JP2008284852A

JP2008284852A - ゴム連続混練方法

Info

Publication number: JP2008284852A
Application number: JP2007134360A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Niwa; 勝治丹羽
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】ゴムと充填剤とを混練する場合、特にゴムとの親和性の低い白色無機質充填剤と混練する場合に効率的な混練を行なうことができるゴム連続混練方法を提供する。
【解決手段】原料ゴムを連続して供給し混練を行なう単軸連続混練機１により、第１投入口１６から投入された原料ゴム１９が混練される第１の混練工程と、第１の混練工程で混練された可塑化ゴム２０と第２投入口１７から投入された白色無機質充填剤２１とが混合される混合工程と、混合工程で混合された可塑化ゴム２０と白色無機質充填剤２１との混合物２２に薬剤を投入して混練する第２の混練工程とを少なくとも有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ゴムとゴム充填剤の混練方法およびその混練装置に関するものである。

一般に、白色無機質充填剤は、ゴムの加工性、補強性、経済性などを改善する目的で使用されるが、黒色無機質充填剤に比べ、ゴムとの親和性が低く、分散性が悪い。また、混練により最終的に得られたゴム組成物中の充填剤の分散状態は、混練工程における充填剤投入の直前のゴムの粘度や、充填剤とゴムの混練時間に依存し、それぞれ適切なゴム粘度、混練時間がある。

下記特許文献１には、白色無機質充填剤を含むゴム組成物を分散性がよくなるように製造する方法が示されている。混練ミキサーにより、白色無機質充填剤とゴムとを混練するに際して、ゴムを先行して予備練りした後に、続いて白色無機質充填剤を添加することを特徴とする。これは、ゴムを予備練りしてゴムの流動化を確保し、その後に充填剤を投入することで充填剤自身が圧縮される前に、スムーズにポリマー中に取り込まれるという作用により、分散性が良好な練りゴムが得られるものである。

通常、ゴムと充填剤とを混練する場合、特にゴムとの親和性の低い白色無機質充填剤と混練する場合、親和性を高める薬剤が使用されるが、この薬剤はゴム表面を溶解させるため、混練機のローターとゴムの間で潤滑液のような振る舞いをする。混練機はローターの回転によりせん断を与えるため、ローターおよび壁面とゴムの間に滑りのない方が効率の良い練りが行われる。しかし、特許文献１に開示される混練方法において、上記の薬剤を投入し混練を行なう場合、ゴム表面が薬剤により溶解されることは避けられず、効率的な混練を行なうことが困難である。

特開２００２−３４７０２２号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ゴムと充填剤とを混練する場合、特にゴムとの親和性の低い白色無機質充填剤と混練する場合に効率的な混練を行なうことができるゴム連続混練方法を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係るゴム連続混練方法は、
原料ゴムを連続して供給し混練を行なう単軸連続混練機により、第１投入口から投入された原料ゴムが混練される第１の混練工程と、前記第１の混練工程で混練された可塑化ゴムと第２投入口から投入された白色無機質充填剤とが混合される混合工程と、前記混合工程で混合された前記可塑化ゴムと前記白色無機質充填剤との混合物に薬剤を投入して混練する第２の混練工程とを少なくとも有する。

かかる構成によるゴム連続混練方法の作用・効果を説明する。初めに、単軸連続混練機の上流部に配置された第１投入口から原料ゴムが投入される。投入された原料ゴムは第１の混練工程に搬送され、白色無機質充填剤の分散状態がよくなるための最適な粘度になるまで混練される。

第１の混練工程で混練された可塑化ゴムは、単軸連続混練機の中流部に配置された第２投入口の位置まで搬送され、第２投入口から投入された白色無機質充填剤と混合される。この混合工程では、可塑化ゴムと白色無機質充填剤は、混練されるのではなく、粉体状の白色無機質充填剤が可塑化ゴムに付着し表面を覆うような状態に混合される。

次に、この混合工程で混合された可塑化ゴムと白色無機質充填剤との混合物は、第２の混練工程に搬送されるが、第２の混練工程に到達する直前もしくは到達直後に、ゴムと白色無機質充填剤の親和性を高める薬剤が投入され、第２の混練工程において混合物と薬剤が混練される。

第２の混練工程に到達する直前もしくは到達直後に薬剤を投入することで、薬剤は可塑化ゴムの表面を覆う白色無機質充填剤およびその周辺にある白色無機質充填剤に吸着される。このため、薬剤がゴム表面を溶解させ潤滑液状になることはなく、効率的な混練を行なうことができる。

