JP6386598B2 - マスターバッチの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明のマスターバッチの製造方法は、ゼータ電位が−100〜−20mVのゴムラテックスと、ゼータ電位が−120〜−10mVのフィラー分散体とを混合して配合ラテックスを調製する工程(1)、前記工程(1)で得られた配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整する工程(2)、及び、前記工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程(3)を含む。なお、本発明の製造方法は、上記工程(1)、(2)、及び(3)を含む限りその他の工程を含んでいてもよく、上記工程(1)、(2)、(3)をそれぞれ、1回行ってもよいし、複数回繰り返し行ってもよい。
本発明では、先ず、ゼータ電位が−100〜−20mVのゴムラテックスと、ゼータ電位が−120〜−10mVのフィラー分散体とを混合して配合ラテックスを調製する工程(1)が行われる。
なお、本発明において、上記総和をミクロフィブリル化植物繊維における荷電量として表す。絶乾とは、全重量中セルロース繊維が100%を占めるものをいう。
本発明では、前記工程(1)に続いて、前記工程(1)で得られた配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整する工程(2)が行われる。ゼータ電位をこのような範囲に調整することで、フィラーの凝集を抑制してフィラーをゴム中に微細に高分散させることができる。該ゼータ電位としては、−2mV以下が好ましく、−5mV以下がより好ましい。また、−20mV以上が好ましく、−15mV以上がより好ましく、−10mV以上が更に好ましい。
なお、上記酸及び/又は塩の添加する量は、連続的に若しくは断続的に配合ラテックスのゼータ電位を測定しながら決定すればよい。
上記工程(2)により、結果、凝固物(凝集ゴム及びフィラーを含む凝集物)が得られることとなるが、本発明においては、前記工程(2)に続いて、前記工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程(3)が行われる。配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整した後、得られる凝固物を有機溶媒で更に凝固することにより、ゴム中へのフィラーの取り込み量を向上させ、また、ゴム中でのフィラーの分散性を損なうことなく凝固物をより径の大きなものとすることができ、マスターバッチを得る際のろ過時のろ過性を向上させることができる。これにより、マスターバッチ製造時の生産性がより向上し、より性能の向上したマスターバッチを生産性良く製造することができる。
本発明のマスターバッチの製造方法は、ゼータ電位が−100〜−20mVのゴムラテックスと、ゼータ電位が−120〜−10mVのフィラー分散体とを混合して配合ラテックスを調製する工程(1)、前記工程(1)で得られた配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整する工程(2)、及び、前記工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程(3)を含む方法であるので、ゴム中でのフィラーの分散性がより向上し、ゴム中にフィラーが微細に分散したマスターバッチを作製することができる。更に、配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整した後、得られる凝固物を有機溶媒で凝固することにより、ゴム中へのフィラーの取り込み量を向上させ、また、ゴム中でのフィラーの分散性を損なうことなく凝固物をより径の大きなものとすることができ、マスターバッチを得る際のろ過性を向上させることができる。これにより、マスターバッチ製造時の生産性がより向上し、より性能の向上したマスターバッチを生産性良く製造することができる。そしてそのようなマスターバッチを用いることで、破断強度、剛性、低燃費性、等のゴム物性が改善されたタイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤを得ることができる。したがって、本発明の製造方法で作製されたマスターバッチは、ゴム中にフィラーが微細に分散したマスターバッチである。このように、上記製造方法により得られたマスターバッチもまた、本発明の1つである。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、上記マスターバッチを用いて作製される。上記マスターバッチは、ゴム中にフィラーが微細に分散しているので、他の成分と混合したゴム組成物においてもフィラーを微細に分散できる。結果、これにより、優れた破断強度、剛性、低燃費性、等のゴム物性を改善できる。
