JP4230914B2 - エラストマー組成物を連続的に製造するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、エラストマー組成物を連続的に製造するための方法および装置に関する。詳細には、本発明は、少なくとも１個の押出機によりエラストマー組成物を連続的に製造する方法および装置であって、結果として得られるエラストマー組成物が主に、ただし排他的にではなくタイヤの製造に使用することを意図される方法および装置に関する。

従来、エラストマー組成物（以下、「ゴム混合物」としても記載する）の製造は、内部混合機、一般に２個の逆回転回転子を有するＢａｎｂｕｒｙ混合機であって、集中的な混合作用を与えて、ゴム成分を素練りし、充填剤、潤滑助剤、硬化剤および補助剤などのその他の成分をゴム成分中に混和させて十分に分散させる混合機により、バッチ方式で行われる。

内部混合機を使用する混合過程は、多くの欠点を示し、特に、主に材料の量と混合機の表面積との好ましくない比率により、熱の散逸が不良であり、その結果温度調節が不十分であるという欠点を有する。ゴムベース中における分散を改善するため、種々の成分、特に充填剤が、冷却ステップおよび貯蔵ステップで分離される複数の混合作業において分配されるバッチ内のゴムベース中に混和される。架橋剤および促進剤などの感温性成分は、ゴム混合物を予め決められた温度未満（一般に、１１０℃未満）まで冷却した後の最終的な混合ステップでのみ添加して、スコーチを防止する。

したがって、内部混合機における混和過程は、ゴム業界で最も広く使用されている混合過程だが、時間とエネルギーを消費し、結果として得られるエラストマー組成物の特性、特にゴムベース中における充填剤の分散の均質性について、効果的な調節が保証されない。個々の成分の添加量、添加および混合機からの排出のタイミング、原料の初期温度、および混合中の原料内部の裁断力の変動はすべて、バッチごとの差異に影響する。

こうした不連続的な方法の制約を克服するため、ゴム業界では、熱可塑性ポリマー材料の処理に一般に使用される技術に類似する押出し技術に基づいて、連続混和過程を構成するべく、多くの試みが行われて来た。押出機により実施される連続混合過程は、ゴム混合特性を均一に改善し、表面対質量比が改善されることから熱の管理を向上させ、高度に自動化された作業を開発することが可能なはずである。この主題に関する概要については、１９８７年３月発行のＥｕｒｏｐｅａｎ Ｒｕｂｂｅｒ ｊｏｕｒｎａｌ、２６〜２８ページ、Ｈ．Ｅｌｌｗｏｏｄ著、「Ａ ｔａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ」、を参照のこと。

米国特許第４，８９７，２３６号には、ゴム混合物を連続的に製造する方法および装置であって、混合物の成分が２軸スクリュー押出機内に供給されて素練りされ、均質化される方法および装置が開示されている。結果として得られる混合物は、第１部分と第２部分とに分割される。第１部分は排出されるが、第２部分は再利用されて、さらに均質化され、押出機内に供給される成分の新しいバッチと混合される。再利用部分は、押出機の室外にある冷却された環状室に循環されて、そこから帰され、前記の環状室は、押出機の内部に連通する流出通路および流入通路を有する。ゴム混合物の部分的な再利用は、成分の計量の変動、および生じる可能性がある局所的な不均質性を補償する。さらに、環状室内の再利用部分を集中的に冷却することにより、上昇する処理温度が補正され、温度が低下する結果として剪断応力が増加するため、分散作用が改善される。

米国特許第５，３０２，６３５号には、ゴム組成物を連続的に製造するための方法および装置が開示されている。第１ステップでは、天然ゴムは２軸スクリュー押出機内に連続的に供給され、非反応性添加剤（油および充填剤）を添加され、結果として得られる混合物は、押出機のスクリューにより可塑化および均質化される。第１ステップでは、混合物は１００℃〜１６０℃の温度に維持される。次に、第２ステップでは、結果として得られる混合物は１００℃〜１２０℃の温度まで冷却され、反応性添加剤（特に、硫黄および加硫促進剤）がゴム混合物中に供給されて混和される。次に、均質化されたゴム組成物は、押出機の出口開口部を介して押出機から出て行く。

この方法は、様々な押出機構成により行うことができる。たとえば、２つの混合ステップは、２種類の温度で動作する２つの別個の混合領域を有する１個の２軸スクリュー押出機内で行うことができる。別法によると、第１ステップは、１００℃〜１６０℃の第１の２軸スクリュー押出機内で行われ、結果として得られるベース組成物は、１００℃〜１２０℃で動作する第２の２軸スクリュー押出機に直接供給される。もう１つの実施態様によると、この方法は、押出機筐体の相互に対向する両端で駆動される２対のスクリューを有する１個の押出機内で行われ、２対のスクリューは異なる温度で動作する。

米国特許第５，１５８，７２５号には、エラストマー組成物を連続的に製造するための方法であって、エラストマー組成物を２軸スクリュー押出機内に供給するステップと、少なくとも１種類の重点剤、油および／またはその他のエラストマーを押出機内に供給するステップと、混合時に１００℃におけるムーニー粘度ＭＬ（１＋４）が２０〜２５０に維持される均質な混合物を提供するための成分を混合するステップと、結果として得られる混合物を押出機から排出するステップとを含む方法が開示されている。精密容量フィーダまたはロスインウェイトフィーダは、エラストマー成分およびその他の成分を計量して押出機内に供給するために使用される。混和されたゴムは、押出機を出た後、ダイを通って押し出され、シート、ストリップもしくはストランド状にカレンダ加工されるか、または小球状に加工される。連続的な方法は、先行技術で現在使用されている多段階バッチ方式の方法よりも安価であり、労力および材料の取扱いが少なくて済む。さらに、結果として得られるエラストマー組成物の分散および均質性が改善されるであろう。

