JP2018070752A - Method for producing tire rubber composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タイヤ用ゴム組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a tire rubber composition.
近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の燃費向上のため、タイヤの転がり抵抗低減が求められている。 In recent years, in response to increasing environmental awareness, there is a demand for reducing rolling resistance of tires in order to improve the fuel efficiency of automobiles.
一般的に、転がり抵抗を低減するためには、トレッドゴムにシリカを配合する手法が使用されるが、シリカを配合すると、混練後のムーニー粘度が高くなり、加工性が低下するという課題がある。シリカは、表面がシラノール基に覆われた親水性の素材であり、タイヤ用ゴム組成物に使用されるジエン系ゴムには混ざりにくいが、シランカップリング剤と併用することにより、シリカとシランカップリング剤が重縮合によって結合し、シリカの表面が疎水化されるため、ジエン系ゴムにも容易に分散させることができる(例えば、特許文献1参照)。 Generally, in order to reduce rolling resistance, a method of blending silica with tread rubber is used. However, when silica is blended, there is a problem that Mooney viscosity after kneading increases and processability decreases. . Silica is a hydrophilic material whose surface is covered with silanol groups, and it is difficult to mix with diene rubber used in tire rubber compositions, but when used in combination with a silane coupling agent, silica and silane cups are used. Since the ring agent is bonded by polycondensation and the surface of the silica is hydrophobized, it can be easily dispersed in a diene rubber (see, for example, Patent Document 1).
また、最近では、各国でのタイヤラベリング制度の施行により、低燃費性のみならず、低燃費性と背反する性能である破壊特性などを高次元で両立させることがトレッドゴムに求められているが、現在の技術ではこの要求の達成は不充分である。 Also, recently, with the enforcement of tire labeling systems in each country, tread rubber is required to have not only low fuel consumption but also high level of compatibility with fracture characteristics that are contrary to low fuel consumption. The current technology is insufficient to achieve this requirement.
本発明は、前記課題を解決し、低燃費性、破壊特性及び加工性がバランスよく改善されたタイヤ用ゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for producing a rubber composition for tires with improved fuel economy, fracture characteristics and processability in a well-balanced manner.
本発明は、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を投入して混練し、第一混練物を得る第一工程と、前記第一混練物を更に混練し、第二混練物を得る第二工程と、前記第二混練物及び加硫薬品を投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得る第三工程とを含み、前記第一工程において、140〜155℃の範囲内で設定された反応温度を維持しながら、前記ゴム成分、前記シリカ及び前記シランカップリング剤を混練する反応処理を、下記式(1)及び(2)を満たすまで実施するタイヤ用ゴム組成物の製造方法に関する。
式(1) ΔG*t/ΔG*0×100<80
(式中、ΔG*0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差であり、ΔG*tは、ΔG*0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差である。)
式(2) Vt/V0×100<80
(式中、V0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の130℃におけるムーニー粘度であり、Vtは、V0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の130℃におけるムーニー粘度である。)
The present invention includes a first step in which a rubber component, silica and a silane coupling agent are added and kneaded to obtain a first kneaded product, and a second step in which the first kneaded product is further kneaded to obtain a second kneaded product. And a third step of adding the second kneaded product and the vulcanized chemical to knead to obtain an unvulcanized rubber composition, and in the first step, the temperature was set within the range of 140 to 155 ° C. It is related with the manufacturing method of the rubber composition for tires which implements the reaction process which knead | mixes the said rubber component, the said silica, and the said silane coupling agent, satisfy | filling following formula (1) and (2), maintaining reaction temperature.
Expression (1) ΔG * t / ΔG * 0 × 100 <80
(In the formula, ΔG * 0 represents G * of 100 ° C., 0.5% strain and G of 100 ° C., 64% strain of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached. * G * t is the difference between G * and 100% of the first kneaded product obtained by kneading for a predetermined time after reaching the same reaction temperature as ΔG * 0 and 100% at 0.5% strain. It is the difference from G * at 64 ° C. and 64% strain.)
Formula (2) Vt / V0 × 100 <80
(In the formula, V0 is the Mooney viscosity at 130 ° C. of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached, and Vt reaches a predetermined reaction temperature after reaching the same reaction temperature as V0. (The Mooney viscosity at 130 ° C. of the first kneaded product obtained by kneading for a period of time.)
前記シランカップリング剤が下記式(I)で表されるメルカプト系シランカップリング剤であることが好ましい。
前記タイヤ用ゴム組成物の製造方法は、前記第一工程において、脱気処理を実施することが好ましい。 In the method for producing the rubber composition for a tire, it is preferable to perform a deaeration process in the first step.
前記タイヤ用ゴム組成物の製造方法は、前記第二工程において、前記第一混練物及び変性ゴムを投入して混練することが好ましい。 In the method for producing the rubber composition for a tire, it is preferable that the first kneaded material and the modified rubber are added and kneaded in the second step.
前記変性ゴムは、変性スチレンブタジエンゴムであることが好ましい。 The modified rubber is preferably a modified styrene butadiene rubber.
前記タイヤ用ゴム組成物の製造方法は、キャップトレッド用ゴム組成物を製造することが好ましい。 The method for producing the tire rubber composition preferably produces a cap tread rubber composition.
本発明によれば、所定の温度でゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を混練する反応処理を、式(1)、(2)を満たすまで実施することにより、低燃費性、破壊特性及び加工性がバランスよく改善されたタイヤ用ゴム組成物を製造することができる。 According to the present invention, by carrying out the reaction treatment for kneading the rubber component, silica and the silane coupling agent at a predetermined temperature until the formulas (1) and (2) are satisfied, fuel efficiency, fracture characteristics and processing are improved. A tire rubber composition having improved properties in a well-balanced manner can be produced.
本発明は、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を投入して混練し、第一混練物を得る第一工程と、前記第一混練物を更に混練し、第二混練物を得る第二工程と、前記第二混練物及び加硫薬品を投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得る第三工程とを含み、前記第一工程において、140〜155℃の範囲内で設定された反応温度を維持しながら、前記ゴム成分、前記シリカ及び前記シランカップリング剤を混練する反応処理を、下記式(1)及び(2)を満たすまで実施するタイヤ用ゴム組成物の製造方法に関する。
式(1) ΔG*t/ΔG*0×100<80
(式中、ΔG*0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差であり、ΔG*tは、ΔG*0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差である。)
式(2) Vt/V0×100<80
(式中、V0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の130℃におけるムーニー粘度であり、Vtは、V0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の130℃におけるムーニー粘度である。)
The present invention includes a first step in which a rubber component, silica and a silane coupling agent are added and kneaded to obtain a first kneaded product, and a second step in which the first kneaded product is further kneaded to obtain a second kneaded product. And a third step of adding the second kneaded product and the vulcanized chemical to knead to obtain an unvulcanized rubber composition, and in the first step, the temperature was set within the range of 140 to 155 ° C. It is related with the manufacturing method of the rubber composition for tires which implements the reaction process which knead | mixes the said rubber component, the said silica, and the said silane coupling agent, satisfy | filling following formula (1) and (2), maintaining reaction temperature.
Expression (1) ΔG * t / ΔG * 0 × 100 <80
(In the formula, ΔG * 0 represents G * of 100 ° C., 0.5% strain and G of 100 ° C., 64% strain of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached. * G * t is the difference between G * and 100% of the first kneaded product obtained by kneading for a predetermined time after reaching the same reaction temperature as ΔG * 0 and 100% at 0.5% strain. It is the difference from G * at 64 ° C. and 64% strain.)
Formula (2) Vt / V0 × 100 <80
(In the formula, V0 is the Mooney viscosity at 130 ° C. of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached, and Vt reaches a predetermined reaction temperature after reaching the same reaction temperature as V0. (The Mooney viscosity at 130 ° C. of the first kneaded product obtained by kneading for a period of time.)
