JP3683678B2

JP3683678B2 - ゴム材料の製造方法

Info

Publication number: JP3683678B2
Application number: JP14310197A
Authority: JP
Inventors: 靖悦市場
Original assignee: 大道寺徹也; 靖悦市場
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JPH10316766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム材料は多種多様な分野で大量に使用されているが、その一方で古タイヤ等の廃ゴム（使用済みゴム）の量が急速に増加しており、これをリサイクル利用するための各種方法が提案されている。使用済みゴムのリサイクルが促進されれば、廃棄ゴム蓄積による環境問題が解消され、また新品ゴムの使用量削減によるゴム製品の低廉化も同時に図ることができるなど、一石二鳥の効果が期待できる。
【０００３】
このようなゴムのリサイクル利用法としては大きく分けて２通りあり、一方は、使用済みゴム製品を粉末化又は粒状化し、これをそのまま加硫・成形したり、あるいはホットメルト剤等のバインダを加えて加熱プレス成形することによりリサイクルゴム製品を得る方法（以下、再結合型リサイクル法という）である。また、他方は、使用済みゴム製品を物理的ないし化学的な方法により脱硫して部分的に解重合することによりいわゆる再生ゴムを作り、これを新品ゴムと同様の手法により加硫剤を配合して成形・加硫することによりリサイクルゴム製品を得る方法（以下、脱硫再生型リサイクル法という）である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
まず、再結合型リサイクル法で製造されたリサイクルゴム製品は、新品ゴムと比較して機械的強度あるいは耐化学性（例えば耐溶剤性）に劣る欠点があり、例えば引張強度が５０ｋｇ／ｃｍ²以上、伸びが２００％以上のゴム製品を得るのは困難である欠点がある。そこで、これを解決するために、原料はあくまで未加硫バージンゴムを主体とするものにし、これに使用済みゴムを２０〜３０重量％程度の範囲でいわば補助的に配合して使用することも行われているが、当然のことながらこの方法では使用済みゴムの利用度が低いため、所期の目的が達成されているとはいい難い。一方、脱硫再生型リサイクル法により得られるリサイクルゴム製品は、機械的強度や耐化学性など性能には優れているものの、使用済みゴムの脱硫処理にコストがかかり、たとえ原料の全てを使用済みゴムで構成したとしても、リサイクルゴムの製造コストは結局のところ新品ゴムと同等か若干安い程度であり、コスト削減上の大きな効果は期待できない。
【０００５】
本発明の課題は、使用済みゴムの利用率が高く、得られるリサイクルゴムの性能が優れており、しかも新品ゴムよりも製造コストを格段に削減できるゴム材料の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上述の課題を解決するために本発明のゴム材料の製造方法は、粉末状又は粒状の加硫済みゴムと、加硫済みゴムを物理的又は化学的処理により部分的に解重合したゴム（再生ゴム）及び／又は未加硫バージンゴムからなる可塑性ゴムと、加硫剤とを所定比率で混練した混練物を作り、その混練物を所定の加硫温度にて成形・加硫することによりゴム材料を得ることを特徴とする。
【０００７】
