(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＴＡＢ比表面積が２０〜４０m2/g、５０kg/cm2の圧力で圧縮した時の電気比抵抗が０．３Ω・cm以下、トルエン着色透過度（ＬＴ）が９５％以上の特性を有する機能部品ゴム配合用カーボンブラック。
【請求項２】
天然ゴム、合成ゴム、またはこれらのブレンドゴム１００重量部に、請求項１記載のカーボンブラックを２０〜２００重量部配合してなる機能部品用ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車内装用のドアパッキング材や窓枠シール材などをはじめ、ベルト、ホースなどの機能部品用ゴムに配合するカーボンブラック、及びこのカーボンブラックを配合した機能部品用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム補強用のカーボンブラックには具備特性に応じた多様の品種があり、これらの品種特性がゴムに配合した組成物の諸特性を決定付けるための主要な因子となることから、通常ゴムへの配合に当たっては部材用途に適合する品種特性のカーボンブラックを選定使用する手段が慣用されている。例えば、機能部品用ゴムに配合するカーボンブラックとしては、従来からＳＲＦやＧＰＦなどの粒子径の大きいソフト系のカーボンブラックが有用されている。
【０００３】
自動車内装用のドアパッキング材や窓枠シール材などの機能部品用ゴム部材には、長期間、安定に使用することが要求されるため、耐へたり性や耐疲労性が高く、耐久性に優れていることが必要である。そのため、これらの機能部品用ゴム部材の耐へたり性や耐疲労性を配合するカーボンブラックのコロイダル特性により改善する研究も盛んに行われている。
【０００４】
例えば、本出願人は、凝集体の遠心沈降法（ＤＣＦ法）により測定されるモード径（Ｄst）が１５０nm以上、前記モード径（Ｄst）とその半値幅（ΔＤst）の比（ΔＤst／Ｄst）が１．５０以上、着色力（Ｔ）とブラックネス（Ｂ）との比（Ｂ／Ｔ）が１．２０以上の特性を備える機能部品ゴム配合用カーボンブラック（特開平３−14848 号公報）、あるいは、窒素吸着比表面積（Ｎ2 ＳＡ）が４５〜６５m2/g、ＤＢＰ吸油量（Ｄ0)と圧縮ＤＢＰ吸油量（Ｄ1)の比（Ｄ0 ／Ｄ1)が１．１０〜１．２０の範囲にあり、かつ前記ＤＢＰ吸油量（Ｄ0)が６０〜８０ml/100g の特性要件を満たすことを特徴とする機能部品ゴム配合用カーボンブラック（特開平８−143784号公報）などを開発、提案している。
【０００５】
しかしながら、近年、生産性向上のために高周波（ＵＨＦ；Ultra High Freq-uency ）加硫（以下、「ＵＨＦ加硫」ともいう）が採用されてきており、へたり性が小さいばかりでなく、ＵＨＦ加硫時間の短縮化、すなわち、高周波誘導電流による発熱性に優れていることが必要となってきている。高周波による発熱効果はカーボンブラックの粒子径を小さくすることにより上昇するが、耐へたり性が低下するため、耐へたり性とＵＨＦ加硫時における高発熱性とを両立させることは困難である。
【０００６】
そのため、ＵＨＦ加硫における加硫時間の遅延を改善する目的で特開平６−１４５５５４号公報には、ＤＢＰ吸油量（ＤＢＰＡ）が１１０〜１４０ml/100g 、よう素吸着量（ＩＡ）が２５mg/gを超え３５mg/g未満という基本特性を有するカーボンブラックにおいて、窒素吸着比表面積（Ｎ2 ＳＡ）とＩＡとの比、Ｎ2 ＳＡ／ＩＡが０．８５〜１．００であり、遠心沈降分析によるストークス相当径の最多頻度値（Ｄst）が▲１▼式より大きく、かつ着色力が▲２▼式より小さいことを特徴とするカーボンブラックが提案されている。
▲１▼  Ｄst≧（ＤＢＰＡ）−７．５（ＩＡ）＋４０５
▲２▼  着色力≦ＩＡ＋２０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記の特開平６−１４５５５４号公報とは異なる観点から、耐へたり性が高く、ＵＨＦ加硫における発熱効果に優れたカーボンブラックの開発について研究を進め、カーボンブラックの比表面積及び表面性状が大きく影響することを見出した。
【０００８】
本発明は、この知見により開発されたものであって、その目的は機能部品用のゴム部材として、配合ゴムに高位の耐へたり性を付与するとともにＵＨＦ加硫時における発熱性が高く、両特性を高位で両立化し得るカーボンブラック、及びこのカーボンブラックを配合した機能部品用ゴム組成物を提供することにある。
【０００９】
【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機能部品ゴム配合用カーボンブラックは、ＣＴＡＢ比表面積が２０〜４０m2/g、５０kg/cm2の圧力で圧縮した時の電気比抵抗が０．３Ω・cm以下、トルエン着色透過度（ＬＴ）が９５％以上の特性を有することを構成上の特徴とする。
【００１０】
