JP7067917B2 - ゴムウエットマスターバッチの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の工程(I)では、前記カーボンブラック、前記分散溶媒、および前記ゴムラテックス溶液を混合して、カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する。特に、本発明においては、前記工程(I)が、前記カーボンブラックを前記分散溶媒中に分散させて、カーボンブラック含有スラリー溶液(以下、スラリー溶液ともいう)を製造する工程(I-a1)と、得られたカーボンブラック含有スラリー溶液と、前記ゴムラテックス溶液とを混合して、カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する工程(I-b1)を含むことが好ましい。また、本発明においては、前記工程(I)が、前記カーボンブラックを前記分散溶媒中に分散させる際に、前記ゴムラテックス溶液の少なくとも一部を添加することにより、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液を製造する工程(I-a2)と、得られたゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液と、残りの前記ゴムラテックス溶液とを混合して、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する工程(I-b2)を含むこともできる。
前記工程(I-a1)において、カーボンブラックおよび分散溶媒を混合する方法としては、例えば、高せん断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミルなどの一般的な分散機を使用してカーボンブラックを分散させる方法が挙げられる。
前記工程(I-a2)では、カーボンブラックを分散溶媒中に分散させる際に、ゴムラテックス溶液の少なくとも一部を添加することにより、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液を製造する。ゴムラテックス溶液は、あらかじめ分散溶媒と混合した後、カーボンブラックを添加し、分散させても良い。また、分散溶媒中にカーボンブラックを添加し、次いで所定の添加速度で、ゴムラテックス溶液を添加しつつ、分散溶媒中でカーボンブラックを分散させても良く、あるいは分散溶媒中にカーボンブラックを添加し、次いで何回かに分けて一定量のゴムラテックス溶液を添加しつつ、分散溶媒中でカーボンブラックを分散させても良い。ゴムラテックス溶液が存在する状態で、分散溶媒中にカーボンブラックを分散させることにより、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液を製造することができる。工程(I-a2)におけるゴムラテックス溶液の添加量としては、使用するゴムラテックス溶液の全量(工程(I-a2)および工程(I-b2)で添加する全量)に対して、0.075~12重量%が例示される。
本発明の工程(I-b1)では、前記スラリー溶液と、ゴムラテックス溶液とを混合して、カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する。スラリー溶液と、ゴムラテックス溶液とを液相で混合する方法は特に限定されるものではなく、スラリー溶液およびゴムラテックス溶液とを、例えば、高せん断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミルなどの一般的な分散機や円筒状容器内でブレードが回転する混合機を使用して混合する方法が挙げられる。必要に応じて、混合の際に分散機などの混合系全体を加温してもよい。
前記工程(I-b2)では、前記ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液と、残りのゴムラテックス溶液とを混合して、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する。前記ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液と、残りのゴムラテックス溶液とを液相で混合する方法は、上述した、スラリー溶液と、ゴムラテックス溶液とを液相で混合する方法と同様の方法が挙げられる。
本発明の工程(II)では、上記で得られたカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を凝固して、カーボンブラック含有ゴム凝固物を製造する。また、本発明においては、前記工程(II)において、凝固前の前記カーボンブラック含有ラテックス溶液のpHが、6.0~8.5である。前記凝固前の前記カーボンブラック含有ラテックス溶液のpHは、凝固後のゴムウエットマスターバッチの大きさの制御の容易さを向上させる観点から、6.5以上が好ましく、そして、ゴムウエットマスターバッチ中のカーボンブラックの均質性を向上させる観点から、8.0以下が好ましく、7.4以下がより好ましい。
