JP2000204209A - ブチルゴムの硬化 - Google Patents
ブチルゴムの硬化Info
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Abstract
ブリッジのモル比が約2.5:1未満であるようにジメ
チレンエーテルブリッジとメチレンブリッジを有する多
環状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂を用いて硬化さ
せたブチルゴム調合物は向上した熱老化特性を示す。
Description
bber)の硬化に関する。
と少量のイソプレンを共重合させることで行われてい
る。未硬化状態のブチルゴムは典型的な可塑性ゴム(p
lastic gum)特性を有する弱い材料であり、
それは明確な弾性限界(elatic limit)を
持たない、即ちそれに引張り応力をゆっくりかけるとそ
れは破壊を起こすことなくほとんど無限に伸びそしてそ
の応力を取り除いた後に弾性回復を実質的に全く示さな
い。他方、加硫を受けさせたか或は硬化させたブチルゴ
ムは強い非可塑性材料であり、これは弾性限界を持つば
かりでなく、数百パーセントの如く大きく伸びた後にそ
れの元の長さに実質的に戻る能力を有する。
記の基本的な3方法の1つを用いて行われる。それらは
(1)促進硫黄加硫(accelerated sul
fur vulcanization)、(2)ジオキ
シムおよび関連したジニトロソ化合物を用いた架橋、お
よび(3)フェノール−ホルムアルデヒド(レゾール)
樹脂による硬化である。本発明は後者の硬化方法に関す
る。
ル類、そしてフェノールとホルムアルデヒドが塩基の存
在下で縮合することで生じるフェノール−ホルムアルデ
ヒド樹脂が含まれる。典型的な作用剤には2,6−ジヒ
ドロキシメチル−4−アルキルフェノール類およびそれ
の多環状縮合重合体が含まれる。その例が米国特許第
2,701,895号(1955年2月15日、これは
引用することによって本明細書に組み入れられる)に与
えられている。
するメチロール基と未硬化ゴムが反応を起こして架橋し
た構造物が生じることを通して起こる。そのようなブチ
ルゴムの硬化機構は提案されている[例えばR.P.L
attimer他、Rubber Chemicstr
y 7 Technology、62巻、107−12
3頁(1988)(引用することによって本明細書に組
み入れられる)を参照]。
し、それの1つはタイヤ硬化用ブラダー(tire−c
uring bladders)である。タイヤ硬化用
ブラダーは膨張性でアニュラートロイダル(annul
ar toroidal)形態を有する。この硬化用ブ
ラダーは、タイヤ成形中に生タイヤケーシング(raw
tire casing)内に補助として配置され、
タイヤの成形は、成形用プレス(moulding p
ress)(この中でタイヤに加硫を受けさせる)内に
配置した上記タイヤケーシングに内部熱および圧力をか
けることによって行われる。この目的で上記ブラダーを
圧力(この圧力で上記ブラダーを膨張させる)下の加熱
用流動媒体、通常は蒸気で膨張させ、それによって上記
タイヤケーシングを加硫用鋳型に押し付けて密に適合さ
せる。加硫が終了した時点で上記硬化用ブラダーをタイ
ヤから取り外して、それに別の生タイヤを挿入して硬化
操作を繰り返す。このように、このブラダーは数サイク
ルに渡って繰り返し用いられる。
させたブチルゴムが高温、例えばタイヤ硬化過程中に到
達する温度、例えば160℃を越える温度にさらされる
と、結果として、このブチルゴムは堅くなるか或は老化
を起こす。その結果として、ブチルゴムがそのような用
途で示す寿命は制限される。
ンエーテルブリッジ(bridges)とメチレンブリ
ッジを有する多環状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂
とハロゲン含有化合物と未硬化ブチルゴムを含んで成る
調合物を提供し、ここでは、上記ジメチレンエーテルブ
リッジとメチレンブリッジのモル比が約2.5:1未満
になるようにしそして上記多環状フェノール−ホルムア
ルデヒド樹脂とブチルゴムの比率を1:10未満にす
