(57)【要約】【課題】耐摩耗性と低発熱性を両立したゴム組成物とするために好適なカーボンブラックを提供する。【解決手段】燃焼ガス中に原料油を噴霧してカーボンブラックを製造する方法であって、該原料油として３０〜６０質量％が脂肪族炭化水素であり、平均沸点Ｔ（℃）及び６０°Ｆの水と比較した際の比重Ｄ（６０／６０°Ｆ）から以下の式で計算されるＢＭＣＩ値が９５以上、１５０以下である原料油を用いることを特徴とするカーボンブラックの製造方法。ＢＭＣＩ＝４８６４０／（Ｔ＋２７３）＋４７３．７Ｄ−４５６．８【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガス中に原料油を噴霧してカーボンブラックを製造する方法であって、該原料油として３０〜６０質量％が脂肪族炭化水素であり、平均沸点Ｔ（℃）及び６０°Ｆの水と比較した際の比重Ｄ（６０／６０°Ｆ）から以下の式で計算されるＢＭＣＩ値が９５以上、１５０以下である原料油を用いることを特徴とするカーボンブラックの製造方法。
ＢＭＣＩ＝４８６４０／（Ｔ＋２７３）＋４７３．７Ｄ−４５６．８
【請求項２】
該脂肪族炭化水素の１０質量％以上が動植物油またはその改質品である請求項１に記載のカーボンブラックの製造方法。
【請求項３】
該原料油がトール油を含有する請求項１又は２に記載のカーボンブラックの製造方法。
【請求項４】
得られるカーボンブラックが、アグリゲート特性としてストークス相当径の分布曲線の最大頻度径（Ｄｍｏｄ）に対する半値幅（ΔＤ５０）の比（ΔＤ５０／Ｄｍｏｄ）が０．７８以上である請求項１〜３の何れか１項に記載のカーボンブラックの製造方法。
【請求項５】
ファーネス法で製造することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のカーボンブラックの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の製造方法によって製造されたカーボンブラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンブラックの製造方法に関する。具体的には、本発明は、ゴム組成物に配合した場合に、耐摩耗性と低発熱性を両立したゴム組成物とすることができるカーボンブラックを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンブラックは、比表面積、ストラクチャー、表面性状などの物理特性によって、ゴム組成物に配合した場合に該ゴム組成物の性能に大きな影響を与える。このため、要求されるゴム組成物の性能や、ゴム組成物が使用される環境条件などによって、各種特性の異なるカーボンブラックが選択的に使用されている（特許文献１参照）。
タイヤ用途において地面と接するトレッドゴムには、走行中の摩耗に対する耐性（耐摩耗性）が優れているとともに、走行中のゴムの変形時に発生するヒステリシスロスが少なく低発熱性であることが要求される。この耐摩耗性と低発熱性との両立を図るために、カーボンブラックを高充填する手法や高比表面積（小粒径）、あるいは高ストラクチャーを有するカーボンブラックを用いる手法などが検討されている。しかし、これらのカーボンブラックを用いた場合、耐摩耗性は向上するものの、低発熱性が十分ではなくなる場合がある。
【０００３】
また、カーボンブラックの比表面積やストラクチャー以外の特性で、タイヤの耐摩耗性を改良する手法として、カーボンブラックのアグリゲート径の分布のシャープ性を高める手法が提案されている。しかし、該カーボンブラックが配合されたゴム組成物は、発熱性が低下し、該ゴム組成物をトレッドに使用したタイヤの低発熱性が十分ではなくなる場合がある。また、アグリゲート径の分布のシャープ性を低くすると（ブロード性を高める）、タイヤの低発熱性を向上させることは可能となるが、同時に耐摩耗性が低下する傾向となってしまう。このように、カーボンブラックのアグリゲート径の分布のみを調整する手法も、タイヤの耐摩耗性と低発熱性を両立させるのに有効な手段であるとはいえない。
【０００４】
このように、耐摩耗性と低発熱性とは、二律背反の関係にあり、いずれの性能をも高い次元で両立させる開発が進められているが、十分な特性を発現させるカーボンブラックは未だ見いだされていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０８１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決し、耐摩耗性と低発熱性を両立したゴム組成物とするために好適なカーボンブラックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の原料油を使用してカーボンブラックを製造することにより、得られたカーボンブラックをゴム組成物に配合することで耐摩耗性と低発熱性を両立することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち本発明は、以下の［１］〜［６］を要旨とする。
