JP2021528288A - エラストマー組成物を生成するための混合プロセス及びシステム - Google Patents

Abstract

エラストマー組成物を生成するための混合プロセスであって、プロセスは、エマルション貯蔵設備（１２）のエマルジョンリザーバ（１２ａ）内に液相で貯蔵されたエマルジョンを提供するステップと、充填物投与システム（１８）の排出ホッパー（１８ａ）内に固相で貯蔵された充填物材料を提供するステップと、混合物がエマルジョン及び充填物材料から調製されかつ混合物がエラストマー組成物として排出される出口範囲（２０ａ）を有する複数の予め定められた生成ゾーン（２４ａ〜２４ｄ）を有する対応するバレル（２４）に配置された押出機（２２）を含む混合設備（２０）を提供するステップと、エマルジョンリザーバから所定量のエマルジョン及び排出ホッパーから所定量の充填物を直接、混合設備（２０）の供給ゾーン（２４ａ）に供給するステップと、各生成ゾーンにおける混合物の滞留時間が後続の生成ゾーンへの輸送前に制御されるように、供給ゾーン（２４ａ）から出口範囲（２０ａ）に向かって混合物を搬送するステップと、エラストマー組成物を排出するプロセスとを含む。液体混合プロセスは、選択されたエラストマー組成物レシピに応じてエラストマー組成物を生成するために提供される。また、システム（１０）は、開示された液体混合プロセスによるエラストマー組成物の生成のために提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤなどの製品及び半製品のエラストマー生産物に使用することを目的とする複合材の生成のための、単純化された液体混合プロセスの実行及びそのシステムに関する。

マスターバッチ（又はマスターバッチ組成物）は、充填物が他の随意的な添加物と共に導入されているエラストマー複合材である（用語「エラストマーマスターバッチ組成物」、「マスターバッチ組成物」、及び「マスターバッチ」は同義的である）。マスターバッチは、多くの場合、例えばタイヤ及びタイヤのための半製品（限定ではないが、トレッドなどの輪郭成形された製品を含む）の製造において、エラストマー組成物の生成のために用途が定められる。マスターバッチを生成するための種々の方法が存在し、例えば、米国特許第６，０４８，９２３号明細書及び米国特許第６，０７５，０８４号明細書、並びに特許第５１３９６１０号明細書に開示されている。

連続的な液体混合によってマスターバッチを得ることは公知であり、それによって一定の高度の混合が実現される。液相（水性又は溶媒）でのエラストマー混合物の実現では、マスターバッチが液相のエラストマー（例えば、エマルジョン又はラテックス、溶液）から生じる相がある。この相の間に、エラストマーは、エラストマーマトリックスで充填物粒子（有機又は無機）のナノ分布を示すのが望ましい。このナノ分布は、多くの場合、凝固反応器、混合器、又は液相中のエラストマーを液体及び充填物の混合物（以下では「スラリー」）と結合する等価手段によって作り出される。

エラストマーマトリックスの中への充填物の固定は以下の通りであり、この相は２つの液体の間の「凝固」の状態に対応する。凝固は、入ってくる成分に依存する動的及び可変の収率に対する反応から生じる。凝塊は、多くのエマルジョン重合で形成され、形成された凝塊のタイプ及び量は、ポリマーシステム及び重合レシピ及び技術に依存する。例えば、特にエラストマーとの親和性の不足に起因して、混合後、シリカ粒子が再凝集する傾向は、シリカの温度及び水分含量の両方の影響を受ける。従って、濃縮スラリーは、凝結時間（setting time）が短くなり、また抽出して処理すべき水分量を制限する可能性がある。エラストマー混合物を形成するために、マスターバッチは、次いで、加硫添加剤を導入するために混錬工具の中に導入され、それによって、タイヤなどのゴム製品の中に組み込む状態になっている最終組成物を生成する。

液体混合物の特性は、特に、エラストマーマトリックス内の充填物の最適分布及びその分散状態に関係していることがよく理解されている。既存の溶液は、１又は２以上のコロイドミルによって充填物（例えば粉末形態）の分散を推奨し、交換装備及び水再生処理の両方で実現される費用のかかる高価な作業につながる。

米国特許第６，０４８，９２３号明細書 米国特許第６，０７５，０８４号明細書 特許第５１３９６１０号

液体混合は費用がかかりかつ複雑であり、タイヤ生産中に複数のタイプのマスターバッチ組成物が企図されるので、本発明は、材料損失を低減しながら水を加えることなく、装填された複合材を実現するプロセスを提供する。単純化された液体混合プロセスが実現され、計量されたラテックスは、共回転二軸押出機内で粉末状充填物（これは送出による充填物の状態である）と連続的に混合される。本発明のプロセスの実行は、加硫剤、結果として得られるエラストマー組成物の添加に応じて、二軸押出機を使用する混合設備からの組成物の流出に応じて、マスターバッチ組成物の生成を容易にする。

