JP5567302B2

JP5567302B2 - シリカ配合ゴムの混練システム及び混練方法

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Publication number: JP5567302B2
Application number: JP2009188651A
Authority: JP
Inventors: 俊一近藤
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2029-08-17
Also published as: JP2011038034A

Description

本発明は、シリカ配合ゴムの混練システム及び混練方法に関する。

従来から使用されているタイヤ用のゴム混練設備（ゴム混練システム）としては、大型や小型のバンバリーミキサーなどの密閉式ゴム混練機で混練した後、必要に応じてフィードスクリューを介し、次いでオープンロールにてシート状に加工し、冷却する設備が一般的に使用されている。ここで、通常、密閉式ゴム混練機では、原料であるゴム材料やカーボン、シリカ、シランカップリング剤などの添加剤が原料投入部を通じて混練室内に投入された後、フローティングウエイトにより混練室が加圧され、混練室内を回転するロータにより混練されている。

最近のトレッドゴム配合は、ウエットグリップ性能と転がり抵抗（低燃費性）のニーズに応えるため、シリカ及びシランカップリング剤を処方した配合が主流となっている。一般的に、シリカとシランカップリング剤との反応を充分に進行させるとゴム物性が向上し、耐摩耗性などが改善されることが知られている。ここで、これらを効率良く反応させるためには、特定の温度で長時間混練することが望ましいと考えられる。

しかしながら、バンバリーミキサーは、ゴムせん断力が強く、混練加工時に練りゴム温度が上昇するため、温度調整が難しい。そのため、特定温度で一定時間混練することは困難である。また、バンバリーミキサーに、ゴム材料やシリカとともにシランカップリング剤を投入し、混練すると、シランカップリング剤とバンバリーローターとの反応に起因してローターとゴムとの密着が生じ易くなるため、加工性が悪化してしまう。

特許文献１などには改良型の密閉式ゴム混練機が数多く提案されているが、このような密閉式ゴム混練機を使用しても、温度調整は難しいため、シリカとシランカップリング剤との反応率の向上、それによるゴム物性の向上については未だ改善の余地がある。また、ロータとゴムの密着などの加工性の改善も求められている。

特開２００３−１７０４２１号公報

本発明は、前記課題を解決し、混練工程において原料ゴムとシリカとをシランカップリング剤により高効率でカップリング処理でき、優れたゴム物性を有する加硫ゴム組成物を得ることが可能なシリカ配合ゴムの混練システム及び混練方法を提供することを目的とする。

本発明は、原料ゴムとシリカとを混練する密閉式の第一ゴム混練機と、前記第一ゴム混練機から排出された一次混練ゴムとシランカップリング剤とを混練する混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機とを備えることを特徴とするシリカ配合ゴムの混練システムに関する。
前記混練システムは、前記第一ゴム混練機がバンバリーミキサーであり、前記第二ゴム混練機が連続混練機であって、前記連続混練機には、前記一次混練ゴム投入側から順にフィードエリアと混練エリアとが設けられており、前記フィードエリアにおいて前記シランカップリング剤が供給され、且つ少なくとも前記混練エリア内における前記混練対象物の温度調節が可能とされていることが好ましい。ここで、前記連続混練機は、二軸連続混練機であることが好ましい。
また、前記混練システムは、前記第二ゴム混練機が前記混練対象物の温度を１２０〜２００℃に調節可能であることが好ましい。