なお、本明細書において、BRのシス含量(シス1,4結合含有率)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定できる。
なお、本発明において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217のA法によって求められる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は空気入りタイヤに好適に使用できる。上記空気入りタイヤは、上記タイヤ用ゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて各種材料を配合したタイヤ用ゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤの各部材の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形することにより未加硫タイヤを形成した後、加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造することができる。
針葉樹漂白クラフトパルプ:日本製紙(株)製
TEMPO:東京化成工業(株)製の2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(上記式(1)中、R1〜R4がメチル基で表される化合物)
臭化ナトリウム:和光純薬工業(株)製
次亜塩素酸ナトリウム:東京化成工業(株)製
NaOH:和光純薬工業(株)製のNaOH
過酸化水素水:和光純薬工業(株)製の過酸化水素水
天然ゴムラテックス:野村貿易(株)社から入手したHytex Latex(高アンモニアタイプ、固形分濃度:60質量%)を使用
ミクロフィブリル化植物繊維1:下記製造例1で調製したミクロフィブリル化植物繊維(TEMPOを用いて酸化処理されたミクロフィブリル化植物繊維)
天然ゴム:TSR20
ブタジエンゴム:宇部興産(株)製のBR150B(シス含量:97質量%、ML1+4(100℃):40)
カーボンブラック:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN550(N2SA:42m2/g)
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン)(6PPD)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
硫黄:日本乾溜工業(株)製のセイミ硫黄(オイル分:10%)
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド)(TBBS)
(製造例1)
乾燥重量で5.00gの未乾燥の針葉樹漂白クラフトパルプ(主に1000nmを超える繊維径の繊維から成る)、39mgのTEMPO及び514mgの臭化ナトリウムを水500mlに分散させた後、15質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1gのパルプ(絶乾)に対して次亜塩素酸ナトリウムの量が5.5mmolとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加えて反応を開始した。反応中は3MのNaOH水溶液を滴下してpHを10.0に保った。pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なし、反応物をガラスフィルターにてろ過した後、十分な量の水による水洗、ろ過を5回繰り返し、固形分量15質量%の水を含浸させた反応物繊維を得た。
次に、該反応物繊維に水を加え、固形分量1質量%スラリーとした。
酸化されたセルロース4g(絶乾)に1MのNaOH1.5ml、30%過酸化水素水0.5mlを添加し、超純水を加えて、5%(w/v)に調整した後、オートクレーブで80℃で2時間加熱した。
未洗浄のアルカリ加水分解処理後の酸化されたセルロースを超高圧ホモジナイザー(処理圧140MPa)で3回処理し、透明なゲル状分散液(ミクロフィブリル化植物繊維1)を得た。
なお、ミクロフィブリル化植物繊維に存在するカルボキシル基とアルデヒド基の量の総和及びカルボキシル基の量は、セルロース繊維の重量に対し、1.6mmol/g及び1.5mmol/gで、最大繊維径及び数平均繊維径は、8.2nm及び4.0nm、平均繊維長は470nmであった。
