JP2018534186A - 少なくとも１種類の反応性添加剤を含有するゴム完成混合物を製造するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、上部混合室（６）を有する上部機械（１）と、下部混合室（６’）を有する下部機械（２）とを備えたタンデム式ミキサを使用してゴム完成混合物を製造するための装置および方法に関する。下部混合室が上部混合室よりも大きく、および各混合室にロータ（７）が配置される。装入ユニット（４）であって、それにより、混合物成分が装入シャフト（３）を介して下部混合室に移送され得る、装入ユニット（４）が設けられる。装入ユニットは、少なくとも２つの計量装置（１１、１１’）と、第１の計量装置の上流に接続される少なくとも１つの切断または予加熱ユニット（１０）と、装入シャフトにつながる第１のコンベヤベルト（１２）とを有する。第１の計量装置は、混合物成分を第１のコンベヤベルトに運搬するための第１の搬送ユニットを有し、および第２の計量装置は、第１のコンベヤベルトにつながる第２のコンベヤベルト（１３）に混合物成分を運搬するための第２の搬送ユニットを有し、全てのコンベヤベルトは自動的に起動および停止され得る。

Description

本発明は、少なくとも１種類の反応性添加剤を含む完成ゴム混合物を製造するための装置であって、上部混合室を有する上部機械と、下部混合室を有する下部機械とを備えたタンデム式ミキサを含み、下部混合室が上部混合室よりも大きく、および各混合室にロータが配置され、装入ユニットであって、それにより、混合物成分が装入シャフトを介して下部混合室に導入され得る、装入ユニットが設けられている、装置に関する。

本発明は、反応性添加剤を含む完成ゴム混合物を製造するプロセスにさらに関する。

少なくとも２つの混合段階、すなわち基礎混合および仕上げ混合を介してゴム混合物を製造することは知られておりかつ慣習的である。ベース混合物の製造中、架橋化学物質を除くゴム、フィラー、加工助剤、老化安定剤（ａｇｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）、オゾン劣化防止剤、およびさらなる慣習的な添加剤などのゴム混合物の全ての成分は、エネルギーを導入しながら互いに混合される。ベース混合物が完成され、冷却され、場合により貯蔵された後、完成ゴム混合物は、比較的低温で架橋化学物質に混ぜ込むことによって製造される。

典型的に、ゴム混合物はその意図される使用分野にかかわらず、例えば特許文献１から知られるような、上部混合室を含む上部機械と、下部混合室を含む下部機械とを有するタンデム式ミキサであって、下部混合室が上部混合室よりも大きく、および各混合室にロータが配置される、タンデム式ミキサ中で混合される。タンデム式ミキサを用いてベース混合物および完成混合物を製造するための様々なプロセスが例えば特許文献２、特許文献３または特許文献４から知られている。

非反応性ゴム混合物、すなわち混合物製造の過程で化学反応が起こらないゴム混合物の製造において、タンデム式ミキサは、上部機械で製造されたベース混合物の制御冷却により、および仕上げ混合のための下部機械の混合室への典型的な架橋化学物質の供給により、基礎混合プロセスと仕上げ混合プロセスとの結合を可能にする。

反応性混合物の中で、シリカ含有ゴム混合物は、現代の自動車タイヤでのその使用のために非常に重要である。この種のゴム混合物の製造において、シリカの極性基と反応しかつゴムへの結合を可能にするカップリング剤と呼ばれるものを使用することは、ゴム混合物の加工性の改善のために、および極性シリカの非極性ゴムへの付着のために極めて慣習的である。そのようなカップリング剤は、例えば、ケイ素原子上の離脱基として少なくとも１つのアルコキシ、シクロアルコキシ、またはフェノキシ基を有し、さらなる官能価として、任意選択的に解離後、ポリマーの二重結合により化学反応に入ることができる基を有する二官能性オルガノシランである。

上部機械の混合室と比較してより大きい容積を有する下部機械の混合室を設計することは慣習的であるとしても、現在、ゴム混合物は、下部機械の混合室内で比較的ゆっくりとのみ冷却され、結果として混合時間は著しく引き延ばされ、処理量は明確に制限される。現在、導入すべき個々の混合物成分の秤量は非常に時間がかかるため、処理量はタンデム式ミキサによって制限され、従って生産性も同様に制限される。

欧州特許出願公開第０４７２９３１号明細書 独国特許出願公開第４４０７１４４号明細書 欧州特許第１２１３１１０号明細書 欧州特許第０６１８０５５号明細書

従って、本発明の目的は、冒頭で特定した種類の装置およびプロセスを提供することであり、それを用いることによって少なくとも１種類の反応性添加剤を含むゴム混合物を以前よりも高い処理量で混合することができる。

