JP4224726B2 - ゴムの連続混合装置 - Google Patents

Description

本発明はゴムの混合方法、特に補強剤としてシリカを含むゴム組成物の連続製造方法に関するものである。
欧州特許第0,605,781号にはゴム組成物を製造するための連続混合装置が開示されている。この装置は上流端と下流端とを有する細長い混合室を有し、この混合室の内部を少なくとも１本のロータが回転し、原料は上流端と下流端との間を徐々に移動する。混合室はゴム組成物の各成分を受ける１つまたは複数の導入口と、ゴム組成物が放出される下流端に位置した出口とを有している。この連続混合装置は補強用剤、例えばカーボンブラックが非常に良く分散したゴム組成物が得られるという利点がある。
欧州特許第0,501,227号には、シリカをエラストマーマトリクス中に非常に良く分散できるならば、シリカを補強剤として大きな割合で含むゴム組成物はタイヤトレッドとして使用した時に顕著な特性を示すということが記載されている。
従って、欧州特許第0,605,781-A1号に記載のような連続混合装置でシリカを補強剤として含むゴム組成物が使用できるようにすることが求められている。
しかし、ゴム組成物が補強用充填剤としてシリカを含む場合にはこの連続型ミキサーでは十分なゴム組成物が得られないということが確認されている。特に、ミキサー内での原料の流量が不安定になる。さらに、得られた組成物の性質が従来の「回分式」混合法で得られるものの性質とは異なり、例えば硬度が高く、加熱時間（temps de grillage、混合後、所定温度でゴム組成物のサンプルに加硫反応を開始させるのに必要な時間）が短い。
発明の要約
本発明の対象は、シリカを含むゴム組成物を製造する場合により良い結果が得られる連続混合方法および装置にある。
下記の説明では、混合室の所定帯域の容積が被混合成分で完全に占められている時を便宜上「帯域の充填率は１である」といい、混合室内の所定帯域の容積が被混合成分で完全には占められていない時を「充填率が１以下である」という。
本発明は、下記（a）〜（c）：
（a）少なくとも１種のベースエラストマーと少なくとも１種の補強用充填材とを含む各種成分を１つまたは複数の導入点から混合室内に連続的に導入し、各成分を混合し、少なくとも１種のガス相の生成物を混合室内に生じさせ、
（b）各種成分の導入点から混合室の出口まで各成分を前進させ、
（c）混合室の少なくとも一部でガス流を循環させ、混合室外へガス相を排出する、
を特徴とする、ステータの放射内側表面と、ステータの内部を回転する少なくとも１本のロータの放射外側表面との間の容積によって規定される細長い混合室内でゴム組成物を連続的に製造する方法を提供する。
このガス循環の目的は混合時に混合室内に生じるガス相の生成物を混合室の外へ排出することにある。この方法によって補強用充填剤としてシリカを含むゴム組成物が十分な性質を示す。ガス流が循環する帯域すなわち「循環帯域」は充填率が１以下の帯域である。このガス流は混合時の原料の流れと逆方向に循環させるのが好ましい。ガスの循環によってゴム組成物の熱の発生をより良く制御することもできる。
本発明の他の対象は、ステータの内部を回転する少なくとも１本のロータを有する細長い混合室と、混合室の少なくとも一部にガスを循環させるための循環帯域とよばれる手段とを有し、原料は混合室の上流端と下流端との間を徐々に移動し、混合室はゴム組成物の各成分を受ける１つまたは複数の原料導入口と、下流端に位置したゴム組成物を放出する出口とを有する、ゴム組成物を製造するための連続混合装置において、循環帯域において、ステータおよび／またはロータが溝を有するを特徴とする連続混合装置にある。
ステータおよび／またはロータは循環帯域に少なくとも１つの連続したネジ山を有し、この溝は連続ネジ山の後方面と接しているのが好ましい。溝はＵ字型または傾斜したＶ字型にすることができる。この溝はガスの循環を調節し、混合室内の原料の流量を安定化させるという利点を有する。
循環帯域内のガス循環手段は混合室内で原料の流れと逆方向にガスを循環させるのが好ましい。この逆流の循環によって原料に対するガスの相対速度が増し、ガス相の生成物をの排出が促進される。
循環帯域は混合室内への各成分の導入口の下流に位置するのが好ましい。そうすることによってこれらの成分がゴム組成物のエラストマーマトリクス中に混和するのをできるかぎり防ぐことができる。
循環帯域の密封性を良くし、循環帯域の上流および下流でのガスの循環を安定させるために、ロータ表面および／またはステータ表面を、充填率が１になる帯域が上流および下流にできるような形にする。これによって上流での混合を妨げずに循環帯域でのガスの循環を厳密に制限できる。
本発明の他の特徴および利点は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。しかし、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の混合装置の側面図で、一部は断面で示してある。
図２は循環帯域におけるロータの一部の側面図。
図３は循環帯域におけるロータの一部の軸線方向部分断面図。
好ましい実施例の説明
図１に示す連続混合装置は欧州特許第0,605,781-A1号に記載の装置にほぼ対応している。この欧州特許は本願明細書の一部を成す。
この混合装置は混合室11を有し、この混合室の内部をロータ2が回転する。混合室の上流側は参照番号12で、下流側は参照番号13で示した。