本発明のゴムウエットマスターバッチの製造方法においては、上記で得られたカーボンブラック含有ゴム凝固物を脱水・乾燥する工程(III)を設けることが好ましい。前記脱水・乾燥の方法としては、例えば、単軸押出機、二軸押出機、スクリュープレス、オーブン、コンベヤー式乾燥機、真空乾燥機、エアードライヤーなどの各種脱水・乾燥装置を使用することができる。なお、工程(III)の前に、必要に応じて、カーボンブラック含有ゴム凝固物が含む水分量を適度に低減する目的として、例えば、遠心分離や振動スクリーンを使用した固液分離工程を設けてもよく、あるいは、洗浄を目的として、水洗法などの洗浄工程などを設けてもよい。
a)カーボンブラック:
カーボンブラック「N134」(窒素吸着比表面積143m2/g)、(東海カーボン社製)
カーボンブラック「N234」(窒素吸着比表面積126m2/g)、(東海カーボン社製)
カーボンブラック「N339」(窒素吸着比表面積93m2/g)、(東海カーボン社製)
カーボンブラック「N550」(窒素吸着比表面積42m2/g)、(東海カーボン社製)
カーボンブラック「N774」(窒素吸着比表面積27m2/g)、(東海カーボン社製)
b)分散溶媒:水
c)ゴムラテックス溶液:
天然ゴム濃縮ラテックス溶液(Dry Rubber Contentが60重量%)、(レヂテックス社製)
d)凝固剤:ギ酸(一級85%、10%溶液に希釈して、pH1.2に調整したもの)、(ナカライテスク社製)
<ゴムラテックス溶液の調整>
天然ゴムラテックス濃縮ラテックス溶液に、以下の機械安定性が1000秒となるように、常温下でアンモニアを加えた。次いで常温で水を加えて、ゴム成分が25重量%のゴムラテックス溶液を調製した。
[ゴムラテックス溶液の機械安定性の測定]
ゴムラテックス溶液の機械安定性の測定は、ASTM D1076-59に準じ、14000rpmにて回転板を回転させてラテックス中に目視にて明らかな凝固物が発見されるまでの時間(秒)を計測した。なお、当該測定におけるゴムラテックス溶液中のゴム固形分の濃度は60重量%である。
水に、カーボンブラック「N234」を50重量部添加し、これにPRIMIX社製ロボミックスを使用してカーボンブラックを分散させることにより(該ロボミックスの条件:9000rpm、30分)、固形分5重量%のカーボンブラック含有スラリー溶液を製造した(工程(I-a1))。次に、工程(I-a1)で製造したカーボンブラックスラリー溶液に、上記で得られた所定の機械安定性を有するゴムラテックス溶液(25重量%)を、固形分(ゴム)量が100重量部となるように添加し、次いでSANYO社製家庭用ミキサーSM-L56型を使用して混合し(ミキサー条件:11300rpm、1分)、カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造した(工程(I-b1))。
上記の工程(I)で製造したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液に、ギ酸(10%)を溶液全体がpH7.2となるまで添加し、SANYO社製家庭用ミキサーSM-L56型を使用してさらに混合を行った(ミキサー条件:11300rpm、25分)。次いで、凝固剤として、ギ酸(10%溶液)を溶液全体がpH4となるまで添加し、さらにSANYO社製家庭用ミキサーSM-L56型を使用することで(ミキサー条件:11300rpm、2分)、カーボンブラック含有ゴム凝固物を製造した(工程(II))。なお、pHは、JIS Z8802準拠し、東亜ディーケーケー(株)製、「ポータブルpH計HM-30P」を用いて、評価した。
上記の工程(II)で製造したカーボンブラック含有ゴム凝固物を、スクイザー式1軸押出脱水機(スエヒロEPM社製V-02型)で水分率が1.5%以下になるまで脱水および乾燥することにより、ゴムウエットマスターバッチを製造した(工程(III))。
実施例1の<ゴムラテックス溶液の調製>において、ゴムラテックスの機械安定性を表1に示す値に変更したこと、また、実施例1の<工程(I):カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液の製造>において、使用するカーボンブラックを表1に示す種類および配合量に変更したこと、また、実施例1の<工程(II):カーボンブラック含有ゴム凝固物の製造>において、凝固前のカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液のpHを表1に示す値に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、実施例2~11および比較例1~3のゴムウエットマスターバッチを製造した。なお、表1中の配合量は、ゴムウエットマスターバッチに含まれるゴム成分の全量を100重量部としたときの重量部(phr)で示す。
