JPS5942011B2 - ゴム組成物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカーボンブラック充填のゴム組成物をインター
ナルミキサー１段練りによつて製造する方法に関するも
のである。

種々の目的に応じたゴム組成物は一般に１種又は２種以
上のエラストマーと充填剤であるカーボンブラック或は
種々の白色フィラー及び伸展油ならびに加工助剤、老化
防止剤、加硫剤、加硫助剤、加硫促進剤及びその他必要
とされる種々のゴム用配合剤をオープンロールないしは
密閉型のインターナルミキサーで混合することにより製
造される。

通常この方法を乾式混合法と呼んでいる。一般にゴム組
成物と呼ばれるものの中には自動車用タイヤトレツド、
ベルトコンベヤー等の様に耐摩耗性を要求されるものが
多く、この場合には補強性充填剤と呼ぱれる微粒子の充
填剤の使用が必須であるが、これの代表的なものとして
カーボンブラックがある。

カーボンブラックは粒子径が１０ｍμから５００ｍμ程
度の微細な炭素粒子であり、これをエラストマー中に混
合するためには非常に大きな混練エネルギーを必要とす
る。

一般には粒子径の細かなカーボンブラックほど補強性能
が強いが反面、これをエラストマー中に導入する場合に
必要とされる混合エネルギーも大きくなつて、混練時間
も長くする必要がある。

たとえば耐摩耗性がンビヤーに要求される自動ｌ 車タ
イヤ用トレツドの如きゴム組成物を製造する際には、Ｓ
ＡＦ（ＮＩＩＯ）、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）Ｉ−ＩＳＡＦ
（Ｎ２８５）、ＨＡＦ（Ｎ３３０）といつた粒径が１５
〜３５ｍμ程度の微細なフアーネス式カーボンブラック
が使用せられている。また、カーボンブラック充填のゴ
ム組成物が最高の性能を発揮するためには使用したカー
ボンブラツクがゴム組成物中に均一に分散されているこ
とが前提条件であり、これを得るためには混練時間を長
くすることにより充分な混合エネルギーを投入して入念
に混合してやらねばならない。ゴム組成物を製造する際
に使用する混練機器として、一般にはオープンロール及
びインターナルミキサ一が使用せられるが、作業能率の
面から現在では大量生産型のゴム組成物の製造に対して
は、バンバリーミキサ一を代表とする密閉型のインター
ナルミキサ一が適用されているケースが多くなつてきて
いる。オープンロールあるいはインターナルミキサ一の
いずれを用いる場合にしても、カーボンブラツク充填の
ゴム組成物を得るに必要な混練エネルギーの大部分はエ
ラストマー中にカーボンブラツクを導入するに際し消費
せられ、その際多量の熱が発生する。

特に密閉型のインターナルミキサ一を用いる場合、この
発熱の現象が湿著であり、このためカーボンブラツタ充
填のゴム組成物をインターナルミキサ一による乾式混合
法で製造する際には、通常２段練りと呼ばれる混合方法
を採用せざるを得なくなる。すなわち、加硫剤、加硫促
進剤、場合によつては加硫促進剤のみを除いた他の必要
とされるゴム用配合剤と１種又は２種以上のエラストマ
ーならびにカーボンブラツク及び伸展油とを最初インタ
ーナルミキサ一で混合し、先ずノンプロバツチ（加硫剤
、加硫促進剤、場合によつては加硫促進剤のみを除いた
ゴム組成物）を製造する。この際カーボンブラツクの導
入に際し多量の熱が発生するため、もし、この時点で加
硫促進剤および加硫剤が添加されていると、スコーチと
いう早期加硫の現象が起こり、後の成型加工工程に供し
得ない不良のゴム組成物に変質してしまう。これを防ぐ
ためには加硫剤、加硫促進剤、場合によつては加硫促進
剤のみを除いたノンプロバツチを、先ずインターナルミ
キサ一で混合作成した後、ミキサーより一旦排出してオ
ープンロール或はローラーダイ付押出機等でシート化す
るなり、或はペレタイザ一の使用でペレツト化するなり
してゴム組成物を冷却してやる必要が生ずる。次いでこ
の冷却したノンプロバツチに加硫剤、加硫促進剤、場合
によつては加硫促進剤のみを添加してオープンロールな
いしは再びインターナルミキサ一で混合しプロバツチ（
最終ゴム組成物）を製造する。この様にカーボンブラツ
ク充填のゴム組成物を通常のインターナルミキサ一によ
る乾式混合法で製造するに当つてはスコーチ防止という
観点からの２段階の混練工程を採用せざるを得ないとい
うのが実状となつている。