る。場合により、また、上記調合物に充填材、加工油、
滑剤、および本分野の技術者に公知の他の所望材料を含
めることも可能である。
した調合物を調合する方法を提供し、この方法に、未硬
化ブチルゴムとハロゲン含有化合物と上記多環状フェノ
ール−ホルムアルデヒド樹脂をこの多環状フェノール−
ホルムアルデヒド樹脂とブチルゴムの比率が1:10未
満になるように混合することを含める。
用いて製造した軟質加硫ゴムを提供する。この加硫ゴム
は好適にはタイヤ硬化用ブラダーの形態である。本発明
の加硫ゴムは上記目的で以前に用いられていた加硫ゴム
に比べて向上した老化特性を示す。硬化用ブラダーの配
合は例えば上述した米国特許第2,701,895号な
どに記述されている。温度が約150℃以上、しばしば
160℃以上の加圧蒸気がタイヤ成形過程中のブラダー
に注入されることから、硬化用ブラダーは繰り返しかか
る熱および圧力にさらされる。本発明の加硫ゴムは向上
した老化特性を示すことでそのような繰り返しかかる熱
および圧力に他の公知加硫ゴムよりも良好に耐え得るこ
とから、これはそのような用途および同様な用途で用い
るに適切である。現在入手可能な市販の硬化用ブラダー
の寿命は約400サイクルである、即ちそれの特性がそ
れを廃棄すべきほど悪化する前に使用できる回数は約4
00回である。本発明の調合物から生じさせた加硫ゴム
は上記寿命が少なくとも約10%以上向上しており(即
ち回数が約440回以上になり)、ある場合には、向上
度合が約30%以上または50%以上にさえなる。
ゴムの製造方法を提供し、この方法に、上記調合物を所
望の任意形状およびサイズに変換しそしてそれに加硫を
高温、好適には125から250℃、より好適には15
0から200℃の範囲で受けさせることを含める。
記述した調合物をタイヤ硬化用ブラダー調合物として用
いることを提供する。
ルが低いフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を少ない量
で用いてブチルゴムを硬化させると向上した特性を示す
樹脂硬化(resin−cured)ブチルゴムが得ら
れることを予想外に見い出したことに関する。そのよう
な向上した特性には、高温老化特性が向上すること、硬
化速度が速くなること、そして応力/歪み特性が良好に
なることが含まれ得る。本発明は、上記樹脂と未硬化ブ
チルゴムとハロゲン含有化合物を含みそして場合により
充填材および加工油も含んでいてもよい調合物を提供す
ることにある。
在下で縮合させることを通して、塩基触媒使用(bas
e−catalysed)フェノール−ホルムアルデヒ
ド樹脂を生じさせる。この反応の結果としてフェノール
−アルコールが生成し、これが次に縮合反応を起こして
多環状のフェノールが生じ得る。多環状フェノール−ホ
ルムアルデヒド樹脂の例を以下に挙げる:
しされている。このような橋渡し部分R’は同一または
異なっていてもよく、メチレン(−CH2−)またはジ
メチレンエーテル(−CH2−O−CH2)のいずれかで
あり得る。整数nは0から10、好適には0から5の値
を取り得る。整数nの値は上記樹脂が固体であるに充分
なほど高いのが好ましい。基Rはアルキル、シクロアル
キル、シクロアルキルアルキル、アリールまたはアラル
キル基である。これが含有する炭素原子数は約12以下
であり得る。好適なR基は、含有する炭素原子数が8以
下のアルキル基、特にメチル、t−ブチルおよびt−オ
クチル基である[さらなる例にに関しては米国特許第
2,701,895号を参照のこと]。
ルが低いフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を用いた硬
化を受けさせると向上した特性を有する樹脂硬化ブチル
ゴムが得られることに注目した。本発明に従い、上記フ
ェノール−ホルムアルデヒド樹脂中のジメチレンエーテ
ルブリッジとメチレンブリッジのモル比が約2.5:1
未満、好適には約1.7:1未満、最も好適には約1:
1未満になるようにする。本発明で使用可能な適切なフ
ェノール−ホルムアルデヒド樹脂の例には、商標HRJ
−10518(Schenectady Intern
ational)の下で入手可能な樹脂が含まれ、この