本発明はまた、密閉式の第一ゴム混練機を用いて原料ゴム及びシリカを混練し、一次混練ゴムを得る工程（Ｉ）と、前記第一ゴム混練機とは異なり且つ混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機を用いて前記一次混練りゴム及びシランカップリング剤を混練し、二次混練ゴムを得る工程（ＩＩ）とを有することを特徴とするシリカ配合ゴムの混練方法に関する。
前記混練方法では、前記第一ゴム混練機が、バンバリーミキサーであり、前記第二ゴム混練機が、前記一次混練ゴム投入側から順に前記シランカップリング剤を供給可能なフィードエリアと、前記一次混練ゴムと前記シランカップリング剤とを混練可能な混練エリアとを設けた連続混練機であって、前記工程（ＩＩ）が、前記フィードエリアにおいて前記シランカップリング剤を供給した後、前記第二ゴム混練機の少なくとも前記混練エリア内において前記混練対象物としての前記一次混練ゴムと前記シランカップリング剤との混合物を１２０〜２００℃で混練することが好ましい。

本発明によれば、原料ゴムとシリカとを混練する密閉式の第一ゴム混練機と、上記第一ゴム混練機から排出された一次混練ゴムとシランカップリング剤とを混練する混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機とを備えるシリカ配合ゴムの混練システム、及び該システムを用いた混練方法であるので、効率良くゴムを加熱せん断できるとともに、原料ゴムとシリカとをシランカップリング剤により高効率でカップリング処理できる。従って、加硫後のゴム組成物において、優れたゴム物性（硬度、引張強度、破断強度、転がり抵抗、ウエットグリップ性能、ドライグリップ性能など）が得られる。

本発明のシリカ配合ゴムの混練システム（混練設備）及び混練方法の概略図密閉式ゴム混練機の概略図２軸スクリュー押出機のスクリューの拡大平面図混練エリアの断面説明図

本発明のシリカ配合ゴムのゴム混練システムは、原料ゴムとシリカとを混練する密閉式の第一ゴム混練機と、上記第一ゴム混練機から排出された一次混練ゴムとシランカップリング剤とを混練する混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機とを備える。また、本発明のシリカ配合ゴムの混練方法は、密閉式の第一ゴム混練機を用いて原料ゴム及びシリカを混練し、一次混練ゴムを得る工程（Ｉ）と、上記第一ゴム混練機とは異なり且つ混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機を用いて上記一次混練ゴム及びシランカップリング剤を混練し、二次混練ゴムを得る工程（ＩＩ）とを有する。つまり、本発明では、密閉式の第一ゴム混練機の下流側に温度調節が可能な第二ゴム混練機をレイアウトするとともに、該第二ゴム混練機にシランカップリング剤を注入し、第一ゴム混練機で作製された一次混練ゴムとともに混練する。このため、第一ゴム混練機で混練加熱したゴムを、第二ゴム混練機で精度良く所定温度に温度調節しながら一定時間混練できる。従って、混練温度、混練時間を制御することでシリカとシランカップリング剤の反応をコントロールできるため、シリカと原料ゴムのカップリング処理を充分に進行させることが可能となり、ゴム物性を改善できる。

また、密閉式の第一ゴム混練機内へシランカップリング剤を投入する必要がないので、第一ゴム混練機内でのゴム密着（作業性や安全性悪化）も改善できる。また、第一ゴム混練機で混練した練りゴムを冷却することなく、温度調節が可能な第二ゴム混練機で混練することが可能であるため、高い生産性を確保できる。更に、該第二ゴム混練機のサイズ（長さなど）を調整することで、密閉式の第一ゴム混練機の生産効率を維持しながらの生産が可能となる。

以下、本発明の混練システム及び混練方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に使用する混練設備（混練システム）の概略図の一例を示す。
本発明のシステムでは、先ず、密閉式の第一ゴム混練機が備えられ、該第一ゴム混練機用いて原料ゴムとシリカとを混練し、一次混練ゴムが得られる（工程（Ｉ））。

