JP2003221473A - Rubber composition - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、有機化処理された
層状粘土鉱物を含むゴム組成物、更に詳しくは、ある特
定の有機化処理剤で処理された層状粘土鉱物と無水マレ
イン酸基含有化合物とを併用することにより、有機化処
理された層状粘土鉱物の層状シートが均一に微分散した
ゴム組成物に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubber composition containing an organically modified layered clay mineral, and more specifically, a layered clay mineral and a maleic anhydride group-containing compound treated with a specific organic modification agent. And a rubber composition in which a layered sheet of a layered clay mineral that has been subjected to an organic treatment is uniformly finely dispersed.
【0002】[0002]
【従来の技術】ゴム中に層状粘土鉱物の層状シートを分
散させたゴム組成物(特公平6−84456号公報)
や、かかるゴム組成物のガスバリアー性が向上すること
(特表平8−510421号公報)が報告されている。
また、有機化処理粘土とゴムとをゴム用プロセスオイル
を用いて混練りすることにより粘土をゴム中に均一に分
散させることも報告されている(特開平10−8178
5)。2. Description of the Related Art A rubber composition in which a layered sheet of layered clay mineral is dispersed in rubber (Japanese Patent Publication No. 6-84456).
It is also reported that the gas barrier property of such a rubber composition is improved (Japanese Patent Publication No. 8-510421).
It has also been reported that the organized clay and rubber are kneaded with a process oil for rubber to uniformly disperse the clay in the rubber (JP-A-10-8178).
5).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明では、有機化処
理された層状粘土鉱物の層状シートがゴム中に均一に微
分散されたゴム/粘土ナノ複合体からなるゴム組成物を
得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to obtain a rubber composition comprising a rubber / clay nanocomposite in which a layered sheet of an organically treated layered clay mineral is uniformly finely dispersed in rubber. And
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、固体状
ゴムに対し、炭素数6以上の1級アンモニウムイオンお
よび/または2級アンモニウムイオンがイオン結合する
ことにより有機化処理された層状粘土鉱物と無水マレイ
ン酸基含有化合物とを配合したゴム組成物が提供され
る。According to the present invention, a layered clay organically treated by ionic bonding of a primary ammonium ion and / or a secondary ammonium ion having 6 or more carbon atoms to a solid rubber. A rubber composition containing a mineral and a compound containing a maleic anhydride group is provided.
【0005】また、本発明によれば、当該無水マレイン
酸基含有化合物に無水マレイン酸を用いるか、あるいは
更に、分子量30000以下のマレイン化液状ゴムを用
いた前記ゴム組成物が提供される。Further, according to the present invention, there is provided the rubber composition, wherein maleic anhydride is used as the maleic anhydride group-containing compound, or a maleated liquid rubber having a molecular weight of 30,000 or less is further used.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】ジステアリルジメチルアンモニウ
ムイオンおよびステアリルアンモニウムイオンで有機化
処理された粘土鉱物は、ゴム混合中に添加されるプロセ
スオイルを取り込み、粘土鉱物の層間を更に膨潤拡大す
るため、ゴムに分散し易くなる。しかしながら、これら
有機化処理剤およびプロセスオイルによる疎水化、膨潤
化のみでは、粘土鉱物の層状シートが微分散されたゴム
/粘土ナノ複合体を形成させることは困難であった。そ
こで、本発明では、有機化処理剤である特定のアンモニ
ウム化合物およびマトリックスであるゴムの両者と化学
結合および/または相互作用できる無水マレイン酸基含
有化合物を添加することにより、混練中に粘土鉱物とゴ
ムとを無水マレイン酸基含有化合物を介して結合および
/または相互作用させ、もって粘土鉱物をゴム中に均一
微分散させることを可能としたものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Clay minerals organically treated with distearyldimethylammonium ion and stearylammonium ion take in the process oil added during rubber mixing and further swell and expand between the layers of the clay mineral. Easier to disperse into. However, it has been difficult to form a rubber / clay nanocomposite in which a layered sheet of clay mineral is finely dispersed only by hydrophobizing and swelling with these organic treating agents and process oils. Therefore, in the present invention, by adding a maleic anhydride group-containing compound capable of chemically bonding and / or interacting with both a specific ammonium compound which is an organizing agent and rubber which is a matrix, it is possible to obtain a clay mineral during kneading. It is possible to bond and / or interact with a rubber via a maleic anhydride group-containing compound, thereby making it possible to uniformly finely disperse the clay mineral in the rubber.