本発明のゴム連続混練方法において、前記第１の混練工程、前記混合工程、および前記第２の混練工程の長さを変更可能であることが好ましい。

第１の混練工程の長さを変更可能とすることで、原料ゴムの粘度が、白色無機質充填剤の分散状態がよくなるための最適な粘度となるような混練工程とすることができる。また、第２の混練工程の長さを変更可能とすることで、白色無機質充填剤の分散状態がよくなるための最適な充填剤とゴムの混練時間となるような混練工程とすることができる。

また、混合工程の長さを変更可能とすることで、所望のゴム組成物を製造するための原料ゴムと白色無機質充填剤の量に応じた混合時間となるような混合工程とすることができる。

本発明において、前記白色無機質充填剤は例えばシリカが用いられ、前記薬剤は例えばシランカップリング剤が用いられる。

＜ゴム連続混練設備＞
本発明に係るゴム連続混練方法を実施するためのゴム連続混練設備について、図面を用いて説明する。図１は、ゴム連続混練設備の概略構成図である。図２は、図１におけるＡ‐Ａ断面図である。

単軸連続混練機１は、ゴムの連続混練を行うスクリュー２と、スクリュー２を内蔵する円筒状のバレル３とを備える。スクリュー２は、マンドレル４の表面に薄板からなるフィン状のスクリュー羽根５を突設して形成されており、バレル３の端部に設けられたスクリュー駆動装置６に片持ち状に支持されている。スクリュー２はスクリュー駆動装置６によって駆動され、軸回りに所定速度で回転しながら、軸方向に所定距離を往復動可能に構成されている。

スクリュー２は、混練作用が大きい混練用セグメント７と、搬送作用が大きい搬送用セグメント８とが軸方向に交互に連設されており、スクリュー駆動装置６側から、第１搬送部９、第１混練部１０、混合部１１、第２混練部１２、第２搬送部１３を構成している。本実施形態の混練用セグメント７には、図２に示すように、スクリュー羽根５の１ピッチ間に３つの切欠き部が等間隔に形成されており、隣接ピッチの切欠き部は同じ位相で配されている。一方、搬送用セグメント８には、混練用セグメント７よりも大きいピッチでスクリュー羽根５が形成されている。また、バレル３の内面には複数本の剪断ピン１４が突設されており、図２に示すようにスクリュー羽根５の切欠き部に侵入して、混練用セグメント７での混練作用を高めうるように構成されている。

バレル３は、一端にスクリュー駆動装置６が設けられていると共に、その他端に吐出口１５が形成されている。バレル３の上面には、原料ゴムを投入するための第１投入口１６、白色無機質充填剤を投入するための第２投入口１７、ゴムと白色無機質充填剤の親和性を高める薬剤を投入するための薬剤投入ピン１８が設けられている。

＜ゴム連続混練方法＞
次に、本発明に係るゴム連続混練方法の好適な実施形態を図３を用いて説明する。初めに、単軸連続混練機１の上流部に配置された第１投入口１６からペレット状の原料ゴム１９が投入される。

第１投入口１６から投入された原料ゴム１９は、第１搬送部９を構成する搬送用セグメント８の作用により、第１混練部１０に搬送され混練される（第１の混練工程に相当）。

第１混練部１０で混練された可塑化ゴム２０は、単軸連続混練機１の中流部に配置された混合部１１に搬送され、混合部１１の上部に設けられた第２投入口１７から投入された白色無機質充填剤２１と混合される（混合工程に相当）。この混合部１１では、可塑化ゴム２０と白色無機質充填剤２１は、混練されるのではなく、粉体状の白色無機質充填剤２１が可塑化ゴム２０に付着し表面を覆うような状態に混合されながら搬送される。

次に、この混合部１１で混合された可塑化ゴム２０と白色無機質充填剤２１との混合物２２は、第２混練部１２に搬送され、薬剤投入ピン１８から投入された薬剤とともに混練される（第２の混練工程に相当）。ここで、薬剤投入ピン１８は、第２の混練工程に到達する直前もしくは到達直後に薬剤が投入されるように設けられる。これにより、薬剤は可塑化ゴム２０の表面を覆う白色無機質充填剤２１およびその周辺にある白色無機質充填剤２１に吸着される。このため、薬剤がゴム表面を溶解させ潤滑液状になることはなく、効率的な混練を行なうことができる。