［１］  燃焼ガス中に原料油を噴霧してカーボンブラックを製造する方法であって、該原
料油として３０〜６０質量％が脂肪族炭化水素であり、平均沸点Ｔ（℃）及び６０°Ｆの水と比較した際の比重Ｄ（６０／６０°Ｆ）から以下の式で計算されるＢＭＣＩ値が９５以上、１５０以下である原料油を用いることを特徴とするカーボンブラックの製造方法。ＢＭＣＩ＝４８６４０／（Ｔ＋２７３）＋４７３．７Ｄ−４５６．８
【０００９】
［２］  該脂肪族炭化水素の１０質量％以上が動植物油またはその改質品である［１］に記載のカーボンブラックの製造方法。
［３］  該原料油がトール油を含有する［１］又は［２］に記載のカーボンブラックの製造方法。
［４］  得られるカーボンブラックが、アグリゲート特性としてストークス相当径の分布曲線の最大頻度径（Ｄｍｏｄ）に対する半値幅（ΔＤ５０）の比（ΔＤ５０／Ｄｍｏｄ）が０．７８以上である［１］〜［３］の何れかに記載のカーボンブラックの製造方法。
［５］  ファーネス法で製造することを特徴とする［１］〜［４］の何れかに記載のカーボンブラックの製造方法。
［６］  ［１］〜［５］の何れかに記載の製造方法によって製造されたカーボンブラック。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐摩耗性と低発熱性を両立したゴム組成物とするために好適なカーボンブラックを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。以下において「質量％」と「重量％」、及び「質量部」と「重量部」とは、それぞれ同義である。
【００１２】
＜カーボンブラックの製造方法＞
以下、本発明のカーボンブラックの製造方法について説明する。
本発明のカーボンブラックの製造方法は、用いる原料油に特徴を有する。
本発明では、原料油（原料炭化水素）として、３０〜６０質量％が脂肪族炭化水素であり、平均沸点Ｔ（℃）及び６０°Ｆの水と比較した際の比重Ｄ（６０／６０°Ｆ）から以下の式で計算されるＢＭＣＩ値が９５以上、１５０以下である原料油を用いる。これにより、得られるカーボンブラックを含有するゴム組成物が耐摩耗性と低発熱性を両立することが出来る。また、このような原料油を用いてカーボンブラックを製造することにより、異なる複数のカーボンブラックを選択して混合したり、カーボンブラックに対して表面処理等の後処理を行うことなく、ワンポットで、すなわち、上記原料油を用いてカーボンブラックを製造するだけで、上記特性を有するカーボンブラックを容易に得ることができる。
【００１３】
本発明においてＢＭＣＩ値とは、平均沸点Ｔ（℃）及び６０°Ｆの水と比較した際の比重Ｄ（６０／６０°Ｆ）から以下の式で計算される値である。なお、平均沸点Ｔは、当該原料油について蒸留試験を実施したときに、質量基準でその５０％が溜出したときの温度である。
ＢＭＣＩ＝４８６４０／（Ｔ＋２７３）＋４７３．７Ｄ−４５６．８
【００１４】
本発明において、原料油のＢＭＣＩ値は１５０以下である。原料油のＢＭＣＩ値が前記上限を超えると、カーボンブラックの粒度分布がシャープとなり過ぎ、ゴム組成物の性能を良好にするためのアグリゲート特性が得られず、低発熱性が悪化する。原料油のＢＭＣＩ値の上限は前記と同様の理由により、好ましくは１４０以下、より好ましくは１３０以下、更に好ましくは１２０以下、特に好ましくは１１０以下である。
一方、本発明において、原料油のＢＭＣＩ値は９５以上である。原料油のＢＭＣＩ値が前記下限未満では歩留まりが悪化し、充分な量のカーボンブラックが得られない。原料油のＢＭＣＩ値の下限は前記と同様の理由により、好ましくは１００以上である。
【００１５】
本発明において原料油の脂肪族炭化水素比率（原料油１００質量％中の脂肪族炭化水素の含有量）は３０質量％以上である。原料油の脂肪族炭化水素比率が前記下限未満であると、上述の特定のアグリゲート特性が得られず、低発熱性が悪化する。原料油の脂肪族炭化水素比率の下限は前記と同様の理由により、４０質量％以上が好ましい。一方、脂肪族炭化水素比率の上限は６０質量％以下である。原料油の脂肪族炭化水素比率が前記上限を超えると、歩留まりが悪化し、充分な量のカーボンブラックが得られない。原料油の脂肪族炭化水素比率の上限は前記と同様の理由により、５０質量％以下が好ましい。
