JP4606760B2 - ブチル系ゴム組成物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブチル系ゴム組成物の製造方法に関する。

ブチルゴムを含有するゴム組成物の製造において、ブチル系ゴムは充分に混ざりにくいため、ブチルゴムをあらかじめ混練（素練り）する必要がある。そのため、従来の混練では、はじめにブチルゴムを素練りし、一旦排出してから、酸化亜鉛、ステアリン酸、カーボンブラックおよび／またはオイルを混練（ベース練り）していた。しかし、作業工程が多く、素練り工程用のミキサーとベース練り工程用のミキサーとが必要となり、また、素練り後に直ちにベース練りを行なわないので、放置時間、放置温度、シュート内滞留時間、押出機速度、コンベア速度等の影響をうけるという問題があった。

この問題を解決するために、特許文献１には、素練りの後に、ミキサーからブチルゴムを排出せずに、カーボンブラック、オイルなどの添加剤を添加して、引き続き混練する方法が開示されている。しかし、この方法では、素練りを行なうため、ブチルゴム同士が密着しやすく、加工性に問題があった。

特開平７−１４４３２１号公報

本発明は、ブチル系ゴムのみを混練する工程を省略し、加工性、配合される薬品の分散性、および加硫時特性を向上させ、さらに得られたゴム組成物の弾性を向上させることができるブチル系ゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、（１）ブチル系ゴム成分および添加剤を混練し、引き続き、補強剤および軟化剤を添加して混練して排出するベース練り工程、および（２）工程（１）で排出された混練物に加硫剤および加硫促進剤を添加して混練する仕上げ練り工程からなるブチル系ゴム組成物の製造方法に関する。

本発明の製造方法によれば、ブチルゴムのみを混練する工程を省略できるため、ブチルゴム同士が密着するという問題がなくなり、加工性、配合される薬品の分散性、および加硫時特性が向上し、さらに得られたゴム組成物の弾性を向上させることができる。

本発明のゴム組成物の製造方法は、（１）ベース練り工程、および（２）仕上げ練り工程からなる。

ベース練り工程（１）は、（１ａ）最初にブチル系ゴムおよび添加剤を混練する工程、および（１ｂ）引き続き、補強剤および軟化剤を添加して混練する工程からなる。

工程（１ａ）において、ブチル系ゴムをゴム成分として用いる。ブチル系ゴムとしては、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）などがあげられる。なかでも、二重結合がなく、せん断に時間がかかる点で、ＩＩＲが好ましい。

添加剤としては、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤ＮＳ−５、アフラックス１６などがあげられる。従来、ブチル系ゴムのみを最初に混練していたが、本発明では、工程（１ａ）において、ブチル系ゴム成分とともに添加剤を混練することで、ブチルゴムに対して短時間で添加剤を混入することが可能になる。

工程（１ａ）における添加剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して２〜１０重量部であることが好ましい。配合量が２重量部未満では、ゴムに対するせん断力が少なく、ゴムのつぶれ不良になる傾向がある。また、１０重量部をこえると、添加剤同士の接触が増えて、凝集塊の生成や飛散が増大する傾向がある。

工程（１ａ）におけるブチル系ゴムおよび添加剤の混練時間は、５０〜６０秒であることが好ましい。混練時間が５０秒未満では、加工性が悪化し、カーボンブラックが充分に分散せず、ゴムのせん断力が不充分になる傾向がある。また、混練時間が６０秒をこえると、ブチル系ゴムと添加剤が充分に分散しているので、それ以上効果を得られない傾向がある。

工程（１ａ）におけるブチル系ゴムおよび添加剤の混練温度は９０〜１２０℃であることが好ましい。混練温度が９０℃未満では、ブチルゴムのつぶれ不良が発生し、添加剤との分散が不充分になる傾向がある。また、混練温度が１２０℃をこえると、後入れの補強剤、軟化剤を分散させる温度、時間が不足する傾向がある。

工程（１ａ）の混練は、主にバンバリーミキサーを用いて行なわれることが好ましい。

工程（１ａ）で得られた混練物に、補強剤および軟化剤を添加して混練する工程（１ｂ）は、工程（１ａ）の混練終了後、一度混練物をミキサーから排出せずに、引き続き行なわれる。混練物を排出せず、そのうえから補強剤および軟化剤を添加して混練することで、排出するサイクルの短縮および混練物の温度が高温なため、補強剤、軟化剤の混入が容易になるという効果が得られる。

補強剤としてはカーボンブラックなどがあげられる。

工程（１ｂ）における補強剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して３０〜８０重量部であることが好ましい。配合量が３０重量部未満では、ゴムを充分に補強できない傾向がある。また、８０重量部をこえると、ゴムへの混入が不充分になり、全く混ざらない補強剤が部分ごとに発生する傾向がある。

