(57)【要約】【課題】少なくともゴム成分とシリカを含むタイヤ用ゴム組成物を、密閉式混合機内で混練して製造する際に、粉末状配合剤の噴き出しを抑制すること。【解決手段】少なくともゴム成分とシリカを含むタイヤ用ゴム組成物の製造方法であって、タイヤ用ゴム組成物の原料を、密閉式混合機で混練する工程を含んでなり、該混練工程に先立ち、シリカに含まれる水分を減量する処理を行う、タイヤ用ゴム組成物の製造方法、および、該製造方法に使用する密閉式混合機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともゴム成分とシリカを含むタイヤ用ゴム組成物の製造方法であって、
タイヤ用ゴム組成物の原料を、密閉式混合機で混練する工程を含んでなり、
該混練工程に先立ち、シリカに含まれる水分を減量する処理を行う、
タイヤ用ゴム組成物の製造方法。
【請求項２】
前記水分減量処理が、シリカを１００℃の温度で少なくとも１０分間加熱するものである、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
シリカの配合量が、ゴム成分１００質量部に対して、１０〜１５０質量部である、請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
密閉式混合機が密閉式バンバリーミキサーである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
少なくともゴム成分とシリカを含むタイヤ用ゴム組成物を混練により製造するための密閉式混合機であって、
シリカを密閉式混合機に投入する前に、予めシリカに含まれる水分を減量する処理手段を備えてなる、
密閉式混合機。
【請求項６】
前記処理手段における水分減量処理が、シリカを１００℃の温度で少なくとも１０分間加熱するものである、請求項５記載の密閉式混合機。
【請求項７】
密閉式混合機が密閉式バンバリーミキサーである、請求項５または６記載の密閉式混合機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ用ゴム組成物の製造方法、および、該製造方法に使用する密閉式混合機に関する。さらに詳しくは、少なくともゴム成分とシリカを含む、タイヤ用ゴム組成物の原料を密閉式混合機内で混練する場合において、混練中における粉末状配合剤の噴き出しを抑制することができるタイヤ用ゴム組成物の製造方法、および、該製造方法に使用する密閉式混合機に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ用ゴム組成物の製造における、ゴム成分や、シリカ、カーボンブラック、硫黄等の配合剤の混練には、従来、密閉式ゴム混合機が多用されている。このような密閉式ゴム混合機において、原料であるゴム成分や配合剤は、原料投入部を通じて混練室内に投入された後、フローティングウェイトが降りて混練室内が加圧された状態の下、混練室内を回転するローターにより混練される。
【０００３】
このような密閉式ゴム混合機による混練では、途中、内容物における混練の足りない部分をなくすため、混練中の内容物の切りかえし（混練物を偏りなく循環させて均一に混ぜるために行う操作）を行ったり、あるいは、フローティングウェイトとケーシングの隙間から混練中に漏れ出てフローティングウェイト上に積もる粉末状配合剤を掃除したりする等のために、どうしても原料投入口を開ける必要が生ずる。しかし、その際、粉末状配合剤が勢いよく噴き出して空気中に飛散し、これにより作業環境が悪化し、ゴム混練作業の効率が悪くなるという問題があった。また、粉末状配合剤の飛散は、（１）原料の投入量に変化を生じさせることや、（２）該変化によって、混練時の最小トルク（ＭＬ）や最大トルク（ＭＨ）にもバラツキを生じさせることなどから、ひいては、ゴム組成物の物性にバラツキを生じさせ、ゴム組成物の品質安定性が損なわれるといった問題があった。さらに、飛散する粉末状配合剤が硫黄の場合には、粉塵爆発を起こすリスクも懸念されていた。
【０００４】
