(57)【要約】【課題】粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性に優れたゴム組成物を製造可能な連続混練押出機および該連続混練押出機を使用したゴム組成物の製造方法を提供すること。【解決手段】少なくとも粒状材料および液状材料を含有するゴム組成物を混練するための連続混練押出機であって、少なくとも１つ以上のスクリューと、スクリューの外周側に配置され、上流側に開口部を有するシリンダと、少なくとも粒状材料が供給される供給部と、液状材料が供給されるノズルとを備え、供給部は開口部の上方に配置され、開口部を通して少なくとも粒状材料をシリンダ内に供給するものであり、ノズルは供給部内の開口部上方に配置され、開口部を通してシリンダ内に向けて噴霧することにより液状材料をシリンダ内に供給するものであることを特徴とする連続混練押出機。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも粒状材料および液状材料を含有するゴム組成物を混練するための連続混練押出機であって、
少なくとも１つ以上のスクリューと、スクリューの外周側に配置され、上流側に開口部を有するシリンダと、少なくとも粒状材料が供給される供給部と、液状材料が供給されるノズルとを備え、
供給部は開口部の上方に配置され、開口部を通して少なくとも粒状材料をシリンダ内に供給するものであり、
ノズルは供給部内の開口部上方に配置され、開口部を通してシリンダ内に向けて噴霧することにより液状材料をシリンダ内に供給するものであることを特徴とする連続混練押出機。
【請求項２】
粒状材料のシリンダ内での落下範囲と、ノズルからの液状材料の噴霧範囲との少なくとも一部が重なるものである請求項１に記載の連続混練押出機。
【請求項３】
供給部が筒状に形成されており、粒状材料が供給部内で少なくとも５０ｃｍ以上上方より落下しつつ、開口部を通してシリンダ内に供給されるものである請求項１または２に記載の連続混練押出機。
【請求項４】
粒状材料がシリカであり、液状材料がシランカップリング剤である請求項１〜３のいずれかに記載の連続混練押出機。
【請求項５】
粒状材料および液状材料を少なくとも含有するゴム組成物の製造方法であって、
請求項１〜４のいずれかに記載の連続混練押出機を使用し、混練することにより製造することを特徴とするゴム組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム組成物を混練するための連続混練押出機および該連続混練押出機を使用したゴム組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴム組成物は、タイヤなどを構成する加硫ゴムの原料となり、ゴム成分、シリカやカーボンブラックなどの粒状材料、シランカップリング剤やオイルなどの液状材料、加硫剤などの配合剤を含有する。ゴム組成物はこれらの材料を混練することにより製造され、混練にはバンバリーミキサーなどを使用したバッチ式が主流であったが、近年は単軸や二軸の連続混練押出機による連続式も行われてきている。
【０００３】
ゴム組成物中で、シリカ、カーボンブラックなどの粒状材料などの分散性を高めることは、最終的に得られる加硫ゴムの低発熱性やゴム強度の向上につながる。かかる分散性向上を目的として、ゴム組成物中に粒状材料とシランカップリング剤やオイルなどの液状材料とを併用することが一般的に行われている。
【０００４】
下記特許文献１では、ゴムまたはプラスチック系の成分が入った混合室に粒状材料を供給する際、液体スプレー装置によって粒状材料に液状材料を含侵させ、最終的に粒状材料を混合室内に供給する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平１１−５１１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、上記先行技術にはさらなる改良の余地があることが判明した。具体的には、上記先行技術では混合室とは別個の搬送経路を粒状材料が通過する際に、粒状材料に液状材料を含侵させるが、搬送経路内の例えば壁面などに、液状材料を含んだ粒状材料が塊状で付着することがある。塊状となってしまうと、もはや時間当たり定量の粒状材料を混合室内に供給することは困難になってしまうため、特に上記先行技術は連続式の混練技術には適用が難しいことが判明した。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性に優れたゴム組成物を製造可能な連続混練押出機および該連続混練押出機を使用したゴム組成物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち本発明は、少なくとも粒状材料および液状材料を含有するゴム組成物を混練するための連続混練押出機であって、少なくとも１つ以上のスクリューと、スクリューの外周側に配置され、上流側に開口部を有するシリンダと、少なくとも粒状材料が供給される供給部と、液状材料が供給されるノズルとを備え、供給部は開口部の上方に配置され、開口部を通して少なくとも粒状材料をシリンダ内に供給するものであり、ノズルは供給部内の開口部上方に配置され、開口部を通してシリンダ内に向けて噴霧することにより液状材料をシリンダ内に供給するものであることを特徴とする連続混練押出機に関する。
【０００９】
連続混練押出機では、シリンダ内でスクリューを回転させることにより、少なくとも粒状材料および液状材料を含有するゴム組成物に対し、せん断力を加えて混練することができる。ただし、従来技術ではシリンダ内に時間当たり所定量の粒状材料および液状材料を供給することが難しく、局所的に粒状材料が液状材料を含んで塊状物（所謂「ダマ」とも呼ばれる）が発生することで、連続で混練する際、シリンダ内でゴム組成物中の粒状材料の分布に粗密が生じ、ゴム組成物中での粒状材料の分散性が悪化することがあった。  
【００１０】
