633289A JP H0649802 B2 JPH0649802 B2 JP H0649802B2
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JP
Japan
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carbon black
rubber
surface area
rubber composition
specific surface
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JP1186332A
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JPH0350249A (ja
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仁志 植
泰治 吉井
伸司 味曽野
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L21/00Compositions of unspecified rubbers

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度の反発弾性ならびに耐摩耗性を兼備する
ゴム組成物に関する。
〔従来の技術〕
ゴム補強用のカーボンブラックには、平均粒子径、比表
面積、ストラクチャーなどの基本特性に応じた多様の品
種があり、これらの品種特性が配合するゴム組成物の性
能を決定する主要な因子となる。このため、通常、ゴム
成分との配合にあたっては部材の用途に適合する品種特
性のカーボンブラックが選定使用されている。
例えば、ゴムに高い反発弾性が要求される部材に対して
は、粒子径が大きく表面積が相対的に小さい品種特性が
有効とされているが、この種のカーボンブラックは補強
性、とくに耐摩耗性を後退させる欠点がある。
したがって、低燃費用のタイヤトレッド、タイヤサイド
ウオール、工業用ベルト等のようにゴム弾性と耐摩耗性
の両性能が同時に期待される用途について、基本特性を
主体とした従来のカーボンブラック品種特性により要求
性能を満足させることは至難である。
〔発明が解決しようとする課題〕
発明者らは上記の実情に対処するため多面的な特性解明
を進めた結果、一定範囲の比表面積とストラクチャー水
準をもつカーボンブラックにおいては凝集体(aggregat
e)間の空隙サイズを大きくすることにより同等の比表面
積による耐摩耗性付与レベルを維持しながらゴム弾性が
効果的に向上する事実を確認して本発明の開発に至った
ものである。
したがって、本発明の目的は高度の反発弾性と耐摩耗性
を兼備するゴム組成物を提供するところにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するための本発明によるゴム組成物
は、窒素吸着比表面積(N2SA)が58〜139m2/g、DB
P吸油量が90〜150ml/100gのハード系領域に属
し、水銀圧入法により測定される粒間空隙サイズDp(nm)
が関係式[-0.22×(N2SA)+60.8]で算出される値以上の
選択的特性を有するカーボンブラックを、ゴム成分10
0重量部に対し30〜100重量部の割合で配合するこ
とを構成上の特徴とする。
本発明で特定したカーボンブラック特性項目のうち、窒
素吸着比表面積(N2SA)が58〜139m2/gの粒子範囲お
よびDBP吸油量90〜150ml/100gのストラクチャ
ー範囲は通常品種のハード系領域に属し、配合ゴムに高
度の耐摩耗性を付与するとともに適度のアイススキッド
性能を保持するための前提要件となる。この窒素吸着比
表面積(N2SA)が58m2/g未満では耐摩耗性の低下が著し
く、他方139ml/100gを越えるとゴムに対する分散性
が悪化して耐摩耗性の円滑な向上が阻害される。また、
DBP吸油量が90ml/100g未満では耐摩耗性が損なわ
れ、150ml/100gを上廻る場合にはアイススキッド性
能の低下を招き好ましくない。
水銀圧入法により測定される粒間空隙サイズDp(nm)が関
係式[-0.22×(N2SA)+60.8]で算出される値以上の選択
的特性は、カーボンブラックが高度に発達した特有のア
グリゲート構造を示すもので、従来の同等比表面積グレ
ードに比べて異方性の大きなアグリゲート形態を備える
点に特長づけられる。そして、前記の関係式要件を満た
す場合に、配合ゴムに対し耐摩耗性の後退を伴うことな
しに反発弾性の効果的な向上をもたらす機能を発揮す
る。
上記したカーボンブラックの各特性は、以下の測定方法
による値が用いられる。
(1)窒素吸着比表面積(N2SA) ASTM D3037−86“Standard Test Method f
or Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Absorptio
n"MethodBによる。
(2)DBP吸油量 JIS K6221(1982)「ゴム用カーボンブラックの試験方
法」6・1・2項、吸油量A法による。
(3)粒間空隙サイズDp 水銀ポロシメーター(マイクロメリティック社製、Pore
Sizer 9300)の専用セル(3ml)中に粒度250〜500μmに
調整したカーボンブラックペレット0.2gを装填したの
ち、圧力25〜2000lb/in2の範囲で水銀を圧入し、圧入さ
れる水銀量が急激に増加する点の圧力を測定する。この
圧力値からカーボンブラック試料の細孔直径を算出し、
粒間空隙サイズDp(nm)とする。
これらの特性を具備するカーボンブラックは、頭部に燃
焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを備える燃焼室とこ
れに連続する熱分解導管とからなる発生部を2系列設
け、両発生部の熱分解導管を円筒状の主反応ゾーンに収
斂会合したY字型構造のオイルファーネス炉を用い、別
系列で発生したカーボンブラック中間生成ガス流を主反
応ゾーンに同時に高速導入して相互衝突させる方法(特
公昭62-10582号公報参照)によって製造することができ
る。各特性の調整は、前記の製造法において生成反応温