米国特許第５，２６２，１１１号には、２軸スクリュー押出機内でゴム組成物を連続的に製造するための方法が開示されている。ゴムは、加工助剤と共に押出機中に供給されて、１２０℃〜１８０℃の温度まで素練りされる。その後、カーボンブラック全体の量の好ましくは４０〜８０％に相当するカーボンブラックの第１の部分を、加熱した押出物中に供給する。その後、可塑化用オイルを押出物に添加してから、残りの第２のカーボンブラック部分を１２０℃〜１８０℃の温度の押出物中に供給して混合する。次に、組成物全体を１００℃〜１２０℃の温度まで冷却し、架橋剤を添加して、組成物を均質化して押し出す。この方法は、押出物中におけるカーボンブラックの分散を改善し、特定のエネルギー所要量が減少する。

米国特許第５，６２６，４２０号には、連続混合方法および装置であって、１種類または複数種類のベースエラストマーおよびその他の成分が、固定子と、その内部で回転する回転子とから構成される混合室、好ましくは１軸スクリュー押出機内に連続的に投与されて導入される方法および装置が開示されている。導入された成分は、推進および混合領域に沿って混合室内を前進する。ゴム成分の分散および均質化を改善するには、少なくとも１つの特定の混合領域内にある混合室の充填比を１未満にする。成分、特にゴムベースを混合室内に適切に導入するには、容量ポンプなどの強制供給手段（たとえば、ギヤポンプ）を使用する。異なる成分を正確に投与するには、充填比が１未満である２つの混合領域の間にある充填比が１に等しい混合領域で、成分を添加することが望ましい。

米国特許第５，３７４，３８７号には、２軸スクリュー押出機を使用してエラストマー組成物を連続的に製造する方法で、以下の連続ステップを含む方法が記載されている。押出機の第１の混合領域では、エラストマー材料が添加され、剪断されて、第１動作温度（一般に、１３０℃〜２２０℃）まで加熱され、粘度が低下する。次に、エラストマー材料は、第２混合領域に渡され、そこで補強充填剤および加工助剤の少なくとも第１の部分を添加されて、同時に、ゴム混合物が第２の動作温度（一般に、１１０℃〜１６０℃）まで冷却される。次に、結果として得られる混合物は任意の第３混合領域に渡され、少量の構成化学物質、たとえば接着促進剤、オゾン防止剤、色素添加物、難燃剤などがゴム混合物中に導入される。好ましくは、前記の第３混合領域では、補強充填剤および加工助剤の第２の部分が、第３の動作温度（一般に、８５℃〜１３０℃）に達するように添加される。次に、第４の混合領域では、ゴム混合物は、第４の動作温度（一般に、１１５℃〜１５０℃）で加硫剤を追加される。次に、混合物の流れは供給領域（第５領域）に方向付けられ、そこである種のダイスロットなどを介して、所望の形状に押し出される。ゴム組成物の種々の成分は、連続的に個々に計量されて、好ましくは粒子状材料および／または液体でウェイトロスフィーダにより、押出機に供給される。

米国特許第５，７１１，９０４号には、シリカで補強されたエラストマー組成物を連続的に混合する方法が記載されている。２軸スクリュー押出機には、エラストマー材料、次にシリカ、シリカカップラーを含むその他の混和成分が供給される。押出機に沿った温度および圧力は、シリカカップラーがシリカおよびエラストマー材料と反応できるように調節される。次に、硬化剤および促進剤を添加し、混合物の１００℃におけるムーニー粘度ＭＬ（１＋４）を２０〜２５０に維持する。混合は、硬化剤および促進剤を完全に混合するのに十分な時間だけ続ける。次に、結果として得られるエラストマー組成物は、押出機の出口に取り付けた適切なダイから押し出す。全体の過程は、１個の押出機または一連の押出機を使用して行うことができる。好ましくは、第１の２軸スクリュー押出機内における滞留時間を増加し、次に組成物を冷却して粉砕し、第２の２軸スクリュー押出機内に投入し、そこで、硬化剤およびその他の成分でゴム混合物が完成する。異なる押出機は別個の独立する実体であるか、または互いに結合されて１つの連続的な過程を形成することができる。押出機は、クロスヘッド押出機の個に密接に結合するか、またはたとえば材料をあるユニットから他のユニットに伝達するフェストゥーンもしくはベルトを介して、比較的ゆるやかに接続して良い。

本出願人は、少なくとも１個の押出機によりエラストマー組成物を連続的に製造する方法では、結果として得られるエラストマー組成物は、押出し時に達成される処理条件の非常に良好な制御を考慮して予想されるほど、特性の均一性が得られないことに注目した。

換言すれば、本出願人は、先行技術の連続過程により得られたエラストマー組成物は、物理化学的特性の一貫性という点で不十分であり、この特性は、同一の製造キャンペーン内であっても、サンプルごとに変動することを発見した。

前記の状況は特に重要であり、同一製造キャンペーン内における上記の特性の変動により、完成品の性能が相応に変動することになる。

本出願人は、上記の一貫性の欠如は、主に、エラストマー組成物の製造に添加される複数の成分を計量する時に生じる変動によると考えた。

特に、本出願人は、配合成分の添加量がごくわずかに変動しても、最終的なゴム混合物の特性が著しく変動する可能性があることに注目した。

上記の点は、いわゆる「微量成分」、つまりゴム、補強充填剤および可塑剤ではなく、エラストマー組成物の特性を変更および／または改善するために添加される成分に関する場合、特に問題になる。前記微量成分のいくつかの例としては、加硫剤、加硫促進剤および遅延剤、保護剤、硬化樹脂が挙げられる。

種類および量が、製造されるエラストマー組成物によって異なる微量成分をゴムベースに添加する場合、こうした微量成分は非常に数が多く（一般に、１種類のゴム混合物中に少なくとも５〜１５種類）、少量（一般に、ゴム混合物全体の重量に対して５重量％以下）使用されるため、特に重要である。したがって、前記微量成分の非常に正確な計量は、どちらかと言えば非常に難しい。

さらに、本出願人は、計量システムにより混和過程に導入される変動は、押出しステップで効果的に補正することはできず、つまり、エラストマー組成物の各基本部分の滞留時間の分布幅は、製造過程の異なる時点において得られる種々の基本部分を機械的に均質化するには不十分であることを発見した。

上記の認識から、本出願人は、計量システムにより導入される供給量の誤差を補正する（つまり、各配合成分について、測定流量値が設定流量値から分散するのを補正する）ことは、押出しステップの下流で攪拌ステップを製造過程に設けることにより可能であることを発見した。

