ゴム配合剤
【課題】鶏糞、豚糞、牛糞等の畜糞燃焼灰を原料として得られる畜糞燃焼灰中和物を主成分とするゴム配合剤を提供する。
【解決手段】畜糞を燃焼して得られる燃焼灰を酸で中和し、乾燥し、粉砕して得られる畜糞燃焼灰中和物を天然ゴムに配合して、そのゴム組成物のアクロン摩耗試験を行うことで、畜糞燃焼灰中和物の耐摩耗性向上機能を見出した。
【解決手段】畜糞を燃焼して得られる燃焼灰を酸で中和し、乾燥し、粉砕して得られる畜糞燃焼灰中和物を天然ゴムに配合して、そのゴム組成物のアクロン摩耗試験を行うことで、畜糞燃焼灰中和物の耐摩耗性向上機能を見出した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴムの機能を補強するために使用されるゴム配合剤に関し、より詳細には、ゴムに配合することで耐摩耗性を高める畜糞燃焼灰中和物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スタッドレスタイヤ等の冬用タイヤのトレッドに用いられるゴム組成物においては、氷上摩擦力を高めるために、トレッドに発泡ゴムを使用したり、中空粒状体や、ガラス繊維、植物性粒状体等の硬質材料を配合することがなされている。
【０００３】
また、特許文献１には、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、ケイ酸カルシウム等のカルシウム化合物を加硫剤と併用することによって、ゴム組成物の耐酸性を著しく強化するゴム組成物が開示されている。他にも、特許文献２には、可塑化戻りの少ないシリコンゴム組成物を得るための多孔質リン酸カルシウムの粒子からなる改質剤が、特許文献３には、ジエン系ゴムに、家畜骨等から得られる多孔性の天然ヒドロキシアパタイト粉末を加えて、スタッドレスタイヤやスノータイヤなどの冬用タイヤのトレッドに用いられるゴム組成物が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献４には、天然骨由来の天然ヒドロキシアパタイト多孔体を骨充填材料等に用いることが記載されている。また、特許文献５には、天然ヒドロキシアパタイトを牛骨等の家畜骨から効率的に生産するための方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６１−２９６１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５２９１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８５５３６号公報
【特許文献４】特開平５−２０８０４４号公報
【特許文献５】特許第２５３４４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、産業廃棄物、とくに鶏糞、豚糞、牛糞等の畜糞燃焼灰を原料として得られる畜糞燃焼灰中和物を主成分とするゴム配合剤を提供することを目的とするものである。自動車や航空機用のタイヤ、産業機械類の部品（ベルト、ロールなど）、建設資材（耐震ゴム、改質アスファルトなど）、靴類など摩擦により劣化するゴム改良のため、ゴムメーカーでは日々、耐摩耗性を発揮する素材の探索に努めている。それゆえ、耐摩耗性を有する素材を開発し、ゴム配合剤としてメーカーに提供することは意義がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のゴム配合剤は、畜糞燃焼灰中和物を主成分とすることを第１の特徴とし、また、畜糞が鶏糞であることを第２の特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
そのままでは強アルカリ性で使用できなかった畜糞燃焼灰を、中和し、微粉末にすることで、ゴム配合剤としての機能、すなわち、耐摩耗性を高めるという機能を見出し、ゴム配合剤として使用可能にした。また、産業廃棄物として廃棄されていた畜糞を、機能性素材として利用できることを見出したことにより、環境負荷軽減という二次的な効果も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る畜糞燃焼灰からの畜糞燃焼灰中和物製造工程を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す工程で製造した畜糞燃焼灰中和物を添加したゴムの引張試験の結果を示すグラフである。
【図３】図１に示す工程で製造した畜糞燃焼灰中和物を添加したゴムのアクロン摩耗試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のゴム配合剤は、鶏糞燃焼灰中和物を微粉砕したものである。
【００１１】
鶏糞は、主に宮崎県、鹿児島県下の養鶏場より集荷されたもので、水分含量が３０〜５０％である。
【００１２】
鶏糞燃焼灰は、当該鶏糞を７００〜１２００℃、好ましくは８００〜１１００℃、より好ましくは９００〜１０００℃で燃焼させることで製造できる。鶏糞燃焼灰の水分含量は通常１％以下である。
【００１３】
鶏糞燃焼灰中和物は、当該鶏糞燃焼灰１００部に対し、硫酸、塩酸、リン酸等の鉱酸を、例えば正リン酸（リン酸濃度７５％品）を１５〜３５部、好ましくは２０部〜３０部、より好ましくは２３部〜２７部を添加・混合して得られる。水分含量は通常、１０〜２０％である。混合機は市場で売買されているバッチ式、連続式を問わず、均一に混合できるものならいずれを使用しても良い。