シリカとシランカップリング剤との重縮合反応が促進され、シリカの分散性が向上すると、低歪み領域のG*と高歪み領域のG*との差で定義されるΔG*(ペイン効果)や、ムーニー粘度が低下する。式(1)のΔG*t/ΔG*0×100は、反応処理を実施しなかった例のΔG*を基準として、反応処理を実施した例のΔG*がどれだけ低下したかを示す指標であり、式(2)のVt/V0×100は、反応処理を実施しなかった例のムーニー粘度を基準として、反応処理を実施した例のムーニー粘度がどれだけ低下したかを示す指標である。よって、これらの指標から、シリカの分散度合を判断することができる。これを利用して、本発明では、第一工程において、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を混練する反応処理を、式(1)、(2)を満たすまで実施することにより、シリカが良好に分散し、低燃費性、破壊特性及び加工性がバランスよく改善されたタイヤ用ゴム組成物を製造することが可能となる。 When the polycondensation reaction between silica and silane coupling agent is promoted and the dispersibility of silica is improved, ΔG * (Pain effect) defined by the difference between G * in the low strain region and G * in the high strain region , Mooney viscosity decreases. ΔG * t / ΔG * 0 × 100 in the formula (1) is an index indicating how much ΔG * of the example in which the reaction treatment is performed has decreased with respect to ΔG * in the example in which the reaction treatment is not performed. Yes, Vt / V0 × 100 in the formula (2) is an index indicating how much the Mooney viscosity of the example in which the reaction treatment is performed is lowered with respect to the Mooney viscosity in the example in which the reaction treatment is not performed. Therefore, the degree of dispersion of silica can be determined from these indices. Utilizing this, in the present invention, in the first step, silica is good by carrying out the reaction treatment for kneading the rubber component, silica and silane coupling agent until the formulas (1) and (2) are satisfied. Thus, it is possible to produce a rubber composition for tires that is dispersed in the above and has improved fuel economy, fracture characteristics and processability in a well-balanced manner.
また、G*(せん断モードの複素弾性率)の測定は、通常、ゴムが加硫された状態で実施するが、本発明では、ゴムが未加硫の状態である第一混練物に対して実施する。これにより、純粋なシリカの分散の影響を抽出することができるため、シリカの分散性を精度よく見積もることが可能となる。 The measurement of G * (complex elastic modulus in shear mode) is usually carried out in a state where the rubber is vulcanized, but in the present invention, the first kneaded material in which the rubber is in an unvulcanized state is used. carry out. Thereby, since the influence of the dispersion of pure silica can be extracted, it is possible to accurately estimate the dispersibility of silica.
まず、本発明で使用する各成分について説明する。 First, each component used in the present invention will be described.
(ゴム成分)
ゴム成分としては、ジエン系ゴムを用いることが好ましい。ジエン系ゴムは、天然ゴム(NR)、ジエン系合成ゴムを使用でき、ジエン系合成ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよい。なかでも、低燃費性、破壊特性及び加工性をバランス良く示すことから、NR、BR、SBRが好ましく、BR、SBRがより好ましい。
(Rubber component)
As the rubber component, diene rubber is preferably used. As the diene rubber, natural rubber (NR) or diene synthetic rubber can be used. Examples of the diene synthetic rubber include isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), and acrylonitrile butadiene rubber. (NBR), chloroprene rubber (CR), butyl rubber (IIR) and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, NR, BR, and SBR are preferable, and BR and SBR are more preferable because they exhibit low fuel consumption, fracture characteristics, and processability in a well-balanced manner.
ゴム成分は、変性剤によって変性された変性ゴムであってもよい。変性ゴムとしては、例えば、変性SBR、変性BRなどが挙げられ、変性SBRが好ましい。また、変性剤としては、例えば、3−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルエチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、四塩化スズ、ブチルスズトリクロライド、N−メチルピロリドンなどが挙げられ、N−メチルピロリドンが好ましい。 The rubber component may be a modified rubber modified with a modifier. Examples of the modified rubber include modified SBR and modified BR, and modified SBR is preferable. Examples of the modifier include 3-aminopropyldimethylmethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, and 3- (2-aminoethylamino). Examples include propyltrimethoxysilane, tin tetrachloride, butyltin trichloride, and N-methylpyrrolidone, with N-methylpyrrolidone being preferred.
低燃費性、破壊特性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、ゴム成分100質量%中のBRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、また、好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。 In the rubber composition obtained by the production method of the present invention, the BR content in 100% by mass of the rubber component is preferably 5% by mass or more because the fuel efficiency, fracture characteristics and processability can be obtained in a good balance. More preferably, it is 15 mass% or more, preferably 70 mass% or less, more preferably 50 mass% or less.
低燃費性、破壊特性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、ゴム成分100質量%中のSBRの含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上であり、また、好ましくは95質量%以下、より好ましくは85質量%以下である。
また、変性SBRを使用する場合、その含有量は、SBRの全量の30〜60質量%、ゴム成分100質量%中の15〜45質量%が好ましい。
In the rubber composition obtained by the production method of the present invention, the SBR content in 100% by mass of the rubber component is preferably 30% by mass or more because the fuel efficiency, fracture characteristics, and processability can be obtained in a good balance. More preferably, it is 50 mass% or more, preferably 95 mass% or less, more preferably 85 mass% or less.
Moreover, when using modified | denatured SBR, the content is 30-60 mass% of the whole quantity of SBR, and 15-45 mass% in 100 mass% of rubber components is preferable.
(シリカ)
シリカとしては、とくに制限されるわけではないが、乾式法により調製されたシリカ(無水シリカ)や湿式法により調製されたシリカ(含水シリカ)などがあげられ、表面のシラノール基が多く、シランカップリング剤との反応点が多いという理由から、湿式法により調製されたシリカが好ましい。シリカは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。シリカの市販品としては、エボニック社製のウルトラシルVN3などが挙げられる。
(silica)
Silica is not particularly limited, but includes silica prepared by a dry process (anhydrous silica) and silica prepared by a wet process (hydrous silica), and has many silanol groups on the surface. Silica prepared by a wet method is preferred because it has many reactive sites with the ring agent. Silica may be used alone or in combination of two or more. Examples of commercially available silica include Ultrasil VN3 manufactured by Evonik.
シリカの窒素吸着比表面積(N2SA)は、好ましくは90m2/g以上、より好ましくは95m2/g以上、更に好ましくは100m2/g以上である。90m2/g未満では、充分な破壊特性が得られないおそれがある。また、シリカのN2SAは、好ましくは300m2/g以下、より好ましくは240m2/g以下である。300m2/gを超えると、ゴムへの分散が困難となり、分散不良を起こすおそれがある。
なお、シリカの窒素吸着比表面積は、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of silica is preferably 90m 2 / g or more, more preferably 95 m 2 / g or more, further preferably 100 m 2 / g or more. If it is less than 90 m 2 / g, sufficient fracture characteristics may not be obtained. The N 2 SA of silica is preferably 300 m 2 / g or less, more preferably 240 m 2 / g or less. If it exceeds 300 m 2 / g, it is difficult to disperse in rubber, which may cause poor dispersion.
The nitrogen adsorption specific surface area of silica is a value measured by the BET method according to ASTM D3037-81.
本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは50質量部以上である。5質量部未満では、タイヤに必要な補強性を得ることができないおそれがある。また、シリカの含有量は、好ましくは200質量部以下、より好ましくは180質量部以下、更に好ましくは100質量部以下である。200質量部を超えると、加工性が悪化し、加工が困難になるおそれがある。 In the rubber composition obtained by the production method of the present invention, the content of silica is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, and further preferably 50 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component. It is. If it is less than 5 mass parts, there exists a possibility that the reinforcement required for a tire cannot be obtained. The silica content is preferably 200 parts by mass or less, more preferably 180 parts by mass or less, and still more preferably 100 parts by mass or less. When it exceeds 200 mass parts, workability may deteriorate and processing may become difficult.
