JPH0530857B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、タイヤレツド用として高度の耐摩耗
性を有するゴム組成物に関し、とくくにトラツ
ク、バスなどの大型タイヤ用トレツドとして好適
に使用される優れた耐摩耗性を有するゴム組成物
に関する。 「従来の技術」 ゴム補強用のフアーネスブラツクはその特性に
対応して多様の品種があり、通常平均子径、比表
面積、ストラクチヤーなどの特性に基づいて分類
されている。これらフアーネスブラツクの品種特
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、その目的用途に応じて適
宜選定して使用に供されている。 例えば、タイヤトレツド部位に使用される高度
の耐摩耗性が要求される用途分野に対しては、
SAF（N110）、ISAF（N220）などの品種が適用さ
れている。これらのフアーネスブラツクは平均粒
子径が小さく、大きな比表面積を有することによ
り特徴づけられるが、このようなブラツクは一般
的にゴム成分中に均質分散させることが困難であ
る。すなわち、比表面積が大きく、粒子径が小さ
いフアーネスブラツクを配合したゴム組成物は高
度の耐摩耗性を付与することができるが、ゴム成
分中への混練過程において混練物の硬度が増大し
てくるために均質分散させることが困難となる。
したがつて、混練エネルギーや混練時間が増大す
るばかりでなく、混練分散加工性が劣り、品質面
が劣化するという大きな問題を生ずる。 「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、耐摩耗性を向上させる目的で、粒子
径が小さく比表面積が大きいフアーネスブラツク
をゴム成分に配合混練する場合に生ずる上記問題
点の解消をはかるものである。すなわち、平均粒
子径を微細にすることなく、同等の比表面積を有
するフアーネスブラツクを配合して、より高度の
耐摩耗性を具備するゴム組成物を提供するもので
あり、混練加工性を損うことなく、高度の耐摩耗
性を付与することができるフアーネスブラツクの
使用を要点とするものである。 「問題を解決するための手段」 発明者らは、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させ
る目的で、配合するフアーネスブラツクの物理的
諸特性との関連について種々研究を重ねた結果、
フアーネスブラツクの真比重値および凝集体のス
トークモード径が重要な因子であることを知見し
て本発明に想到したものである。 すなわち、本発明は、窒素吸着比表面積
（N₂SA）が145m²／ｇ以上、真比重値が（1.8379
−0.0006×N₂SA）式により算出される真比重関
係値以下であり、かつ遠心沈降法による凝集体の
ストークスモード径stが｛4.35×電子顕微鏡粒
子径（dn）−10.0｝式から算出される値以下の選
択的特性を有するフアーネスブラツクをゴム成分
100重量部に対して25〜150重量部の割合で配合し
てなることを構成的特徴とするゴム組成物であ
る。 フアーネスブラツクの真比重値は粒子径やスト
ラクチヤーとは異なる別異の特性要素として把握
することができる。 フアーネスブラツクは、燃料油を燃焼して形成
した燃焼ガスの高温撹乱気流中に原料炭化水素油
を噴射して熱分解反応により生成し、原料炭化水
素油は複雑な重縮合反応を経てカーボンブラツク
に転化する。この生成過程において、フアーネス
ブラツクの真比重値は、フアーネスブラツクを構
成する個々の粒子内部における炭素微結晶構造の
形成程度を示すパラメータとして考えることがで
き、例えば真比重値の低いフアーネスブラツクは
炭素微結晶構造の形成化が不充分な状態にあり、
構成する粒子表面が化学的活性ラジカルに富む状
態を示している。したがつて、この真比重値は、
フアーネスブラツクの生成過程における生成反応
温度、生成反応時間などと密接な関連を有してお
り、その結果フアーネスブラツクの比表面積ある
いは粒子径と相関する関係にある。本発明におい
ては、真比重値を（1.8379−0.0006×N₂SA）式
により算出される真比重関係値以下に設定するこ
とにより、表面活性度が高い独特の表面性状の付
与が可能となる。 次に、凝集体のストークモード径stはフアー
ネスブラツク粒子が強固に融着結合した凝集体と
しての性状特性を示すパラメータであり、フアー
ネスブラツク生成過程における生成反応温度や燃