この２段階の混練工程は、ゴム組成物を製造するに要す
る消費エネルギーという観点から見た場合大きな損失で
あり、インターナルミキサ一１段練りにてカーボンブラ
ツク充填のゴム組成物を得ることがゴム組成物製造者間
の長い間の夢であつた。

本発明はインターナルミキサ一の使用によつて、カーボ
ンブラツク充填のゴム組成物を製造するに要するエネル
ギー（消費電力）を大巾に低減する方法に関するもので
ある。

更に本発明はカーボンブラツク充填のゴム組成物をイン
ターナルミキサ一１段練りによつて製造する方法に関す
るものである。

本発明者等は第一段目の混練工程に要するインターナル
ミキサ一の消費電力の大部分がエラストマー中にカーボ
ンブラツクを導入するために消費せられていること、及
びこの際に生ずる発熱によつて加硫剤、加硫促進剤、も
しくは加硫促進剤のみを添加した場合にスコーチを起こ
すという点に着目し、種々検討した結果次の方法によつ
てカーボンブラツタ充填のゴム組成物を、インターナル
ミキサ一１段練りによつて製造できることを発見するに
至つた。

すなわち本発明の方法は １種又は２種以上のエラストマー、カーボンブラツク及
び伸展油ならびに加工助剤、老化防止剤、加硫剤、加硫
助剤、加硫促進剤等の種々のゴム配合剤をインターナル
ミキサ一と呼ばれる密閉式のゴム用混合機で混練して種
々のゴム組成物を製造するに際し（１）使用するエラス
トマーの５０（：ｆ）以上、好ましくは６５％以上がカ
ーボンブラツク単独ないしはカーボンブラツタと伸展油
とを含む湿式法によるカーボンブラツクマスターバツチ
（ウエツトマスターバツチ）から成り（２）最終ゴム組
成物製造に必要なカーボンブラツク及び伸展油の５００
！）以上、好ましくは６０（ｆ）以上が上記ウエツトマ
スターバツチ中に含まれ（３）バンバリーミキサ一を代
表とするインターナルミキサ一を用い上記ウエツトマス
ターバツチを使用することによりゴム組成物の製造に必
要な残りのエラストマー、カーボンブラツク、伸展油及
び加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤をはじめとする必要な
全配合剤を加え、インターナルミキサ一１段練りにて最
終ゴム組成物を製造するというものである。

ここで言うウエツトマスターバツチとは使用するエラス
トマーの元の形状が（１）ゴムラテツクスの状態 （２）ラバーセメントの状態、または （３）ゴムラテツクスとラバーセメントの混合物の状態
であり、上記湿式状態下で直接カーボンブラツク単独、
ないしはカーボンブラツクと伸展油、ならびに必要に応
じゴム配合剤の一部又は全部を混合し、常法により、凝
固生成させた凝集物のことをラ千 ２０つ０ ここでは使用するエラストマーの元の形状がゴムラテツ
クス状態のものより作成したウエツトマスターバツチを
ラテツクスマスターバツチ、ラバーセメント状態のもの
より作成したウエツトマスターバツチをハイドロソリユ
ーシヨンマスターバツチ、ゴムラテツクスとラバーセメ
ントの混合物より作成したウエツトマスターバツチをコ
・マスターバツチと呼称して便宜上区別することにする
。

