JP2013136707A

JP2013136707A - ゴム組成物の製造方法およびゴム組成物

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Publication number: JP2013136707A
Application number: JP2011289273A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyasaka; 孝宮坂
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: DE112012005526T5; MY182740A; CN104024310A; JP5922403B2; US20140249250A1; US9790333B2; WO2013099331A1; DE112012005526B4; CN104024310B

Abstract

【課題】充填剤の分散性に優れ、加硫後のゴムの低発熱性能が向上し、かつ熱劣化が抑制されたゴム組成物および製造方法を提供すること。
【解決手段】ゴムウエットマスターバッチを含有するゴム組成物の製造方法において、素練り工程および混練工程を同一の混合分散機を使用して行い、素練り工程では、制御部によって回転速度の自動制御が可能な攪拌ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な密閉された混練室内に、ゴムウエットマスターバッチを投入するステップ１と、制御部に対して第１制御時間および第１目標温度に関する設定を行うステップ２と、２つのステップの完了後、第１制御時間が経過するまでの間、混練室内の実測温度に関する情報および第１目標温度に基づき、制御部によって実測温度を第１目標温度とするためのＰＩＤ制御によって回転速度を自動制御しながら混練室内を攪拌するステップ３と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴムウエットマスターバッチを含有するゴム組成物の製造方法およびゴム組成物に関し、特に充填材の分散性に優れ、加工性や補強性、さらには低発熱性能などのゴム物性が向上したゴム組成物の製造方法、および該製造方法で製造されたゴム組成物に関する。

一般に、ゴム製品の原料となるゴム組成物は、以下の３つの工程を経て製造される。
（素練り工程）
ゴム成分単独、あるいはカーボンブラックなどの充填剤のみを含有し、他の配合剤を含まないゴム成分を、混合分散機を使用して練る工程。素練り工程により、ゴム成分中のゴム分子鎖が切断されつつ、分子鎖の長さが均一化される。加えて、ゴム成分の弾性が減じ可塑化が高まり、以後のゴム練り加工性が良好なものとなる。
（混練工程）
素練り工程後に得られたゴム成分に、ステアリン酸、亜鉛華、老化防止剤など、加硫系配合剤以外の配合剤を投入し、素練り工程で配合していない場合は充填剤をさらに投入して、混合分散機を使用して練る工程。混練工程において、これらの配合剤がゴム成分に混ざることにより、加硫後のゴム製品の強度を高める、ゴムの混練加工性を良好なものとする、ゴム分子鎖の切断により生じたラジカルに起因するゴムの劣化を防止する、などの効果が得られる。
（加硫系配合剤混練工程）
混練工程後に得られたゴム組成物に、硫黄などの加硫剤や加硫促進剤といった加硫系配合剤を投入し、全体を練り混ぜる。加硫系配合剤混練工程後に得られたゴム組成物を所定温度以上に加熱すると、ゴム組成物中の加硫剤はゴム分子と反応し、ゴム分子間に橋架け構造を形成して分子が三次元ネットワーク化し、ゴム弾性が付与される。

上記の３つの工程は、一般に連続して行われるものではなく、例えば素練り工程後に得られたゴム成分は、一旦混合分散機から排出され、再度、他の混合分散機内に投入された後、混練工程が行われる場合が多い。しかしながら、素練り工程後に一旦排出され、室温付近まで冷やされたゴムを、混練工程において再度、加熱しつつ混練することは、無駄なエネルギーを費やすことになる。さらに、一旦冷えた状態のゴム成分に機械的エネルギーを付与して混練すると、加熱によるゴム粘度の低減が十分でないことから、少なくともゴム成分の一部分に高せん断力が付与される。その結果、ポリマー分子が過度に切断され、最終的に得られる加硫ゴムの引張応力などが低下するなどの問題がある。

下記特許文献１では、第一混練機でゴム成分と充填剤とを含有するマスターバッチを素練りした後、第二混練機を使用して、さらに配合剤を混合するゴム組成物の製造方法が記載されている。しかしながら、かかる製造方法では、上記の問題を解決し得るものではない。

下記特許文献２ではゴムの素練り工程に工夫を施したゴム組成物の製造方法が記載されている。しかしながら、かかる製造方法では、配合剤を混練する工程は従来方法と同じであり、やはり上記の問題を解決し得るものではない。