【００１６】
原料油に含まれる脂肪族炭化水素１００質量％中、動植物油またはその改質品由来の脂肪族炭化水素の含有量は、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、更に好ましくは３０質量％以上である。該含有量の上限は、特に限定されず、１００質量％であってもよい。該含有量が上記範囲内であると、本発明の効果がより好適に得られるだけではなく、非枯渇資源を原料として上記効果を達成できるため、資源の枯渇や環境にも配慮した製造をすることができる。
【００１７】
上記特性を満たす原料油は、１種を単独で使用してもよいし、上記特性を満たすように２種以上を併用してもよい。なお、本発明において原料油を２種以上併用する場合においては、上記の原料油のＢＭＣＩ値や脂肪族炭化水素比率は混合物としての特性を意味するものである。
【００１８】
原料油の具体例としては、例えば、アントラセン等の芳香族炭化水素；クレオソート油等の石炭系炭化水素；ＥＨＥオイル（エチレン製造時の複製油）、ＦＣＣオイル（流動接触分解残渣油）等の石油系重質油からなる群より選択される少なくとも１種と、脂肪族炭化水素との混合原料油が挙げられる。なお、これらは改質されたものであってもよい。なかでも、石炭系炭化水素と脂肪族炭化水素との混合原料油が好ましい。
【００１９】
脂肪族炭化水素としては、例えば、プロセスオイルなどに代表される石油系脂肪族炭化水素、及び大豆油、なたね油、パーム油などの脂肪酸に代表される動植物油等を使用することができる。
ここで動植物油とは、魚類肝臓から得られる脂肪油（肝油）やクジラからとれる海獣油のような水産動物油及び牛脂、豚脂などのような陸産動物油のほか、植物の種子、果実、核などから採取される脂肪酸グリセリドを成分とする油脂等を包含する。
【００２０】
なかでも、原料油としては、石炭系芳香族炭化水素と石油系脂肪族炭化水素との混合原料油、石炭系炭化水素と動植物油との混合原料油が好ましく、クレオソート油と石油系脂肪族炭化水素との混合原料油、クレオソート油と大豆油との混合原料油がより好ましい。また、脂肪族炭化水素を含むトール油も好適に原料油として用いることができる。
【００２１】
本発明のカーボンブラックの製造方法は、上記原料油を使用する点以外は、公知の製造方法により製造することができ、その製造方式は限定さないが、具体的には、燃焼ガス中に原料油を噴霧してカーボンブラックを製造する方法が採用される。本発明のカーボンブラックの製造方式としては、例えば、チャンネル法、ファーネス法の何れの方式を採用することもできるが、中でもファーネス法によって製造することが好ましい。
【００２２】
以下に、本発明のカーボンブラックの製造方法として好適な、ファーネス法について説明する。
ファーネス法（オイルファーネス法）は、例えば特開２００４−４３５９８号公報、特開２００４−２７７４４３号公報などのように、反応炉内に高温燃焼ガス流を発生させる燃焼帯域、高温燃焼ガス流に原料炭化水素を導入して原料炭化水素を熱分解反応によりカーボンブラックに転化させる反応帯域、及び反応ガスを急冷して反応を停止する反応停止帯域を有する装置を用いるプロセスであって、燃焼条件、高温燃焼ガス流速、反応炉内への原料油の導入条件、カーボンブラック転化から該反応停止までの時間等の諸条件を制御することによって種々のカーボンブラックを製造することができる。
【００２３】
燃焼帯域では、高温燃焼ガスを形成させるため、酸素含有ガスとして空気、酸素またはそれらの混合物とガス状または液体の燃料炭化水素を混合燃焼させる。燃料炭化水素としては、一酸化炭素、天然ガス、石炭ガス、石油ガス、重油等の石油系液体燃料、クレオソート油等の石炭系液化燃料が使用される。燃焼は、燃焼温度が１４００〜２０００℃の範囲となるように制御されるのが好ましい。
【００２４】
反応帯域では、燃焼帯域で得られた高温燃焼ガス流に並流又は横方向に設けたバーナーから原料炭化水素を噴霧導入し、原料炭化水素を熱分解させてカーボンブラックに転化させる。好ましくは、ガス流速が１００〜１０００ｍ／ｓの範囲の高温燃焼ガス流に、原料油を１本以上のバーナーにより導入するが、２本以上のバーナーにより分割して導入することが好ましい。また、反応効率を向上させるために反応ゾーンに絞り部を設けることが好ましい。絞り部の絞り部径／絞り部上流域径の比は、０．１〜０．８が好ましい。
【００２５】