(シランカップリング剤)
シランカップリング剤としては、ゴム組成物の補強性改善効果に優れるなどの点から、下記式(I)で表されるメルカプト系シランカップリング剤を好適に使用できる。なお、上記メルカプト系シランカップリング剤は、シリカやゴム成分との反応性に優れるという利点がある一方で、加工性が悪化する傾向がある。これに対し、本発明では、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施することで、加工性の悪化を抑制することができる。
As the silane coupling agent, a mercapto-based silane coupling agent represented by the following formula (I) can be preferably used from the viewpoint of excellent reinforcing effect of the rubber composition. The mercapto-based silane coupling agent has an advantage of excellent reactivity with silica and rubber components, but tends to deteriorate processability. On the other hand, in this invention, the deterioration of workability can be suppressed by implementing reaction processing until it satisfy | fills Formula (1), (2).
R101〜R103は、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜12のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜12のアルコキシ基、又は−O−(R111−O)b−R112で表される基を表す。本発明の効果が良好に得られるという点から、R101〜R103は、少なくとも1つが−O−(R111−O)b−R112で表される基であることが好ましく、2つが−O−(R111−O)b−R112で表される基であり、かつ、1つが分岐若しくは非分岐の炭素数1〜12のアルコキシ基であることがより好ましい。 R 101 to R 103 are branched or unbranched alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, branched or unbranched alkoxy groups having 1 to 12 carbon atoms, or —O— (R 111 —O) b —R 112 . Represents the group represented. From the viewpoint that the effects of the present invention can be obtained satisfactorily, at least one of R 101 to R 103 is preferably a group represented by —O— (R 111 —O) b —R 112 , and two are — More preferably, it is a group represented by O— (R 111 —O) b —R 112 , and one is a branched or unbranched C 1-12 alkoxy group.
R101〜R103の分岐若しくは非分岐の炭素数1〜12(好ましくは炭素数1〜5)のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、へキシル基、へプチル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 5 carbon atoms) represented by R 101 to R 103 include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, and n-butyl. Group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, 2-ethylhexyl group, octyl group, nonyl group and the like.
R101〜R103の分岐若しくは非分岐の炭素数1〜12(好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトシキ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトシキ基、tert−ブトシキ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、へプチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 5 carbon atoms) of R 101 to R 103 include, for example, a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, n- Examples include butoxy, iso-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, pentyloxy, hexyloxy, heptyloxy, 2-ethylhexyloxy, octyloxy, nonyloxy and the like.
R101〜R103の−O−(R111−O)b−R112において、R111は、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30(好ましくは炭素数1〜15、より好ましくは炭素数1〜3)の2価の炭化水素基を表す。
該炭化水素基としては、例えば、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30のアルキレン基、分岐若しくは非分岐の炭素数2〜30のアルケニレン基、分岐若しくは非分岐の炭素数2〜30のアルキニレン基、炭素数6〜30のアリーレン基などがあげられる。中でも、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30のアルキレン基が好ましい。
In —O— (R 111 —O) b —R 112 of R 101 to R 103 , R 111 represents branched or unbranched carbon atoms of 1 to 30 (preferably having 1 to 15 carbon atoms, more preferably 1 carbon atom). To 3) a divalent hydrocarbon group.
Examples of the hydrocarbon group include a branched or unbranched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, a branched or unbranched alkenylene group having 2 to 30 carbon atoms, and a branched or unbranched alkynylene group having 2 to 30 carbon atoms. And an arylene group having 6 to 30 carbon atoms. Of these, a branched or unbranched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms is preferable.
R111の分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30(好ましくは炭素数1〜15、より好ましくは炭素数1〜3)のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基、トリデシレン基、テトラデシレン基、ペンタデシレン基、ヘキサデシレン基、ヘプタデシレン基、オクタデシレン基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms (preferably 1 to 15 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms) of R 111 include, for example, a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a butylene group. Pentylene group, hexylene group, heptylene group, octylene group, nonylene group, decylene group, undecylene group, dodecylene group, tridecylene group, tetradecylene group, pentadecylene group, hexadecylene group, heptadecylene group, octadecylene group and the like.
R111の分岐若しくは非分岐の炭素数2〜30(好ましくは炭素数2〜15、より好ましくは炭素数2〜3)のアルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、1−プロペニレン基、2−プロペニレン基、1−ブテニレン基、2−ブテニレン基、1−ペンテニレン基、2−ペンテニレン基、1−ヘキセニレン基、2−ヘキセニレン基、1−オクテニレン基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched carbon atoms 2-30 alkenylene group (preferably 2 to 15 carbon atoms, more preferably 2 to 3 carbon atoms) of R 111, for example, vinylene group, propenylene group, 2-propenylene Group, 1-butenylene group, 2-butenylene group, 1-pentenylene group, 2-pentenylene group, 1-hexenylene group, 2-hexenylene group, 1-octenylene group and the like.
R111の分岐若しくは非分岐の炭素数2〜30(好ましくは炭素数2〜15、より好ましくは炭素数2〜3)のアルキニレン基としては、例えば、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基、ペンチニレン基、ヘキシニレン基、へプチニレン基、オクチニレン基、ノニニレン基、デシニレン基、ウンデシニレン基、ドデシニレン基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched carbon atoms 2-30 alkynylene group (preferably 2 to 15 carbon atoms, more preferably 2 to 3 carbon atoms) of R 111, for example, ethynylene group, propynylene group, butynylene group, pentynylene group Hexynylene group, heptynylene group, octynylene group, noninylene group, decynylene group, undecynylene group, dodecynylene group and the like.
R111の炭素数6〜30(好ましくは炭素数6〜15)のアリーレン基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、ナフチレン基などがあげられる。 Examples of the arylene group having 6 to 30 carbon atoms (preferably 6 to 15 carbon atoms) of R 111 include a phenylene group, a tolylene group, a xylylene group, and a naphthylene group.
bは1〜30(好ましくは2〜20、より好ましくは3〜7、更に好ましくは5〜6)の整数を表す。 b represents an integer of 1 to 30 (preferably 2 to 20, more preferably 3 to 7, still more preferably 5 to 6).
R112は、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30のアルキル基、分岐若しくは非分岐の炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数6〜30のアリール基又は炭素数7〜30のアラルキル基を表す。中でも、分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30のアルキル基が好ましい。 R 112 represents a branched or unbranched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a branched or unbranched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms. Represent. Of these, a branched or unbranched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms is preferable.
R112の分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30(好ましくは炭素数3〜25、より好ましくは炭素数10〜15)のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、へキシル基、へプチル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms (preferably 3 to 25 carbon atoms, more preferably 10 to 15 carbon atoms) of R 112 include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, Isopropyl, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, 2-ethylhexyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl , Dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, octadecyl group and the like.
R112の分岐若しくは非分岐の炭素数2〜30(好ましくは炭素数3〜25、より好ましくは炭素数10〜15)のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、1−オクテニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、オクタデセニル基などがあげられる。 Examples of the branched or unbranched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms (preferably 3 to 25 carbon atoms, more preferably 10 to 15 carbon atoms) for R 112 include, for example, a vinyl group, a 1-propenyl group, and 2-propenyl. Group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, 1-pentenyl group, 2-pentenyl group, 1-hexenyl group, 2-hexenyl group, 1-octenyl group, decenyl group, undecenyl group, dodecenyl group, tridecenyl group, tetradecenyl group Group, pentadecenyl group, octadecenyl group and the like.
R112の炭素数6〜30(好ましくは炭素数10〜20)のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基などがあげられる。 Examples of the aryl group having 6 to 30 carbon atoms (preferably 10 to 20 carbon atoms) of R 112 include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group, and a biphenyl group.
