JP6902389B2

JP6902389B2 - ゴム組成物の製造方法およびタイヤの製造方法

Info

Publication number: JP6902389B2
Application number: JP2017087338A
Authority: JP
Inventors: 太一永江; 村上　智洋; 智洋村上
Original assignee: Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: JP2018184538A; WO2018198630A1

Description

本開示は、ゴム組成物の製造方法およびタイヤの製造方法に関する。

密閉式混練機であるバンバリーミキサーで、シリカやシランカップリング剤などの配合剤をゴムに分散させることが知られている。この分散方法では、ゴムや配合剤をバンバリーミキサーのチャンバーに投入し、混練する。

しかしながら、バンバリーミキサーにおいて、シリカをよく分散させるためにゴムに高せん断をかけると、ゴム温度が上がり過ぎ、ゴム焼けを起こすことがある。これは、バンバリーミキサーでは、ゴム温度が上がりやすく、温度調整が難しいからである。

特開２００５−１２３１号公報特許５２０４６１０号公報特開５５６７３０２号公報

本開示におけるゴム組成物の製造方法は、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤を連続式混練機で混練する工程（以下、「第１工程」ということがある。）と、第１工程でつくられた混合物を、第１工程より高いゴム温度で混練することでカップリング反応をすすめる工程（以下、「第２工程」ということがある。）とを含む。本開示におけるゴム組成物の製造方法を、本開示におけるタイヤの製造方法は含む。

実施形態１で使用する連続式混練機や周辺装置などを示す模式図である。連続式混練機については内部構造を示している。

本開示の実施形態は、シリカ分散を向上可能な、ゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。

実施形態におけるゴム組成物の製造方法は、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤を連続式混練機で混練する第１工程と、第１工程でつくられた混合物を、第１工程より高いゴム温度で混練することでカップリング反応をすすめる第２工程とを含む。

実施形態におけるゴム組成物の製造方法は、ゴムの発熱を抑制しながらゴムにせん断をかけることが可能であるため、カップリング反応の進行前にシリカ分散を高めることができ、この結果としてゴム組成物のシリカ分散を高めることができる。ゴムの発熱を抑制しながらゴムにせん断をかけることが可能な理由は、連続式混練機の使用にある。連続式混練機は、ゴムを移動させながら混練するため、ゴムをチャンバーで混練する密閉式混練機とくらべて、ゴムを効率的に冷却できる。さらに、連続式混練機は、密閉式混練機とくらべて、ゴムと冷却面との接触面積を大きくとることが可能であり、ゴムを効率的に冷却できる。

第１工程は、１４０℃未満のゴム温度で混練する工程であることが好ましい。第２工程においてゴム温度は１４０℃以上であることが好ましい。

第１工程では、連続式混練機の第１領域で混練することが好ましく、第２工程では、第１領域の下流に位置する、連続式混練機の第２領域で混合物を混練することが好ましい。これでなく、第１工程では混合物を押出してもよい。

実施形態におけるタイヤの製造方法は、第１工程と第２工程とを含む。

実施形態１
ここからは、実施形態１で本開示を説明する。まず、連続式混練機５を説明する。

図１に示すように、連続式混練機５は、バレル５２を備える。バレル５２は、セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、・・・、５２１ｇを備える。セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、・・・、５２１ｇそれぞれの内部には、冷却流体用の流路が設けられている。セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、・・・、５２１ｇそれぞれの温度は独立して設定可能である。セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、・・・、５２１ｇそれぞれの温度は、温度調節機６１、６２、６３、・・・、６７で設定できる。冷却流体として、オイル、水などの液体を挙げることができる。セグメント５２１ａには、原材料供給口５２７が設けられている。セグメント５２１ｂには、シランカップリング剤注入口が設けられている。セグメント５２１ｂには、オイル注入口も設けられている。バレル５２の第１領域５２２は、バレル５２の第２領域５２３の上流に位置する。第１領域５２２は、セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、５２１ｄで構成される。第２領域５２３は、第１領域５２２の下流で第１領域５２２に隣接している。第２領域５２３は、セグメント５２１ｅ、５２１ｆ、５２１ｇで構成される。