【００１４】
鶏糞燃焼中和物粉砕品は、当該鶏糞燃焼灰中和物を粉砕機で粉砕した後、１００メッシュ、好ましくは２００メッシュ、より好ましくは４００メッシュの篩を通すことで得られる。粉砕に使用される粉砕機は、遠心式粉砕機、気流式粉砕気、グラインダー等微粉砕できるものなら何でも良い。ゴム配合剤は、ゴムへの配合のし易さから、微粒子であればあるほど良いとされており、市販品の中には１ミクロン以下の製品も存在する。
【００１５】
現在、ゴム配合剤として多用されているブラックカーボン、二酸化ケイ素などは、一般的に、ゴム１００部に対し、２０〜６０部程度配合されて、耐摩耗性などの機能を発現している。鶏糞燃焼灰中和物粉砕品は、天然ゴム１００部に対し５部以上、好ましくは１０部以上配合することで、鶏糞燃焼灰中和物粉砕品無添加時と比較し、３％以上の耐摩耗性改善効果を示す。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［鶏糞燃焼灰］
本発明者らは、鶏糞を燃料にして蒸気の製造及びその蒸気を用いた発電を実施している。鶏糞（含水率３５％）を９００〜１０００℃で燃焼させると、原料の１０％程度に減容された燃焼灰（含水率１％以下）が得られる。蛍光Ｘ線（装置：株式会社島津製作所製 エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置 ＥＤＸ−８００ＨＳ）による鶏糞燃焼灰の無機成分組成分析例は次のとおりである。
リン：９．３％
カリウム：３４．４％
カルシウム：２９．１％
マグネシウム：４．１％
ｐＨ１２（１０％水懸濁液）
この鶏糞燃焼灰類似の灰として、水処理汚泥燃焼灰、豚糞・牛糞等の畜糞燃焼灰が挙げられる。
【００１７】
［鶏糞燃焼灰中和物製造工程］
図１に示すように、先ず鶏糞燃焼灰（２．４ｋｇ、含水率１％以下）に正リン酸（リン酸濃度７５％）をｐＨ７になるように０．６ｋｇを添加した。その際、発熱し、水蒸気が発生するが、常温に戻るまで攪拌した（ステップＳ１）。これにより、ウェット（含水）状態の鶏糞燃焼灰中和物（３．３ｋｇ、含水率１６．９％）が得られた。次いで、得られた鶏糞燃焼灰中和物を１０５℃の温風で約１２時間送風乾燥して、鶏糞燃焼灰中和物の乾燥品（２．８ｋｇ；含水率２．３％）を得た（ステップＳ２）。この鶏糞燃焼灰中和物の乾燥品の蛍光Ｘ線（装置：株式会社島津製作所製 エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置 ＥＤＸ−８００ＨＳ）による無機成分組成は、リン：１７．６％、カリウム：２５．６％、マグネシウム：４．４％で、ｐＨは７．１（１０％水懸濁液）であった。次いで、得られた鶏糞燃焼灰中和物の乾燥品を超遠心粉砕機（レッチェ製：スクリーンサイズ０．５ｍｍ）にて粉砕（ステップＳ３）した後、メッシュサイズ２５μｍで篩い分けを行い（ステップＳ４）、平均粒径８．２μｍの鶏糞燃焼灰中和物の微粉砕品を得た。
【００１８】
以下、上記工程により得られた鶏糞燃焼灰中和物の粉砕品を、天然ゴムの配合剤として評価した。その配合処方を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
［ゴム組成物の調製］
表１の配合処方に従って、硫黄、ＭＢＴＳ（加硫促進剤）以外の成分を加圧ニーダーで加温しながら混練し、次いでゴムロールに移して硫黄、ＭＢＴＳを添加、さらに混練し、比較例１と実施例１、２を得た。
【００２１】
［ゴム配合剤としての評価］
キュラストメーター（加硫試験機）によるスコーチタイム及び加硫速度の試験、引張試験、アクロン摩耗試験を行った。結果を表２と図２及び図３のグラフに示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
表２から分かるように、スコーチタイムは用量依存的に早まる傾向を示し、この加硫条件では作業性が懸念されるが、アクロン摩耗試験では用量依存的に摩耗体積が低下し、耐摩耗効果があることが分かった。また、引張試験でも１０分加硫条件下で、用量依存的に強くなる傾向が見られた。本発明のゴム配合剤は天然ゴムに配合して耐摩耗性を向上させることが明らかになったことから、天然ゴムが利用される自動車や航空機用のタイヤ、産業機械類の部品（ベルト、ロールなど）、建設資材（耐震ゴム、改質アスファルトなど）、靴類など摩擦により劣化するゴムの改良のため、広く利用することができる。さらに天然ゴム以外にもスチレンゴム（ＳＢＲ、ＳＢＳ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、シリコンゴムなど他のゴムの物性改良に貢献する可能性も容易に推定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴムの機能を補強するために使用されるゴム配合剤に関し、より詳細には、ゴムに配合することで耐摩耗性を高める畜糞燃焼灰中和物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スタッドレスタイヤ等の冬用タイヤのトレッドに用いられるゴム組成物においては、氷上摩擦力を高めるために、トレッドに発泡ゴムを使用したり、中空粒状体や、ガラス繊維、植物性粒状体等の硬質材料を配合することがなされている。
