JP2008520818A - プロピレングリコールをベースとするラテックス材料 - Google Patents

Abstract

プロピレングリコールを含むゴム組成物が提示される。このゴム組成物は界面活性剤、プロピレングリコール、及び天然ゴム、合成ゴム、又は天然ゴムと合成ゴムの混合物のいずれかを含む。このゴム組成物は、−３５℃のような低温においても凍結防止されており、多くの用途の中でもとりわけ、タイヤ・シーラントとして使うことができる。界面活性剤は１３より大きなＨＬＢ値を有する。このゴム組成物を作成する方法も提示される。その方法は、界面活性剤にプロピレングリコールを添加してプロピレングリコール混合物を生成し、このプロピレングリコール混合物をゴム・エマルジョンと混合するステップを含む。随意に、ゴムと混合する前に、繊維質又は非繊維質充填材（たとえば、セルロース繊維）をプロピレングリコール混合物に添加することができる。また随意に、プロピレングリコール混合物と混合する前に、粘着性付与剤及び酸化防止剤をゴム・エマルジョンに添加することができる。

Description

本発明は、一般にゴム・ラテックス材料に関し、特に凍結防止ゴム・ラテックス材料に関する。

今日、天然及び合成ゴムは、衣類、グローブ、消しゴム、パイプなどのような様々な製品に幅広く利用されている。用途によっては、ゴム製品は低温又は過酷な気候の中で用いられることがある。したがって、幾つかの場合には、凍結防止化学物質をゴム組成物に加えてゴム製品の性能が環境要因によって損なわれることがないようにする。

ゴム組成物に混合される周知の凍結防止化学物質は、エチレングリコールである。ゴムに混合される場合にゴム組成物に耐候性を与える他の化学物質が存在するとしても、エチレングリコールはラテックス・ゴムとの融和性のために好ましい。エチレングリコールはゴムと混和して、比較的滑らかで有用な凍結防止ゴム組成物を生成することができる。このゴムとの融和性により、エチレングリコールは、天然ラテックスと混和するときに凝固及び凝集を生じる変化を誘発するプロピレングリコールのような、他の凍結防止化学物質とは区別される。したがって、プロピレングリコールとラテックス・ゴムとの混合物は、製品への利用には向いていない。

ゴムと融和性のある代替の凍結防止化学物質を見出すことが望ましい。あるいは、現在はゴムと用いることができない凍結防止化学物質を、ゴムと融和させる方法を見出すことが望ましい。

１つの様態において、本発明は、ラテックス・ゴム、界面活性剤、及びプロプレングリコールを含むゴム組成物である。この界面活性剤は、１３より大きな親水親油バランス（ＨＬＢ）値をもつ。もう１つの様態においては、本発明は、ゴム組成物を作成する方法である。この方法は、界面活性剤にプロピレングリコールを添加してプロピレングリコール混合物を生成することと、そのプロピレングリコール混合物をゴム・エマルジョンと混ぜ合わせることを含む。界面活性剤は、１３より大きなＨＬＢ値を持つ。ゴム・エマルジョンは、天然ゴム、合成ゴム、又はそれらの組合せを含むことができる。結果として生じるゴム組成物は、タイヤ・シーラントに用いることができるが、その有用性はそれに限定されない。

本発明の実施形態は、本明細書においてはタイヤ・シーラントとの関連で説明される。しかしながら、ここで与えられる実施形態はまさしく好ましい実施形態であって、本発明の範囲は、ここで開示される用途又は実施形態に限定されないことを理解されたい。例えば、本発明は、凍結防止性をもつゴム材料の利点を生かすことになる他の種類の用途に適合させることができる。さらに、本発明は、それ自体ではゴムと融和性がない他の種類の化学物質に適合させることができる。

本発明は、プロピレングリコールをベースとするラテックス・ゴム組成物を含む。プロピレングリコールをベースとするラテックス・ゴム組成物は、環境に優しく、水溶性であり、そして−３１°Ｆ（−３５℃）のような低い温度でも熱的凍結防止性をもたらす。さらに、ゴム組成物は、そのエチレングリコールをベースとする対応物よりも実質的に毒性が低い。本発明はさらに、凝固又は凝集を起さずにプロピレングリコールをゴムと混合させるために非イオン性界面活性剤を利用することを含む。本明細書で用いられる「界面活性剤」とは、それが溶解している液体の表面張力を低下させる物質を指す。界面活性剤は、通常は蝋質固体の形で得られる、分岐又は直鎖状のエチレンオキシ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｙ）とすることができる。本発明の処方は、高い親水親油バランス（ＨＬＢ）値を有する界面活性剤は、プロピレングリコールとラテックスを成功裡に調和させることができるという発見に基づくものである。ＨＬＢは、界面活性剤の親水基と疎水基の間の関係に関する経験的な表現である。本発明によれば、１３より高い、より好ましくは１７より高いＨＬＢ値をもつ界面活性剤を用いることは、プロピレングリコール(ＰＧ)とラテックスの安定で均一な混合物を生成する助けとなる。安定で均一なＰＧラテックス混合物は、１３より低いＨＬＢ値をもつ界面活性剤を用いて生成することは困難なことが多い。