上記方法によれば、原料の全てを再生ゴムあるいは未加硫バージンゴムで構成するのではなく、安価な加硫済みゴムでこれを部分的に置き換えることで、機械的強度及び耐化学性に優れたゴム材料を安価に製造することができるようになり、例えば得られるゴム材料の引張強度を１００ｋｇ／ｃｍ²以上、伸びを２００％以上の値に確保することも可能となる。この場合、加硫済みゴムとして、古タイヤ等の使用済みゴム製品を粉末化した粉末使用済み加硫ゴムを主体とするものを使用したり、あるいは再生ゴムとして、古タイヤ等の使用済みゴム製品を物理的又は化学的処理により部分的に解重合して得られるものを使用するようにすれば、ゴム材料の製造コストの低廉化を一層顕著に図ることができる。この場合、未加硫バージンゴムを使用せず、さらに加硫済みゴム及び再生ゴムとして双方共に使用済みゴム製品に基づくものを使用すれば、加硫剤や後述の難燃性材料等の添加材成分を除けば、得られるゴム材料における使用済みゴムの利用率を実質的にほぼ１００％に近い値にまで高めることも不可能ではなくなる。ただし、コスト上の問題を生じなければ、加硫済みゴムに対し配合する可塑性ゴムとして、再生ゴムと未加硫バージンゴムとを併用したり、あるいは再生ゴムを用いず未加硫バージンゴムのみを使用することも可能であり、例えばバージンゴム使用により、さらに高強度のゴム材料を得られる場合がある。
【０００８】
この場合、加硫済みゴムの配合重量をＷ1、可塑性ゴムの配合重量をＷ2として、それら配合重量の合計Ｗ1＋Ｗ2に対する可塑性ゴムの配合重量Ｗ2の比率は、２０〜４０重量％の範囲で調整するのがよい。可塑性ゴムの配合重量Ｗ2の比率が２０重量％未満になると、得られるゴム材料の機械的性質が不足する場合があり、例えば引張強度を１００ｋｇ／ｃｍ²以上、伸びを２００％以上の値に確保することができなくなる場合がある。一方、可塑性ゴムの配合重量Ｗ2の比率が４０重量％を超えると、得られるゴム材料の製造コスト削減の効果が顕著でなくなる。
【０００９】
次に、得られるゴム材料の引張強度を１００ｋｇ／ｃｍ²以上の値に確保するためには、加硫済みゴムとしてその平均粒度が１ｍｍ以下のものを使用することが特に有効である。
【００１０】
本発明において使用可能な加硫済みゴムあるいは可塑性ゴムは、所望の製品に応じ適宜選択され、特に制限されないが具体的な材質としては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン−アクリルゴム、多硫化ゴム、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ）、ニトリルゴム−塩化ビニル樹脂ブレンド（ＮＢＲ／ＰＶＣブレンド）、ニトリルゴム／ＥＰＤＭブレンド（ＮＢＲ／ＥＰＤＭブレンド）などを例示することができ、それらの２種以上を混合して使用することもできる。このうち、例えばスチレン−ブタジエンゴムは機械的特性と耐溶剤性とのいずれにおいても優れたゴム材料が得られるので本発明に好適に使用でき、例えば加硫済みゴムの６０重量％以上をスチレン−ブタジエンゴムで構成すれば、特に高性能のゴムを得ることができる。また、天然ゴムあるいはイソプレンゴムも同様に、本発明に好適に使用できる。
【００１１】
次に、加硫剤は、代表的なものとして硫黄あるいはその同族元素（セレン、テルル）を使用できる。また、硫黄を含有する硫黄系、有機化合物系、有機過酸化物系、有機多価アミン系等の各種加硫剤の他、イソシアナート類、金属酸化物なども用いることができる。なお、本発明において「加硫」とは、ゴムの架橋重合処理一般を意味するものとし、必ずしも硫黄による架橋処理のみを意味するものではない。
【００１２】
また、加硫剤とともに、加硫処理温度の低下と加硫時間の短縮を目的として、加硫促進剤を必要に応じて添加することができる。加硫促進剤としては、チアゾール類、チオウレア類、スルフィンアミド類、ジチオカルバミン酸塩類、グアニジン類、アルデヒドアミン類、キサントゲン酸塩類などから選ばれる１種又は２種以上を用いることができる。また、加硫促進助剤として、マグネシア、亜鉛華、酸化カルシウム、水酸化ナトリウム等から選ばれる１種又は２種以上を、さらに、老化防止剤として、ヒドロキノン、芳香族アミン類、アルデヒドアミン縮合物等から選ばれる１種又は２種以上を適宜用いてもよい。
【００１３】
なお、加硫剤の添加量は、最終的に得られるゴム材料の重量に対し０．５〜４．０重量％の範囲で調整するのがよい（以下の説明において配合量を規定する場合には、特に断らない限りは、同様に最終的に得られるゴム材料の重量に対する比率で表示するものとする）。加硫剤の添加量が０．５重量％未満になるとゴムの架橋が十分に進行しなくなり、得られるゴム材料の強度低下あるいは永久歪の増大といった問題を生ずる場合がある。一方、加硫剤の添加量が４．０重量％を超えると、得られるゴム材料の硬度が大きくなり過ぎたり、ゴム特有の弾性が失われる問題を生ずることがある。加硫剤の添加量は、好ましくは０．８〜２．０重量％の範囲で調整するのがよい。
