JPS587642B2 - ゴムの処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゴムの処理方法に関する。

さらに詳しくは、加流ゴム破砕物を機械的および熱的に
処理することにより工業上極めて有用な加硫ゴム熔融物
を製造する方法に関する。

廃タイヤを主とする加硫ゴム廃棄物は、プラスチックス
廃棄物と並んで今や大きな社会問題となっており、その
処理方法については各方面で種々検討されているが、未
だに決め手となるものは見出されていないのが現状であ
る。

例えば再生ゴムの製造は、古くから知られているゴムの
処理法の１つであり、具体的には加硫ゴムに可塑剤、粘
着賦与剤、再生剤などを加え、酸素の存在下に、１５０
〜２５０℃で処理することにより、加硫ゴムの網目鎖を
一部解重合させ、可塑性と粘着性のある物体に転換する
ものである。

このようにして製造される再生ゴムは主としてゴムの配
合剤として用いられており、今のところ加硫ゴム廃棄物
の最も有効な処理および利用方法と考えられるが、再生
ゴムはその性格上あまり犬量に生産されることはなく、
新ゴム消費量の約１０％前後が使用されているだけであ
る。

そのため残り約９０％の加硫ゴム廃棄物の処理が未解決
のまま放置されており、焼却、埋立て、魚礁あるいは粉
末ゴムのシート化等の方法も考えられているが、根本的
な解決方法とは言い難い。

最近加硫ゴム廃棄物の処理方法として注目を集めている
のは、熱分解方法である。

これは供給空気を完全に遮断して行なういわゆる乾留方
式、または部分燃焼方式により、４００〜９００℃とい
う高温下に熱分解することにより、加硫ゴムを破壊的に
蒸留し、ガス、油および固形残清の三相に分離し、ガス
および油は燃料として、また固形残渣は各種の有用な炭
素材料として有効に利用し得るというものである。

この方法は非常に有望なものであり、今後の改良研究が
待たれるものである。

またこれら前述の加硫ゴム廃棄物の処理方法とは概念的
に全く異なる方法、すなわち油類を混合し３１０℃〜３
８０℃のスクリュー押出機にて加硫ゴムを分解し熔融化
する方法が知られている。

この方法は前記の熱分解法より高い付加価値を有し有用
な生成物である加硫ゴム熔融物を簡単なプロセスにて得
ることができる。

しかしながらこの方法では加硫ゴム分解に際して油類の
混合が必要であり、このために押出機内での加硫ゴムの
スリツプなどのために運転効率が悪くなる欠点があった
。

また油類を混合しないで分解を行なうと上記温度では熔
融効率が充分でなくさらに高温では乾留分解が生じ炭化
物となって熔融物を得ることができない。

そこで、本発明者らはスクリュー押出機の構造と運転方
法について鋭意研究を重ねた結果、これらをある特定の
条件にて制御すれば油類を混合することなしに効率よく
安全に加硫ゴムを熔融化できるのみならず熔融物をゴム
配合剤として使用する場合の性能が向上することを見出
し本発明に到達した。

すなわち本発明は加硫ゴムをスクリュー押出機にて分解
して加硫ゴムを熔融化処理するに際し、スクリューの長
さ／直径比１５〜５０、圧縮比２．０〜５．０の押出機
を使用し、且ゴムを２９０〜４００℃で１〜２０分間処
理することを特徴とするゴムの処理方法である。

本発明方法において、第１に、押出機のスクリューは長
さ／直径比（以下Ｌ／Ｄという）が１５〜５０、好まし
くは２０〜４０であることが必要である。

Ｌ／Ｄが１５より小さいと前記の他の条件を満たしても
充分な分解、熔融化が行なわれず未分解の加硫ゴムが押
出される。

またＬ／Ｄが５０より大きくても分解、熔融化において
は特に支障はないがスクリュー押出機製作上技術的に困
難となり設備費用が高く、経済上不利となる。

第２に圧縮比が重要である。

スクリューの圧縮比は押出機の原料供給部のスクリュー
１回転による溝空間の移動体積を同じく押出機圧縮部の
それで割った値である。

この圧縮比が大きいと、スクリュー内のゴムは大きな背
圧を受け充分な混練りが行なわれ、分解・熔融化を促進
することになるが、圧縮比が太きすぎるとスクリューに
よる加硫ゴムの移動がスムーズに行なわれず混練り過多
による発熱により温度コントロールが困難となる。