【0007】本発明で用いる有機化処理された層状粘土
鉱物には、粘土鉱物を構成する層状構造のシート表面に
炭素数6以上の1級アンモニウムイオンおよび/または
2級アンモニウムイオンがイオン結合することによって
有機化された層状粘土鉱物が使用される。有機化処理剤
としては、1級および2級アンモニウムイオンの方が無
水マレイン酸基の反応性が高いため、これらを使用す
る。4級アンモニウムイオンでは、ゴム組成物における
スコーチが悪化するので好ましくない。In the organically treated layered clay mineral used in the present invention, a primary ammonium ion and / or a secondary ammonium ion having 6 or more carbon atoms is ionically bonded to the surface of the layered sheet constituting the clay mineral. A layered clay mineral organized by is used. As the organic treating agent, primary and secondary ammonium ions are used because the maleic anhydride group has higher reactivity. Quaternary ammonium ions are not preferable because the scorch in the rubber composition deteriorates.
【0008】本発明で有効に用いられる有機化処理剤と
しての1級アンモニウム化合物には、ヘキシルアンモニ
ウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、2−エチル
ヘキシルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイ
オン、ラウリルアンモニウムイオン、オクタデシルアン
モニウムイオン、ステアリルアンモニウムイオン、オレ
イルアンモニウムイオン等が含まれ、また、2級アンモ
ニウム化合物には、ジブチルアンモニウムイオン、ジヘ
キシルアンモニウムイオン、ジオクチルアンモニウムイ
オン、ジデシルアンモニウムイオン、ジドデシルアンモ
ニウムイオン、ジステアリルアンモニウムイオン等が含
まれる。また、分子内に1級アミノ基および2級アミノ
基を有するジアミノ化合物のモノアンモニウムイオンを
用いてもよい。例えば、ステアリルプロピレンジアミ
ン、オレイルプロピレンジアミンのモノアンモニウムイ
オンを例示することができる。Examples of the primary ammonium compound effectively used in the present invention as a treating agent include hexyl ammonium ion, octyl ammonium ion, 2-ethylhexyl ammonium ion, dodecyl ammonium ion, lauryl ammonium ion, octadecyl ammonium ion, stearyl. Ammonium ions, oleyl ammonium ions, etc. are included, and the secondary ammonium compounds include dibutyl ammonium ions, dihexyl ammonium ions, dioctyl ammonium ions, didecyl ammonium ions, didodecyl ammonium ions, distearyl ammonium ions, etc. . Moreover, you may use the monoammonium ion of the diamino compound which has a primary amino group and a secondary amino group in a molecule | numerator. For example, monoammonium ion of stearyl propylene diamine and oleyl propylene diamine can be illustrated.
【0009】本発明で用いる前記層状粘土鉱物には、モ
ンモリロナイト、サポナイト、ハイデライト、ノントラ
イト、ヘクトライト、スティブンサイト等のスメクタイ
ト系や、バーミキュライト、ハロイサイト等があり、天
然または合成のいずれも使用することができる。また、
本発明では、これら層状粘土鉱物の一種あるいは二種以
上が使用されてもよい。Examples of the layered clay mineral used in the present invention include smectites such as montmorillonite, saponite, hydelite, nontorite, hectorite, and stevensite, vermiculite, halloysite, and the like, and either natural or synthetic is used. be able to. Also,
In the present invention, one or more of these layered clay minerals may be used.
【0010】本発明で有効に用いられる無水マレイン酸
基含有化合物には、無水マレイン酸および各種マレイン
化液状ゴム等が含まれ、特に、分子量30000以下の
マレイン化液状ゴムが好ましく使用され、更に、当該マ
レイン化液状ゴムとしては、液状無水マレイン酸変性ポ
リブチルゴム、液状無水マレイン酸変性ポリイソプレン
ゴム、液状無水マレイン酸変性ポリブタジエンゴム、お
よび液状無水マレイン酸変性エチレンプロピレンジエン
モノマーゴムが好ましく使用される。The maleic anhydride group-containing compound effectively used in the present invention includes maleic anhydride and various maleated liquid rubbers. Particularly, maleated liquid rubber having a molecular weight of 30,000 or less is preferably used. As the maleated liquid rubber, liquid maleic anhydride modified polybutyl rubber, liquid maleic anhydride modified polyisoprene rubber, liquid maleic anhydride modified polybutadiene rubber, and liquid maleic anhydride modified ethylene propylene diene monomer rubber are preferably used.
