(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）１００重量部に対して、ＣＴＡＢ比表面積が２５ｍ２／ｇ以下、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０ｍｌ／１００ｇの範囲にあり、凝集体ストークス相当径分布のモード径（Ｄｓｔ）に対する凝集体ストークス相当径分布の半値巾（ΔＤｓｔ）の比（ΔＤｓｔ／Ｄｓｔ）が１．１５未満の特性を備えるカーボンブラックを２０〜１２０重量部配合してなり、加硫ゴムの硬度（Ｈｓ）が４０〜５５であることを特徴とする耐熱防振ゴム用ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温環境下で使用される、例えば自動車のエンジンマウント等に用いられる耐熱防振ゴム用として好適なカーボンブラックをエチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）成分に配合した低動倍率、高強度、高耐疲労性の耐熱防振ゴム用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の防振材に用いられるゴム材料には支持する重量物の振動を吸収し抑制する防振機能と重量物を支える高度の強度特性が要求され、従来から防振特性や耐動的疲労性に優れた天然ゴム（ＮＲ）やそのブレンドゴムが使用されている。例えば、特開平１−２７２６４５号公報には天然ゴム（ＮＲ）等の原料ゴムに、充填剤としてヨウ素吸着量１０〜４０mg/g、ジブチルフタレート吸油量（Ａ法）１００〜５００ml／100gの特性を有するカーボンブラックを配合してなる防振ゴム用ゴム組成物が開示されている。
【０００３】
しかしながら、例えば自動車エンジンマウント用の防振ゴムには、近年におけるエンジンの高性能化とともに高温環境下に耐える高度の耐熱性が必要となっており、ＮＲやＮＲブレンドゴムでは耐熱性が充分でないために高温環境下で熱劣化を生じ、防振ゴム用のゴム材料として使用することが困難となってきた。
【０００４】
そこで、耐熱性に優れたポリマーであるエチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）をゴム成分とした耐熱性の防振ゴム用ゴム組成物が開発されている。例えば、特開平３−２２７３４３号公報にはエチレン含有量、極限粘度（η）、ヨウ素価、動的粘弾性試験により求めた周波数ωr 等を特定したエチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム（Ａ）に、ヨウ素吸着量(IA)が３５〜５０mg/g、ジブチルフタレート吸油量(DBPA)が１２０〜１４０ml/100g 、ΔＤＢＰＡ（＝DBPA−24M4DBPA）が４０〜５０ml/100g 、遠心沈降分析によるアグリゲートのストークス相当径の最多頻度値(Dst) が、Ｄst≧｛(DBPA)2 −(IA)2 ｝1/2 ＋８０の関係を満足する特定のカーボンブラック（Ｂ）を含有してなる耐熱防振ゴム材料用ゴム組成物が開示されている。
【０００５】
また、特開平７−２６８１４８号公報にはポリマー分子量及びポリマー粘度を特定したエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体に、パーオキサイドならびにジブチルフタレート吸収量が１４０ml/100g 以上のカーボンブラックを配合した耐熱防振ゴム用ゴム組成物が提案されている。
【０００６】
防振用のゴム材料として好適な、動倍率の低いゴム組成物とするためには粒子径が大きく比表面積の小さいカーボンブラックを用いることが必要であり、上記の特開平３−２２７３４３号公報や特開平７−２６８１４８号公報でも粒子径が大きく比表面積の小さいソフト系のカーボンブラックが使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的に粒子径が大きい（比表面積が小さい）ソフト系カーボンブラックではゴムに対する補強効果が低いので強度特性や耐疲労性が低下し、特にポリマー強度の低いエチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）では強度特性や耐疲労性の低下が著しくなる難点がある。
【０００８】