実施例1の<工程(I):カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液の製造>において、ゴムラテックス溶液の一部を加えたこと(工程(I-a2))、また、残りのゴムラテックス溶液を加えたこと(工程(I-b2))以外は、実施例1と同様の方法により、ゴムウエットマスターバッチを製造した。なお、工程(I-a2)において、使用するゴムラテックス溶液の全量(工程(I-a2)および工程(I-b2)で添加する全量)に対して、0.5重量%のゴムラテックス溶液を添加した。
上記の工程(II)で製造したカーボンブラック含有ゴム凝固物を、無作為に20個サンプリングし、各サンプルの最大幅を測定して、それらの平均値を算出し、以下の基準にて評価した。下記評価が◎の場合、工程(III)でのハンドリング性に優れることを示す。
◎:平均値が5mm以上50mm未満
〇:平均値が50mm以上100mm未満
×:平均値が5mm未満、あるいは100mm以上
カーボンブラックの分散性(均質性)の評価は、上記の工程(III)で製造したゴムウエットマスターバッチを、無作為に3個サンプリングし、各サンプルを熱重量・示差熱分析装置(TG/DTA)を用い、窒素雰囲気下で、常温から650℃に昇温させたのち、650℃(一定)で15分、空気雰囲気下650℃(一定)で15分加熱し、窒素雰囲気下と空気雰囲気下との重量の減少量(重量損失率)から、ゴムウエットマスターバッチ中のカーボンブラックの割合(含有量)を算出し、以下の基準にて評価した。
〇:中央値のサンプルのカーボンブラック含有量と、中央値から最も離れたサンプルのカーボンブラック含有量との差が、1重量部未満
△:中央値のサンプルのカーボンブラック含有量と、中央値から最も離れたサンプルのカーボンブラック含有量との差が、1重量部以上2重量部未満
×:中央値のサンプルのカーボンブラック含有量と、中央値から最も離れたサンプルのカーボンブラック含有量との差が、2重量部以上
Claims (4)
- 少なくともカーボンブラック、分散溶媒、およびゴムラテックス溶液を原料として得られるゴムウエットマスターバッチの製造方法であって、
前記カーボンブラック、前記分散溶媒、および前記ゴムラテックス溶液を混合して、カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する工程(I)と、
得られたカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を凝固して、カーボンブラック含有ゴム凝固物を製造する工程(II)を含み、
前記工程(I)において、ASTM D1076-59に準じて測定した、前記ゴムラテックス溶液の機械的安定性が、300秒以上であり、
前記工程(II)において、凝固前の前記カーボンブラック含有ラテックス溶液のpHが、6.0~7.4であり、
前記工程(I)において、前記カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する際に酸を加えて、前記pHの範囲に調整する工程を有することを特徴とするゴムウエットマスターバッチの製造方法。 - 前記工程(I)が、前記カーボンブラックを前記分散溶媒中に分散させて、カーボンブラック含有スラリー溶液を製造する工程(I-a1)と、
得られたカーボンブラック含有スラリー溶液と、前記ゴムラテックス溶液とを混合して、カーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する工程(I-b1)を含むことを特徴とする請求項1記載のゴムウエットマスターバッチの製造方法。 - 前記工程(I)が、前記カーボンブラックを前記分散溶媒中に分散させる際に、前記ゴムラテックス溶液の少なくとも一部を添加することにより、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液を製造する工程(I-a2)と、
得られたゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有スラリー溶液と、残りの前記ゴムラテックス溶液とを混合して、ゴムラテックス粒子が付着したカーボンブラック含有ゴムラテックス溶液を製造する工程(I-b2)を含むことを特徴とする請求項1または2記載のゴムウエットマスターバッチの製造方法。 - さらに、得られたカーボンブラック含有ゴム凝固物を脱水・乾燥する工程(III)を含むことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のゴムウエットマスターバッチの製造方法。
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