【0011】本発明で用いる固体状ゴムには、天然ゴ
ム、合成ゴム、熱可塑性エラストマーまたはこれらの混
合物が含まれる。合成ゴムとしては、例えば、イソプレ
ンゴム、クロロプレンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴ
ム、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴ
ム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリン
ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリ
コーンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、エチ
レン−酢酸ビニルゴム、塩素化ポリエチレン等が使用さ
れ、熱可塑性エラストマーとしては、例えば、1,2−
ポリブタジエン、スチレン-ブタジエンブロック共重合
体、スチレン−イソプレンブロック共重合体等が使用さ
れる。この固体状ゴムは、バルクな状態で加硫ゴムとす
るため分子量が10000以上のものを使用することが
好ましい。The solid rubber used in the present invention includes natural rubber, synthetic rubber, thermoplastic elastomer or a mixture thereof. Examples of the synthetic rubber include isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, butadiene rubber, butyl rubber, epichlorohydrin rubber, acrylic rubber, urethane rubber, fluorine rubber, silicone rubber, styrene- Butadiene copolymer rubber, ethylene-vinyl acetate rubber, chlorinated polyethylene, etc. are used, and examples of the thermoplastic elastomer include 1,2-
Polybutadiene, styrene-butadiene block copolymer, styrene-isoprene block copolymer and the like are used. Since this solid rubber is a vulcanized rubber in a bulk state, it is preferable to use one having a molecular weight of 10,000 or more.
【0012】本発明のゴム組成物は、一般的なバンバリ
ーミキサー、ブラベンダーミキサーあるいは二軸押出機
等を用いて、固体状ゴムに、炭素数6以上の1級アンモ
ニウムイオンおよび/または2級アンモニウムイオンが
イオン結合することにより有機化された層状粘土鉱物と
無水マレイン酸基含有化合物とを配合、混練することに
よって、あるいは予め炭素数6以上の1級アンモニウム
イオンおよび/または2級アンモニウムイオンがイオン
結合することにより有機化された層状粘土鉱物と無水マ
レイン酸基含有化合物とを反応させてなる反応生成物を
配合、混練することによって、当該有機化層状粘土鉱物
の層状シートが微分散されたゴム/粘土ナノ複合体から
なるゴム組成物が得られるが、本発明では、固体状ゴム
100重量部に対して、当該有機化層状粘土鉱物を0.
5〜70重量部、好ましくは1〜50重量部、無水マレ
イン酸基含有化合物を0.1〜70重量部、好ましくは
1〜50重量部配合して使用される。The rubber composition of the present invention is obtained by using a general Banbury mixer, a Brabender mixer, a twin-screw extruder or the like into a solid rubber, and a primary ammonium ion and / or a secondary ammonium having 6 or more carbon atoms. By mixing and kneading a layered clay mineral and a maleic anhydride group-containing compound that are organically formed by ionic bonding of ions, or a primary ammonium ion and / or secondary ammonium ion having 6 or more carbon atoms is previously ionized. A rubber in which a layered sheet of the organically modified layered clay mineral is finely dispersed by blending and kneading a reaction product obtained by reacting a layered clay mineral organized by binding with a maleic anhydride group-containing compound. A rubber composition comprising a clay / clay nanocomposite can be obtained. Te, the organic lamellar clay mineral 0.
5 to 70 parts by weight, preferably 1 to 50 parts by weight, and 0.1 to 70 parts by weight, preferably 1 to 50 parts by weight of a maleic anhydride group-containing compound are used.
【0013】本発明のゴム組成物には、上記必須成分に
加えて、更に、カーボンブラックやシリカ等の補強剤、
加硫または架橋剤、加硫または架橋促進剤、各種オイ
ル、老化防止剤、充填剤、軟化剤、可塑剤等の一般のゴ
ム組成物に配合される各種配合剤および添加剤を配合す
ることができ、これら配合剤、添加剤の配合量もその用
途に適した一般的な量とすることができる。In addition to the above essential components, the rubber composition of the present invention further comprises a reinforcing agent such as carbon black or silica,
Vulcanizing or crosslinking agents, vulcanization or crosslinking accelerators, various oils, antioxidants, fillers, softeners, various compounding agents and additives to be added to general rubber compositions such as plasticizers may be added. The compounding amount of these compounding agents and additives can also be made into the general amount suitable for the use.