そこで、本発明者はＥＰＤＭを対象としてソフト系カーボンブラックのコロイダル性状と配合ゴム組成物の性能との関連について詳細に研究を重ねた結果、ＮＲ系ゴムではカーボンブラックの粒子径が大きく（比表面積が小さく）なると明らかに補強性や耐疲労性が低下するのに対して、ＥＰＤＭ系ゴムでは補強性に最適点があり、粒子径の大きい（比表面積の小さい）カーボンブラックであっても他のコロイダル特性とのバランス化により、粒子径の小さい（比表面積の大きい）カーボンブラックを配合したゴム組成物より高位の補強性を示すことを見出した。
【０００９】
本発明は、上記の知見に基づいて開発されたもので、その目的は、自動車のエンジンマウント等の高温環境下で使用される耐熱防振ゴム用として好適なカーボンブラックをエチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）成分に配合した低動倍率、高強度、高耐疲労性の耐熱防振ゴム用ゴム組成物を提供することにある。
【００１１】
本発明の耐熱防振ゴム用ゴム組成物は、エチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）１００重量部に対して、ＣＴＡＢ比表面積が２５ｍ２／ｇ以下、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０ｍｌ／１００ｇの範囲にあり、凝集体ストークス相当径分布のモード径（Ｄｓｔ）に対する凝集体ストークス相当径分布の半値巾（ΔＤｓｔ）の比（ΔＤｓｔ／Ｄｓｔ）が１．１５未満の特性を備えるカーボンブラックを２０〜１２０重量部配合してなり、加硫ゴムの硬度（Ｈｓ）が４０〜５５であることを構成上の特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においてカーボンブラック特性としてＣＴＡＢ比表面積を２５m2／g 以下、ＤＢＰ吸油量を９０〜１５０ml／100gの範囲に設定するのは、配合ゴムに低動倍率、高強度及び高耐疲労性をバランスよく付与するための要件となるものである。ＣＴＡＢ比表面積が２５m2／g を越えると動倍率が増大するとともに耐疲労性の低下を招くためである。
【００１３】
また、ＤＢＰ吸油量が９０ml／100g未満であると動倍率の増大及び強度や耐疲労性の低下が著しくなるためである。しかしＤＢＰ吸油量を１５０ml／100gを越える高ストラクチャー化すると補強効果が低下する。すなわち、ＤＢＰ吸油量を９０〜１５０ml／100gの範囲に設定することにより、耐熱防振ゴムとして通常必要とされる加硫ゴムの硬度(Hs)４０〜５５レベルにおける動倍率の引下げ、強度特性及び耐疲労性の向上を図ることができる。
【００１４】
更に、カーボンブラック凝集体の分布形態として、凝集体ストークス相当径分布のモード径（Ｄst）に対する凝集体ストークス相当径分布の半値巾（ΔＤst）の比（ΔＤst／Ｄst）を１．１５未満とすることにより、配合ゴムに一定硬度当たりの低動倍率と高補強性及び高耐疲労性の物性が付与される。
【００１５】
このように、本発明の耐熱防振ゴム用ゴム組成物に配合するカーボンブラックは、ＣＴＡＢ比表面積が２５ｍ２／ｇ以下、ＤＢＰ吸油量が９０〜１５０ｍｌ／１００ｇ、ΔＤｓｔ／Ｄｓｔの比が１．１５未満という低比表面積、高ストラクチャー及び凝集体分布特性が総合的に機能して、配合ゴムに動倍率と補強性及び耐疲労性の物性をバランスよく付与することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の耐熱防振ゴム用ゴム組成物は、上記の特性を備えたカーボンブラックをエチレン−プロピレン−ジエン系合成ゴム（ＥＰＤＭ）１００重量部に対して、２０〜１２０重量部配合してなるものである。配合量が２０重量部未満では充分な強度が得られず、１２０重量部を越えると加工性が低下するためである。なお、本発明のゴム組成物は通常使用される加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤等のゴム薬品とともに混合し、加熱加硫することにより得られる。
【００１７】
このようにして耐熱防振ゴム組成物として好適な硬度(Hs)が４０〜５５のゴム組成物が得られ、従来の耐熱防振ゴム組成物に比べて一定硬度当たりの動倍率（静動比）が低く、強度特性及び耐疲労特性に優れたゴム組成物が提供される。
【００１８】
上記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 Ｍethod for Ｃarbon Ｂlack−ＣＴＡＢ  ＳurfaceＡrea ”による。この測定方法によるＩＲＢ＃６のＣＴＡＢ比表面積は７７m2/gである。
▲２▼ＤＢＰ吸油量(ml/100g) ；