図１のシステムにおいて、密閉式の第一ゴム混練機１としては、図２に示すようなバンバリーミキサー１１（例えば、混練り容量が２００〜４００リットルの大型のバンバリーミキサー、２００リットル以下の小型のバンバリーミキサー）が使用できる。バンバリーミキサー１１は、並列する一対の撹拌ロータ１２、１２を配した混合室１３を備え、該混合室１３内に投入される原料ゴム、シリカなどを混練りし、一次混練ゴムとして上記混合室１３に設けた開放可能な排出口１４から塊状で排出する（工程（Ｉ）：第１ベース練り工程）。本例では密閉式の第一ゴム混練機１により、上記原料ゴム、シリカなどの補強剤を含み、かつシランカップリング剤、加硫剤及び加硫促進剤を含まない材料を混練りする場合を例示している。上記補強剤としては、シリカ以外にカーボンブラックなどが挙げられる。

上記撹拌ロータ１２は、回転可能に支持される基軸の周囲に撹拌羽根を、例えば螺旋状に設けた周知構成をなし、混練機本体１５に設けた混合室１３内に配設される。なお、各撹拌ロータ１２は、混練機本体１５に取り付くモータを含む駆動手段（図示せず）を介して、互いに同方向又は逆方向に回転駆動される。上記混合室１３は、上記一対の撹拌ロータ１２、１２と同心な２つの円周面を連ねた断面ひょうたん状をなすとともに、そのくびれ部分には、上記原料ゴム、シリカなどを投入する投入口１６に通じる縦孔１７の下端が接続される。また、縦孔１７には、シリンダ等により昇降可能に支持されるフローティングウェイト１８が配される。このフローティングウェイト１８は、混合室１３内に投入された原料ゴム、シリカ等を加圧し撹拌ロータ１２による撹拌効率、混練効率を向上させる。

また、上記混練機本体１５には、上記混合室１３の下部に形成される上記排出口１４を開閉するドロップドア１９が設けられ、その開放により、混練りされた一次混練ゴムを排出口１４から塊状で排出、落下させる。

第一混練機での第１ベース練り工程では、原料ゴム及びシリカなどの混練材料（混練対象物）の温度が１２０〜２００℃となるように調節されることが好ましい。また、混練時間を１．５〜１０分間にすることが好ましい。下限未満では、混練不足でフィラー分散が悪くなり物性低下をまねく傾向がある。上限を超えると、生産性が悪化する傾向がある。

第１ベース練り工程では、第一ゴム混練機１（バンバリーミキサー１１）のローター回転数は、１５〜６５ｒｐｍであることが好ましい。１５ｒｐｍ未満では、生産性が悪い（練り時間が長くなりすぎる）傾向がある。６５ｒｐｍを超えると、混練時間が短くフィラー分散が悪化し物性低下をまねく傾向がある。

本発明に使用される原料ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が使用できる。なかでも、第二ゴム混練機において原料ゴムとシリカとをシランカップリング剤によって高効率でカップリング処理できる点から、シリカ用に変性したＳＢＲ、ＢＲを使用することが好ましい。

上記変性ＳＢＲとしては、特開２００１−１１４９３８号公報に記載されているアルコキシ基を含有する有機ケイ素化合物で変性したもの等が挙げられる。

原料ゴムとして変性ＳＢＲを使用する場合、原料ゴム１００質量％中の変性ＳＢＲの配合量は、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは３０質量％以上である。２０質量％未満であると、変性効果によるシリカ分散性の向上効果が少ない傾向がある。また、該変性ＳＢＲの配合量は、好ましくは９０質質量％以下、より好ましくは８０質量％以下である。９０質量％を超えると、タイヤ用ゴムとして扱いにくいおそれがある。

ＢＲとしては特に限定されず、例えば、日本ゼオン（株）製のＢＲ１２２０、宇部興産（株）製のＢＲ１３０Ｂ、ＢＲ１５０Ｂ等の高シス含有量のＢＲ、宇部興産（株）製のＶＣＲ４１２、ＶＣＲ６１７等のシンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するＢＲ等を使用できる。

原料ゴムとしてＢＲを使用する場合、原料ゴム１００質量％中のＢＲの配合量は、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上である。また、該ＢＲの配合量は、好ましくは８０質量％以下、より好ましくは７０質量％以下である。５質量％未満の場合及び８０質量％を超える場合、タイヤ用ゴムとして扱いにくいおそれがある。