混合室の上流にはゴム混合物のベースエラストマーを導入するための要素5が存在する。エラストマーは導管57を介して混合室に導入される。
混合室11の内部は図1の断面部分から理解できよう。混合室11はロータ2とステータ1との間の空間で構成され、ロータ2に沿って３つの帯域Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3とこの帯域の間にある２つの帯域Ｍ1、Ｍ2とに分けることができる。帯域Ｐは主として被混合成分を推進する作用をし、帯域Ｍは主として混合する作用をする。
各帯域におけるロータおよびステータの精密な形状（数、ネジ山のピッチおよび角度、その他の形状）によって混合室の各帯域における充填率を１または１以下に調節することができる。これら形状の最適化は極めて経験的なものであり、多くの実験を必要とする。図１では充填率が1になり得る帯域（〔1〕で示す部分）が示されている。
ベースエラストマーは混合室の上流端12で推進帯域Ｐ1に導入する。この推進帯域Ｐ1では、第１混合帯域Ｍ1の上流で粉末成分、例えば補強用充填材のシリカおよび／またはカーボンブラックを導入口15を介して導入する。液体成分、例えばエキステンダー油（場合によってはさらにシリカ／エラストマー結合剤（シラン））は導入口16を介して第１帯域Ｍ1の始めに導入するのが好ましい。
酸化防止剤、可塑化剤、硫黄、活性化剤などのゴム組成物の他の成分は、例えば攪拌器付タンク中で予備混合してペーストにし、このペーストを２つの混合帯域Ｍ1とＭ2との間の第２推進帯域Ｐ2に入口17を介して導入する。
各成分は上記特許に記載のように、容積型ポンプを用いて導入するのが好ましい。
第２混合帯域Ｍ2はガス吸気口70とガス排気口71とを有し、ガス循環帯域Ｃを形成している。ガス吸気口70を帯域Ｍ2の下流端に設けて混合室11内で原料の流れとは逆方向にガスを循環させるのが好ましい。ガスとしては通常空気を用いる。
循環帯域Ｃの充填率は1以下にするのが望ましい。それによって空気を安定、規則的且つ円滑に循環することができる。１以下の充填率は欧州特許第0,605,781-A1号に記載のように、この帯域のロータおよび／またはステータの形状を変えたり、混合室の容積を変えたり、ステータの壁の設定温度を変えるなど、実験によって得られる。
図１に示すように、この帯域Ｃを２つの推進帯域Ｐ2とＰ3との間に設けて、充填率が1の帯域を空気の循環する帯域Ｃの前後に設けて循環帯域Ｃの密封性を良くする。
循環帯域Ｃ内での空気の循環は、混合室内に存在する全てのガスを排気口71を介して抜き出すか、吸気口70を介して空気を加圧噴射することで行うことができる。吸気口70は減圧弁を介して圧縮空気源に接続されている。後者の解決策の方が融通性があり、従って好ましい。
図２は本発明の混合装置の変形例を示している。この混合装置はロータ部分2の表面に溝21を有し、この溝21は内側管路を形成し、この内側管路によってガス流を循環させることができる。図２に示す連続したネジ山20は図示したロータ2の回転方向に対してネジ山20の後方面22に上記溝21を有する。溝21はＵ字型で、ネジ山20に最も近いＵ字の枝部はネジ山20の後方面22に沿って放射内側へ延びている。Ｕ字の他方の枝部はわずかに拡大している。溝21の垂直断面の面の大きさはネジ山20の突起部の垂直断面の面とほぼ同じ大きさである。
空気流の安定性を良くするために、循環帯域Ｃ全体に溝21を延ばすのが好ましい。このような溝にすることによって、混合室内のゴム組成物の安定性が向上するという利点がある。
図３は溝33の他の変形例を示している。ロータ3には前方面31と後方面32とを有するネジ山30が形成されている。溝33はネジ山30の後方面32に接している。この溝33は傾斜したＶ字型である。この溝33は第１の壁34と第２の壁35とを有し、第１の壁はネジ山30の後方面32に沿って放射内側へ延び、第２の壁はＶ字の底部36とロータ3の表面37とを接続している。Ｖ字の２辺の間の角度は50〜80°である。Ｖ字の底部36は曲率半径が小さい。Ｖ字の２辺の開きを大きくすることによって、溝33に入ってくるゴム組成物の全ての粒子を容易に除去できる。さらに、Ｖ字の底部の曲率半径36を小さくすることによって溝33の穴詰まりを防ぐ。
混合室の始動時には、混合室が原料で一杯になり、ゴム組成物の押出し物が導入口16を通過するのを待つてから帯域Ｃでの空気循環を行うことができる。従って、混合室の循環帯域はかなり密封である。
空気の流量および供給圧力はゴム組成物および／またはその混合物の各成分と結合したガス相の生成物が良好に排出されるように経験的に調節する。
上記欧州特許第0,501,227-A1号の表１の配合物Ｉに対応するシリカ強化ゴム組成物を用いて試験を行った。
混合物を連続混合装置で空気循環せずに製造した場合には、標準的な回分法に比べてショアーA硬度が5ポイント上昇し、加熱時間が50％以上短縮される。
一方、空気循環を用いた場合には、混合物の性質は標準的な回分法で得られる混合物の性質に対応していることが確認された。原料の流量の調節およびゴム組成物の性質の向上も見られた。
上記の結果から、本発明方法に従って混合室で空気循環することによってシリカ中に存在しているか、混合過程でシリカとエラストマーとを結合させる反応で遊離した揮発性成分、特に水を排出することができる。
本発明方法がゴム組成物の他の成分、例えばエラストマーまたはカーボンブラック中に存在する揮発性成分（水）を部分的または完全に排出するのに有効であるということも確認されている。