発熱により設定温度以上の分解温度になると本発明は分
解反応であるため分解ガス化によりガスが発生しノズル
、ベントあるいは加硫ゴム投入口からの内容物噴出につ
ながり危険な状態となる。

このためスクリューの圧縮比２．０〜５．０、好ましく
は２．５〜４．０であることが必要である。

第３に本発明では、加硫ゴムを加熱するために押出機バ
レルを２９０〜４００℃、好ましくは３１０〜３８０℃
にすることが必要である。

このための加熱手段は特に制限されるものではない。

例えば押出機のバレルを電熱ヒーターまたは誘導加熱ヒ
ーターにて加熱する方法が挙げられ、これらで充分目的
を達することが出来る。

加熱温度が２９０℃より低いと加硫ゴムの分解、熔融化
が不充分であり未熔融物が残り、４００℃より高いと加
硫ゴムの分解が過度に行なわれ、ガス化が激し《なり、
また熔融物にカーボン状のものが混在するようになる。

第４に本発明では押出機での分解、熔融化時の加硫ゴム
のバレル通過時間（以後分解時間と記述する。

）を１〜２０分、好ましくは２〜１５分に制御すること
が必要である。

分解時間を１分未満とすると本発明の他すべての条件を
満たしても分解、熔融化が不充分となる。

また分解時間が２０分以上の場合は、分解が過度に進み
熔融物の収率が低下するのみならず、ガスの発生が激し
く安全かつ定常的な運転が難かしくなる。

また前記加熱温度と分解時間は適宜組み合わせて選定す
る必要がある。

また本発明におけるスクリューは加硫ゴムの分解、熔融
を促進するために圧縮部において、スクリュー全長の１
／５０〜１／４の部分にダルメージ構造を有することが
望ましい。

ダルメージ構造はミキシング構造とも呼ばれ通常の熱可
塑性樹脂用押出機スクリューの１部分に設けられること
があり、主に混練向上のため、または背圧増加、脈動防
止のために設けられたスクリューの特殊構造の名称であ
り、本発明においては加硫ゴムの分解、熔融化を完全に
するために設けた構造である。

このダルメージ構造の部分があまり長いとスクリュー内
での内容物の移送に支障が生じ、処理能力が低下するだ
けでなく、前記内容物の噴出につながり危険である。

またダルメージ構造の部分が短かいと実質的に分解作用
の向上が期待できない。

本発明者らはダルメージ構造部分の長さを種々検討した
ところ、好ましくはスクリュー全長の１／５０〜１／４
、更に好ましくは五〜＋が望ましいことを見出した。

なおダルメージ構造はいくつかの部分に分割して設置す
ることが効果的である。

またさらに本発明は加硫ゴムの分解反応であるために少
量のガスの発生はさげられないので押出機バレルにはベ
ント孔を設置することが好ましい。

ベント孔を設置し分解時発生したガス及び揮発分をベン
ト孔から放出することによりノズルからの熔融物の噴出
などがなく安全に運転することができる。

上記のように本発明は、スクリュー押出機による加硫ゴ
ム熔融物の製造方法であるが、本発明のスクリュー押出
機は押出機として一般的な１軸スクリュー型はもちろん
、加硫ゴム破砕物のバレルへの喰い込み性が良好で、ス
クリューのセルフクリーニング性を有する等の特徴があ
る２軸スクリュー型を含む多軸スクリュー型押出機をも
包含するものである。