第一ゴム混練機での混練工程（工程（Ｉ））でシリカが配合されるが、該シリカとしては、例えば、乾式法により調製されたシリカ（無水ケイ酸）、湿式法により調製されたシリカ（含水ケイ酸）などを用いることができる。表面のシラノール基が多く、シランカップリング剤との反応点が多いという理由から、湿式法により調製されたシリカを用いることが好ましい。

工程（Ｉ）で配合するシリカのチッ素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、好ましくは５０ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは８０ｍ^２／ｇ以上である。５０ｍ^２／ｇ未満では、シリカの補強性が低く、耐久性に懸念がある。また、シリカのＮ_２ＳＡは、好ましくは２５０ｍ^２／ｇ以下、より好ましくは２２０ｍ^２／ｇ以下である。２５０ｍ^２／ｇを超えると、混練加工が難しくなるおそれがある。
なお、シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＡＳＴＭＤ３０３７−８１に準じてＢＥＴ法で測定される値である。

工程（Ｉ）におけるシリカの配合量は、原料ゴム１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上、より好ましくは４０質量部以上である。５質量部未満では、低燃費性とウェットグリップ性能のバランスが悪化する傾向がある。また、該シリカの配合量は、好ましくは１５０質量部以下、より好ましくは１２０質量部以下である。１５０質量部を超えると、加工が困難になるおそれがある。

第一ゴム混練機での混練工程では、上記材料以外にも、従来ゴム工業で使用される配合剤、例えば、カーボンブラック等の無機・有機充填剤、オイル等の軟化剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、各種老化防止剤、オゾン劣化防止剤、ワックスなどを必要に応じて適宜配合できる。

図１のシステムでは、フィードスクリュー２が備えられている。ここでは、第一ゴム混練機１から排出された一次混練ゴムがモーターなどの駆動手段（図示せず）により回転するフィードスクリュー２によって移送され、第二ゴム混練機３に供給される。

次に、本発明のシステムでは、混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機が備えられ、該第二ゴム混練機を用いて、供給された一次混練ゴム及びシランカップリング剤を温度調節しながら混練し、二次混練ゴムを得ることができる（工程（ＩＩ））。

上記第二ゴム混練機としては、混練対象物（第一混練ゴム及びシランカップリング剤の混合物）の温度調節が可能なものであれば特に制限されることなく使用でき、例えば、一軸の押出機、二軸の押出機、二軸の混練機などが挙げられる。なかでも、一次混練ゴム投入側から順にシランカップリング剤を供給可能なフィードエリアと、一次混練ゴムとシランカップリング剤とを混練可能な混練エリアとが設けられ、該混練エリア内において混練対象物の温度が調節可能となっている連続混練機（二軸連続混練機など）を好適に使用できる。

図１には、第二ゴム混練機３の１例として、フィードエリア３ａ、混練エリア３ｂ及び冷却エリア３ｃを有する押出機（混練押出機）が示されており、該混練押出機のフィードエリア３ａにシランカップリング剤を注入するためのシランカップリング剤注入装置４が設けられている。

図１のシステムでは、フィードスクリュー２にて一次混練ゴムが第二ゴム混練機３に移送されると同時に、シランカップリング剤注入装置４からフィードエリア３ａにシランカップリング剤が注入される。上記フィードエリア３ａとしては、一次混練ゴム及びシランカップリング剤を導入可能であれば特に限定されない。、また、上記注入装置４としては、シランカップリング剤が注入可能なものであれば特に限定されず、例えば、注射器タイプの注入装置などを使用できる。

本発明で使用できるシランカップリング剤としては、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を用いることができ、例えば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリメトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ系、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などが挙げられる。なかでも、２軸混練機でのカップリング処理効率、加工性の点からＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）、Ｓｉ２６６（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）が好ましい。