また、本発明の機能部品用ゴム組成物は、天然ゴム、合成ゴム、またはこれらのブレンドゴム１００重量部に、前記の特性を有するカーボンブラックを２０〜２００重量部配合してなることを構成上に特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のカーボンブラックの特性要件のうち、ＣＴＡＢ比表面積は配合ゴムのへたり性を高位に保持するための粒子径範囲の前提的要件となる特性要素であって、この値が４０m2/gを超えるとへたり性の劣化が著しくなる。一方、２０m2/gを下回る場合には表面性状を改質してもＵＨＦ加硫時の発熱性が低下して、加硫時間の短縮化を図ることが困難となる。
【００１２】
電気比抵抗は、カーボンブラック自体の導電性を示す指標であり、ＵＨＦ加硫時の発熱性、すなわち誘導電流による抵抗発熱特性に関与する特性であって、電気比抵抗が高くなると発熱性が低くなりＵＨＦ加硫時間の短縮化を図ることができなくなる。そこで、本発明は電気比抵抗として、５０kg/cm2の圧力で圧縮した時の電気比抵抗の値を０．３Ω・cm以下に設定することにより、ＵＨＦ加硫時の発熱性能の向上を図るものである。
【００１３】
トルエン着色透過度（ＬＴ）はカーボンブラック粒子表面に残留する未分解炭化水素量の程度を示すもので、残留する未分解炭化水素量が少ない程トルエン着色透過度（ＬＴ）の値は大きくなる。残留する未分解炭化水素はカーボンブラックの導電性を阻害する物質であり、本発明は導電性を阻害するこの未分解炭化水素量を規制するためにトルエン着色透過度（ＬＴ）の値を９５％以上と設定するものである。その結果、未加硫ゴム組成物の抵抗発熱性が高くなり、ＵＨＦ加硫時における発熱性能の向上、すなわち加硫時間の短縮化が図られる。
【００１４】
このように、本発明の機能部品ゴム配合用カーボンブラックは、ＣＴＡＢ比表面積、電気比抵抗、及びトルエン着色透過度（ＬＴ）を特定することにより、これらの特性が総合的に機能して、配合ゴムに高度の耐へたり性を付与することができるとともに未加硫ゴム組成物の導電性を高く保持して導電発熱性の向上を図り、ＵＨＦ加硫の時間短縮化に有効機能する。
【００１５】
上記の構成におけるカーボンブラックの各特性は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。
▲１▼ＣＴＡＢ比表面積（m2/g）；
ＡＳＴＭ  Ｄ3765−80“Standard Test Methods for Carbon Black−CTAB(CETYL TRIMETHYL AMMONIUM BROMIDE)Surface Area”による。
▲２▼電気比抵抗（Ω・cm）；
ＪＩＳ  Ｋ1469−84「アセチレンブラック」 5.6項による。
▲３▼トルエン着色透過度（％）；
ＪＩＳ  Ｋ6221−82「ゴム用カーボンブラックの試験方法」 6.2.4項による。
【００１６】
本発明のカーボンブラックは、緩除に収斂、開口する鼓状絞り部をもつ広径の円筒型反応炉を用い、燃料油と空気または酸素を含む適宜な酸化剤とによる高温燃焼ガス中に原料油の霧化気流を二段に導入することにより製造される。
【００１７】
原料油にはクレオソート油、ＦＣＣ油、エチレンボトム油などの高芳香族系重質油が使用され、高温燃焼ガスとの良好な均質混合状態を得るために霧化噴射ノズルを介して充分な微粒子気流として導入する。霧化噴射ノズルは、例えば水冷外套を有し、炉軸方向に伸縮可能な外筒ノズルと、これに装着された伸縮自在な中軸筒ノズルからなる二重筒構造のものが使用され、燃焼バーナとは別に炉頭部に装着される。原料油は霧化空気とともに外筒ノズル及び中軸筒ノズルを介して二段に分割導入されるが、この際の原料油導入位置は外筒ノズルの進退と中軸ノズルの伸縮によって変更することができる。本発明のカーボンブラックは、上記の装置を用い、供給する空気量及び燃料油量、原料油の分割導入点、カーボンブラック生成ガス流の炉内滞留時間などを制御することにより製造することができる。
【００１８】
本発明の機能部品用ゴム組成物は、上記の特性を有するカーボンブラックを、ゴム成分１００重量部に対して、２０〜２００重量部の割合で配合したものである。ゴム成分としては、天然ゴムや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、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、その他カーボンブラックにより補強可能な常用の各種合成ゴム、あるいはそれらを混合したブレンドゴムなどが例示される。
【００１９】
ゴム組成物は、これらのゴム成分にカーボンブラック、及び、常法に従って加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤等の必要成分とともに配合し、混練、加硫処理して目的とする機能部品用ゴム組成物が得られる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００２１】