本発明で熔融化する加硫ゴムはＳＢＲ，ＢＲ、ＮＢＲ，
ＩＲ，ＩＩＲ，ＣＲ，ＥＰＴなどの合成ゴムおよび天然
ゴムの１種または２種以上の混合物であり特に加硫ゴム
の種類を限定するものではない。

本発明により、従来困難であった加硫ゴム単独の分解、
熔融化が効率良《おこなわれる。

すなわち、加硫ゴムの分解熔融化率が上昇し、運転を効
率よく安全に行なうことができる。

さらに、本発明により製造される加硫ゴム熔融物は、従
来の油類を混合して分解する方法によるものに比して、
生成物が油で希釈されていないので、ゴム配合物に使用
した場合、加硫ゴムの破断強度を高め、引き裂き強度を
著しく高めることができる。

このように本発明によると加硫ゴム熔融物の製造法が簡
便で効率的であるのみでなく、得られる熔融物の利用上
の性能を向上させることができる。

勿論本発明により加硫ゴムを分解、熔融化するに当り押
出機内で加硫ゴムがスリップを起さずまた熔融物の利用
上の性能にも影響を与えない程度の油類、すなわちアス
ファルト、コールタール、コールタールピッチ、トール
油ピッチ、アロマチック系油、ナフテン系油、パラフィ
ン系油などの重質油または本発明により得られた熔融物
などを加硫ゴムに２５重量％程度混合することも本発明
に包含されるものである。

添附図面第１図に示すものは、本発明において用いたス
クリュー押出機の１例であり、１は駆動部、２はバレル
、３はスクリュー、４は加熱エレメント、５はホツパー
、６はベント系、７は加硫ゴム熔融物受器、８は冷却エ
レメントである。

第２図は上記スクリュー３の具体例であって、原料供給
部３、、第１圧縮部３２、ベント部３３、第２圧縮部３
４、およびダルメージ構造部分９からなる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

実施例 １ 乗用車タイヤをクラッシャーにて５〜１０ｍｍ径に破砕
し、磁気選別を行ないビード、スチールコードなど金属
分を除去した。

以後、これを破砕ゴムと呼ぶ。

破砕ゴムの分解に使用したスクリュー押出機は添附図面
に示した形式のもので、スクリュー径口４０ｍｍ、Ｌ／
Ｄ＝３０、圧縮比＝３．０、ほぼ中央ベルト部３３があ
り、スクリュー３には長さ４０ｍｍのダルメージ構造部
分９が４ケ所に設置されている。

押出機のバレル２は電熱により５００℃までの任意の温
度に維持することができる。

押出機のバレル温度を全体にわたって３５０℃にコント
ロールし、そこに破砕ゴムをホッパ−５より投入し、バ
レル内での分解時間を１０分とし分解、熔融を行なった
。

ベント６から若干のガスの発生が認められる一方ノズル
からは連続的に熔融物が押し出された。

破砕ゴムの処理量（スクリュー押出機に入る速度）を測
定したところ１３．２ｋｇ／ｈｒであった。

得られた熔融物中には末熔融のつぶは見あたらなかった
。

このことを確認するために熔融物の一部を５％トルエン
溶液にして２００メッシュ金アミで口過をし、金アミ上
残分を秤量して未熔融率を測定したところ、未熔融率は
０％であった。

なおベント孔より吸引されるガスを液体窒素にてトラツ
プしてガス化率を測定したところ４．９％となった。

比較例 １ 実施例１で使用したスクリューおよび押出機を使用しバ
レル温度を４２０℃、分解時間を１０分にして破砕ゴム
の熔融化を行なった。

結果を表１に示す。

比較例１では高温のため１部が乾留分解しガス化率が高
《また熔融物にはカーボン状のものが混在していた。

比較例 ２ バレル内での分解時間を０．８分とし、あとはすべて実
施例１と同様にして破砕ゴムの分解を行なった。

これを比較例２として結果を表−１に示す。

比較例２では分解時間が短かすぎるため完全には熔融せ
ずまたスクリューの回転数を高くしなければならないた
めスクリュー駆動用のモーターに電流が多量に流れ定常
運転が困難な状態であった。

