JP2002201311A - 廃棄ゴム含有複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄加硫ゴム材料本来の低コスト性を維持し
つつ、廃棄ゴムの加硫ゴムとしての特性を活かして、幅
広い用途への再利用を可能にする、廃棄ゴム含有複合材
料、それを用いたタイヤ用配合物、耐衝撃性能改質材料
およびアスファルト系弾性舗装材料を提供する。 【解決手段】 ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と廃棄加
硫ゴムとが、混練され、複合化されてなる廃棄ゴム含有
複合材料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用済みタイヤ等
から発生する廃棄加硫ゴムを有効にマテリアルリサイク
ルする技術に関し、詳しくは、かかる廃棄加硫ゴムをリ
サイクルすることにより得られる廃棄加硫ゴム含有複合
材料（以下、単に「複合材料」とも称する）並びにそれ
を用いたタイヤ用配合物、耐衝撃性能改質材料およびア
スファルト系弾性舗装材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、廃タイヤ等の廃棄加硫ゴムを
有効に再資源化するための技術として、種々のリサイク
ル方法が提案されている。かかる廃棄ゴムのリサイクル
方法としては、（１）サーマルリサイクル（セメント焼
成用燃料として利用）、（２）リユース（更生タイ
ヤ）、（３）マテリアルリサイクル（粉体状にし、必要
に応じて脱硫処理等を施した再生ゴムの新品タイヤへの
再利用、チップ状ゴムを舗装に適用した低騒音弾性舗装
等）、（４）ケミカルリサイクル（加硫ゴムに何らかの
処理を施し、未加硫ゴムやオイルといった原材料として
再利用）等が挙げられる。

【０００３】これらのリサイクル方法の中で、現在もっ
とも利用割合が高いのはサーマルリサイクルによる燃料
としてのリサイクル方法であるが、近年、燃料としてで
はなく、材料としての廃棄ゴムの再利用の途が模索され
ている。しかし、更生タイヤは新品と同等の性能を出す
ことが難しく、ケミカルリサイクルへの取り組みも、近
年行われているが、コスト性を伴った工業的技術は確立
されていない。このような中で、現在、期待されている
のがマテリアルリサイクルである。

【０００４】マテリアルリサイクルには、脱硫処理によ
り性能面の向上を図る方法として、 リクレーム法（タイヤへのリサイクル方法として国内
で主流を占める方法）、剪断法（特開平９−２２７７
２４号、特開２０００−１２８９０１号公報等、近年多
くの出願がなされている）、マイクロ波法（特開平５
−１３３５１４号公報等に記載）、超音波法（特表平
８−５０１２５８号公報等に記載）等があり、また、加
硫ゴムを粉末状またはチップ状にして利用する方法とし
て、低騒音弾性舗装（接着バインダーとしてウレタ
ン、エポキシを使用（特許２８６９４５９号、特許２８
６９４５８号公報等に記載））、粉体ゴムの小粒径化
によるタイヤへの再利用（タイヤへのリサイクル法とし
てアメリカでは主流を占める（特開平１０−１２８７５
２号公報））等がある。さらに、廃棄加硫ゴムを一体化
し成形物として利用する方法として、ウレタン、コン
クリート、モルタル等のバインダーにより一体化する方
法（特開２０００−４３０６９号、実開昭５６−５７３
３０号、実開平７−１０４６号公報に記載）、ゴムチ
ップの圧着成形（特開平６−２７０１５１号に記載）等
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】廃棄加硫ゴムから得ら
れるゴムはもともと安価な材料であるため、加工コスト
を低減した材料として市場に出すことができれば有効活
用が可能である。しかしながら、これら従来のリサイク
ル方法では、結果的に高コストとなり、用途の限定され
た材料しか得られていなかった。

【０００６】即ち、脱硫処理によるマテリアルリサイク
ルは有効な処理方法ではあるが、タイヤ等に再利用する
ためには廃棄ゴムをできるだけ完全に脱硫することが必
要とされるため、処理自体に大きなエネルギーを要する
という問題があった。また、従来の脱硫処理では、弾性
等の加硫ゴム特有の特性を活かしたリサイクルには不向
きであるという難点もあった。