R112の炭素数7〜30(好ましくは炭素数10〜20)のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基などがあげられる。 Examples of the aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms (preferably 10 to 20 carbon atoms) of R 112 include a benzyl group and a phenethyl group.
−O−(R111−O)b−R112で表される基の具体例としては、例えば、−O−(C2H4−O)5−C11H23、−O−(C2H4−O)5−C12H25、−O−(C2H4−O)5−C13H27、−O−(C2H4−O)5−C14H29、−O−(C2H4−O)5−C15H31、−O−(C2H4−O)3−C13H27、−O−(C2H4−O)4−C13H27、−O−(C2H4−O)6−C13H27、−O−(C2H4−O)7−C13H27などがあげられる。中でも、−O−(C2H4−O)5−C11H23、−O−(C2H4−O)5−C13H27、−O−(C2H4−O)5−C15H31、−O−(C2H4−O)6−C13H27が好ましい。 Specific examples of the group represented by —O— (R 111 —O) b —R 112 include, for example, —O— (C 2 H 4 —O) 5 —C 11 H 23 , —O— (C 2 H 4 -O) 5 -C 12 H 25, -O- (C 2 H 4 -O) 5 -C 13 H 27, -O- (C 2 H 4 -O) 5 -C 14 H 29, -O - (C 2 H 4 -O) 5 -C 15 H 31, -O- (C 2 H 4 -O) 3 -C 13 H 27, -O- (C 2 H 4 -O) 4 -C 13 H 27, -O- (C 2 H 4 -O) 6 -C 13 H 27, such as -O- (C 2 H 4 -O) 7 -C 13 H 27 and the like. Among these, -O- (C 2 H 4 -O ) 5 -C 11 H 23, -O- (C 2 H 4 -O) 5 -C 13 H 27, -O- (C 2 H 4 -O) 5 -C 15 H 31, -O- (C 2 H 4 -O) 6 -C 13 H 27 are preferable.
R104の分岐若しくは非分岐の炭素数1〜6(好ましくは炭素数1〜5)のアルキレン基としては、例えば、R111の分岐若しくは非分岐の炭素数1〜30のアルキレン基と同様の基をあげることができる。 Examples of the branched or unbranched alkylene group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 5 carbon atoms) of R 104 include the same groups as the branched or unbranched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms of R 111. Can give.
式(I)で表されるメルカプト系シランカップリング剤としては、例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシランや、下記式で表される化合物(エボニック社製のSi363)などがあげられ、下記式で表される化合物を好適に使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上である。1質量部未満では、良好な加工性が得られないおそれがある。また、シランカップリング剤の含有量は、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下である。20質量部を超えると、コストの増加に見合った効果が得られない傾向がある。 In the rubber composition obtained by the production method of the present invention, the content of the silane coupling agent is preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of silica. If it is less than 1 part by mass, good workability may not be obtained. Further, the content of the silane coupling agent is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less. When it exceeds 20 parts by mass, there is a tendency that an effect commensurate with the increase in cost cannot be obtained.
(加硫薬品)
加硫薬品としては、例えば、加硫剤、加硫促進剤などが挙げられ、加硫剤、加硫促進剤を併用することが好ましい。
(Vulcanized chemicals)
Examples of vulcanizing chemicals include vulcanizing agents and vulcanization accelerators, and it is preferable to use vulcanizing agents and vulcanization accelerators in combination.
加硫剤としては、有機過酸化物、硫黄系加硫剤などを使用することができる。有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、1,3−ビス(t−ブチルパーオキシプロピル)ベンゼンなどが挙げられる。また、硫黄系加硫剤としては、例えば、硫黄、モルホリンジスルフィドなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、本発明の効果が良好に得られるという理由から、硫黄系加硫剤が好ましく、硫黄がより好ましい。 As the vulcanizing agent, organic peroxides, sulfur-based vulcanizing agents and the like can be used. Examples of the organic peroxide include benzoyl peroxide, dicumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, t-butyl cumyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, cumene hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2, 5-di (t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexyne- Examples include 3,1,3-bis (t-butylperoxypropyl) benzene. Examples of the sulfur vulcanizing agent include sulfur and morpholine disulfide. These may be used alone or in combination of two or more. Especially, since the effect of this invention is acquired favorably, a sulfur type vulcanizing agent is preferable and sulfur is more preferable.
低燃費性、破壊特性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、加硫剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上であり、また、好ましくは8質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。 In the rubber composition obtained by the production method of the present invention, the content of the vulcanizing agent is preferably based on 100 parts by mass of the rubber component, because low fuel consumption, destructive properties and processability can be obtained in a good balance. It is 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, and preferably 8 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less.
加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、キサンテート系加硫促進剤などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、本発明の効果が良好に得られるという理由から、スルフェンアミド系、グアニジン系が好ましく、スルフェンアミド系、グアニジン系の併用がより好ましい。 Examples of the vulcanization accelerator include sulfenamide, thiazole, thiuram, thiourea, guanidine, dithiocarbamic acid, aldehyde-amine, aldehyde-ammonia, imidazoline, and xanthate vulcanization accelerators. Is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, sulfenamide-based and guanidine-based are preferable, and the combined use of sulfenamide-based and guanidine-based is more preferable because the effects of the present invention can be obtained satisfactorily.
低燃費性、破壊特性及び加工性がバランス良く得られるという理由から、本発明の製造方法により得られるゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1.5質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下である。 In the rubber composition obtained by the production method of the present invention, the content of the vulcanization accelerator is preferably based on 100 parts by mass of the rubber component because the fuel efficiency, fracture characteristics and processability can be obtained in a good balance. Is 0.5 parts by mass or more, more preferably 1.5 parts by mass or more, and preferably 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less.
(その他の成分)
本発明の製造方法により得られるゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、カーボンブラック;老化防止剤;オイルなどの軟化剤;ステアリン酸、酸化亜鉛などの加硫助剤;などを配合することができる。
(Other ingredients)
In addition to the above components, the rubber composition obtained by the production method of the present invention includes a compounding agent generally used in the production of a rubber composition, such as carbon black; an anti-aging agent; a softening agent such as oil; and stearic acid. Vulcanization aids such as zinc oxide; and the like can be blended.
次に、本発明の製造方法における各混練工程について説明する。 Next, each kneading step in the production method of the present invention will be described.
(第一工程)
第一工程は、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を投入して混練し、第一混練物を得る工程である。
(First step)
The first step is a step in which a rubber component, silica and a silane coupling agent are added and kneaded to obtain a first kneaded product.
この工程では、140〜155℃の範囲内で設定された反応温度を維持しながら、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤を混練する反応処理を、下記式(1)及び(2)を満たすまで実施する。これにより、シリカとシランカップリング剤の反応を充分に促進させることができる。
式(1) ΔG*t/ΔG*0×100<80
(式中、ΔG*0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差であり、ΔG*tは、ΔG*0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差である。)
式(2) Vt/V0×100<80
(式中、V0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の130℃におけるムーニー粘度であり、Vtは、V0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の130℃におけるムーニー粘度である。)
In this step, while maintaining the reaction temperature set within the range of 140 to 155 ° C., the reaction treatment for kneading the rubber component, silica and silane coupling agent is performed until the following formulas (1) and (2) are satisfied. carry out. Thereby, reaction of a silica and a silane coupling agent can fully be accelerated | stimulated.
Expression (1) ΔG * t / ΔG * 0 × 100 <80
(In the formula, ΔG * 0 represents G * of 100 ° C., 0.5% strain and G of 100 ° C., 64% strain of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached. * G * t is the difference between G * and 100% of the first kneaded product obtained by kneading for a predetermined time after reaching the same reaction temperature as ΔG * 0 and 100% at 0.5% strain. It is the difference from G * at 64 ° C. and 64% strain.)