本発明は、選択されたエラストマー組成物レシピに応じてエラストマー組成物を生成するための液体混合プロセスに関する。このプロセスは、
エマルション貯蔵設備のエマルジョンリザーバ内に液相で貯蔵されたエマルジョンを提供するステップと、
充填物投与システムの排出ホッパー内の固相で貯蔵された充填物材料を提供するステップと、
混合物がエマルジョン及び充填物材料から調製されたかつ混合物がエラストマー組成物として排出される出口範囲を有する予め定められた生成ゾーンを有する対応するバレルに配置された押出機を含む混合設備を提供するステップと、
エマルジョンリザーバから所定量のエマルジョン及び排出ホッパーから所定量の充填物を直接、混合設備の供給ゾーンに供給するステップと、
各生成ゾーンにおける混合物の滞留時間が後続の生成ゾーンへの混合物の輸送前に制御されるように、供給ゾーンから出口範囲に向かって混合物を搬送するステップと、
混合設備からエラストマー組成物を排出するステップと、を含む。

生成ゾーンは、
エマルジョン及び充填物が押出機に直接供給される供給ゾーンと、
押出機がエマルション中の充填物粒子の微細分散を実現する、供給ゾーンの下流に定められた混練ゾーンと、
押出機が制御可能に混合物から残留水を除去する、混練ゾーンの下流に定められた乾燥ゾーンと、
混合設備の乾燥ゾーン及び出口範囲の中間に定められ、これに沿って押出機が混合物を出口範囲に向かって押し進め、混合物が排出される出口範囲と同一の広がりを有する終了範囲を有する混合ゾーンと、を含む。

一部の実施形態に関して、生成ゾーンはまた、混合設備の乾燥ゾーン及び出口範囲の中間に定められ、これに沿って混合物の温度を、混合設備からの排出された状態で目標温度まで低下させる冷却ゾーンを含む。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、所定速度で混合物から残留水を排出するステップを含み、このステップは乾燥ゾーンの終了範囲で達成される。これらの実施形態の一部に関して、残留水を排出するステップは、乾燥ゾーンの終了範囲に配置された蒸気抽出器によって達成される。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、混合物が１又は２以上の添加剤を導入するために所定の目標温度に達する混合ゾーンの添加剤投与位置に配置された添加剤ドーザーによって、混合ゾーンの中に１又は２以上の添加剤を導入するステップを含む。これらの実施形態の一部に関して、１又は２以上の添加剤はシランを含む。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、混合設備からの排出後、混合物を冷却設備で冷却するステップを含む。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、冷却設備で混合物を冷却するステップの後で、冷却設備の下流に配置された乾燥設備でエラストマー組成物の水分含量を減少させるステップを含む。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、乾燥設備でエラストマー組成物の水分含量を減少させるステップの後で、乾燥設備の下流に配置された可塑化設備でエラストマー材料の粘度を調整するステップを含む。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、混合設備からの排出後に混合物を冷却するステップの後で、１又は２以上のベールの中にエラストマー組成物を搬送するステップを含む。

一部の実施形態に関して、プロセスはまた、加硫剤を導入するために混合物が所定の目標温度に達する添加剤ドーサーの下流の混合ゾーンの加硫投与位置に配置された加硫剤ドーザーによって、混合ゾーンの中に１又は２以上の加硫剤を導入するステップを含む。これらの実施形態の一部に関して、１又は２以上の加硫剤は硫黄を含む。

一部の実施形態に関して、プロセスは、
エラストマー組成物を少なくとも１つのゴムシートに形成するステップ、
１又は２以上のパレットの上に少なくとも１つのゴムシートを積み重ねるステップ、
のうちの少なくとも１つのステップを含む。

一部の実施形態に関して、エマルジョンリザーバからの所定量のエマルジョン及び排出ホッパーからの所定量の充填物を供給するステップは、所定量のエマルジョン及び所定量の充填物を混合設備の供給ゾーンに同時に供給するステップを含む。

一部の実施形態に関して、エマルジョンリザーバからの所定量のエマルジョン及び排出ホッパーからの所定量の充填物を供給するステップは、所定量のエマルジョンを導入する前に所定量の充填物を供給ゾーンの中に導入するステップを含む。

特定の実施形態に関して、押出機は共回転二軸押出機である。

システムはまた、開示された単純化された液体混合プロセスによりエラストマー組成物を生成するために提供される。

開示された発明の他の態様は、以下の詳細な説明から容易に明らかになる。

開示された発明の本質及び様々な利点は、添付の図面と併用される以下の詳細な説明を考慮するとより明らかになり、図面において同様の参照符号は同様の部分を指している。

マスターバッチ生成サイクル中に単純化された液体混合を実現する例示的なシステムの概略図を示す。 公知の共回転二軸押出機の概略図を示す。 エラストマー組成物生成サイクル中に単純化された液体混合を実現する、図１のシステムの変形形態の概略図を示す。