天然ラテックス・ゴムを用いたエチレングリコールをベースとする殆どのゴム組成物とは違って、プロピレングリコールをベースとするゴム組成物は、天然ゴム、合成ゴム、又は天然ゴムと合成ゴムの混合物を用いて調製することができる。天然ゴム及び／又は合成ゴムを含む混合物は、本明細書においては「ゴム・エマルジョン」と呼ぶ。ゴム・エマルジョンが天然ゴム及び合成ゴムの両方を含む場合、天然ゴムの合成ゴムに対する比は、約１：１００と１００：１の間とすることができる。

図１は、プロピレングリコールをベースとするゴム組成物を調製するための工程１０ａの流れ図である。工程１０ａは、ＰＧ混合物を調製するプロピレングリコール副工程２０ａ、ゴム・エマルジョンを調製するゴム・エマルジョン副工程３０、及び混合工程４０を含む。混合工程４０の間に、ＰＧ混合物とゴム・エマルジョンが混合される。

プロピレングリコール副工程２０ａは、プロピレングリコールを１００°Ｆと２００°Ｆの間、好ましくは１３０°Ｆと１７０°Ｆの間の温度まで加熱する（ステップ２１）ことによって始まる。通常室温では蝋質固体である界面活性剤もまた、その融点より高い温度まで加熱して（ステップ２２）プロピレングリコールとの混合を容易にする。次に、加熱されたＰＧと融解した界面活性剤とが混合されて（ステップ２３）ＰＧ混合物を生成する。界面活性剤とＰＧは、界面活性剤対ＰＧの重量比が約１：１０００から１：１０まで、好ましくは約２：１００から４：１００までで混合される。界面活性剤は、ＰＧ混合物の約２重量％より多くを占めないことが好ましく、界面活性剤はＰＧ混合物の比較的小さな重量分率を占める。界面活性剤は、たとえば、エチレンオキシとすることができる。

所望により、セルロース繊維のような充填材料をＰＧ混合物に加えることができる（ステップ２４）。セルロース繊維の添加は、最終のゴム組成物がタイヤ・シーラントに用いられる場合、特に有利である。現在、シーラントにセルロース繊維を導入することは、セルロース繊維の存在が、タイヤのバルブ・コアを通してのシーラントの注入を妨げるために、取り組みがいのある問題である。凝固剤として働く繊維及び非繊維質の充填材料は、シーラント中に用いられるときにはゴム組成物の有効性に寄与する。従来のシーラントにおいては、セルロース繊維及び他の充填材は、タイヤ修理の工程において、別々にタイヤ内に導入される。しかしながら、本発明によれば、セルロース繊維及び他の充填材料は、タイヤのバルブ・コアを通過するサイズとなる。バルブ・コアのないバルブ・コア開口部のサイズは、一般に約２ｍｍから約４ｍｍまでの範囲となる。バルブ・コアが取り除かれると、より大きなサイズの繊維及び様々の充填材料が、溶液中で容易に通過することができる。しかしながら、バルブ・コアが所定の位置にあるときには、一定のサイズの繊維及び充填材料のみが、バルブ・ステムを通過することができる。

本発明は、バルブ・コアを押し下げるか又はそれとかみ合ってシーラント材料が繊維と一緒に通過することを可能にする導入管を含むことができる。押し下げられたバルブ・コアの開口部は、使用されるバルブの型によって０．２５ｍｍから１．７５ｍｍまでの範囲となる。バルブ・コア内の気道の寸法より小さな寸法にまでサイズを下げることによって、セルロース繊維及び充填材料は、直接ゴム組成物に添加することができ、そして注入工程を妨げない。

バルブを通してのゴム組成物の円滑な注入を確実にするために、セルロース繊維の長さは、約２０ミクロンと１４０ミクロンの間であることが好ましく、約３０ミクロンと６０ミクロンの間であることがより好ましい。約２〜２００ｇのセルロース繊維がプロピレングリコール混合物約１０００ｍＬごとに添加される。結果として生じるゴム組成物において、セルロース繊維の重量分率は、１から１０までの範囲となる。添加された繊維及び／又は充填材料の直径は、特定の押し下げられる又はかみ合う型のバルブ・コアの直径を超えない。１つの実施形態においては、繊維質充填材料の重量分率はゴム組成物の重量の３％未満であり、繊維質充填材料は約２００ミクロン未満の直径及び約２０ミクロンと約１４０ミクロンの間の長さを有する。もう１つの実施形態においては、繊維質充填材料はゴム組成物の重量の１０％未満を構成し、２５０ミクロン未満の直径、及び約３０ミクロンと約６０ミクロンの間の長さを有する。

