JP6461628B2 - ゴム組成物の混練方法および空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、石油外資源由来のエポキシ化天然ゴムをゴム成分に含むゴム組成物の混練方法、および前記ゴム組成物を用いて空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法に関する。

近年、車の低燃費性および空気入りタイヤ（以下、単に「タイヤ」ともいう）の耐摩耗性を向上させるための努力が多く行われている。さらに、最近では、環境問題が重視されるようになり、地球温暖化の抑制のために、炭酸ガスの排出規制が強化されている。また、石油資源は有限であるため、石油資源の供給量の減少に備えて、石油外資源由来の材料を多用することが行われるようになってきた。

このような状況下、タイヤ用ゴム組成物の中でも、サイドウォール用ゴム組成物においては、製品タイヤにおいて耐引裂性や耐屈曲亀裂性などの耐裂性能を十分に確保するには、天然ゴムのみでは十分でないため、ゴム成分に天然ゴムを変性したゴムをブレンドすることが検討されており、そのような天然ゴムを変性したゴムとしてエポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）が注目されている。

しかし、このＥＮＲは天然ゴムに比べてカーボンブラックを取り込みやすいため、天然ゴムおよびＥＮＲを含むゴム成分を使用してサイドウォール用ゴム組成物の混練を行った場合、カーボンブラックの分散が悪く、サイドウォールに十分なゴム特性が確保されたタイヤを提供することができないという問題があった。

そして、このような問題は、サイドウォール用ゴム組成物に限られず、その他のタイヤ用ゴム組成物においても、ＥＮＲの使用を検討する上で同様に発生しており、特許文献１や特許文献２などに天然ゴムおよびＥＮＲを含むゴム成分を用いた場合のタイヤ性能が開示されているが、カーボンブラックの分散をどのように向上させて混練するかについては開示されていない。

特開２００７−１７７００５号公報 特開２００７−３２１０４０号公報

このため、本発明は、エポキシ化天然ゴムをゴム成分に含むゴム組成物の混練において、カーボンブラックの分散を向上させることができるゴム組成物の混練方法、および前記ゴム組成物を用いて耐裂性能が十分に確保された空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

請求項１に記載の発明は、
エポキシ化天然ゴムをゴム成分に含むゴム組成物の混練方法であって、
前記エポキシ化天然ゴム以外のゴム成分とカーボンブラックとを混練して、混練物１を作製する第１混練工程と、
前記第１混練工程で得られた前記混練物１と、前記エポキシ化天然ゴムとを混練して、混練物２を作製する第２混練工程と、
前記第２混練工程で得られた前記混練物２と、硫黄および加硫促進剤とを混練して、前記ゴム組成物を作製する仕上げ混練工程とを備えており、
前記第１混練工程において得られた前記混練物１のムーニー粘度ＭＬ _１＋４ が、前記エポキシ化天然ゴムのムーニー粘度ＭＬ _１＋４ に対して±１０以内でない場合、または、前記混練物１におけるカーボンブラックの分散が９０％未満である場合、前記混練物１を再度混練する再練工程を、前記第２混練工程の前に有していることを特徴とするゴム組成物の混練方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記ゴム組成物のゴム成分が、エポキシ化天然ゴムと天然ゴムとにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物の混練方法である。

請求項３に記載の発明は、
前記ゴム組成物のゴム成分１００ＰＨＲが、１０〜７０ＰＨＲのエポキシ化天然ゴムと３０〜９０ＰＨＲの天然ゴムとにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載のゴム組成物の混練方法である。

請求項４に記載の発明は、
前記カーボンブラックの投入量が、前記ゴム成分１００ＰＨＲに対して、２〜２０ＰＨＲであることを特徴とする請求項３に記載のゴム組成物の混練方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記第１混練工程において、天然ゴムをベール状態で投入することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のゴム組成物の混練方法である。

請求項６に記載の発明は、
前記ゴム組成物が、サイドウォール用ゴム組成物であることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のゴム組成物の混練方法である。

請求項７に記載の発明は、
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のゴム組成物の混練方法により作製されたゴム組成物を用いて空気入りタイヤを製造することを特徴とする空気入りタイヤの製造方法である。

本発明によれば、エポキシ化天然ゴムをゴム成分に含むゴム組成物の混練において、カーボンブラックの分散を向上させることができるゴム組成物の混練方法、および前記ゴム組成物を用いて耐裂性能が十分に確保された空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法を提供することができる。

以下、本発明を実施の形態に基いて具体的に説明する。なお、以下においては、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）と天然ゴム（ＮＲ）とをゴム成分として使用している場合を例に挙げて説明する。