度、反応時間、燃焼ガス流速、反応滞留時間などの条件
制御によっておこなわれる。
製造されたカーボンブラックは、常法に従って天然ゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、イ
ソプレンゴム、ブチルゴム、その他常用のカーボンブラ
ックで補強可能な各種合成ゴム、混合ゴムなどのエラス
トマーに配合する。カーボンブラックの配合比率は、ゴ
ム成分100重量部に対し30〜100重量部とし、加
硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、加硫助剤、軟化剤、可
塑剤等の必要成分とともに混練して本発明のゴム組成物
を得る。
〔作用〕
粒間空隙サイズDpが大きいカーボンブラックは本質的に
ストラクチャーの発達したアグリゲート構造を備えてい
て、ゴムに配合した際に補強性を向上させる機能を持つ
が、とくに水銀圧入法により測定される粒間空隙サイズ
Dp(nm)が[-0.22×(N2SA)+60.8]の関係式値以上の特性
要件を満たす場合には高度に発達した異方性構造が巧み
に作用して耐摩耗性を高水準に維持しながら反発弾性を
向上させる作用を営む。
この機能が前提特性となる窒素吸着比表面積(N2SA)58
〜139m2/gおよびDBP吸油量90〜150ml/100g
による要件と相乗的に作用して、ゴムに優れた耐摩耗性
ならびに反発弾性を同時に付与するために寄与する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例1〜5、比較例1〜4 炉頭部にウインドボックスを介して燃焼バーナーおよび
原料油噴射ノズルを同軸的に装着した燃焼室(内径400m
m、長さ800mm、うち円錐部分200mmと熱分解導管(内径6
0mm、長さ600mm)を備える2系列の発生部を、内径90m
m、長さ900mmの前段狭径部位と内径200mm、長さ2500mm
の後段広径部位を連設した主反応ゾーンの前面に交角60
゜で収斂的に結合したY字型構造のオイルファーネス炉
を設置した。狭径部位には、交点から50mm下流に絞り比
0.60のリング部材を設置した。
原料油に比重(15/4℃)1.730、粘度(エングラー40/20
℃)2.10、トルエン不溶分0.03%、相関係数(BMCI)140、
初期沸点103℃の芳香族炭化水素油を、また、燃料油に
は比重(15/4℃)0.903、粘度(cst50℃)16.1、残炭分5.4
%、硫黄分1.8%、引火点96℃の炭化水素油を用いた。
上記の反応炉、原料油および燃料油を用い、表1に示し
た発生条件を適用して本発明で使用する特性範囲のカー
ボンブラック(5種類)を製造した。
また、比較例のうち比較例2のカーボンブラックは、炉
頭部に接線方向空気供給口と炉軸方向に装着した燃焼バ
ーナおよび原料油噴射ノズルを備える燃焼室(直径800m
m、長さ600mm)、該燃焼室と同軸的に連結する狭径反応
室(直径160mm、長1200mm)、引き続き連設された広径
反応室(直径400mm)とから構成されたオイルファーネ
ス炉を用い、前記原料油および燃料油を使用して、下記
発生条件を適用して製造した。
空気供給量:3000(Nm3/H) 燃料油供給量:124(Kg/H) 燃料油霧化空気量:180(Nm3/H) 燃料油燃焼率:250(%) 原料油供給量:912(Kg/H) なお、比較例1、3および4としては、下記市販グレー
ドのハード系品種のカーボンブラックを使用した。
比較例1:東海カーボン(株)製シーストN 比較例3:東海カーボン(株)製シースト6 比較例4:東海カーボン(株)製シースト9 このようにして製造したカーボンブラックの各種特性を
表2に示した。
なお、表2のうち比較例1〜4のカーボンブラックは窒
素吸着比表面積(N2SA)およびDBP吸油量が本発明の範
囲に入るハード系領域に属しながら、水銀圧入法により
測定される粒間空隙サイズDpが関係値を下廻るアグリゲ
ート性状を備えるものである。
次に、表2の各カーボンブラックを表3に示す重合比で
合成ゴム成分(油展SBR系)と配合した。
表3の配合物を145℃の温度で50分間加硫して得られた
各ゴム組成物につき、損失係数および摩耗試験をおこな
った。その測定結果を表4に示した。
なお、測定には下記の方法と条件を用いた。
(1)損失係数(tanδ) Visco Elastic Spectrometer(岩本製作所製)を用い、
次の条件で測定した。
試験片:厚さ2mm、長さ30mm、幅5mm 温度:室温、周波数:50Hz 動的歪率:±1% (2)摩耗量 ランボーン摩耗試験機(機械式スリップ機構)を用いて
次の条件で測定した。
試験片:厚さ10mm、外径44mm エメリーホイール:GCタイプ、粒度80、硬度H 添加カーボランダム粉:粒度#80、 添加量 約9g/分 エメリーホイール面と試験片の相対スリップ: 24%、60% 試験片回転数:535rpm 試験荷重:4Kg 表2のカーボンブラック特性と表4をゴム性能を対比し
て判るように、同等の比表面積レベルにあるカーボンブ
ラックを用いた場合には、粒間空隙サイズが関係式値を
下廻る比較例に比べ本発明の要件を満たすゴム組成物は
同等の耐摩耗性を有しながら損失係数が低下しており、
反発弾性面の改良効果が十分に認められる。
〔発明の効果〕
以上のとおり、本発明のゴム組成物は優れた反発弾性と
耐摩耗性と併有するから、これら両性能が要求される自
動車タイヤのトレッドやサイドウオール、工業用のベル
ト、ホース等の用途に好適である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窒素吸着比表面積(N2SA)が58〜139m2
    /g、DBP吸油量が90〜150m/100gのハード系領
    域に属し、水銀圧入法により測定される粒間空隙サイズ
    Dp(nm)が関係式[-0.22×(N2SA)+60.8]で算出される値
    以上の選択的特性を有するカーボンブラックを、ゴム成
    分100重量部に対し30〜100重量部の割合で配合
    してなるゴム組成物。
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