反応停止帯域では、高温反応ガスを１０００〜８００℃以下に冷却するため、水スプレー等が行われる。原料油を導入してからの反応停止までの時間は２〜１００ｍ秒が好ましい。冷却されたカーボンブラックは、ガスから分離回収された後、造粒、乾燥等の公知のプロセスをとることができる。
【００２６】
＜カーボンブラック＞
以下、上記した本発明の製造方法によって得られるカーボンブラックについて説明する。
本発明によって得られるカーボンブラック（以下において、「本発明のカーボンブラック」という場合がある。）のクラスは限定されず、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦなど種々のクラスのカーボンブラックであってもよいが、中でもＩＳＡＦまたはＳＡＦクラスであることが好ましい。
【００２７】
本発明のカーボンブラックのアグリゲート特性としてストークス相当径の分布曲線の最大頻度径（Ｄｍｏｄ）は、好ましくは７９ｎｍ以下、より好ましくは６９ｎｍ以下、更に好ましくは６３ｎｍ以下である。該Ｄｍｏｄの値が前記上限を超えると、該カーボンブラックを含有するゴム組成物の耐摩耗性が充分に得られない場合がある。該Ｄｍｏｄの下限は限定されないが、好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは５６ｎｍ以上である。該Ｄｍｏｄの値が前記下限未満であると、ゴム組成物中でのカーボンブラックの分散性に劣り、ゴム組成物の破壊特性、耐摩耗性が低下する傾向がある。
【００２８】
本発明のカーボンブラックのアグリゲート特性としてストークス相当径の分布曲線の前記Ｄｍｏｄに対する半値幅（ΔＤ５０）の比（ΔＤ５０／Ｄｍｏｄ）は、好ましくは０．７８以上であり、より好ましくは０．９以上、更に好ましくは１．０以上、特に好ましくは１．１以上である。ΔＤ５０／Ｄｍｏｄの値が前記下限未満であると、該カーボンブラックを含有するゴム組成物の低発熱性の改善効果が充分に得られない場合がある。ΔＤ５０／Ｄｍｏｄの上限は限定されないが、好ましくは２．５以下、より好ましくは２．０以下である。ΔＤ５０／Ｄｍｏｄの値が前記上限を超えると、耐摩耗性が悪化し、所望の効果が得られない場合がある。
【００２９】
なお、本発明において、カーボンブラックのＤｍｏｄ、ΔＤ５０は、以下の方法で測定される値を採用する。
界面活性剤（ＳＩＧＭＡ ＣＨＥＭＩＣＡＬ社製「ＮＯＮＩＤＥＴ Ｐ−４０」）を加えた２０％エタノール水溶液に精秤したカーボンブラック試料を加えて、カーボンブラック濃度が０．０１重量％の試料液を調製する。この試料液を超音波分散機（超音波工業製「超音波発生装置ＵＳＶ−５００Ｖ」）を用いて、振動数２００ｋＨｚ、出力１００Ｗとして５分間分散処理することにより、カーボンブラックスラリーを調製する。
一方、遠心沈降式の粒度分布測定装置（ＢＲＯＯＫ ＨＡＶＥＮ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ社製「ＢＩ−ＤＣＰ ＰＡＲＴＩＣＬＳＩＺＥＲ」）にスピン液（純水）１０ｃｍ３を
注入し、更にバッファー液（２０ｖｏｌ％エタノール水溶液）１ｃｍ３を注入した後、前記調製したカーボンブラックスラリー各１ｃｍ３を注入し、回転数８０００ｒｐｍで遠心沈降させることによりストークス相当径を測定し、ストークス相当径に対して相対的な発生頻度のヒストグラムを作製する。
ヒストグラムのピーク（Ａ）を通るＹ軸と平行な直線と、ヒストグラムのＸ軸との交点をＣとする。このＣでのストークス直径を最大頻度ストークス相当径（Ｄｍｏｄ）とする。また線分ＡＣの中点をＦとして、Ｆを通りＸ軸に平行な直線Ｇとヒストグラムの分布曲線との２点の交点（Ｄ、Ｅ）を求め、このＤとＥのストークス直径の差の絶対値をストークス相当径半値幅値（分布曲線の半値幅（ΔＤ５０））とする。
【００３０】
本発明のカーボンブラックの臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積（ＣＴＡＢ）は、好ましくは６０〜１５０ｍ２／ｇ、より好ましくは８０〜１４５ｍ２／ｇ、更に好ましくは１００〜１４０ｍ２／ｇ、特に好ましくは１０５〜１３５ｍ２／ｇである。該ＣＴＡＢが上記範囲内であると、本発明の効果がより好適に得られる傾向にある。
なお、本発明において、カーボンブラックのＣＴＡＢは、ＪＩＳ  Ｋ６２１７−３（２００１）に準拠して測定される値を採用する。
【００３１】
また、本発明のカーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）（ｍｇ／ｇ）は１００〜４００ｍｇ／ｇであることが好ましく、１１０〜３００ｍｇ／ｇであることがより好ましく、１２０〜２５０ｍｇ／ｇであることが更に好ましい。ヨウ素吸着量（ＩＡ）が前記範囲であると、耐摩耗性が向上する傾向にある。