樹脂が有するジメチレンエーテルブリッジとメチレンブ
リッジのモル比は約0.65:1である。本ブチルゴム
調合物に含める上記フェノール−ホルムアルデヒド樹脂
の量を未硬化ブチルゴム95重量部に対して約9.5部
未満、好適には約9部未満、より好適には約8部未満に
すべきである。このフェノール−ホルムアルデヒド樹脂
の量を未硬化ブチルゴム95重量部に対して約3部以
上、好適には約4部以上、より好適には約5部以上にす
べきである。好適な調合物ではフェノール−ホルムアル
デヒド樹脂を未硬化ブチルゴム95部当たり7部用い
る。
橋、即ち硬化し得るようにジエンモノマー、通常はイソ
プレンを少量用いる必要がある。ブチルゴムのグレード
は、それのイソプレン含有量とムーニー粘度(分子量に
関係)で区別可能である。本発明で用いるに有用な未硬
化ブチルゴムの例は、イソプレンを約0.5モル%から
約10モル%用いたブチルゴムであり得、好適なブチル
ゴムにはイソプレンを約0.5から約2.5モル%、よ
り好適にはイソプレンを約0.9から約2.1モル%含
める。イソプレンを約1.4から約1.6モル%用いた
ブチルゴムを特に挙げる。いくつかの適切なブチルゴム
が示すムーニー粘度は約25から70、好適には約30
から約63(RPML 1+8@125℃)である。
る。ハロゲン含有化合物の例には有機化合物、例えばペ
ンダント型塩素原子を有するオレフィン含有重合体、例
えばポリクロロプレンなどが含まれ、これはBaypr
en(Bayer)、Butachlor(Dista
gul)およびNeoprene(Du Pont)な
どの如き商標の下で入手可能である。それを本調合物に
存在させる量は、未硬化ブチルゴム約95部に対して好
適には約1から約10重量部、より好適には約4から約
6重量部の範囲、最も好適には約5重量部である。別法
として、塩素含有塩、例えば塩化第一錫などをハロゲン
含有化合物として用いることも可能である。この必要な
ハロゲン原子、例えば塩素または臭素原子などを、本調
合物に含める他の必須材料の1つの成分として与えるこ
とも可能である(化合物を個別に添加して与えるのでは
なく)。例えば、ポリクロロプレンまたは塩化第一錫な
どの如き化合物を個別に添加するのではなく塩素化もし
くは臭素化ブチルゴムまたは塩素化もしくは臭素化多環
状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂を用いることも可
能である。しかしながら、ハロゲン置換を受けさせてい
ないブチルゴムおよびハロゲン置換を受けさせていない
フェノール−ホルムアルデヒド樹脂を用いそしてハロゲ
ンを例えばポリクロロプレンまたは塩化第一錫の状態で
添加する方が好適である。ハロゲン含有化合物は一般に
本分野の技術者に公知であり、技術者はどのようなハロ
ゲン含有活性化剤(activator)を用いること
ができそしてその量をいかほどにするかを認識している
か、或は発明的能力の行使を全く伴わない常規実験でそ
れを容易に決定することができるであろう。
る。充填材の例にはタルク、炭酸カルシウム、粘土、シ
リカ、二酸化チタンおよびカーボンブラックが含まれ
る。カーボンブラックが好適であり、より好適なカーボ
ンブラックはASTM D1765に従う分類分けでN
−770からN−110の範囲であり、最も好適なカー
ボンブラックはN−351である[Maurice M
orton著「Rubber Technolog
y」、第3版、Chapman & Hall(ニュー
ヨーク、1995、69−70頁)(引用することによ
って本明細書に組み入れられる)を参照]。本調合物に
存在させる充填材の量は、未硬化ブチルゴム95部に対
して好適には約40から約80重量部、より好適には約
45から約60重量部の範囲内、最も好適には約50重
量部である。
能であり、適切な加工油が本分野の技術者に数多く知ら
れている。適切な加工油の例にはヒマシ油およびパラフ
ィン油が含まれる。
能であり、それを適切にはゴム100部当たり約8部以
下、好適には約5部の量で加える。また、酸化亜鉛を本
調合物に溶解させる補助でステアリン酸を添加すること
も可能である。
この上に記述したブチルゴム調合物に含める成分と場合