実施例１〜３、比較例１〜５
(1)カーボンブラックの製造；
炉頭部に接線方向空気供給口を備えたウインドボックスと下流側出口が緩やかに収斂する燃焼室（内径 700mm、長さ1200mm）を設置し、該燃焼室と同軸的に連結する狭径部（内径 400mm、長さ 200mm）、及びこれに引き続き開拡するするテーパー状反応室（内径 900mm、長さ9000mm）とからなるオイルファーネス炉において、炉頭から炉中心軸に沿って二重筒構造の原料油霧化噴射ノズルを挿着し、その周辺に４本の燃焼バーナを設置した。原料油噴射ノズルは、上流側の原料油導入点（外筒ノズルの噴出口）が収斂部位に、下流側原料油導入点は狭径部位にそれぞれ位置するように調整した。
【００２２】
上記のオイルファーネス炉により、表１に示す性状の原料油及び燃料油を用いて、表２に示す発生条件を適用してカーボンブラックを製造した。得られたカーボンブラックの特性を測定して、その結果も表２に併載した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
0003724989.tif 000003
【００２５】
(2)ゴム組成物の作製；
これらの各カーボンブラック試料を表３に示す配合割合でＥＰＤＭゴムに配合した。なお、カーボンブラックの配合量は、配合ゴムの硬度(JIS) が７０となるように変量とした。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
(3)ゴム物性の測定；
配合物を１５０℃の温度で３０分間加硫して、得られた各ゴム組成物についてＪＩＳ  Ｋ6301「加硫ゴム物理試験方法」によりゴム物性を測定した。なお、ＵＨＦ加硫時の発熱性、及び圧縮永久歪みの測定は下記によった。
【００２８】
▲１▼ＵＨＦ加硫時の発熱性の評価
未加硫のゴム配合物を試験片として、横河・ヒューレット・パッカード（株）製、ＱＭＥＴＥＲ(4342 A)を用いて、周波数；２０MHz 、温度；室温、の条件で誘電率（ε）及び損失係数（Ｄ）を測定した。ＵＨＦ加硫時の発熱性は、誘電率（ε）×損失係数（Ｄ）の値を指標として評価することができ、この値が大きい程、ＵＨＦ加硫時の発熱性が高く、短時間でＵＨＦ加硫を行うことができる。
▲２▼圧縮永久歪み（％）の測定
ＪＩＳ  Ｋ6301「加硫ゴム物理試験方法」に準じて、７０℃、７０時間の条件にて測定した。なお、この値が小さい程、耐へたり性が高いことを示す。
【００２９】
測定したゴム物性値、及び誘電率（ε）×損失係数（Ｄ）の算出値を表４に示した。また、測定結果のうち、耐へたり性（繰り返し応力を与えたときに生じる永久的な歪み現象に耐え得る抗力）の指標となる圧縮永久歪みと、ＵＨＦ加硫時の発熱特性の指標となる誘電率（ε）×損失係数（Ｄ）値との関係グラフを、図１に示した。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
表４及び図１から本発明の特性要件を全て充足するカーボンブラックを配合した実施例１〜３のゴム組成物は、本発明の特性要件の少なくとも１つが外れるカーボンブラックを配合した比較例１〜５のゴム組成物に比べて、耐へたり性の指標となる圧縮永久歪みに対して、ＵＨＦ加硫時の発熱特性の指標となる（誘電率ε×損失係数Ｄ）値が高く、耐へたり性とＵＨＦ加硫時の発熱性とが高位に両立化されていることが判る。
【００３２】
すなわち、比較例１は電気比抵抗が高いためＵＨＦ加硫時の発熱性が低く、比較例２ではトルエン着色透過度（ＬＴ）が低いために同様にＵＨＦ加硫時の発熱性が低くなっている。また、ＣＴＡＢ比表面積及びＬＴが低い比較例３も圧縮永久歪みに対する（誘電率ε×損失係数Ｄ）値が低く、ＵＨＦ加硫時の発熱性が劣ることが認められる。同様に比較例４、５でも一定圧縮永久歪み当たりの（誘電率ε×損失係数Ｄ）値が低く、耐へたり性とＵＨＦ加硫時の発熱性との両立化が不充分であることが判る。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の機能部品ゴム配合用カーボンブラック及びそのカーボンブラックを配合したゴム組成物によれば、配合ゴムに高位の耐へたり性が付与されるとともにＵＨＦ加硫時の発熱性能に優れ、両特性の両立化が可能となる。すなわち、機能部品用ゴム部材として耐へたり性に優れ、またＵＨＦ加硫時の発熱性が高いので加硫時間の短縮化が可能となり、生産性の向上を図ることができる。したがって、自動車内装用のドアパッキング材や窓枠シール材などをはじめとして、ベルト、ホースなどの機能部品用ゴムに配合するカーボンブラック、及び機能部品用ゴム組成物として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例と比較例による圧縮永久歪みと、（誘電率ε×損失係数Ｄ）値との関係グラフである。
【図１】
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