JP2017524065A - 熱分解カーボンブラックを含むゴム混合物と、該混合物を調製するための方法と、前記混合物の使用 - Google Patents

Abstract

架橋性不飽和鎖を有するポリマーベースと、補強性充填剤と、シラン結合剤と、硫黄と、加硫剤とを含むゴム混合物。補強性充填剤の一部は、表面が少なくとも部分的にシリカ層で被覆されている熱分解カーボンブラックからなる。

Description

本発明は、熱分解カーボンブラックを含むゴム混合物を調製するための方法に関する。

環境保護の理由から、使用済みタイヤの適切な処理および再利用の必要性が、長い間感じられてきた。この点において、少なくともいくつかのその部品の再利用を可能にする手段を開発できるようにする試みがなされている。使用済みタイヤ部品のうち、その後のその再利用のために回復させるのが望ましいものの１つはカーボンブラックであり、これは高性能原料と考えられている。

カーボンブラックの再利用は、使用済みタイヤカーカスの熱分解プロセスにより行われる。ここでおよび以下の「熱分解カーボンブラック」は、使用済みタイヤから熱分解プロセスにより得られたカーボンブラックを指す。それとは異なり、ここでおよび以下の「初回使用カーボンブラック」は、非再利用カーボンブラックを意味する。

熱分解カーボンブラックは様々な分野で応用されるにもかかわらず、同じ表面積では初回使用カーボンブラックよりも低い補強力を有することがわかっている。熱分解カーボンブラックの低い補強力は、熱分解プロセス自体からの灰の高い含量に起因する。

タイヤ用ゴム混合物の調製において、そのような欠点は、初回使用カーボンブラックの一部を熱分解カーボンブラックと交換する可能性の障害となる。実際、初回使用カーボンブラックの、熱分解カーボンブラックへの部分的な置換であっても、耐摩耗性、破断伸び、引張応力に対する抵抗、Ｍ％弾性値などのゴム混合物の機械的特性の顕著な劣化を引き起こすことが実験的に証明されている。

直ちに理解されるように、タイヤ用混合物の調製における熱分解カーボンブラックの使用の可能性は、環境保護の面で非常に有利であろう。

本出願人は、初回使用カーボンブラックの一部を熱分解カーボンブラックで置換し、それによる混合物自体の機械的特性の劣化を招くことなく、タイヤ用ゴムの混合物を調製することが可能な解決策を得た。

本発明の目的は、架橋性不飽和鎖を有するポリマーベースと、補強性充填剤と、シラン結合剤と、硫黄と、加硫剤とを含むゴム混合物であって；前記補強性充填剤の一部は、表面が少なくとも部分的にシリカ層で被覆された熱分解カーボンブラックからなることを特徴とする、ゴム混合物である。