特開２０１０−６５１２６号公報特開２０１１−５１１１４８号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充填剤の分散性に優れ、加硫後のゴムの低発熱性能が向上し、かつ熱劣化が抑制されたゴム組成物および製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち、本発明は、ゴムウエットマスターバッチを含有するゴム組成物の製造方法であって、前記ゴムウエットマスターバッチのみを可塑化・分散化させる素練り工程と、前記素練り工程後に得られた前記ゴムウエットマスターバッチに加硫系配合剤以外の配合剤を加えて混合する混練工程とを備え、前記素練り工程および前記混練工程は、同一の混合分散機を使用して行われるものであり、前記素練り工程は、制御部によって回転速度の自動制御が可能な攪拌ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な密閉された混練室内に、前記ゴムウエットマスターバッチを投入するステップ１と、前記制御部に対して第１制御時間および第１目標温度に関する設定を行うステップ２と、前記２つのステップの完了後、前記第１制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記第１目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記第１目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を攪拌するステップ３と、を有することを特徴とするゴム組成物の製造方法、に関する。

上記製造方法によれば、素練り工程および混練工程が、同一の混合分散機を使用して行われる。つまり、素練り工程後に、ゴムウエットマスターバッチが混合分散機より排出されることなく、引き続き同一の混合分散機内で混練工程が実施される。したがって、素練り工程の後、ゴム成分の温度低下を招くことなく、引き続き混練工程を実施することができる。このため、混練工程において、ゴムウエットマスターバッチ中のポリマー分子の過度の切断が防止され、最終的に得られる加硫ゴムの引張応力などのゴム物性を維持することができる。

また、制御部によって攪拌ロータの回転速度がＰＩＤ制御による自動制御がなされることで、一定の時間にわたって、混練室内の温度を一定の範囲内に留めることができる。これにより、温度を維持しながら一定時間にわたって混練室内で素練りすることができるので、ゴム成分全体の温度を所定の温度にて均一に保つことができる。その結果、局所的なゴムの過熱などによる、ゴム分子同士の反応や網目鎖（三次元）結合の発生を防止することができ、ゴムの劣化を防止し、良好なゴム物性を示す加硫ゴムの原料となるゴム組成物を製造することができる。

さらに、上記製造方法によれば、必ずしも冷却装置を備えなくとも、第１目標温度よりも低い温度に留めることができるため、安価で且つ省スペースな設備によって良好な特性を示すゴム組成物を製造することができる。

上記製造方法において、前記素練り工程における前記第１目標温度が、１８０℃以下であることが好ましい。かかる構成によれば、ゴム組成物の劣化を防止し、かつ低発熱性能を向上することができる。

上記製造方法において、前記混練工程は、前記ゴムウエットマスターバッチが存在する前記混練室内に、加硫系配合剤以外の配合剤を投入するステップ４と、前記制御部に対して第２制御時間および第２目標温度に関する設定を行うステップ５と、前記２つのステップの完了後、前記第２制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記第２目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記第２目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を攪拌するステップ６と、を有することが好ましい。かかる構成によれば、混練工程においてもＰＩＤ制御を行うため、温度を維持しながら一定時間にわたって混練室内で素練りすることができる。したがって、混練工程においても、局所的なゴムの過熱などによる、ゴム分子同士の反応や網目鎖（三次元）結合の発生をより効果的に防止しつつ、加硫系配合剤以外の配合剤をゴム成分中に効果的に分散させることができる。

上記のとおり、本発明に係るゴム組成物は、前記いずれかに記載の製造方法で製造されたものであるため、充填剤の分散性に優れ、加硫後のゴムの低発熱性能が向上し、かつ熱劣化が抑制されている。

本発明に係る混練装置の概略構造図である。本装置において制御部からのＰＩＤ制御の下での、混練室内の実測温度およびモータの回転数の変化を経時的に示したグラフである。

本発明に係るゴム組成物の製造方法では、素練り工程および混練工程を同一の混合分散機を使用して行う。かかる混合分散機としては、噛合式バンバリーミキサー、接線式バンバリーミキサー、ニーダーなどが使用可能であるが、特に噛合式バンバリーミキサーが好適に使用可能である。以下に、混合分散機として噛合式バンバリーミキサーを例示して説明する。

図１に本発明で好適に使用可能な噛合式バンバリーミキサー（以下、本装置１ともいう）の模式図を示す。図１に示す本装置１は、密閉式のミキサーであり、ラム４の昇降に用いられるシリンダ２、加工材料を投入するための投入口３、材料を混練するための混練室５、混練されたゴムを排出するためのドロップドア７を備える。ラム４は、昇降によって混練室５内の圧力を調整するために配置されている。

混練室５には、材料を攪拌するための一対の攪拌ロータ６が備えられ、この撹拌ロータ６はモータ（不図示）によって回転軸１２を中心に回転駆動される。また、混練室５には、同室内の温度を検出するための温度センサ１３が備えられている。この温度センサ１３は、例えばドロップドア７の内側に設置されるものとしても構わない。

攪拌ロータ６を回転させるモータは、制御部１１からの制御信号に基づいて回転速度が調整される。制御部１１は、温度センサ１３から送られる混練室５内の温度情報に基づき、モータの回転速度の制御を行う。モータは制御部１１によって回転速度を自在に変化できる構成であれば良く、例えばインバータモータで構成される。

