(57)【要約】【課題】連続式混練機を用いて被混練物を混練する際、被混練物に均一かつ大きなせん断力を与えることにより、被混練物中の充填剤などの配合剤の分散性を高め、塊状の被混練物として製造することにより、シート成形が容易なゴム組成物を製造すること。【解決手段】上流側に少なくともゴム成分およびシリカを供給するための主ホッパー口を有し、下流側にゴム成分およびシリカを含む被混練物を排出する排出口を有するバレルと、バレルに回転可能に支持されたスクリューとを備えた連続式混練機を用いたゴム組成物の製造方法。スクリューは、複数のセグメントで構成されており、少なくとも一つのニーディングディスクが配置されたニーディングセグメントを備えるものであり、バレルは、ニーディングセグメントとスクリュー軸方向同位置に配置され、一端がバレルの内壁に固定され、他端がニーディングディスク間の空隙に突出するピン部材を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続式混練機を用いた、少なくともシリカを含有するゴム組成物の製造方法であって、
前記連続式混練機は、
上流側に少なくともゴム成分およびシリカを供給するための主ホッパー口を有し、下流側に前記ゴム成分およびシリカを含む被混練物を排出する排出口を有するバレルと、前記バレルに回転可能に支持されたスクリューとを備え、
前記スクリューは、複数のセグメントで構成されており、少なくとも一つのニーディングディスクが配置されたニーディングセグメントを備えるものであり、
前記バレルは、前記ニーディングセグメントとスクリュー軸方向同位置に配置され、一端が前記バレルの内壁に固定され、他端が前記ニーディングディスク間の空隙に突出するピン部材を備え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】
従来、例えば空気入りタイヤに用いられるゴム組成物においては、発熱しにくくすることで転がり抵抗を低減すること、すなわち転がり抵抗性能を改善することが求められている。また、転がり抵抗性能を改善しつつ、湿潤路面でのグリップ性能（即ち、ウェットグリップ性能）を向上したり、操縦安定性向上のため硬度を高くしたりすることが要求される場合もある。これらの性能は背反の関係にあるため、同時に満足させることは難しい。
【０００２】
上記課題を解決するための方策として、カーボンブラックに代えて、あるいはカーボンブラックと併用して、ゴム組成物中にシリカを配合する場合がある。ただしシリカは、その表面官能基であるシラノール基の水素結合により粒子同士が凝集する傾向があるため、その分散性を高めるためには多くの工夫が必要となる。
【０００３】
下記特許文献１では、エポキシ化天然ゴム及びシリカを含有するマスターバッチＡと、少なくとも一方の重合末端にシラノール基と反応可能な官能基を有する変性スチレンブタジエンゴム及びシリカを含有するマスターバッチＢと、シランカップリング剤とを混練押出機で混練することにより、ゴム組成物中のシリカの分散性を向上する技術が記載されている。また、下記特許文献２では、ゴム成分と、２種以上のポリオルガノシロキサンを含む球状複合粒子と、シリカとを混練し、得られたマスターバッチとシランカップリング剤とを混練することにより、ゴム組成物中のシリカの分散性を向上する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１４１６２号公報
【特許文献２】特開２０１３−４３９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２に記載の技術では、いずれもゴム成分とシリカとを混練する際、均一かつ十分なせん断力が付与されず、シリカの分散性悪化に伴い、混練後に得られた被混練物が塊状にならずに粉状となり、混練後に行うシート成形ができないなどの生産性の問題が発生する場合があることが判明した。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みて開発されたものであり、連続式混練機を用いて被混練物を混練する際、被混練物に均一かつ大きなせん断力を与えることにより、被混練物中の充填剤などの配合剤の分散性を高め、塊状の被混練物として製造することにより、シート成形が容易なゴム組成物を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、下記構成により解決可能である。すなわち本発明は、連続式混練機を用いた、少なくともシリカを含有するゴム組成物の製造方法であって、前記連続式混練機は、上流側に少なくともゴム成分およびシリカを供給するための主ホッパー口を有し、下流側に前記ゴム成分およびシリカを含む被混練物を排出する排出口を有するバレルと、前記バレルに回転可能に支持されたスクリューとを備え、前記スクリューは、複数のセグメントで構成されており、少なくとも一つのニーディングディスクが配置されたニーディングセグメントを備えるものであり、前記バレルは、前記ニーディングセグメントとスクリュー軸方向同位置に配置され、一端が前記バレルの内壁に固定され、他端が前記ニーディングディスク間の空隙に突出するピン部材を備えることを特徴とするゴム組成物の製造方法、に関する。