Claims (16)

1. ステータ（1）の内部を回転する少なくとも１本のロータ（2）を有する細長い混合室（11）と、この混合室（11）の少なくとも一部にガスを循環させるための循環帯域とよばれる手段（70,71,21,33）とを有し、原料は混合室（11）の上流端（12）と下流端（13）との間を徐々に移動し、混合室（11）はゴム組成物の各成分を受ける１つまたは複数の原料導入口（15,16,17,57）と、下流端（13）に位置したゴム組成物を放出する出口（16）とを有する、ゴム組成物を製造するための連続混合装置において、
   上記循環帯域において、ステータおよび／またはロータが溝（21）を有することを特徴とする連続混合装置。
2. 上記のステータおよび／またはロータが循環帯域内で少なくとも１つの連続したネジ山（20）を有し、この連続したネジ山（20）の後方面（22）側に上記の溝（21,33）を有する請求項１に記載の装置。
3. 溝（21）がＵ字型である請求項１または２に記載の装置。
4. 溝（33）が傾斜したＶ字型である請求項１または２に記載の装置。
5. Ｖ字型の溝（33）の開口角度が50〜80°である請求項４に記載の装置。
6. ガスを循環させるための上記手段（70,71,21,33）が混合室内で原料の流れと逆方向にガスを循環させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 上記循環帯域が原料導入口（15,16,17,57）より下流に位置していする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 上記循環帯域外の上流と下流のロータ表面および／またはステータ表面の形状が、循環帯域外の上流と下流での充填率が１になるような形状をしている請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. ガスを循環させるための上記手段（70,71,21,33）が循環帯域の一端に位置する少なくとも１つの吸気口（70）と、循環帯域の他端に位置する少なくとも１つの排気口（71）とを有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. ガスを循環させるための上記手段（70,71,21,33）が少なくとも１つの吸気口（70）を介して混合室内に加圧ガスを噴射するための手段を有する請求項９に記載の装置。
11. ガスを循環させるための上記手段（70,71,21,33）が少なくとも１つの排気口（71）を介して混合室外にガスを抜き出す手段を有する請求項10に記載の装置。
12. 混合室（11）内に一つのロータ（2）のみを有する請求項１〜11のいずれか一項に記載の装置。
13. ステータの放射方向内側表面と、ステータの内部を回転する少なくとも１本のロータの放射方向外側表面との間の容積によって規定される細長い混合室内でゴム組成物を連続的に製造する方法において、
    下記（a）〜（c）を特徴とする方法：
    （a）少なくとも１種のベースエラストマーと少なくとも１種の補強用充填材とを含む各種成分を１つまたは複数の導入点から上記混合室内に連続的に導入して各成分を混合し、上記混合室内に少なくとも１種の気相の生成物を生じさせ、
    （b）上記混合室の各種成分の導入点から出口まで各成分を前進させ、
    （c）上記混合室の少なくとも一部に空気流を循環させ、気相を混合室の外へ排出する。
14. 空気流を上記混合室内で原料の流れと逆方向に循環させる請求項13に記載の方法。
15. 空気流の循環を、充填率が１以下である上記混合室の一つの帯域（Ｃ）で行う請求項13または14に記載の方法。
16. 補強用充填剤の少なくとも一部がシリカである請求項13〜15のいずれか一項に記載の方法。

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