ＪＩＳ  Ｋ6221-82 「ゴム用カーボンブラックの試験方法」6.1.2 項Ａ法による。この測定方法によるＩＲＢ＃６のＤＢＰ吸油量は９９ml/100g である。
【００１９】
▲３▼凝集体ストークス相当径分布のモード径Ｄst(nm)及び半値幅ΔＤst(nm)；
ＪＩＳ  Ｋ6221-82 5 「乾燥試料の作り方」に基づいて乾燥したカーボンブラック試料を少量の界面活性剤を含む２０容量％エタノール水溶液と混合してカーボンブラック濃度５０mg/lの分散液を作成し、これを超音波で充分に分散させて試料とする。ディスク・セントリフュージ装置（英国 Joyes Lobel社製）を８０００rpm の回転数に設定し、スピン液（温度25℃の２重量％グリセリン水溶液）を１０ml加えたのち、１mlのバッファー液（温度25℃の20容量％エタノール水溶液）を注入する。次いで温度２５℃のカーボンブラック分散液０．５mlを注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させて図１に示す分布曲線（横軸はカーボンブラック分散液を注射器で加えてからの経過時間、縦軸はカーボンブラックの遠心沈降に伴い変化した特定点での吸光度）を作成する。この分布曲線より各時間Ｔを読み取り、次式（数１）に代入して各時間に対応するストークス相当径を算出する。
【００２０】
【数１】
0003950995.tif 000002
【００２１】
数１において、ηはスピン液の粘度(0.935cp) 、Ｎはディスク回転スピード（8000rpm)、ｒ1 はカーボンブラック分散液注入点の半径(4.56cm)、ｒ2 吸光度測定点までの半径(4.82cm)、ρCBはカーボンブラックの密度(g/cm3) 、ρ1 はスピン液の密度(1.00178g/cm3)である。
【００２２】
このようにして得られたストークス相当径と吸光度の分布曲線（図２）における最大頻度のストークス相当径をＤst(nm)とし、最大頻度に対し５０％の頻度が得られる大小２点のストークス相当径の差（半値巾）をΔＤst(nm)とする。この測定方法によるＡＳＴＭ  Ｄ−２４ Standard Reference Black C-3(N234) のＤstは８０nm、ΔＤstは６０nmである。
【００２３】
本発明の耐熱防振ゴム用カーボンブラックは、緩徐に収斂、開拡する鼓状絞り部をもつ広径の円筒反応炉を用い、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方法によって製造することができる。すなわち、図３に例示するような、炉頭部に接線方向空気供給口１と炉軸方向に装着された複数の燃焼バーナ２及び水冷外套を有し炉軸方向に進退可能な外筒ノズル３とこれに挿着された伸縮自在な中軸筒ノズル４からなる二重筒構造の原料油噴射ノズル５を備えた燃焼室６と、同軸的に鼓状の狭径部７を介して広径反応室８が連設され、下流域に水冷クエンチ９を備えた急冷部１０を経て垂直に立ち上がる煙道１１に接続する円筒反応炉を用い、原料油は霧化空気とともに外筒ノズル３及び中軸筒ノズル４を介して二段に分割導入される。なお、原料油導入位置は外筒ノズル３の進退と、中軸筒ノズル４の伸縮により適宜変更することができる。
【００２４】
原料油にはクレオソート油、エチレンボトム油等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の状態で導入する。本発明のカーボンブラックは、上記の装置において、供給する空気量、燃料油量、原料油導入量、上流側と下流側との原料油導入量の割合、燃焼ガス流速および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。
【００２５】
【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。
【００２６】
実施例１〜３、比較例１〜２
(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１を備えたウインドボックスと下流側出口部が緩やかに収斂する燃焼室６（内径７００mm、長さ１２００mm）、該燃焼室と同軸的に連設する狭径部７（内径４００mm、長さ２００mm）、及びこれに引き続き開拡するテーパー状反応室８（内径９００mm、長さ９０００mm）、反応室の下流域に位置変更し得る水冷クエンチ９を設けた円筒反応炉を設置し、炉頭から炉中心軸に沿って二重筒構造の原料油噴射ノズル５を挿着し、その周辺に４本の燃焼バーナ２を同軸的に設置した。原料油噴射ノズル５は、上流側の原料油導入点（外筒ノズル３の噴出孔）が収斂部位に、下流側原料油導入点（中軸筒ノズル４の噴出孔）は狭径部位にそれぞれ位置するように調整した。なお、燃料油及び原料油には表１に示した性状のものを使用した。