連続式混練機５はスクリュー５１を備える。スクリュー５１は、バレル５２内に位置する。スクリュー５１は、モーター５１０によって回転することが可能である。スクリュー５１は、スクリュー軸と、スクリューエレメント５１１、５１２、５１３、・・・、５１７とを備える。スクリュー軸の内部には、冷却流体用の流路が設けられている。冷却流体として、オイル、水などの液体を挙げることができる。各スクリューエレメント５１１、５１２、５１３、・・・、５１７はスクリュー羽根を備える。各スクリューエレメント５１１、５１２、５１３、・・・、５１７には貫通孔が設けられている。スクリューエレメント５１１、５１２、５１３、・・・、５１７の貫通孔にスクリュー軸が挿入されている。スクリューエレメント５１１、５１２、５１３、・・・、５１７は、スクリュー軸から分離可能であり、組み換え可能である。

実施形態１におけるゴム組成物の製造方法は、少なくともゴム、シリカ、シランカップリング剤を連続式混練機５で、第１領域５２２において混練する工程を含む。たとえば、ゴムと、シリカ、カーボンブラック、ステアリン酸、ワックス、酸化亜鉛、老化防止剤、シランカップリング剤、オイルなどの配合剤を第１領域５２２に供給し、第１領域５２２においてゴム温度１４０℃未満、好ましくは１３０℃以下で混練する。混練中におけるゴム温度の下限は、たとえば５０℃である。この際、ゴム、シリカ、カーボンブラック、ステアリン酸、ワックス、酸化亜鉛、老化防止剤などは、フィーダを用いて原材料供給口５２７から供給することが可能であり、シランカップリング剤は、注入ポンプ５２８を用いてシランカップリング剤注入口から供給できる。フィーダとして、ベルト式フィーダ、スクリュー式フィーダ、振動式フィーダなどを挙げることができる。オイルは、注入ポンプ５２９を用いてオイル注入口から供給できる。ゴムは、たとえば天然ゴム、イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴムなどである。これらは、単独で、または２種以上で使用できる。シリカも、単独で、または２種以上で使用できる。シリカの量は、ゴム１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは１５質量部以上である。シリカ量の上限は、ゴム１００質量部に対して、たとえば２００質量部である。シランカップリング剤としては、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエキトシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィドなどのスルフィドシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプトシラン、３−オクタノイルチオ−１−プロピルトリエトキシシラン、３−プロピオニルチオプロピルトリメトキシシランなどの保護化メルカプトシランを挙げることができる。これらは、単独で、または２種以上で使用できる。シランカップリング剤の量は、シリカ１００質量部に対し、好ましくは１質量部以上、より好ましくは５質量部以上である。シランカップリング剤量の上限は、シリカ１００質量部に対し、たとえば２０質量部、１５質量部などである。

第１領域５２２で混練する工程でつくられた混合物を、第２領域５２３において、第１領域５２２で混練する工程より高いゴム温度で混練することでカップリング反応をすすめる工程を、実施形態１におけるゴム組成物の製造方法は含む。この工程では、たとえば、混合物を、ゴム温度１４０℃以上、好ましくは１５０℃以上で混練する。ゴム温度の上限は、たとえば１７０℃である。

カップリング反応をすすめる工程で得られた加硫系配合剤添加前ゴムに加硫系配合剤を練り込み、ゴム組成物を得る工程を、実施形態１におけるゴム組成物の製造方法はさらに含む。加硫系配合剤として硫黄、有機過酸化物などの加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤などを挙げることができる。硫黄として粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などを挙げることができる。加硫促進剤としてスルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などを挙げることができる。この工程では、密閉式混合機、オープンロールなどを使用することができる。密閉式混合機としてバンバリーミキサー、ニーダーなどを挙げることができる。

ゴム組成物は、ゴム、シリカ、シランカップリング剤を含む。ゴム組成物は、カーボンブラック、ステアリン酸、ワックス、酸化亜鉛、老化防止剤、オイル、硫黄、加硫促進剤などをさらに含むことができる。

ゴム組成物は、トレッド、サイドウォールなどのタイヤ部材に使用することができる。なかでもトレッドが好ましい。

ゴム組成物を含むタイヤ部材を備える生タイヤをつくる工程を、実施形態１におけるタイヤの製造方法は含む。生タイヤを加熱する工程を実施形態１におけるタイヤの製造方法はさらに含む。実施形態１の方法で得られたタイヤは、空気入りタイヤであることができる。

実施形態１の変形例１を説明する。実施形態１におけるゴム組成物の製造方法は、第１領域５２２と第２領域５２３との両者が設けられた連続式混練機５を使用するものの、変形例１は、両者のうち第１領域５２２のみが設けられた第１連続式混練機と、両者のうち第２領域５２３のみが設けられた第２連続式混練機とを使用する。具体的には、第１連続式混練機で混合物を押出し、混合物を第２連続式混練機で混練する。