本実施の形態に係るゴム組成物の混練方法は、少なくとも、
（１）ＥＮＲ以外のゴム成分であるＮＲとカーボンブラックとを混練して、混練物１を作製する第１混練工程、
（２）第１混練工程で得られた混練物１と、ＥＮＲとを混練して、混練物２を作製する第２混練工程、
（３）第２混練工程で得られた混練物２と、硫黄および加硫促進剤とを混練して、ゴム組成物を作製する仕上げ混練工程
の３つの混練工程を有している。

このように、本発明の実施の形態に係るゴム組成物の混練方法では、第１混練工程においてＥＮＲ以外のゴム成分であるＮＲとカーボンとを混練することにより、ＥＮＲの混練を行う前にカーボンブラックを十分に分散させた混練物１を得ることができる。

そして、その後、第２混練工程において、カーボンブラックが十分に分散した混練物１とＥＮＲとを混練するため、ＥＮＲの混練に際してカーボンの取り込みを抑制することができる。

以下、各工程毎に説明する。

１．第１混練工程
第１混練工程は、上記したように、ＮＲとカーボンブラックとを混練して、混練物１を作製する工程である。

具体的には、混練機としてバンバリーミキサーやニーダーなど通常の混練機を用いて、ＮＲとカーボンブラックを投入して、所定の温度で所定の時間混練することにより、混練物１を作製する。

これにより、ＮＲ中にカーボンブラックが十分に分散した混練物１を得ることができる。即ち、上記したように、ＥＮＲ以外のゴム成分であるＮＲとカーボンブラックとを混練することにより、ＥＮＲの混練を行う前にカーボンブラックを十分に分散させた混練物１を得ることができる。

ＮＲとしては、ＴＳＲが好ましく使用されるが、特に限定されない。また、カーボンブラックとしては、ＩＳＡＦが好ましく使用されるが、特に限定されない。

そして、本実施の形態においては、配合剤として、上記したカーボンブラックに加えて、従来より一般的に使用されている酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、ワックスなどの配合剤を適宜配合して用いることができる。なお、これらの配合剤は、この第１混練工程において、カーボンブラックと共に投入されて混練される。

本発明者の実験の結果によると、第１混練工程において、予めカーボンマスターバッチ（ＣＢＭ／Ｂ）加工されたＮＲや予め素練り加工が施されたＮＲを投入した場合、次工程の第２混練工程でＥＮＲを投入した際、ＥＮＲの潰れ不良が発生する恐れがあり、また、仕上げ混練工程後のゴム組成物におけるカーボンブラックの分散が不十分となる恐れがあった。これに対して、ＮＲをベール状態で投入した場合には、これらの問題が発生しなかった。従って、本実施の形態においては、ＮＲをベール状態で投入することが好ましい。

作製された混練物１は混練機から取り出した後、まず、ミクロトーム法を用いて混練物１におけるカーボンブラックの分散状況を確認する。これは、混練物１におけるカーボンブラックの分散状況が十分、具体的には、９０％以上の分散でないと、仕上げ混練工程後のゴム組成物において十分なカーボンブラックの分散を得ることができなくなるためである。

次に、混練物１のムーニー粘度ＭＬ_１＋４（以下、単に「ムーニー粘度」ともいう）を、ＪＩＳ Ｋ６３０１に基づき、例えば、島津製作所社製ＭＶ２０２を用いて１３０℃で測定し、ＥＮＲのムーニー粘度に対して±１０以内であることを確認する。これは、混練物１におけるムーニー粘度がＥＮＲのムーニー粘度と大きく異なっていると、第２混練工程においてＥＮＲが十分に混練されず、ＥＮＲの潰れ不良が発生するためである。

上記において各測定結果が十分満足できる場合、即ち、前記した通り、カーボンブラックの分散が９０％以上であり、混練物１のムーニー粘度がＥＮＲのムーニー粘度に対して±１０以内である場合には、次工程である第２混練工程に進む。

一方、測定結果が上記を十分に満足できていなかった場合には、次工程である第２混練工程に進む前に、再度混練（リミル）を行う（再練工程）。そして、上記を十分に満足できる測定結果が得られるまで、この再練工程を繰り返し、その後、第２混練工程に進む。