ここで、マイカ切片上に固定したミクロフィブリル化植物繊維を走査型プローブ顕微鏡(日立ハイテクサイエンス社製)で観察(3000nm×3000nm)し、繊維50本分の繊維幅を測定して、最大繊維径、数平均繊維径を算出した。平均繊維長は、得られた観察画像から画像解析ソフトWinROOF(三谷商事社製)を用いて算出した。
(実施例1)
ミクロフィブリル化植物繊維1の分散液を固形分濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、高速ホモジナイザー(IKAジャパン社製の「T50」、回転数:8000rpm)で約5分撹拌して均一な水分散液(ミクロフィブリル化植物繊維の水分散液)を調製した(粘度:7〜8mPa・s)。
天然ゴムラテックスの固形分濃度(DRC)を10質量%に調整した後、天然ゴムラテックスのゴム固形分100質量部に対して、上記調製した水分散液をミクロフィブリル化植物繊維1の乾燥重量(固形分)が20質量部となるように添加し、高速ホモジナイザー(IKAジャパン社製の「T50」、回転数:8000rpm)を用いて25℃で5分撹拌、混合して、ゴムラテックス分散液(配合ラテックス)を調製した(合計固形分濃度:2質量%)。次いで、25℃で5分ゆっくり撹拌(IKAジャパン社製のEurostar〔電子制御撹拌機〕、回転数:100rpm)しながら1質量%ギ酸水溶液を添加してゼータ電位を−30mVに調整し、その後、1質量%塩化カルシウム水溶液を添加してゼータ電位を−10mVに調整して凝固物を得た。得られた凝固物をIKAジャパン社製のEurostar〔電子制御撹拌機〕(回転数:100rpm)に入れ、そこへ系内のエタノール濃度が30質量%になるまでエタノールを添加し、25℃で5分ゆっくり撹拌し、凝固物を得た。目視により、エタノール混合前に比べ、凝固物の径が大きくなっていることが確認された。その後、得られた凝固物を目開き200μmのメッシュでろ過し、80℃で6時間乾燥してマスターバッチ1を得た。上記ろ過、乾燥後の固形分回収率を下記計算式にて算出したところ、97.9質量%であった。
〔固形分回収率(質量%)〕={〔ろ過、乾燥後の固形分量〕/〔固形分仕込み量〕}×100
なお、上記計算式中の固形分仕込み量とは、仕込んだ天然ゴムラテックスのゴム固形分とミクロフィブリル化植物繊維の固形分の合計量を表している。
測定装置:大塚電子社製のゼータ電位測定装置「ELS−PT」
測定条件
pHタイトレータを使用して測定
pH滴定モード
溶媒:水
温度:25℃
誘電率:78.22
粘度:0.8663cp
屈折率:1.3312
天然ゴムラテックス(固形分濃度:10質量%):−65mV
ミクロフィブリル化植物繊維の水分散液(固形分濃度:0.5質量%):−40mV
配合ラテックス(合計固形分濃度:2質量%):−60mV
ゼータ電位を−10mVに調整して凝固物を得た後に、エタノール混合を行わず、得られた凝固物を目開き200μmのメッシュでろ過した以外は、実施例1と同様にして比較マスターバッチ1を得た。ここで、ろ過において、実施例1と同様のろ過後の状態になるまでに、実施例1と比べて5.5倍の時間がかかった。
また、実施例1と同様に、ろ過、乾燥後の固形分回収率を算出したところ、91.1質量%であり、実施例1と比べて低かった。このことは、実施例1に比べて比較例1において、ミクロフィブリル化植物繊維がろ過の際にろ液側により多く流出したことを意味し、実施例1と比べて比較例1では、マスターバッチにおけるゴム中へのミクロフィブリル化植物繊維の取り込み量に劣ることが分かる。
配合ラテックスを、25℃で5分ゆっくり撹拌(IKAジャパン社製のEurostar、回転数:100rpm)しながら1質量%ギ酸水溶液を添加してゼータ電位を−10mVに調整し、その後、1質量%塩化カルシウム水溶液を添加してゼータ電位を−5mVに調整して凝固物を得た以外は、実施例1と同様にしてマスターバッチ2を得た。
また、上記マスターバッチ2におけるミクロフィブリル化植物繊維のゴム中の分散性を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ミクロフィブリル化植物繊維の凝集塊はできておらず、ゴム中にミクロフィブリル化植物繊維が微細に分散していることが確認された。
ミクロフィブリル化植物繊維1の分散液を固形分濃度が0.5質量%となるように水で希釈し、高速ホモジナイザー(IKAジャパン社製の「T50」、回転数:8000rpm)で約5分撹拌して均一な水分散液(ミクロフィブリル化植物繊維の水分散液)を調製した(粘度:7〜8mPa・s)。