詳細には、本出願人は、結果として得られるエラストマー組成物の物理化学的特性の上記安定性は、エラストマー押出物を細分生成物（subdivided product）に変換し、ある量の前記細分生成物を蓄積して、計量ステップで可能性のある変動、および製造ステップで生じる局所的な不均質性を補正するのに十分な時間にわたって前記細分生成物を攪拌することにより、得られることを発見した。

本出願人は、前記の蓄積および攪拌ステップは、製造過程における異なる時点に得られる細分生成物を機械的に均質化することを可能にし、その結果、計量ステップで生じる可能性がある変動を有利に補正することができることを発見した。

したがって、本発明は、第１態様では、エラストマー組成物を連続的に製造するための方法であって、
少なくとも１種類のエラストマー、少なくとも１種類の充填剤および少なくとも１種類の微量成分を計量するステップと、
前記少なくとも１種類のエラストマー、少なくとも１種類の充填剤および少なくとも１種類の微量成分を少なくとも１個の押出機内に供給するステップと、
前記少なくとも１種類の充填剤と、少なくとも１種類の微量成分を、前記少なくとも１個の押出機により少なくとも１種類のエラストマー中に混合および分散させるステップと、
前記少なくとも１個の押出機から排出されて結果として得られたエラストマー組成物から細分生成物を得るステップと、
ある量の前記細分生成物を蓄積するステップと、
前記蓄積した量の細分生成物を攪拌するステップとを含む方法に関する。

本発明によると、「細分生成物」という用語は、分離した粒子の状態にある生成物を意味する。好ましくは、前記粒子は、０．５ｍｍ〜１５ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ、さらに好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍの平均寸法を有する。好ましくは、前記の粒子は顆粒、小球、ビーズまたは真珠状である。

好ましい実施態様によると、本発明の方法は、２つの混合および分散ステップを含んでおり、感温性微量成分を含まない中間のゴム混合物は、第１混合および分散ステップ（第１押出機で行われる）から製造され、その後、感温性微量成分と共に、第２混合および分散ステップ（第２押出機で行われる）に送られ、完成ゴム混合物（つまり、完成エラストマー組成物）が製造される。

好ましい実施態様によると、蓄積および攪拌ステップは、前記第１混合および分散ステップの下流で、細分された形態の中間ゴム混合物に対して行われる。

その他の好ましい実施態様によると、蓄積および攪拌ステップは、前記第２混合および分散ステップの下流で、細分された形態の完成エラストマー組成物に対して行われる。

その他の一実施態様によると、本発明の方法は、２つの混合および分散ステップと同様に、２つの蓄積および攪拌ステップとを含んでおり、各々の混合および分散ステップの次には、対応する蓄積および攪拌ステップが行われる。

本発明は、第２の態様では、エラストマー組成物を連続的に製造する装置であって、
筐体と、前記筐体内に回転可能に取り付けられた少なくとも１個のスクリューとを備え、前記筐体が少なくとも１個の供給開口部と排出開口部とを備える、少なくとも１個の押出機と、
少なくとも１種類のエラストマーと、少なくとも１種類の充填剤とを計量して、前記少なくとも１個の供給開口部を介して前記少なくとも１個の押出機に供給する少なくとも１個の第１計量デバイスと、
少なくとも１種類の微量成分を計量して、前記少なくとも１個の押出機に供給する少なくとも１個の第２計量デバイスと、
前記排出開口部から排出されて結果として得られたエラストマー組成物から細分生成物を得るための少なくとも１個のデバイスと、
前記蓄積された細分生成物を混合するための少なくとも１個の蓄積および攪拌デバイスとを備える装置に関する。

本発明の好ましい一実施態様によると、細分生成物を得るためのデバイスは、押出物が直接細分された形態で得られるように、前記少なくとも１個の押出機の排出開口部に配置される。

本発明の好ましい一実施態様によると、攪拌された細分生成物の排出は、連続的に行われる。

さらに他の一実施態様によると、攪拌された細分生成物の排出は、並列に配列された少なくとも２個の攪拌デバイスにより攪拌ステップの終わりにバッチ方式で行われ、第１の攪拌デバイスが攪拌している間に、第２の攪拌デバイスに細分生成物が装填されるか、または細分生成物が取り出される。

さらに他の一実施態様によると、本発明の装置は、少なくとも２個の押出機を備え、第１の押出機は、感温性微量成分を含まない中間ゴム混合物を混合および分配するための押出機であり、第２押出機は、前記の中間ゴム混合物を感温性微量成分と共に混合および分配して、完成エラストマー組成物を得るための押出機である。

好ましい一実施態様によると、本発明の攪拌デバイスは、前記第１押出機の下流に配置される。

さらに他の一実施態様によると、本発明の攪拌デバイスは、前記第２押出機の下流に配置される。

さらに他の一実施態様によると、本発明の装置は２個の攪拌デバイスを備え、第１のデバイスは前記第１押出機の下流に配置され、第２のデバイスは前記第２押出機の下流に配置される。

本発明の好ましい一実施態様によると、前記装置の前記少なくとも１個の第１および第２計量デバイスは、重量測定フィーダ（gravimetric feeder）である。

本発明の好ましい一実施態様によると、細分生成物を得るための少なくとも１個のデバイスは製粒機または開放ミルである。

本発明の好ましい一実施態様によると、前記の少なくとも１個の攪拌デバイスは回転ドラムである。

次に、本発明について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

分かりやすくするために、添付の図面では、同一の参照符号は類似するかまたは同じ構成部品に相当する。

図１は、本発明によるエラストマー組成物の連続製造プラント１００の第１実施態様の略図を示す。

前記の第１実施態様によると、製造プラント１００は、所望のエラストマー組成物の連続リボンＥを製造するのに適する押出機１１０と、前記連続リボンＥを細分生成物Ｆに変換するのに適する粉砕デバイス１２０と、細分された形態のエラストマー組成物Ｆについて動作する攪拌デバイス１３０とを備える。

図１に概略的に示すように、押出機１１０は、供給ホッパ１１１により、所望のエラストマー組成物を製造するのに必要な配合成分を供給され、前記成分は、本明細書で以下に説明するように、ゴムベースの材料、補強充填剤および微量成分を一般に含む。