【００１４】
次に、加硫処理温度は１２０〜２１０℃に設定するのがよい。加硫処理温度が１２０℃を下回ると、加硫が不十分となったり、あるいは必要十分なゴムの架橋状態が得られるまでに長時間を要して製造能率を低下させる場合がある。一方、加硫温度が２１０℃を超えると材料の分解や副反応等の問題を生ずる場合がある。なお、加硫処理温度は、望ましくは１５０〜１８０℃の範囲で調整するのがよい。
【００１５】
なお、加硫工程は前述の混練物を加圧（あるいは加圧・成形）しながら実施することができる。これにより、各種形態のゴム材料を容易に得ることができ、例えば板状ないしシート状に成形することができる。この場合、加圧の圧力は３０〜８０ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で設定するのがよい。加圧力が３０ｋｇｆ／ｃｍ²未満になると、原料ゴム粉末の粒子間に空隙が生じやすくなり、また、加硫剤や加硫促進剤との接触性も低下して加硫や接着が進行しにくくなり、密な成形体が得にくくなる問題が生じうる。また、加圧力は８０ｋｇｆ／ｃｍ²程度までで、十分高密度のゴム材料成形体を得ることができ、それ以上の高圧加圧は無意味となる。なお、加圧力は望ましくは４０〜６０ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲で設定するのがよい。また、加圧状態での保持時間は１０〜５０分とするのがよい。保持時間が１０分未満になると加硫反応が不十分となる場合がある。また、保持時間が５０分を超えると、材料の分解や副反応等の問題が生ずる場合がある。なお、加圧状態での保持時間はより望ましくは２０〜４０分とするのがよい。
【００１６】
また、混練工程は、例えば通常の撹拌混合方式によってもよいが、例えばロール混練方式など、原料に加圧力を作用させつつ混練を行うことが、気泡の混入が小さく材料の高密度化を図ることができ、また、可塑性ゴムの分子鎖の絡み合いが生じやすくなってより高強度のゴム材料を得ることができるので望ましい。
【００１７】
次に、上記混練物に難燃性材料を配合して、難燃性材料入りのゴム材料を得るようにすることも可能である。難燃性材料の配合により、得られるゴム材料の耐熱性を向上させることができ、例えばこれを板状に成形することにより、建材等に好適に使用される耐熱ゴム板を得ることができる。難燃性材料を配合すれば、一般にゴム材料は強度が低下する傾向にあり、従来のリサイクルゴムではベース強度が元来それほど高くないことから、難燃性材料配合によりさらに強度が低下して実用上問題を生ずることが多かった。しかしながら、本発明の方法により製造されるゴム材料はベース強度が高いので、難燃性材料を配合しても必要十分な機械的特性（強度あるいは伸び）を確保することが可能となる。
【００１８】
使用可能な難燃性材料としては、目的に応じた耐熱性あるいは耐火性を発揮するものであればどのようなものを用いてもよいが、具体例を挙げれば、各種ガラス粉末あるいは繊維、スレート粉末、アスベスト、ケイ酸カルシウム、クレー、炭酸マグネシウム、重質炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカ、バライタ、タルク、けいそう土、及びＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃等、材料自身が耐火性を有しているもの、あるいはテトラブロモビスフェノールやＳｂ₂Ｏ₃等、ゴムの成分の一部として取り込まれることにより該ゴムの耐熱性を向上させるものを使用できる。なお、得られるゴム材料の全重量に対する難燃性材料の配合重量比率は、加硫済みゴムの配合重量をＷ1、可塑性ゴムの配合重量をＷ2として、それら配合重量の合計Ｗ1＋Ｗ2に対する難燃性材料の配合重量比率が５〜２０重量％の範囲となるように調整するのがよい。該配合重量比率が５重量％未満になると、得られるゴムの耐熱性ないし耐火性の向上効果が充分でなくなる場合がある。一方、配合重量が２０重量％を超えると、得られるゴムの機械的性質が損なわれる場合がある。
