(57)【要約】【課題】シリカ分散性と押出寸法安定性を両立させることが可能なシリカ系コンパウンドの混練方法を提供する。【解決手段】ジエン系合成ゴム、または天然ゴムとジエン系合成ゴムとをブレンドしたゴムにシリカを３０ＰＨＲ以上配合したコンパウンドを混練するシリカ系コンパウンドの混練方法であり、混練開始時のドロップドア５の温度を５０℃以下、混練中における混練ロータ１の剪断速度を５０〜１００/s、ラム圧を０．２０〜０．２５ＭＰａ、冷却水温度を１５〜２５℃、冷却水の流量を混練ロータで１５０ｌ／分以上、混練ケーシングで２００ｌ／分以上、ドロップドアで２０ｌ／分以上とする条件下でコンパウンドを混練し、混練中のコンパウンドが１４５〜１５５℃の範囲に達した際に混練を終了してドロップドア５から放出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する一対の混練ロータにより剪断変形を付与しながら排出口にドロップドアを設けた混練ケーシング内でコンパウンドを混練する際に、冷却水を混練ロータ、ドロップドア、混練ケーシング内を循環させると共に、コンパウンドにラム圧を加えながら混練し、混練終了後にドロップドアからコンパウンドを放出する密閉型のバッチ式混練機を使用し、ジエン系合成ゴム、または天然ゴムとジエン系合成ゴムとをブレンドしたゴム１００重量部に対して、シリカを３０重量部以上配合した加硫系原料を配合する前のコンパウンドを混練するシリカ系コンパウンドの混練方法であって、
混練開始時のドロップドアの温度を５０℃以下、混練中における混練ロータの剪断速度を５０〜１００/s、ラム圧を０．２０〜０．２５ＭＰａ、冷却水の温度を１５〜２５℃、冷却水の流量を混練ロータで１５０ｌ／分以上、混練ケーシングで２００ｌ／分以上、ドロップドアで２０ｌ／分以上とする条件下で前記コンパウンドを混練し、混練中のコンパウンドが１４５〜１５５℃の範囲に達した際に混練を終了してドロップドアから放出するシリカ系コンパウンドの混練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカを配合したコンパウンドの混練方法に関し、更に詳しくは、シリカ分散性と押出寸法安定性を両立させるようにしたシリカ系コンパウンドの混練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気入りタイヤの転動抵抗やウェット性能を改善するため、シリカを配合したゴムコンパウンドがトレッド部の表面ゴム層に使用されるようになってきている。このようなタイヤに使用されるシリカ系コンパウンドは、回転する一対の混練ロータにより剪断変形を付与しながら排出口にドロップドアを設けた混練ケーシング内でコンパウンドを混練する際に、冷却水により混練ロータ、ドロップドア、混練ケーシングを冷却すると共に、コンパウンドにラム圧を加えながら混練し、混練終了後にドロップドアからコンパウンドを放出する密閉型のバッチ式混練機を使用して、混練するようにしている（例えば、特許文献１参照）。混練機から放出されたコンパウンドは、加硫系原料を加えてロール混合される。続いて押出機に供給され、そこで所定の寸法でシート状に押し出された後、冷却される。
【０００３】
混練されたシリカ系コンパウンドには、上記タイヤ性能との関係からシリカ分散性が良好なものが要求される。他方、押出機でシート状に押し出されたコンパウンドは冷却後に収縮するが、この収縮がなるべく少ないものが押出寸法安定性の点から求められている。
【０００４】
しかしながら、混練機によりシリカの分散性を高めると押出機で押し出されたシート状のコンパウンドにおける収縮が大きくなり、シリカ分散性と押出寸法安定性を両立させるのが極めて難しいという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−２４６７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、シリカ分散性と押出寸法安定性を両立させることが可能なシリカ系コンパウンドの混練方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明は、回転する一対の混練ロータにより剪断変形を付与しながら排出口にドロップドアを設けた混練ケーシング内でコンパウンドを混練する際に、冷却水を混練ロータ、ドロップドア、混練ケーシング内を循環させると共に、コンパウンドにラム圧を加えながら混練し、混練終了後にドロップドアからコンパウンドを放出する密閉型のバッチ式混練機を使用し、ジエン系合成ゴム、または天然ゴムとジエン系合成ゴムとをブレンドしたゴム１００重量部に対して、シリカを３０重量部以上配合した加硫系原料を配合する前のコンパウンドを混練するシリカ系コンパウンドの混練方法であって、混練開始時のドロップドアの温度を５０℃以下、混練中における混練ロータの剪断速度を５０〜１００/s、ラム圧を０．