天然ゴムラテックスの固形分濃度(DRC)を10質量%に調整した後、天然ゴムラテックスの固形分100質量部に対して、上記調製した水分散液をミクロフィブリル化植物繊維1の乾燥重量(固形分)が20質量部となるように添加し、高速ホモジナイザー(IKAジャパン社製の「T50」、回転数:8000rpm)で25℃、約5分撹拌、混合して、ゴムラテックス分散液(配合ラテックス)を調製した(合計固形分濃度:2質量%)。次いで、25℃で5分ゆっくり撹拌(IKAジャパン社製のEurostar、回転数:100rpm)しながら1質量%ギ酸水溶液を添加してpH((株)堀場製作所製のpHメーターD51T)を4に調整して凝固物を得た(併せて、実施例1と同様にしてゼータ電位も測定したところ、ゼータ電位は−35mVであった。)。得られた凝固物をIKAジャパン社製のEurostar〔電子制御撹拌機〕(回転数:100rpm)に入れ、そこへ系内のエタノール濃度が30質量%になるまでエタノールを添加し、25℃で5分ゆっくり撹拌し、凝固物を得た。その後、得られた凝固物を目開き200μmのメッシュでろ過し、80℃で6時間乾燥して比較マスターバッチ2を得た。
また、上記比較マスターバッチ2におけるミクロフィブリル化植物繊維のゴム中の分散性を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ミクロフィブリル化植物繊維の凝集塊が多少見られ、ゴム中にミクロフィブリル化植物繊維が充分には微細に分散していないことが確認された。
配合ラテックスを、25℃で5分ゆっくり撹拌(IKAジャパン社製のEurostar、回転数:100rpm)しながら1質量%ギ酸水溶液を添加してゼータ電位を−40mVに調整して凝固物を得た以外は、実施例1と同様にして比較マスターバッチ3を得た。
また、上記比較マスターバッチ3におけるミクロフィブリル化植物繊維のゴム中の分散性を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ミクロフィブリル化植物繊維の凝集塊ができており、ゴム中にミクロフィブリル化植物繊維が微細には分散していないことが確認された。
配合ラテックスを、25℃で5分ゆっくり撹拌(IKAジャパン社製のEurostar、回転数:100rpm)しながら1質量%ギ酸水溶液を添加してゼータ電位を10mVに調整して凝固物を得た以外は、実施例1と同様にして比較マスターバッチ4を得た。
また、上記比較マスターバッチ4におけるミクロフィブリル化植物繊維のゴム中の分散性を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ミクロフィブリル化植物繊維の凝集塊ができており、ゴム中にミクロフィブリル化植物繊維が微細には分散していないことが確認された。
エタノールを添加してエタノール混合を行う代わりに、アセトンを添加して混合した以外は、実施例1と同様にしてマスターバッチ3を得た。なお、目視により、アセトン混合前に比べ、アセトン混合後の方が凝固物の径が大きくなっていることが確認された。
また、実施例1と同様に、ろ過、乾燥後の固形分回収率を算出したところ、97.3質量%であった。
また、上記マスターバッチ3におけるミクロフィブリル化植物繊維のゴム中の分散性を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ミクロフィブリル化植物繊維の凝集塊はできておらず、ゴム中にミクロフィブリル化植物繊維が微細に分散していることが確認された。
エタノールを添加してエタノール混合を行う代わりに、2−プロパノールを添加して混合した以外は、実施例1と同様にしてマスターバッチ4を得た。なお、目視により、2−プロパノール混合前に比べ、2−プロパノール混合後の方が凝固物の径が大きくなっていることが確認された。
また、実施例1と同様に、ろ過、乾燥後の固形分回収率を算出したところ、96.9質量%であった。
また、上記マスターバッチ4におけるミクロフィブリル化植物繊維のゴム中の分散性を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ミクロフィブリル化植物繊維の凝集塊はできておらず、ゴム中にミクロフィブリル化植物繊維が微細に分散していることが確認された。
(実施例1〜4及び比較例1〜4)
表1に示す配合に従って、1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の薬品を混練りした。次に、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加して練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を170℃で15分間プレス加硫して加硫ゴム組成物を得た。得られた加硫ゴム組成物を下記により評価し、結果を表1に示した。
