炭黑、炭黑的制造方法和橡胶组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种炭黑、炭黑的制造方法和橡胶组合物。
【背景技术】
[0002] 性能不同的各种炭黑用于橡胶补强用途。由于炭黑的性能是决定所得橡胶的性能 的主要因素，因而将具有适于目标用途的性能的炭黑选择并且添加至橡胶组合物。
[0003] 例如，具有小的一次粒径和大的比表面积的高结构的硬质炭黑（例如，SAF(NllO) 或ISAF(N220))用于需要高耐磨耗性的橡胶部件（例如，轮胎胎面部）。然而，使用包括高 结构的硬质炭黑的橡胶组合物获得的橡胶高度补强，但趋于展示出高的发热性。
[0004] 近年来，为了应对节省资源化、节能化这样的社会需求，开发低燃油效率轮胎的需 求增加，因此已积极开发了实现适合于低燃油效率轮胎的低的发热性的橡胶组合物。低的 发热性通常通过将具有大粒径（即，通过一次颗粒聚集和融合形成的二次颗粒的当量直 径）和小比表面积的炭黑添加至橡胶组合物来实现。
[0005] 需要高度补强并且展示出低的发热性的橡胶来制造低燃油效率轮胎的胎面。然 而，因为用于改善补强性的炭黑和用于改善发热性的炭黑在粒径和比表面积方面完全不同 (即，具有权衡的关系），难以通过调节炭黑的粒径和比表面积来获得期望的橡胶组合物。
[0006] 为了解决以上问题，已经提出了通过以下来改善橡胶性能（例如，补强性和发热 性）的技术：微观上评价除了粒径、比表面积和结构等以外的炭黑的胶体特性（认为与用于 橡胶补强用途的炭黑的基本性能同样重要），并且将具有特定的性能的炭黑添加至橡胶组 分（例如，见专利文献I (JP-A-2002-188022)。
[0007] 引用列表
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献 I :JP-A-2002-188022
【发明内容】
[0010] 发明要解决的问题
[0011] 鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种新型炭黑，其可以改善橡胶性能（例如， 补强性和发热性）；可以容易地制造所述炭黑的方法；和可以改善橡胶性能（例如，补强性、 发热性和加工性）的橡胶组合物。
[0012] 用于解决问题的方案
[0013] 为了解决以上技术问题，本发明的发明人进行了深入的研究。结果，本发明人发 现，以上技术问题可以通过以下来解决：一种炭黑，其一次颗粒的平均粒径为15至35nm，所 述炭黑形成使用离心沉降法测量的斯托克斯众数直径（Stokes mode diameter)为140至 180nm、并且使用透射电子显微镜观察时为球状的聚集体。该发现已经导致本发明的完成。
[0014] 本发明的几个方面提供了以下内容。
[0015] (1) -种炭黑，其一次颗粒的平均粒径为15至35nm，所述炭黑形成使用离心沉降 法测量的斯托克斯众数直径为140至180nm、并且使用透射电子显微镜观察时为球状的聚 集体。
[0016] (2)根据（1)所述的炭黑，所述炭黑的DBP吸收量为120至160ml/100g并且氮吸 附比表面积为70至120m 2/g。
[0017] (3) -种根据⑴所述的炭黑的制造方法，其使用流化床反应器来制造炭黑，所述 方法包括：将烃气体供给至所述流化床反应器从而产生气体流，并且将原料炭黑使用所述 气体流在加热下搅拌和流化，所述原料炭黑与所述烃气体分别导入所述流化床反应器中， 并且所述原料炭黑的一次颗粒的平均粒径为15至35nm，所述原料炭黑形成使用离心沉降 法测量的斯托克斯众数直径为50至115nm的聚集体。
[0018] (4) -种橡胶组合物，其包含100质量份的橡胶组分，和20至100质量份的根据 (1)或（2)所述的炭黑、或使用根据（3)所述的方法获得的炭黑。
[0019] 发明的效果
[0020] 本发明因此提供了一种炭黑，其确保了使用包括炭黑的橡胶组合物获得的橡胶以 改善的方式得到补强，并且展示了低的发热性。
[0021] 本发明因此也提供了可以容易地制造炭黑的方法。
[0022] 本发明因此进一步提供了改善橡胶性能（例如，补强性、发热性和加工性）的橡胶 组合物。