【００１９】
難燃性材料を配合する場合、粉末状又は粒状の加硫済みゴムに対し可塑性ゴムを配合して中間混練体を作り、その中間混練体に難燃性材料と加硫剤とを加えてさらに混練することにより上記混練物を得、その混練物を所定の加硫温度にて成形・加硫することによりゴム材料を得る方法を例示することができる。これにより可塑性ゴムと加硫済みゴムとの混練と、それに対する難燃性材料と加硫剤との混練とをいずれも十分かつ均一に行うことができるので、機械的性質に優れたゴム材料を得ることができる。また、難燃性材料の分散状態に問題を生じないようであれば、中間混練体を作らない方法、すなわち粉末状又は粒状の加硫済みゴムに対し可塑性ゴム、難燃性材料及び加硫剤を同時配合してこれを混練する方法を採用することもできる。これによれば、混練工程を１段階で行えるので、より能率的である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に示す実施例を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の方法によるゴム材料の製造工程の一例を模式的に示すものである。まず、図１（ａ）に示すように、古タイヤ等の廃ゴムから製造した粉末使用済み加硫ゴム（粒度０．０５〜５ｍｍ、望ましくは１ｍｍ以下のもの）１に所定量の再生ゴム２を配合し、これを例えばロールミル等の混練機により混練することにより、中間混練体３を得る。ここで、粉末使用済み加硫ゴム１の配合重量をＷ1、再生ゴム２の配合重量をＷ2として、それら配合重量の合計Ｗ1＋Ｗ2に対する再生ゴム２の配合重量Ｗ2の比率は２０〜４０重量％の範囲で調整される。
【００２１】
図３は、ロールミルの一例を示している。すなわち、該ロールミル２０は、モータ等で回転駆動される２本の混練ロール２２，２２がほぼ平行に配置された構造を有する。原料Ｍは両ロール２２，２２間で加圧力を受けながら混練される。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、その中間混練体３に、加硫剤５、加硫促進剤６及び難燃性材料粉末（例えばガラス粉末など）７とを加え、引き続きロールミル２０（図３）に内において混練を続けることにより、図１（ｃ）に示す混練物４を得る。なお、得られるゴム材料の全重量に対する難燃性材料の配合重量比率は、使用する材料の種類により、必要な耐熱性あるいは耐火性向上効果が達成され、かつ得られるゴム材料の機械的性質の極端な低下を招かない範囲で適宜調整される。上記混練物４においては、加硫剤５及び加硫促進剤６がほぼ均一に混合された再生ゴム２中に、粉末使用済み加硫ゴム１の粒子と難燃性材料粉末７の粒子とが分散した状態になっている。
【００２３】
こうして得られた混練物４を金型８のキャビティ９内に封じ、所定の加硫処理温度（例えば１２０〜２１０℃、望ましくは１５０〜１８０℃）で加熱し、さらに圧力３０〜８０ｋｇｆ／ｃｍ²（望ましくは４０〜６０ｋｇｆ／ｃｍ²）で板状に成形しながら、１０〜５０分（望ましくは２０〜４０分）保持することにより加硫・成形工程を実施する。該工程が終了後、金型８を開くことにより板状のゴム材料１０を得る。
【００２４】
上記加硫・成形工程においては、再生ゴム２と加硫剤５及び加硫促進剤６とがほぼ均一に混合されることから、再生ゴム２と加硫剤５及び加硫促進剤６との反応（すなわち加硫）がスムーズに進行する。これにより、図２（ｃ）に示すように、加硫された再生ゴム１２を介して粉末使用済み加硫ゴム１と難燃性材料粉末７とが強固に再結合され、ゴム材料１０は機械的性質に優れたものとなる。
【００２５】
なお、難燃性材料粉末７の分散状態に問題を生じないようであれば、粉末使用済み加硫ゴム１に対し再生ゴム２、難燃性材料粉末７、加硫剤５及び加硫促進剤６を同時配合してこれを混練し、図１（ｃ）に示す混練物４をより直接的に製造する方法を採用してもよい。