より具体的には、モータの回転速度は、制御部１１の内部に設けられるＰＩＤ演算処理部によって、温度センサ１３が検出する混練室５内の実測温度Ｔｐと目標温度Ｔｓとの偏差から、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、および微分（Ｄ）の演算の実行に基づくＰＩＤ制御を実行する。即ち、前記ＰＩＤ演算処理部は、温度センサ１３が検出する混練室５内の実測温度Ｔｐと目標温度Ｔｓとの差（偏差ｅ）に比例して制御量を算出する比例（Ｐ）動作、偏差ｅを時間軸方向に積分した積分値により制御量を算出する積分（Ｉ）動作、および偏差ｅの変化の傾きすなわち微分値より制御量を算出する微分（Ｄ）動作によって得られる各制御量の合算値により、モータの回転速度を決定する。

本発明に係るゴム組成物の製造方法において、素練り工程は、制御部によって回転速度の自動制御が可能な攪拌ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な密閉された混練室内に、前記ゴムウエットマスターバッチを投入するステップ１と、前記制御部に対して第１制御時間および第１目標温度に関する設定を行うステップ２と、前記２つのステップの完了後、前記第１制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記第１目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記第１目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を攪拌するステップ３と、を有する。

まず、混練室内にゴムウエットマスターバッチが投入されると（ステップ１）、ステップ２において入力された第１制御時間および第１目標温度の値に基づき、制御部１１によってモータへのＰＩＤ制御が開始される（ステップ３）。即ち、制御部１１からの制御信号に基づきモータの回転速度が決定され、これによって撹拌ロータ６の回転速度（すなわち攪拌速度）が決定される。第１制御時間および第１目標温度に関する情報は、ステップ１以前の段階で予め制御部１１側に与えられているものとしても構わない。

制御部１１は、制御開始時刻からの経過時間ｔが第１制御時間以上になるまでの間、モータの回転速度に対するＰＩＤ制御を行う。具体的な制御内容については、上述したように、温度センサ１３から送られる混練室５内の実測温度Ｔｐと第１目標温度Ｔｓの偏差、偏差の積分値、偏差の微分値に基づき、回転速度を小刻みに変化させる。

なお、第１目標温度の値については、ゴム成分中のゴム分子同士の反応や網目鎖（三次元）結合の発生を防止し、安定しゴム物性を維持するため、１８０℃以下とすることが好ましく、１６５℃以下とすることがより好ましい。第１目標温度の好ましい下限としては、例えば１２０℃が例示される。また、第１制御時間については、ゴムの可塑化を均一に行いつつ、かつカーボンブラックなどの充填剤をより均一に分散させる見地から、０．５〜１０分間が好ましく、１〜５分間が好ましい。なお、ＰＩＤ制御開始後、第１目標温度付近に到達するまでには、ある一定の時間を要するが、第１目標温度付近に到達後、ＰＩＤ制御を終了するまでの時間（第１目標温度保持時間）は、０．５〜５分間が好ましく、１〜３分間が好ましい。

本発明に係るゴム組成物の製造方法においては、素練り工程と同様、混練工程においてもＰＩＤ制御を実施しても良い。具体的には、混練工程が、前記ゴムウエットマスターバッチが存在する前記混練室内に、加硫系配合剤以外の配合剤を投入するステップ４と、前記制御部に対して第２制御時間および第２目標温度に関する設定を行うステップ５と、前記２つのステップの完了後、前記第２制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記第２目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記第２目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を攪拌するステップ６と、を有しても良い。ＰＩＤ制御方法などについては、素練り工程における手法と同様の手法により実施可能である。

なお、第２目標温度の値については、ゴム成分中のゴム分子同士の反応や網目鎖（三次元）結合の発生を防止し、安定しゴム物性を維持するため、１８０℃以下とすることが好ましく、１６５℃以下とすることがより好ましい。第２目標温度の好ましい下限としては、例えば１５０℃が例示される。また、第２制御時間については、ゴムの可塑化を均一に行いつつ、かつ加硫系配合剤以外の配合剤をより均一に分散させる見地から、１〜５分間が好ましく、２〜４分間が好ましい。なお、ＰＩＤ制御開始後、第２目標温度付近に到達するまでには、ある一定の時間を要するが、第２目標温度付近に到達後、ＰＩＤ制御を終了するまでの時間（第２目標温度保持時間）は、０．５〜５分間が好ましく、１〜３分間が好ましい。

図２は、本装置１を使用し、素練り工程において、制御部１１からのＰＩＤ制御下にある混練室５内の実測温度Ｔｐおよびモータの回転数の変化を経時的に示したグラフである。なお、（ｂ）は、（ａ）における領域Ａ部分の拡大図である。