これ等各種のウエツトマスターバツチの製造方法につい
てはたとえば特公昭３５−１４３９３、特公昭４４−２
３６１７、特公昭４７−１６５５９等において詳細記載
されている。ウエツトマスターバツチを形成するに必要
なベースとなるエラストマーとしては、たとえば（１）
天然ゴム（２）乳化重合法による合成エラストマーであ
る（３）溶液重合法による合成エラストマーである（４
）ゴムラテツクスとラバーセメントの混合凝集物（５）
１種又は２種以上のベール状エラストマーを適当な有
機溶媒で溶解したラバーセメントより調製した混合凝集
物、等いずれであつてもかまわず特に限定されるもので
はない。

一般にウエツトマスターバツチと呼ばれるものは、湿式
状態下での凝固の際、カーボンブラツクがすでにエラス
トマー中に予備分散されているため、インターナルミキ
サ一を用いてカーボンブラツクをエラストマー中に導入
するに必要なエネルギーは大巾に削減され、これに要す
る混合エネルギーは、異種エラストマー同志のブレンド
及び各種配合剤の分散に必要なエネルギーのみを考慮す
れば良く、混合時間も短縮され、大巾なエネルギー削減
に寄与すると共に、インターナルミキサ一内での発熱も
低くなるため、ウエツトマスターバツチを使用すること
によつて第１段目の混練工程で加硫剤と加硫促進剤を同
時に添加できる、いわゆる１段練りの実現が可能となる
わけである。

インターナルミキサ一による１段練り成功の可否はスコ
ーチを起こさない範囲の短時間の混線条件内で後の加工
性に影響を与えない程度までゴム組成物の可塑度（ムー
[メ[粘度）を低下させ、かつ最終製品の補強性能を充分
維持させる程度までカーボンブラツクの分散度を向上さ
せ得るか否かにかかつている。この観点からウエツトマ
スターバツチを用いてインターナルミキサ一による１段
練りを実現する際には（１）使用する全エラストマー中
の５０（ｆ）以上がウニツトマスターバツチで形成され
ていること（２）最終ゴム組成物に必要なカーボンブラ
ツクおよび伸展油の５００／）以上がウエツトマスター
バツチに含まれていることの２点が必須条件である。

最終ゴム組成物製造に必要な５０％以上のカーボンブラ
ツク及び伸展油を、乾式状態下の別添加の形でインター
ナルミキサ一中に添加混合する場合には、通常の乾式混
合法に近い形となるため混練時間も長くなり、消費電力
も大となつて結果的にインターナルミキサ一内の温度も
上昇し、加硫剤、加硫促進剤を添加するとスコーチトラ
ブルが発生しインターナルミキサ一１段練りの実施が不
可能となる。

又、スコーチトラブルを起こさない混練温度内でインタ
ーナルミキサ一内のゴム組成物を排出する場合には、カ
ーボンブラツクがまだ完全にエラストマー中に分散され
ていないため、後のシーテイングロール等での加工性が
悪く実用に耐えないものとなつてしまう。

一方、最終ゴム組成物の製造に必要なカーボンブラツク
及び伸展油の５０（ｆ）以上がエラストマー中に含まれ
ている場合でも、使用する全エラストマー中の５０（ｆ
）以上がウオツトマスターバツチから形成されていない
場合には、ウエツトマスターバツチと残りのクリアーエ
ラストマー（カーボンブラツクを含有しないエラストマ
ー）との相対的粘度差が大となるため両者の相溶性が悪
くなり、加工性、物性面で悪影響を及ぼすこととなる。