２０〜０．２５ＭＰａ、冷却水の温度を１５〜２５℃、冷却水の流量を混練ロータで１５０ｌ／分以上、混練ケーシングで２００ｌ／分以上、ドロップドアで２０ｌ／分以上とする条件下で前記コンパウンドを混練し、混練中のコンパウンドが１４５〜１５５℃の範囲に達した際に混練を終了してドロップドアから放出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述した本発明によれば、混練時の各条件を上記のように規定することにより、混練後におけるコンパウンドのシリカ分散性を高め、かつ押出後におけるコンパウンドの押出寸法安定性を向上することができるので、シリカ分散性と押出寸法安定性との両立が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明のシリカ系コンパウンドの混練方法に使用される密閉型のバッチ式混練機の一例を示し、１は断面めがね状の混練ケーシング２内の混練室３に配置された楕円形状の一対の混練ロータであり、図示する矢印方向に回転し、混練室３にホッパー４から投入されたコンパウンドに剪断変形を付与しながら混練するようになっている。混練ケーシング２の下部排出口に上下動可能なドロップドア５が設けられ、混練終了後にドロップドア５が降下して排出口を開口し、コンパウンドを外部に放出できるようになっている。
【００１０】
６は混練中のコンパウンドに上から圧力（ラム圧）を加える加圧装置であり、シリンダ７内に上下に摺動自在に配設したピストン８にラム（突き棒）９が連結され、そのヘッド１０で混練中のコンパウンドを押圧してラム圧を付与する。ピストン８の上下動は、シリンダ７内にポート１１，１２を介して給排される圧縮エアにより行われる。
【００１１】
混練ロータ１、混練ケーシング２、ドロップドア５には、それぞれ冷却水を循環させる冷却水循環路１ａ，２ａ，５ａが形成され、この冷却水循環路１ａ，２ａ，５ａ内に冷却水を循環させることで、混練中のコンパウンドを冷却できるようになっている。また、ドロップドア５の頂部内面には、熱電対からなる温度センサー１３が露出するように配置され、ドロップドア５の内面における温度を測定できるようにしている。この温度センサー１３は、混練中はコンパウンドの温度を検出するが、コンパウンド排出後は、ドロップドアの温度の測定に利用できる。
【００１２】
本発明のシリカ系コンパウンドの混練方法は、上述したような密閉型混練機を使用し、ジエン系合成ゴム、または天然ゴムとジエン系合成ゴムとをブレンドしたゴム１００重量部に対して、シリカを３０重量部以上好ましくは３０〜１２０重量部配合した加硫系原料を配合する前のコンパウンドの混合を以下のように行う
先ず、混練機を作動させ、一対の混練ロータ１を回転させると共に、冷却水を循環させる。温度センサー１３による測定温度が５０℃以下、即ち混練を開始する時のドロップドア５の温度が５０℃以下であることを確認した後、ホッパー４から原料を混練室３に投入し、混練を開始する。
【００１３】
混練中における混練ロータ１の剪断速度は５０〜１００/sの範囲である。また、原料を投入した後、ラム９のヘッド１０により混練中のコンパウンドを押圧してラム圧を付与する。そのラム圧の範囲は０．２０〜０．２５ＭＰａである。更に、混練中における冷却水温度は１５〜２５℃の範囲にし、各混練ロータ１の冷却水循環路１ａの流量を１５０ｌ／分以上、混練ケーシング２の全冷却水循環路２ａの流量を２００ｌ／分以上、ドロップドア５の全冷却水循環路５ａの流量を２０ｌ／分以上とする。
【００１４】
混練中にコンパウンドが１４５〜１５５℃の範囲に達した時点で混練を終了し、ドロップドア５から混練されたコンパウンドを放出する。こうして放出されたコンパウンドは、次いでオープンロール等により、加硫系原料が添加される。
【００１５】