実施形態１の変形例２を説明する。実施形態１におけるゴム組成物の製造方法は、第１領域５２２と第２領域５２３との両者が設けられた連続式混練機５を使用するものの、変形例２は、両者のうち第１領域５２２のみが設けられた第１連続式混練機と、密閉式混合機とを使用する。具体的には、第１連続式混練機で混合物を押出し、混合物を密閉式混合機で混練する。

実施形態１の変形例３を説明する。実施形態１におけるゴム組成物の製造方法は、ゴム、シリカおよびシランカップリング剤を混練する工程と、混合物を混練することでカップリング反応をすすめる工程との両者において単軸の連続式混練機５を用いるものの、変形例３は、連続式混練機５に代えて、多軸の連続式混練機を用いる。多軸の連続式混練機として、たとえば、１２本の同方向回転スクリューがリング状に配置された連続式混練機を挙げることができる。

以下に、本開示の実施例を説明する。

実施例１における加硫ゴムの作製
図１に示す連続式混練機５において、第１領域５２２の全セグメント（セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、５２１ｄ）と、第２領域５２３の全セグメント（セグメント５２１ｅ、５２１ｆ、５２１ｇ）とを、表１に示す温調温度に設定した。連続式混練機５に、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、シリカ、シランカップリング剤（デグサ社製の「Ｓｉ７５」）、オイルを供給し、第１領域５２２と第２領域５２３とで混練し、硫黄添加前ゴムを得た。混練中、第１領域５２２と第２領域５２３とにおいてゴム温度を測定した。硫黄添加前ゴムと硫黄と加硫促進剤とをバンバリーミキサーで混練りし、未加硫ゴムを得た。未加硫ゴムを、１６０℃で３０分間加硫し、加硫ゴムを得た。

比較例１における加硫ゴムの作製
連続式混練機５に代えてバンバリーミキサーを使用したこと以外は、実施例１と同じ方法で加硫ゴムを作製した。硫黄添加前ゴムの排出温度は１５５℃、排出までの混練時間は７分であった。

比較例２における加硫ゴムの作製
セグメント５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ、・・・、５２１ｇそれぞれの温調温度を変更したこと以外は、実施例１と同じ方法で加硫ゴムを作製した。

低発熱性能
初期歪み１０％、動的歪み２％、周波数５０Ｈｚ、温度６０℃で、東洋精機製粘弾性スペクトロメータで測定した加硫ゴムのｔａｎδ値に基づいて、発熱性能を評価した。比較例１の値を１００とした指数で、発熱性能を示した。指数は、小さいほど低発熱性能に優れることを意味する。結果を表１に示す。

ペイン効果の測定
加硫ゴムについて、アルファテクノロジーズ製ＲＰＡ２０００を使用し、温度６０℃、周波数１．６６７Ｈｚの条件で、歪を０．５％から４５％まで変化させた時の最大せん断力から最小せん断力を引いた値を測定し、比較例１の測定結果を１００とした指数で、各例の測定結果を示した。指数が小さいほどフィラーの分散性が良好であることを意味する。結果を表１に示す。

実施例１の加硫ゴムは、比較例１の加硫ゴムと比べて、シリカ分散と低発熱性能とに優れていた。実施例１の加硫ゴムは、比較例２の加硫ゴムと比べて、シリカ分散に優れていた。

Claims

少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤を連続式混練機で混練する工程と、
前記工程でつくられた混合物を、前記工程より高いゴム温度で混練することでカップリング反応をすすめる工程とを含む、
タイヤの製造方法。
少なくとも前記ゴム、前記シリカおよび前記シランカップリング剤を混練する前記工程は、１４０℃未満のゴム温度で混練する工程である、請求項１に記載のタイヤの製造方法。
前記カップリング反応をすすめる前記工程において前記ゴム温度は１４０℃以上である、請求項１または２に記載のタイヤの製造方法。
少なくとも前記ゴム、前記シリカおよび前記シランカップリング剤を混練する前記工程では、前記連続式混練機の第１領域で混練し、
前記カップリング反応をすすめる前記工程では、前記第１領域の下流に位置する、前記連続式混練機の第２領域で前記混合物を混練する、
請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤの製造方法。
少なくとも前記ゴム、前記シリカおよび前記シランカップリング剤を混練する前記工程で前記混合物を押出す、請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤの製造方法。