JPH04296640A - 練りゴムの分散度評価方法および試料作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゴムやゴム薬品および
充填剤がバンバリーミキサーやロール等で混練された時
に混合分散されているか否かを判断する練りゴムの分散
度評価方法および分散状態を評価するためのゴム切片試
料を作成する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来知られている分散評価は、目視（肉
眼）判定方法としてレールズバックの分散度標準写真と
比較する方法とＡＳＴＭ−Ｄ２６６３−８２−Ａ法の分
散度標準写真と比較する方法がある。これらは簡便では
あるが、個人差が大きく精度的に問題があり、大まかな
判定にしか使用できない。

【０００３】またＡＳＴＭ−Ｄ２６６３−８２−Ｂ法は
凝集塊カウント法と呼ばれている方法である。これは試
験片を顕微鏡で観察しながら、ゴム表面に存在する分散
不良としての凹凸物を凝集塊としてカウントする方法で
ある。この計測方法は、顕微鏡の視野内に０．１ｍｍ間
隔の格子線を１００×１００で引いた格子ガラスを入れ
、その中の１万個の網目にかかる凹凸物の占める網目数
を数えて計算で算出する方法である。以上が今日一般に
行われている練りゴムの分散評価方法である。

【０００４】本発明は、このＡＳＴＭ−Ｄ２６６３−８
２−Ｂ法に改良を加え、画像解析装置を使用して計測し
、定量的に評価する方法である。従来のＡＳＴＭ−Ｄ２
６６３−８２−Ｂ法では、顕微鏡で覗いたゴム切片表面
の凹凸物の大きさを接眼レンズ部に装着した格子ガラス
の網目を利用して数える。実際には顕微鏡を覗きながら
図２に示した斜線部分の網目数を数えるのであるが、境
界にある網目はその１／２　以上の面積を占めているも
ののみを数える。

【０００５】１／２　以上か否かは測定者の判断に委ね
られており、一度数えた網目に印が出来ないことから重
複して数えたり、また数えそこなったりすることがあり
、非常に誤差の大きい測定方法である。分散度Ｄ（％）
　は、下記の式で計算される。 Ｄ＝１００−ＳＵ／Ｌ 但し、Ｕ：５視野について数えた網目数の平均値Ｓ：カ
ールしたゴム切片を伸ばすのに使った溶剤（ナフサ）に
よる面積膨脹率 Ｌ：配合されているカーボンブラックの全容積率（％）
実際には次式で求める。 　　この方法は、Ｕが過大になり易く、極端な場合は負
の分散度を与えることがある。原因としては、顕微鏡で
観察した時、凹凸部周辺のゴム質部分まで僅かに凹凸状
になって観察される。極端な場合は、凹凸の数が多いと
表面全体が波を打った状態となり、実際の凹凸物の占め
る面積より大きく数えてしまう。

【０００６】一方、測定に供するゴム切片の作成方法と
しては、一つの方法として試料ブロック台に接着剤で固
定したゴム試片を液体窒素液中に浸漬して、凍結させ、
凍結した試料を台ごとミクロトームに取り付け、ゴム試
片がガラス転移温度になったと推定された時、一気にミ
クロトームのカッターで裁断し、目的のゴム切片を得る
。この方法自体は簡便であるが、ガラス転移温度になっ
たかどうかの判断が出来るようになるまでは、かなりの
熟練度を要し、個人の感性に大きく左右され、誰でも出
来るというようなものではない。

【０００７】もう一つの方法としては、ウルトラミクロ
トームを使用する方法がある。これはクライオミクロト
ームとして開発された装置で液体窒素供給装置を備えた
ミクロトームである。従って液体窒素の供給量を調整す
ることで試料台の温度をコントロールすることが可能で
あり、目的の温度で裁断が可能である。しかし、この装
置は試料台を、冷却装置により側面から間接的に冷却す
る構造で、冷却能力との兼ね合いにより、試料台の大き
さは１５〜２０ｍｍΦである。また試料台は側面冷却の
ため構造上、烏口式で試料を挟んで締めつける方式であ
る。そのため試料の大きさは、５×５ｍｍ〜５×１０ｍ
ｍが限度である。本発明で使用する練りゴムの分散評価
方法に用いる試料片は、光学顕微鏡で比較的低倍率（約
２０倍）で行なうことと測定視野の数倍の均一照明領域
を必要とするため、上記の試料の大きさでは不充分であ
る。また装置はオープンタイプであり、試料台周辺に霜
が付き易く裁断作業に支障となることがある。