Formula (2) Vt / V0 × 100 <80
(In the formula, V0 is the Mooney viscosity at 130 ° C. of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached, and Vt reaches a predetermined reaction temperature after reaching the same reaction temperature as V0. (The Mooney viscosity at 130 ° C. of the first kneaded product obtained by kneading for a period of time.)
反応温度が140℃未満の場合、シリカとシランカップリング剤の反応速度が遅く、シリカを充分に疎水化できないため、必要なシリカの分散やシリカとポリマーとの結合を確保できなくなり、低燃費性や破壊強度が向上しない又は悪化するおそれがある。また、反応温度が155℃を超えると、シリカとシランカップリング剤の反応速度が速くなり過ぎて、混練中にカップリング剤とポリマーとの反応が起こることで、シリカの分散性はかえって悪化し、低燃費性や破壊強度が向上しない又は悪化するおそれがある。 When the reaction temperature is less than 140 ° C, the reaction rate of silica and silane coupling agent is slow, and silica cannot be sufficiently hydrophobized, making it impossible to ensure the necessary dispersion of silica and the bond between silica and polymer, resulting in low fuel consumption. Or the breaking strength may not be improved or deteriorated. When the reaction temperature exceeds 155 ° C., the reaction rate between the silica and the silane coupling agent becomes too fast, and the reaction between the coupling agent and the polymer occurs during the kneading, so that the dispersibility of the silica is deteriorated. There is a risk that fuel efficiency and breaking strength will not be improved or deteriorated.
以下、第一工程の手順を説明する。例えば、反応温度を150℃に設定した場合、混練中にゴム温度が150℃に到達したら、150℃を維持するように、ミキサーの回転数、ラムの降下圧力、チャンバー内の温度などを調整しながら混練を行う(反応処理)。この反応処理を、第一混練物が式(1)、(2)を満たすまで、所定の時間実施する。そして、第一混練物が式(1)、(2)を満たすために必要な時間が経過すると、混練を終了し、第一混練物を混練機から排出する。このようにして得られた第一混練物のG*、ムーニー粘度を測定し、ΔG*t、Vtを算出する。
なお、この例において、ΔG*0、V0は、ゴム温度が150℃に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物(反応処理を実施せずに第一工程を終了して得られた混練物)の測定結果に基いて決定する。ΔG*0、V0は反応温度毎に異なるため、反応温度を変更する場合、変更した反応温度におけるΔG*0、V0を決定する必要がある。
Hereinafter, the procedure of the first step will be described. For example, when the reaction temperature is set to 150 ° C., when the rubber temperature reaches 150 ° C. during kneading, the number of revolutions of the mixer, the ram pressure drop, the temperature in the chamber, etc. are adjusted so as to maintain 150 ° C. Kneading is carried out (reaction treatment). This reaction treatment is performed for a predetermined time until the first kneaded material satisfies the formulas (1) and (2). When the time necessary for the first kneaded material to satisfy the expressions (1) and (2) has elapsed, the kneading is finished and the first kneaded material is discharged from the kneader. G * and Mooney viscosity of the first kneaded product thus obtained are measured, and ΔG * t and Vt are calculated.
In this example, ΔG * 0 and V0 are unreacted kneaded materials obtained by finishing kneading when the rubber temperature reaches 150 ° C. (the first step is finished without carrying out the reaction treatment). Determined based on the measurement result of the kneaded material obtained in the above. Since ΔG * 0 and V0 are different for each reaction temperature, when changing the reaction temperature, it is necessary to determine ΔG * 0 and V0 at the changed reaction temperature.
第一混練物が式(1)、(2)を満たすために必要な反応処理の時間は、混練に用いる混練機の種類、第一混練物の配合内容、設定された反応温度などに応じて異なるが、通常、80〜800秒が好ましい。 The reaction time required for the first kneaded product to satisfy the formulas (1) and (2) depends on the type of kneader used for kneading, the blending content of the first kneaded product, the set reaction temperature, and the like. Usually, 80 to 800 seconds are preferable.
反応処理中のゴム温度(混練物の温度)は、シリカとシランカップリング剤との反応や、シランカップリング剤とゴム成分との反応に影響する。よって、得られるゴム組成物の品質安定化の観点から、反応処理中のゴム温度は、できる限り一定であることが好ましく、具体的には、設定された反応温度の±3℃の範囲であることが好ましい。 The rubber temperature (temperature of the kneaded product) during the reaction treatment affects the reaction between silica and the silane coupling agent and the reaction between the silane coupling agent and the rubber component. Therefore, from the viewpoint of stabilizing the quality of the resulting rubber composition, the rubber temperature during the reaction treatment is preferably as constant as possible, specifically, within a range of ± 3 ° C. of the set reaction temperature. It is preferable.
第一工程で使用する混練機としては、密閉型のバンバリーミキサーが好ましい。バンバリーミキサーのローターの形状は、接線式、噛合式のいずれであってもよい。 The kneading machine used in the first step is preferably a closed Banbury mixer. The shape of the rotor of the Banbury mixer may be tangential or meshing.
シリカとシランカップリング剤との反応は、エタノールなどの副生成物の発生を伴うが、反応系中の副生成物量が増加すると、平衡状態となり、反応が進行しなくなる。そこで、第一工程において、脱気処理を実施することで、シリカとシランカップリング剤との反応で生じた副生成物が除去されるため、反応を更に促進することができる。 The reaction between silica and the silane coupling agent is accompanied by the generation of by-products such as ethanol. However, when the amount of by-products in the reaction system is increased, an equilibrium state is reached and the reaction does not proceed. Therefore, in the first step, by performing a deaeration treatment, the by-product generated by the reaction between silica and the silane coupling agent is removed, so that the reaction can be further accelerated.
脱気処理は、混練によってシリカとシランカップリング剤との反応が生じた後に実施すればよいが、エタノールなどの副生成物を効率よく除去できるという理由から、反応処理と並行して同時に実施するか、反応処理と交互に実施することが好ましく、反応処理と交互に実施することがより好ましい。
なお、反応処理と脱気処理を交互に実施する場合、反応処理、脱気処理の処理時間は特に限定されないが、通常、それぞれ40〜80秒が好ましい。
The deaeration process may be performed after the reaction between the silica and the silane coupling agent occurs by kneading, but it is performed simultaneously with the reaction process because the by-products such as ethanol can be efficiently removed. Or it is preferable to implement alternately with reaction processing, and it is more preferable to implement alternately with reaction processing.
In addition, when performing a reaction process and a deaeration process alternately, the processing time of a reaction process and a deaeration process is although it does not specifically limit, Usually, 40 to 80 second is preferable respectively.
脱気処理としては、エタノールなどの副生成物を除去できる処理であれば特に限定されないが、短時間で副生成物を除去できるという理由から、エアーブロー処理が好ましい。 The deaeration treatment is not particularly limited as long as it can remove a by-product such as ethanol, but air blow treatment is preferable because the by-product can be removed in a short time.
第一工程で投入するゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤は、全量であっても一部であってもよいが、全量であることが好ましい。ただし、ゴム成分として変性ゴムを使用する場合、第一工程で変性ゴム以外のゴム成分を投入し、第二工程で変性ゴムを投入することが好ましい。 The rubber component, silica, and silane coupling agent to be added in the first step may be all or part of them, but the total amount is preferable. However, when a modified rubber is used as the rubber component, it is preferable to add a rubber component other than the modified rubber in the first step and to add the modified rubber in the second step.
第一工程では、ゴム成分、シリカ及びシランカップリング剤以外に、他の成分を投入して混練してもよい。他の成分としては、加硫薬品以外の成分であれば特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、オイル、老化防止剤、ワックス、ステアリン酸、酸化亜鉛などが挙げられる。 In the first step, in addition to the rubber component, silica, and silane coupling agent, other components may be added and kneaded. Other components are not particularly limited as long as they are components other than vulcanized chemicals, and examples thereof include carbon black, oil, anti-aging agent, wax, stearic acid, and zinc oxide.