以下で同様の参照番号が同様の要素を特定する図面をさらに参照すると、図１は、選択されたゴム混合物レシピに応じて複合材を生成するための単純化された液体混合プロセスを実現する例示的なシステム１０を示す。本明細書において図１を参照して示して説明するように、システム１０は、複数のマスターバッチレシピの中から選択されたレシピに従ってマスターバッチ複合材の生成シーケンスを説明する装備を含む。

本明細書で用いられる場合、互換性のある用語「複合材」、「組成物」、及び「エラストマー組成物」は、エラストマー組成物生成サイクル全体にわたって開示された発明によって実現されるエラストマー混合物を指すものとする。本明細書では、「複合材」は、中間凝塊、ペレット状材料（これは湿潤クラム又は乾燥クラムとすることができ、「ペレット」又は「投与されたペレット」と呼ぶことができる）、押出成形物、ゴムシート又はバンド、及びシステム１０から生じるあらゆる同等の最終製品又は半製品を指すものとする。「複合材」は、エラストマー組成物及びそれから生じるあらゆる混合物、マスターバッチ組成物、及びそれから生じるあらゆる混合物、又は単に「組成物」を指すものとする。

図１をさらに参照すると、システム１０を備えた装備の１つは、エマルションリザーバ１２ａを有するエマルジョン貯蔵設備１２である。エマルジョンリザーバ１２ａは、エラストマーエマルジョン（又はラテックス）を貯蔵し、エラストマーは、天然ゴム、種々の合成エラストマー（例えば、ＳＢＲ、ＢＲなど）、及び種々のエラストマー配合物から選択される。エマルジョンリザーバ１２ａは、エマルジョン中の粒子分散を保証する攪拌器１２ｂを備えるが、これは同等の攪拌手段で置換できることが理解される。

システム１０は、所定の直径を有するエマルジョン導管１２ｃを含み、これはエマルジョン導管の中間に配置された蠕動ポンプ（又は一連のポンプ）１４及びエマルジョンリザーバ１２ａと共に、エマルションリザーバ１２ａから正確な量のエマルジョンを混合設備２０に搬送する（以下でさらに説明する）。蠕動ポンプ１４は、限定ではないが、１又は２以上の容量式ポンプ（例えば、偏心ロータポンプ、ダイアフラムポンプ、ピストンポンプなど）を含む１又は２以上の同等の装置で置換できることが理解される。それぞれの質量流量計１６は、搬送エマルジョンの質量及び密度を直接測定するように、エマルジョン導管１２ｃ及び混合設備２０に対して作動的に設けることができる。質量流量計１６は、蠕動ポンプ１４の下流に位置するコリオリ流量計とすることができるが、これは同等の装置で置換できることが理解される。

また、システム１０は、混合設備２０に正確な量の充填物を送出する充填物導管１８ｂと連通する排出ホッパー１８ａを有する充填物投与システム１８を含む。充填物投与システム１８は、所望の流量を得るために当技術分野で公知の投与スクリューを有する重量測定ドーサーを含む。投与スクリューの速度は、正確な量の充填物を選択されたレシピの必要性に応じて混合設備２０の中に導入できるように容易に適合される。充填物は、限定ではないが、カーボンブラック、シリカ、カオリン、チョーク、合成有機充填物、天然有機充填物（例えば、木質繊維、セルロース繊維など）及びこれらの組み合せ及び均等物を含む、１又は２以上の公知の材料から選択される。選択された充填物は、粉末として、液体として、又は当該分野で公知の何らかの別の適用できる媒体として貯蔵することができる。

排出ホッパー１８ａは、選択された媒体（例えば、粉末状充填物）に適した流量設定値に従って一定の速度で充填物を混合設備２０に搬送する。少なくとも１つのセンサを有する監視システム（図示せず）は、充填物が混合設備２０に搬送される充填速度、排出ホッパー１８ａ内の充填物の現在の充填高さ、及び排出ホッパー１８ａ内の充填物材料の現在の重量（例えば、排出速度及び現在の充填高さの検出で決定されるような）のうちの１又は２以上を検出することができる。監視システムは、所定の充填高さ及び／又は重量を示す１又は２以上の信号を発生させることができる。監視は、連続的又は断続的とすることができ、命令信号は即時的な調整を行うことができる。混合設備２０への送出は、一般的に大気圧又はほぼ大気圧で、典型的には重力作用によって行われる。