好ましくは、シリカ層は、熱分解カーボンブラックの表面の少なくとも５０％；より好ましくは少なくとも８０％を被覆している。

好ましくは、前記補強性充填剤はカーボンブラックからなり；前記熱分解カーボンブラックは、カーボンブラック全体のｐｈｒ量の５０％以下のｐｈｒ量である。

好ましくは、シラン結合剤は、前記熱分解カーボンブラックのｐｈｒ量の５〜１５％のｐｈｒ量で混合物中に含まれる。

好ましくは、前記シリカ層は、熱分解カーボンブラックにゾル−ゲル法を行うことにより得られる。

本発明の別の目的は、本発明の混合物で製造されたタイヤの部分に関する。

本発明のさらに別の目的は、本発明の混合物で製造された少なくとも１つの部分を含むタイヤである。

本発明のさらに別の目的は、少なくとも部分的にシリカ層で被覆された外表面を有する熱分解カーボンブラックの、ゴム混合物中での使用に関する。

以下の実施例は、例示的で非限定的な目的と、本発明のより良い理解とを意図している。

５つの比較混合物（Ａ〜Ｅ）と、本発明の方法による混合物（Ｆ）とを調製した。

比較のゴム混合物Ａは、熱分解カーボンブラックを含まず、初回使用カーボンブラックのみを含む；比較のゴム混合物Ｂは、シラン結合剤の存在だけが混合物Ａとは異なる；比較のゴム混合物Ｃは、被覆シリカ層のない熱分解カーボンブラックを含み、シラン結合剤を含まない；比較のゴム混合物Ｄは、シラン結合剤の存在だけが比較ゴム混合物Ｃとは異なる；比較のゴム混合物Ｅは、シリカ層被覆のある熱分解カーボンブラックを含むが、シラン結合剤を含まない；最後に、本発明の混合物Ｆは、被覆シリカ層のある熱分解カーボンブラックとシラン結合剤との両方を含む。

実施例の全ての混合物は、ｐｈｒで同量の合計カーボンブラック（初回使用カーボンブラック＋熱分解カーボンブラック）を含む。

実施例の混合物を、以下に開示の方法に従って得た。

−混合物の調製−
（第１混合工程）
接線ローターを備え、２３０〜２７０リットルの内部容積を有する混合機中に、架橋性ポリマーベースと、初回使用カーボンブラックと、あれば熱分解カーボンブラック（シリカ被覆ありとシリカ被覆なしの両方）と、あればシラン結合剤とを、６６〜７２％の充填率に達するように、混合の開始前に投入した。

混合機を４０〜６０回転／分の速度で運転し、形成された混合物を、１４０〜１６０℃の温度に達した時点で排出した。

（第２混合工程）
前の工程から得られた混合物を、４０〜６０回転／分の速度で運転する混合機に再びかけ、その後１３０〜１５０℃の温度に達した時点で排出した。

（最終混合工程）
前の工程から得られた混合物に、硫黄と、加硫剤と、酸化防止剤とを、６３〜６７％の充填率に達するように添加した。

混合機を２０〜４０回転／分の速度で運転し、形成された混合物を、１００〜１１０℃の温度に達した時点で排出した。

表Ｉは、６つの混合物のｐｈｒでの組成を示す。

使用したポリマーベースは、天然ゴムと合成ゴム（ＢＲとＳＢＲ）との混合物である。

初回使用カーボンブラックは、Ｎ３４７タイプである。

使用したシラン結合剤は、Ｓｉ７５である。

用語「加硫剤」とは、硫黄と共にポリマーベースの架橋を引き起こす加硫促進剤などの、混合物を意味することが意図される。上記の例では、加硫剤はＭＢＴＳおよびＤＰＧからなる。

使用した酸化防止剤は、６ＰＰＤである。

熱分解カーボンブラック＊は、使用済みタイヤの熱分解プロセスにより得られ、被覆シリカ層がなく、５０〜７５ｍ^２／ｇの表面積を有するカーボンブラックである。

熱分解カーボンブラック＊＊は、熱分解カーボンブラックと同等であるが、ゾル−ゲル法により得られるシリカ層で被覆されているという違いがある。

例として開示されている以下のものは、熱分解カーボンブラック＊＊を得るために使用される手順である。

９０％ｖ／ｖのＥｔＯＨ（エタノール）の水溶液（１４００ｍｌ）を調製し、そこに３０％ｖ／ｖのＮＨ_３を３３，７ｍＬ添加した。その溶液を、２００ｒｐｍで撹拌しながら放置した。水溶液を２００ｒｐｍで撹拌しながら、１５グラムの熱分解カーボンブラックと６７．５ｍＬのＴＥＯＳ（テトラヒドロキシシラン）とを添加した。この時点で、その溶液を室温で２４時間、２００ｒｐｍで撹拌しながら放置し、その後、ろ過した。そのろ液を、その後、３００ｍＬのＥｔＯＨで洗浄し、１０分間３０００ｒｐｍで遠心分離した。その沈殿物を、少なくとも一晩放置して乾燥させ、回収した。

シラン結合剤と組み合わせて使用される、シリカ層で被覆された熱分解カーボンブラックの使用から得られる利点を検証するために、上記混合物から各サンプルを得て、それらの機械的特性に関して試験を行った。