【０００３】
また、特許文献１には、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、ケイ酸カルシウム等のカルシウム化合物を加硫剤と併用することによって、ゴム組成物の耐酸性を著しく強化するゴム組成物が開示されている。他にも、特許文献２には、可塑化戻りの少ないシリコンゴム組成物を得るための多孔質リン酸カルシウムの粒子からなる改質剤が、特許文献３には、ジエン系ゴムに、家畜骨等から得られる多孔性の天然ヒドロキシアパタイト粉末を加えて、スタッドレスタイヤやスノータイヤなどの冬用タイヤのトレッドに用いられるゴム組成物が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献４には、天然骨由来の天然ヒドロキシアパタイト多孔体を骨充填材料等に用いることが記載されている。また、特許文献５には、天然ヒドロキシアパタイトを牛骨等の家畜骨から効率的に生産するための方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６１−２９６１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５２９１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８５５３６号公報
【特許文献４】特開平５−２０８０４４号公報
【特許文献５】特許第２５３４４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、産業廃棄物、とくに鶏糞、豚糞、牛糞等の畜糞燃焼灰を原料として得られる畜糞燃焼灰中和物を主成分とするゴム配合剤を提供することを目的とするものである。自動車や航空機用のタイヤ、産業機械類の部品（ベルト、ロールなど）、建設資材（耐震ゴム、改質アスファルトなど）、靴類など摩擦により劣化するゴム改良のため、ゴムメーカーでは日々、耐摩耗性を発揮する素材の探索に努めている。それゆえ、耐摩耗性を有する素材を開発し、ゴム配合剤としてメーカーに提供することは意義がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のゴム配合剤は、畜糞燃焼灰中和物を主成分とすることを第１の特徴とし、また、畜糞が鶏糞であることを第２の特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
そのままでは強アルカリ性で使用できなかった畜糞燃焼灰を、中和し、微粉末にすることで、ゴム配合剤としての機能、すなわち、耐摩耗性を高めるという機能を見出し、ゴム配合剤として使用可能にした。また、産業廃棄物として廃棄されていた畜糞を、機能性素材として利用できることを見出したことにより、環境負荷軽減という二次的な効果も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る畜糞燃焼灰からの畜糞燃焼灰中和物製造工程を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す工程で製造した畜糞燃焼灰中和物を添加したゴムの引張試験の結果を示すグラフである。
【図３】図１に示す工程で製造した畜糞燃焼灰中和物を添加したゴムのアクロン摩耗試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のゴム配合剤は、鶏糞燃焼灰中和物を微粉砕したものである。
【００１１】
鶏糞は、主に宮崎県、鹿児島県下の養鶏場より集荷されたもので、水分含量が３０〜５０％である。
【００１２】
鶏糞燃焼灰は、当該鶏糞を７００〜１２００℃、好ましくは８００〜１１００℃、より好ましくは９００〜１０００℃で燃焼させることで製造できる。鶏糞燃焼灰の水分含量は通常１％以下である。
【００１３】
鶏糞燃焼灰中和物は、当該鶏糞燃焼灰１００部に対し、硫酸、塩酸、リン酸等の鉱酸を、例えば正リン酸（リン酸濃度７５％品）を１５〜３５部、好ましくは２０部〜３０部、より好ましくは２３部〜２７部を添加・混合して得られる。水分含量は通常、１０〜２０％である。混合機は市場で売買されているバッチ式、連続式を問わず、均一に混合できるものならいずれを使用しても良い。
【００１４】
鶏糞燃焼中和物粉砕品は、当該鶏糞燃焼灰中和物を粉砕機で粉砕した後、１００メッシュ、好ましくは２００メッシュ、より好ましくは４００メッシュの篩を通すことで得られる。粉砕に使用される粉砕機は、遠心式粉砕機、気流式粉砕気、グラインダー等微粉砕できるものなら何でも良い。ゴム配合剤は、ゴムへの配合のし易さから、微粒子であればあるほど良いとされており、市販品の中には１ミクロン以下の製品も存在する。
【００１５】
現在、ゴム配合剤として多用されているブラックカーボン、二酸化ケイ素などは、一般的に、ゴム１００部に対し、２０〜６０部程度配合されて、耐摩耗性などの機能を発現している。鶏糞燃焼灰中和物粉砕品は、天然ゴム１００部に対し５部以上、好ましくは１０部以上配合することで、鶏糞燃焼灰中和物粉砕品無添加時と比較し、３％以上の耐摩耗性改善効果を示す。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［鶏糞燃焼灰］