シランカップリング剤の配合量は、第一混練ゴム中のシリカ１００質量部に対して、好ましくは２質量部以上、より好ましくは４質量部以上である。２質量部未満では、シリカとポリマーのカップリング効果による物性向上の効果が少ない傾向がある。また、該シランカップリング剤の配合量は、好ましくは１５質量部以下、より好ましくは１２質量部以下である。１５質量部を超えると、過剰のカップリング剤が反応することなく、残存してしまうおそれがある。

図１の混練エリア３ｂでは、フィードスクリュー２により供給された一次混練ゴム、シランカップリング剤注入装置４から供給されたシランカップリング剤が更に混練される。図３は、第二ゴム混練機３の一例としての２軸スクリュー押出機におけるスクリューの拡大平面図を示したもので、図１の混練エリア３ｂでは、例えば、図３に示すような２本のスクリュー３１、３２が平行に配置された２軸スクリュー押出機により混練される。なお、該押出機にはスクリュー駆動装置（図示せず）などが備えられている。

図４は、混練エリア３ｂの断面説明図の一例を示している。図４では、混練エリア３ｂのシリンダー４１の内部は長円形状を呈しており、２本のスクリュー３１、３２は共有する１つのシリンダー孔内に配置されている。２本のスクリュー３１、３２は、同一方向又は逆方向に回転するように回転方向を設定できる。

また、シリンダージャケット４２は、２本のスクリュー３１、３２が収容される円筒状空間の周囲に設けられ、内部に熱媒体を循環させることでシリンダー壁を所定の温度に保つことができ、この温度は温度調節装置（図示せず）によって、温度の内容や周囲温度などに応じて任意に調整することができる。これにより、一次混練ゴム及びシランカップリング剤の混練の温度調節が可能となる。

２軸スクリュー押出機の押出条件は、スクリュー径が２０〜２００ｍｍ、スクリュー回転数が２０〜４００ｒｐｍ、スクリューＬ／Ｄ（スクリュー長さ／スクリュー径）が５〜１００であることが好ましい。上記範囲内であると、効率良くせん断でき、良好にカップリング処理を進行させることができる。

第二ゴム混練機での混練工程（工程（ＩＩ）：第２ベース練り工程）では、一次混練ゴム及びシランカップリング剤などの混練材料（混練対象物）の温度が１２０〜２００℃となるように調節されることが好ましい（より好ましくは１３０〜１８０℃）。また、混練時間を０．５〜５分間にすることが好ましい。上記範囲内に調整することにより、シリカとシランカップリング剤との反応率を高め、シリカと原料ゴムとのカップリング処理を効率的に進行できる。このため、加硫ゴム組成物に、優れたゴム物性（硬度、引張強度、破断強度、転がり抵抗、ウエットグリップ性能、ドライグリップ性能など）を付与できる。
なお、第二ゴム混練機内では、本発明の効果を阻害しない範囲内で上記一次混練ゴム、シランカップリング剤以外の材料も混練してもよい。

図１の冷却エリア３ｃでは、混練エリア３ｂで得られた二次混練ゴムが、例えば、１２０℃以下に冷却される。冷却エリアでは周知構成（空冷、水冷など）により冷却される。

冷却エリア３ｃで二次混練ゴムを冷却後、シーティングロールなどでシート状ゴムを作製し、搬送コンベアなどで冷却装置５に移送される。該装置５では、周知の冷却設備（水冷、空冷など）で冷却され、次工程で使用されるまで所定の場所で保管される。

前述の工程の後、仕上げ練り工程が行われる。仕上げ練り工程では、保管されたシート状ゴム（二次混練ゴム）とともに、加硫剤（硫黄など）、加硫促進剤が混練され、三次混練ゴムが得られる。混練方法は、図２のバンバリーミキサーなどの密閉式ゴム混練機を用いる方法など、従来公知の方法にて実施できる。該仕上げ練り工程により、未加硫ゴム組成物が得られ、更に加硫を施すことにより加硫ゴム組成物を製造できる。このようなゴム組成物は、トレッド、ベーストレッド、サイドウォールなどのタイヤ部材に好適に使用できる。

また、得られたゴム組成物を用い、通常の方法により空気入りタイヤを製造できる。すなわち、ゴム組成物を未加硫の段階で、トレッドなどのタイヤ部材の形状に合わせて押出加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造できる。

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
ＳＢＲ−１（変性なし）：ＴＵＦＤＥＮＥ３８３０（旭化成（株）製、３７．５部油展品）
ＳＢＲ−２（変性あり）：ＳＥ０１９１（住友化学（株）製）
ＢＲ：ＢＲ１５０Ｂ（宇部興産（株）製）
カーボンブラック（ＩＳＡＦ）：ダイヤブラックＩ（三菱化学（株）製）
シリカ：ニプシルＡＱ（東ソー・シリカ（株）製）
シランカップリング剤１：Ｓｉ２６６（デグッサ（株）製）
シランカップリング剤２：Ｓｉ６９（デグッサ（株）製）
オイル：ＶＩＶＡＴＥＣ４００（Ｈ＆Ｒ社製）
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
ステアリン酸：日油（株）製の桐
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＣＺ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルグアニジン）

実施例１〜５
〔第１ベース練り工程〕
表１に示す配合に従い、神戸製鋼社製バンバリーミキサー（ＢＢ２７０）を用いて、シランカップリング剤、硫黄、加硫促進剤以外の材料を混練し、一次混練ゴムを製造した。バンバリーミキサーでの混練条件は以下のとおりである。
（混練条件）
一次混練ゴム（練りゴム）の温度：１５５℃になるまで混練
混練時間：３．５分間
ローター回転数：５０ｒｐｍ

〔第２ベース練り工程〕
第１ベース練り工程で得られた一次混練ゴムをフィードスクリュー（（株）モリヤマ社製２ＴＲ）により、２軸スクリュー押出機に供給すると同時に、シランカップリング剤注入装置（注射器タイプ）を使用して、表１に示す配合に従い、シランカップリング剤を押出機のフィードエリアに注入した。次いで、下記混練条件下で混練エリアで混練し、二次混練ゴムを調製した。
（混練条件）
スクリュー径：１００ｍｍ
スクリュー回転数：１００ｒｐｍ
スクリューＬ／Ｄ：４０
二次混練ゴム（練りゴム）の温度：表１に示された温度に調節
混練時間：表１に示された時間
混練後の二次混練ゴムを冷却エリアで１２０℃に冷却し、シーティングロールでシート状ゴムに成形した。更に、冷却装置（バッチオフマシーン）に移送され、二次混練ゴムを４０℃に冷却した。

〔仕上げ練り工程〕
表１に示す配合に従い、同一のバンバリーミキサーを用いて、第２ベース練り工程で得られた混練物（二次混練ゴム）、硫黄、加硫促進剤を混練し、三次混練ゴム（未加硫ゴム組成物）を得た。バンバリーミキサーでの混練条件は以下のとおりである。
（混練条件）
三次混練ゴム（未加硫ゴム組成物）の温度：１００℃になるまで混練
混練時間：２．５分間
ローター回転数：２５ｒｐｍ

比較例１
同一配合で、３ステージ練りにより未加硫ゴム組成物を作製した。なお、３ステージ練りは、以下の工程にて行った。
〔第１ベース練り工程〕
表１に示す配合に従い、同一のバンバリーミキサーを用いて、硫黄、加硫促進剤以外の材料を混練し、一次混練ゴムを製造した。得られた一次混練ゴムを４０℃に冷却した。
なお、バンバリーミキサーでの混練条件は以下のとおりである。
（混練条件）
一次混練ゴム（練りゴム）の温度：１５５℃になるまで混練
混練時間：３．５分間
ローター回転数：５０ｒｐｍ

