JP2008274064A - パルプの分散方法およびパルプ配合ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】木材、藁、バガス、笹、葦などより得られたセルロール繊維からなるパルプを短繊維としてゴム組成物中に混入する場合の分散性の改善に関するものであり、ゴム中へのパルプの分散方法とその方法を用いたパルプ配合ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ゴム組成物中に石油資源を使用しない環境負荷の少ない植物より得られたセルロース繊維を分散させる方法において、界面活性剤を０．５〜１５ｗｔ％と軟化剤を０．５〜２０ｗｔ％の範囲で水中に含んだ分散液に少なくとも短繊維を含むセルロース繊維を投入して撹拌し、その後脱水乾燥させたものをゴム中に配合分散させてなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、木材、藁、バガス、笹、葦などより得られたセルロール繊維からなるパルプを短繊維としてゴム組成物中に混入する場合の分散性の改善に関するものであり、ゴム中へのパルプの分散方法とその方法を用いたパルプ配合ゴム組成物に係る。

近年、ゴム工業分野で部品の高機能、高性能化に伴って、厳しい使用環境にも耐えうるゴム製品が望まれている。ゴム製品は、原料ゴムの選定及び配合剤等の組み合わせによりその特性が定まるが、補強性、耐摩耗性、寸法安定性等を改善する目的で短繊維を配合することが一般的になっている。

例えば自動車部品に用いられるゴム製品の中に動力伝動用ベルトがあり、自動車のエアーコンプレッサーやオルタネータ等の補機駆動の動力伝達に広く利用されている。ベルトの種類を挙げればローエッジベルトのＶ芯ゴムやＶリブドベルトのリブゴムとして、短繊維が配合されたゴムが用いられている。Ｖリブドベルトでは、リブ部に綿、ナイロン、ビニロン、レーヨン、アラミド繊維などの短繊維群をベルト幅への配向性を保って埋設することにより、ベルトの摩擦伝動部の耐側圧性高め、更に埋設した短繊維の一部を積極的に摩擦伝動部の両側壁面に露出させることによって、耐摩耗性を向上させている。

更に、埋設した短繊維の一部をベルト側面に意図的に突出させることによって、リブ部の摩擦性能及び粘着による発音の抑止効果を狙った伝動ベルトも提案されている。

また、上記ベルトの効果をさらによいものとするために摩擦伝動部の両側壁面に突出させる短繊維として、とくにアラミド繊維を用いることにより、アラミド繊維特有の耐摩擦性によりベルト自体の耐久性の向上を意図した伝動ベルトが、例えば特許文献１に開示されている。

特開平１−１６４８３９号公報

アラミド繊維やナイロン繊維を代表とする短繊維を配合することにより、ゴム組成物の物性を向上させることができ、高性能なゴム製品を得ることができる。しかし、最近になって石油資源の枯渇の問題や廃棄物による自然への影響等の環境上の問題から、世間では石油を原料とした合成繊維ではなく天然繊維を用いるといった試みがなされている。ゴム中に配合する短繊維を植物より得られたセルロース繊維としてもゴム物性としては向上させることができるが、木材、藁、竹、バガス、笹、葦など植物原料より得られたセルロース繊維が複雑に絡み合った塊であるパルプをゴム中に配合して混練りした場合、これらのパルプが分散できずにゴム中で固まりになってしまうという問題があった。このような繊維に撚りがかかっていたりして複雑に絡み合ったものの場合、糸自体を解いて単糸にしてやる必要があり、こうしてやらないと分散性にかけて、ゴム中で短繊維が固まりになって分散不良となることがあった。

ゴム中に短繊維の塊があるとその塊が核となって亀裂が早期に発生し、早期に寿命を迎えてしまうといった問題もあった。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、上記のようなセルロール繊維からなるパルプにおけるゴム組成物中への分散性を改善し、例えばベルトとした場合に走行後のクラックが発生する時間を延長してベルト寿命を延ばすことができる天然繊維のゴムへの分散方法の提供を目的とする。

請求項１では、ゴム組成物中に植物より得られたセルロールからなるパルプを分散させる方法において、界面活性剤を０．５〜１５ｗｔ％の範囲で水中に含んだ分散液にパルプを投入して撹拌し、その後脱水乾燥させたものをゴム中に配合分散させてなることを特徴とする。