図２によれば、モータの回転速度を小刻みに変化（上昇又は下降）させることで混練室５内の実測温度Ｔｐが長時間にわたって第１目標温度Ｔｓにほぼ等しい値に維持できていることが分かる。よって、温度を維持しながら一定時間にわたって混練室内で素練りすることができるので、ゴム成分全体の温度を所定の温度にて均一に保つことができる。その結果、局所的なゴムの過熱などによる、ゴム分子同士の反応や網目鎖（三次元）結合の発生を防止することができ、ゴムの劣化を防止し、良好なゴム物性を示す加硫ゴムの原料となるゴム組成物を製造することができる。なお、図２の例では、第１目標温度を１６０℃としてＰＩＤ制御を行い、実測温度Ｔｐは１５５℃〜１６８℃に維持することができた。

そして、混練工程終了後、ドロップドア７よりゴム組成物を排出する。混練工程終了後、他の混合分散機を使用して加硫系配合剤混練工程を実施しても良く、素練り工程および混練工程を実施した混合分散機を使用して、加硫系配合剤混練工程を実施しても良い。

つぎに、本発明に係るゴム組成物の原料となる各成分について説明する。

本発明に係るゴム組成物の製造方法では、素練り工程にてゴムウエットマスターバッチを素練りする。充填材が均一に分散し、経時的な充填材の再凝集が抑制されたゴムウエットマスターバッチを使用するためには、少なくとも充填材、分散溶媒、およびゴムラテックス溶液を原料として使用し、前記充填材を前記分散溶媒中に分散させる際に、前記ゴムラテックス溶液の少なくとも一部を添加することにより、ゴムラテックス粒子が付着した前記充填材を含有するスラリー溶液を製造する工程（Ｉ）と、前記スラリー溶液と、残りの前記ゴムラテックス溶液とを混合して、ゴムラテックス粒子が付着した前記充填材含有ゴムラテックス溶液を製造する工程（ＩＩ）と、ゴムラテックス粒子が付着した前記充填材含有ゴムラテックス溶液を凝固・乾燥する工程（ＩＩＩ）とを含む製造方法により製造されたゴムウエットマスターバッチを使用することが好ましい。

充填材としては、カーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウムなど、ゴム工業において通常使用される無機充填材を意味する。上記無機充填材の中でも、カーボンブラックを特に好適に使用することができる。

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。カーボンブラックは、通常のゴム工業において、そのハンドリング性を考慮して造粒された、造粒カーボンブラックであってもよく、未造粒カーボンブラックであってもよい。

分散溶媒としては、特に水を使用することが好ましいが、例えば有機溶媒を含有する水であってもよい。

ゴムラテックス溶液としては、天然ゴムラテックス溶液および合成ゴムラテックス溶液を使用することができる。

天然ゴムラテックス溶液は、植物の代謝作用による天然の生産物であり、特に分散溶媒が水である、天然ゴム／水系のものが好ましい。天然ゴムラテックスについては濃縮ラテックスやフィールドラテックスといわれる新鮮ラテックスなど区別なく使用できる。天然ゴムラテックス中の天然ゴムの数平均分子量は、２００万以上であることが好ましく、２５０万以上であることがより好ましい。合成ゴムラテックス溶液としては、例えばスチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴムを乳化重合により製造したものがある。

（１）工程（Ｉ）
工程（Ｉ）では、カーボンブラックを分散溶媒中に分散させる際に、天然ゴムラテックス溶液の少なくとも一部を添加することにより、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラックを含有するスラリー溶液を製造する。天然ゴムラテックス溶液は、あらかじめ分散溶媒と混合した後、カーボンブラックを添加し、分散させても良い。また、分散溶媒中にカーボンブラックを添加し、次いで所定の添加速度で、天然ゴムラテックス溶液を添加しつつ、分散溶媒中でカーボンブラックを分散させても良く、あるいは分散溶媒中にカーボンブラックを添加し、次いで何回かに分けて一定量の天然ゴムラテックス溶液を添加しつつ、分散溶媒中でカーボンブラックを分散させても良い。天然ゴムラテックス溶液が存在する状態で、分散溶媒中にカーボンブラックを分散させることにより、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラックを含有するスラリー溶液を製造することができる。工程（Ｉ）における天然ゴムラテックス溶液の添加量としては、使用する天然ゴムラテックス溶液の全量（工程（Ｉ）および工程（ＩＩ）で添加する全量）に対して、０．０７５〜１２質量％が例示される。

工程（Ｉ）では、添加する天然ゴムラテックス溶液の固形分（ゴム）量が、カーボンブラックとの質量比で０．２５〜１５％であることが好ましく、０．５〜６％であることが好ましい。また、添加する天然ゴムラテックス溶液中の固形分（ゴム）濃度が、０．２〜５質量％であることが好ましく、０．２５〜１．５質量％であることがより好ましい。これらの場合、天然ゴムラテックス粒子をカーボンブラックに確実に付着させつつ、カーボンブラックの分散度合いを高めたゴムウエットマスターバッチを製造することができる。