装置に関して、上に挙げた目的は本発明によって達成され、本発明中、装入ユニットは、少なくとも２つの計量装置と、計量装置の上流に接続された少なくとも１つの切断または予加熱ユニットと、装入シャフトにつながる第１のコンベヤベルトとを有し、一方の計量装置が、混合物成分を第１のコンベヤベルトに運搬するための第１の搬送ユニットを有し、および他方の計量装置が、第１のコンベヤベルトにつながる第２のコンベヤベルトに混合物成分を運搬するための第２の搬送ユニットを有し、全てのコンベヤベルトが自動的にオンおよびオフにされ得、それにより、秤量された混合物成分がコンベヤベルト上の「待機位置」に留められ得る。

プロセスに関して、上に挙げた目的は本発明によって達成され、本発明中、第１の段階において、上部機械内でゴムおよび少なくとも１種類の反応性添加剤がベース混合物をバッチ式に製造するために使用され、および第２の段階において、ベース混合物が同様にバッチ式に加硫化学物質の添加によって仕上げ混合され、ベース混合物が、上部および下部機械ならびに成形用集合体から構成される全体混合ユニットを離れることなく、下部機械内で完成ゴム混合物の製造に適した温度で仕上げ混合される。

２つの計量装置が提供されることによって複数種の混合物成分を同時に秤量することができる。上流の切断または予加熱ユニットはいかなるゴムの粉砕または予加熱も可能にし、その結果、ゴムは所望の温度および濃度で下部混合室に最初に充填することができ、これによりベース混合物の効果的な冷却が保証される。混合物成分は「待機位置」に留めることができるため、例えば、カップリング剤およびそれに続く架橋化学物質を一方の計量装置で秤量することが可能であり、その間、例えば、ベース混合物の製造に必要なさらなる混合物成分および最初に充填すべきゴムが他方の計量装置で秤量される。ゴムの初期充填により、完成ベース混合物は、その完成直後に仕上げ混合に理想的な混合温度を有し、そのため、コンベヤベルトの一方の「待機位置」に予め存在する秤量された架橋化学物質を完成ベース混合物に直ちに添加することができる。本発明の装入ユニットは、従って、タンデム式ミキサによる処理量の増大に決定的に寄与する。なぜなら、混合物成分の秤量時間がもはや処理量を制限しないからである。

驚くべきことに、本発明の装置および本発明のプロセスを用いることにより、基礎混合プロセスと仕上げ混合プロセスとの結合を可能にするタンデム式ミキサにおける混合物製造の過程で化学反応が進行する反応性ゴム混合物の混合も可能であることが見出された。本発明の装置は、上部機械で製造されるベース混合物の制御冷却と、典型的な架橋化学物質およびさらなる混合物成分の下部機械の混合室への計量添加とによる仕上げ混合物の製造を可能にする。

好ましくは、装入ユニットは、総じて完成ゴム混合物の質量の７５％まで、特に５％〜４０％に対応する量で混合物成分を添加できるように設計される。従って、混合作業の大部分をより大きい下部混合室内で実行することが可能であり、その結果、仕上げ混合に最適な温度が以前よりも早く達成され、その結果、処理量を追加的に増大することができる。

好ましい実施形態において、計量装置の搬送ユニットおよびコンベヤベルトは、１つまたは複数のライトバリア（ｌｉｇｈｔ ｂａｒｒｉｅｒ）によって作動可能であり、すなわち停止可能および再始動可能である。

好ましくは、計量装置の搬送ユニットはそれぞれコンベヤベルトを有する。

次に、本発明のさらなる特徴、利点および詳細を、図面を参照してより詳細に記載する。図面は本発明の１つの例示的な実施形態を概略的に示す。

完成ゴム混合物の製造装置の簡略図である。 図１の装置によって実行される混合プロセスの混合曲線の例である。

図１に示される装置は、上部機械１、下部機械２および装入シャフト３を有するタンデム式ミキサと、同じく装入ユニット４とを含む。タンデム式ミキサの下に、成形用集合体５、例えばローラシステムまたは「ツインスクリューローラヘッド押出機」が配置される。

上部機械１は上部混合室６を、および下部機械２は下部混合室６’を有し、下部混合室６’は上部混合室６より大きく、２つのロータ７が各混合室６、６’内でそれ自体知られている方法で作動される。上部機械１はまた、圧力がかけられるラム８を有し、ラム８は上部混合室６より上に配置され、それ自体知られている方法で上下に移動され得る。図１において、ラム８は下降位置にあり、その位置において、上部混合室６内に存在する混合物を対応するロータ７の方に押すことができる。