【附图说明】
[0023] 图1是表明用于制造根据本发明的一个实施方案的炭黑的反应器的示例性截面 图。
[0024] 图2是表明实施例1中获得的炭黑的聚集体的透射电子显微照片的图。
[0025] 图3是表明用于实施例1的原料炭黑的聚集体的透射电子显微照片的图。
【具体实施方式】
[0026] 以下描述根据本发明的一个实施方案的炭黑。
[0027] 根据本发明的一个实施方案的炭黑，其一次颗粒的平均粒径为15至35nm，所述炭 黑形成使用离心沉降法测量的斯托克斯众数直径为140至180nm、并且使用透射电子显微 镜观察时为球状的聚集体。
[0028] 根据本发明的一个实施方案的炭黑包括一次颗粒。
[0029] 炭黑通常形成具有其中一次颗粒（即，球状碳的一次颗粒）聚集并且以不规则链 状形式分支的复杂结构的二次颗粒。聚集结构的最小单元称为"聚集体"。
[0030] 根据本发明的一个实施方案的炭黑的一次颗粒的平均粒径是15至35nm，优选17 至35nm，更优选17至32nm，进一步更优选17至30nm，甚至更优选20至32nm，又更优选20 至30nm，并且还更优选20至25nm。
[0031] 当根据本发明的一个实施方案的炭黑的一次颗粒的平均粒径是15至35nm时，展 示出低的发热性和高回弹的橡胶可以容易地使用包括炭黑的橡胶组合物来获得。如果一次 颗粒的平均粒径小于15nm( 即，炭黑的一次颗粒太小），使用包括炭黑的橡胶组合物获得的 橡胶可展示出高的发热性。如果一次颗粒的平均粒径超过35nm，使用包括炭黑的橡胶组合 物获得的橡胶不会得到充分地补强。
[0032] 注意的是，与炭黑的一次颗粒相关的此处使用的术语"平均粒径"是指使用透射电 子显微镜测量的一千个一次颗粒的粒径的平均值。
[0033] 使用离心沉降法测量的根据本发明的一个实施方案的炭黑的聚集体的斯托克斯 众数直径是140至180nm，优选145至180nm，更优选145至177nm，进一步更优选150至 175nm，并且又更优选150至170nm。
[0034] 当聚集体的斯托克斯众数直径是140至180nm时，可以容易地使用包括炭黑的橡 胶组合物来获得以改善的方式补强（因为可以有效地获取较大量的组分）并且展示出低的 发热性和高的回弹性的橡胶。
[0035] 如果聚集体的斯托克斯众数直径小于140nm，则使用包括炭黑的橡胶组合物获得 的橡胶可展示出高的发热性。如果聚集体的斯托克斯众数直径超过180nm，则使用包括炭黑 的橡胶组合物获得的橡胶不会得到充分地补强。
[0036] 与炭黑的聚集体相关的此处使用的术语"斯托克斯众数直径"是指使用离心沉降 法测量的值。更具体地，与炭黑的聚集体相关的此处使用的术语"斯托克斯众数直径"是指 使用以下方法计算的值。
[0037] 具体地，将已经依照JIS K 6221 (1982)5("干燥样品的制备"）干燥的炭黑样品与 包括小量表面活性剂的20vol%乙醇水溶液混合从而制备炭黑浓度为50mg/l的分散液。将 炭黑使用超声波充分分散从而制备炭黑分散液（测量样品）。
[0038] 在将离心沉降式粒径分布分析仪（盘式离心机，Joyes Lobel (UK)制造）的旋转速 度设定至8, OOOrpm之后，将IOml的旋转溶液（spin solution) (2wt%甘油水溶液，25°C ) 导入分析仪中，并且将Iml的缓冲溶液（20vol %乙醇水溶液，25°C )注入分析仪中。
[0039] 在使用注射器添加0. 5ml的炭黑分散液（25°C )之后，将混合物进行离心沉降，同 时操作记录器从而绘制分布曲线，其中横轴表示从使用注射器添加炭黑分散液起的经过时 间（秒），并且纵轴表示在由于炭黑的离心沉降而改变的测量点处的吸光度。从分布曲线 读取时间T (秒）并代入下式（式1)，从而计算对应于各时间T (秒）的斯托克斯当量直径 Dst (nm) 〇
[0041] 其中，η是旋转溶液的粘度（〇· 935cp)，N是盘旋转速度（8, OOOrpm)，巧是在炭黑 分散液注入点处的半径（4. 56cm)，r2是至吸光度测量点的半径（4.82cm)，P εΒ是炭黑的密 度（g/cm3)，并且P1是旋转溶液的密度（L 00