図１を参照しながら図２をさらに参照すると、混合設備２０は、対応するバレル２４内に配置された押出機２２を含む。バレル２４の長さに沿って、複数の予め規定された生成ゾーンがあり、これに沿って、押出機は、エマルジョン及び充填物材料の混合物（以下では「混合物」)を混合設備２０の出口範囲２０ａに向かって搬送する（図１及び２の矢印Ａを参照）。

本明細書で図示して説明するように、押出機２２は共回転二軸押出機であり、図２に実例が示されている。かみ合いスクリュー回転（図２の矢印Ｂを参照）は、細かく分散した粒子を有する均質固体を生成するための良好な混合を可能にするので、二軸押出機は、多くの場合、ポリマーを充填剤及び補強剤を含む追加の材料と溶融混合するのに利用される。従って、二軸押出機は、粒子サイズの低減及び混合の両方を行うことに起因して、その一貫性及び生産性の向上に対して評価される。共通の軸に取り付けられたスクリューは、バレルの種々のゾーンにおいて様々なタイプの混合及び搬送状態をもたらす。バレル径Ｄに対するねじＬの長さ（Ｌ／Ｄ比）は、最終製品特性を得るのに必要な混合度及びゾーン数を最適にするように選択することができる。二軸押出機は、選択されたレシピに応じて広範囲の原料を処理するために、様々な公知のスクリュー及びバレル構成を呈することができる。本明細書で用いられる場合、用語「二軸押出機」は、「円錐二軸押出機」、「二軸ローラヘッド押出機」、「二軸排出押出機」、「二軸シーター」、「混練機」、「共回転混合器」、「連続処理機」、及び同様の及び等価なゴム機械を表すのに当技術分野で一般的に用いられて理解されている何らかの他の同等の専門語を意味するものとする。

バレル２４の長さに沿って定められた生成ゾーンは、供給ゾーン２４a、混練ゾーン２４ｂ、乾燥ゾーン２４ｃ、及び混合ゾーン２４ｄを含む。一部の実施形態では、生成ゾーンは、随意的な冷却ゾーン２４ｅを含むこともできる。エラストマー組成物生成サイクル中に、混合物の目標温度は、混合物が各ゾーンに入って出る時間（以下では「滞留時間」)と共に各ゾーンに対して特定される。そうすることで、システム１０は、目標レオロジー特性を有するエラストマー混合物を得るのに必要な化学反応を実現する。これらの特性は、エラストマー組成物の最終的な具現化に応じて可変かつ適合可能である。例えば、タイヤの製造のために定められた組成物に対して、結果として得られるタイヤは、目標とする性能特性（例えば、低い転がり抵抗、改善された耐摩耗性、湿潤及び乾燥状態での同等のグリップなど）を示すはずである。共回転二軸の使用は、滞留時間の制御を持続し、従って、エネルギー、温度、及び添加剤の投与量、並びに必要な場合には加硫剤のレベルを守る。

バレル２４で特定されたゾーンの中で、供給ゾーン２４ａは、エマルジョン及び充填物がエラストマー組成物の調製のために押出機２２に直接供給されるように提供される。より詳細には、供給ゾーン２４ａでは、少なくとも１つのエマルジョン（又はラテックス）入口は、エマルジョンリザーバ１２ａから直接エマルジョンを供給し、少なくとも１つの充填物入口は、排出ホッパー１８ａから直接充填物を供給する。本発明の一部の実施形態では、供給ゾーン２４ａの閉塞を防ぐように、所定量のエマルジョンの導入前に所定量の充填物が供給ゾーン２４ａの中に導入される。本発明の一部の実施形態では、エマルジョンリザーバからの所定量のエマルジョン及び排出ホッパーからの所定量の充填物は、供給ゾーン２４ａに同時に供給される。

供給ゾーン２４ａから、押出機２２のかみ合い回転は、供給ゾーンの下流の混合物を混練ゾーン２４ｂに向かって制御可能に押し出す。混練ゾーン２４ｂに沿って実現される混練プロセスは、エマルション中の充填物粒子の微細分散を保証する。出口範囲２０ａに向かって混合物の制御された押し出しに同時に影響を与えながら、混練（すなわち、混合状態を促進する機械的作用）を容易にするために、押出機２２のスクリューは、それによって搬送された混合物とバレル２４の内壁面との間に十分な摩擦を発生するように回転する。プログラム可能なモータ（図示せず）によって調節されるスクリューの回転速度は、混合物の搬送速度及び結果として得られる剪断効率を定める。連続的に押し進められた混合物の剪断は、混練ゾーンからの流出時に目標温度の混合物をもたらすように、その温度を上昇させる。