焼ガスの撹乱度などの生成条件と密接に関連して
いる。その結果凝集体のストークスモード径st
はフアーネスブラツクの粒子径あるいは比表面積
と相関する関係にあり、発明者らはstが（4.35
×電子顕微鏡粒子径−10.0）式からの算出値より
低位にある場合には、ゴム組成物の耐摩耗性向上
効果が著しいことを確認した。これは、電子顕微
鏡平均粒子径（dn）が一定の場合に凝集体の大
きさが相対的に小さいことを特徴とするものであ
る。 上記のようにフアーネスブラツクの真比重値お
よび凝集体の大きさを特定することにより、ゴム
成分との界面反応が円滑に進行し混練加工性の低
下を伴わずに耐摩耗性の向上がはかられる。換言
すれば、比表面積が同一の場合には相対的に高度
の耐摩耗性を付与することが可能となる。これら
の効果は優れた耐摩耗性の要求されるゴム組成物
において著しく、とくに窒素吸吸着比表面積が
145m²／ｇ以上のフアーネスブラツクに適用した
場合に実用的効果が大きい。 本発明に適用されるフアーネスブラツクの各特
性値は、下記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 D3037−78“Standard Methods of
Testing Carbon Black−Surface Area by
Nitrogen Adsorption”Method Ｂによる。 この方法で測定したIRB＃５の値は80.3m²／ｇ
であつた。 (2) 真比重値 カーボンブラツク試料を落し蓋付るつぼに採り
650±25℃の温度で５分間脱気気処理を施したの
ち「工業化学雑誌」第66巻、第12号（1963）、
1758頁に掲載されたＢ法に準拠して測定する。す
なわち、脱気処理後の試料をピクノメーターに適
量秤取し、少量のベンゼンで浸漬してから、２〜
５mmHgの真空下で気泡発生が認められなくなる
まで減圧脱気する。次いでピクノメーターにベン
ゼンを充満して25±0.1℃の恒温水槽中に30分保
持したのち秤量する。真比重値は次式により算出
される。 真比重値＝（Ｄ−Ａ）／（Ｄ−Ａ）−（Ｅ−Ｃ）×d^2
5 ₄ ただし、Ａはピクノメーターの質量、Ｃはピク
ノメーター＋ベンゼンの質量、Ｄはピクノメータ
ー＋カーボンブラツク試料の質量、Ｅはピクノメ
ーター＋カーボンブラツク試料＋ベンゼンの質
量、d²⁵ ₄はベンゼンの比重である。 この方法で測定したIRB＃４の値は1.7780であ
つた。 (3) 電子顕微鏡粒子径（dn） カーボンブラツク試料を超音波洗浄器により周
波数28KHzで30秒間クロロホルムに分散させた
後、分散試料をカーボン支持膜に固定する。〔詳
細は、例えば「粉体物性図説」（粉体工学研究会
他編）68頁(c)「水面膜法」を参照。〕これを電子
顕微鏡で直接倍率20000倍、総合倍率80000〜
100000倍に撮影し、得られた写真からランダムに
1000個のカーボンブラツク粒子の直径を計測し、
３ｍμごとに区分して作成したヒストグラムから
算術平均粒子径（dn）を求める。 (4) 凝集体のストークスモード径 st JIS K6221（1975）6.2.1項Ａ法に基づいて乾燥
した後精秤採取したカーボンブラツク試料を少量
の界面活性剤を含む20％エタノール水溶液と混合
してカーボンブラツク濃度50mg／の分散液を作
成し、超音波で十分に分散させる。デイスク・セ
ントリフユージ装置（英国Joyes Loebl社製）を
8000rpmの回転速度に設定し、スピン液（２％グ
リセリン水溶液）を10〜20mlの範囲内で加えたの
ち１mlのバツフアー液（エタノール水溶液）を注
入する。ついで試料液0.5〜1.0mlを注射器で加え
て遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させて
光学的に凝集体分布曲線を作成する。stは凝集
体分布曲線における最大頻度（最大吸光度）のス
トークス相当径（ｍμ）を読みとる。 これらの特性を具備するフアーネスブラツク
は、通常のオイルフアーネス方式の反応炉を用い
て、熱分解反応条件を適宜設定制御することによ
り製造することができる。例えば、生成反応温
度、生成反応時間、燃焼ガス流速、原料油の微粒
化などの諸条件を調節することにより得られる。
とくに、真比重値の低下には、生成反応時間を短
縮化すること、また凝集体のストークスモード径
を低下させるには生成反応温度の高温化、燃焼ガ