密閉式混合機における粉末状配合剤の飛散を抑制する技術としては、投入口近傍に水のミストを噴霧する装置を設け、混合機の外に飛散する粉末を湿らせて混合機内に落とし込む方法が知られている（特許文献１）。しかし、混練中に勢いよく噴き出す粉末状配合剤への効果は、限られたものでしかなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、少なくともゴム成分とシリカを含む、タイヤ用ゴム組成物の原料を密閉式混合機内で混練する場合において、混練中における粉末状配合剤の噴き出しを抑制することができるタイヤ用ゴム組成物の製造方法、および、該製造方法に使用する密閉式混合機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意検討した結果、タイヤ用ゴム組成物の原料の混練工程に先立ち、予め、シリカに含まれる水分の減量処理を行うことにより、上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を重ねて、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、少なくともゴム成分とシリカを含むタイヤ用ゴム組成物の製造方法であって、
タイヤ用ゴム組成物の原料を、密閉式混合機で混練する工程を含んでなり、
該混練工程に先立ち、シリカに含まれる水分を減量する処理を行う、
タイヤ用ゴム組成物の製造方法に関する。
【０００９】
上記製造方法において、水分減量処理は、シリカを１００℃の温度で少なくとも１０分間加熱するものであることが好ましい。
【００１０】
上記製造方法において、シリカの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、１０〜１５０質量部であることが好ましい。
【００１１】
上記製造方法において、密閉式混合機は、密閉式バンバリーミキサーであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、少なくともゴム成分とシリカを含むタイヤ用ゴム組成物を混練により製造するための密閉式混合機であって、
シリカを密閉式混合機に投入する前に、予めシリカに含まれる水分を減量する処理手段を備えてなる、
密閉式混合機に関する。
【００１３】
上記密閉式混合機において、処理手段における水分減量処理は、シリカを１００℃の温度で少なくとも１０分間加熱するものであることが好ましい。
【００１４】
上記密閉式混合機において、密閉式混合機は、密閉式バンバリーミキサーであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、予めシリカの水分量を減量しておくことにより、密閉式混合機内での混練時に、混練室からの粉末状配合剤の噴き出しを抑制することができるので、作業環境を向上させることができる。また、粉末状配合剤の噴き出しを抑制することにより、原料の投入量に変化を生じさせることもなく、混練時の最小トルクや最大トルクのバラツキも抑制し、ひいては、タイヤ用ゴム組成物の品質を安定化することができる。さらに、粉末状配合剤が硫黄の場合、これが飛散すると粉塵爆発が懸念されるが、このようなリスクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の密閉式混合機の具体例についての概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のタイヤ用ゴム組成物の製造方法について説明する。
【００１８】
＜タイヤ用ゴム組成物の原料＞
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物に用いる原料としては、ゴム成分、シリカの他、所望により、その他の配合剤が挙げられる。
【００１９】
（ゴム成分）
ゴム成分としては、特に限定されず、この分野で通常使用されるものをいずれも好適に使用することができる。そのようなゴム成分としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。ゴム成分は、１種または２種以上を混合して使用することができる。ゴム成分の組成は、タイヤ用ゴム組成物の用途（乗用車用、バス・トラック用、レース用など）や使用部位（トレッド、サイドウォールなど）に応じて、適宜、選択されるものである。