一般に、配合成分は、押出機の様々な領域に供給される。たとえば、図１は、押出機１１０の３種類の領域に対応する３つの主な流れＡ、Ｂ、Ｃを示し、前記流れの数は、製造されるエラストマー組成物に依存する。

さらに、一般に、いくつかの配合成分は押出機に複数回供給され、たとえば、同じ配合成分は、製造されるエラストマー組成物に再び依存して、押出機の２つの異なる領域に供給することができる。したがって、図１の各々の流れＡ、Ｂ、Ｃは、複数の配合成分を含むことができる。これは、ゴムベース中における分散を改善するために、押出機の異なる領域に導入することが好ましい補強充填剤（たとえば、カーボンブラック、シリカ）の場合に当てはまる。

分かりやすくするために、図１は、各々の流れＡ、Ｂ、Ｃのための１個の計量デバイス１１２のみを示す。しかし、各々の流れが複数の配合成分を含む場合、各配合成分に専用の計量デバイスを設ける。こうして、密度が異なる配合成分を計量することにより生じる可能性がある計量誤差を有利に減少させることができる。

あるいは、複数の異なる配合成分は、同一の計量デバイスで計量されてもよい。

好ましくは、計量デバイス１１２はロスインウェイト重量測定フィーダである。

一般に、メーカーが通常は梱で提供するゴムベースの材料は、ブレードにより、小さいサイズ（平均寸法で、約３〜５０ｍｍ）の不規則な粒子（団粒）状に粉砕され、次に、再凝集を防止すべく、付着防止剤（たとえば、白亜、シリカ、またはその他の粉末）が追加される。

さらに、重量測定的に制御される供給ポンプ１１３も、押出機１１０中に可塑化油や、ゴムベースに一般に添加される任意の他の液体成分、たとえばシリカカップリング剤（シランなど）および付着促進剤（コバルト塩など）を導入するために設けられる。

図１は、押出機１１０から出て行く流れＤも示され、この流れには、参照符号１１４により略図で示される脱気ユニットが設けられる。

好ましくは、押出機１１０は同時回転２軸スクリュー押出機である。

好ましくは、押出機１１０を出て行く前にエラストマー組成物を濾過し、可能性のある凝集物、金属粒子またはその他の不純物をなくす。このため、濾過本体（filtering body）１１５（スクリーンフィルタなど）を押出機のスクリュー（図示しない）の下流に配置する。

押し出された材料に、前記濾過本体１１５を通過するのに十分な圧力を与えるため、押出機１１０にギヤポンプ１１６を設けることが好ましい。好ましくは、前記のギヤポンプ１１６は濾過本体１１１の上流に配置される。

図１を参照すると、エラストマー組成物が連続リボンＥの形態で得られるように、エラストマー組成物は、押出機ダイ１１７を通過することにより押出機１１０から排出される。

図１に示す本発明の実施態様によると、エラストマーリボンＥは、適切なデバイス（コンベヤベルトなど）により、リボンＥをエラストマーの細分生成物Ｆに変換する粉砕デバイス１２０に搬送される。

好ましくは、前記の粉砕デバイス１２０は粉砕ミルまたは製粒機である。

好ましくは、細分生成物Ｆは冷却ステップに送られる。

図１に示す実施態様を参照すると、本発明によるエラストマー組成物を連続的に製造するためのプラント１００は、細分生成物Ｆが供給される攪拌デバイス１３０をさらに備える。

好ましくは、攪拌デバイス１３０は回転ドラムである。

本発明によると、粉砕デバイス１２０から出て行く細分生成物Ｆは、攪拌デバイス１３０内で蓄積されて、攪拌される。

好ましくは、攪拌ステップは、蓄積した量を連続的に回転させて（たとえば、ドラムを回転させることにより）行い、粉砕デバイス１２０から異なる時間に出て来る細分生成物が、互いにブレンドされるようにする。

攪拌デバイス１３０内における細分生成物（顆粒など）の基本部分の滞留時間は、複数のパラメーター、たとえばａ）攪拌デバイスの容量、ｂ）細分生成物の流量レート、ｃ）攪拌デバイスが回転ドラムの場合、ドラムの回転速度、ｄ）攪拌デバイスの充填度によって決まる。

たとえば、攪拌デバイスが回転ドラムである場合、細分生成物の流量レートは毎時約５０ｋｇ〜毎時約５，０００ｋｇの範囲内、充填度は約０．５、ドラムの容量は約１ｍ^３〜約５ｍ^３の範囲内、回転速度は約５ｒｐｍ〜約１５ｒｐｍ（たとえば、６ｒｐｍ）の範囲内、回転ドラム内における細分生成物の滞留時間は、好ましくは５分〜１５分の範囲である。

図１に示すように、攪拌ステップの終わりで、攪拌された細分生成物Ｇは攪拌デバイス１３０から排出される。

図２は、本発明の連続製造プラント２００のさらに他の実施態様を示し、この実施態様では、細分された形態のエラストマー組成物を得るステップは、押出機１１０の排出開口部において直接行われるため、図１の粉砕デバイス１２０をなくすことができる。

たとえば、前記実施態様によると、エラストマー組成物は、押出しステップの終わりに、エラストマー組成物が通過する穿孔ダイプレート（perforated die plate）２１０を押出しヘッドに設けることにより、顆粒状にすることができる。

ダイプレート２１０には、一般に切断手段（図２に示さない）が装備されるため、エラストマー組成物を顆粒状で得ることができる。

前記ダイプレート２１０を通過するのに十分な圧力を押出し材料に与えるために、押出機１１０に、押出機スクリューの下流に配置されたギヤポンプ１１６を設ける。

好ましくは、エラストマー組成物は、ダイプレート２１０を通過する前に、前記ギヤポンプ１１６の下流に配置される濾過本体１１５（スクリーンフィルタなど）により濾過される。

図１に示す製造プラント１００と同様、細分された形態のエラストマー組成物Ｆが攪拌デバイス１３０に供給され、攪拌された細分生成物Ｇが得られる。

図３に概略的に示されている本発明のさらに他の実施態様によると、エラストマー組成物を連続的に製造するためのプラント３００は、中間エラストマー組成物を連続的に製造するための第１押出機１１０と、前記中間エラストマー組成物から最終的な硬化性エラストマー組成物を製造するための第２押出機３２０とを備える。