次に実施例によつて本発明を具体的に説明する。これ等
の実施例は本発明の実施態様の例示にとどまり、本発明
はこれ等により何等の限定をも受けるものではない。な
お、実施例中部とあるのは重量部を意味する。実施例１
および比較例１ 代表的な乗用車タイアトレット配合に、ウエツトマスタ
ーバツチを使用してインターナルミキサ一１段練りにて
ゴム組成物を製造する方法について説明する。

インターナルミキサ一として以下の実施例については全
て００Ｃ型バンバリーミキサ一を使用した。

通常乗用車タイアトレットのエラストマー組成は乳化重
合法によるＳＢＲと溶液重合法によるＣｉｓ−ＢＲとの
ブレンドが採用されるケースが多い。

ここではＳＢＶＢＲ＝７０／３０のブレンド系、カーボ
ンブラツクの充填量がＨＡＦ７５ＰＨＲ（エラストマー
１００部に対しＨＡＦが７部。

以下同じ）、伸展油であるアロマオイルの充填量が４５
ＰＨＲという配合系を採用した。使用したウエツトマス
ターバツチは乳化重合法によつて製造されるＳＢＲ−１
７１２ラテツクスより作成したラテツクスマスターバツ
チＳＢＲｌ８Ｏ８と呼ばれるものである。

使用した原料組成および配合処方を〔第１表〕に、混線
条件を〔第２表〕に、評価結果を〔第３表〕に示す。

第１〜３表より明らかな如く、ラテツタスマスターバツ
チＳＢＲ−１８０８を使用した配合系ではバンバリーミ
キサ一１段練りの混合によつても、スコーチを起こさず
しかもカーボンブラツクの分散度においても優れ、かつ
混練に要する消費電力も従来の乾式混合法２段練りに比
して４０％で済み大巾な省エネルギー化の方向となり工
業的な見地から見た利点は極めて大であると言える。実
施例２および比較例２ 乗用車タイアトレット配合に溶液重合法によるＣｉｓ−
ＢＲのラバーセメントより調製したハイドロソリユーシ
ヨンマスターバツチと乳化重合法によるＳＢＲ−１７１
２ラテツクスより調製したラテツクスマスターバツチＳ
ＢＲ−１８３９の両者を適用した例を次に示す。

採用した配合系はＳＢＲ／Ｃｌｓ−ＢＲ＝７０／３０ブ
レンド系、カーボンブラツクの充填量はＩＩＳＡＦ７５
ＰＨＲｌアロマオイルの充填量は５０ＰＨＲとした。

Ｃｉｓ−ＢＲハイドロソリユーシヨンマスターバツチ、
ラテツタスマスターバツチＳＢＲ−１８３９それぞれの
組成は〔第４表〕に併記した如くであり、混練操作は〔
第２表〕の条件に従つて実施した。

〔第４表〕、〔第５表〕に配合処方ならびに評価結昧を
示したが〔第５表〕の結果より明らかな如く、ウエツト
マスターバツチを用いた系ではバンバリーミキサ一１段
練りの実施が可能で消費電力の値は通常の乾式混合法２
段練りの３７％に過ぎず加硫物性もほぼ同等であつた。

ムー[メ[スコーチが若干短かくなつているが実用上問題
のない範囲である。実施例３および比較例３ ゴムラテツクスとラバーセメントの混合物より調製した
コ・マスターバツチを乗用車タイアトレット配合に適用
する例を次に示す。

ゴムラテツクスとしてはＳＢＲ−１７１２ラテツクス、
ラバーセメントとしては溶液重合法によるＣｉｓ−ＢＲ
ラバーセメントを採用し、〔第６表〕に併記した組成の
コ・マスターバツチを使用した。

乗用車タイアトレットの配合系としてはＳＢＶｃｌｓ−
ＢＲ＝７０／３０ブレンド系、カーボンブラツクの充填
量がＩ−１ＳＡＦ７５ＰＨＲ１伸展油であるアロマオイ
ルの充填量が５０ＰＨＲという系を採用した。