特に、引張応力に対する抵抗、破断伸び、３００％モジュラス、および耐き裂成長性に関する特性を評価した。

機械的特性を、ＡＳＴＭ Ｄ４１２Ｃに従って測定した。

上記試験から得られた結果を、混合物Ａで得られた結果に対する指数の形で、表ＩＩに報告する。

表ＩＩに報告された結果から、熱分解カーボンブラックの使用は、後者がシリカ層で被覆され、かつシラン結合剤と組み合わされた場合にのみ可能であることが明確に示されている。実際、比較混合物ＣおよびＤに関する結果は、シリカ層の被覆のない熱分解カーボンブラックは、機械的特性の明らかな劣化を伴うことを示す；混合物ＢおよびＤの結果は、シラン結合剤それ自体の存在のみでは、機械的特性に改善をもたらさないことを示す；一方で混合物Ｅに関する結果は、熱分解カーボンブラックの存在は、シリカ層で被覆された場合でも、シラン結合剤がなければ、初回使用カーボンブラックの熱分解カーボンブラックでの部分的な置換に起因する劣化を回復させることができないことを示す。

その他の点では、混合物Ｆに関する結果は、いかにシラン結合剤とシリカ層で被覆された熱分解カーボンブラックとの併用が、初回使用カーボンブラックのみの使用で得られる機械的特性の値に匹敵する機械的特性の値をゴム混合物に付与することが可能であるかを明示している。このようにして、熱分解カーボンブラックを使用する可能性が、ゴム混合物の機械的特性に妥協することなく確保される。

直ちに理解されるように、本発明により提供される可能性は、環境保護の面での大きな利点を伴う。実際、本発明によって、使用済みタイヤから得られたカーボンブラックを使用して、新しいタイヤを製造することが可能になる。

最後に、被覆を得るための方法は必然的に追加費用を伴うにもかかわらず、再利用カーボンブラックを、適切に処理したとしても、初回使用カーボンブラックの一部を置換して使用する可能性は、依然として経済的な利点を示す。

Claims (11)

1. 架橋性不飽和鎖を有するポリマーベースと、補強性充填剤と、シラン結合剤と、硫黄と、加硫剤とを含むゴム混合物であって；前記補強性充填剤の一部が、表面が少なくとも部分的にシリカ層で被覆された熱分解カーボンブラックからなることを特徴とする、ゴム混合物。
2. 前記シリカ層が、前記熱分解カーボンブラックの表面の少なくとも５０％を被覆していることを特徴とする、請求項１に記載のゴム混合物。
3. 前記シリカ層が、前記熱分解カーボンブラックの表面の少なくとも８０％を被覆していることを特徴とする、請求項１に記載のゴム混合物。
4. 前記補強性充填剤がカーボンブラックからなり；表面が少なくとも部分的にシリカ層で被覆された前記熱分解カーボンブラックが、カーボンブラック全体のｐｈｒ量の５０％以下のｐｈｒ量であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のゴム混合物。
5. 前記シラン結合剤が、表面が少なくとも部分的にシリカ層で被覆された前記熱分解カーボンブラックのｐｈｒ量の５〜１５％のｐｈｒ量で前記混合物中に含まれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のゴム混合物。
6. 前記シリカ層が、熱分解カーボンブラックにゾル−ゲル法を行うことにより得られることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のゴム混合物。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の混合物で製造された、タイヤ部分。
8. 請求項７に記載の少なくとも１つの部分を含む、タイヤ。
9. 少なくとも部分的にシリカ層で被覆された外表面を有する熱分解カーボンブラックの、ゴム混合物中での使用。
10. 前記シリカ層が、前記熱分解カーボンブラックの表面の少なくとも５０％を被覆している、請求項９に記載の使用。
11. 前記シリカ層が、前記熱分解カーボンブラックの表面の少なくとも８０％を被覆している、請求項９に記載の使用。