２．第２混練工程
第２混練工程は、前記したように、第１混練工程で得られた混練物１と、ＥＮＲとを混練して、混練物２を作製する工程である。

具体的には、混練機に混練物１とＥＮＲを投入して、所定の温度で、十分にＥＮＲが混練物１に混入されるまで混練を行う。

これにより、ＮＲおよびＥＮＲ中にカーボンブラックが９０％以上と十分に分散した混練物２を得ることができる。即ち、前記したように、第２混練工程において、カーボンブラックが十分に分散した混練物１とＥＮＲとを混練するため、ＥＮＲの混練に際してカーボンの取り込みを抑制することができる。

ＥＮＲとしては、ＥＮＲ２５が好ましく使用されるが、特に限定されず、市販品を使用してもよい。

３．仕上げ混練工程
仕上げ混練工程は、前記したように、第２混練工程で得られた混練物２と、硫黄および加硫促進剤とを混練して、ゴム組成物を作製する工程である。なお、硫黄および加硫促進剤は、加硫が進まないように最終工程である仕上げ混練工程で投入する。

具体的には、混練機に混練物２と、硫黄（加硫剤）および加硫促進剤を投入して、９０〜１１０℃の混練温度で、所定の時間混練することにより、ゴム組成物を作製する。

混練温度が１１０℃より高い場合、混練中に加硫が開始する恐れがある。一方、混練温度が９０℃未満の場合、混練機から排出されたゴム組成物に硫黄や加硫促進剤の分散不良が発生したり、ゴム組成物をロールにてシーティングする際、シート切れなどの生地不良が発生したりする。なお、シート切れは、ムーニー粘度が低すぎる場合にも、自重により発生することがある。

以上により、ＮＲおよびＥＮＲ中にカーボンブラックが９０％以上と十分に分散して、サイドウォール用ゴム組成物などのタイヤ用ゴム組成物として好適なゴム組成物を得ることができる。

そして、上記した本発明の実施の形態に係るゴム組成物の混練方法により作製されたゴム組成物を用いて空気入りタイヤを製造することにより、耐裂性能が十分に確保されたた空気入りタイヤを提供することができる。

なお、本実施の形態において、ＮＲおよびＥＮＲの配合比率は、ゴム組成物のゴム成分１００ＰＨＲにおいて、１０〜７０ＰＨＲのエポキシ化天然ゴムと３０〜９０ＰＨＲの天然ゴムであることが好ましく、このような配合比率とすることにより、石油外資源由来のゴム成分であっても十分な耐裂性能を有するゴム組成物を提供することができる。

そして、カーボンブラックの投入量としては、ゴム組成物において９０％以上と十分なカーボンブラックの分散が得られるように、ゴム成分１００ＰＨＲに対して、２〜２０ＰＨＲであることが好ましい。

以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。

表１に示す配合で、表２に示す混練条件でゴム組成物の混練を行い、各ゴム組成物について表２に示すゴム物性および加工性を評価した。なお、本実施例において使用したＥＮＲ２５のムーニー粘度は６５である。

表１に示す配合剤のうち、上記した第１混練工程では、ＥＮＲ、硫黄、加硫促進剤ＣＺ以外の配合剤を投入し、第２混練工程では、ＥＮＲを投入し、仕上げ混練工程では、硫黄、加硫促進剤ＣＺを投入した。

なお、表２の「ＴＳＲ状態」において、「ダイレクト」とはＴＳＲをベールのままダイレクトで投入したことを示し、「ＣＢＭ／Ｂ」とはＴＳＲをカーボンマスターバッチとして投入したことを示し、「素練り」とはＴＳＲを素練り加工して投入したことを示している。

また、「ＥＮＲ投入工程」は、何工程目にＥＮＲが投入されたかを示しており、例えば、実施例１では３工程目にＥＮＲが投入され、第１混練工程と第２混練工程との間に、１回再練工程が入っていることを示している。なお、第１混練工程は、前記したようにＥＮＲ以外のゴム成分であるＮＲとカーボンブラックとを混練して、混練物１を作製する工程であり、第２混練工程は、前記したように、第１混練工程で得られた混練物１と、ＥＮＲとを混練して、混練物２を作製する工程である。

また、「シートゴム粘度」は、仕上げ混練工程後、ロールにてシーティングされたゴム組成物のムーニー粘度ＭＬ_１＋４を、ＪＩＳ Ｋ６３０１に基づき、島津製作所社製のＭＶ２０２を用いて１３０℃で測定した結果を示している。数値が小さいほど加工性が優れていることを示す。

また、「合計混練回数」は、再練工程を含めた総混練回数を示しており、例えば、比較例３では、第２混練工程である「ＥＮＲ投入工程」に比べて２回増えており、第２混練工程と仕上げ混練工程の間に、１回再練工程が入っていることを示している。