本発明者らは、シリカ分散性と押出寸法安定性を両立させるため鋭意検討し、通常用いられている密閉型のバッチ式混練機と押出機とを使用して実験を繰り返し行った結果、以下のことを発見した。
【００１６】
即ち、押出機でシート状に押し出され、冷却されたコンパウンドは、その収縮度合いが混練機で混練されたコンパウンドの混練状態に密接な関係があり、混練機において、混練開始時のドロップドア５の温度、混練中における混練ロータ１の剪断速度、ラム９のヘッド１０によりコンパウンドを押圧するラム圧、混練ロータ１内、混練ケーシング２内、及びドロップドア５内を循環する冷却水の温度及び流量、更に混練機からコンパウンドを放出する時の温度に大きく依存していることがわかった。
【００１７】
混練時の各条件をそれぞれ変えて行った実験では、上述したように混練開始時のドロップドア５の温度が５０℃以下、混練中における混練ロータ１の剪断速度が５０〜１００/s、ラム圧が０．２０〜０．２５ＭＰａ、１５〜２５℃の温度の冷却水の流量を混練ロータ１で１５０ｌ／分以上、混練ケーシング２で２００ｌ／以上、ドロップドア５で２０ｌ／分以上、混練されたコンパウンドの放出時の温度が１４５〜１５５℃の条件を満たしていると、高いシリカ分散性を有するコンパウンドが得られ、かつ押出寸法安定性も良好にでき、シリカ分散性と押出寸法安定性を両立させることができるのである。
【００１８】
ドロップドア５の温度が５０℃を超えると、混練したコンパウンドを上記温度で放出した際にシリカの分散性が低下する。ドロップドア５の温度の下限値としては、冷却水供給装置の単純化の点から、２０℃以上にするのがよい。
【００１９】
混練ロータ１の剪断速度が５０/sより小さくても、シリカ分散性が低下する。逆に１００/sより大きいと、押出寸法安定性が低下する。
【００２０】
ラム圧が０．２０ＭＰａ未満であると、押出寸法安定性が低下する。逆に０．２５ＭＰａを超えると、シリカ分散性が低下する。
【００２１】
１５〜２５℃の冷却水の流量が、混練ロータ１、混練ケーシング２及びドロップドア５で上記値未満であると、シリカ分散性及び押出寸法安定性が低下する。１５〜２５℃の冷却水の流量は、好ましくは、混練ロータ１で１５０〜３００ｌ／分、混練ケーシング２で２００〜３００ｌ／分、ドロップドア５で２０〜３０ｌ／分の範囲にするのがよい。
【００２２】
放出時のコンパウンドの温度が１４５℃より低くても、シリカ分散性が低下する。逆に１５５℃より高いと、押出寸法安定性が低下する。
【実施例１】
【００２３】
表１に示す配合割合を有するコンパウンドＡ，Ｂを使用し、密閉型のバッチ式混練機において混練開始時のドロップドアの温度を表２に示す温度にして混練し、次いでオープンロールにより硫黄及び加硫促進剤を添加した。こうして得られたコンパウンドのシリカ分散性と押出寸法安定性を以下に示す測定条件により評価したところ、表２に示す結果を得た。
【００２４】
なお、混練ロータの剪断速度は７５/s、ラム圧は０．２０ＭＰａ、冷却水温度は２０℃、冷却水流量は混練ロータで２００ｌ／分、混練ケーシングで２５０ｌ／分、ドロップドアで３０ｌ／分、混練されたコンパウンドの放出温度は１５０℃で一定である。
【００２５】
シリカ分散性
上記のようにして得られたコンパウンド内に２cm2 （投影面積）以上の白粒（シリカ粒）が残存する個数をカウントした。この数値が小さい程、シリカ分散性に優れている。
【００２６】
押出寸法安定性
上記のようにして得られたコンパウンドを押出機でシート状に押し出した直後の寸法５００mmに対し、冷却後の寸法Ａを測定し、収縮率Ｃ（％）を下記式により求めた。この数値が小さい程、寸法安定性に優れている。
Ｃ＝１００（５００−Ａ）／５００  
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２から、混練開始時のドロップドアの温度を５０℃以下にした本発明の混練方法１，２は、白粒の残りが少なくシリカ分散性に優れ、また押出寸法安定性も良好であることがわかる。
【実施例２】
【００３０】
表１に示すコンパウンドＡを使用し、密閉型のバッチ式混練機において混練ロータの剪断速度を表３に示すように変えて混練して得られたコンパウンドのシリカ分散性と押出寸法安定性を実施例１と同様に評価したところ、表３に示す結果を得た。
【００３１】