混練ゾーン２４ｂからの流出状態で、押出機２２は、混練ゾーンの下流の混合物を、残留水が混合物からさらに排除される乾燥ゾーン２４ｃに向かって制御可能に押し進める。乾燥ゾーン２４ｃに沿って、バレル２４は、混合物がバレルに沿って搬送される際に一定の温度を維持する。乾燥ゾーン２４ｃは、所定の速度で混合物から抽出された水を排出する蒸気抽出器２６で終了する（図１の矢印Ｄを参照）。蒸気抽出器２６は、限定ではないが、水蒸気及び何らかる固有の粒子状物質を除去するために真空又は他の手段を有するものを含む、様々な市販の装置から選択することができる。

乾燥ゾーン２４ｃからの流出状態で、押出機２２は、乾燥ゾーンの下流の混合物を混合ゾーン２４ｄに向かって制御可能に押し進める。混合ゾーン２４ｄは、蒸気抽出器２６と出口範囲２０ａとの間のバレル２４の一部分に沿って定められる。混合ゾーン２４ｄの中で、押出機２２は、混合ゾーン２４ｄの中に１又は２以上の添加剤２８ａを導入する添加剤ドーサー２８に向かって混合物を押し進める。添加剤ドーサー２８は、混合物が添加剤２８ａを導入するために所定の目標温度に達する、混合ゾーン２４ｄの添加剤投与位置に配置される。この目標温度は、エラストマー組成物に対して選択されたレシピに応じ定められる。添加剤ドーサー２８は、添加剤２８ａを選択されたレシピの必要性に応じて液体及び粉末形態で選択的に導入できるように、容積測定ドーサー及び重量測定ドーサーのうちの少なくとも１つを含むことができる。単純化された液体混合プロセス中に、押出機２２は、混合物が添加剤投与位置で最小滞留時間を実現するように、混合物の下流搬送を制御する。

添加剤投与位置でエラストマー混合物の中に導入された添加剤は、限定ではないが、１又は２以上の油、１又は２以上の相補的エラストマー、再生材、１又は２以上の保護剤及び１又は２以上の抗酸化剤を含むことができる。一部の実施形態では、シランは、添加剤投与位置で混合物の中に導入される。反応後、シランは、エラストマーとシリカとの間に共有結合を生成する。タイヤ製品及びタイヤ用の半製品の製造において、シリカをシラン処理する技術は、結果として得られるタイヤ製品に改善された耐摩耗性、低い転がり抵抗、及び改善された燃費の特性を与えるようにグリーンタイヤで用いることが知られている。

押出機２２は、エラストマー組成物として出口範囲２０ａから混合物を排出する。特定の実施形態では、混合ゾーン２４ｄからの流出状態でかつ出口範囲２０ａからの排出前に、押出機２２は、混合ゾーンの下流の混合物を冷却ゾーン２４ｅに向かって制御可能に押し進める。冷却ゾーン２４ｅでは、混合物の温度は、出口範囲２０ａから排出される前に目標温度まで低下する。一部のレシピに関して、このような冷却は、組成物を形成する下流側装置又は設備に向けてエラストマー組成物を移送する前に行うのが望ましい場合がある。

例示的な実施形態では、混合物は、すでに工業用途で必要な充填物及び添加剤を含有するペレット状材料(「クラム」又は「ペレット」としても知られている)として混合設備２０から排出される。その後、ペレット状材料は、冷却設備３４に搬送され、ここではエラストマー組成物の温度はさらに低くなる。冷却設備は、エラストマー組成物の温度を低下させるために当技術分野で公知の冷却槽又は他の同等の手段を含むことができ、それによって、追加的な処理及び／又は貯蔵に向けて調製する。

図１をさらに参照すると、システム１０は、エラストマー組成物を冷却設備３４から乾燥設備３６に搬送し、乾燥設備36は、エラストマー組成物の水分含量を減少させて適切な処理のために結果として得られる流出物を排出する適切な乾燥装置を有する。乾燥装置は、様々な市販の装置から選択することができ、他の適切な装置で置換できることが理解され、これは、限定ではないが、押出機乾燥機、流動床乾燥機、熱風及び他のオーブン乾燥機、及びこれらの均等物を含む。

システム１０は、乾燥設備３６からエラストマー組成物を排出してそれをプレス機３８に向けて搬送する。プレス機３８は、脱水組成物を１又は２以上のベール４０に変換するが、ベール４０は、タイプ（例えば、ＢＲ、ＳＢＲ、ＩＲ）によって及びグレードによって分類することができ、各タイプ及びグレードは。特性が公知のエラストマーを指定する。プレス機３８は、様々な市販のプレス機及び同等の装置から選択することができる。エラストマーの様々な種類、グレード、化学種、ロット、及びバッチは、当技術分野で公知のこのようなベールから生成することができる。従って、エラストマー組成物は、プレス機３８から排出した状態でマスターバッチ組成物として使用するのに適している。