また、「ＥＮＲ潰れ不良」は、ゴム組成物にＥＮＲの潰れ不良が発生しているか否かを示しており、「○」はＥＮＲの潰れ不良が発生しなかったことを、「×」はＥＮＲの潰れ不良が発生したことを示している。

また、「カーボン分散」は、ゴム組成物におけるカーボンブラックの分散状況をミクロトーム法により測定したときの分散の程度を示している。上記したように、９０％以上であれば十分なゴム物性を得ることができる。

表２より、ＴＳＲをダイレクトで投入して第１混練工程を行った後、ＥＮＲとのムーニー粘度差が±１０以内になるように再練工程を行い、その後、第２混練工程を行うことにより（実施例１〜３）、仕上げ混練後のゴム組成物で９０％以上の良好なカーボンブラックの分散が得られることが分かる。

これに対して、ＴＳＲをＣＢＭ／Ｂに加工したり、ＴＳＲを素練り加工したりした後に、実施例と同様の工程で混練を実施した場合（比較例１、比較例２）には、ＥＮＲに比べてムーニー粘度が低くなりすぎて、３工程目のＥＮＲの投入によりＥＮＲの潰れ不良が発生し、仕上げ混練工程後のカーボンブラックの分散も９０％未満と十分ではない。

そして、１工程目でＴＳＲをダイレクトで投入し、２工程目でＥＮＲを投入し、３工程目で再練を行った後に４工程目で仕上げ混練工程を行った場合（比較例３）、仕上げ混練工程後のカーボンブラックの分散は９０％未満に留まっている。

また、１工程目でＴＳＲをダイレクトで投入すると共にＥＮＲを投入し、再練を２回行った後に４工程目で仕上げ混練工程を行った場合（比較例４）、仕上げ混練工程後のカーボンブラックの分散は９０％未満に留まっている。

また、ＴＳＲをＣＢＭ／Ｂにして比較例４と同様の方法で混練を行った場合（比較例５）、仕上げ混練工程後のカーボンブラックの分散は９０％未満に留まっている。

また、実施例１〜３より再練工程の回数を１回増やしてからＥＮＲを投入した場合（比較例６）、ＥＮＲに比べてムーニー粘度が低くなりすぎて、４工程目のＥＮＲの投入によりＥＮＲの潰れ不良が発生し、仕上げ混練工程後のカーボンブラックの分散も９０％未満に留まっている。

また、１工程目でＴＳＲをダイレクトで投入し、２工程目でＥＮＲを投入した場合（比較例７）、ＥＮＲに比べてムーニー粘度が高く、２工程目のＥＮＲの投入によりＥＮＲの潰れ不良が発生し、仕上げ混練工程後のカーボンブラックの分散も９０％未満に留まっている。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。

Claims (7)

1. エポキシ化天然ゴムをゴム成分に含むゴム組成物の混練方法であって、
   前記エポキシ化天然ゴム以外のゴム成分とカーボンブラックとを混練して、混練物１を作製する第１混練工程と、
   前記第１混練工程で得られた前記混練物１と、前記エポキシ化天然ゴムとを混練して、混練物２を作製する第２混練工程と、
   前記第２混練工程で得られた前記混練物２と、硫黄および加硫促進剤とを混練して、前記ゴム組成物を作製する仕上げ混練工程とを備えており、
   前記第１混練工程において得られた前記混練物１のムーニー粘度ＭＬ _１＋４ が、前記エポキシ化天然ゴムのムーニー粘度ＭＬ _１＋４ に対して±１０以内でない場合、または、前記混練物１におけるカーボンブラックの分散が９０％未満である場合、前記混練物１を再度混練する再練工程を、前記第２混練工程の前に有していることを特徴とするゴム組成物の混練方法。
2. 前記ゴム組成物のゴム成分が、エポキシ化天然ゴムと天然ゴムとにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物の混練方法。
3. 前記ゴム組成物のゴム成分１００ＰＨＲが、１０〜７０ＰＨＲのエポキシ化天然ゴムと３０〜９０ＰＨＲの天然ゴムとにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載のゴム組成物の混練方法。
4. 前記カーボンブラックの投入量が、前記ゴム成分１００ＰＨＲに対して、２〜２０ＰＨＲであることを特徴とする請求項３に記載のゴム組成物の混練方法。
5. 前記第１混練工程において、天然ゴムをベール状態で投入することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のゴム組成物の混練方法。
6. 前記ゴム組成物が、サイドウォール用ゴム組成物であることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のゴム組成物の混練方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のゴム組成物の混練方法により作製されたゴム組成物を用いて空気入りタイヤを製造することを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。