本発明者らは、鶏糞を燃料にして蒸気の製造及びその蒸気を用いた発電を実施している。鶏糞（含水率３５％）を９００〜１０００℃で燃焼させると、原料の１０％程度に減容された燃焼灰（含水率１％以下）が得られる。蛍光Ｘ線（装置：株式会社島津製作所製 エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置 ＥＤＸ−８００ＨＳ）による鶏糞燃焼灰の無機成分組成分析例は次のとおりである。
リン：９．３％
カリウム：３４．４％
カルシウム：２９．１％
マグネシウム：４．１％
ｐＨ１２（１０％水懸濁液）
この鶏糞燃焼灰類似の灰として、水処理汚泥燃焼灰、豚糞・牛糞等の畜糞燃焼灰が挙げられる。
【００１７】
［鶏糞燃焼灰中和物製造工程］
図１に示すように、先ず鶏糞燃焼灰（２．４ｋｇ、含水率１％以下）に正リン酸（リン酸濃度７５％）をｐＨ７になるように０．６ｋｇを添加した。その際、発熱し、水蒸気が発生するが、常温に戻るまで攪拌した（ステップＳ１）。これにより、ウェット（含水）状態の鶏糞燃焼灰中和物（３．３ｋｇ、含水率１６．９％）が得られた。次いで、得られた鶏糞燃焼灰中和物を１０５℃の温風で約１２時間送風乾燥して、鶏糞燃焼灰中和物の乾燥品（２．８ｋｇ；含水率２．３％）を得た（ステップＳ２）。この鶏糞燃焼灰中和物の乾燥品の蛍光Ｘ線（装置：株式会社島津製作所製 エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置 ＥＤＸ−８００ＨＳ）による無機成分組成は、リン：１７．６％、カリウム：２５．６％、マグネシウム：４．４％で、ｐＨは７．１（１０％水懸濁液）であった。次いで、得られた鶏糞燃焼灰中和物の乾燥品を超遠心粉砕機（レッチェ製：スクリーンサイズ０．５ｍｍ）にて粉砕（ステップＳ３）した後、メッシュサイズ２５μｍで篩い分けを行い（ステップＳ４）、平均粒径８．２μｍの鶏糞燃焼灰中和物の微粉砕品を得た。
【００１８】
以下、上記工程により得られた鶏糞燃焼灰中和物の粉砕品を、天然ゴムの配合剤として評価した。その配合処方を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
［ゴム組成物の調製］
表１の配合処方に従って、硫黄、ＭＢＴＳ（加硫促進剤）以外の成分を加圧ニーダーで加温しながら混練し、次いでゴムロールに移して硫黄、ＭＢＴＳを添加、さらに混練し、比較例１と実施例１、２を得た。
【００２１】
［ゴム配合剤としての評価］
キュラストメーター（加硫試験機）によるスコーチタイム及び加硫速度の試験、引張試験、アクロン摩耗試験を行った。結果を表２と図２及び図３のグラフに示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
表２から分かるように、スコーチタイムは用量依存的に早まる傾向を示し、この加硫条件では作業性が懸念されるが、アクロン摩耗試験では用量依存的に摩耗体積が低下し、耐摩耗効果があることが分かった。また、引張試験でも１０分加硫条件下で、用量依存的に強くなる傾向が見られた。本発明のゴム配合剤は天然ゴムに配合して耐摩耗性を向上させることが明らかになったことから、天然ゴムが利用される自動車や航空機用のタイヤ、産業機械類の部品（ベルト、ロールなど）、建設資材（耐震ゴム、改質アスファルトなど）、靴類など摩擦により劣化するゴムの改良のため、広く利用することができる。さらに天然ゴム以外にもスチレンゴム（ＳＢＲ、ＳＢＳ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、シリコンゴムなど他のゴムの物性改良に貢献する可能性も容易に推定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜糞燃焼灰中和物を主成分とするゴム配合剤。
【請求項２】
畜糞が鶏糞であることを特徴とする請求項１記載のゴム配合剤。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のゴム配合剤を含むゴム組成物。
【請求項１】
畜糞燃焼灰中和物を主成分とするゴム配合剤。
【請求項２】
畜糞が鶏糞であることを特徴とする請求項１記載のゴム配合剤。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のゴム配合剤を含むゴム組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２０１７２１（Ｐ２０１２−２０１７２１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５３９２（Ｐ２０１１−６５３９２）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５９８１２３３１２）南国興産株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５９８１２３３１２）南国興産株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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