工程（Ｉ）において、天然ゴムラテックス溶液存在下でカーボンブラックおよび分散溶媒を混合する方法としては、高せん断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミルなどの一般的な分散機を使用してカーボンブラックを分散させる方法が挙げられる。

上記「高せん断ミキサー」とは、ローターとステーターとを備えるミキサーであって、高速回転が可能なローターと、固定されたステーターと、の間に精密なクリアランスを設けた状態でローターが回転することにより、高せん断作用が働くミキサーを意味する。このような高せん断作用を生み出すためには、ローターとステーターとのクリアランスを０．８ｍｍ以下とし、ローターの周速を５ｍ／ｓ以上とすることが好ましい。このような高せん断ミキサーは、市販品を使用することができ、例えばＳＩＬＶＥＲＳＯＮ社製「ハイシアーミキサー」が挙げられる。

天然ゴムラテックス溶液存在下でカーボンブラックおよび分散溶媒を混合し、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラックを含有するスラリー溶液を製造する際、カーボンブラックの分散性向上のために界面活性剤を添加しても良い。界面活性剤としては、ゴム業界において公知の界面活性剤を使用することができ、例えば非イオン性界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両イオン系界面活性剤などが挙げられる。また、界面活性剤に代えて、あるいは界面活性剤に加えて、エタノールなどのアルコールを使用しても良い。ただし、界面活性剤を使用した場合、最終的な加硫ゴムのゴム物性が低下することが懸念されるため、界面活性剤の配合量は、天然ゴムラテックス溶液の固形分（ゴム）量１００質量部に対して、２質量部以下であることが好ましく、１質量部以下であることがより好ましく、実質的に界面活性剤を使用しないことが好ましい。

工程（Ｉ）において製造されるスラリー溶液中、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラックは、９０％体積粒径（μｍ）（「Ｄ９０」）が、３１μｍ以上であることが好ましく、３５μｍ以上であることがより好ましい。この場合、スラリー溶液中のカーボンブラックの分散性に優れ、かつカーボンブラックの再凝集を防止することができるため、スラリー溶液の保存安定性に優れると共に、最終的な加硫ゴムの発熱性、耐久性およびゴム強度にも優れる。なお、本発明において天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラックのＤ９０は、カーボンブラックに加えて、付着した天然ゴムラテックス粒子も含めて測定した値を意味するものとする。

（２）工程（ＩＩ）
工程（ＩＩ）では、スラリー溶液と、残りの天然ゴムラテックス溶液とを混合して、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する。スラリー溶液と、残りの天然ゴムラテックス溶液とを液相で混合する方法は特に限定されるものではなく、スラリー溶液および残りの天然ゴムラテックス溶液とを高せん断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミルなどの一般的な分散機を使用して混合する方法が挙げられる。必要に応じて、混合の際に分散機などの混合系全体を加温してもよい。

残りの天然ゴムラテックス溶液は、次工程（ＩＩＩ）での乾燥時間・労力を考慮した場合、工程（Ｉ）で添加した天然ゴムラテックス溶液よりも固形分（ゴム）濃度が高いことが好ましく、具体的には固形分（ゴム）濃度が１０〜６０質量％であることが好ましく、２０〜３０質量％であることがより好ましい。

（３）工程（ＩＩＩ）
工程（ＩＩＩ）では、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を凝固・乾燥する。凝固・乾燥方法としては、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液中に凝固剤を含有させて、凝固後に乾燥させる凝固乾燥方法であってもよく、凝固させることなく乾燥させる乾固方法であってもよい。

凝固乾燥方法で使用する凝固剤としては、ゴムラテックス溶液の凝固用として通常使用されるギ酸、硫酸などの酸や、塩化ナトリウムなどの塩を使用することができる。

カーボンブラック含有天然ゴムラテックス溶液の乾燥方法としては、スクリュープレス機、オーブン、真空乾燥機、エアードライヤーなどの各種乾燥装置を使用することができる。

本発明においては、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラックを含有するスラリー溶液と天然ゴムラテックス溶液とを液相で混合して得られた天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液中に、凝集剤を含有させた後、得られた凝集体を回収し、乾燥させてもよい。凝集剤としては、ゴムラテックス溶液の凝集剤として公知のものを限定なく使用でき、具体的には例えば、カチオン性凝集剤が挙げられる。

工程（ＩＩＩ）後に得られるゴムウエットマスターバッチは、ゴム１００質量部に対して充填材を４０〜８０質量部含有することが好ましい。この場合、充填材の分散度合いと、加硫ゴムとしたときの発熱性および耐久性とを、バランス良く向上したゴムウエットマスターバッチを製造することができる。