なお、混練開始時のドロップドアの温度を４８℃にした他は、実施例１と同じ条件（混練ロータの剪断速度を除く）である。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
表３から、混練ロータの剪断速度を５０〜１００/sにした本発明の混練方法５〜７は、白粒の残りが少なくシリカ分散性に優れ、また押出寸法安定性も良好であることがわかる。                                                                              
【実施例３】
【００３４】
表１に示すコンパウンドＡを使用し、密閉型のバッチ式混練機においてラム圧を表４に示すように変えて混練して得られたコンパウンドのシリカ分散性と押出寸法安定性を実施例１と同様に評価したところ、表４に示す結果を得た。
【００３５】
なお、混練開始時のドロップドアの温度は実施例２と同じにし、ラム圧を除く他の条件は実施例１と同じである。
【００３６】
【表４】
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【００３７】
表４から、ラム圧を０．２０〜０．２５ＭＰａにした本発明の混練方法１０〜１２は、白粒の残りが少なくシリカ分散性に優れ、また押出寸法安定性も良好であることがわかる。
【実施例４】
【００３８】
表１に示すコンパウンドＡを使用し、密閉型のバッチ式混練機において冷却水温度を表５に示すように変えて混練して得られたコンパウンドのシリカ分散性と押出寸法安定性を実施例１と同様に評価したところ、表５に示す結果を得た。
【００３９】
なお、混練開始時のドロップドアの温度は実施例２と同じにし、冷却水温度を除く他の条件は実施例１と同じである。
【００４０】
【表５】
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【００４１】
表５から、冷却水温度を１５〜２５℃にした本発明の混練方法１５〜１７は、白粒の残りが少なくシリカ分散性に優れ、また押出寸法安定性も良好であることがわかる。
【実施例５】
【００４２】
表１に示すコンパウンドＡを使用し、密閉型がバッチ混練機において混練されたコンパウンドの冷却水量を表６に示すように変えて混練して得られたコンパウンドのシリカ分散性と押出寸法安定性を実施例１と同様に評価したことろ、表６に示す結果を得た。
【００４３】
なお、混練開始後のドロップドアの温度は実施例２と同じにし、冷却水量を除く他の条件は実施例１と同じである。
【００４４】
【表６】
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【００４５】
表６から、冷却水量を混練ロータで１５０ｌ／分以上、混練ケーシングで２００ｌ／分以上、ドロップドアで２０ｌ／分以上にした本発明の混練方法２３，２４は白粒の残り残りが少なくシリカ分散性に優れ、また押出寸法安定性も良好であることがわかる。
【実施例６】
【００４６】
表１に示すコンパウンドＡを使用し、密閉型のバッチ式混練機において混練されたコンパウンドの放出温度を表７に示すように変えて混練して得られたコンパウンドのシリカ分散性と押出寸法安定性を実施例１と同様に評価したところ、表７に示す結果を得た。
【００４７】
なお、混練開始時のドロップドアの温度は実施例２と同じにし、放出温度を除く他の条件は実施例１と同じである。
【００４８】
【表７】
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【００４９】
表７から、コンパウンド放出時の温度を１４５〜１５５℃にした本発明の混練方法２６〜２８は、白粒の残りが少なくシリカ分散性に優れ、また押出寸法安定性も良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のシリカ系コンパウンドの混練方法に使用する密閉型のバッチ式混練機の一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  混練ロータ
１ａ  冷却水循環路
２  混練ケーシング
２ａ  冷却水循環路
３  混練室
４  ホッパー
５  ドロップドア
５ａ  冷却水循環路
６  加圧装置
９  ラム
１０  ヘッド
１３  温度センサー
【図１】
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