各混合室６、６’は、回動可能な放出弁９を有する。上部混合室６の放出弁９を開放することにより、上部混合室６からの混合物を下部混合室６’に移すことができる。下部混合室６’の放出弁９を開放することにより、混合物は成形用集合体５に導入され、次いで、それによって所望の厚さに圧延される。圧延されたゴム混合物は、その最終用途に依存してさらに加工され、例えば、ゴム混合物は、空気入り車両タイヤのトレッドを続いて製造するために、それ自体知られている方法でシートの形態で押し出される。

図２に示される混合曲線は、例として、バッチの基礎混合および仕上げ混合を含む混合作業に関する混合温度（各混合室６、６’内の温度）の時間に対するプロファイルを示し、ここで、混合温度は横軸に、および混合時間は縦軸にプロットされている。混合曲線中「Ｏ」で識別されるセクションは、上部混合室６内で実行される混合作業の部分であり、「Ｕ」で識別されるセクションは、下部混合室６’内で実行される混合作業の部分を特徴とする。

ゴム混合物の基礎混合は、以下で説明されるように、部分的に上部混合室６内で、および部分的に下部混合室６’内で実行され、仕上げ混合は下部混合室６’内で実行される。装入ユニット４を用いて、装入シャフト３を介して混合物成分を下部混合室６’に供給することが可能である。

基礎混合の過程において、ゴム成分および各ゴム混合物に意図されるフィラー、特にカーボンブラック／シリカが、特にそれ自体知られている方法で上部混合室６に導入される。上部混合室６内の温度（Ｔ_１）は一般に６０℃〜１５０℃であり、温度Ｔ_１は、どの程度前に最後の混合作業が実行されたかに特に依存する。ラム８を下げた後、導入された混合物成分は、既に作動しているロータ７によって互いに混合される。図２の混合曲線によって示されるように、混合作業の開始時点における混合温度は、例えば約６０℃の混合温度Ｔ_２まで連続的に下降する（セクションＯ）。上部機械１のロータ７の速度は、ロータ７によって混合物に導入されるせん断力が１２０℃〜２００℃の混合温度Ｔ_３までの上昇をもたらすように選択される。混合温度Ｔ_３およびその根底にあるロータ７を介したエネルギー入力は、ゴム成分へのフィラーの最適な混ぜ込み、すなわち分配（分散）を保証する。さらに、混合温度Ｔ_３はシリカのシラン処理反応の実行に理想的に適している。

フィラーが混ぜ込まれた後、混合物は下部混合室６’に移され、さらなる混合物成分（特に可塑剤、加工活性剤（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｃｔｉｖｅｓ）、老化安定剤、オゾン劣化防止ワックス、酸化亜鉛およびステアリン酸を含む）が装入シャフト３を介して混合物に添加され、ベース混合物が製造される。仕上げ混合のために、架橋化学物質（好ましくは硫黄および少なくとも１種の加硫促進剤を含む）が添加される。好ましくは、ロータ７’の速度は、さらなる混合物成分の添加の直前または直後に低減され、さらなる混合物成分の良好な分散性が高い混合の質を保証する。ロータ７’の速度の同時低減を伴うさらなる混合物成分の混ぜ込みは、これにより混合温度の低減が促されるため（混合温度Ｔ_４）に有利である。

混合物の仕上げ混合のために、混合温度をＴ_５＜Ｔ_４の値まで低減し、それによって架橋化学物質の添加後の早過ぎる架橋を防止することが不可欠である。このために、例えば、混合物を上部混合室６から下部混合室６’に移す前に、下部混合室６’に熱的に安定した混合物成分を最初に装入することが有利である。例えば、予め硫黄等を含有する特定のゴムベース混合物またはゴム粉末中に提供されたゴムを初期装入に含めることができる。加えて、下部混合室６’において、ゴムは硫黄と予備混合され得、またはゴムは、オゾン劣化防止ワックスまたはゴム中での良好な分散性を有する別の混合物成分と予備混合され得る（「予備バッチ」）。これらの手順は、後続の下部混合室６’内での混合物の冷却を促進する。

熱的に安定した混合物成分の初期装入ならびにさらなる混合物成分および架橋化学物質の追加は、装入シャフト３を介した特別な装入ユニット４によって実行され、ここで、混合物成分全体は、最終的なゴム混合物の質量の７５％まで、特に５％〜４０％に対応する量で添加される。

図１に概略的な形態で示される装入ユニット４は、切断または予加熱ユニット１０と、２つの計量装置１１、１１’と、装入シャフト３につながるコンベヤベルト１２と、計量装置１１’からコンベヤベルト１２に至るコンベヤベルト１３とを有する。２つのコンベヤベルト１２、１３の運搬方向は、矢印Ｐによってそれぞれ特定される。計量装置１１、１１’も、同様にそれぞれ１つのコンベヤベルトを特に含む１つの搬送ユニットを有し、その結果、計量ユニット１１、１１’によって秤量される混合物成分はコンベヤベルト１２、１３へ運搬可能である。