本発明に係る連続混練押出機は、粒状材料をシリンダ内に供給する供給部、および液状材料をシリンダ内に供給するノズルに工夫がされている。供給部は、シリンダの上流側に設けられた開口部を通して、シリンダ内に粒状材料を定量的に供給する。一方、ノズルは開口部を通してシリンダ内に向けて噴霧することにより、シリンダ内に液状材料を定量的に供給する。これにより、粒状材料が液状材料を含んだ塊状物が発生し難くなり、シリンダ内に時間当たり所定量の粒状材料および液状材料を供給することができる。その結果、本発明に係る連続混練押出機を使用した場合、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性に優れたゴム組成物を連続式で製造することができる。
【００１１】
上記連続混練押出機において、粒状材料のシリンダ内での落下範囲と、ノズルからの液状材料の噴霧範囲との少なくとも一部が重なるものであることが好ましい。開口部を通してシリンダ内に落下した粒状材料の多くは、シリンダ内で回転するスクリュー上、あるいはシリンダ内で混練されているゴム成分上に落下する。ここで、粒状材料のシリンダ内での落下範囲と、ノズルからの液状材料の噴霧範囲との少なくとも一部が重なるものであると、粒状材料に向かって液状材料が噴霧されることになる。これにより、粒状材料が均一に液状材料を含みつつ、スクリューが回転することにより、シリンダ内に時間当たり定量の粒状材料および液状材料が送り込まれる。その結果、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性がより優れたゴム組成物を連続式で製造することができる。
【００１２】
上記連続混練押出機において、供給部が筒状に形成されており、粒状材料が供給部内で少なくとも５０ｃｍ以上上方より落下しつつ、開口部を通してシリンダ内に供給されるものであることが好ましい。かかる構成によれば、粒状材料が筒状の供給部内を落下する際、空気抵抗などにより拡散しつつシリンダ内に供給される。その結果、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性がさらに優れたゴム組成物を連続式で製造することができる。
【００１３】
上記連続混練押出機において、粒状材料がシリカであり、液状材料がシランカップリング剤であることが好ましい。ゴム組成物中では、シリカとシランカップリング剤とが反応することにより、シリカの分散性が向上するが、上記連続混練押出機を使用すると、シリカとシランカップリング剤とが十分に接触しつつ、ゴム成分とともに混練されることになる。その結果、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性がさらに優れたゴム組成物を連続式で製造することができる。
【００１４】
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、粒状材料および液状材料を少なくとも含有するゴム組成物の製造方法であって、前記いずれかに記載の連続混練押出機を使用し、混練することにより製造することを特徴とする。前記のとおり、本発明に係る連続混練押出機を使用した場合、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性がさらに優れたゴム組成物を連続式で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続混練押出機の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る連続混練押出機は、少なくとも１つ以上のスクリューと、スクリューの外周側に配置され、上流側に開口部を有するシリンダを備える。スクリュー１本で構成された単軸の連続混練押出機であってもよく、スクリュー２本で構成された二軸の連続混練押出機であってもよく、スクリューが３本以上で構成された多軸連続混練押出機であってもよい。スクリューは例えば駆動装置などに接続され、シリンダ内で回転および前進駆動される。また、シリンダはスクリューの外周側で内面が円筒形に形成され、スクリューとの間でゴム組成物に対し、せん断力を付与できるように設計されている。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態に係る連続混練押出機の部分拡大図を示す。かかる連続混練押出機１は、スクリュー２およびシリンダ３に加え、少なくとも粒状材料７が供給される供給部４と、液状材料８が供給されるノズル５とを備える。
【００１８】
通常、シリンダ３には複数の開口部が形成されており、供給部４が配置された開口部６よりもさらに上流側の開口部（不図示）より、ゴム成分や他の配合剤などが供給される。ゴム成分などの供給方法は当業者に公知の手法により可能であり、例えばペレット状、シート状、ストランド状、リボン状あるいはその他の形態でシリンダ内に供給可能である。
【００１９】
供給部４はシリンダ３の上流側に形成された開口部６の上方に配置され、開口部６を通して少なくとも粒状材料７をシリンダ３内に供給する。供給部４は任意の形状であってよく、例えば断面円形状の筒型に形成されてもよい。供給部４はベルト式、スクリュー式、振動式など当業者に公知の方式により、時間当たり所定量の粒状材料７をシリンダ４内に供給する。なお、供給部４は、その内部を粒状材料７が５０ｃｍ以上上方から落下するように、筒状に形成されている場合、落下時に粒状材料７が空気抵抗により拡散しつつシリンダ４内に供給されるため好ましい。粒状材料７をより均一に拡散させつつシリンダ３内に供給するためには、供給部４内で粒状材料７を１ｍ以上上方から落下させることが好ましく、１．５ｍ以上上方から落下させることがより好ましい。
【００２０】
ノズル５は、供給部４内の開口部６上方に配置され、開口部６を通してシリンダ３内に向けて液状材料８を噴霧可能となるように設計されている。ノズル５には配管５’から時間当たり定量液状材料８が供給される。ノズル５は、供給部４の壁面、あるいは配管５’を伸ばして、供給部４内の略中央付近に配置してもよい。また、ノズル５は複数配置してもよい。
【００２１】
なお、開口部６を通してシリンダ３内に落下した粒状材料７の多くは、シリンダ３内で回転するスクリュー２上、あるいはシリンダ４内で混練されているゴム成分上に落下する。したがって、粒状材料７に均一に液状材料８を含ませるためには、スクリュー２上、あるいはシリンダ４内で混練されているゴム成分上に落下した粒状材料７に向けて、ノズル５より液状材料８を噴霧することが好ましい。このように液状材料８を噴霧することにより、粒状材料７のシリンダ３内での落下範囲と、ノズル５からの液状材料８の噴霧範囲との少なくとも一部が重なる場合、粒状材料７が落下前、あるいは落下後に液状材料８と接触し、粒状材料７に均一に液状材料８を含ませることができる。
