JP5210485B2 - ゴム組成物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ製造工程におけるゴムを含む配合材を混練りしてゴム組成物を製造する方法に関するものである。

タイヤ用ゴム組成物は、バンバリーミキサ等の混練機を使用して、原料ゴムをオイル、充填材、加硫剤、加硫促進剤等の種々の配合材料と混練りすることにより製造されている。この場合、配合材の特性に応じて、混練りを二つのステップに分けて行うのが一般的である。

第一のステップは、原料ゴムに加硫関係の配合材を除くカーボンブラック、オイル、充填材等を投入して練り込む工程、いわゆるノンプロ練り工程である。ノンプロ練りは、これら配合材を原料ゴム中に充分に分散させるため１６０〜１８０℃の高温で長時間にわたり行う。

第二のステップは、ノンプロ練り工程により得られたゴム配合物に加硫剤、加硫促進剤、促進助剤などを投入して練り込む工程、いわゆるプロ練り工程である。プロ練り工程においては、練り温度が高温だったり、練り時間が長時間にわたると、混練り中に発熱して温度が上昇し、その結果ゴムが架橋してしまうおそれがある。そのため、プロ練りは、ノンプロ練り工程と異なり環境温度を低め（約１３０℃）に設定し、適切な時間を設定して行う必要がある。プロ練り工程を経て得られたゴム組成物は、熱を加えれば加硫する状態になっている。

プロ練り工程で練り込む加硫剤は、通常硫黄である。しかし、硫黄は危険物（可燃性固体）だが、取り扱い時の摩擦や、衝突衝撃等により帯電しやすいことがすでに知られている。したがって、このように帯電した硫黄をプロ練り工程でバンバリーミキサに投入する際、火花放電等により出火するするおそれがある。

この問題を解決するためには、プロ練り工程に用いる硫黄の帯電量を抑えることが必要となる。従来、硫黄の帯電を抑制するために、環境条件を制御して帯電抑制を行う方法や、硫黄に帯電防止剤を添加する方法が提案されている。

まず、環境条件の制御による硫黄の帯電抑制としては、プロ練り工程に加湿器を使用して高湿度の作業環境にする方法である。この方法によれば、確かに帯電量を減らすことはできるものの、種々の問題が発生する。第１に、プロ練り工程で得られるゴム組成物の水分含有率が上昇する問題があり、これは後工程における接着阻害や、エア入りなどの不良を起こす要因となり好ましくない。第２に、原料ゴムに練り込む薬品によっては、含水により品質変化を生じ、ゴム組成物の性能に不具合をもたらす。第３に、練り込み中に飛散する含水物がバンバリーミキサの集塵機に吸われると、集塵機の配管内や、バブフィルタなどに付着し、設備の不良、劣化などの問題を引き起こすことがある。

次に、帯電防止剤を添加する方法においては、オイルトリートや、亜鉛華（酸化亜鉛）を帯電防止剤として用いる。しかし、オイルトリートを用いる場合、ゴム製品の性能劣化を防止するためにオイル添加量が制限されているので、オイルトリートの添加による充分な帯電防止効果を期待することができない。一方、酸化亜鉛は除電効果を示すが、十分満足しうる帯電防止効果とはいえない。

従って、本発明の目的は、上述した従来技術の問題を解消し、プロ練り工程で硫黄の帯電を生ずることなくゴム組成物を製造する方法を提供することにある。

この課題を解決するために、本発明は、原料ゴムにカーボンブラック、オイル、その他の配合材を投入して練り合わせるノンプロ練り工程と、該ノンプロ練り工程で得られたゴム配合物を加硫剤、加硫促進剤と練り合わせるプロ練り工程とによりゴム組成物を製造する方法において、投入すべきカーボンブラック総量の少なくとも一部に相当する量のカーボンブラックを前記プロ練り工程で帯電防止剤として、前記加硫剤の配合量に対して０．５〜１．０重量％添加することを特徴とする。