【０００８】このウルトラミクロトームは本来透過型電
子顕微鏡用の試料作成装置として開発されたもので、得
られるゴム切片の厚みは０．１〜５μｍの薄い試料であ
る。このように薄いゴム切片は裁断時にロール状に巻き
上がるので溶剤（ナフサ等）に浸して広げる必要がある
。この時、ゴム切片は膨潤するので補正の必要がある。 膨潤度合は変化するため、一定の補正係数をかけても完
全ではなく、分析誤差を大きくする要因となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はゴム基
材表面に存在する分散不良としての凹凸部を凝集塊とし
て割合を測定する際に、測定者の判断等、人的バラツキ
が入らないような測定方法を提供し、分散評価を定量的
に信頼性がおけるよう且つ、測定精度よく測定する方法
を提供することである。またこの方法に使用するゴム試
料を作成する装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の問
題点を解決するため鋭意研究を行った。その結果、光学
顕微鏡の試料台にゴム切片を載せ、直射照明と落射照明
とを当てると分散不良部は僅かな凹凸部分となっており
、ゴム基材部は滑らかで照明を当てると凝集塊部分と反
射率が違うことを見い出した。そこで、従来の光学顕微
鏡を覗いてカウントする方法を変え、顕微鏡像を直接画
像解析装置に取り込み、前記反射率の差を画像解析装置
内での濃淡の階調差に変換し、凝集塊部分である凹凸部
分のみを取り出せることを見い出した。

【００１１】すなわち、本発明は、（１）練りゴム中の
充填剤の分散度を評価する方法において、ゴム試料へ直
射照明と落射照明を併用して照射し、その顕微鏡像のゴ
ム基材部分と充填剤の凝集塊部分との光の反射率の差を
画像解析装置に取り込み、ゴム基材部分と凝集塊部分と
の反射率の差を画像解析装置内での濃淡の階調差に変換
し、凝集塊に相当する凹凸部分の割合を検出し、凝集塊
が全体のゴム基材に占める率を計算することを特徴とす
る練りゴムの分散評価方法であり、

【００１２】（２）液体窒素マホー瓶、下部に液体窒素
を気化したガス循環部を有する試料台、該マホー瓶より
試料台下部を経由して該マホー瓶に戻る窒素循環流路、
窒素一部排出流路、循環ポンプを含む、試料台下に液体
窒素が気化したガスを定量的に供給することによりゴム
試料を常温から−１３０℃の広範囲に制御する前項１の
方法に使用する練りゴムの試料作成装置である。

【００１３】以下に本発明を詳細に説明する。本発明で
直射照明と落射照明を併用するのは凹凸部分に影が出来
ないようにするためである。直射照明は光学顕微鏡の対
物レンズ部を通って透過するＢＤレンズ（乱反射光がレ
ンズの外側周囲から均一に、照射される暗視野用レンズ
、Ｂｌａｃｋ　ａｎｄ　Ｄａｒｋ　Ｌｅｎｓ）等を使用
する。落射照明は、左右から照射出来るダブルアームフ
ァイバー式照明装置等を使用する。落射照明（Ａ）　と
直射照明（Ｂ）　の光量は、Ａ＝６０〜７０％、Ｂ＝３
０〜４０％程度が好ましい。 特に分散の悪い材料については、Ａ＝６０％、Ｂ＝４０
％が最も好ましい。

【００１４】こうして画像解析装置に取り込んだ分散不
良部の凝集塊の凹凸物の像をコントラスト強調や、シェ
ーディング補正などの処理を施した後、２値化像にする
。この２値化像について、凹凸物像の占める面積が測定
区画面積に占める面積率を求める。これから、次式によ
り分散率（Ｄｃｉ……Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｃｏｎｃ
ｌｕｓｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　）を算出する。 但し、 Ｐ＝裁断時に生じる歪み率補正係数

【００１５】分散評価に使用する試料の作成は、以下に
述べる装置及び作成方法で解決した。基本的には、既存
の冷却チャンバー内に組み込まれた冷凍ミクロトームを
使用するが、、これの冷却能力は室温〜−４０℃であり
、ゴム組成物のガラス転移温度は、低いものでは、−１
２０℃程度であり、能力不足である。そこで本発明者ら
は試料台の下に液化窒素を気化したガスを定量的に供給
する装置を併用することで、−１３０℃までの任意の温
度に調節できるようにし、試料台の大きさについては直
接試料台に窒素ガス循環パイプを通すことにより、４０
ｍｍΦ以上の大型の試料台を取り付けるれるようにした
。試料の取り付けは試料台に接着剤で固定することによ
り、最大２５×２５ｍｍの大きいゴムブロックまで細断
できるようにした。又試料の厚さについても５μｍ以上
の任意の厚みでカット出来るように設備改造し、従来の
問題を解決した。５μｍ以上の厚みの細断が可能なので
、実際には２０〜３０μｍで細断するとカールしなくな
るという利点を有する。問題であった霜つきは、冷却チ
ャンバーの温度を常時−３５℃以下に保持することで解
決した。

【００１６】具体的には、図１に示す装置で、液体窒素
用マホー瓶１に第１逆止弁３、第２逆止弁４の２つの弁
を持つ液吸入管５を挿入し、ベローズ式往復ポンプ１０
により液体窒素を吸引する。ポンプがプレッシャー圧に
なると吸引した液体窒素が試料台７の方に送られる。こ
の時、試料台に送られる液体窒素ガスの量は圧力計１３
とバルブ１１の開度で系内圧力の制御を行い、更に流量
計１６とバルブ１２の開度を調節して排出ガス量を制御
することで定量的に供給することを可能にした。