システム１０の特定の実施形態では、システムは、最終的な使用（例えば、マスターバッチとして、又は混合物として）に応じてエラストマー材料の粘度を調整するステップを実現する可塑化設備５０を含むことができる。このような実施形態では、乾燥設備３６から排出されたエラストマー材料は、その後、可塑化設備５０に供給される。可塑化設備５０から排出された状態で、エラストマー材料は、その場所で１又は複数のベール４０を調製するためにプレス機３８に移送される（例えば、コンベア５２によって又は同等の手段によって）。可塑化設備５０で使用される可塑剤は、様々な市販の可塑剤から選択することができ、限定ではないが、フィンガースクリュー、連続混合器（例えば、シリンダーツール）、又はバッチ混合器（例えば、内部混合器）を含む。

図３をさらに参照すると、システム１０の変形形態が示されており、同様の要素は同様の参照番号によって特定される。図３を参照して本明細書で図示して説明するように、システム１０は、加硫剤を含むエラストマー組成物の生成シーケンスを説明する装備を含む。特に、加硫剤ドーサー４２は、混合ゾーン２４ｄにおいて添加剤投与位置の下流に（随意的な乾燥ゾーンを含むような実施形態に関しては乾燥ゾーン２４ｅの上流に）位置する。１又は２以上の加硫剤４２ａを混合ゾーン２４ｄの中に導入する加硫剤ドーサー４２は、混合物が加硫剤４２ａを導入するための所定の目標温度に達する混合ゾーン２４ｄの加硫投与位置に配置される。この目標温度は、エラストマー組成物に関して選択されたレシピに応じて定められる。加硫ドーサー４２は、容積測定ドーサー及び重量測定ドーサーのうちの少なくとも１つを含むことができ、加硫剤４２ａは選択されたレシピの必要性に応じて液体及び粉末形態で選択的に導入することができるようになっている。これらの液体及び粉末形態は、１又は２以上のエラストマーブロックに組み込むことができる。添加剤の性質（すなわち、液体又は粉末形態であるか否か）は、使用される投与装置を決定することができる（粉末用計量システム、液体用容積測定ポンプ、及びエラストマーペレット用の歯車又は容積測定ポンプ）。単純化された液体混合プロセス中に、押出機２２は、混合物が添加剤投与位置及び加硫剤投与位置の各々において最小滞留時間を実現するように、混合物の下流搬送を制御する。

特定の実施形態では、加硫剤は、硫黄及び１又は複数の促進剤のうちの少なくとも１つを含む。他の加硫及び架橋剤、並びにこれらの相補体は、当業者が理解するように混合ゾーン２４ｄの中に導入することができると理解される。

変形システム１０において、混合設備２０は、結果として得られるエラストマー複合材を出口範囲２０ａから製品又は半製品の複合材を形成する装置又は設備に向けて排出する。本明細書では、例示的な装置は、当技術分野で公知のようにゴム材料Ｒのゴムシート又はバンドに複合材を形成する１対のローラ４４として示されている。ローラ４４は、その間の距離が調整可能であり、製品の厚さ変えることができる。エラストマー材料の粘度を調整するステップを実現する変形システム１０の実施形態に関して、乾燥設備３６から排出されたエラストマー材料は、ローラ４４によってゴムシートＲの形成の前に可塑化設備５０に供給される。

図３にさらの示すように、変形システム１０は、混合設備２０の下流のバンドＲを冷却設置４６に搬送する。一部の実施形態では、バンドＲは、追加的な処理及び／又は貯蔵に向けてエラストマー組成物を調製するために、３５℃又は約３５℃の温度に冷却される。本明細書に示すように、冷却は、ゴム温度を雰囲気まで低下させるための公知のバッチオフ冷却ライン又は同等の手段によって達成することができる。

変形システム１０は、エラストマー組成物を受け取って積み重ねることができる随意的な積み重ね設備４８に冷却バンドＲを搬送する（例えば、その場所に提供される積み重ね装置によって）。監視システムを設けることができ、これはバンドＲが１又は２以上のパレットＰに積み重ねられると、これを監視するための検出システムを含む。パレットＰは、一杯になると貯蔵に向けて及び／又は所望の使用に応じたエラストマー組成物の追加の処理のために輸送される。

マスターバッチ組成物を作り出すためにシステム１０によって実行される単純化された液体混合プロセスの実施例を説明するために、ここで図１を参照する。指示された全ての位置は、バレル２４の長手方向範囲に関連する。全ての図及び番号は、単に例示的に提示される、本発明は、特定の数値に限定されない。当業者であれば、開示された発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変形形態を適用することができることを理解できるであろう（例えば、図３の変形システム１０を用いて混合物を導出する上で）。