前記の他の実施態様によると、中間エラストマー組成物は、第１押出機１１０にゴムベース材料、補強充填剤および非感温性微量成分を供給することにより得られ、したがって劣化しないか、および／または動作条件でスコーチを生じないか、および／または混和過程を妨げない。

一般に、前記非感温性微量成分は、架橋剤、架橋結合促進剤、架橋結合遅延剤および架橋結合活性剤を除いたすべての微量成分である。

たとえば、第１混合および分散ステップで、第１押出機１１０内に生じる反応を妨げる可能性がある微量成分は、第１押出機１１０に供給することを避けるべきである。たとえば、シリカ充填ゴム混合物の場合、亜鉛誘導体（ＺｎＯなど）およびアミン化合物は、カップリング剤とシリカとの間のシラン化反応を妨げる可能性があるため、前記第１ステップで添加するべきではない。

図２に関して既に上記で説明したように、中間エラストマー組成物は、第１押出機１１０を出る前に、押出機のスクリュー（図示しない）の下流に配置された濾過本体１１５（スクリーンフィルタなど）により濾過される。

押出し材料に、前記濾過本体１１５を通過するのに十分な圧力を与えるため、第１押出機１１０に、濾過本体１１５の上流に配置されたギヤポンプ１１６が設けられる。

第１押出機１１０から出て行く中間エラストマー組成物は、図２の実施態様に関して既に上記で説明したように、押出しヘッドに穿孔ダイプレート２１０を設けることにより、細分生成物Ｈに変換される。

図３に示す前記他の実施態様によると、製造プラント３００は、細分された形態の中間エラストマー組成物Ｈが供給される攪拌デバイス１３０をさらに備える。

したがって、攪拌デバイス１３０から排出される産出物Ｉ、つまり攪拌された中間エラストマー組成物は第２押出機３２０に供給され、第２押出機３２０には感温性微量成分も供給される。

第１押出機から第２押出機までの中間エラストマー組成物の通過は、何らかの公知の方法で実施することができる。

好ましくは、前記通過中、中間エラストマー組成物を、第２混合および分散ステップ時における第２押出機３２０内でのゴムのスコーチを防止するために、冷却する。

攪拌された顆粒状中間エラストマー組成物Ｉは、たとえばコンベヤベルトにより、エラストマー組成物Ｉを計量してフィードホッパ２１１を介して第２押出機３２０に供給するロスインウェイト重量測定フィーダ２１２に搬送される。

エラストマー組成物を完成するのに必要な微量成分、つまり感温性微量成分、たとえば架橋結合剤、架橋結合促進剤および遅延剤、活性剤は、重量測定フィーダ２１２により計量され、１個以上のフィードホッパ２１１を介して押出機３２０に供給される。

好ましくは、各々の微量成分は、専用の重量測定フィーダにより個々に計量される。

第１押出機１１０に関して上記で述べたように、第２押出機３２０にも、押出機３２０内に追加の可塑化油またはその他の液体成分、たとえば液体樹脂（たとえばフェノール樹脂）および加硫戻り防止剤（シランなど）を導入するために、重量測定制御供給ポンプ（gravimetrically controlled feeding pumps）１１３が設けられる。

上記で説明した実施態様と同様、完成エラストマー組成物は、濾過本体１１５により、可能性のある凝集物、金属粒子またはその他の不純物を取り除くために、任意に濾過される。

好ましくは、ギヤポンプ１１６が、前記濾過ユニット１１５の上流に設けられる。完成エラストマー組成物のこうした任意の濾過ステップでは、エラストマー組成物のスコーチを生じる可能性がある温度の上方を防止するように特に注意するべきである。

図３に示す前記さらに他の実施態様によると、第２押出機３２０のヘッドに、穿孔ダイプレート２１０が設けられ、完成エラストマー組成物Ｌは細分された形態で得られる。

さらに他の実施態様（図示しない）によると、図１に示す概略的な製造プラントと同様、完成エラストマー組成物は、押出機ダイを通過させることにより第２押出機３２０から排出され、その結果、連続エラストマーリボン状のエラストマー組成物が得られる。

本発明による製造プラント４００の図４に示すさらに他の実施態様によると、図３の略図のように、顆粒状で得られる完成エラストマー組成物Ｌが攪拌デバイス１３０に供給され、細分された形態の完成エラストマー組成物Ｍが得られる。

本発明による製造プラント５００の図５に示すさらに他の実施態様によると、第１押出機１１０から出て行く細分された形態Ｈの中間エラストマー組成物は第２押出機３２０に直接供給され、２個の押出機１１０、３２０間に攪拌デバイス１３０は設けられない。

本発明の好ましい実施態様によると、１種類以上の配合成分は、細分された形態で個々の計量デバイスに供給される。

好ましくは、微量成分は細分された形態で供給される。

本発明のさらに他の実施態様によると、１種類以上の配合成分は、空気圧式搬送ラインにより個々の計量デバイスに搬送される。

空気圧式搬送ラインを使用する場合、好ましくは、少なくとも１種類の微量成分は、微量成分を空気圧式で搬送するのに特に適する、細分された自由に流動する形態で（in a subdivided free-flowing form）、製造プラントに供給される。

好ましくは、高度の寸法規則性および安定性と同様、前記の自由流動特性は、少なくとも１種類の微量成分を熱可塑性結合剤中に分散させることにより得られる。

さらに、熱可塑性結合剤は、押出機中に導入されると容易に溶解し、加工助剤として作用して、前記少なくとも１種類の微量成分がゴムベース中に分散するのを著しく改善し、しかも最終的なエラストマー組成物の特性に著しい変化を生じさせない。