【００１７】これにより、試料台の温度は、常温から−
１３０℃の広範囲の制御が可能となり、従来のクライオ
ミクロトームやウルトラミクロトームなどと比較しても
大幅な能力向上が出来た。

【００１８】以上の結果により、従来、かなり高度な熟
練を必要としていたゴム切片試料作成作業も作業標準化
することで、全く熟練が不必要となり、各種ゴムや様々
なゴム配合組成物の裁断を可能とした装置が完成した。 実際にゴム配合組成物を裁断する温度は、その配合組成
物のガラス転移温度よりも少し高い温度が好ましいこと
も判った。

【００１９】本発明により、ゴム配合組成物の分散評価
を定量的に、且つ、実用に適した数値で評価が可能とな
ったので、分散の良否や最適な混練条件などの決定など
が可能となった。又、測定精度については、本発明者の
実験値では、従来±５％であったものが、±２％まで改
良できた。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の分散度評価方法とＡＳＴＭ−
Ｄ２６６３−８２−Ｂ法に準じたＬＭ分散度（Ｌｉｇｈ
ｔ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｒｐｅ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　
Ｉｎｄｅｘ）　の関係、ミキサーでの混練時間と分散度
の変化、ミキサー充填率およびカーボンブラックの造粒
ビードの硬さと分散度の関係を示して、本発明の実施例
とする。

【００２１】（実施例１）図３は、現行法のＡＳＴＭ−
Ｄ２６６３−８２−Ｂ法に準じたＬＭ分散度と本発明に
よる新法の関係を表した図である。分散度の高い位置で
は良い相関を示すが、分散度の低い位置ではかなりズレ
があることが判明する。Ｄｃｉ値１５％の時、ＬＭ分散
度は、０の値となり、負の分散度を示すことがあること
を示している。

【００２２】（実施例２）ミキサーでの混練時間を変化
させて、分散度の変化を調べた結果を図４に示す。混練
時間が３分以上になると急激に分散が進むことを示して
いる。

【００２３】（実施例３）図５は、ミキサー充填率およ
びカーボンブラックの造粒ビードの硬さと分散度の関係
を示したものである。分散度には、ミキサー充填率が大
きく寄与することを示している。また、カーボンブラッ
クの造粒ビードの硬さには適度な値があることを示して
いる。

【００２４】

【発明の効果】従来、かなり高度な熟練を必要としてい
たゴム切片試料作成作業も本発明の装置を使用し、作業
標準化することによって、全く熟練が不必要となり、各
種ゴムや様々なゴム配合組成物の試料用裁断も可能とな
った。本発明により、最適裁断温度も明らかになった。 本発明により、ゴム配合組成物の分散評価を定量的に、
且つ、実用に適した数値量として計測できるようになっ
たので、分散の良否や最適の混練条件などの決定が可能
となった。測定精度についても、本発明者の実験値では
、従来法で±５％であったものが、±２％まで改良され
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の試料作成装置の立面断面図を示す。

【図２】ＡＳＴＭ−Ｄ２６６３−８２−Ｂ法の格子ガラ
スと凹凸像を示す。境界を含む網目が斜線部を１／２　
含むかどうか判断に迷う場合のあることを示す。

【図３】従来法のＡＳＴＭ−Ｄ２６６３−８２−Ｂ法に
準じたＬＭ分散度と本発明方法による測定値の相関図を
示す。

【図４】ミキサーでの混練時間と分散度の変化を示す。

【図５】ミキサー充填率およびカーボンブラックの造粒
ビードの硬さと分散度の関係を示す。

【符号の説明】

１　　マホー瓶 ２　　液体窒素 ３　　第１逆止弁 ４　　第２逆止弁 ５　　液吸入管 ６　　第３逆止弁 ７　　試料台 ８　　温度センサー ９　　温度表示計 １０　　ベローズ式ポンプ １１　　第１ストップバルブ １２　　第２ストップバルブ １３　　圧力計 １４　　ゴム栓 １５　　ワンタッチ式ジョイント １６　　流量計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　練りゴム中の充填剤の分散度を評価す
   る方法において、ゴム試料へ直射照明と落射照明を併用
   して照射し、その顕微鏡像のゴム基材部分と充填剤の凝
   集塊部分との光の反射率の差を画像解析装置に取り込み
   、ゴム基材部分と凝集塊部分との反射率の差を画像解析
   装置内での濃淡の階調差に変換し、凝集塊に相当する凹
   凸部分の割合を検出し、凝集塊が全体のゴム基材に占め
   る率を計算することを特徴とする練りゴムの分散評価方
   法。
2. 【請求項２】　　液体窒素マホー瓶、下部に液体窒素を
   気化したガス循環部を有する試料台、該マホー瓶より試
   料台下部を経由して該マホー瓶に戻る窒素循環流路、窒
   素一部排出流路、循環ポンプを含む、試料台下に液体窒
   素が気化したガスを定量的に供給することによりゴム試
   料を常温から−１３０℃の広範囲に制御する請求項１の
   方法に使用する練りゴムの試料作成装置。