所望により、防錆剤及び腐食防止剤並びに殺生物剤をプロピレングリコール混合物に添加することができる（ステップ２５）。２‐メルカプトベンゾチアゾールは、工程１０ａで用いることのできる例示的な防止剤である。Ｇｒｏｔａｎは、工程１０ａで用いることのできる例示的な殺生物剤である。当業者が適切であると考える任意の防止剤又は殺生物剤を用いることができる。

ゴム・エマルジョン副工程３０においては、ゴム・エマルジョンは、任意の周知の方法で調製(ステップ３１)される。上述のように、ゴム・エマルジョンは天然ゴム、合成ゴム、又はそれらの組合せを含むことができる。適切な合成ゴムの網羅的ではないリストには、スチレン・ブタジエン・ゴム、アクリルニトリル・ブタジエン・ゴム、エチレン・ビニルアセテート・ゴム、クロロプレン・ゴム、ビニルピリデン・ゴム、及びブチルゴムが含まれる。接着性粘着性付与剤を添加することもできる（ステップ３２）。粘着性付与剤は、ゴムのラテックス格子と融和性のあるロジンエステル系のような炭化水素樹脂とすることができる。粘着性付与剤の分散は、固形分及び水溶性部分中で高い。粘着性付与剤の天然ゴムに対する重量比は、１：５より小さく、好ましくは約１：２０と約１：５の間である。粘着性付与剤のゴムに対する重量比は、約１：４．６であることが好ましい。ゴム・エマルジョンが天然ゴム及び合成ゴムの両方を含む場合、天然ゴムに粘着性付与剤を加えたもののゴム・エマルジョンに対する重量比は、約１：５より小さく、約１：７から約１：５までの間（例えば、約１：６．６）であることが好ましい。

所望により、酸化防止剤をゴム組成物に添加することができる（ステップ３３）。また所望により、希釈剤を用いることができる。酸化防止剤は、時間経過によって起こりうる熱、光、及び酸化の影響を防ぐ。フェノール型の酸化防止剤が好ましい。例示的な酸化防止剤は、オハイオ州のＡｋｒｏｃｈｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌによって製造されているＡｋｒｏｓｐｅｒｓｅ Ｗ‐２２９４である。

混合工程４０においては、プロピレングリコール混合物とゴム・エマルジョンが混合される。最終の混合物においては、プロピレングリコールの重量分率は、混合物全体の重量に対して約１０％と６０％の間である。最適の凍結防止剤に関しては、プロピレングリコールの重量分率が約２０％と約４０％の間であることが好ましい。ゴム・エマルジョン固形物の重量分率は、約２０％から約６０％までの範囲とすることができ、好ましくは約３０％と約５０％の間である。

図２は、プロピレングリコールをベースとするゴム組成物を調製するための代替のプロセス１０ｂの流れ図である。プロセス１０ｂは図１のプロセス１０ａに類似しており、主な違いはプロピレングリコール副工程２０ａの代わりにプロピレングリコール副工程２０ｂを用いることである。ゴム・エマルジョン副工程３０及び混合工程４０は図１の副工程と実質的に同様である。

プロピレングリコール副工程２０ｂにおいては、プロピレングリコールが加熱され（ステップ２１）、そして界面活性剤が溶融される（ステップ２２）。セルロース繊維が添加（ステップ２６）のために用意される。プロセス１０ａとは違って、セルロース繊維、加熱されたプロピレングリコール、及び溶融界面活性剤は、セルロース繊維が後の段階で添加されるのではなく、一度に混合される（ステップ２７）。セルロース繊維、プロピレングリコール、及び高ＨＬＢの界面活性剤が同じステップで加えられるために、代替の工程１０ｂの「ＰＧ混合物」は、工程１０ａのＰＧ混合物とは異なり、セルロース繊維を含む。

ラテックス・ゴム組成物は、タイヤ・シーラントに用いることができる。このようなタイヤ・シーラントを用いる従来の方法の1つは、それらを加圧ガス（例えば、プロパン／ブタン混合物）と共に缶の中に入れることである。タイヤがパンクした場合、シーラントは加圧された缶からタイヤのバルブを通してタイヤ内部にスプレイされる。同時に、タイヤは高圧ガスによって膨らませられる。膨らんだタイヤは、ついでタイヤの内壁にシーラントを散布するように動かされ、それによってパンク穴が密閉される。タイヤの傷を修理するためにシーラントを塗布する他の方法があるが、それらの殆どは、本明細書で開示されるプロピレングリコールをベースとするゴム組成物を用いて使用することができる。