【００２０】
（シリカ）
本発明で用いるシリカとしては、特に限定されず、この分野で通常使用されるものをいずれも好適に使用することができる。そのような具体例としては、例えば、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）等が挙げられる。その製造法も、燃焼法、アーク法、沈降法、ゲル法等のいずれでもよい。このうち、本発明では、特に、湿式法シリカ（含水ケイ酸）を使用する場合、本発明の効果が好適に発揮される。なぜなら、これらは比較的多くの水分を含むものだからである。シリカは、１種または２種以上を混合して使用することができる。
【００２１】
タイヤ用ゴム組成物におけるシリカの配合量は、通常、ゴム成分１００質量部に対して、１０〜１５０質量部である。なお、シリカの配合量は、タイヤ用ゴム組成物の用途や使用部位に応じて、変化する。
【００２２】
（その他配合剤）
本発明に係るタイヤ用ゴム組成物においては、ゴム成分およびシリカ以外にも、必要に応じ、この分野で通常使用するその他の配合剤、例えば、カーボンブラック等のシリカ以外の充填剤、シランカップリング剤、オイル、老化防止剤、硫黄、加硫促進剤、加硫促進助剤などを添加することができる。
【００２３】
＜混練工程＞
本発明において、混練工程とは、タイヤ用ゴム組成物の原料を密閉式混合機で混練する工程をいう。混練工程に使用する密閉式混合機としては、バンバリーミキサーが最も普及しているが、その他、この分野で使用されているものをいずれも使用することができるのは、いうまでもない。
【００２４】
混練は、常法により実施することができ、タイヤ用ゴム組成物の原料を、密閉式混合機に投入し、ローターを回して実施することができる。この場合において、混練を十分に行うためには、途中、内容物における混練の足りない部分をできるだけなくすため、一旦、原料投入口を開けて、混練中の内容物の切りかえしを行ったりすることが必要である。切りかえしとは、混練物を偏りなく循環させて均一に混ぜるために行う操作をいう。また、密閉式混合機のフローティングウェイトとケーシングの間には若干の隙間が存在するため、該隙間から粉末状配合剤が混練中に漏れ出てきて、フローティングウェイト上に積もる。よって、このように積もった粉末状配合剤をフローティングウェイト上から落とすためにも、原料投入口を開ける必要が生ずる。
【００２５】
混練工程におけるローターの回転数、混練温度、排出温度は常法に従うものであり、例えば、ローター回転数が１５〜６６ｒｐｍの範囲、混練温度が４０〜１９０℃の範囲、排出温度が１５０〜１７０℃の範囲であることが挙げられる。
【００２６】
＜水分減量処理＞
本発明は、タイヤ用ゴム組成物の原料の混練工程に先立ち、予め、シリカに含まれる水分を、減量する処理を行うものである。
【００２７】
シリカはその製造法や状態に拘らず一般に吸水性であり、容易に含水したり水分を付着したりする。このため、乾燥したシリカであっても、倉庫内に保管しているうちに水分を含むようになる。その水分量は、通常、シリカ全量に対し、約３〜約７質量％であり、多い場合には約８質量％にも達する。一方、タイヤ用ゴム組成物の製造に通常用いる他の原料については、水分含量は極めて低いのが通例であり、シリカの含水量に比較すれば、無視し得る程度でしかない。
【００２８】
密閉式混合機を用いたタイヤ用ゴム組成物の混練においては、上述のとおり、切りかえしなどの場合に原料投入口を開けることが必要となるが、このとき、粉末状配合剤が勢いよく噴き出して空気中に飛散する現象が、従来より確認されていた。本発明者は、かかる現象が、シリカが有していた水分に基づくものであること、すなわち、混練時の温度上昇に伴い、シリカに含まれていた水分が水蒸気となり、これが混練室内の内圧を上昇させ、原料投入口を開口した時に粉末状配合物とともに噴き出するものであることを突き止めた。
【００２９】