請求項２では、分散液中に界面活性剤に加えて軟化剤を０．５〜２０ｗｔ％の範囲で分散させてなる請求項１記載のパルプの分散方法としている。

請求項３では、ゴム組成物中に植物より得られるセルロール繊維からなるパルプを含有するパルプ配合ゴム配合物において、界面活性剤を０．５〜１５ｗｔ％の範囲で水中に含んだ分散液にパルプを投入して撹拌し、その後脱水乾燥させたものをゴム中に配合分散させてなることを特徴とする。

請求項４では、分散液中に界面活性剤に加えて軟化剤を０．５〜２０ｗｔ％の範囲で分散させてなる請求項３記載のパルプ配合ゴム組成物としている。

請求項１によると、植物より得られるセルロース繊維からなるパルプを界面活性剤を含有した水系の分散液で処理するという過程を経てゴム中に投入して混練りするものであり、絡み合った天然繊維が界面活性剤の作用により分散液中で解かれて分散し、それを乾燥させたものをゴム中に配合することによって、パルプがゴム中に均質に分散することができ、ゴム組成物の物性を向上させることができる。

請求項２によると、界面活性剤に加えてオイルなどからなる軟化剤を添加しており、そうすることでゴム中に配合した後の混練作業にてより分散しやすくなり、よりパルプの分散性のよりゴム組成物を得ることができる。

請求項３によると、請求項１と同様に植物から得られるセルロース繊維からなるパルプを含む繊維を水に界面活性剤を含有したエマルションで処理するという過程を経てゴム中に投入して混練りするものであり、絡み合ったパルプが界面活性剤の作用により水系の分散液中で解かれて分散し、それを乾燥させたものをゴム中に配合することによって、セルロース繊維からなるパルプがゴム中に均質に分散することができ、ゴム組成物の物性を向上させることができる。

請求項４によると、請求項２と同様に界面活性剤に加えてオイルなどからなる軟化剤を添加しており、そうすることでゴム中に配合した後の混練作業にてより分散しやすくなり、よりパルプの分散性の良いゴム組成物を得ることができる。

本発明では、ゴム中に植物より得られるセルロース繊維からなるパルプを均質に分散させて良好な物性のパルプ配合ゴム組成物を得るために、パルプの分散方法として界面活性剤を含有する水系の分散液中に投入して撹拌し、その後脱水乾燥させたものをゴム中に配合して混練することによってゴム中にセルロース繊維からなるパルプを均等に分散させるパルプの分散方法であり、そのようにして得られたパルプ配合ゴム組成物である。

植物より得られたセルロース繊維からなるパルプは繊維同士が複雑に絡み合っていることから単にゴム中に投入して混練りしただけでは分散性が悪く、ゴム中でパルプが塊となってしまい分散不良になることがあったが、パルプに本発明の処理を行うことによってゴムへの分散がよくなり植物より得られたセルロース繊維からなるパルプを全体に均質に分散したゴム組成物を得ることができる。

本発明で使用するポリマーとしては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、硫黄変性または非硫黄変性のクロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、あるいはオレフィン系、エステル系、ウレタン系の熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。

また、本発明で用いる植物より得られたセルロース繊維の例としては、木材、藁、竹、バガス、笹や葦などの植物繊維を挙げることができる。昨今、石油資源の枯渇の問題が注目されている中でアラミド繊維やポリアミド繊維、ポリエステル繊維等の代用としてこれらの繊維をゴム中に短繊維として配合するものである。

本発明で用いることができる界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤のものがあり、その添加量は０．５〜１５ｗｔ％の範囲とすることが好ましい。添加量が０．５ｗｔ％未満であると、界面活性剤を添加することによる短繊維を分散させる効果を発揮せず、１５ｗｔ％を超えると逆にゴムへの分散性が悪くなるので好ましくない。

アニオン系界面活性剤の例としては、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、脂肪酸塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物などが挙げられる。

カチオン系界面活性剤の例としては、アルキルアミン類、第四級アンモニウム塩等が挙げられる。

上記のような界面活性剤を水中に分散させて分散液としているが、その形態としては界面活性剤の種類によって液体が分散している乳濁液もしくは固体が分散している懸濁液等を含む。

ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル等を挙げることができる。

これらの界面活性剤の中でもアニオン系界面活性剤を用いることが分散性をより高めることができるので好ましい。

軟化剤としては、一般的なゴム用の可塑剤であるパラフィン系可塑剤、ナフテン系可塑剤、アロマティック系可塑剤、例を挙げればジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等のフタレート系、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）等のアジペート系、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等のセバケート系、トリクレジルホスフェートなどのホスフェート系の可塑剤、その他オレンジオイル、ヤシの実油などの天然抽出油でも同様の効果を期待することができる。これらの軟化剤の添加量は０．５〜２０ｗｔ％の範囲とすることが好ましい。０．５ｗｔ％未満であると分散性を向上させる効果を得ることができず、２０ｗｔ％を超えるとゴムに分散する際に滑りが生じたりして分散性を阻害する恐れがあるので好ましくない。

次に、本発明の実施例と本発明の範囲から外れた比較例のゴム組成物を作成して、ゴム中へのセルロール繊維からなるパルプの分散状況を比較した。

（実施例１）
実施例１として、ノニオン系界面活性剤を１ｗｔ％、パラフィン系の可塑剤を１ｗｔ％が水中に分散した分散液中に広葉樹の木材パルプを投入して１５分間撹拌し、ろ過して乾燥機で乾燥させた。エチレン・プロピレン・ジエンモノマー１００質量部に対して前記で得られたパルプを１０質量部の割合で配合し、オープンロールで混入して１．０ｍｍ厚みのシートとした。シートを観察してパルプの分散状態を確認した。その結果を表１に示す。

（実施例２）
実施例２として、ノニオン系界面活性剤を１ｗｔ％が水中に分散した分散液中に広葉樹の木材パルプを投入して１５分間撹拌し、ろ過して乾燥機で乾燥させた。エチレン・プロピレン・ジエンモノマー１００質量部に対して前記で得られたパルプを１０質量部の割合で配合し、オープンロールで混入して１．０ｍｍ厚みのシートとした。シートを観察してパルプの分散状態を確認した。

（実施例３）
実施例３として、アニオン系界面活性剤を１ｗｔ％が水中に分散した分散液中に広葉樹の木材パルプを投入して１５分間撹拌し、ろ過して乾燥機で乾燥させた。エチレン・プロピレン・ジエンモノマー１００質量部に対して前記で得られたパルプを１０質量部の割合で配合し、オープンロールで混入して１．０ｍｍ厚みのシートとした。シートを観察してパルプの分散状態を確認した。

（比較例１）
比較例１として、広葉樹の木材パルプを、そのままエチレン・プロピレン・ジエンモノマー１００質量部に対して１０質量部の割合で配合し、オープンロールで混入して１．０ｍｍ厚みのシートとした。シートを観察して短繊維の分散状態を確認した。

表１の結果からわかるように界面活性剤と軟化剤を両方とも分散させた分散液にて処理を行った植物より得られたセルロース繊維からなるパルプを配合した実施例１のゴム組成物は、ゴム中の短繊維の分散も良好であるという結果が出ている。それに対して界面活性剤のみで軟化剤を配合していない実施例２および実施例３は、良好な分散状態は得られているが部分的に繊維の塊が残っており、軟化剤を使用することの効果が確認できる。また、全く処理を行わずにゴムに配合した比較例では分散状態が悪いという結果になっている。

自動車用や一般産業用のゴム製品に適用することができる、石油資源を使用しない環境負荷の少ない植物より得られたセルロース繊維からなるパルプを分散よく配合したゴム組成物を提供することができる。

Claims (4)

1. ゴム組成物中に植物より得られたセルロール繊維からなるパルプを分散させる方法において、界面活性剤を０．５〜１５ｗｔ％の範囲で水中に含んだ分散液にパルプを投入して撹拌し、その後脱水乾燥させたものをゴム中に配合分散させてなることを特徴とするセルロース繊維からなるパルプの分散方法。
2. 分散液中に界面活性剤に加えて軟化剤を０．５〜２０ｗｔ％の範囲で分散させてなる請求項１記載のセルロール繊維からなるパルプの分散方法。
3. ゴム組成物中に植物から得られたセルロール繊維からなるパルプを分散させたパルプ配合ゴム組成物において、界面活性剤を０．５〜１５ｗｔ％の範囲で水中に含んだ分散液に少なくとも短繊維を含むパルプを投入して撹拌し、その後脱水乾燥させたものをゴム中に配合分散させてなることを特徴とするパルプ配合ゴム組成物。
4. 分散液中に界面活性剤に加えて軟化剤を０．５〜２０ｗｔ％の範囲で分散させてなる請求項３記載のパルプ配合ゴム組成物。