(第二工程)
第二工程は、第一工程で得られた第一混練物を更に混練し、第二混練物を得る工程である。第二工程を設けることで、シリカの分散が更に促進される。
なお、第二工程では、第一混練物のみを混練してもよいし、第一混練物とともに、他の成分を投入して混練してもよい。
(Second step)
The second step is a step of further kneading the first kneaded product obtained in the first step to obtain a second kneaded product. By providing the second step, dispersion of silica is further promoted.
In the second step, only the first kneaded product may be kneaded, or other components may be added and kneaded together with the first kneaded product.
第二工程の混練は、第一工程と同様の条件で実施することが好ましい。すなわち、第二工程においても、第一工程と同様の反応処理を実施することが好ましい。また、脱気処理も、第一工程と同様の条件で実施することが好ましい。さらに、使用する混練機も、第一工程と同様、密閉型のバンバリーミキサーが好ましい。 The kneading in the second step is preferably performed under the same conditions as in the first step. That is, it is preferable to carry out the same reaction treatment as in the first step also in the second step. Moreover, it is preferable to implement a deaeration process on the same conditions as a 1st process. Further, the kneading machine to be used is preferably a closed Banbury mixer as in the first step.
(第三工程)
第三工程は、第二工程で得られた第二混練物及び加硫薬品を投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得る工程である。
(Third process)
The third step is a step in which the second kneaded product and vulcanized chemical obtained in the second step are added and kneaded to obtain an unvulcanized rubber composition.
第三工程では、混練中のゴム温度の上昇によってスコーチが発生することを防止するため、ゴム温度が所定の温度(好ましくは60〜120℃)に達した時点で混練を終了し、未加硫ゴム組成物を混練機から排出することが好ましい。また、第三工程の混練時間は特に限定されないが、1〜15分程度が好ましい。 In the third step, the kneading is terminated when the rubber temperature reaches a predetermined temperature (preferably 60 to 120 ° C.) in order to prevent scorching from occurring due to an increase in the rubber temperature during the kneading. The rubber composition is preferably discharged from the kneader. The kneading time in the third step is not particularly limited, but is preferably about 1 to 15 minutes.
第三工程で使用する混練機は、第一工程と同様、密閉型のバンバリーミキサーであってもよいし、オープンロールであってもよい。 As in the first step, the kneader used in the third step may be a closed Banbury mixer or an open roll.
(その他の工程)
第三工程で得られた未加硫ゴム組成物を、タイヤ部材(好ましくはキャップトレッド)の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成した後、加硫機中で加熱加圧することで、タイヤを製造することができる。
(Other processes)
The unvulcanized rubber composition obtained in the third step is extruded according to the shape of the tire member (preferably cap tread), molded by a normal method on a tire molding machine, and other tire members The tire can be manufactured by pasting together and forming an unvulcanized tire, followed by heating and pressing in a vulcanizer.
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
SBR:日本ゼオン(株)製のNS616
変性SBR:日本ゼオン(株)製のNS116R(N−メチルピロリドンにより片末端を変性したS−SBR)
BR:日本ゼオン(株)製のBR1220(シス1、4含有率:96質量%)
カーボンブラック:三菱化学(株)製のシーストN220
シリカ:エボニック社製のウルトラシルVN3(平均一次粒子径:15nm、N2SA:175m2/g)
オイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−140
シランカップリング剤:エボニック社製のSi363(下記式で表されるシランカップリング剤(上記式(I)のR101=−O−(C2H4−O)5−C13H27、R102=C2H5−O−、R103=−O−(C2H4−O)5−C13H27、R104=−C3H6−))
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックN
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
硫黄:軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤(1):大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
加硫促進剤(2):大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(N,N’−ジフェニルグアニジン)
Hereinafter, various chemicals used in Examples and Comparative Examples will be described together.
SBR: NS616 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.
Modified SBR: NS116R manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. (S-SBR modified at one end with N-methylpyrrolidone)
BR: BR1220 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. (cis 1, 4 content: 96% by mass)
Carbon black: Seast N220 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
Silica: Ultrasil VN3 manufactured by Evonik (average primary particle size: 15 nm, N 2 SA: 175 m 2 / g)
Oil: Process X-140 manufactured by Japan Energy Co., Ltd.
Silane coupling agent: Si363 manufactured by Evonik (silane coupling agent represented by the following formula (R 101 = -O- (C 2 H 4 -O) in the above formula (I) 5 -C 13 H 27 , R 102 = C 2 H 5 -O-, R 103 = -O- (C 2 H 4 -O) 5 -C 13 H 27, R 104 = -C 3 H 6 -))
Wax: Sunnock N manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.
Stearic acid: Stearic acid “椿” manufactured by NOF Corporation
Zinc oxide: Zinc Hua No. 1 manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Sulfur: Powder sulfur vulcanization accelerator manufactured by Karuizawa Sulfur Co., Ltd. (1): Noxeller CZ (N-cyclohexyl manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) -2-Benzothiazolylsulfenamide)
Vulcanization accelerator (2): Noxeller D (N, N'-diphenylguanidine) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.
(実施例A1〜A12及び比較例A1〜A18)
(第一工程)
表1に示す配合内容に従い、硫黄及び加硫促進剤以外の材料をバンバリーミキサーに投入して混練し、第一混練物又は未反応処理混練物を得た。混練は、設定された反応温度にゴム温度が到達してから、ゴム温度が反応温度の±3℃となるように調整しながら実施し、所定の時間(反応時間)が経過した時点で終了した。各例の反応温度、反応時間は表2〜6に示したとおりである。
(第二工程)
得られた第一混練物又は未反応処理混練物をバンバリーミキサーに投入して更に混練し、第二混練物を得た。混練の条件は第一工程と同様である。
(第三工程)
得られた第二混練物、硫黄及び加硫促進剤をオープンロールに投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得た。混練は、ゴム温度が110℃になった時点で終了した。混練時間は2分であった。
(加硫工程)
得られた未加硫ゴム組成物を170℃で12分間加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
(Examples A1 to A12 and Comparative Examples A1 to A18)
(First step)
In accordance with the formulation shown in Table 1, materials other than sulfur and a vulcanization accelerator were put into a Banbury mixer and kneaded to obtain a first kneaded product or an unreacted kneaded product. The kneading was carried out while adjusting the rubber temperature to be ± 3 ° C. of the reaction temperature after the rubber temperature reached the set reaction temperature, and finished when a predetermined time (reaction time) had elapsed. . The reaction temperature and reaction time in each example are as shown in Tables 2-6.
(Second step)
The obtained first kneaded material or unreacted kneaded material was put into a Banbury mixer and further kneaded to obtain a second kneaded material. The kneading conditions are the same as in the first step.
(Third process)
The obtained second kneaded product, sulfur and vulcanization accelerator were put into an open roll and kneaded to obtain an unvulcanized rubber composition. The kneading was finished when the rubber temperature reached 110 ° C. The kneading time was 2 minutes.
(Vulcanization process)
The obtained unvulcanized rubber composition was vulcanized at 170 ° C. for 12 minutes to obtain a vulcanized rubber composition.