例えば、水分量が６質量％のシリカを１ｋｇ配合する場合、そこに含まれている水分量は６０ｇであり、モル数に換算すると約３．３モルである。これらがすべて水蒸気になるとすると、その体積は、下記の「気体の状態方程式」から、１５０℃、１気圧で、約１１４Ｌとなる。通常１バッチで配合するシリカの量は、４０〜８０ｋｇにもなるため、このように大量水蒸気が、内圧を上昇させ、粉末状配合剤噴出の原因となってしまう。
気体の状態方程式：Ｐ（atm）×Ｖ（Ｌ）＝ｎ（モル数）×Ｒ（0.082）×Ｔ（Ｋ）
【００３０】
シリカの水分量を減量処理するにあたり、どの程度まで減量すればよいかは、密閉式混合機の容量、投入する原料の量、使用するシリカの量などにより異なるが、具体的な混練処理にあたり、事前検討することで、各混練作業ごとに、どの程度まで水分量を減量すべきか、当業者であれば容易に設定することが可能である。また、減量すべき水分量が定まれば、具体的な減量処理の方法は、当該減量が達成される限り、いずれの方法を採用しても構わない。例えば、加熱乾燥、減圧乾燥など既存のいずれの方法をも好適に使用することができる。
【００３１】
例えば、本発明の実施例の混練工程においては、シリカの水分量を減じるための具体的な水分減量処理としては、加熱乾燥することが挙げられる。この場合の加熱乾燥の条件としては、例えば、１００℃の温度で１０分間以上加熱することが挙げられる。ここで、シリカの水分量は、カールフィッシャー法により、測定する値である。
【００３２】
以下、本発明の密閉式混合機について説明する。
＜密閉式混合機＞
本発明の密閉式混合機とは、この分野で通常使用される密閉式混合機に、さらに、シリカを密閉式混合機に投入する前にシリカに含まれる水分を減量する処理手段（シリカの水分減量処理手段）を備えてなるものである。ここで、この分野で通常使用される密閉式混合機としては、タイヤ用ゴム組成物の製造方法の項で説明したのと同じものを使用することができる。
【００３３】
（シリカの水分減量処理手段）
本発明において、シリカの水分減量処理手段とは、密閉型混合機にシリカを投入する前に、予め、シリカの水分を減量処理できるものであればよく、特に限定されない。このような水分減量処理は、タイヤ用ゴム組成物の製造方法の項で説明したのと同様に実施することができる。
【００３４】
水分減量処理手段の具体例としては、例えば、密閉式混合機に連結した原料供給タンクであって、その周囲に、供給タンク内を加熱するための蒸気配管を備えた供給タンクが挙げられるが、これに限定されない。
【００３５】
本発明の密閉式混合機の一具体例を示したものが、図１である。該密閉式混合機は、ケーシング１とエンドフレーム２により形成された混練室３と、上記混練室３内に配置され、互いに逆回転されて、ゴム成分、シリカおよびその他の配合剤を混練する１対のローター４と、上記混練室３の上面開口部に連通するシリンダ５と、上記シリンダ５内を昇降するロッド６の下端に取り付けられ、上記混練室３を加圧するフローティングウェイト７と、コンベアベルト１１で運ばれてきたゴム成分を投入する上記シリンダ５の一面側に開口している第一原料（ゴム成分）投入口８と、上記第一原料投入口８の下縁より突設した原料投入ホッパー９と、該原料投入ホッパー９と対向するシリンダ５の他面側に設けられた、第二原料（粉末状配合剤）投入口８ａと、該第二原料投入口８ａの下縁より粉末状配合剤を投入するスライダー９ａを有している。第二原料投入口８ａには計量器１０が連結されており、シリカ、カーボンブラック等の粉末状配合剤は、該計量器１０内で計量されたのち、第二原料投入口８ａを通じて、混練室３に供給される。
【００３６】
該密閉式混合機による混練は、以下のとおり、実施される。すなわち、フローティングウェイト７を上昇させて第一原料投入口８および第二原料投入口８ａを混練室３と連通させ、それぞれの投入口から計量されたゴム成分と粉末状配合剤を供給する。ついで、フローティングウェイト７を降下させて、混練室３を閉じ、加圧密閉状態を形成する。この状態で、１対のローター４を互いに逆回転させて、組成物にせん断力を加え、混練する。混練が終了すると、フローティングウェイト７を上昇させて、シリンダ５内を常圧に戻したのち、エンドフレーム２を下げて、混練物を取り出す。混練中は、通常、第一原料投入口を開けて、オイルなどの配合物の投入や、均等な混練のための混練物の切りかえしや、フローティングウェイト上に積もった粉末状配合剤の掃除などを実施する。