各ゴム混合物に提供される混合物成分は、計量装置１１の上流に配置された切断または予加熱ユニット１０によって任意選択的に粉砕および／または加熱され、次いで計量装置１１で秤量される。各場合に望ましい量がコンベヤベルト１２に、続いて装入シャフト３に運搬され、かつ装入シャフト３を介して下部混合室６’へ運搬される。架橋化学物質は、第２の計量装置１１’で秤量され、次いでコンベヤベルト１３を介してコンベヤベルト１２へ、続いて下部混合室６’へ搬送され得る。

コンベヤベルト１２、１３は、必要に応じて自動的に停止される。例えば、第１のバッチが下部混合室６’で仕上げ混合され、その一方で第２のバッチのベース混合物が上部混合室６で混合される場合、第２のバッチの仕上げ混合に必要な混合物成分および最初に装入すべきいずれかの熱的に安定した混合物成分を秤量し、任意選択的に切断し、または予加熱し、コンベヤベルト１２上に運搬することができる。コンベヤベルト１２が停止され、その結果、各混合物成分は一時的に待機位置に存在する。下部混合室６’に存在する第１のバッチは、仕上げ混合されると、成形用集合体５に導入される。最初に装入すべきいずれかの混合物成分が下部混合室６に導入および混合される。続いて、上部混合室６に存在する第２のバッチが下部混合室６’に移され、コンベヤベルト１２上に存在する事前に準備された混合物成分が装入シャフト３を介してそこに添加される。第２のバッチは、このようにして下部混合室６’に移された直後に効果的に冷却され、次いで仕上げ混合され得、その結果、バッチ式混合手順の特に迅速な進行が保証され、従って生産性が向上する。コンベヤベルト１２、１３は、好ましくは、コンベヤベルト１２、１３の適切な停止および始動を保証する１つまたは複数のライトバリアによって制御される。

１ 上部機械
２ 下部機械
３ 装入シャフト
４ 装入ユニット
５ 成形用集合体
６、６’ 混合室
７ ロータ
８ ラム
９ 放出弁
１０ 切断または予加熱ユニット
１１、１１’ 計量装置
１２、１３ コンベヤベルト
Ｐ 運搬方向

Claims (5)

1. 少なくとも１種類の反応性添加剤を含む完成ゴム混合物の製造のための装置であって、上部混合室（６）を有する上部機械（１）と、下部混合室（６’）を有する下部機械（２）とを備えたタンデム式ミキサを含み、前記下部混合室（６’）が前記上部混合室（６）よりも大きく、および各混合室（６、６’）にロータ（７）が配置され、装入ユニット（４）であって、それにより、混合物成分が装入シャフト（３）を介して前記下部混合室（６’）に導入され得る、装入ユニット（４）が設けられている、装置において、
   前記装入ユニット（４）が、少なくとも２つの計量装置（１１、１１’）と、計量装置（１１、１１’）の上流に接続された少なくとも１つの切断または予加熱ユニット（１０）と、前記装入シャフト（３）につながる第１のコンベヤベルト（１２）とを有し、一方の計量装置（１１）が、混合物成分を前記第１のコンベヤベルト（１２）に運搬するための第１の搬送ユニットを有し、および他方の計量装置（１１’）が、前記第１のコンベヤベルト（１２）につながる第２のコンベヤベルト（１３）に混合物成分を運搬するための第２の搬送ユニットを有し、全てのコンベヤベルト（１２、１３）が自動的にオンおよびオフにされ得、それにより、秤量された混合物成分が前記コンベヤベルト（１２、１３）上の「待機位置」に留められ得ることを特徴とする装置。
2. 混合物成分が、総じて前記完成ゴム混合物の質量の７５％まで、特に５％〜４０％に対応する量で前記装入ユニット（４）によって添加され得ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記計量装置（１１、１１’）の前記搬送ユニットおよび前記コンベヤベルト（１２、１３）が１つまたは複数のライトバリアによって作動可能であり、すなわち停止可能および再始動可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記計量装置（１１、１１’）の前記搬送ユニットがそれぞれコンベヤベルトを有することを特徴とする、請求項１または３に記載の装置。
5. 少なくとも１種類の反応性添加剤を含む完成ゴム混合物を製造するための方法であって、第１の段階において、上部機械（１）内でゴムおよび前記少なくとも１種類の反応性添加剤がベース混合物をバッチ式に製造するために使用され、および第２の段階において、前記ベース混合物が同様にバッチ式に加硫化学物質の添加によって仕上げ混合され、前記ベース混合物が、上部および下部機械（１、２）ならびに成形用集合体（５）から構成される全体混合ユニットを離れることなく、前記下部機械（２）内で完成ゴム混合物の製造に適した温度で仕上げ混合される、方法。

Images