以下のレシピは、７０ＰＨＲで充填された天然ゴム（ＮＲ）及びシリカの混合物を実現するために選択される。

（^*）シリカは、１６０ｍ²／ｇの比表面ＣＴＡＢを表し、ＺＥＯＳＩＬ（登録商標）１１６５ ＭＰであり、Ｓｏｌｖａｙから市販されている。
（^**）Ｓｉ ６９（登録商標）で市販されている。
・エマルジョンリザーバ１２ａは、１９．７ｋｇ／ｈ（位置Ｃ０）の速度で混合設備２０に濃縮ラテックスを供給する。
・排出ホッパー１８ａは、８．５ｋｇ／ｈ（位置Ｃ０）の速度で混合設備２０に高分散性シリカを供給する。
・押出機２２は、３５０ｒｐｍ（位置Ｃ０〜Ｃ１４）の速度を実現する。
・蒸気抽出器２６は、８ｋｇ／ｈ（位置Ｃ８）の蒸気排出速度を実現する。
・選択されたレシピに関して、各添加剤及び加硫剤の投与量は以下の通り調整される。
・添加剤ドーザー２８によって導入された抗酸化剤６ＰＰＤの最大デビット：０．２ｋｇ／ｈ（位置Ｃ１０）
・添加剤２８によって導入されたシラン（Ｓｉ６９）の最大デビット：１．７ｋｇ／ｈ（位置Ｃ１０）
・予測されたレオロジー特性を有する混合物を生成する必要な化学反応を実現するために、以下の混合物温度は、供給ゾーン２４ａ、混練ゾーン２４ｂ、乾燥ゾーン２４ｃ及び混合ゾーン２４ｄの各々で実現される。

従って、システム１０は、そこから製品エラストマー組成物（例えば、マスターバッチ組成物又は混合物）を直接生成することで、単純化された完全液体混合の実行を実現する。商用ラテックス及び粉末充填物のシステムの使用は、他の液体混合プロセスから外れないが、システム１０によって実現される単純化された液体混合プロセスは、内部混合器ではなく二軸押出機を使用し、ラテックスの不安定化、充填物の分配及び分散、乾燥及び素練り、及び複合材又は混合物の形成を達成する。従って、高品質の混合は、不安定な充填物（すなわち、シリカ）がラテックスに用いられるとき、凝固ステップの抑制、及び対応する装備（例えば、充填物スラリーライン、凝固混合器、絞り器）並びにプロセスステップの同等の抑制で得られる。

本明細書で用いられる場合、用語「方法」及び「プロセス」は、ステップを実施する命令を実行するためのプロセッサを有する１つの電子又はコンピュータベースの装置によって少なくとも実行される１又は２以上のステップを含むことができる。

用語「少なくとも１つの」及び「１又は２以上の」は、同義的に用いられる。「ａとｂとの間に」あると説明される範囲は、「ａ」及び「ｂ」に対する値を含んでいる。

開示された装置の特定の実施形態が例示的に説明されているが、種々の変更、追加及び修正は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができると理解されたい。従って、請求項に記載されている場合を除き、現在開示されている発明の範囲に制限を課すべきではない。

Claims (18)