により追加的に望まれる他の任意材料、例えば促進剤、
増量剤、滑剤、可塑剤などをゴム産業で用いられている
便利な任意様式、例えばミルまたは内部ミキサーなどで
混合することを通して実施可能である。
イズに変換しそしてそれに加硫を高温、通常は125か
ら250℃、好適には150から200℃の範囲の温度
で受けさせることを通して、本調合物から加硫ゴムを生
じさせることができる。この加硫は一般に公知の任意様
式で加圧下の鋳型内または開放容器(オーブン内の)内
で適切な時間、通常は5分から24時間の範囲内で実施
可能であり、示した範囲内ならば使用する温度を高くす
ればするほど時間が短くなる。加硫ゴムの例にはタイヤ
硬化用ブラダー、熱材料取り扱い用コンベヤベルトおよ
び高温用途用ホースが含まれる。
ーテルブリッジとメチレンブリッジを有する多環状フェ
ノール−ホルムアルデヒド樹脂とハロゲン含有化合物と
未硬化ブチルゴムを含んで成る調合物を提供し、ここで
は、上記ジメチレンエーテルブリッジとメチレンブリッ
ジのモル比が約2.5:1未満になるようにしそして上
記未硬化ブチルゴムと上記多環状フェノール−ホルムア
ルデヒド樹脂の比率を10:1未満にするが、この比率
を5:1の如く低くすることも可能である。
は本発明に従う調合物であり、これはジメチレンエーテ
ルブリッジとメチレンブリッジのモル比が0.65:1
のフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を含有する。調合
物Bは比較調合物であり、これはジメチレンエーテルブ
リッジとメチレンブリッジのモル比が2.9:1の異な
るフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を含有する。未硬
化ブチルゴム成分に含めるイソプレンの含有量を変える
ことで、調合物AおよびBの各々に関して5実施例から
成る一連の実施例を構成させた。イソプレン含有量を下
記の1つにした:0.88、1.18、1.49、1.
79および2.09モル%のイソプレン。量を重量部で
示す: A B 未硬化ブチルゴム1 95 95 ポリクロロプレン2 5 5 カーボンブラックN−351 50 50 ヒマシ油 7.5 7.5 ステアリン酸 1.5 1.5 酸化亜鉛 5 5 フェノール−ホルムアルデヒド樹脂3 7 フェノール−ホルムアルデヒド樹脂4 71 この未硬化ブチルゴムが含有するイソプレン単位の
量は0.88、1.18、1.49、1.79または
2.09モル%である。0.88モル%はPB100を
排他的に用いることに相当する一方、2.09モル%は
PB402を排他的に用いることに相当する。PB40
2とPB100の混合物を用いて他のモル%を生じさせ
た。PB100およびPB402はBayer In
c.から商業的に入手可能であり、それらが示すムーニ
ーはそれぞれ32.7および33.4(RPML 1+
8@125℃)である2 Baypren 210はBayer Inc.か
ら商業的に入手可能である。これは中程度の結晶度を有
するポリクロロプレンである。3 Schenectady Internation
alから商業的に入手可能なHRJ−10518を用
い、これが含有するジメチレンエーテルブリッジとメチ
レンブリッジのモル比は0.65:1であった。4 Schenectady Internation
alから商業的に入手可能なSP−1045を用い、こ
れが含有するジメチレンエーテルブリッジとメチレンブ
リッジのモル比は2.9:1であった。
験を実施して、本発明の調合物でない調合物Bに関して
実施した同様な試験と比較した。ブチルゴム調合物を最
初に180℃の温度にさらす結果としてゴムの加硫、即
ち硬化を起こさせる。時間をより長く(例えば6時間以
上に)すると、結果として、ゴムが老化を起こすか或は
堅くなってしまう。これは架橋の結果であり得るか或は
重合体の網状組織がある形態の望まれない化学変換を起
こす結果であり得る。
時の調合物AおよびBがいろいろな歪みの時に示す応力
に対する高温(180℃)の影響を図1および表Iに示
す。全てのケースで、老化後(6時間以上)の引張り応
力は本発明の調合物である調合物Aの方がずっと小さ