(実施例B1〜B12及び比較例B1〜B18)
(第一工程)
表1に示す配合内容に従い、硫黄及び加硫促進剤以外の材料をバンバリーミキサーに投入して混練し、第一混練物又は未反応処理混練物を得た。混練は、設定された反応温度にゴム温度が到達してから、ゴム温度が反応温度の±3℃となるように調整しながら実施し、所定の時間(反応時間)が経過した時点で終了した。各例の反応温度、反応時間は表7〜11に示したとおりである。
また、第一工程では、反応時間が60秒経過する毎に、バンバリーミキサーのラムを開け、内部に向かってエアーを吹き付けるエアーブロー処理を60秒実施した。例えば、反応時間が240秒の例では、60秒の反応処理、60秒のエアーブロー処理を、この順に交互に4回ずつ実施した。
(第二工程)
得られた第一混練物又は未反応処理混練物をバンバリーミキサーに投入して更に混練し、第二混練物を得た。混練やエアーブロー処理の条件は第一工程と同様である。
(第三工程)
得られた第二混練物、硫黄及び加硫促進剤をオープンロールに投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得た。混練は、ゴム温度が110℃になった時点で終了した。混練時間は2分であった。
(加硫工程)
得られた未加硫ゴム組成物を170℃で12分間加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
(Examples B1 to B12 and Comparative Examples B1 to B18)
(First step)
In accordance with the formulation shown in Table 1, materials other than sulfur and a vulcanization accelerator were put into a Banbury mixer and kneaded to obtain a first kneaded product or an unreacted kneaded product. The kneading was carried out while adjusting the rubber temperature to be ± 3 ° C. of the reaction temperature after the rubber temperature reached the set reaction temperature, and finished when a predetermined time (reaction time) had elapsed. . The reaction temperature and reaction time in each example are as shown in Tables 7-11.
Further, in the first step, every 60 seconds of reaction time, the ban of the Banbury mixer was opened, and the air blowing process of blowing air toward the inside was performed for 60 seconds. For example, in an example where the reaction time is 240 seconds, the reaction process of 60 seconds and the air blow process of 60 seconds were alternately performed four times in this order.
(Second step)
The obtained first kneaded material or unreacted kneaded material was put into a Banbury mixer and further kneaded to obtain a second kneaded material. The conditions for kneading and air blowing are the same as in the first step.
(Third process)
The obtained second kneaded product, sulfur and vulcanization accelerator were put into an open roll and kneaded to obtain an unvulcanized rubber composition. The kneading was finished when the rubber temperature reached 110 ° C. The kneading time was 2 minutes.
(Vulcanization process)
The obtained unvulcanized rubber composition was vulcanized at 170 ° C. for 12 minutes to obtain a vulcanized rubber composition.
(実施例C1〜C12及び比較例C1〜C24)
(第一工程)
表12に示す配合内容に従い、変性SBR、硫黄及び加硫促進剤以外の材料をバンバリーミキサーに投入して混練し、第一混練物又は未反応処理混練物を得た。混練は、設定された反応温度にゴム温度が到達してから、ゴム温度が反応温度の±3℃となるように調整しながら実施し、所定の時間(反応時間)が経過した時点で終了した。各例の反応温度、反応時間は表12〜18に示したとおりである。
(第二工程)
得られた第一混練物又は未反応処理混練物をバンバリーミキサーに投入して更に混練し、第二混練物を得た。混練の条件は第一工程と同様である。
(第三工程)
得られた第二混練物、硫黄及び加硫促進剤をオープンロールに投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得た。混練は、ゴム温度が110℃になった時点で終了した。混練時間は2分であった。
(加硫工程)
得られた未加硫ゴム組成物を170℃で12分間加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
(Examples C1 to C12 and Comparative Examples C1 to C24)
(First step)
In accordance with the formulation shown in Table 12, materials other than modified SBR, sulfur and vulcanization accelerator were charged into a Banbury mixer and kneaded to obtain a first kneaded product or an unreacted kneaded product. The kneading was carried out while adjusting the rubber temperature to be ± 3 ° C. of the reaction temperature after the rubber temperature reached the set reaction temperature, and finished when a predetermined time (reaction time) had elapsed. . The reaction temperature and reaction time in each example are as shown in Tables 12-18.
(Second step)
The obtained first kneaded material or unreacted kneaded material was put into a Banbury mixer and further kneaded to obtain a second kneaded material. The kneading conditions are the same as in the first step.
(Third process)
The obtained second kneaded product, sulfur and vulcanization accelerator were put into an open roll and kneaded to obtain an unvulcanized rubber composition. The kneading was finished when the rubber temperature reached 110 ° C. The kneading time was 2 minutes.
(Vulcanization process)
The obtained unvulcanized rubber composition was vulcanized at 170 ° C. for 12 minutes to obtain a vulcanized rubber composition.
上記で得られた第一混練物、未反応処理混練物、未加硫ゴム組成物、加硫ゴム組成物について、下記の評価を行った。結果を表2〜11、13〜18に示す。
なお、下記評価において、表2〜6の基準比較例は比較例A1、表7〜11の基準比較例は比較例B1、表13〜18の基準比較例は比較例C1とした。
The following evaluation was performed about the 1st kneaded material obtained above, the unreacted kneaded material, the unvulcanized rubber composition, and the vulcanized rubber composition. The results are shown in Tables 2-11 and 13-18.
In the following evaluation, the reference comparative examples in Tables 2 to 6 were Comparative Example A1, the reference comparative examples in Tables 7 to 11 were Comparative Example B1, and the reference comparative examples in Tables 13 to 18 were Comparative Example C1.
(ムーニー粘度)
JIS K6300に従い、130℃で、上記第一混練物又は未反応処理混練物のムーニー粘度を測定した。結果は、基準比較例を100として指数表示した(第一工程後のVIS指数)。指数が小さいほど加工性に優れることを示す。
また、設定された反応温度ごとに、式(2)のVt/V0×100を算出した(VIS低下率)。
(Mooney viscosity)
According to JIS K6300, the Mooney viscosity of the first kneaded material or the unreacted kneaded material was measured at 130 ° C. The results are shown as an index with the reference comparative example being 100 (VIS index after the first step). The smaller the index, the better the workability.
Moreover, Vt / V0 * 100 of Formula (2) was calculated for every set reaction temperature (VIS reduction rate).
(ペイン効果)
RPA2000(アルファテクノロジーズ社製)を使用し、上記第一混練物又は未反応処理混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*とを測定し、ΔG*を算出した。結果は、基準比較例を100として指数表示した(第一工程後のΔG*指数)。
また、設定された反応温度ごとに、式(1)のΔG*t/ΔG*0×100を算出した(ΔG*低下率)。
(Pain effect)
Using RPA2000 (manufactured by Alpha Technologies), G * of 100 ° C. and 0.5% strain and G * of 100 ° C. and 64% strain of the first kneaded product or unreacted kneaded product are measured, and ΔG * Was calculated. The results are displayed as an index with the reference comparative example being 100 (ΔG * index after the first step).
In addition, ΔG * t / ΔG * 0 × 100 of Equation (1) was calculated for each reaction temperature that was set (ΔG * decrease rate).
(tanδ)
(株)上島製作所製のスペクトロメーターを用いて、動的歪振幅1%、周波数10Hz、温度50℃で、上記加硫ゴム組成物のtanδを測定した。結果は、基準比較例を100として指数表示した(tanδ指数)。指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費性に優れることを示す。
(Tan δ)
Using a spectrometer manufactured by Ueshima Seisakusho, tan δ of the vulcanized rubber composition was measured at a dynamic strain amplitude of 1%, a frequency of 10 Hz, and a temperature of 50 ° C. The results were expressed as an index with the reference comparative example being 100 (tan δ index). The smaller the index, the lower the rolling resistance and the better the fuel efficiency.
(破壊エネルギー)
JIS K 6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に従い、上記加硫ゴム組成物から形成した厚さ2mmの3号ダンベルを用いて引張り試験を実施し、破断強度(TB)及び破断伸び(EB)をそれぞれ測定した。そして、TBとEBの積で定義される破壊エネルギーについて、基準比較例を100として指数表示した(破壊エネルギー指数)。指数が大きいほど破壊特性に優れることを示す。
(Destructive energy)
In accordance with JIS K 6251 “Vulcanized Rubber and Thermoplastic Rubber-Determination of Tensile Properties”, a tensile test was conducted using a No. 3 dumbbell with a thickness of 2 mm formed from the above vulcanized rubber composition. And elongation at break (EB) were measured. Then, the breaking energy defined by the product of TB and EB was displayed as an index (breaking energy index) with the reference comparative example being 100. The larger the index, the better the fracture characteristics.