【００３７】
本発明においては、計量器１０に、水分減量処理手段１２が連結されており、シリカは、予め、この水分減量処理手段１２で、水分減量処理に付されたのち、計量器１０、スライダー９ａおよび第二減量投入口８ａを通じて、混練室３に投入される。
【実施例】
【００３８】
本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、これら実施例にのみ限定されるものではない。
【００３９】
＜使用した薬品＞
ゴム成分として、天然ゴム（ＴＳＲ２０）や合成ゴムを含むものを使用し、該ゴム成分１００質量部に対して、シリカ（水分量：８質量％）１０〜１５０質量部、さらに、カーボンブラック、オイルの他、所望により、当該分野で使用される他の薬品を使用した。
【００４０】
＜使用した機器＞
バンバリーミキサー：株式会社神戸製鋼所製のバンバリーミキサー（容量：２７０Ｌ、ローター：４ＷＮ）
【００４１】
＜混練条件＞
混練温度：４０〜１６０℃
混練時間：２．５分間
排出温度：１６０℃
ローター回転速度：４０〜６０ｒｐｍ
【００４２】
比較例１（タンク内温度：１００℃）
上記薬品を、バンバリーミキサーを用いて、上記混練条件により、混練した。この際、シリカは、バンバリーミキサーへの投入に先立ち、予め、水分減量処理に付した。すなわち、該水分減量処理は、シリカを、周囲に加熱用の蒸気配管を備えた供給タンク（３７０Ｌ容）で、タンク内温度１００℃で、５分間保持することにより実施した。混練中、原料投入口を開けた際の、水蒸気噴出に伴う粉末状配合剤の噴出状況、並びに、混練中の最小トルク（ＭＬ）および最大トルク（ＭＨ）を、以下のとおりに観察・測定し、評価した。
【００４３】
（噴出状況）
混練中、フローティングウェイトを上昇させた際の、水蒸気噴出に伴う粉末状配合剤の噴出状況を観察した。噴出が観察されたものを「○」、観察されなかったものを「×」とした。
【００４４】
（ＭＬバラツキ・ＭＨバラツキ）
混練中のＭＬ（最少トルク）とＭＨ（最大トルク）をキュラストメーターにより測定し（単位：ｄＮｍ）、これらのバラツキ（％）を、測定値についての平均値と標準偏差から、下記式により求めた。
バラツキ（％）＝（標準偏差／平均値）×１００
【００４５】
実施例１〜２（タンク内温度：１００℃）
シリカの水分減量処理について、処理時間を、それぞれ、１０分間または１５分間とした以外は、比較例１と同様に処理し、評価も同様に行った。
【００４６】
比較例２〜４（タンク内温度：５０℃）
シリカの水分減量処理について、タンク内温度および処理時間を、それぞれ、５０℃・５分間、５０℃・１０分間、５０℃・１５分間とした以外は、比較例１と同様に処理し、評価も同様に行った。
【００４７】
結果を表１に示す。
【表１】
2016008235.tif 000003
【００４８】
本発明の実施例においては、粉末状配合剤の噴出は見られず、ＭＬおよびＭＨのバラツキも小さかったが、比較例では、噴出が観察されたほか、ＭＬおよびＭＨのバラツキも大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、少なくともゴム成分とシリカを含む、タイヤ用ゴム組成物の原料を密閉式混合機内で混練する場合において、混練中における粉末状配合剤の噴き出しを抑制することができるタイヤ用ゴム組成物の製造方法、および、該製造方法に使用する密閉式混合機を提供することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１    ケーシング
２    エンドフレーム
３    混練室
４    ローター
５    シリンダ
６    ロッド
７    フローティングウェイト
８    第一原料（ゴム成分）投入口
８ａ  第二原料（粉末状配合剤）投入口
９    原料投入ホッパー
９ａ  スライダー
１０  計量器
１１  コンベアベルト
１２  水分減量処理手段
【図１】
2016008235.tif 000004