なお、本発明において、カーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は、ＪＩＳ  Ｋ６２１７−１（２００１）に準拠して測定される値を採用する。
【００３２】
本発明のカーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）（ｍｇ／ｇ）に対する臭化セチルトリメチルアンモニウム吸着比表面積（ＣＴＡＢ）の比（ＣＴＡＢ／ＩＡ）は、好ましくは０．８〜１．２ｍ２／ｍｇ、より好ましくは０．８５〜１．１５ｍ２／ｍｇ、更に好ましくは０．９〜１．１ｍ２／ｍｇである。ＣＴＡＢ／ＩＡが上記範囲内であると、本発明の効果がより好適に得られる傾向にある。
【００３３】
ＣＴＡＢ／ＩＡ比で表される表面活性指標は、カーボンブラックの結晶化度（グラファイト化率）の指標と考えることができる。すなわち、ＣＴＡＢ／ＩＡ比が高いほど結晶化が進んでいないことを示し、カーボンブラックとゴム成分との相互作用が大きくなる傾向にある。
また、ＣＴＡＢ／ＩＡ比はカーボンブラック表面に存在する酸性官能基の量を評価するパラメーターとしても位置づけられる。カーボンブラック表面の酸性官能基は、ゴム成分との相互作用に寄与するが、ＣＴＡＢ／ＩＡ比が高いほどカーボンブラックの表面に酸性官能基が多く存在していることを示す。
従って、ＣＴＡＢ／ＩＡ比が上記範囲となるようなカーボンブラックとすることにより、ゴム成分に対してより顕著な補強効果を奏することができる。
【００３４】
本発明のカーボンブラックの２４Ｍ４ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）は、好ましくは５０〜１２０ｃｍ３／１００ｇ、より好ましくは７０〜１２０ｃｍ３／１００ｇ、更に好ましくは９０〜１１５ｃｍ３／１００ｇ、特に好ましくは９５〜１１０ｃｍ３／１００ｇである。２４Ｍ４ＤＢＰが上記範囲内であると、本発明の効果がより好適に得られる。
なお、本発明において、カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰは、ＡＳＴＭ  Ｄ３４９３−８５ａに準拠して測定される値を採用する。
【００３５】
本発明のカーボンブラックは、酸性、中性、塩基性の何れであってもよいが、ＪＩＳ  Ｋ６２２１で測定されるｐＨが２．０〜１０．０であることが好ましく、５．５〜９．５であることがより好ましい。カーボンブラックのｐＨが前記範囲であると、該カーボンブラックを含有するゴム組成物の機械的強度や耐摩耗性が向上する傾向にある。
【００３６】
＜ゴム組成物＞
本発明の製造方法によって得られるカーボンブラックは、ゴムと配合してゴム組成物とすることにより、耐摩耗性と低発熱性を両立したゴム組成物とすることができる。
以下に、本発明のカーボンブラックを配合したゴム組成物について説明する。
【００３７】
［カーボンブラックの配合量］
ゴム組成物における本発明のカーボンブラックの配合量は限定されないが、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは５質量部以上、更に好ましくは１０質量部以上、特に好ましくは２０質量部以上である。本発明のカーボンブラックの配合量が前記下限未満では、得られるゴム組成物の耐摩耗性が充分に得られない傾向がある。また該本発明のカーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは２５０質量部以下、より好ましくは２００質量部以下、更に好ましくは１５０質量部以下、特に好ましくは１００質量部以下である。本発明のカーボンブラックの配合量が前記上限を超えるとゴム組成物が硬くなりすぎ、かえって耐摩耗性が低下してしまい、更にゴム組成物の加工性も極端に低下する傾向がある。また、低発熱性も悪化する傾向がある。
本発明のカーボンブラックをゴム組成物に用いる場合には、本発明のカーボンブラックの１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
本発明では、ゴム組成物とする際に、本発明のカーボンブラックと共に、その他のカーボンブラック（本発明の製造方法以外の方法で製造されたカーボンブラック（以下において、「その他のカーボンブラック」という場合がある。）を配合してもよい。
その他のカーボンブラックとしては特に限定されず、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦなどの何れのクラスのものであってもよい。その他のカーボンブラックをゴム組成物に用いる場合には、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３９】