【００２６】
【実施例】
廃タイヤを粉砕した平均粒径１ｍｍ以下の粉末使用済み加硫ゴム（イソプレンゴムを主体とするもの：ミサワ東洋（株）製、＃４０００）、再生ゴム（イソプレンゴムを主体とするもの：村岡ゴム（株）製）、加硫剤としての硫黄（サンフェル（商品名、三新化学工業（株）製））、加硫促進剤（ノクセラ−ＴＴ（商品名、大内新興化学工業（株）製）、ノクセラ−ＣＺ（商品名、大内新興化学工業（株）製））、及び難燃性材料粉末としてのテトラブロモビスフェノール（ＡＦＲ１０１０、旭硝子（株）製）とＳｂ₂Ｏ₃（味の素（株）製）とを表１に示す重量比率で配合し、これを図３に示すロールミルで混練して混練物を得た。
【００２７】
【表１】

【００２８】
こうして得られた原料（混練物）のうち、約７０ｇを深さ５ｃｍ×１２０ｍｍφの金型に充填し、１６０℃、６０ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で、加硫・成形処理を１０分間行い、次いで上記圧力で加圧のまま冷却して円板状のゴム材料スラブシートを得た。なお、比較のために、原料ゴムの全てを粉末使用済み加硫ゴムとし、難燃性材料粉末、加硫剤及び加硫促進剤を実施例と同量配合して混練し、さらに実施例と同一の条件で加硫・成形して得られるゴム材料スラブシートも用意した。
【００２９】
上述のゴム材料スラブシートをスライサーを用い約２ｍｍ厚に分割し、ＪＩＳＫ６２９９に規定された方法に準拠して引張強さを、また、ＪＩＳＫ６３０１に規定された方法に準拠して伸びを測定した。その結果、比較例の試験片の引張強さは２３ｋｇ／ｃｍ²、伸びは６３％と低かったのに対し、実施例の試験片の引張強さは１０４ｋｇ／ｃｍ²、伸びは２７０％と非常に良好であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴム材料の製造工程の一例を示す説明図。
【図２】図１に続く説明図。
【図３】ロールミルの一例を示す概念図。
【符号の説明】
１粉末使用済み加硫ゴム
２再生ゴム（可塑性ゴム）
３中間混練体
４混練物
５加硫剤
７難燃性材料粉末
１０ゴム材料

Claims

粉末状又は粒状の加硫済みゴムと、加硫済みゴムを物理的又は化学的処理により部分的に解重合したゴム（以下、再生ゴムという）及び／又は未加硫バージンゴムからなる可塑性ゴムと、加硫剤とを所定比率で混練した混練物を作り、その混練物を所定の加硫温度にて成形・加硫することによりゴム材料を得る方法において、
前記混練物に難燃性材料を配合して、難燃性材料入りの前記ゴム材料を得るとともに、
前記粉末状又は粒状の加硫済みゴムに対し前記可塑性ゴムを配合して中間混練体を作り、
その中間混練体に前記難燃性材料と前記加硫剤とを加えてさらに混練することにより前記混練物を得、
その混練物を所定の加硫温度にて成形・加硫することによりゴム材料を得ることを特徴とするゴム材料の製造方法。
前記加硫済みゴムは、古タイヤ等の使用済みゴム製品を粉末化した粉末使用済み加硫ゴムを主体とするものが使用される請求項１記載のゴム材料の製造方法。
前記再生ゴムは、古タイヤ等の使用済みゴム製品を物理的又は化学的処理により部分的に解重合して得られるものが使用される請求項１又は２に記載のゴム材料の製造方法。
前記加硫済みゴムの配合重量をＷ1、前記可塑性ゴムの配合重量をＷ2として、それら配合重量の合計Ｗ1＋Ｗ2に対する前記可塑性ゴムの配合重量Ｗ2の比率が２０〜４０重量％の範囲で調整される請求項１ないし３のいずれかに記載のゴム材料の製造方法。
得られる前記ゴム材料の引張強度が１００ｋｇ／ｃｍ²以上、伸びが２００％以上である請求項１ないし４のいずれかに記載のゴム材料の製造方法。
前記加硫済みゴムは、その平均粒度が１ｍｍ以下のものが使用される請求項１ないし５のいずれかに記載のゴム材料の製造方法。
前記加硫済みゴムの配合重量をＷ 1 、前記可塑性ゴムの配合重量をＷ 2 として、それら配合重量の合計Ｗ 1 ＋Ｗ 2 に対する前記難燃性材料の配合重量比率が５〜２０重量％の範囲で調整される請求項１ないし６のいずれかに記載のゴム材料の製造方法。