【００２７】
【表１】
0003950995.tif 000003
【００２８】
上記の反応炉、原料油及び燃料油を用い、全空気供給量、燃料油供給量、燃料油燃焼率、全原料油供給量、上流側および下流側原料油導入量、炉内滞留時間等の生成条件を変えて５種類（実施例１〜３、比較例１〜２）のカーボンブラックを製造し、表２にカーボンブラックの生成条件と得られたカーボンブラックの特性を対応させて示した。なお、表２には参考例１〜３として市販のソフト系カーボンブラックの特性を示した。
【００２９】
【表２】
0003950995.tif 000004
【００３０】
(2) ゴム組成物の作製
次に、これらのカーボンブラックを表３に示した配合比によりＥＰＤＭゴムに配合し、配合物を１６０℃の温度で２０分間加硫してゴム組成物を得た。なお、加硫ゴムの硬度を一定にして比較するためにカーボンブラックの配合量は変量とした。
【００３１】
【表３】
0003950995.tif 000005
【００３２】
(3) ゴム特性試験
得られた各ゴム組成物について各種のゴム試験を行い、測定された結果を表４に示した。なお、ゴム特性の測定は下記の方法で行った。
▲１▼動的剪断弾性率 (Ed100)；ヴィスコ・エラスティック・スペクトロメーター〔 (株) 岩本製作所製〕を用い、以下の条件で測定した。
試験片; 厚さ 2mm、長さ35mm、幅 5mm
周波数; 100Hz 、  動的歪率; 0.2%、  温度; 室温
▲２▼静的剪断弾性率(Es)；ＪＩＳ  Ｋ6386「防振ゴムのゴム材料」
▲３▼動倍率；動的剪断弾性率 (Ed100)／静的剪断弾性率(Es)から算出
▲４▼耐疲労性（伸長疲労寿命）；ゴム疲労試験機〔（株）インフィニット・ニシ製〕を用いて以下の条件で測定し、切断までの平均寿命回数(MTTF, n＝16) を求めた。また、動倍率と引張り強度との関係を図４に、動倍率と伸長疲労寿命との関係を図５に示した。
試験片; ３号ダンベル
歪み条件; 20mmの標線間の歪み率 0〜150%
加振周波数; 5Hz
雰囲気温度;
【００３３】
【表４】
0003950995.tif 000006
【００３４】
表２、表４及び図４、図５の結果から配合ゴムの硬度(Hs)を一定（50〜51）にした場合に、本発明の特性要件を充足するカーボンブラックを配合した実施例１〜３のゴム組成物は伸長疲労寿命が永く、動倍率も低位にあり、また引張り強度も高く強度特性にも優れていることが判る。これに対して本発明の特性要件の少なくとも１つが外れたカーボンブラックを配合した比較例１、２のゴム組成物では、伸長疲労寿命及び引張り強度が劣ることが認められ、特に、比較例２では耐疲労性の低下が著しいことが判る。また、市販のソフト系カーボンブラックを配合した参考例１〜３のゴム組成物では動倍率が大きく、耐疲労性も著しく低位にあることが認められる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明のカーボンブラック及び該カーボンブラックを配合したゴム組成物によれば、一定硬度当たりの動倍率が低く、耐疲労性及び強度特性に優れた性能を付与することができる。したがって、例えば自動車のエンジンマウント等の高温環境下で使用される耐熱防振ゴム材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｄstの測定時におけるカーボンブラック分散液を加えてからの経過時間とカーボンブラックの遠心沈降による吸光度の変化を示した分布曲線である。
【図２】Ｄstの測定時に得られるストークス相当径と吸光度の関係を示す分布曲線である。
【図３】本発明の耐熱防振ゴム用カーボンブラックを製造するために用いられる反応炉を例示した側断面図である。
【図４】実施例による動倍率と引張り強度の関係グラフである。
【図５】実施例による動倍率と伸長疲労寿命の関係グラフである。
【符号の説明】
１  接線方向空気供給口
２  燃焼バーナ
３  外筒ノズル
４  中軸筒ノズル
５  原料油噴射ノズル
６  燃焼室
７  狭径部
８  広径反応室
９  水冷クエンチ
10  急冷部
11  煙道
【図１】
0003950995.tif 000007
【図２】
0003950995.tif 000008
【図３】
0003950995.tif 000009
【図４】
0003950995.tif 000010
【図５】
0003950995.tif 000011