【０００８】
本発明に係る製造方法によれば、ゴム成分およびシリカを主ホッパー口から供給し、さらに主ホッパー口、あるいは任意のホッパー口からシランカップリング剤などの配合剤を投入する。これらの成分が下流側に向かってバレル内で押し出され、少なくとも一つのニーディングディスクが配置されたニーディングセグメントに到達すると、ゴム成分およびシリカなどにせん断力が付与され、シリカがゴム成分中に分散する。
【０００９】
ここで、本発明においては、ゴム成分およびシリカを含む被混練物が、スクリューを構成するニーディングディスクとバレルに配置されたピン部材との隙間を通過する際、被混練物が十分に圧縮されることにより、ニーディングディスクとピン部材との間で滑ることなく、均一かつ大きなせん断力が付与される。その結果、ゴム成分中のシリカの分散性を高めたゴム組成物を製造することができる。また、シリカの分散性向上に伴い、最終的にバレルの排出口から排出される被混練物（ゴム組成物）は、塊状に排出されるため、後工程でシート成形が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る製造方法において使用可能な単軸の連続式混練機の一例
【図２】前記単軸押出機が備えるスクリューを構成するニーディングセグメントの平断面図の一例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、連続式混練機を用いたゴム組成物の製造方法に関し、連続混練機として、上流側に少なくともゴム成分およびシリカを供給するための主ホッパー口を有し、下流側にゴム成分およびシリカを含む被混練物を排出する排出口を有するバレルと、バレルに回転可能に支持されたスクリューとを備えるものを使用する。
【００１２】
連続式混練機は、スクリューを一つ有する単軸押出機であっても良く、２本のスクリューを有する二軸押出機であっても良く、３本以上、例えば１２本のスクリューをリング状に配置した押出機であっても良い。以下の実施形態では、単軸押出機を例に挙げて説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る製造方法において使用可能な単軸の連続式混練機（以下、単に「単軸押出機」ともいう）の一例を示す。単軸押出機１は、上流側（図面左側）に少なくとも、ゴム成分およびシリカ、必要に応じてカーボンブラックなどの他の配合剤を供給するための主ホッパー口４を有し、投入されたゴム成分およびシリカなどの被混練物を混練しつつ、押出方向Ｆに向かって被混練物を押し出し、下流側（図面右側）の排出口より被混練物を排出するバレル３を備える。本実施形態では、バレル３は主ホッパー口４よりも下流側にシランカップリング剤やオイルなどを供給可能な液体注入装置６を備え、さらに主ホッパー口４よりも下流側に副ホッパー口５を備える。副ホッパー口５からは、加硫系配合剤を供給することが可能であり、適切なセグメント構成を行うことにより、主ホッパー口４から副ホッパー口５手前までの間でノンプロ練り工程を完了し、副ホッパー口５から排出口までの間でファイナル練り工程を完了することができる。これにより、ゴム組成物の生産性が特に向上するとともに、ノンプロ練り工程を経た仕掛品が無くなることから、省スペース化も図れる。
【００１４】
さらに、単軸押出機１は、バレル３に回転可能に支持されたスクリュー２を備える。かかる単軸押出機１のスクリュー２形状やバレル３の長さ（Ｌ）・バレル径（Ｄ）は、通常のゴム業界で使用される任意の単軸押出機が使用可能であり、さらにはバレル長さと外筒径との比率（Ｌ／Ｄ）も任意に設定可能である。また、スクリュー２は加熱式スクリューであっても良い。
【００１５】
スクリュー２は、複数のセグメントで構成されており、例えばゴム成分およびシリカなどの搬送を目的とした螺旋ねじ（フライト）のみからなるフルフライトが配置されたセグメント、さらには少なくとも一つのニーディングディスクが配置されたニーディングセグメントを備える。図２に、単軸押出機１が備えるスクリュー２を構成するニーディングセグメント２０の平断面図の一例を示す。ニーディングセグメント２０には、少なくとも一つのニーディングディスク２１が配置されており、ニーディングセグメント２０を通過する間、ゴム成分およびシリカなどの被混練物は、均一かつ大きなせん断力を受ける。原料となるゴム成分の熱劣化を防止しつつ、配合剤の分散性を高める見地から、スクリュー２全長に対するニーディングセグメント２０長さの比率としては、例えば０．５〜６０％、好ましくは０．５〜４５％が挙げられる。
【００１６】
特に本発明では、バレル３は、ニーディングセグメント２０とスクリュー軸方向Ｆで同じ位置に配置され、一端がバレル３の内壁に固定され、他端がニーディングディスク２１間の空隙に突出するピン部材３１を有するため、スクリュー２を構成するニーディングディスク２１とバレル３に配置されたピン部材３１との隙間で、ゴム成分およびシリカに均一かつ大きなせん断力を付与することができる。