工程（ＩＩＩ）後に得られる天然ゴムウエットマスターバッチは、含有するカーボンブラックが均一に分散し、経時的なカーボンブラックの分散安定性に優れる。

本発明に係るゴム組成物の製造方法では、混練工程において加硫系配合剤以外の配合剤を混合する。加硫系配合剤以外の配合剤としては、老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックス、や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、および追加ゴムなどが挙げられる。

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。

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。

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。

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。

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。

追加ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含有するブタジエンゴム（ＳＰＢ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上のブレンドとして用いることができる。これら例示したジエン系ゴムとしては、必要に応じて、末端を変性したもの（例えば、末端変性ＢＲや、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）も使用可能である。なお、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）については、コバルト（Ｃｏ）触媒、ネオジム（Ｎｄ）触媒、ニッケル（Ｎｉ）触媒、チタン（Ｔｉ）触媒、リチウム（Ｌｉ）触媒を用いて合成したものに加えて、ＷＯ２００７−１２９６７０に記載のメタロセン錯体を含む重合触媒組成物を用いて合成したものも使用可能である。

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。老化防止剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して１〜５質量部であることがより好ましく、２〜４．５質量部であることがさらに好ましい。

加硫系配合剤混練工程において使用する加硫系配合剤としては、硫黄、有機過酸化物などの加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤などが挙げられる。

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。

以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明する。使用原料および使用装置は以下のとおりである。

（使用原料）
ａ）充填材
カーボンブラック「Ｎ３２６」；「シースト３００」（東海カーボン社製）
カーボンブラック「Ｎ１１０」；「シースト９」（東海カーボン社製）
カーボンブラック「Ｎ５５０」；「シーストＳＯ」（東海カーボン社製）
ｂ）分散溶媒水
ｃ）ゴムラテックス溶液
天然ゴム濃縮ラテックス溶液；レヂテックス社製（ＤＲＣ（ＤｒｙＲｕｂｂｅｒＣｏｎｔｅｎｔ））＝６０％
天然ゴム新鮮ラテックス溶液（ＮＲフィールドラテックス）；ＧｏｌｄｅｎＨｏｐｅ社製（ＤＲＣ＝３１．２％）
ｄ）凝固剤ギ酸（一級８５％、１０％溶液を希釈して、ｐＨ１．２に調整したもの）、「ナカライテスク社製」
ｅ）亜鉛華
「１号亜鉛華」、（三井金属社製）
「３号亜鉛華」、（三井金属社製）
ｆ）ステアリン酸（日油社製）
ｇ）ワックス（日本精蝋社製）
ｈ）老化防止剤Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン「６ＰＰＤ」、（モンサント社製）
ｉ）硫黄
硫黄（鶴見化学工業社製）
不溶性硫黄「ＯＴ−２０」、（アクゾ社製）
ｊ）加硫促進剤
「ＣＢＳ」、（三新化学社製）
Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアゾール−２−スルフェンアミド「ノクセラーＤＺ」（大内新興化学社製）
ｋ）ホウ素含有有機酸コバルト「マノボンドＣ６８０Ｃ」、（ＯＭＧ社製）
ｌ）レゾルシン−アルキルフェノール−ホルマリン樹脂「スミカノール６２０」、（住友化学社製）
ｍ）ヘキサメトキシメチルメラミン「サイレッツ９６３Ｌ」、（三井サイテック）
ｎ）追加ゴム高シスポリブタジエンゴム「ＢＲ１５０Ｌ」、（宇部興産社製）

（ゴムウエットマスターバッチの製造例）
下記の手法により、ゴムウエットマスターバッチを製造した。
０．５質量％に調整した希薄ラテックス水溶液にカーボンブラックが５質量％となるように添加し、これにＰＲＩＭＩＸ社製ロボミックスを使用してカーボンブラックを分散させることにより（該ロボミックスの条件：９０００ｒｐｍ、３０分）、天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液を製造した（工程（Ｉ））。

工程（Ｉ）で製造された天然ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液に、残りの天然ゴムラテックス溶液（固形分（ゴム）濃度２５質量％となるように水を添加して調整されたもの）を、工程（Ｉ）で使用した天然ゴムラテックス溶液と合わせて、固形分（ゴム）量で１００質量部となるように添加し、次いでＳＡＮＹＯ社製家庭用ミキサーＳＭ−Ｌ５６型を使用して混合し（ミキサー条件１１３００ｒｐｍ、３０分）、カーボンブラック含有天然ゴムラテックス溶液を製造した（工程（ＩＩ））。

工程（ＩＩ）で製造されたカーボンブラック含有天然ゴムラテックス溶液に、凝固剤として蟻酸１０質量％水溶液をｐＨ４に成るまで添加した。スクリーン（φ２パンチング、東洋スクリーン社製）を使用し、カーボンブラック含有天然ゴム凝固物を含有する溶液から、水分率が５０％以下となるように水分を除去した。