本発明によって作成されるタイヤ・シーラントの利点は、セルロース繊維又は他の充填材料を、修理中に別のステップとしてタイヤ内に導入する必要がないということである。セルロース繊維又は充填材料は、前述のように、セルロース繊維をタイヤのバルブ・ステムを通過するサイズにすることによって、直接プロピレングリコールをベースとするゴム組成物に加えることができる。小さなセルロース繊維又は充填材料を含むシーラントを用いれば、シーラントは、タイヤのバルブにかみ合うプラスチック充填管又はホースを通してタイヤ内に注入することができる。多くの場合、バルブ・コアは取り外すことができて、シーラントがバルブ・コアを通してタイヤ内に容易に流入することが可能になる。幾つかのコネクタは、充填ホースに取り付けてバルブ・コアが所定位置に留まることを可能にすることができる。コネクタはバルブを押し下げ、バルブ・コアを取り外すことなくシーラントがタイヤ内に流入することを可能にする。バルブ・コアを取り外さずにシーラントを添加するときには、追加の圧力が必要になり得る。この追加の圧力は、Ｐｅｎｎｚｏｉｌ／Ｑｕａｋｅｒ Ｓｔａｔｅ製の市販の「Ｆｉｘ ａ Ｆｌａｔ」に使われているコネクタ・システムにおけるように、圧縮空気又はガスによって供給することができる。「Ｆｉｘ ａ Ｆｌａｔ」システムは、本明細書で開示されるシーラントとは異なり、エアロゾル放出を用いており、加圧缶内に含まれる圧縮ガスに頼っている。圧縮ガスは加圧缶内でシーラント溶液と混合されている。「Ｆｉｘ ａ Ｆｌａｔ」システムにおけるシーラントとは異なり、本明細書で説明されているシーラントは、搾り出し容器によって手動で、又は空気源に接続した別の容器内のシーラントに、適切な空気源からの空気圧を加えることによって自動的に、タイヤ内に注入することができる。幾つかの実施形態においては、シーラントは缶内で圧縮ガスと混和される。

本発明の好ましい実施形態が上に詳細に説明されているが、ここで教示された本発明の基本的な構想の、当業者には明らかであり得る多くの改変及び／又は変更は、なお本発明の精神と範囲に含まれることを明確に理解されたい。

プロピレングリコールをベースとするゴム組成物を作成する工程の流れ図である。 プロピレングリコールをベースとするゴム組成物を作成する代替の工程の流れ図である。

Claims (33)

1. ラテックス・ゴムと、
   １３より大きな親水‐親油バランス値を有する界面活性剤と、
   プロピレングリコールと、
   を含むことを特徴とするゴム組成物。
2. プロピレングリコールが組成物の重量の約１０％から６０％までを占めることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
3. 前記界面活性剤のプロピレングリコールに対する重量比が、約１：１０００から１：１０まで（両端を含む）の間にあることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
4. 前記ラテックス・ゴムは、天然ゴム及び合成ゴムのうちの少なくとも１つを含み、天然ゴムの合成ゴムに対する比が約１：１００と１００：１の間にあることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
5. 前記ラテックス・ゴムは、天然ゴム及び合成ゴムのうちの少なくとも１つを含み、前記合成ゴムは、スチレン・ブタジエン、アクリロニトリル・ブタジエン、エチレンビニルアセテート、クロロプレン、ビニルピリデン及びブチルゴムのうちの１つ又はそれ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
6. 前記ラテックス・ゴムの重量分率が約２０％と６０％の間にあることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
7. 粘着性付与剤を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
8. 前記ラテックス・ゴムが天然ゴムを含み、粘着性付与剤の天然ゴムに対する重量比が１：５より小さいことを特徴とする請求項７に記載の組成物。
9. 前記ラテックス・ゴムが天然ゴムを含み、粘着性付与剤の天然ゴムに対する重量比が約１：２０と約１：５の間にあることを特徴とする請求項７に記載の組成物。
10. 前記ラテックス・ゴムが天然ゴム及び合成ゴムを含み、天然ゴムと粘着性付与剤の組合せのラテックス・ゴムに対する重量比が約１：５より小さいことを特徴とする請求項７に記載の組成物。
11. 前記比が、約１：５と約１：７の間にあることを特徴とする請求項７に記載の組成物。
12. 粘着性付与剤が炭化水素樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の組成物。
13. 繊維質充填材料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
14. 前記繊維質充填材料の重量分率がