技術 ゴムの混練方法

0001

本発明は、原料ゴムに各種配合剤を混練りするゴムの混練方法に関するものである。

0002

ゴム組成物は、空気入りタイヤや防振ゴム、免震ゴム、各種工業用や家庭用ゴム製品などとして広範囲に使用され、カーボンブラックやシリカなどの補強剤、各種配合剤を添加後、混練機により混練されて得ることができる。

0003

このようなゴム組成物の製造方法は、例えば特許文献１には、第一の混練工程において、天然ゴムに対してカーボンブラック及び／又はシリカと酸化亜鉛を添加した配合物を混練し、第二の混練工程において、前記第一工程で得たゴム混合物に残余のカーボンブラック及び／又はシリカと、加硫系以外の配合剤を添加混練し、第三の混練工程において、第二工程で得たゴム混合物を再度混練し、第四の混練工程において、前記第三工程で得たゴム混合物に加硫系配合剤を添加し混練する製造方法が開示されている。

0004

しかるに、特許文献１に記載の製造方法では、カーボンブラックとシリカとを一緒に、例えば金属性のバンバリーミキサーに投入することになるため、カーボンブラックと、天然ゴム等の原料ゴムとが先に結合し、シリカや樹脂等はその混合物の表面に析出することになり、これがため、ゴム混合物の、反応性官能基であるシリカのシラノール基や樹脂のヒドロキシ基が、バンバリーミキサーの金属と結合することに起因して、ゴム混合物がバンバリーミキサーに密着するのを防ぐことができなかった。

0005

これがため、従来は、バンバリーミキサーのディスチャージドアを長期間開放して、混練したゴム混合物の冷却や落下時間を担保して、そのドアへの密着を防いでいたが、十分に達成することができずに、そのドアに密着したゴム混合物を掻き落とす等の作業が必要であったり、ドアの清掃等が必要となり、生産性が低減していた。
特に、レース用のタイヤのような高グリップ力を要求されるゴムでは、ゴムの粘着力が大きいため、例えばバンバリーミキサーのディスチャージドアに多量に密着して、作業性および生産性に影響を与えていた。

0006

特開２００８−１４３９７２号公報

0007

本発明の目的は、金属性のゴム混練装置に、ゴム混練物を密着させることなしに、ゴム混練物の作業性および生産性を向上させることができるゴムの混練方法を提供することにある。

0008

この発明のゴムの混練方法は、はじめに、反応性官能基を含有する配合剤を原料ゴム中に添加して混練し、次いで、このゴム混練物に反応性官能基を含有しない配合剤を添加し、混練してゴム混練物を製造する。

0009

ここで、反応性官能基とは、酸素官能基、窒素官能基、ハロゲン官能基のような、金属と結合することができる官能基をいい、特に、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シラノール基をいうものとする。

0010

このようなゴムの混練方法においてより好ましくは、前記ゴム混練物に加硫剤を添加して混練する。

0011

本発明のゴムの混練方法は、反応性官能基を含有する配合剤を原料ゴム中に添加して混練した後に、このゴム混練物に反応性官能基を含有しない配合剤を添加してゴム混練物を製造することで、金属性のゴム混練装置、例えばバンバリーミキサーに、まず最初に、シリカや樹脂等の反応性官能基を含有する配合剤を、原料ゴム中に十分に分散させて、ゴム混練物の表面への反応性官能基の析出を防いだ状態で、カーボンブラック等の反応性官能基を含有しない配合剤を混練することになり、バンバリーミキサー内での特にディスチャージドア等への、ゴム混練物の密着を大幅に抑制することができる。その結果、ゴム混練物の作業性および生産性を向上させることができる。

0012

また、反応性官能基を含有する配合剤の分散量を測定することで、ゴム混練物の、バンバリーミキサーへの密着量を予測することができ、その対策を講じることができる。

0013

本発明の実施形態に係るゴムの混練方法で使用するゴム混練装置の一例を示すバンバリーミキサーの側断面図である。
プローブタック試験法の試験方法を示す図である。
実施例により粘着エネルギーと分散を測定した結果を示す図である。
他の実施例により粘着エネルギーと分散を測定した結果を示す図である。

0014

以下に、図面を参照しながら本発明のゴムの混練方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るゴムの混練方法で使用するゴム混練装置の一例を示すバンバリーミキサーの側断面図である。

0015

このバンバリーミキサー１は、混練チャンバー２と、混練室（密閉部）２内に配設され、図示しないモータにより互いに逆方向に回転する水平並列の、一対の混練ローター３と、これら混練ローター３の間に被混練物を誘導落下させる筒状の投入ホッパー４と、この投入ホッパー４内を上下動するフローティングウェイト５とを設けている。

0016

混練チャンバー２の上方の一側面には、被混練物（原料ゴムおよび配合剤）を投入するホッパードア６と、混練チャンバー２内に配設された一対の混練ローター３の下側に、ディスチャージドア７とを具えている。

0017

そして、ホッパードア６を開いて投入された被混練物は、フローティングウェイト５で押圧されながら、混練チャンバー２内へ投入する。そして、混練チャンバー２の内壁およびフローティングウェイト５の下面壁と混練ローター３との間で、剪断力を加え、混合、混練した後、ディスチャージドア７を開放して排出する。なお、フローティングウェイト５は、押圧して、混練中の被混練物の浮き上がり（迫り出し）等を抑制する。

0018

本発明では、このようなバンバリーミキサー１に、まず最初の第一工程で、反応性官能基を含有する配合剤（加硫剤を除く）、例えばシリカや樹脂を原料ゴム中に添加して混練チャンバー２内に投入して混練後、ディスチャージドア７より排出する。次の第二工程で、この排出したゴム混練物に、反応性官能基を含有しない配合剤、例えばカーボンブラックを添加して混練チャンバー２内に投入して混練後、ディスチャージドア７よりゴム混練物を排出する。

0019

このゴムの混練方法において好ましくは、第三工程で、ゴム混練物に加硫剤を添加して混練チャンバー２内に投入して混練する。

0020

本発明の原料ゴムとしては、天然ゴム、スチレンブタジエン共重合ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴムおよびハロゲン化ブチルゴムから選ばれ、それぞれ単独のゴムからなるものであっても、また二種以上のゴムのブレンド物であってもよい。

0021

反応性官能基を含有する配合剤としては、例えばシリカを使用することができる。
反応性官能基を含有しない配合剤としては、特に、加硫物を効果的に補強して、良好な耐摩耗性、破壊強度を有する、カーボンブラックが好適に使用される。

0022

上記成分に加えて、ゴム工業で通常使用されている各種のゴム薬品、例えば、酸化防止剤やオゾン劣化防止剤のような老化防止剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、しゃっ解剤、粘着付与剤、加工助剤、ワックス、オイル、ステアリン酸などの一種または二種以上を、必要に応じて加えることができる。これらのゴム薬品は、ゴム組成物の意図された用途次第で、それぞれがゴム工業において通常使用されている範囲の量用いることができる。

0023

また、本発明で用いられるゴム混練装置としては、密閉式のバンバリーミキサー、加圧式のニーダー、オープンロールなどのゴム工業で通常用いられるゴム混練用の設備が挙げられ、タイヤ業界などでの大量生産用にはバンバリーミキサーが好適である。

0024

本発明の製造方法で製造されたゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド、サイドウォール、ビード部などの各部位を始めとして、防振ゴム、免震ゴム、コンベヤベルトなど各種の工業用、家庭用ゴム製品に使用することができる。

0025

（密着性）
次に、図１に示すようなバンバリーミキサーで、二輪車用ラジアルタイヤのトレッド用のゴムとなる、表１に示すような組成で、実施例ゴム混練物および、比較例ゴム混練物１，２のそれぞれを試作し、密着性を評価した。

0026

0027

実施例ゴム混練物および、比較例ゴム混練物１，２のそれぞれにつき、表２に示すように、それぞれの工程の諸元を変化させて、バンバリーミキサーのディスチャージドアへの密着性を実施した。その評価結果を表３に示す。

0028

0029

0030

表３の結果から、実施例ゴム混練物は、比較例ゴム混練物１，２に対して、バンバリーミキサーのディスチャージドアへの密着性を低減することができた。

0031

実施例ゴム混練物および、比較例ゴム混練物１，２のそれぞれにつき、加硫剤を添加して、図１に示すようなバンバリーミキサーで混練することで、実施例ゴム組成物および、比較例ゴム組成物１，２を試作し、プローブタック試験法による粘着エネルギーと、ペイン効果による分散を評価した。

0032

（粘着エネルギー）
プローブタック試験法は、それぞれの試験片７ｇを採取し、プローブタック試験機を用いて、円柱のプローブ（５０℃）の一方の底面と、試験片（１４０℃）とを接触させた後、プローブを試料片の垂線方向に引き離すときに要する力［ｇｆ・ｍｍ］を測定し、時間に対する粘着力の変位を積算して、粘着エネルギーとし、その結果を表５および図３に示す。
なお、試験片について測定を行い、その平均値をプローブタック値とした。また、ロードセルが温度および圧着を自動制御して、一定の速度でゴムから金属を解離させる。

0033

（分散）
ペイン効果を測定する試験方法は、それぞれの試験片７ｇを採取し、ゴム加工解析装置を用いて、表４の測定条件の下、歪１％および１００％の歪剪断応力Ｇ´を測定し、その差ΔＧ′（Ｇ′（歪１％）−Ｇ´（歪１００％））を測定し、その結果を表５および図３に示す。この値が小さい程、シリカの分散が良好であることを示す。
ここで、ペイン効果では、歪が小さい時と大きい時の歪剪断応力の差からゴム中での補強剤粒子の凝集の程度を求めることができ、分散が悪い場合には、凝集塊が多く、歪が大きくなるにつれて歪剪断応力が低下することで、低歪でのトルクがかかってΔＧ′値が大きくなる。

0034

0035

0036

表５および図３の結果から、実施例ゴム組成物は、比較例ゴム組成物１，２に対して、シリカを先に投入して混練した後に、カーボンブラックを投入して混練することで、それぞれのゴム中の分散が良好となり、ゴムと金属間の粘着エネルギーが小さくすることができた。また、実施例ゴム組成物は、分散を一定値（ΔＧ’≪１０００）まで良好になり、粘着エネルギーを低減できた。

0037

１バンバリーミキサー
２混練チャンバー
３混練ローター
４投入ホッパー
５フローティングウェイト
６ホッパードア
７ ディスチャージドア