細分された形態で押出機に計量および供給される微量成分は、たとえば以下から選択することができる：
（ａ１）架橋結合剤、
たとえば硫黄（一般に、可溶性結晶形態、または不溶性ポリマー形態で、任意に油性相中に分散している）、硫黄供与体（アルキルチウラムジスルフィド）、有機過酸化物、
（ａ２）架橋結合促進剤、
たとえばチアゾール、スルフェンアミド、グアニジン、チウラム、ジチオカルバミン酸塩、アミン、キサントゲン酸塩、
（ａ３）スチレン樹脂、たとえばα−メチルスチレン樹脂、クマロン樹脂、
（ａ４）架橋結合活性剤、たとえば亜鉛化合物（ＺｎＯ、ＺｎＣＯ_３、脂肪酸、亜鉛塩など）、
（ａ５）架橋結合遅延剤、たとえばカルボン酸、フタルイミド誘導体、ジフェニルアミン誘導体、
（ａ６）付着促進剤、たとえばヘキサメチレンテトラミン（ＨＭＴ）、レゾルシノール（ｒｅｓｏｃｉｎｏｌ）、
（ａ７）保護剤、たとえば芳香族ジアミン（たとえば、Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−ｐ−フェニレンジアミン（６ＰＰＤ）、ジヒドロキノリン誘導体、イミダゾール誘導体、
（ａ８）カップリング剤、たとえばシリカ用カップリング剤、特に硫黄含有加水分解性シラン（たとえば、３，３’−ビス（トリエトキシ−シリルプロピル）テトラスルフィド（ＴＥＳＰＴ））、
（ａ９）縮合触媒、たとえばカルボン酸金属（たとえば、ジラウリン酸ジブチル錫（ＤＢＴＬ）。

上記のリストは、ゴム混合物、特にタイヤ用ゴム混合物に使用される最も一般的な微量成分のいくつかの例を単に具体的に示すために記載したものであり、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明による方法は、ある種のエラストマー、特にタイヤ業界で使用されるエラストマーのゴム混合物を製造するために使用できる。一般に、エラストマーベースは、ジエンエラストマーポリマーおよびモノオレフィンエラストマーポリマー、またはこれらの混合物から選択される。

ジエンエラストマーポリマーは、一般に天然に由来するか、または少なくとも１種類の共役ジオレフィンと、任意に、５０重量%を超えない量の少なくとも１種類のモノビニラレンとの溶液または乳濁液中における重合により得られる。ジエンエラストマーポリマーの例としては、シス−１，４−ポリイソプレン（天然または合成、好ましくは天然ゴム）、３，４−ポリイソプレン、ポリ−１，３−ブタジエン（特に、１５重量％〜８５重量％の１，２−重合単位含有量を有する高度のビニルポリ−１，３−ブタジエン）、ポリクロロプレン、任意にハロゲン化したイソプレン／イソブテンコポリマー、１，３−ブタジエン／アクリロニトリルコポリマー、１，３−ブタジエン／スチレンコポリマー、１，３−ブタジエン／イソプレンコポリマー、イソプレン／スチレンコポリマー、イソプレン／１，３−ブタジエン／スチレンターポリマー、またはこれらの混合物が挙げられる。

モノオレフィンエラストマーポリマーは、エチレンと、３〜１２個の炭素原子を有する少なくとも１種類のα−オレフィン、任意に４〜１２個の炭素原子を有するジエンとのコポリマー；ポリイソブテン；イソブテンと少なくとも１種類のジエンとのコポリマーから選択することができる。特に好ましいのは、エチレン／プロピレンコポリマー（ＥＰＲ）；エチレン／プロピレン／ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）；ポリイソブテン；ブチルゴム；ハロブチルゴム；またはこれらの混合物である。

ゴム混合物は、少なくとも１種類の補強充填剤、たとえばカーボンブラック、シリカ、アルミナ、アルミノ珪酸塩、炭酸カルシウム、カオリン、二酸化チタン、またはこれらの混合物をさらに含む。特に好ましいのは、カーボンブラックおよびシリカ、またはこれらの混合物である。補強充填剤の量は、一般に０．１〜１２０ｐｈｒ、好ましくは２０〜９０ｐｈｒである（ｐｈｒ＝全体のエラストマーベース１００重量部当たりの重量部）。

加工性を改善するため、少なくとも１種類の可塑剤をゴム混合物に添加することが好ましい。可塑剤は、一般に、鉱油、植物油、合成潤滑油など、またはこれらの混合物、たとえば芳香油、ナフタレン油、フタラート、大豆油、またはこれらの混合物から選択する。可塑剤の量は、一般に２〜１００ｐｈｒ、好ましくは５〜５０ｐｈｒである。

次に、本発明について、以下の作業実施例によりさらに説明する。

実施例１（発明）
エラストマー組成物は、図１の概略的な製造過程により製造した。

前記エラストマー組成物は、天然ゴム（ＮＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）をエラストマーベースとして、カーボンブラックを補強充填剤として使用することにより調製した。

エラストマー組成物の配合を以下の表１に記載する。

「ｐｈｒ」という用語は、全体のゴム１００重量部当たりの重量部を示す。

天然ゴムおよびブタジエンゴムは、回転ブレードを設けられた２個のミルにより、約１ｃｍの平均粒度を有する顆粒の形態で得た。

再凝集を防止するため、２種類のゴムの得られた顆粒には、シリカをまぶした（dusted）。

その後、２種類のゴムの顆粒を機械的にブレンドして、２種類のゴムをブレンドした顆粒を、シリンダの直径５８ｍｍおよびＬ／Ｄ比４８を有する同時回転かみ合い２軸スクリュー押出機の第１供給ホッパ（主ホッパ）に供給した。

２軸スクリュー押出機に対する前記ブレンドした顆粒の供給は、重量測定フィーダにより実施した。

粉末の形態の微量成分は、２軸スクリュー押出機の異なる領域に導入した。

約５０重量％の補強充填剤、つまりカーボンブラックは、顆粒状のゴムと共に、専用の重量測定フィーダにより、２軸スクリュー押出機の第１供給ホッパに供給した。

カーボンブラックの残りの部分、並びに酸化亜鉛、蝋およびステアリン酸は、専用の重量測定フィーダ、つまり各成分用の重量測定フィーダにより、２軸スクリュー押出機の第２供給ホッパに供給した。