【００１７】
本発明において製造するゴム組成物の原料としては、当業者に公知のものを使用可能である。
【００１８】
ポリマー成分（ゴム成分）としては、例えばジエン系ゴムが挙げられ、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）、ポリスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられる。必要に応じて、末端を変性したもの（例えば、末端変性ＢＲ、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）も好適に使用可能である。
【００１９】
本発明においては、ゴム組成物中にシリカを少なくとも含むが、シリカ以外にカーボンブラックを含んでも良い。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。
【００２０】
シリカおよびカーボンブラック以外の配合剤としては、シランカップリング剤、老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックス、オイルなどの軟化剤、加工助剤、有機酸金属塩、メチレン受容体とメチレン供与体などが挙げられる。
【００２１】
有機酸金属塩としては、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、ホウ酸コバルト、オレイン酸コバルト、マレイン酸コバルト、ホウ酸三ネオデカン酸コバルトなどが挙げられる。
【００２２】
メチレン受容体としては、フェノール類化合物、またはフェノール類化合物をホルムアルデヒドで縮合したフェノール系樹脂が用いられる。かかるフェノール類化合物としては、フェノール、レゾルシンまたはこれらのアルキル誘導体が含まれる。アルキル誘導体には、クレゾール、キシレノールなどのメチル基誘導体、ノニルフェノール、オクチルフェノールなどの長鎖アルキル基による誘導体が含まれる。フェノール類化合物は、アセチル基などのアシル基を置換基に含むものであってもよい。
【００２３】
また、フェノール類化合物をホルムアルデヒドで縮合したフェノール系樹脂には、レゾルシン−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂（フェノール−ホルムアルデヒド樹脂）、クレゾール樹脂（クレゾール−ホルムアルデヒド樹脂）など、さらには複数のフェノール類化合物からなるホルムアルデヒド樹脂などが含まれる。これらは、未硬化の樹脂であって、液状または熱流動性を有するものが用いられる。
【００２４】
これらの中でも、ゴム成分や他の成分との相溶性、硬化後の樹脂の緻密さ、さらには信頼性の見地から、メチレン受容体としてはレゾルシンまたはレゾルシン誘導体が好ましく、特には、レゾルシン、またはレゾルシン−アルキルフェノール−ホルマリン樹脂が好ましい。
【００２５】
上記メチレン供与体としては、ヘキサメチレンテトラミンまたはメラミン樹脂が用いられる。かかるメラミン樹脂としては、例えば、メチロールメラミン、メチロールメラミンの部分エーテル化物、メラミンとホルムアルデヒドとメタノールの縮合物などが用いられ、その中でもヘキサメトキシメチルメラミンが特に好ましい。
【００２６】
老化防止剤としては、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、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、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の老化防止剤を単独、または適宜混合して使用しても良い。
【００２７】
加硫系配合剤としては、硫黄系加硫剤や加硫促進剤が挙げられる。硫黄系加硫剤としての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。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。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
被混練物を所定の配合処方に基づき、単軸押出機１へ投入し、ニーディングディスクを配置した混練部の圧力を３ＭＰａ以上にして混練したところ塊状で排出でき、シート状にすることが可能であった。
【符号の説明】
【００２９】
１  単軸押出機
２  スクリュー
３  バレル
４  主ホッパー
５  副ホッパー
６  液体注入装置
２０  ニーディングセグメント
２１  ニーディングディスク
３１  ピン部材
【図１】
2017114076.tif 000003
【図２】
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