【００２２】
前記連続混練押出機を使用することにより、粒状材料および液状材料の所定量が均一に配合され、粒状材料の分散性に優れたゴム組成物を製造することができる。ゴム成分への粒状材料および液状材料の添加タイミングとしては、ゴム成分へ高濃度の粒状材料および液状材料を投入することによりマスターバッチを製造する工程、ゴム成分へ所定量の粒状材料および液状材料を投入する混合工程、ゴム成分と加硫剤以外の配合剤とを混練する工程（ノンプロ練り工程）、あるいはさらに加硫剤と混練する工程（ファイナル練り工程）のいずれであってもよい。
【００２３】
以下に、本発明で使用可能なゴム組成物の原料について説明する。
【００２４】
粒状材料は、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウムなど、ゴム工業において通常使用される充填材を意味する。上記無機充填材の中でも、シリカおよびカーボンブラックを特に好適に使用することができる。
【００２５】
通常のゴム補強に用いられる湿式シリカ、乾式シリカ、ゾル−ゲルシリカ、表面処理シリカなどが用いられる。シリカの配合量は、原料ゴム１００質量部に対して、２０〜１２０質量部であることが好ましく、４０〜１００質量部であることがより好ましい。
【００２６】
カーボンブラックとしては、例えばＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦなど、通常のゴム工業で使用されるカーボンブラックの他、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどの導電性カーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックは、通常のゴム工業において、そのハンドリング性を考慮して造粒された、造粒カーボンブラックであってもよく、未造粒カーボンブラックであってもよい。
【００２７】
液状材料としては、シランカップリング剤およびオイルなどが挙げられる。特に、粒状材料としてシリカを使用する場合、液状材料としてシランカップリング剤を使用することが好ましい。ゴム組成物中では、シリカとシランカップリング剤とが反応することにより、シリカの分散性が向上する。本発明に係る連続混練押出機を使用した場合、シリカとシランカップリング剤とが十分に接触しつつ、ゴム成分とともに混練されることになる。その結果、シリカおよびシランカップリング剤の所定量が均一に配合され、シリカの分散性がさらに優れたゴム組成物を連続式で製造することができる。
【００２８】
シランカップリング剤としては、分子中に硫黄を含むものであれば特に限定されず、ゴム組成物においてシリカとともに配合される各種のシランカップリング剤を用いることができる。例えば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド（例えば、デグサ社製「Ｓｉ６９」）、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド（例えば、デグサ社製「Ｓｉ７５」）、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエキトシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィドなどのスルフィドシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプトシラン、３−オクタノイルチオ−１−プロピルトリエトキシシラン、３−プロピオニルチオプロピルトリメトキシシランなどの保護化メルカプトシランが挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、シリカ１００質量部に対して２〜２５質量部であることが好ましく、より好ましくは５〜１５質量部である。
【００２９】
投入される原料ゴムとしては、ジエン系ゴムを好適に使用可能である。ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含有するブタジエンゴム（ＳＰＢ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上のブレンドとして用いることができる。これら例示したジエン系ゴムとしては、必要に応じて、末端を変性したもの（例えば、末端変性ＢＲや、末端変性ＳＢＲなど）、あるいは所望の特性を付与すべく改質したもの（例えば、改質ＮＲ）も使用可能である。この末端変性ジエン系ゴムとしては、各種変性剤でポリマー末端が変性されたジエン系ゴムを用いることができ、変性方法も公知の種々の方法を用いることができる。
【００３０】
加硫剤としては、代表的なものとして硫黄が挙げられる。硫黄は通常のゴム用硫黄であればよく、例えば粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などを用いることができる。
【００３１】
加硫促進剤としては、ゴム加硫用として通常用いられる、スルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などの加硫促進剤を単独、または適宜混合して使用しても良い。
【００３２】
老化防止剤としては、フェノール系老化防止剤以外にゴム用として通常用いられる、芳香族アミン系老化防止剤、アミン−ケトン系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤などを必要に応じて使用しても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１  連続混練押出機
２  スクリュー
３  シリンダ
４  供給部
５  ノズル
６  開口部
７  粒状材料
８  液状材料
【図１】
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