さらにスクリューの高速回転のため発熱が大きく温度コ
ントロールも困難であった。

比較例 ３、４ 圧縮比が１．５および５．５であり、他はすべて実施例
１と同じスクリューを実施例１で使用した押出機に設置
し、バレル温度を３５０℃に設定しバレル内の分解時間
を比較例３は１０分、比較例４は１０分を目標として破
砕ゴムの分解を行なった。

これを比較例３および４とし、結果を表１に示す。

比較例３では破砕ゴムの圧縮および混練りが充分に行な
われていないため熔融が充分進行しない。

また比較例４ではスクリューの圧縮比が太きすぎるため
押出機内部での破砕ゴムの移送能力が低下し、スクリュ
ー回転数を能力一杯に上げても熔融物の吐出量が少なく
、分解時間１８分になった。

また実験開始後２０分過ぎよりベント内に加硫ゴム分解
物が入りこれを閉塞する一方、ホツパーより大量のガス
とともに熔融物が噴出し危険な状態になった。

比較例 ５、６ スクリュー径＝５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝１ ０、圧縮比＝３
．０ 圧縮部の中央に巾５０ｍｍのダルメージ構造を
有し、ベント孔なしのゴム押出成形用の押出機に電熱ヒ
ーターを補強して比較例５、および６に使用した。

比較例５はバ
レル温度を３５０℃、比較例６は４２０℃に維持し分解
時間を１０分として破砕ゴムを分解し表１の結果を得た
。

いずれもＬ／Ｄが短かいため完全には熔融しておらずま
た比較例６では高温のため一部が乾留分解的に分解しカ
ーボン状になっていた。

比較例 ７ 実施例１で用いたものと同じスクリューおよび押出機を
用いてバレル温度を２７０℃に設定し分解時間を１０分
として破砕ゴムの分解を行なった。

これを比較例７とし、結果を表−１に示す。

比較例７では分解温度が低いため分解熔融化が充分に進
行していない。

比較例 ８ 実施例１で用いたのと同じスクリューおよび押出機を用
い押出機バレルの温度を全体にわたって３５０℃にコン
トロールし、油類とともに破砕ゴムを分解熔融化した例
を示す。

比較例８では破砕ゴム１００重量部に対し油として芳香
族系ゴム伸展油を５０重量部の割合で混合し分解、熔融
した例を示す。

比較例８では熔融は完全に行なわれるが、油類と混合す
るため破砕ゴム自体の処理量が少ない上にスクリューで
のスリップのため、スクリュー回転数を高速にしても処
理量を高めることができず、分解時間は１６分になった
。

熔融物のゴム配合試験 本発明により得られた加硫ゴム熔融物のゴム配合剤とし
ての試験を行なった。

加硫ゴム熔融物として、実施例１および比較例８のもの
を使用して表２の配合を行ない、各々１４５℃にて３０
分間の加硫を行なった。

加硫ゴムの試験結果を同じく表２に示す。

本発明による加硫ゴム熔融物がゴム配合剤として優れて
いることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いるスクリュー押出機の概念図、第
２図はスクリューの見取図である。 ３……スクリュー、３、……原料供給部、３２ｍ…第１
圧縮部、３３……ベント部、３４……第２圧縮部、６…
…ベント孔、９……ダルメージ構造部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加硫ゴムをスクリュー押出機にて分解して加硫ゴム
   を熔融化処理するに際し、スクリューの長さ／直径比１
   ５〜５０、圧縮比２．０〜５，０の押出機を使用し、且
   ゴムを２９０〜４００℃で１〜２０分間処理することを
   特徴とするゴムの処理方法。 ２ 全長の１／５０〜１／４の部分にダルメージ構造を
   を有するスクリューを使用することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のゴムの処理方法。 ３ 上記スクリュー押出機が、そのバレルにベント灯を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載めゴ
   ムの処理方法。