カーボンブラックは、ゴム製品の補強剤としてゴム配合に必ず添加される配合材であり、除電布にカーボン繊維が使用されていることからも分かるように、通電性に優れ、除電効果を有し、また品質面での心配もまったくない。すなわち、カーボンブラックをプロ練り工程で帯電防止剤として添加すると、従来のオイルトリートを添加した場合のようにゴム組成物の品質を劣化させることもなく、また環境条件を変化させて高湿度下の作業環境にする必要もない。さらに、ゴム組成物に要求された物性を満たす各種配合材の投入量は設計段階で予め決められているため、帯電防止剤として添加するカーボンブラックの量は、予め決められたカーボンブラック総量の少なくとも一部に相当する量、たとえばカーボンブラック総量の０．１重量％であれば十分である。従って、本発明によれば、ゴム組成物の品質を劣化させるなどの不利を伴うことなく、高い帯電防止効果を得ることができ、プロ練り工程における出火などの危険を簡便に防止することができる。

本発明において、プロ練り時に投入する加硫剤は硫黄である。硫黄は、前述したように投入時に帯電している可能性が高いため、所定量のカーボンブラックを帯電防止剤として硫黄及び加硫促進剤等と同時に投入する。この場合、帯電防止剤として添加するカーボンブラックの量は、予め設定された加硫剤としての硫黄の配合量に対して０．５〜１．０重量％である。例えば、硫黄の配合量に対して１重量％のカーボンブラックを添加する場合、カーボンブラックの総量を２６重量％とし、硫黄を１．８重量％とすると、プロ練り時に投入するカーボンブラックの量は０．００１８重量％になる。なお、カーボンブラック量の上限は、プロ練り時間でゴム中に十分分散が取れる量であればよい。カーボンブラック量が上限を超えると、投入すべきカーボンブラック総量が設計上決まっているので、ノンプロ練り工程で投入される量が減少し、最終ゴム組成物の物性が劣化する可能性があるので、好ましくない。

本発明に用いるカーボンブラックとしては、あらゆる市販のものを挙げることができ、特に微粉末状のカーボンブラックが好ましく、たとえばタイヤ製造に通常用いられる市販のカーボンブラックを微粉末状にしたものを用いることができる。特に、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ級等のカーボンブラックを微粉末状にしたものが好ましい。カーボンブラックの粒径は、１０〜３０μｍの範囲が好ましい。

本発明において、加硫剤としての硫黄の帯電に対するカーボンブラックの除電作用は次のようなメカニズムによると考えられる。カーボンブラックの粒径は、投入する硫黄に比べてかなり小さい、例えば、硫黄の平均粒径が７μmであるのに対しカーボンブラックの平均粒径が２０nmで、硫黄の１／３５０程度であるので、プロ練り工程でカーボンブラックと硫黄とを同時に投入して練り合わせる際、カーボンブラック粒子が帯電した硫黄粒子の周りに付着し、その電荷を吸収して大気中に放電（コロナ放電）することにより、帯電した硫黄粒子を除電することができるものと考えられる。

また、プロ練り工程で投入する加硫促進剤としては、通常硫黄架橋系に用いられる種々のものを単独または２種以上組み合わせて用いることができる。さらに、促進助剤等を必要に応じて添加してもよい。

本発明においては、プロ練りを１３０℃以下の温度、好ましくは１１０℃以下の温度でで行う。練り合わせ温度が１３０℃を超えると、ゴム配合物のスコーチが生ずるので、好ましくない。また、練り合わせ時間は、投入した硫黄、カーボンブラック、加硫促進剤がゴム中に十分分散し、練り合わされるものであればよく、たとえば１〜１．５分である。なお、プロ練り後ゴムが固くなりすぎる場合がある。この場合、ゴム組成物にゴムの軟化処理を施してもよい。

次に、本発明を実験例につき詳細に説明する。この実験例においては、種々のカーボンブラックをプロ練り工程で硫黄と同時に投入して帯電した硫黄の除電効果を確認し、その結果を図１に示す。