【０００７】また、加硫ゴムをチップ状や粉体状にして
使用する場合の最大の問題点は加硫ゴム表面での接着力
をどう高めるかである。チップ状や粉体状の加硫ゴムを
マトリックス材料と混合して用いる場合、加硫ゴムをそ
のままマトリックス（未加硫ゴムや樹脂、アスファルト
等）中に分散させても、ゴムとマトリックスとの界面で
の接着性が低いために力学性能が大きく低下してしま
い、良好な材料とはならない。しかし、この点に関して
は、加硫ゴムのまま再利用するという技術は、上記の脱
硫処理ほどには十分な技術開発がされていないのが現状
である。例えば、近年技術開発が進められている舗装分
野においては、ウレタン、エポキシ等の硬化性バインダ
ーを適用した技術が実現されているが、十分満足できる
接着力は得られていなかった。また、特殊なバインダー
を用いるために適用範囲が狭く、その舗装を再度リサイ
クルする場合には、硬化系バインダーが不純物として作
用して、逆にリサイクルを阻害するという問題もあっ
た。さらに、この技術のタイヤへの適用に関しては、新
ゴムのマトリックス中では舗装で用いるバインダーの使
用が難しいため、タイヤへの適用は困難であった。

【０００８】さらに、加硫ゴムを単純に圧縮成形するだ
けでは、加硫ゴム間の接着が殆ど確保できず、成形体と
しての性能が不十分となっていた。

【０００９】そこで本発明の目的は、廃棄加硫ゴム材料
本来の低コスト性を維持しつつ、廃棄ゴムの加硫ゴムと
しての特性を活かして、幅広い用途への再利用を可能に
する、廃棄ゴム含有複合材料、それを用いたタイヤ用配
合物、耐衝撃性能改質材料およびアスファルト系弾性舗
装材料を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、以下の通りである。 （１）ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と廃棄加硫ゴムと
が、混練され、複合化されてなることを特徴とする廃棄
ゴム含有複合材料である。

【００１１】（２）前記（１）の複合材料において、前
記廃棄加硫ゴムの平均径が１μｍ〜５０ｍｍである請求
項１記載の廃棄ゴム含有複合材料である。

【００１２】（３）前記（１）または（２）の複合材料
において、前記廃棄加硫ゴムの配合量が２０〜９９体積
％である廃棄ゴム含有複合材料である。

【００１３】（４）前記（１）〜（３）のうちいずれか
の複合材料において、前記ポリオレフィン系熱可塑性樹
脂が超高分子量ポリエチレンである廃棄ゴム含有複合材
料である。

【００１４】（５）前記（１）〜（４）のうちいずれか
の複合材料において、前記ポリオレフィン系熱可塑性樹
脂と廃棄加硫ゴムとに対し、ラジカル発生剤が添加され
て混練されている廃棄ゴム含有複合材料である。

【００１５】（６）前記（１）〜（５）のうちいずれか
の廃棄ゴム含有複合材料が、新ゴム中に分散されてなる
ことを特徴とするタイヤ用配合物である。

【００１６】（７）前記（１）〜（５）のうちいずれか
の廃棄ゴム含有複合材料が、マトリックス中に分散され
てなることを特徴とする耐衝撃性能改質材料である。

【００１７】（８）前記（１）〜（５）のうちいずれか
の廃棄ゴム含有複合材料と、骨材と、改質アスファルト
とが混合されてなるアスファルト系弾性舗装材料であ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。本発明の廃棄ゴム含有複合材料
は、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と廃棄加硫ゴムと
が、混練され、複合化されてなることを特徴とするもの
である。本発明における加硫ゴム／オレフィン系樹脂間
の接着性発現のメカニズムとしては、主として加熱によ
るパーオキサイド架橋とオレフィン／加硫ゴム間のアン
カー効果と考えられる。これにより、加硫ゴムとポリオ
レフィン系樹脂とを混練して複合材料とすることで、加
硫ゴム／オレフィン系樹脂間に接着性が発現して、この
複合材料をマトリックス中に分散させた場合には、その
力学性能を従来に比して大きく向上することができる。
また、オレフィン系樹脂が熱可塑性樹脂であるために、
本発明の複合材料自体は、再利用等のリサイクルを行う
ことも容易である。

【００１９】本発明の複合材料に用いる廃棄加硫ゴムと
しては、特に材質等は制限されず、天然ゴムやイソプレ
ンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチ
レン−プロピレンゴム等を利用することができる。この
廃棄加硫ゴムの平均径は、好ましくは１μｍ〜５０ｍ
ｍ、より好ましくは１０μｍ〜３０ｍｍ、さらに好まし
くは３０μｍ〜１０ｍｍである。粒径が１μｍ未満であ
ると、加硫ゴムの比表面積が大きすぎて複合化する樹脂
量が多くなり、加硫ゴムのリサイクルには適さなくなる
とともに、小粒径化にコストがかかってしまうために、
本発明の目的である幅広い分野への適用には不向きであ
る。一方、粒径が５０ｍｍを超えると、汎用の混練装置
では加工が難しいため、コスト高となり好ましくない。

【００２０】また、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂とし
ては、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリスチレン等を使用することができるが、
特には、分子量１００万〜６００万程度の、分子鎖の長
い超高分子量ポリエチレンが、本発明においては効果的
である。超高分子量ポリエチレンは分子量が数百万と大
きいため、他のポリオレフィン系樹脂と比較して、加硫
ゴムと相互作用を持つ分子鎖が長い状態となる。従っ
て、これがマトリックス中に分散することで、マトリッ
クス分子との間の相互作用が非常に大きく働いて、結果
として、界面接着性の改良効果が大きくなるのである。

【００２１】本発明の複合材料においては、廃棄加硫ゴ
ムの配合量が好ましくは２０〜９９体積％、より好まし
くは３０〜９７体積％、特に好ましくは４０〜９５体積
％である。配合量が２０体積％未満では、廃棄ゴムの量
が少なすぎて、目的とする廃棄ゴムのリサイクルによる
有効利用の観点から好ましくない。一方、９９体積％を
超えると、ポリオレフィン系樹脂の量が少なすぎて、複
合化による性能向上が得られない。

【００２２】これらの複合化において混練を行う混練装
置としては、特に制限はなく、例えば、バンバリー、ニ
ーダー、単軸押出機、多軸押出機、ロール等を使用する
ことができる。混練条件は、使用目的に応じて適宜設定
でき、例えば、廃棄加硫ゴムの粒径を混練により変化さ
せたくない場合には、シェアを低くするように充填量や
回転数を低く設定する。また、加熱によるパーオキサイ
ド架橋は必ずしも混練中に行われていなくてもよく、低
い温度で混練した混合材料をマトリックス中に分散させ
る時点、もしくはその後に加熱処理を行ってもよい。い
ずれの場合においても、架橋のための加熱温度は８０〜
３００℃、好ましくは１００〜２５０℃、さらに好まし
くは１２０〜２００℃である。８０℃未満では、パーオ
キサイド架橋が十分に進行せず、本発明の接着性向上効
果が得られない。一方、３００℃を超えると、材料の劣
化が起こり、性能が低下する。

【００２３】また、ポリオレフィン系樹脂と廃棄加硫ゴ
ムとの複合化のための混練時には、ラジカル発生剤を添
加することが好ましい。複合化においては、単純にポリ
オレフィンと加硫ゴムとのみからなる系であっても十分
効果が得られるが、この系にラジカル発生剤を配合する
と、複合の効果をより良好に得ることができる。これ
は、ラジカル発生剤がパーオキサイド架橋を促進するこ
とで、界面接着性の改良効果が大きくなるためである。

【００２４】ラジカル発生剤としては、特に材質等は制
限されず、混練条件等の加工条件に応じて、反応性の高
いものまたは低いものを任意に選ぶことができるが、特
には、１分間の半減期を得るための分解温度が８０℃〜
３００℃のものが好ましい。

【００２５】ポリオレフィン系樹脂は、未加硫ゴムと良
好に接着することが知られている。従って、本発明の複
合材料は、新ゴム中に分散させることによりタイヤ用配
合物に適用することができる。本発明の複合材料をタイ
ヤに配合することによって、従来対比、摩耗性等の性能
低下を小さくすることができ、その結果、従来になくリ
サイクルゴムを高充填したタイヤの作製が可能になる。

【００２６】また、本発明の複合材料をプラスチック等
のマトリックス中に分散させることにより、マトリック
ス単体と比較して耐衝撃性能を改良した耐衝撃性能改質
材料を得ることができる。この場合のマトリックスとし
ては、特に制限はなく、目的によって任意の材料を使用
でき、例えば、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリスチレ
ン、ポリエチレン、フッ素樹脂、架橋ポリエチレン等が
挙げられる。

【００２７】さらに、この複合材料を骨材および改質ア
スファルトと混合することにより、アスファルトバイン
ダーによる弾性舗装材料を作製することができる。通常
の加硫ゴムでは改質アスファルトとの接着力が不十分で
あるが、本発明の複合材料を用いた場合、改質アスファ
ルト中のポリマー成分（通常、ＳＢＳ等のエラストマ
ー）とポリオレフィンとの絡み合い効果等により、両者
間の接着力を向上することができ、その結果、汎用性の
高いアスファルト系弾性舗装材料を得ることができる。

【００２８】この場合、用いる骨材としては、特に制限
はなく、川砂利、川砂等の天然の骨材や砕石、スラグ、
コンクリート、ガラス、ＦＲＰ等のリサイクル骨材を使
用することができる。この骨材に使用する石材、砂等
は、完成した舗装の強度、耐摩耗性を確保し、表面に露
出して防滑作用を得るためのものである。石材は互いに
噛み合って荷重を分散させる機能を持つことが好まし
く、このため、砕石のような尖った形状で硬い物が適当
である。また、粒径０．５〜３０ｍｍの粗粒骨材に対し
て、粒径０．５ｍｍ以下の細粒骨材を５体積％以上混合
することが好ましい。粗粒骨材は、主として通水性を得
るために多孔質構造を形成するものであり、互いに噛み
合って隙間を形成するような、砕石のような尖った形状
で硬いものが適当である。一方、細粒骨材は、大型の粗
粒骨材の表面に付着してタイヤ等に対して防滑作用（サ
ンドペーパーのような研磨効果）をもたらすこととな
る。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づき説明する。 １．材料 実施例および比較例のサンプルを作製するための材料と
しては、以下に示すものを使用した。 （１）廃棄加硫ゴム 村岡ゴム（株）製、グレード名２０５０、ＴＢＲ使用済
みタイヤから作製したゴムチップ（粒径２ｍｍ〜５ｍ
ｍ） （２）ポリオレフィン系熱可塑性樹脂 超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）：三井石油
化学（株）製、ハイゼックス ミリオン３４０Ｍ（分子
量３４０万） ポリエチレン（ＰＥ）：出光石油化学（株）製、１３
０Ｊ （３）ラジカル発生剤 日本油脂（株）製、パーブチルＺ （４）マトリックス材料 ポリプロピレン（ＰＰ）：住友化学（株）製、ノーブ
レンＨ５０１ タイヤ用ゴムとして、下記表１に示す配合を用いた。

【００３０】

【表１】 ＊）ＲＤ：２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロ
キノリン ＊＊）ＮＯＢＳ：Ｎ−オキシジエチレン−２−ベンゾチ
アジルスルフェンアミド

【００３１】２．廃棄ゴムとポリオレフィンの前混練 下記表２および表３の重量比に従い、廃棄ゴムおよびポ
リオレフィン系樹脂に適宜ラジカル発生材を添加した配
合を、東洋精機（株）製ラボプラストミルにて混練し
て、実施例１〜８の複合材料を作製した。混練条件は１
６０℃×５分、６０ｒｐｍ、充填率８０％とした。

【００３２】３．マトリックスとの混練 次に、同じく下記表２および表３中の配合に従い、上記
で作製した複合材料または廃棄ゴムとマトリックス材料
とを、東洋精機（株）製ラボプラストミルにて混練し
た。尚、比較例２、３および５、６については、廃棄ゴ
ムおよびマトリックス材料とともにポリオレフィン系樹
脂を一括投入して、混練を行った。混練条件は、ＰＰ
マトリックスについては、１２０℃×５分、６０ｒｐ
ｍ、充填率８０％とし、また、タイヤ用ゴムマトリッ
クスについては、７０℃×５分、６０ｒｐｍ、充填率８
０％とした。

【００３３】４．サンプル作製 混練した材料を、幅１５ｍｍ×厚み８ｍｍ×長さ１０ｃ
ｍの短冊状に成形した。ここで、マトリックスがタイヤ
用ゴムのものについては、１５０℃×３０分の条件で、
加硫ゴムとして所定形状に成形した。

【００３４】５．性能評価 作製したサンプルについて、引っ張り試験および衝撃試
験を行い、破断強度および衝撃強度を評価した。試験
は、同一サンプルにつき３回づつ行い、その平均値を求
めた。これらの結果を、下記表２および表３中に示す。
尚、表２および表３中、破断強度および衝撃強度は、比
較例１および４を１００として、指数化して示した。数
値が大なる程結果が良好である。表３中の衝撃強度は、
マトリックスがゴムのため、評価しなかった。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】上記表２および表３の結果から、廃棄ゴム
とポリオレフィン系熱可塑性樹脂とを混練して作製した
複合材料を用いた実施例においては、破断強度や衝撃強
度における力学性能が大幅に向上しており、これによ
り、ポリオレフィン系樹脂と廃棄ゴムとの複合化が廃
棄ゴムのリサイクルにおいて有効であること、マトリ
ックスに分散させる前に、上記複合化の工程を行うこと
が重要であること、が確かめられた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、廃棄加硫ゴムをポリオレフィン系熱可塑性樹脂と複
合化することにより、この加硫ゴムとマトリックスとの
接着性を大きく向上することができ、汎用性の高い廃棄
ゴムのマテリアルリサイクル処理が可能である。本発明
は、廃棄加硫ゴムからタイヤへの再利用、耐衝撃性能改
質用の添加剤、アスファルト舗装へのリサイクルゴムの
使用による低騒音舗装等に適用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 95/00 Ｃ０８Ｌ 95/00 Ｅ０１Ｃ 7/26 Ｅ０１Ｃ 7/26

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と廃棄加
   硫ゴムとが、混練され、複合化されてなることを特徴と
   する廃棄ゴム含有複合材料。
2. 【請求項２】 前記廃棄加硫ゴムの平均径が１μｍ〜５
   ０ｍｍである請求項１記載の廃棄ゴム含有複合材料。
3. 【請求項３】 前記廃棄加硫ゴムの配合量が２０〜９９
   体積％である請求項１または２記載の廃棄ゴム含有複合
   材料。
4. 【請求項４】 前記ポリオレフィン系熱可塑性樹脂が超
   高分子量ポリエチレンである請求項１〜３のうちいずれ
   か一項記載の廃棄ゴム含有複合材料。
5. 【請求項５】 前記ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と廃
   棄加硫ゴムとに対し、ラジカル発生剤が添加されて混練
   されている請求項１〜４のうちいずれか一項記載の廃棄
   ゴム含有複合材料。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれか一項記載の
   廃棄ゴム含有複合材料が、新ゴム中に分散されてなるこ
   とを特徴とするタイヤ用配合物。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のうちいずれか一項記載の
   廃棄ゴム含有複合材料が、マトリックス中に分散されて
   なることを特徴とする耐衝撃性能改質材料。
8. 【請求項８】 請求項１〜５のうちいずれか一項記載の
   廃棄ゴム含有複合材料と、骨材と、改質アスファルトと
   が混合されてなることを特徴とするアスファルト系弾性
   舗装材料。