軟化剤としては、パラフィンオイル、キャスターオイルなどがあげられる。

工程（１ｂ）における軟化剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１０〜３０重量部であることが好ましい。配合量が１０重量部未満では、ゴムの加工性が悪化する傾向がある。また、３０重量部をこえると、混練り時に軟化剤によるスリップが発生する傾向がある。

工程（１ｂ）における混練時間は、１８０〜２２０秒であることが好ましい。混練時間が１８０秒未満では、補強剤のゴムへの進入が不充分になる傾向がある。また、２２０秒をこえると、充分に補強剤がゴムへ進入しているため、それ以上混練りしても不充分である。

工程（１ｂ）における混練温度は、１３０〜１６０℃であることが好ましい。混練温度が１３０℃未満では、補強剤および軟化剤の混入が不充分になる傾向がある。また、１６０℃をこえると、補強剤のゲルが発生する傾向がある。

工程（１ｂ）の混練は、工程（１ａ）に引き続き、バンバリーミキサーを用いて行なわれることが好ましい。

工程（１ａ）および（１ｂ）からなるベース練り工程（１）のあと、排出された混練物は、シーティングされることが好ましい。シーティングされることで、仕上げ練り工程の前に、混練物を短時間で冷却することができるという利点がある。なお、シーティングは、オープンロールを用いてなされる。

仕上げ練り工程（２）において、ベース練り工程（１）のあと排出された混練物、加硫剤および加硫促進剤を混練する。

加硫剤としては、硫黄、セイミイオウ、サンフェルなどがあげられる。

工程（２）における加硫剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１〜３重量部であることが好ましい。配合量が１重量部未満では、加硫する際に反応する時間がかかる傾向がある。また、３重量部をこえると、加硫後のゴム物性（モジュラス）が高くなりすぎる傾向がある。

加硫促進剤としては、促進剤ＤＭ、促進剤ＥＭ−５などがあげられる。

工程（２）における加硫促進剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１〜３重量部であることが好ましい。配合量が１重量部未満では、加硫する際に反応する時間がかかる傾向がある。また、３重量部をこえると、加硫後のゴム物性（モジュラス）が高くなりすぎる傾向がある。

工程（２）における混練時間は、６０〜８０秒であることが好ましい。混練時間が６０秒未満では、加硫剤および加硫促進剤が均一に分散しない傾向がある。また、８０秒をこえると、温度の規制値に達する傾向がある。

工程（２）における混練温度は、９０〜１２０℃であることが好ましい。混練温度が９０℃未満では、加硫剤および加硫促進剤が均一に分散せず、ゴムへの進入が不充分となる傾向がある。また、１２０℃をこえると、加硫剤の反応が開始するため、好ましくない傾向がある。

工程（２）の混練は、バンバリーミキサーを用いて行なわれることが好ましい。

工程（１）および工程（２）の全混練時間は、２４０〜３６０秒であることが好ましい。

工程（２）により得られた混練物は、加硫されることが好ましい。

加硫時間は、４００〜６８０秒であることが好ましい。加硫時間が４００秒未満では、加硫が充分にされず、ポーラスが発生する傾向がある。また、６８０秒をこえると、加硫もどりが発生して、好ましくない傾向がある。

加硫温度は、１５０〜１８０℃であることが好ましい。加硫温度が１５０℃未満では、加硫がされるまでの時間が長くかかる傾向がある。また、１８０℃をこえると、加硫もどりが発生して、好ましくない傾向がある。

加硫することで得られたゴム組成物は、とくにタイヤチューブに用いられることが好ましい。

本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

以下に実施例および比較例において用いた各種薬品について説明する。
ＩＩＲ：日本ブチル（株）製のブチル２６８
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸「椿」
カーボンブラック（ＦＥＦ）：東海カーボン（株）製のシーストＳＯ
パラフィンオイル：出光興産（株）製のプロセスオイル ＰＴ−３２
硫黄：ＭＩＷＯＮ社製のＭＩＤＡＳ−１０５
加硫促進剤：三新化学工業（株）製のサンセラーＥＭ−５−ＣＲ

実施例１〜４および比較例１〜２
以下に実施例１〜４および比較例１〜２のゴム組成物の製造方法を示す。なお、各種薬品の配合量は、表１の内容にしたがった。

（実施例１〜４のゴム組成物の製造方法）
ブチルゴム、酸化亜鉛およびステアリン酸を、バンバリーミキサーを用いて１００℃で混練した。このとき、実施例１の混練時間は５０秒、実施例２の混練時間は６０秒、実施例３の混練時間は３０秒、実施例４の混練時間は４０秒とした。それぞれ混練してから、引き続きカーボンブラックおよびパラフィンオイルを添加して１４０℃で混練した。このとき、実施例１の混練時間は２００秒、実施例２の混練時間は１９５秒、実施例３の混練時間は２１０秒、実施例４の混練時間は２０５秒とした。混練終了後に排出した混練物を、硫黄および加硫促進剤とともにバンバリーミキサーにて１００℃で６０秒間混練した。得られた未加硫ゴム組成物を、１６５℃、１０分間加硫することによりゴム組成物を得た。