比較のために、表１に示す配合処方を有するゴム組成物を従来のノンプロ練り（練り温度：１６０℃）およびプロ練り（練り温度：１１０℃）処理により製造し、その帯電量を測定したところ、図１にＡプロブレンダーとして示すように、１．２５ｋＶであった。なお、プロ練り後のゴム組成物の帯電量は、カーボンブラックの種類に左右されることなく略１．２５ｋＶであった。

表１のノンプロ練りに用いたカーボンブラックの一部を、プロ練り工程で加硫剤としての硫黄の配合量の０．５重量％または１．０重量％に相当する配合量で帯電防止剤として投入して混練りすることにより、ゴム組成物を製造し、その帯電量を測定して図１に示す結果を得た。使用したカーボンブラックは、１８ｎｍの粒径を有するサンブラック３０５（旭カーボン社製、ＨＡＦ級）、２６ｎｍの粒径を有するサンブラック２８５（旭カーボン社製、ＳＡＦ級）、２０の粒径を有するランプブラック（チャネルタイプ）および２２ｎｍの粒径を有するＭＡ−１００（三菱化学社製、ＳＡＦ級）である。なお、帯電量は、シシド静電気（株） STATIRON−DZ23により測定した。

図１に示すように、サンブラック２８５を投入する場合、帯電量を配合比率が０．５重量％で１．０２ｋＶまで、また１．０重量％で０．７５ｋＶまで抑制することができ、配合量を増すほどに帯電抑制効果が顕著になる。サンブラック３０５を投入する場合、帯電量を配合比率が０．５重量％で０．５７ｋＶまで、また１．０重量％で０．４５ｋＶまで抑制することができ、配合量を増すほどに帯電抑制効果が顕著になる。ランプブラックを投入する場合、帯電量を配合比率が０．５重量％で０．７５ｋＶまで、また１．０重量％で０．５７ｋＶまで抑制することができ、配合量を増すほどに帯電抑制効果が顕著になる。ＭＡ−１００を投入する場合、帯電量を配合比率が０．５重量％で０．８ｋＶまで、また１．０重量％で０．３８ｋＶまで抑制することができ、配合量を増すほどに帯電抑制効果が顕著になる。すなわち、いずれのカーボンブラックも帯電防止剤としてプロ練り工程に投入しても、従来の混練り処理で得られたゴム組成物に比して満足すべき帯電抑制効果が得られることが分かる。特に、回収カーボン以外のカーボンブラックを投入する場合、配合比率を高めるほど、帯電防止効果を向上させることができる。

本発明は、タイヤ用ゴム組成物を製造するための混練りのプロ練り工程にカーボンブラックを帯電防止剤として投入することにより、混練り中の加硫剤の帯電を抑制して、工場内の火災などの災害を防止することができる。

プロ練り工程において投入したカーボンブラックの硫黄に対する配合比率とゴム組成物の帯電量との関係を示すグラフである。

Claims (4)

1. 原料ゴムにカーボンブラック、オイル、その他の配合材を投入して練り合わせるノンプロ練り工程と、該ノンプロ練り工程で得られたゴム配合物を加硫剤、加硫促進剤と練り合わせるプロ練り工程とによりゴム組成物を製造するに当たり、
   投入すべきカーボンブラック総量の少なくとも一部に相当する量のカーボンブラックを前記プロ練り工程で帯電防止剤として、前記加硫剤の配合量に対して０．５〜１．０重量％添加することを特徴とするゴム組成物の製造方法。
2. 前記加硫剤が硫黄であることを特徴とする請求項１記載のゴム組成物の製造方法。
3. 前記カーボンブラックが微粉末状のカーボンブラックであることを特徴とする請求項１または２に記載のゴム組成物の製造方法。
4. 前記プロ練り工程の練り合わせ温度が１３０℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物の製造方法。

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