【0014】[0014]
【実施例】以下、実施例および比較例によって本発明を
更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定
するものでないことは言うまでもない。EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to Examples and Comparative Examples, but it goes without saying that the scope of the present invention is not limited to these Examples.
【0015】有機化処理された層状粘土鉱物(有機化ク
レイ1)の調製
ジステアリルアミン(花王社製、ファーミンD86)5
8gと塩酸12.4gとをイソプロパノール溶液中で反
応させ、ジステアリルアミン塩酸塩を得た。得られたジ
ステアリルアミン塩酸塩のイソプロパノール溶液を、予
め水3Lに分散させた層状粘土鉱物Na型モンモリロナ
イト(クニミネ工業社製、クニピアF)100gに95
℃で添加した。95℃で12時間攪拌することにより層
状粘土鉱物の有機化処理を行なった。得られた沈殿物を
濾過および水で洗浄した後、乾燥することによりジステ
アリルアンモニウムイオンで有機化処理された粘土鉱物
を得た。 Organized lamellar clay mineral (organized clay
Preparation of Ray 1) Distearylamine (Pharmine D86 manufactured by Kao Corporation) 5
8 g and 12.4 g of hydrochloric acid were reacted in an isopropanol solution to obtain distearylamine hydrochloride. 95 g of the obtained distearylamine hydrochloride in isopropanol was added to 100 g of a layered clay mineral Na-type montmorillonite (Kunipine F, manufactured by Kunimine Industries Co., Ltd.) previously dispersed in 3 L of water.
Added at ° C. The layered clay mineral was organized by stirring at 95 ° C for 12 hours. The obtained precipitate was filtered, washed with water, and then dried to obtain a clay mineral organically treated with distearyl ammonium ion.
【0016】有機化処理された層状粘土鉱物(有機化ク
レイ2)の調製
ステアリルプロピレンジアミン(花王社製、ファーミン
R86)38.7gと塩酸12.4gとをイソプロパノー
ル溶液中で反応させ、ステアリルプロピレンジアミン塩
酸塩を得た。得られたステアリルプロピレンジアミン塩
酸塩のイソプロパノール溶液を、予め水3Lに分散させ
た層状粘土鉱物Na型モンモリロナイト(クニミネ工業
社製、クニピアF)100gに95℃で添加した。95
℃で12時間攪拌することにより層状粘土鉱物の有機化
処理を行なった。得られた沈殿物を濾過および水で洗浄
した後、乾燥することにより対応するアンモニウムイオ
ンで有機化処理された粘土鉱物を得た。 Organized clay minerals (organized clay
Preparation of Ray 2) 38.7 g of stearyl propylene diamine (Pharmine R86, manufactured by Kao Corporation) was reacted with 12.4 g of hydrochloric acid in an isopropanol solution to obtain stearyl propylene diamine hydrochloride. The obtained isopropanol solution of stearyl propylene diamine hydrochloride was added at 95 ° C. to 100 g of the layered clay mineral Na-type montmorillonite (Kunipia F, manufactured by Kunimine Industries Co., Ltd.) previously dispersed in 3 L of water. 95
The layered clay mineral was organized by stirring at 12 ° C for 12 hours. The obtained precipitate was filtered, washed with water, and then dried to obtain a clay mineral organically treated with a corresponding ammonium ion.
【0017】有機化処理された層状粘土鉱物(有機化ク
レイ3)の調製
トルエン溶液中で有機化クレイ1(20g)と無水マレ
イン酸(0.75g)とを反応させた後、トルエンを流
去することにより有機化クレイ3を得た。 Organized clay minerals (organized clay minerals
Preparation of Ray 3) Organized clay 1 (20 g) was reacted with maleic anhydride (0.75 g) in a toluene solution, and then toluene was removed by filtration to obtain Organized clay 3.
【0018】有機化処理された層状粘土鉱物(有機化ク
レイ4)の調製
トルエン溶液中で有機化クレイ2(20g)と無水マレ
イン酸(0.86g)とを反応させた後、トルエンを流
去することにより有機化クレイ4を得た。 Organized lamellar clay mineral (organized clay mineral
Preparation of Ray 4) Organized clay 4 (20 g) was reacted with maleic anhydride (0.86 g) in a toluene solution, and toluene was then distilled off to obtain Organized clay 4.