なお、原料ゴム１９の形態はペレット状であるが、その形状及び寸法は特に限定されるものではなく、例えばリボン状であってもよい。しかし、ペレット状であることが、第１混練部１０で混練され可塑化ゴム２０の状態になった場合にも、白色無機質充填剤２１が入り込む空間を形成しやすいので好ましい。

また、本発明に係るゴム連続混練方法において、第１混練部１０、混合部１１、および第２混練部１２の長さを変更可能であることが好ましい。本実施形態では、図１のように、第１混練部１０、混合部１１、および第２混練部１２は、それぞれ分割可能に構成してあり、各部のセグメントは追加・除去ができるので、各工程の長さを適宜変更し組み合わせて使用することができる。また、第１投入口１６および第２投入口１７の位置を変更することもできる。

混練により最終的に得られたゴム組成物中の白色無機質充填剤２１の分散状態は、白色無機質充填剤２１投入の直前の可塑化ゴム２０の粘度や、白色無機質充填剤２１と可塑化ゴム２０の混練時間に依存する。そのため、第１混練部１０の長さを変更可能とすることで、可塑化ゴム２０の粘度が最適な粘度となるような混練工程とすることができる。また、第２混練部１２の長さを変更可能とすることで、白色無機質充填剤２１と可塑化ゴム２０の最適な混練時間となるような混練工程とすることができる。また、混合部１１の長さを変更可能とすることで、所望のゴム組成物を製造するための原料ゴム１９と白色無機質充填剤２１の量に応じた混合時間となるような混合工程とすることができる。

本実施形態においては、白色無機質充填剤２１にはシリカを用い、薬剤はシランカップリング剤が用いたが、この組み合わせに限定されるものではなく、その他の白色無機質充填剤２１、薬剤を用いてもよい。

＜発明の効果＞
次に、本発明に係るゴム連続混練方法を用いて製造されたゴム組成物について、白色無機質充填剤２１の分散状態を評価した。

分散状態は、図４のようなねじれ振動式粘度計２３を用いて貯蔵弾性率Ｇ’を測定し、貯蔵弾性率Ｇ’により求められる充填剤分散度を用いて評価した。まず、ねじれ振動式粘度計２３により、試料となるゴム組成物２４を上下に配置された一対の円錐体２５により挟み込み、円錐体２５を回転させたときの貯蔵弾性率Ｇ’を測定した。一般に、貯蔵弾性率Ｇ’と動的ひずみの関係は図５のようになるが、ａはｂに比べて分散状態が良い。

本発明においては、充填剤分散度を、充填剤分散度（％）＝Ｇ’（４５）÷Ｇ’（０．４）×１００とした。ここで、Ｇ’（４５）はひずみ率４５％の動的ひずみを与えたとき出力される動的貯蔵弾性率、Ｇ’（０．４）は同様にひずみ率０．４％の動的ひずみを与えたとき出力される動的貯蔵弾性率であり、充填剤分散度が高い方が分散状態が良好であることを示す。図６に示すように、本実施形態によるゴム組成物は、従来の容量式混練ミキサーを用いて製造されたゴム組成物に比べ、充填剤分散度が約２倍であり、分散状態が良いことがわかる。

ゴム連続混練設備の概略構成図図１におけるＡ−Ａ断面図本発明に係るゴム連続混練方法を示す図ねじれ振動式粘度計の概略図貯蔵弾性率の動的ひずみ依存性白色無機質充填剤の分散度を示すグラフ

符号の説明

１単軸連続混練機
２スクリュー
３バレル
４マンドレル
５スクリュー羽根
６スクリュー駆動装置
７混練用セグメント
８搬送用セグメント
９第１搬送部
１０第１混練部
１１混合部
１２第２混練部
１３第２搬送部
１４剪断ピン
１５吐出口
１６第１投入口
１７第２投入口
１８薬剤投入ピン
１９原料ゴム
２０可塑化ゴム
２１白色無機質充填剤
２２混合物
２３ねじれ振動式粘度計
２４ゴム組成物
２５円錐体

Claims

原料ゴムを連続して供給し混練を行なう単軸連続混練機により、第１投入口から投入された原料ゴムが混練される第１の混練工程と、前記第１の混練工程で混練された可塑化ゴムと第２投入口から投入された白色無機質充填剤とが混合される混合工程と、前記混合工程で混合された前記可塑化ゴムと前記白色無機質充填剤との混合物に薬剤を投入して混練する第２の混練工程とを少なくとも有するゴム連続混練方法。
前記第１の混練工程、前記混合工程、および前記第２の混練工程の長さを変更可能であることを特徴とする請求項１に記載のゴム連続混練方法。