水分率が５０％以下となった、凝固物を含むカーボンブラック含有天然ゴムラテックス溶液に老化防止剤６ＰＰＤを１質量％添加したものを、スクリュープレス機（スエヒロＥＰＭ社製、品番Ｖ−０２型、バレル径９０ｍｍ、（バレル長さ）／（バレル径）（Ｌ／Ｄ）＝８．６、バレルとスクリューとの間のスリット幅０．７ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍ）に投入し、乾燥させることにより、最終的に水分率が１．２％であるカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを製造した。さらに乾燥させる場合は、乾燥装置を使用してもよく、そのまま風乾することも可能である。乾燥装置としては、真空乾燥機やエアドライヤー、振動乾燥機などの機械的エネルギーを加えない乾燥機を使用することが出来る。

（ゴム組成物の製造例）
ゴム組成物の製造に際して、素練り工程および混練工程では、同一の混合分散機（図１に記載のＢ型バンバリーミキサー（神戸製鋼社製））を使用した。

実施例１
（１）素練り工程
上記製造例で製造したカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチ（使用したカーボンブラックおよび天然ゴムラテックス種、天然ゴム（固形分）１００質量部に対するカーボンブラックの質量部、ＪＩＳＫ６３００に準拠（測定温度１００℃）して測定した、ゴムウエットマスターバッチのムーニー粘度（ＭＬ１＋４．０）を、表１に示す。なお、表１中で「ＷＭＢ」とは、「カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチ」を意味し、「ＣＢ」とは「カーボンブラック」を意味する。）をバンバリーミキサーの混練室内に投入し（ステップ１）、第１制御時間を２分間、第１目標温度を１６０℃に設定した（ステップ２）。次に、ＰＩＤ制御を行いつつ、素練り工程を実施した（ステップ３）。

（２）混練工程
素練り工程実施後、カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチが存在する混練室内に、ステアリン酸１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部を投入し（ステップ４）、第２制御時間を２分間、第２目標温度を１６５℃に設定した（ステップ５）。次に、ＰＩＤ制御を行いつつ、混練工程を実施した（ステップ６）。混練工程終了後、ドロップドアよりゴム組成物を排出した。

（３）加硫系配合剤混練工程
Ｂ型バンバリーミキサー（神戸製鋼社製）を使用して、混練工程後に得られたゴム組成物に対し、加硫系配合剤（鶴見化学工業社製の硫黄２質量部、加硫促進剤ＣＢＳ１質量部）を投入し、混練工程を実施することにより、実施例１に係るゴム組成物を製造した。

実施例２
原料の天然ゴムラテックス種を表１に記載のものに変更したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

実施例３
混練工程において、添加する配合剤を老化防止剤２質量部、３号亜鉛華８質量部、ホウ素含有有機酸コバルト０．８質量部、レゾルシン−アルキルフェノール−ホルマリン樹脂２質量部、ヘキサメトキシメチルメラミン４質量部に変更し、加硫系配合剤混練工程において、加硫系配合剤を不溶性硫黄４．５質量部、加硫促進剤ＤＺ１質量部に変更したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

実施例４
混練工程において、添加する配合剤を追加ゴム（高シスポリブタジエンゴム）２０質量部、ステアリン酸２質量部、老化防止剤１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部、に変更し、加硫系配合剤混練工程において、加硫系配合剤を鶴見化学工業社製の硫黄２質量部、加硫促進剤ＣＢＳ１質量部に変更したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

比較例１
カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチをバンバリーミキサーの混練室内に投入し、ＰＩＤ制御を行わずに素練り工程を実施し、１６０℃になった時点で排出後、素練り後のカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを、ステアリン酸１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部と同時にバンバリーミキサーの混練室内に投入し、実測温度が１６２℃になった時点でドロップドアよりゴム組成物を排出する混練工程を実施したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

比較例２
カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを二軸押出機（「ＫＴＸ−３７」、（神戸製鋼社製）、バレル径３７ｍｍ、（バレル長さ）／（バレル径）（Ｌ／Ｄ）＝３０）の混練室内に投入し、ＰＩＤ制御を行わずに素練り工程（素練り温度１５５℃）を実施し、排出後、素練り後のカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを、ステアリン酸１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部と同時にバンバリーミキサーの混練室内に投入し、実測温度が１６０℃になった時点でドロップドアよりゴム組成物を排出する混練工程を実施したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

比較例３
カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチをニーダー（「ＷＤＳ７−３０型」、（モリヤマ社製））の混練室内に投入し、ＰＩＤ制御を行わずに素練り工程（素練り温度１５０℃）を実施し、排出後、素練り後のカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを、ステアリン酸１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部と同時にバンバリーミキサーの混練室内に投入し、実測温度が１５７℃になった時点でドロップドアよりゴム組成物を排出する混練工程を実施したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