不溶性硫黄、Ｎ−シクロヘキシルチオフタロイミド（ＰＶＩ）およびＮ−ターブチルメルカプトベンゾチアジルスルフェンアミド（ＴＢＢＳ）、つまり硬化剤は、専用の重量測定フィーダにより、２軸スクリュー押出機の他の供給ホッパに供給した。

酸化防止剤６ＰＰＤは、重量測定的に制御された供給ポンプにより、溶融状態で射出した。

供給重量測定システムにより製造過程に導入された重量誤差を決定するため、各々の重量測定フィーダには、配合成分の瞬間的な流量を測定して表示するオンライン電子制御デバイスを設けた。必要に応じて、前記制御装置は、重量測定フィーダの供給機構に作用することで瞬間的な流量を補正することができた。

本出願人は、制御デバイスにより測定された値から、各配合成分について、定められた値からの流量値の分散（scattering）を計算した。

前記の計算結果を表３に記載する。

表中、分散係数Ｖは以下のとおりに計算する。

または

・式中、

は、全サンプルの特性ｘの測定値に関する算術平均であり、つまり、

・Ｎは、考察したサンプルの合計数であり、
・σは、以下のように計算される２乗平均平方根偏差である：

分散係数Ｖは２乗平均平方根偏差σに直接比例するので、Ｖの値が大きくなればなるほど、σの値が大きくなり、つまり対応する平均値ｘを中心とするガウス曲線の振幅が大きくなる。当然、Ｖの値が大きくなればなるほど、供給システムにより製造過程に導入される重量誤差は大きくなる。

表２に示すように、分散係数Ｖの最大値は微量成分（添加剤＋硬化剤）に関してであり、したがって、前記成分に関して重量測定供給システムは特に重要である。押し出されたエラストマー組成物は、幅約１０ｃｍおよび厚さ約２ｃｍの連続リボン状だった。

前記リボンは、前記リボンをペレット化するように回転ブレードを設けられたミルに供給され、約１ｃｍの平均粒度を有するエラストマー顆粒が得られる。

１００ｋｇの顆粒状エラストマー組成物を製造して、再凝集を防止するためにシリカをまぶした。

その後、前記量の顆粒を、１，５００Ｌの容量を有する回転ドラムに供給し、ペレット化された押出物を均質化すべく、約２５ｒｐｍの回転速度で１０分間攪拌した。

攪拌ステップの終わりに、回転ドラムを停止し、排出した。排出ステップでは、７つの顆粒サンプル（各サンプルは、重量約５００ｇ）を収集して開放ミル内に充填し、リボン状のエラストマー組成物を得た。

いくつかのサンプルを前記のリボンから得て、１７０℃で１０分間にわたって硬化ステップを行った。その後、前記のサンプルを試験して、以下の特性を評価した：
−ＩＳＯ規格２８９／１による１００℃におけるムーニー粘度ＭＬ（１＋４）、
−ＩＳＯ規格３７による機械特性（１００％モジュラス（Modulus）、３００％モジュラス、破断点応力、破断点伸び）、
−動的弾性特性、および
−ＩＳＯ規格４８による２３℃および１００℃における国際ゴム硬さ(ＩＲＨＤ)。

表３には、試験したサンプルの各特性の算術平均値を記載する。

動的弾性特性は、圧縮モードのＩｎｓｔｒｏｎデバイスを使用して以下の方法により測定した。上記架橋結合材料の円筒状の試験片（長さ２５ｍｍ、直径１４ｍｍ）に、初期長さに対して１０％長手方向に変形するまで圧縮予荷重をかけて、試験の持続時間全体にわたって予め決められた温度（７０℃または２３℃）に維持し、１００Ｈｚの周波数で、予荷重下の長さに対して±３．３３％の振幅を有する動的正弦的歪を加えた。動的弾性特性は、動的弾性率（Ｅ’）およびタンデルタ（損失係数）値に関して表現した。タンデルタ値は、粘性率（Ｅ’’）と弾性率（Ｅ’）との間の比率として計算し、これらは共に、上記の動的測定で決定した。

上記のサンプルの、試験した特性の各々について、本出願人は、２乗平均平方根偏差σおよび分散係数Ｖを計算して、平均値からの測定値の分散を定量化した。

実施例２（比較）
実施例１のエラストマー組成物を、実施例１と同じ製造手順および同じ動作条件を使用して計量し、同時回転かみ合い２軸スクリュー押出機に供給した。

実施例１と同様に、エラストマー組成物を連続するリボン状に押し出し、７つのサンプルを取得して硬化させ、上記の特性を評価する試験を行った。

したがって、実施例２の手順が実施例１の手順と異なった点は、押出機から出て行くリボンが細分された形態にされず、攪拌デバイス内に導入されないことであった。

結果を表４に記載する。

表３および４に記載された値を比較することにより、本発明の製造過程で得られたエラストマーサンプルについて測定した物理化学特性に関する分散係数Ｖは、従来の製造過程で、つまり本発明による蓄積および攪拌デバイスを備えない製造過程で得たエラストマーサンプルの対応する分散係数Ｖに比べて、著しく低いことを指摘できる。

上記のとおり、分散係数Ｖを著しく減少させることができるという事実は、特に有利である。分散係数が非常に低いということは、本発明による製造過程から得られたエラストマー組成物の物理化学特性が、製造キャンペーン（production campaign）の期間全体で実質的に一貫するということを意味するからである。

これは、製造過程の異なる時点で、同じ配合から得られるエラストマー製品が、特性の均質性、および高度の品質一貫性を示し、その結果、同じ製造キャンペーンに属する製品ごとに、実質的に同じ挙動を確保することができることを意味する。

本発明のその他の利点は、エラストマー組成物の製造過程に少なくとも１個の攪拌デバイスが存在することにより、配合が変わった場合にも、こうしたスクラップを有利に再利用できることから、スクラップの発生を防止できる点である。

本発明によるエラストマー組成物の連続製造プラントの略図である。 図１の連続製造プラントのその他の実施態様の略図である。 中間エラストマー組成物が製造される、本発明の連続製造プラントのさらに他の実施態様の略図である。 中間エラストマー組成物が製造される、本発明の連続製造プラントのさらに他の実施態様の略図である。 中間エラストマー組成物が製造される、本発明の連続製造プラントのさらに他の実施態様の略図である。