〔第２ベース練り工程〕
表１に示す配合に従い、同一のバンバリーミキサーを用いて、第１ベース練り工程で得られた一次混練ゴムのみを混練し、二次混練ゴムを製造した。得られた二次混練ゴムを４０℃に冷却した。
なお、バンバリーミキサーでの混練条件は以下のとおりである。
（混練条件）
二次混練ゴム（練りゴム）の温度：１５０℃になるまで混練
混練時間：３分間
ローター回転数：５０ｒｐｍ

比較例２〜３
シランカップリング剤を押出機のフィードエリアで注入する代わりに、第１ベース練り工程でバンバリーミキサーに投入した以外は、実施例と同様にして未加硫ゴム組成物を作製した。

〔加硫ゴムシートの作製〕
実施例及び比較例で得られた未加硫ゴム組成物を１５０℃で３０分間プレス加硫し、加硫ゴムシートを得た。

〔試験用タイヤの製造〕
また、得られた未加硫ゴム組成物をトレッド形状に成形して、他のタイヤ部材と貼り合せ、１５０℃、３５分、２５ｋｇｆの条件で加硫することにより、試験用タイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を作製した。

上記での製造における加工性（バンバリーミキサーのロータでの密着、未加硫ゴム組成物のムーニー粘度、スコーチタイム）、作製した加硫ゴムシート、試験用タイヤを使用して、下記の評価を行った。それぞれの試験結果を表１に示す。

＜バンバリーミキサーのロータでの密着＞
以下の基準により、混練テストの状況で判断した。
有：ローター内にゴム残りが有る
無：ローター内にゴム残りが無い

＜ムーニー粘度試験（加工性）＞
ＪＩＳＫ６３００「未加硫ゴムの試験方法」に準じて、（株）島津製作所製のムーニー粘度試験機「ムーニービスコメーターＳＭＶ−２０２」を用い、１分間の予熱によって熱せられた１３０℃の温度条件にて、小ローターを回転させ、４分間経過した時点での未加硫ゴム組成物のムーニー粘度（ＭＬ_１＋４）を測定した。更に、未加硫ゴム組成物の粘度が１０ポイント上昇する時間（スコーチタイム（分））を測定した。ムーニー粘度が小さいほど加工性に優れることを示し、スコーチタイムが小さいほど早期加硫が生じ、好ましくないことを示す。

＜硬度＞
上記で得られた加硫ゴムシート（縦３０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ１５ｍｍ）を用いてＪＩＳ−Ｋ６２５３に従って硬度（Ｈｓ）を測定した。

＜引張試験＞
ＪＩＳＫ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて、３号ダンベルを用いて引張り試験を実施し、加硫ゴム試験片（加硫ゴムシート）の破断強度（ＴＢ）、破断時伸び（ＥＢ）を測定した。それぞれの単位は、ＭＰａ、％で示す。

＜粘弾性試験＞
加硫ゴムシートからから所定サイズの試験片を作製し、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータＶＥＳを用いて、初期歪１０％、動歪２％、及び周波数１０Ｈｚの条件下で、７０℃におけるゴム試験片の複素弾性率（Ｅ^＊）、損失正接（ｔａｎδ）を測定した。評価結果は、比較例１のＥ^＊を１００とする指数で示し、指数が大きいほど剛性に優れている。また、比較例１のｔａｎδを１００とする指数で示し、指数が大きいほどヒステリシスロスが少なく発熱が少ないことを示す。

＜シランカップリング剤の残量測定＞
練りゴムをガスクロマトグラフィーにて分析した。具体的には、熱分解して発生するメタノール量を定量し、残量を算出した。

＜操縦安定性＞
製造した試験用タイヤをトヨタカローラに装着し、テストコースにて４０〜１００ｋｍ／ｈで走行し、操縦安定性（ハンドル応答性、剛性感、グリップ性）についてテストドライバーによるフィーリング試験を、ドライ路面及びウェット路面状態（スキッドナンバー約５０）で実施した。以下の基準にて評価した。
◎：グリップ、グリップ感とも良くなる
○：基準
△：グリップ低下、グリップ感も悪くなる

＜耐摩耗性試験＞
製造した試験用タイヤをトヨタカローラに装着し、所定のコースを１００００ｋｍ走行後の溝深さの減少量を測定し、溝深さが１ｍｍ減少するときの走行距離を算出した。更に、比較例１の耐摩耗性指数を１００とし、下記計算式により、各配合の溝深さの減少量を指数表示した。なお、耐摩耗性指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合で１ｍｍ溝深さが減るときの走行距離）／（比較例１のタイヤの溝が１ｍｍ減るときの走行距離）×１００

実施例では、従来の３ステージ練り（比較例１）に比べてシランカップリング剤残量が少なく、シリカと原料ゴムとの反応率を高めることができた。このため、破断強度、破断時伸びが改善し、耐摩耗性、ウエット性能も改善した。また、加工性の改善も見られた。更に、シランカップリング剤をバンバリーミキサーに投入した比較例２〜３では、ロータへの密着が生じ、加工性が劣っていた。

１密閉式の第一ゴム混練機
２フィードスクリュー
３第二ゴム混練機
３ａフィードエリア
３ｂ混練エリア
３ｃ冷却エリア
４シランカップリング剤注入装置
５冷却装置
１１バンバリーミキサー
１２撹拌ロータ
１３混合室
１４排出口
１５混練機本体
１６投入口
１７縦孔
１８フローティングウェイト
１９ドロップドア
３１、３２スクリュー
４１シリンダー
４２シリンダージャケット

Claims

原料ゴムとシリカとを混練する密閉式の第一ゴム混練機と、
前記第一ゴム混練機から排出された一次混練ゴムとシランカップリング剤とを混練する混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機とを備えることを特徴とするシリカ配合ゴムの混練システムにおいて、
前記第一ゴム混練機がバンバリーミキサーであり、前記第二ゴム混練機が連続混練機であって、
前記連続混練機には、前記一次混練ゴム投入側から順にフィードエリアと混練エリアとが設けられており、前記フィードエリアにおいて前記シランカップリング剤が供給され、且つ少なくとも前記混練エリア内における前記混練対象物の温度調節が可能とされているシリカ配合ゴムの混練システム。
前記連続混練機が二軸連続混練機である請求項１記載のシリカ配合ゴムの混練システム。
前記第二ゴム混練機が前記混練対象物の温度を１２０〜２００℃に調節可能である請求項１又は２記載のシリカ配合ゴムの混練システム。
密閉式の第一ゴム混練機を用いて原料ゴム及びシリカを混練し、一次混練ゴムを得る工程（Ｉ）と、
前記第一ゴム混練機とは異なり且つ混練対象物の温度調節が可能な第二ゴム混練機を用いて前記一次混練ゴム及びシランカップリング剤を混練し、二次混練ゴムを得る工程（ＩＩ）と
を有することを特徴とするシリカ配合ゴムの混練方法において、
前記第一ゴム混練機が、バンバリーミキサーであり、
前記第二ゴム混練機が、前記一次混練ゴム投入側から順に前記シランカップリング剤を供給可能なフィードエリアと、前記一次混練ゴムと前記シランカップリング剤とを混練可能な混練エリアとを設けた連続混練機であって、
前記工程（ＩＩ）が、前記フィードエリアにおいて前記シランカップリング剤を供給した後、前記第二ゴム混練機の少なくとも前記混練エリア内において前記混練対象物としての前記一次混練ゴムと前記シランカップリング剤との混合物を１２０〜２００℃で混練するシリカ配合ゴムの混練方法。