本発明のカーボンブラックとその他のカーボンブラックとを併用する場合の、カーボンブラックの合計含有量は限定されないが、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは５質量部以上、更に好ましくは１０質量部以上、特に好ましくは２０質量部以上である。カーボンブラックの合計配合量が前記下限未満では、得られるゴム組成物の耐摩耗性が充分に得られない傾向がある。また該カーボンブラックの合計配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは２５０質量部以下、より好ましくは２００質量部以下、更に好ましくは１５０質量部以下、特に好ましくは１００質量部以下である。該カーボンブラックの合計配合量が前記上限を超えると加工性が低下し、低発熱性、耐摩耗性、耐久性が低下するおそれがある。
【００４０】
カーボンブラック１００質量％中の本発明のカーボンブラックの含有割合は、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、更に好ましくは２０質量％以上、特に好ましくは３０質量％以上である。本発明のカーボンブラックの含有割合が前記下限未満であると、耐摩耗性と低発熱性を両立することが困難となるおそれがある。本発明のカーボンブラックの含有割合は１００質量％であってもよいが、その他のカーボンブラックと共に使用する場合は８０質量％以下が好ましい。
【００４１】
［ゴム成分］
本発明のカーボンブラックとともに配合することができるゴム成分は限定されないが、例えば、イソプレン系ゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレン−ブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム等のジエン系ゴムが挙げられる。また、極性官能基を付与した変性ＳＢＲ等も用いることができる。ゴム成分は、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
なかでも、タイヤに用いた際の操縦安定性、低発熱性、破断時伸び、繊維コードとの接着性、加工性、耐リバージョン性をバランスよく改善できるという理由からイソプレン系ゴム、ＢＲが好ましく、イソプレン系ゴムがより好ましい。
【００４２】
イソプレン系ゴムとしては、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）などが挙げられる。なかでも、タイヤの耐久性、繊維コードとの接着性などに優れるという理由から、ＮＲが好ましい。ＮＲとしては、例えば、ＳＩＲ２０、ＲＳＳ♯３、ＴＳＲ２０など、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。ＩＲとしては特に限定されず、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。
【００４３】
ゴム成分１００質量％中のイソプレン系ゴムの含有量は、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは３０質量％以上、更に好ましくは６０質量％以上である。イソプレン系ゴムの含有量が２０質量％未満であると、充分な耐摩耗性、低発熱性、ゴム強度が得られないおそれがある。該含有量は、１００質量％であってもよいが、他のゴム成分と併用する場合には７０質量％以下であることが好ましい。
【００４４】
ＢＲとしては特に限定されず、例えば、日本ゼオン社製のＢＲ１２２０、宇部興産社製のＢＲ１３０Ｂ、ＢＲ１５０Ｂ等の高シス含有量のＢＲ、宇部興産社製のＶＣＲ４１２、ＶＣＲ６１７等のシンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するＢＲ等を使用することができる。なかでも、耐摩耗性が良好であるという理由から、ＢＲのシス含量は９０質量％以上が好ましい。
【００４５】
［オイル］
本発明のカーボンブラックを用いたゴム組成物には、オイルを含有することが好ましい。オイルを配合することにより、動的粘弾性におけるｔａｎδ（損失正接）を維持したまま、Ｅ＊（複素弾性率）を下げることができるため、ゴム組成物のグリップ性能を向上することができる。
オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油脂、又はその混合物を用いてもよい。プロセスオイルとしては、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル（アロマ系プロセスオイル）などが挙げられる。植物油脂としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、べに花油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、サフラワー油、桐油などが挙げられる。なかでも、ゴムとの相溶性と、ｔａｎδを維持することができるという理由から、芳香族系プロセスオイルが好ましい。
【００４６】
ゴム組成物がオイルを含有する場合のオイル含有量は任意であるが、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは３質量部以上である。オイルの含有量が１質量部未満では、ゴムを軟化する作用（軟化作用）が小さく、Ｅ＊を低下させる効果が小さくなる場合がある。また、オイルの含有量は、好ましくは１５質量部以下、より好ましくは８質量部以下である。オイルの含有量が１５質量部を超えると、充分な軟化作用は得られるが、補強性の大幅な低下が生じ、耐摩耗性、耐久性（破壊特性）が低下する場合がある。なお、オイルの含有量には、ゴム（油展ゴム）に含まれるオイルの量も含まれる。
【００４７】
本発明のカーボンブラックを用いたゴム組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤（以下において、「その他の物質」という場合がある）を適宜配合することができる。
【００４８】
その他の物質は限定されないが、具体的には、シリカ、クレー、タルク等の無機充填材、凝集剤、界面活性剤、シランカップリング剤、加工助剤、ワックス、硫黄、含硫黄化合物等の加硫剤（架橋剤）、加硫促進剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、着色剤、分散剤等が挙げられる。これらは１種を用いても２種以上を併用してもよい。
その他の物質の中でも特に、得られるゴム製品の機械的強度や耐摩耗性、耐屈曲亀裂性等を良好にするためには、ゴム成分を加硫（架橋）することが好ましいため、硫黄等の加硫剤（架橋剤）を含有させるとよい。
【００４９】
ゴム組成物の製造には、従来公知の一般的な方法を採用することができる。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造することができる。
また、本発明のカーボンブラックを水等に分散させたスラリーとしておき、これとゴム成分のスラリーとを混合し、分散媒を除去、乾燥する、いわゆるウェットマスターバッチ法によって製造することもできる。
なお、その他の物質は、上記の製造工程における任意の段階で配合することができる。
【００５０】
＜成形品及び用途＞
本発明のカーボンブラックを用いたゴム組成物から得られる成形品には限定は無いが、耐摩耗性と低発熱性を両立したゴム組成物とすることができるため、特にタイヤ用のゴム組成物として好適に用いることができる。更には、ホース、駆動ベルト、コンベアベルト、靴底、パッキンリング等の用途にも好適に用いることができる。
【００５１】
本発明のカーボンブラックを用いたゴム組成物はタイヤ用ゴム組成物として好適に使用することができる。なかでも、空気入りタイヤのトレッド、サイドウォール、カーカス、クリンチ等に好適に使用することができる。
空気入りタイヤの製造には、従来公知の一般的な方法を採用することができる。すなわち、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドなどの各タイヤ部材の形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを得ることが出来る。
【００５２】
このようにして得られる空気入りタイヤは、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、二輪車用タイヤ、高性能タイヤ等として好適に用いることが出来る。特にドライ路面におけるグリップ性能に優れたタイヤとすることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。
【００５４】
〔実施例１〜８、比較例１〜５〕
＜カーボンブラックの製造（ファーネス法）＞
［製造設備］