（比較例１のゴム組成物の製造方法）
ブチルゴムを、バンバリーミキサーを用いて１２０℃、６０秒間混練し、排出した。排出したブチルゴムに、酸化亜鉛、ステアリン酸、カーボンブラックおよびパラフィンオイルを添加して１４０℃、２４０秒間混練し、混練終了後、排出した混練物を、硫黄および加硫促進剤とともにバンバリーミキサーにて１００℃、６０秒間混練した。得られた未加硫ゴム組成物を、１６５℃、１０分間加硫することによりゴム組成物を得た。

（比較例２のゴム組成物の製造方法）
ブチルゴム、酸化亜鉛、ステアリン酸、カーボンブラックおよびパラフィンオイルを、バンバリーミキサーを用いて１４０℃、２４０秒間混練し、排出した。排出した混練物を、硫黄および加硫促進剤とともにバンバリーミキサーにて１００℃、６０秒間混練した。得られた未加硫ゴム組成物を、１６５℃、１０分間加硫することによりゴム組成物を得た。

以下に、実施例および比較例でおこなった試験の測定方法について説明する。

＜引張り試験＞
ＪＩＳ Ｋ６２５１に基づき、得られたゴム組成物に対して、ダンベル３号型試験片にて引張り試験を３０℃で実施した。この試験により各加硫ゴム組成物について、１００％伸長時のモジュラス（ＭＰａ）を測定した。

＜スコーチ測定＞
未加硫ゴムが加硫完了するまでの時間（ＭＬ−１０）を測定した。ＭＬ−１０が大きいほど、加硫が遅く、加硫に時間がかかることを示す。

＜ムーニー粘度測定＞
未加硫ゴムをムーニー粘度計で測定したときのトルク値（抵抗）（ＭＬ１＋４）を測定した。ＭＬ１＋４が大きいほど、ゴムの強度が強く、加工性が悪いことを示す。

＜カーボンブラック分散性＞
未加硫ゴムを加硫してゴム断面をカットしたときのカーボンブラックの単位面積あたりの割合を測定し、カーボンブラックが全て分散しており、凝集が確認できない状態を１００として指数表示した（ＣＢ分散）。ＣＢ分散が大きいほど、ゴム組成物中にカーボンブラックが分散しており、良好であることを示す。

＜加工性＞
混練物を採取して、ラボロールにて熱入れしているときの混練物のロール巻きつきまでの時間を何回か測定して、加工性を評価した。○は加工性が良好であることを、×は加工性が悪いことを示す。

試験結果をそれぞれ表１〜３に示す。なお、表２は、実施例１の製造方法により得られたゴム組成物について、８回それぞれ別個独立に測定して得られた測定結果を示す。

Claims (7)

1. （１）ブチルゴムおよび添加剤を混練し、引き続き、補強剤および軟化剤を添加して混練して排出するベース練り工程、および
   （２）工程（１）で排出された混練物に加硫剤および加硫促進剤を添加して混練する仕上げ練り工程からなり、
   前記添加剤が酸化亜鉛および／またはステアリン酸であるブチルゴム組成物の製造方法。
2. 前記ベース練り工程（１）が、（１ａ）最初にブチルゴムおよび添加剤を混練する工程、および（１ｂ）引き続き、補強剤および軟化剤を添加して混練する工程からなる請求項１記載のブチルゴム組成物の製造方法。
3. 前記工程（１ａ）の混練時間が５０〜６０秒であり、混練温度が９０〜１２０℃である請求項２記載のブチルゴム組成物の製造方法。
4. 前記添加剤の配合量が、前記ブチルゴム１００重量部に対して、２〜１０重量部である請求項１記載のブチルゴム組成物の製造方法。
5. 前記軟化剤の配合量が、前記ブチルゴム１００重量部に対して、１０〜３０重量部である請求項１記載のブチルゴム組成物の製造方法。
6. 前記工程（１ｂ）の混練時間が１８０〜２２０秒であり、混練温度が１３０〜１６０℃である請求項２記載のブチルゴム組成物の製造方法。
7. 前記工程（２）の混練時間が６０〜８０秒であり、混練温度が９０〜１２０℃である請求項１記載のブチルゴム組成物の製造方法。