比較例４
素練り工程を実施せず、混練工程において、ステアリン酸１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部をカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチと同時にバンバリーミキサーの混練室内に投入し、実測温度が１５９℃になった時点でドロップドアよりゴム組成物を排出する混練工程を実施したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

比較例５
カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチをバンバリーミキサーの混練室内に投入し、ＰＩＤ制御を行わずに素練り工程を実施し、１６１℃になった時点で排出後、素練り後のカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを、老化防止剤２質量部、３号亜鉛華８質量部、ホウ素含有有機酸コバルト０．８質量部、レゾルシン−アルキルフェノール−ホルマリン樹脂２質量部、ヘキサメトキシメチルメラミン４質量部と同時にバンバリーミキサーの混練室内に投入し、実測温度が１６０℃になった時点でドロップドアよりゴム組成物を排出する混練工程を実施したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

比較例６
カーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチをバンバリーミキサーの混練室内に投入し、ＰＩＤ制御を行わずに素練り工程を実施し、１６１℃になった時点で排出後、素練り後のカーボンブラック含有天然ゴムウエットマスターバッチを、追加ゴム（高シスポリブタジエンゴム）２０質量部、ステアリン酸２質量部、老化防止剤１質量部、１号亜鉛華３質量部、ワックス１質量部と同時にバンバリーミキサーの混練室内に投入し、実測温度が１６０℃になった時点でドロップドアよりゴム組成物を排出する混練工程を実施したこと以外は、実施例１と同様の手法によりゴム組成物を製造した。

（評価）
評価は、各ゴム組成物を所定の金型を使用して、１５０℃で３０分間加熱、加硫して得られたゴムについて行った。

（加硫ゴムのゴム強度（３００％モジュラス））
ＪＩＳ３号ダンベルを使用して作製したサンプルをＪＩＳ−Ｋ６２５１に準拠して、３００％モジュラスを測定した。評価は、実施例１〜２および比較例２〜４については、比較例１の３００％モジュラスの測定値を１００として指標化した。また、実施例３については、比較例５の３００％モジュラスの測定値を１００として指標化した。実施例４については、比較例６の３００％モジュラスの測定値を１００として指標化した。数値が高いほど、ゴム組成物製造時のゴム劣化が防止され、ゴム物性に優れることを意味する。

（加硫ゴムの低発熱性能）
ＪＩＳＫ６２６５に準じて、製造した加硫ゴムの発熱性を、損失正接ｔａｎδにより評価した。なお、ｔａｎδは、ＵＢＭ社製レオスペクトロメーターＥ４０００を使用し、５０Ｈｚ、８０℃、動的歪２％の状態で測定し、その測定値を指標化した。評価は、実施例１〜２および比較例２〜４については、比較例１のｔａｎδの測定値を１００として指標化した。また、実施例３については、比較例５のｔａｎδの測定値を１００として指標化した。実施例４については、比較例６のｔａｎδの測定値を１００として指標化した。数値が小さいほど発熱性が低く、良好であることを意味する。

表１の結果から、実施例１〜４に係る製造方法で得られたゴム組成物の加硫ゴムは、ゴム強度に優れ、ゴム物性に優れると共に、低発熱性能にも優れることがわかる。

Claims

ゴムウエットマスターバッチを含有するゴム組成物の製造方法であって、
前記ゴムウエットマスターバッチのみを可塑化・分散化させる素練り工程と、前記素練り工程後に得られた前記ゴムウエットマスターバッチに加硫系配合剤以外の配合剤を加えて混合する混練工程とを備え、
前記素練り工程および前記混練工程は、同一の混合分散機を使用して行われるものであり、
前記素練り工程は、制御部によって回転速度の自動制御が可能な攪拌ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な密閉された混練室内に、前記ゴムウエットマスターバッチを投入するステップ１と、
前記制御部に対して第１制御時間および第１目標温度に関する設定を行うステップ２と、
前記２つのステップの完了後、前記第１制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記第１目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記第１目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を攪拌するステップ３と、を有することを特徴とするゴム組成物の製造方法。
前記素練り工程における前記第１目標温度が、１８０℃以下である請求項１に記載のゴム組成物の製造方法。
前記混練工程は、前記ゴムウエットマスターバッチが存在する前記混練室内に、加硫系配合剤以外の配合剤を投入するステップ４と、
前記制御部に対して第２制御時間および第２目標温度に関する設定を行うステップ５と、
前記２つのステップの完了後、前記第２制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記第２目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記第２目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を攪拌するステップ６と、を有する請求項１または２に記載のゴム組成物の製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法で製造されたゴム組成物。