1. 選択されたエラストマー組成物レシピに応じてエラストマー組成物を生成するための液体混合プロセスであって、前記プロセスは、
   エマルション貯蔵設備（１２）のエマルジョンリザーバ（１２ａ）内に液相で貯蔵されたエマルジョンを提供するステップと、
   充填物投与システム（１８）の排出ホッパー（１８ａ）内に固相で貯蔵された充填物材料を提供するステップと、
   混合物が前記エマルジョン及び前記充填物材料から調製されかつ前記混合物が前記エラストマー組成物として排出される出口範囲（２０ａ）を有する複数の予め定められた生成ゾーン（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）を有する対応するバレル（２４）内に配置された押出機（２２）を含む混合設備（２０）を提供するステップと、
   前記エマルジョンリザーバから所定量の前記エマルジョン及び前記排出ホッパーから所定量の前記充填物を直接、前記混合設備（２０）の供給ゾーン（２４ａ）に供給するステップと、
   前記生成ゾーンの各々における前記混合物の滞留時間が後続の生成ゾーンへの前記混合物の輸送前に制御されるように、前記供給ゾーン（２４ａ）から前記出口範囲（２０ａ）に向かって前記混合物を搬送するステップと、
   前記混合設備（２０）から前記エラストマー組成物を排出するステップと、を含む、
   ことを特徴とするプロセス。
2. 前記生成ゾーンは、
   前記エマルジョン及び前記充填物が前記押出機（２２）に直接供給される前記供給ゾーン（２４ａ）と、
   前記押出機（２２）が前記エマルション中の充填物粒子の微細分散を実現する、前記供給ゾーン（２４ａ）の下流に定められた混練ゾーン（２４ｂ）と、
   前記押出機（２２）が制御可能に前記混合物から残留水を除去する、前記混練ゾーン（２４ｂ）の下流に定められた乾燥ゾーン（２４ｃ）と、
   前記混合設備（２０）の前記乾燥ゾーン（２４ｃ）及び前記出口範囲（２０ａ）の中間に定められ、これに沿って前記押出機（２２）が前記混合物を前記出口範囲に向かって押し進め、前記混合物が排出される前記出口範囲と同一の広がりを有する終了範囲を有する混合ゾーン（２４ｄ）とを含む、
   請求項１に記載のプロセス。
3. 前記生成ゾーンは、前記混合設備（２０）の前記乾燥ゾーン（２４ｄ）及び前記出口範囲（２０ａ）の中間に定められ、これに沿って前記混合物の温度を、前記混合設備（２０）から排出された状態で目標温度まで低下させる冷却ゾーン（２４ｅ）をさらに含む、
   請求項２に記載のプロセス。
4. 所定速度で前記混合物から残留水を排出するステップをさらに含み、前記ステップは、前記乾燥ゾーン（２４ｃ）の終了範囲で達成される、
   請求項２又は請求項３に記載のプロセス。
5. 前記残留水を排出するステップは、前記乾燥ゾーン（２４ｃ）の前記終了範囲に配置された蒸気抽出器（２６）によって達成される、
   請求項４に記載のプロセス。
6. 前記１又は２以上の添加剤を導入するために前記混合物が所定の目標温度に達する前記混合ゾーン（２４ｄ）の添加剤投与位置に配置された添加剤ドーザー（２８）によって、前記混合ゾーン（２４ｄ）の中に１又は２以上の添加剤（２８ａ）を導入するステップをさらの含む、
   請求項２〜５のいずれか１項に記載のプロセス。
7. 前記１又は２以上の添加剤はシランを含む、
   請求項６に記載のプロセス。
8. 前記混合設備（２０）からの排出後、前記混合物を冷却設備（３４）で冷却するステップをさらに含む、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロセス。
9. 前記混合物を前記冷却設備（３４）で冷却する前記ステップの後で、前記冷却設備（３４）の下流に配置された乾燥設備（３６）で前記エラストマー組成物の水分含量を減少させるステップをさらに含む、
   請求項８に記載のプロセス。
10. 前記乾燥設備（３６）で前記エラストマー組成物の水分含量を減少させる前記ステップの後で、前記乾燥設備（３６）の下流に配置された可塑化設備（５０）で前記エラストマー材料の粘度を調整するステップをさらに含む、
    請求項９に記載のプロセス。
11. 前記混合設備からの排出後に前記混合物を冷却するステップの後で、１又は２以上のベール（４０）の中に前記エラストマー組成物を搬送するステップをさらに含む、
    請求項１０に記載のプロセス。
12. 前記加硫剤を導入するために前記混合物が所定の目標温度に達する前記添加剤ドーサー（２８）の下流の前記混合ゾーンの加硫投与位置に配置された加硫剤ドーザー（４２）によって、前記混合ゾーン（２４ｄ）の中に１又は２以上の加硫剤（４２ａ）を導入するステップをさらに含む、
    請求項２〜１０のいずれか１項に記載のプロセス。
13. 前記１又は２以上の加硫剤は硫黄を含む、
    請求項１２に記載のプロセス。
14. 前記エラストマー組成物を少なくとも１つのゴムシート（Ｒ）に形成するステップ、
    １又は２以上のパレット（Ｐ）の上に前記少なくとも１つのゴムシート（Ｒ）を積み重ねるステップ、のうちの少なくとも１つをさらに含む、
    請求項１２又は１３に記載のプロセス。
15. 前記押出機（２２）は共回転二軸押出機を含む、
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載のプロセス。
16. 前記エマルジョンリザーバ（１２ａ）からの所定量の前記エマルジョン及び前記排出ホッパー（１８ａ）からの所定量の前記充填物を供給する前記ステップは、前記所定量の前記エマルジョン及び前記所定量の前記充填物を前記混合設備（２０）の前記供給ゾーン（２４ａ）に同時に供給するステップを含む、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプロセス。
17. 前記エマルジョンリザーバ（１２ａ）からの所定量の前記エマルジョン及び前記排出ホッパー（１８ａ）からの所定量の前記充填物を供給する前記ステップは、前記所定量の前記エマルジョンを導入する前に前記所定量の前記充填物を前記供給ゾーン（２４ａ）の中に導入するステップを含む、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプロセス。
18. 請求項１〜１７のいずれかの液体混合プロセスによるエラストマー組成物の生成のためのシステム（１０）。

Images