(性能指標)
各例の性能を総合的に評価するため、下記計算式により性能指標を算出した。
性能指標=((100/第一工程後のVIS指数)×100+(100/tanδ指数)×100+破壊エネルギー指数)/3
(Performance index)
In order to comprehensively evaluate the performance of each example, a performance index was calculated by the following formula.
Performance index = ((100 / VIS index after first step) × 100 + (100 / tan δ index) × 100 + fracture energy index) / 3
表2〜6で示されているように、第一工程において、反応温度を140〜155℃の範囲内で設定し、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施した実施例A1〜A12は、反応温度は同一であるが、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施しなかった比較例A1〜A6と比較して、低燃費性、破壊特性及び加工性が顕著に改善された。
反応温度を140〜155℃の範囲外で設定した比較例A7〜A18では、反応時間を長くしても式(1)、(2)を満たすことはできず、充分な性能の改善は見られなかった。
これらの結果から、配合薬品の種類を変更しなくても、式(1)、(2)を指標として混練方法を調整するという簡便な手法により、シリカの分散性を向上できることが明らかとなった。
As shown in Tables 2 to 6, Example A1 in which the reaction temperature was set in the range of 140 to 155 ° C. in the first step and the reaction treatment was performed until the formulas (1) and (2) were satisfied. Although -A12 has the same reaction temperature, compared with Comparative Examples A1-A6 in which the reaction treatment was not carried out until the formulas (1) and (2) were satisfied, the fuel economy, fracture characteristics, and processability were higher. Remarkably improved.
In Comparative Examples A7 to A18 in which the reaction temperature was set outside the range of 140 to 155 ° C., even if the reaction time was increased, the formulas (1) and (2) could not be satisfied, and sufficient performance improvement was observed. There wasn't.
From these results, it has been clarified that the dispersibility of silica can be improved by a simple technique of adjusting the kneading method using the formulas (1) and (2) as an index without changing the kind of the compounding chemical. .
表7〜11で示されているように、第一工程において、反応温度を140〜155℃の範囲内で設定し、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施した実施例B1〜B12は、反応温度は同一であるが、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施しなかった比較例B1〜B6と比較して、低燃費性、破壊特性及び加工性が顕著に改善された。
反応温度を140〜155℃の範囲外で設定した比較例B7〜B18では、反応時間を長くしても式(1)、(2)を満たすことはできず、充分な性能の改善は見られなかった。
これらの結果から、配合薬品の種類を変更しなくても、式(1)、(2)を指標として混練方法を調整するという簡便な手法により、シリカの分散性を向上できることが明らかとなった。
また、実施例B1〜B12と実施例A1〜A12との比較から、脱気処理を実施することで、性能が更に向上することが明らかとなった。
As shown in Tables 7 to 11, in the first step, the reaction temperature was set within the range of 140 to 155 ° C., and the reaction treatment was carried out until the formulas (1) and (2) were satisfied. Example B1 -B12 has the same reaction temperature, but has low fuel consumption, fracture characteristics and processability compared to Comparative Examples B1 to B6 in which the reaction treatment was not performed until the formulas (1) and (2) were satisfied. Remarkably improved.
In Comparative Examples B7 to B18 where the reaction temperature was set outside the range of 140 to 155 ° C., even if the reaction time was increased, the formulas (1) and (2) could not be satisfied, and sufficient performance improvement was observed. There wasn't.
From these results, it has been clarified that the dispersibility of silica can be improved by a simple technique of adjusting the kneading method using the formulas (1) and (2) as an index without changing the kind of the compounding chemical. .
Moreover, it became clear from the comparison with Example B1-B12 and Example A1-A12 that performance improves further by implementing a deaeration process.
表13〜18で示されているように、第一工程において、反応温度を140〜155℃の範囲内で設定し、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施した実施例C1〜C12は、反応温度は同一であるが、式(1)、(2)を満たすまで反応処理を実施しなかった比較例C1〜C6と比較して、低燃費性、破壊特性及び加工性が顕著に改善された。
反応温度を140〜155℃の範囲外で設定した比較例C7〜C18では、反応時間を長くしても式(1)、(2)を満たすことはできず、充分な性能の改善は見られなかった。変性ゴムを第一工程で投入した比較例C19〜C24も、同様の傾向であった。
これらの結果から、配合薬品の種類を変更しなくても、式(1)、(2)を指標として混練方法を調整するという簡便な手法により、シリカの分散性を向上できることが明らかとなった。
As shown in Tables 13 to 18, Example C1 in which the reaction temperature was set in the range of 140 to 155 ° C. in the first step and the reaction treatment was performed until Expressions (1) and (2) were satisfied. Although -C12 has the same reaction temperature, compared with Comparative Examples C1-C6 which did not carry out reaction treatment until Formula (1) and (2) were satisfy | filled, fuel-consumption property, a fracture characteristic, and workability are Remarkably improved.
In Comparative Examples C7 to C18 in which the reaction temperature was set outside the range of 140 to 155 ° C., even if the reaction time was increased, the formulas (1) and (2) could not be satisfied, and sufficient performance improvement was observed. There wasn't. Comparative examples C19 to C24 in which the modified rubber was added in the first step had the same tendency.
From these results, it has been clarified that the dispersibility of silica can be improved by a simple technique of adjusting the kneading method using the formulas (1) and (2) as an index without changing the kind of the compounding chemical. .
Claims (6)
前記第一混練物を更に混練し、第二混練物を得る第二工程と、
前記第二混練物及び加硫薬品を投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得る第三工程とを含み、
前記第一工程において、140〜155℃の範囲内で設定された反応温度を維持しながら、前記ゴム成分、前記シリカ及び前記シランカップリング剤を混練する反応処理を、下記式(1)及び(2)を満たすまで実施するタイヤ用ゴム組成物の製造方法。
式(1) ΔG*t/ΔG*0×100<80
(式中、ΔG*0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差であり、ΔG*tは、ΔG*0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の100℃、0.5%歪みのG*と100℃、64%歪みのG*との差である。)
式(2) Vt/V0×100<80
(式中、V0は、反応温度に到達した時点で混練を終了して得られた未反応処理混練物の130℃におけるムーニー粘度であり、Vtは、V0と同じ反応温度に到達後、所定の時間混練して得られた第一混練物の130℃におけるムーニー粘度である。) A rubber component, silica and a silane coupling agent are added and kneaded to obtain a first kneaded product;
A second step of further kneading the first kneaded product to obtain a second kneaded product;
Adding the second kneaded product and the vulcanized chemical and kneading to obtain a non-vulcanized rubber composition,
In the first step, a reaction treatment for kneading the rubber component, the silica and the silane coupling agent while maintaining a reaction temperature set within a range of 140 to 155 ° C. is represented by the following formulas (1) and ( The manufacturing method of the rubber composition for tires implemented until 2) is satisfy | filled.
Expression (1) ΔG * t / ΔG * 0 × 100 <80
(In the formula, ΔG * 0 represents G * of 100 ° C., 0.5% strain and G of 100 ° C., 64% strain of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached. * G * t is the difference between G * and 100% of the first kneaded product obtained by kneading for a predetermined time after reaching the same reaction temperature as ΔG * 0 and 100% at 0.5% strain. It is the difference from G * at 64 ° C. and 64% strain.)
Formula (2) Vt / V0 × 100 <80
(In the formula, V0 is the Mooney viscosity at 130 ° C. of the unreacted kneaded product obtained by finishing kneading when the reaction temperature is reached, and Vt reaches a predetermined reaction temperature after reaching the same reaction temperature as V0. (The Mooney viscosity at 130 ° C. of the first kneaded product obtained by kneading for a period of time.)
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