混練操作は〔第２表〕に準じて実施した。

〔第７表〕の結果より明らかな如く、コ・マスターバツ
チを採用した系ではバンバリーミキサ一１．５分の１段
練りによつて、スコーチを起こすことなく、かつカーボ
ンブラツタの分散度の面でも優れ、更には加硫ゴム物性
の面でも引張強度、耐摩耗性に優れたゴム組成物が得ら
れることを確認した。比較例 ４実施例１で示した配合
処方ならびに混線条件に従い、従来の乾式混合法による
ノンプロバツチ調製時に加硫剤と加硫促進剤（イオウと
加硫促進剤ＴＢＢＳ）を添加した。

バンバリーミキサ一の混練時間は３，５分、ダンプ時の
ゴム組成物の温度は１６７３Ｃであつた。

バンバリーミキサ一より排出されたゴム組成物をオープ
ンロールでシート化するとシート表面の全体に亘つてフ
ッフッが発生し部分的にスコーチ現象を起こしているこ
とが認められた。比較例 ５ 実施例１で示した配合処方、ならびに混線条件に従い下
記組成のＳＢＲラテツクスマスターバツチを調製し、バ
ンバリーミキサ一１段練りに適用した。

採用したＳＢＲラテツタスマスターバツチの組成は下記
に示した如くである。

このＳＢＲラテツクスマスターバツチを用いた系ではＳ
ＢＲは全エラストマー中の７０（ｆ）、力ーボンブラツ
クは全カーボンブラツクの４７％、オイルは全アロマオ
イルの５８（ｆ）がウエツトマスターバツチ中に含まれ
ている事になる。

この場合にはラテツクスマスターバツチＳＢＲｌ８Ｏ８
を使用したケースに比較して別添加すべき追加量のカー
ボンブラツクの量が多く、ＳＢＲ一１８０８と同一の混
練時間でバンバリーミキサー一より排出した場合にはバ
ンバリーミキサ一内に一部の遊離カーボンブラツクが残
ると共に、後のシーテイングロールでのロール巻付性が
悪く、この現象を改善しうる程度まで混練時間を延長す
るとダンプ時のゴム組成物の温度が１５『Ｃ程度まで上
昇してスコーチを起こす懸念があり、バンバリーミキサ
一１段練りの実現がきわめて困難であつた。

比較例 ６ ＳＢＲと天然ゴム（ＮＲ）とをブレンドする系において
下記組成のＳＢＲ−ラテツクスマスターバツチを使用し
た。

組成は下記の如くである。なお最終ゴム組成物中のカー
ボンブラツク及び伸展油であるナフテンオイルは全てＳ
ＢＲラテツクスマスターバツチ中のカーボンブラツク及
びナフテンオイルでまかなうものとした。なお使用する
ＮＲはムー[メ[粘度が７０ （ＭＬｌ＋４＠１０００Ｃ）のものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エラストマー、カーボンブラック及び場合により伸
   展油ならびに種々のゴム配合剤をインターナルミキサー
   で混合してゴム組成物を製造するに際し、（１）使用す
   るエラストマーの５０％以上が、ゴムラテックスの状態
   、ラバーセメントの状態、またはゴムラテックスとラバ
   ーセメントの混合物の状態である湿式状態下で直接カー
   ボンブラック単独ないしはカーボンブラックと伸展油、
   ならびに必要に応じゴム配合剤を混合してなる湿式法に
   よるカーボンブラックマスターバッチ（以下、これを「
   ウェットマスターバッチ」と呼ぶ）中に含まれ、かつ、
   （２）最終ゴム組成物の製造に必要なカーボンブラック
   及び伸展油の５０％以上が上記ウェットマスターバッチ
   中に含まれ、（３）上記ウェットマスターバッチ及びゴ
   ム組成物の製造に必要な他の全原料を配合し、さらに加
   硫剤を添加して、インターナルミキサー１段練りにて最
   終ゴム組成物とすることを特徴とするゴム組成物の製造
   法。