い。
えて応力に対する影響を老化時間の関数として図2(調
合物A)および3(調合物B)そして表II(調合物
A)およびIII(調合物B)に示す。この2つの図を
比較することで、老化後(即ち高温で6時間以上老化さ
せた後)の応力は全てのケースで調合物Aの方が低いこ
とが分かる。
した。両方の種類の調合物に関してイソプレン含有量を
変えて応力−歪み試験を180℃で30分硬化させた後
に実施した。その結果を表IVおよび図4に示す。この
場合、未老化状態の応力は調合物Aの方が高い。
5に示す。示すように、調合物Aが示す初期硬化速度の
方が速く、特に最初の20分間の硬化速度が速い。
ある。
レンブリッジを有する多環状フェノール−ホルムアルデ
ヒド樹脂とハロゲン含有化合物と未硬化ブチルゴムを含
んで成る調合物であって、該ジメチレンエーテルブリッ
ジとメチレンブリッジのモル比が約2.5:1未満であ
りかつ上記多環状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂と
未硬化ブチルゴムの比率が1:10未満である調合物。
チレンブリッジのモル比が約1.7:1未満である第1
項記載の調合物。
チレンブリッジのモル比が約0.65:1である第1項
記載の調合物。
脂の量が未硬化ブチルゴム95部に対して約8部未満で
ある第1項記載の調合物。
プレンである第1項記載の調合物。
5から約2.5モル%含んで成っていて約30から約6
3のムーニー粘度を示す第1項記載の調合物。
て含み、ヒマシ油を加工油として含みかつ酸化亜鉛を活
性化剤として含む第1項記載の調合物。
であって、未硬化ブチルゴムとハロゲン含有化合物と該
多環状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂を混合するこ
とを含む方法。
る加硫ゴム。
4項記載の加硫ゴム。
チレンブリッジを有する多環状フェノール−ホルムアル
デヒド樹脂とハロゲン含有化合物と未硬化ブチルゴムを
含んで成る調合物であって、該ジメチレンエーテルブリ
ッジとメチレンブリッジのモル比が約2.5:1未満で
ありかつ該未硬化ブチルゴムと上記多環状フェノール−
ホルムアルデヒド樹脂の比率が10:1未満である調合
物。
発明に従う調合物Aおよび比較調合物Bがいろいろな伸
びの時に示す応力(MPa)を180℃の熱風老化時間
(時)に対して示すグラフである。
%伸びの時に示す応力に対する熱風老化の影響を示すグ
ラフである。
%伸びの時に示す応力に対する熱風老化の影響を示すグ
ラフである。
Bがそれらを30分間硬化させた後に示す応力(MP
a)を歪み(%)に対比させて示すグラフである。
Bが示すトルクを180℃における硬化時間に対比させ
て示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 ジメチレンエーテルブリッジとメチレン
ブリッジを有する多環状フェノール−ホルムアルデヒド
樹脂とハロゲン含有化合物と未硬化ブチルゴムを含んで
成る調合物であって、該ジメチレンエーテルブリッジと
メチレンブリッジのモル比が約2.5:1未満でありか
つ上記多環状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂と未硬
化ブチルゴムの比率が1:10未満である調合物。 - 【請求項2】 請求項1記載の調合物を調合する方法で
あって、未硬化ブチルゴムとハロゲン含有化合物と該多
環状フェノール−ホルムアルデヒド樹脂を混合すること
を含む方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の調合物の加硫で得られる
加硫ゴム。 - 【請求項4】 ジメチレンエーテルブリッジとメチレン
ブリッジを有する多環状フェノール−ホルムアルデヒド
樹脂とハロゲン含有化合物と未硬化ブチルゴムを含んで
成る調合物であって、該ジメチレンエーテルブリッジと
メチレンブリッジのモル比が約2.5:1未満でありか
つ該未硬化ブチルゴムと上記多環状フェノール−ホルム
アルデヒド樹脂の比率が10:1未満である調合物。
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