(57)【要約】【課題】充填材が高度に分散された柔軟でかつ、エネルギーロスの小さなゴム車輪用ゴム組成物、それを用いた牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保、耐摩耗性を向上させたゴム車輪及び該ゴム車輪の用途を提供する。【解決手段】天然ゴムラテックスとカーボンブラック分散スラリー液との混合液を凝固処理し、該凝固物を機械的及び／又は熱的に乾燥させたウェットマスターバッチを配合したことを特徴とするゴム車輪用ゴム組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ゴムラテックスとカーボンブラック分散スラリー液との混合液を凝固処理し、該凝固物を機械的及び／又は熱的に乾燥させたウェットマスターバッチを配合したことを特徴とするゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項２】
前記、カーボンブラック分散スラリー液が、カーボンブラックを高速せん断ミキサーを用いて分散溶媒中に分散させてなる請求項１に記載のゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項３】
前記、カーボンブラック分散スラリー液中のカーボンブラックの粒度分布が、体積平均粒径（ｍｖ）２５μｍ以下で、９０体積％粒径（Ｄ９０）３０μｍ以下であり、かつスラリー液から回収した乾燥カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量が、分散溶媒に分散させる前の２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量の９３％以上を保持する請求項２に記載のゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項４】
カーボンブラック分散スラリー液が、水分散スラリー液である請求項１〜３のいずれかに記載のゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項５】
前記、凝固物を乾燥させるに際し、機械的なせん断力かけながら乾燥を行う請求項１〜４のいずれかに記載のゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項６】
凝固物の乾燥に連続混練機を用いる請求項５に記載のゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項７】
連続混練機が、多軸混練押出機である請求項６に記載のゴム車輪用ゴム組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のゴム車輪用ゴム組成物を用いてなるゴム車輪。
【請求項９】
キャスターバック用車輪、移動式荷台用車輪及び走行型模型用車輪である請求項8に記載のゴム車輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム車輪用ゴム組成物、並びに該ゴム車輪用ゴム組成物を用いたゴム車輪及びその用途に関する。さらに詳しくは、本発明は、充填材が高度に分散された柔軟でかつ、エネルギーロスの小さなゴム車輪用ゴム組成物、それを用いた牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保、耐摩耗性を向上させたゴム車輪及び該ゴム車輪の用途に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゴム車輪は、キャスター用車輪、移動式荷台用車輪、走行模型用車輪などの多くの用途、使用条件によってゴム車輪用ゴム組成物は、通常用いられる天然ゴム、合成ゴム車輪と特殊条件例えば、耐熱性、耐薬品性、耐蝕性、耐候性、耐油性、耐摩耗性、耐静電気性等のうちのいくつかの特性に優れた、ウレタン車輪、ナイロン車輪、フェノール車輪，ＭＣナイロン車輪、導電性車輪等に分けられる。
また、ゴム車輪の構造に関する技術も公開されている（例えば、特許文献１、又は2参照）。
天然ゴムや合成ゴムを用いたゴム車輪は、多く使用される車輪で、弾性があり、少し荒れた路面でも比較的衝撃を吸収し安定した走行を確保することができ、コストパーフォーマンスに優れているが、耐摩耗性の面では、改良する必要がある。
この走行安定性を確保するために発泡ゴムが利用されるが、トレッド面に利用すると耐摩耗性が、極端に低下する。内部のソリッド部分では発泡率の制御が難しく車輪の安定走行の確保が難しい。
例えば、ウレタンゴム製車輪は走行安定性、静粛性を実現するが、耐摩耗性を確保することができない。
したがって、牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保、耐摩耗性を向上させたゴム車輪の開発が望まれている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１０００２号公報
【特許文献２】特開平６−６４４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような状況下で、充填材が高度に分散された柔軟でかつ、エネルギーロスの小さなゴム車輪用ゴム組成物、それを用いた牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保、耐摩耗性を向上させたゴム車輪及ゴム車輪の用途を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、天然ゴムラテックスとカーボンブラック分散スラリー液との混合液を凝固処理し、該凝固物を特定の機械的及び／又は熱的に乾燥させたウェットマスターバッチを配合したゴム組成物が、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
［1］  天然ゴムラテックスとカーボンブラック分散スラリー液との混合液を凝固処理し、該凝固物を機械的及び／又は熱的に乾燥させたウェットマスターバッチを配合したことを特徴とするゴム車輪用ゴム組成物、
［２］  前記、カーボンブラック分散スラリー液が、カーボンブラックを高速せん断ミキサーを用いて分散溶媒中に分散させてなる前記（１）のゴム車輪用ゴム組成物、
［３］  前記、カーボンブラック分散スラリー液中のカーボンブラックの粒度分布が、体積平均粒径（ｍｖ）２５μｍ以下で、９０体積％粒径（Ｄ９０）３０μｍ以下であり、かつスラリー液から回収した乾燥カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量が、分散溶媒に分散させる前の２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量の９３％以上を保持する上記（２）のゴム車輪用ゴム組成物、
［４］  カーボンブラック分散スラリー液が、水分散スラリー液である上記（１）〜（３）いずれかのゴム車輪用ゴム組成物、
［５］  前記、凝固物を乾燥させるに際し、機械的なせん断力かけながら乾燥を行う上記（１）〜（４）いずれかのゴム車輪用ゴム組成物、
［６］  凝固物の乾燥に連続混練機を用いる上記（５）のゴム車輪用ゴム組成物、
［７］  連続混練機が、多軸混練押出機である上記（６）のゴム車輪用ゴム組成物、
［８］  上記（１）〜（７）いずれかのゴム車輪用ゴム組成物を用いてなるゴム車輪、及び
［９］  キャスターバック用車輪、移動式荷台用車輪及び走行型模型用車輪である上記（８）のゴム車輪、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、充填材が高度に分散された柔軟でかつ、エネルギーロスの小さなゴム車輪用ゴム組成物、それを用いた牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保、耐摩耗性を向上させたゴム車輪及び該ゴム車輪の用途を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
まず、本発明のゴム車輪用ゴム組成物は、天然ゴムラテックスとカーボンブラック分散スラリー液との混合液を凝固処理し、該凝固物を機械的及び／又は熱的に乾燥させたウェットマスターバッチを配合したことを特徴とする。
本発明に用いられる、天然ゴムラテックスとしては、フィールドラテックス、アンモニア処理ラテックス、遠心分離濃縮ラテックス、酵素で処理した脱蛋白ラテックス、前記のものを組み合わせたものなど、いずれも使用することができる。
一方、本発明おいて用いられるカーボンブラック分散スラリー液は、カーボンブラックを分散させたスラリー液である。
ここでカーボンブラックのグレードとしては、通常ゴム工業に用いられるもの、例えば、ＳＡＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦなど種々のグレードのカーボンブラックを単独に又は混合して使用することができる。
【０００８】
本発明においては、当該カーボンブラック分散スラリー液は、カーボンブラックの中から選ばれる少なくとも一種の充填材を、高速せん断ミキサーを用いて分散溶媒中に分散させてなるものが好ましい。
本発明において、スラリー液の調製に用いられる高速せん断ミキサーとは、ローターとステーター部からなる高速せん断ミキサーであって、高速で回転するローターと、固定されたステーターが狭いクリアランスで設置され、ローターの回転によって高いせん断速度を生み出す。高速せん断とは、せん断速度が２０００／ｓ以上、好ましくは４０００／ｓ以上であることを意味する。
高速せん断ミキサーは、市販品としては、例えば特殊機化工業社製ホモミキサー、独ＰＵＣ社製コロイドミル、独キャビトロン社製キャビトロン、英シルバーソン社製ハイシアーミキサーなどが挙げられる。
【０００９】
前記の高速せん断ミキサーを用いて得られたスラリー液の特性としては、（ｉ）スラリー液中のカーボンブラックの粒度分布は、体積平均粒子径（ｍｖ）が２５μｍ以下で、９０体積％粒径（Ｄ９０）が３０μｍ以下であり、かつ（ii）スラリー液から回収した乾燥カーボンうラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量は、分散溶媒に分散させる前の２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量の９３％以上保持することが好ましい。ここで、２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量は、ＩＳＯ  ６８９４に準拠して測定される値である。
さらに好ましくは、体積平均粒子径（ｍｖ）が２０μｍ以下、かつ９０体積％粒径（Ｄ９０）が２５μｍ以下である。粒度が大きすぎるとゴム中の充填材分散が悪化し、補強性、耐摩耗性が悪化することがある。
他方、粒度を小さくするためにスラリーに過度のせん断力をかけると、カーボンブラックのストラクチャーが破壊され、補強性の低下を引き起こす。スラリー液から回収乾燥したカーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量が、分散溶媒に分散させる前のカーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量の９３％以上であることが望ましい。さらに好ましくは９６％以上である。
【００１０】
スラリー液において、前記カーボンブラックの濃度は１〜１５質量％とするのが好ましく、特に２〜１０質量％の範囲であることが好ましい。カーボンブラックの濃度が１質量％未満では必要とするスラリー容量が多くなりすぎ、また１５質量％以上では、スラリー液の粘度が高くなりすぎて、作業上問題が生じる。
本発明においては、このスラリー液としては、水分散スラリー液であることが、特にゴム液として天然ゴムラテックスを用いる場合に、混合性の観点から好ましい。
このカーボンブラックスラリー液と前記天然ゴムラテックスとの混合は、例えば、ホモミキサー中に該スラリー液を入れ、攪拌しながら、ラテックスを滴下する方法や、逆にラテックスを攪拌しながら、これに該スラリー液を滴下する方法がある。また、一定の流量割合をもったスラリー流とラテックス流とを、激しい水力攪拌の条件下で混合する方法などを用いることもできる。
このようにして、天然ゴムラテックスとカーボンブラック分散スラリー液との混合液が調製される。
【００１１】
本発明における凝固処理は、従来公知の方法、例えば蟻酸、硫酸などの酸や、塩化ナトリウムなどの塩の凝固剤を用いて行われる。
この凝固処理により形成された凝固物は、従来公知の固液分離手段を用いて、取り出され、充分に洗浄される。洗浄は、通常水洗法が採用される。
充分に洗浄された凝固物を乾燥させるに際し、本発明においては、真空乾燥機、エアドライヤー、ドラムドライヤー、バンドドライヤーなどの通常の乾燥機を用いて、従来行われている熱を加えて乾燥することもできるが、さらにカーボンブラックの分散性を向上させるためには、機械的なせん断力をかけながら乾燥を行うことが好ましい。そのためには、工業的生産性の観点から、連続混練機を用いることが好ましい。さらには、同方向回転、あるいは異方向回転の多軸混練押出機を用いることが好ましく、特に二軸混練押出機を用いることが好ましい。
このようにして、カーボンブラックを用いたウェットマスターバッチを効率よく製造することができる。
【００１２】
本発明のゴム車輪用ゴム組成物は、前記本発明の方法で得られたカーボンブラックを用いたウェットマスターバッチを配合することにより得られる。該ゴム組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、プロセス油、亜鉛華、スコーチ防止剤、ステアリン酸等の通常ゴム業界で用いられる各種薬品を添加することができる。
また、このゴム組成物において、ゴム成分の全体に対して上記ウェットマスターバッチにおけるゴム成分を３０質量％以上含むことが好ましい。上記ウェットマスターバッチに追加して用いられる他のゴム成分としては、通常の天然ゴム及びジエン系合成ゴムが挙げられ、ジエン系合成ゴムとしては、例えばスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）、ポリイソプレン（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレン共重合体及びこれらの混合物などが挙げられる。
上記加硫剤としては、硫黄等が挙げられ、その使用量は、ゴム成分１００質量部に対し、硫黄分として０．１〜１０．０質量部が好ましく、０．５〜５．０質量部がより好ましい。
【００１３】
本発明で使用できる加硫促進剤は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｍ（２−メルカプトベンゾチアゾール）、ＤＭ（ジベンゾチアジルジスルフィド）、ＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）、ＮＳ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）等のチアゾール系、あるいはＤＰＧ（ジフェニルグアニジン）等のグアニジン系の加硫促進剤等を挙げることができ、その使用量は、ゴム成分１００質量部に対し、０．１〜５．０質量部が好ましく、更に好ましくは０．２〜３．０質量部である。
本発明で使用できる老化防止剤は、特に限定されるものではないが、例えばアミン系、フェノール系、有機ホスファイト系あるいはチオエーテル系などの老化防止剤を挙げることができる。その使用量は、ゴム成分１００質量部に対し、０．１〜５．０質量部が好ましく、０．５〜３．０質量部がより好ましい。
【００１４】
本発明のゴム車輪用ゴム組成物は、キャスターバック用車輪、移動式荷台用車輪及び走行型模型用車輪等に好適に用いることができる。
本発明はまた、前記本発明のゴム車輪用ゴム組成物を用いてなるゴム車輪をも提供する。
本発明のゴム車輪は、前記本発明のゴム車輪用ゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。すなわち、ウェットマスターバッチと共に必要に応じて、上記のように各種薬品を含有させたゴム組成物が未加硫の段階で、例えばゴム車輪に加工される。このようにして得られた本発明のゴム車輪は、牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保し、耐摩耗性などに優れている。
【実施例】
【００１５】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。
各実施例、比較例における各種測定は下記の方法により行なった。
＜ウエットマスターバッチ特性＞
（１）スラリー液中の充填材の粒度分布測定（体積平均粒径（ｍｖ）、９０体積％粒径（Ｄ９０））
レーザー回折型粒度分布計（ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ  ＦＲＡ型）を使用し、水溶媒（屈折率１．３３）を用いて測定した。粒子屈折率（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）は全ての測定において１．５７を用いた。また、充填材の再凝集を防ぐため、分散後直ちに測定を行った。
（２）カーボンブラックの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量
ＩＳＯ ６８９４に準拠して測定した。
＜ゴム組成物の特性＞
（３）貯蔵弾性率
ＴＯＹＯＳＥＩＫＩ製粘弾性スペクト路メーターを用いて、測定温度２５℃、歪１％、周波数５２Ｈｚの条件にて貯蔵弾性率（Ｅ’）を求め、比較例1の値を１００として指数として求めた。指数の小さいほうが柔軟性に優れることを示す。
（４）レジリエンス
ＪＩＳ  Ｋ６２５５の５トリプソ式反発弾性試験の方法に準拠して求めた。比較例１のゴム組成物を１００とする指数で表示した。指数が大きい程低発熱性であることを示す。
（５）耐摩耗性（ランボーン摩耗試験）
ランボーン型摩耗試験機を用い、室温におけるスリップ率４０％で摩耗量を測定し、その逆数を、比較例１のゴム組成物を１００とする指数で表示した。値が大きいほど質量減少が少なく耐摩耗性は良好である。
＜ゴム車輪特性＞
（６）牽引エネルギー
ＪＩＳ  Ｂ８９２２：１９９９  ８．４走行性能試験方法より、突起物のないドラムを用いた時のサンプル側軸力を比較例１を１００として指数表示した。指数の小さいほど優れていることを示す。
（７）突起乗り越し性
ＪＩＳ  Ｂ８９２２：１９９９  ８．４走行性能試験方法に準拠し、試験中、平滑部突起部走行時のドラム回転軸、サンプル回転軸間の距離の差をゴムサンプル厚さで除したものを比較例１を１００として指数化した。指数の大きい程優れていることを示す。
【００１６】
実施例１
（１）スラリー液の調製
水中にカーボンブラック（Ｎ３３０）を５質量％の割合で入れ、シルバーソン社製ハイシアーミキサーにて微分散させてスラリー液を作製した。ここで得られたスラリー液のカーボンブラックの粒度分布は体積平均粒径ｍｖ＝５．８μｍ、Ｄ９０（９０体積％粒径）＝９．８μｍであった。
また、分散前のカーボンブラック（ＣＢ）の２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量は８８ｍＬ／１００ｇ、スラリー回収乾燥ＣＢの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量は８５ｍＬ／１００ｇであり、ＤＢＰ吸油量の保持率（［スラリー回収乾燥ＣＢの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量／分散前ＣＢの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量］×１００）は９７％であった。
（２）ウェットマスターバッチの調製
上記（１）で作製したフラリー液３ｋｇと、１０質量％に希釈した天然ゴム濃縮ラテックス３ｋｇとを攪拌しながら混合したのち、これを蟻酸にてＰＨ４．５に調整して凝固させた。この凝固物をろ取し、充分に洗浄してウェット凝固物９００ｇを得た。その後、計量カップに６０ｇ（固形分３０ｇ）ずつはかり取ったウェット凝固物を１分間隔で、神戸製鋼社製二軸連続混練機「ＫＴＸ−３０」に投入することで、カーボンブラックを用いたマスターバッチを作製した。
このマスターバッチにおいては、天然ゴム１００質量部当りのカーボンブラックの量は５０質量部であった。概要を表１にしめす。
【００１７】
実施例２
（３）スラリー液の調製
水中にカーボンブラック（Ｎ２２０）を５質量％の割合で入れ、シルバーソン社製ハイシアーミキサーにて微分散させてスラリー液を作製した。ここで得られたスラリー液のカーボンブラックの粒度分布は体積平均粒径ｍｖ＝６．１μｍ、Ｄ９０（９０体積％粒径）＝１０．１μｍであった。
また、分散前のカーボンブラック（ＣＢ）の２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量は９９ｍＬ／１００ｇ、スラリー回収乾燥ＣＢの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量は９６ｍＬ／１００ｇであり、ＤＢＰ吸油量の保持率（［スラリー回収乾燥ＣＢの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量／分散前ＣＢの２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量］×１００）は９７％であった。
（４）ウェットマスターバッチの調製
上記（３）で作製したフラリー液３ｋｇと、１０質量％に希釈した天然ゴム濃縮ラテックス３ｋｇとを攪拌しながら混合したのち、これを蟻酸にてＰＨ４．５に調整して凝固させた。この凝固物をろ取し、充分に洗浄してウェット凝固物９００ｇを得た。その後、計量カップに６０ｇ（固形分３０ｇ）ずつはかり取ったウェット凝固物を１分間隔で、神戸製鋼社製二軸連続混練機「ＫＴＸ−３０」に投入することで、カーボンブラックを用いたマスターバッチを作製した。
このマスターバッチにおいては、天然ゴム１００質量部当りのカーボンブラックの量は５０質量部であった。概要を表1に示す。
【００１８】
【表１】
2008297428.tif 000002
「注」
ＴＳＲ２０：天然ゴム（Ｔｈａｉｔｅｃｈ  Ｒｕｂｂｅｒ）
【００１９】
実施例１１
（５）ゴム車輪用ゴム組成物の調製
実施例1で調製されたウェットマスターバッチ（天然ゴム１００質量部相当、カーボンブラックＮ３３０、５０質量部相当）に対して、ステアリン酸（２質量部）、老化防止剤６Ｃ：Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン（２質量部）、亜鉛華（３質量部）、硫黄（２質量部）、加硫促進剤ＮＳ：Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド（１質量部）を東洋精機製プラストミルを用いて配合し、１５０℃にて３０分間加硫を行ない、弾性率、レジリエンス、耐摩耗性の試験を実施した。評価結果を第２表に示す。
（６）ゴム車輪の製造
（５）で調製されたゴム組成物を用いて、サイズ１５０×５０のゴム車輪を成形、加硫し、金属又は樹脂製ホイールに嵌め合わせた。必要に応じて接着剤を用いた。このゴム車輪を用いて牽引エネルギー及び突起乗り越し性を評価した。評価結果を第２表に示す。
【００２０】
実施例２１
（７）ゴム車輪用ゴム組成物の調製及び（８）ゴム車輪の製造
実施例２で調製されたウェットマスターバッチ（天然ゴム１００質量部相当、カーボンブラックＮ２２０、５０質量部相当）を用いた以外は実施例１１と同様な方法でゴム車輪用ゴム組成物の調製及びゴム車輪の製造をおこなった。評価結果を第２表に示す。
【００２１】
比較例１
（９）ゴム車輪用ゴム組成物の調製及び（１０）ゴム車輪の製造
天然ゴム１００質量、カーボンブラックＮ３３０、５０質量をドライブレンドした以外は実施例１１と同様な方法でゴム車輪用ゴム組成物の調製及びゴム車輪の製造をおこなった。評価結果を第２表に示す。
【００２２】
【表２】
2008297428.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明のゴム車輪用ゴム組成物は、充填材が高度に分散された柔軟でかつ、エネルギーロスの小さく、それを用いたゴム車輪は、牽引エネルギーが低減され、小突起乗り越し性を改善して走行安定性を確保、耐摩耗性を向上させることができる。