加硫ゴム組成物を用いて3号ダンベル型ゴム試験片を作製し、JIS K6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて引張試験を行い、加硫ゴム組成物の破断時の引張強度(引張破断強度:TB〔MPa〕)を測定した。
比較例2のTBを100として、下記計算式により、各配合のTBを指数表示した(破断強度指数〔TB指数〕)。TB指数が大きいほど破断強度が大きく耐久性に優れることを示す。
(TB指数)=(各配合のTB)/(比較例2のTB)×100
粘弾性スペクトロメーターVES((株)岩本製作所製)を用いて、温度70℃、周波数10Hz、初期歪み10%、及び、動歪み2%の条件下で、各配合(加硫ゴム組成物)から切り出した試験片のタイヤ周方向の複素弾性率E*(MPa)及び損失正接(tanδ)を測定した。
比較例2のE*、tanδをそれぞれ100として、下記計算式により各配合のE*、tanδを指数表示した(E*指数、tanδ指数)。E*指数が大きいほど剛性が大きく操縦安定性に優れることを示す。また、tanδ指数が大きいほど転がり抵抗特性(低燃費性)に優れることを示す。
(E*指数)=(各配合のE*)/(比較例2のE*)×100
(tanδ指数)=(比較例2のtanδ)/(各配合のtanδ)×100
ここで、タイヤ周方向とは、加硫ゴム組成物の押出し方向である。
特に、工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する実施例1では、工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程を行わない比較例1に比べて、同じろ過状態を得るまでの時間が大幅に短縮されており、ろ過性が顕著に向上していること、また、ろ過、乾燥後の固形分回収率が高くなっており、マスターバッチにおけるゴム中へのフィラーの取り込み量が向上していること、が確認された。そして更には、実施例1において、ゴム中にフィラーが微細に分散していることも確認された。これらのことから、工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固することにより、ゴム中へのフィラーの取り込み量を向上させ、また、ゴム中でのフィラーの分散性を損なうことなく、マスターバッチを得る際のろ過性を向上させることができ、これにより、マスターバッチ製造時の生産性がより向上し、結果、より性能の向上したマスターバッチを生産性良く製造することができることが分かる。
Claims (4)
- ゼータ電位が−100〜−20mVのゴムラテックスと、ゼータ電位が−120〜−10mVのフィラー分散体とを混合して配合ラテックスを調製する工程(1)、前記工程(1)で得られた配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整する工程(2)、及び、前記工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程(3)を含み、
前記フィラーが、ミクロフィブリル化植物繊維であるマスターバッチの製造方法。 - 前記ゴムラテックスが、ジエン系ゴムラテックスである請求項1記載のマスターバッチの製造方法。
- ゼータ電位が−100〜−20mVのゴムラテックスと、ゼータ電位が−120〜−10mVのフィラー分散体とを混合して配合ラテックスを調製する工程(1)、前記工程(1)で得られた配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整する工程(2)、前記工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程(3)、及び、前記工程(3)で得られたマスターバッチを混練する工程を含み、
前記フィラーが、ミクロフィブリル化植物繊維であるタイヤ用ゴム組成物の製造方法。 - ゼータ電位が−100〜−20mVのゴムラテックスと、ゼータ電位が−120〜−10mVのフィラー分散体とを混合して配合ラテックスを調製する工程(1)、前記工程(1)で得られた配合ラテックスのゼータ電位を−30〜0mVに調整する工程(2)、前記工程(2)で得られた凝固物を有機溶媒で凝固する工程(3)、及び、前記工程(3)で得られたマスターバッチを混練する工程を含み、
前記フィラーが、ミクロフィブリル化植物繊維である空気入りタイヤの製造方法。
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