空気導入ダクトと燃焼バーナーを備える内径５００ｍｍ、長さ１７５０ｍｍの燃焼帯域、該燃焼帯域に連なっており、周辺から原料ノズルを貫通設置した内径５５ｍｍ、長さ７００ｍｍの狭径部からなる原料導入帯域、クエンチ装置を備えた内径２００ｍｍ、長さ２７００ｍｍの後部反応帯域を順次接合したカーボンブラック製造設備を用いた。
【００５５】
［製造条件］
この製造設備を用い、燃料に天然ガスを、原料油として表−１に示した油及び石油系炭化水素を用い、表−２に示した各条件によりＩＳＡＦクラスのカーボンブラックを、表−３に示した各条件によりＳＡＦクラスのカーボンブラックをそれぞれ製造した。
得られたカーボンブラックの歩留まり、各種特性を表−２及び表−３に併せて示した。カーボンブラックのｐＨは、ＪＩＳ  Ｋ６２２０−１に準拠して測定した。
なお、比較例２、３及び５により得られたカーボンブラックについては、歩留まりが悪く、評価を行えるほどのカーボンブラックが得られなかったため、製造条件における原料油量の値は確認出来なかった。また、これらの比較例については、カーボンブラックの各種特性の測定、及び後述するカーボンブラックをゴム組成物に配合する試験は行わなかった。
【００５６】
【表１】
2015000919.tif 000002
【００５７】
＜ゴム組成物の製造＞
〔原料〕
ゴム組成物を製造する原料として、カーボンブラック以外の材料は以下の通りである。・ＮＲ：ＴＳＲ２０（天然ゴム）
・オイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ−２４
・酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
・ステアリン酸：日油（株）製のステアリン酸「椿」
・老化防止剤：精工化学（株）製のオゾノン６Ｃ（Ｎ−（１、３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
・硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
【００５８】
［製造条件］
ＢＰ型バンバリーミキサーを用いて、ＮＲ１００質量部、カーボンブラック４５質量部、オイル５質量部、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸３質量部、老化防止剤２質量部を１５０℃の条件下で３分間混練りし、混練物を得た。次に、得られた混練物に硫黄２質量部及び加硫促進剤１質量部を添加し、オープンロールを用いて、５０℃の条件下で５分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃で１２分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
得られた加硫ゴム組成物を使用して、下記の評価を行った。それぞれの試験結果を表−２及び表−３に示す。なお、表−２の基準比較例を比較例１、表−３の基準比較例を比較例４とした。
【００５９】
〔耐摩耗性〕
ランボーン摩耗試験機を用いて、温度２０℃、スリップ率２０％及び試験時間２分間の条件下でランボーン摩耗量を測定した。さらに、測定したランボーン摩耗量から容積損失量を計算し、基準比較例のランボーン摩耗指数を１００とし、各配合の容積損失量を指数表示した（ランボーン摩耗指数）。ランボーン摩耗指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
【００６０】
〔低発熱性〕
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所製）を用いて、温度５０℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で各配合の損失正接（ｔａｎδ）を測定し、基準比較例のｔａｎδを１００として、他の配合については、下記計算式により指数表示した（転がり抵抗指数）。指数が大きいほど転がり抵抗特性（低発熱性）が優れることを示す。指数が９５以上の場合に良好と判断した。
（転がり抵抗指数）＝〔（基準比較例のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）〕×１００
【００６１】
【表２】
2015000919.tif 000003
【００６２】
【表３】
2015000919.tif 000004
【００６３】
表−２及び表−３より、原料油として所定量の脂肪族炭化水素を含有し、ＢＭＣＩ値が所定の範囲である原料油を用いて得られたカーボンブラックを配合した実施例では、ゴム組成物が良好な低発熱性を維持又は改善しつつ、耐摩耗性を改善することができ、耐摩耗性及び低発熱性を高次に両立させることができた。