【0019】実施例1〜6および比較例1〜2
ゴムおよび各配合剤を、以下の表1に示す配合比でバン
バリーミキサーに装填して充分混練した後、ゴムシート
のサンプルを得た。得られたゴムシートのサンプルにつ
いてX線回折法を用いて解析することにより、ゴムシー
ト中の層状粘土鉱物の分散性を確認した。X線回折法で
層状粘土鉱物に由来するピークが消失した場合を○と
し、層状粘土鉱物に由来するピークが完全に消失せず残
っている場合を△として評価した。 Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 The rubber and each compounding agent were loaded into a Banbury mixer at a compounding ratio shown in Table 1 below and sufficiently kneaded to obtain a rubber sheet sample. The dispersibility of the layered clay mineral in the rubber sheet was confirmed by analyzing the sample of the obtained rubber sheet using an X-ray diffraction method. The case where the peak derived from the layered clay mineral disappeared by X-ray diffraction was evaluated as ◯, and the case where the peak derived from the layered clay mineral did not completely disappear and remained was evaluated as Δ.
【0020】[0020]
【表1】 [Table 1]
【0021】[0021]
【発明の効果】上記表1の結果より、本発明の実施例の
ゴム組成物では、有機化層状粘土鉱物の層状シートが均
一に微分散したゴム/粘土ナノ複合体からなるゴム組成
物が得られていることがわかる。これに対して、従来の
オイルを用いて有機化層状粘土鉱物を分散させた比較例
のゴム組成物では、その分散性が悪いことが示される。From the results shown in Table 1 above, in the rubber compositions of the examples of the present invention, a rubber composition comprising a rubber / clay nanocomposite in which a layered sheet of an organically modified layered clay mineral was finely dispersed was obtained. You can see that it is being done. On the other hand, it is shown that the rubber composition of Comparative Example in which the organized layered clay mineral is dispersed using the conventional oil has poor dispersibility.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 網野 直也 神奈川県平塚市追分2番1号 横浜ゴム株 式会社平塚製造所内 Fターム(参考) 4J002 AC011 AC021 AC061 AC071 AC081 AC091 AC112 BB061 BB151 BB181 BB212 BB241 BD141 BG041 BP011 CH041 CK051 CP031 DG046 DJ006 DJ046 EL147 FB086 FD01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Naoya Amino 2-1, Oiwake, Hiratsuka-shi, Kanagawa Yokohama Rubber Co., Ltd. Ceremony Company Hiratsuka Factory F-term (reference) 4J002 AC011 AC021 AC061 AC071 AC081 AC091 AC112 BB061 BB151 BB181 BB212 BB241 BD141 BG041 BP011 CH041 CK051 CP031 DG046 DJ006 DJ046 EL147 FB086 FD01
Claims (4)
アンモニウムイオンおよび/または2級アンモニウムイ
オンがイオン結合することにより有機化処理された層状
粘土鉱物と無水マレイン酸基含有化合物とを配合したゴ
ム組成物。1. A layered clay mineral and a maleic anhydride group-containing compound, which are organically treated by ionic bonding of a primary ammonium ion and / or a secondary ammonium ion having 6 or more carbon atoms to a solid rubber. Compounded rubber composition.
イン酸である、請求項1に記載のゴム組成物。2. The rubber composition according to claim 1, wherein the compound containing a maleic anhydride group is maleic anhydride.
0000以下のマレイン化液状ゴムである請求項1に記
載のゴム組成物。3. The maleic anhydride group-containing compound has a molecular weight of 3.
The rubber composition according to claim 1, which is a maleinized liquid rubber of 0000 or less.
酸変性ポリブチルゴム、液状無水マレイン酸変性ポリイ
ソプレンゴム、液状無水マレイン酸変性ポリブタジエン
ゴム、液状無水マレイン酸変性エチレンプロピレンジエ
ンモノマーゴムである、請求項3に記載のゴム組成物。4. The maleated liquid rubber is liquid maleic anhydride modified polybutyl rubber, liquid maleic anhydride modified polyisoprene rubber, liquid maleic anhydride modified polybutadiene rubber, liquid maleic anhydride modified ethylene propylene diene monomer rubber. The rubber composition according to item 3.
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- 2002-02-01 JP JP2002025858A patent/JP2003221473A/en active Pending
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