ス流速の高速化などの条件を適用することが有効
である。 上記特性のフアーネスブラツクは、常法により
天然ゴムや各種合成ゴムに、他のゴム用配合剤と
ともに配合混合される。この場合フアーネスブラ
ツクはゴム成分100重量部に対して25〜150重量
部、とくに40〜80重量部の割合で配合混練するこ
とが望ましい。 「作用」 本発明は、真比重値を窒素吸着比表面積に対応
する値より相対的に低位に保持することにより、
フアーネスブラツク表面の化学的活性度を高め、
ゴム成分との親和性の増大化をはかるものであ
る。また、電子顕微鏡粒子径が一定水準下におい
て、凝集体のストークスモード径を低位に設定す
ることによりゴム組成物の耐摩耗性の向上がはか
られる。したがつて、優れた耐摩耗性を具備する
ゴム組成物として、これらの機能が相乗的に作用
して同一レベルの比表面積を有するフアーネスブ
ラツクを配合して相対的に高度の耐摩耗性を付与
することができる。 「実施例」 炉頭部に、接線方向空気供給口と炉軸方向に挿
着された燃焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを
有する燃焼室（直径400mm、長さ500mm）、該燃焼
室と同軸的に連結する狭径反応室（直径160mm、
長さ1500mm）および狭径反応室にひき続く広径反
応室（直径300mm）とから構成された通常のオイ
ルフアーネス炉を用いて、原料油、燃料油、空気
供給量および広径反応室の冷却水導入位置などを
調節することによつて各種カーボンブラツク試料
を製造した。なお、燃焼室は燃焼ガス温度を高温
に設定するために、通常使用するハイアルミナ質
耐火材に代替してジルコニア質耐火材を内張りし
た。 原料油として比重（15／４℃）1.073、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。 上記のオイルフアーネス炉、原料油および燃料
油を使用してカーボンブラツクを製造し、各カー
ボンブラツク試料の生成条件と特性を対比して表
−１に示した。

【表】 (注) ※ 生成カーボンブラツク含有ガスの水冷点ま
での滞留時間
比較例のうち、試料No.４はstが、試料No.５は
真比重値が、また試料No.６，No.７は真比重値およ
びstがともに本発明で規制する特性範囲を外れ
る例である。 次に、これらのカーボンブラツク試料を表−２
に示す配合比により天然ゴムに配合した。

【表】

【表】 この配合物を145℃の温度で40分間加硫して得
られたゴム組成物について各種ゴム特性を測定
し、その結果を表−１の試料No.に対比させて表−
３に示した。

【表】 各種ゴム特性のうち、摩耗量についてはランボ
ーン摩耗試験機（機械式スリツプ機構）を用い、
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 添加カーボンランダム；粒度80メツシユ、添加
量約９ｇ／分 エメリーホイール面との相対スリツプ率；12％ 試験片回転数；660rpm、 試験荷重；４Kg その他のゴム特性については、すべてJIS
K6301「一般ゴム試験法」によつた。 表−３の結果から、本発明の特性要件を充足す
る試料No.１〜３はいずれも比較例に比べて窒素吸
着比表面積が同等レベルであるにもかかわらず、
高度の耐摩耗性を有し、また機械的強度特性もす
ぐれていることが判明する。 「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
選択的特性要件を具備するフアーネスブラツクを
補強剤として配合したゴム組成物は、窒素吸着比
表面積を増大することなく効果的に耐摩耗性を向
上させることができる。したがつて混練分散加工
性を低下させずに高度の耐摩耗性を有するゴム組
成物を得ることができ、とくに大型タイヤトレツ
ドとして有用することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 窒素吸着比表面積（N₂SA）が145m²／ｇ以
   上、真比重値が（1.8379−0.0006×N₂SA）式に
   より算出される真比重関係値以下であり、かつ遠
   心沈降法による凝集体のストークスモード径st
   が｛4.35×電子顕微鏡粒子径（dn）−10.0｝式か
   ら算出される値以下の選択的特性を有するフアー
   ネスブラツクをゴム成分100重量部に対して25〜
   150重量部の割合で配合してなるゴム組成物。