Claims (24)

1. エラストマー組成物を連続的に製造する方法であって、
   少なくとも１種類のエラストマー、少なくとも１種類の充填剤および少なくとも１種類の微量成分を計量するステップと、
   前記少なくとも１種類のエラストマー、少なくとも１種類の充填剤および少なくとも１種類の微量成分を少なくとも１個の押出機内に供給するステップと、
   前記少なくとも１種類の充填剤および少なくとも１種類の微量成分を、前記少なくとも１個の押出機により少なくとも１種類のエラストマー中に混合および分散させるステップと、
   前記少なくとも１個の押出機から排出されて結果として得られたエラストマー組成物から細分生成物を得るステップと、
   ある量の前記細分生成物を蓄積するステップと、
   前記蓄積した量の細分生成物を少なくとも１つの攪拌デバイスで攪拌するステップと、
   攪拌された前記細分生成物を前記少なくとも１つの攪拌デバイスから排出するステップとを含む方法。
2. 第１混合および分散ステップ、並びに第２混合および分散ステップが、それぞれ第１および第２押出機により行われる、請求項１に記載の方法。
3. ある量の前記細分生成物を蓄積するステップと、前記蓄積された量の細分生成物を攪拌するステップとが、前記第１混合および分散ステップの下流で行われる、請求項２に記載の方法。
4. ある量の前記細分生成物を蓄積するステップと、前記蓄積された量の細分生成物を攪拌するステップとが、前記第２混合および分散ステップの下流で行われる、請求項２に記載の方法。
5. ある量の前記細分生成物を蓄積する第１および第２ステップと、前記蓄積された量の細分生成物を攪拌する第１および第２ステップとが行われる、請求項２に記載の方法。
6. ある量の前記細分生成物を蓄積する前記第１ステップと、前記蓄積された量の細分生成物を攪拌する前記第１ステップとが、第１混合および分散ステップの下流で行われる、請求項５に記載の方法。
7. ある量の前記細分生成物を蓄積する前記第２ステップと、前記蓄積された量の細分生成物を攪拌する前記第２ステップとが、第２混合および分散ステップの下流で行われる、請求項５に記載の方法。
8. 前記細分生成物を蓄積するステップが、前記少なくとも１つの攪拌デバイスで行われる、請求項１に記載の方法。
9. 前記排出ステップが連続的に行われる、請求項１に記載の方法。
10. 前記排出ステップがバッチ方式で行われる、請求項１に記載の方法。
11. 前記少なくとも１種類の微量成分が、架橋結合剤、架橋結合促進剤、合成樹脂、架橋結合活性剤、架橋結合遅延剤、付着促進剤、保護剤、カップリング剤、縮合触媒から選択される、請求項１に記載の方法。
12. エラストマー組成物を連続的に製造する装置であって、
    筐体と、前記筐体内に回転可能に取り付けられた少なくとも１個のスクリューとを備え、前記筐体が少なくとも１個の供給開口部（１１１）と、排出開口部とを備える、少なくとも１個の押出機（１１０、３２０）と、
    少なくとも１種類のエラストマーと、少なくとも１種類の充填剤とを計量して、前記少なくとも１個の供給開口部（１１１）を介して前記少なくとも１個の押出機（１１０、３２０）に供給する、少なくとも１個の第１計量デバイス（１１２）と、
    少なくとも１種類の微量成分を計量して、前記少なくとも１個の押出機（１１０、３２０）に供給する、少なくとも１個の第２計量デバイス（１１２）と、
    前記排出開口部から排出されて結果として得られたエラストマー組成物から細分生成物（Ｆ）を得るための少なくとも１個のデバイス（１２０、２１０）と、
    前記得られた細分生成物（Ｆ）を細分された形態で蓄積し混合するための少なくとも１個の蓄積および攪拌デバイス（１３０）とを備える装置。
13. 細分生成物を得るための前記少なくとも１個のデバイス（１２０、２１０）が、前記少なくとも１個の押出機（１１０、３２０）の前記排出開口部に配置される、請求項１２に記載の装置。
14. 細分生成物を得るための前記少なくとも１個のデバイス（１２０、２１０）が、切断手段を装備された穿孔ダイプレート（１１７）である、請求項１３に記載の装置。
15. 細分生成物を得るための前記少なくとも１個のデバイス（１２０、２１０）が製粒機または開放ミルである、請求項１２に記載の装置。
16. 第１押出機（１１０）と、第２押出機（３２０）とを備え、前記第１押出機（１１０）が、感温性微量成分を含まない中間ゴム混合物を製造し、前記第２押出機（３２０）が、前記感温性微量成分を含む完成ゴム混合物を製造する、請求項１２に記載の装置。
17. 前記蓄積された細分生成物を混合するための前記少なくとも１個の蓄積および攪拌デバイス（１３０）が、前記第１押出機（１１０）の下流に配置される、請求項１６に記載の装置。
18. 前記蓄積した細分生成物を混合するための前記少なくとも１個の蓄積および攪拌デバイス（１３０）が、前記第２押出機(３２０）の下流に配置される、請求項１６に記載の装置。
19. 前記蓄積された細分生成物を混合するための第１蓄積および攪拌デバイス（１３０）と、第２蓄積および攪拌デバイス（１３０）とを備える、請求項１２に記載の装置。
20. 前記蓄積された細分生成物を混合するための前記第１蓄積および攪拌デバイス（１３０）が第１押出機（１１０）の下流に配置される、請求項１９に記載の装置。
21. 前記蓄積された細分生成物を混合するための前記第２蓄積および攪拌デバイス（１３０）が第２押出機（３２０）の下流に配置される、請求項１９に記載の装置。
22. 前記少なくとも１個の第１計量デバイス（１１２）と、前記少なくとも１個の第２計量デバイス（１１２）とが重量測定フィーダである、請求項１２に記載の装置。
23. 前記少なくとも１個の蓄積および攪拌デバイス（１３０）が回転ドラムである、請求項１２に記載の装置。
24. 前記少なくとも１個の押出機（１１０、３２０）から排出されるエラストマー組成物を濾過するための少なくとも１個の濾過本体（１１５）をさらに備える、請求項１２に記載の装置。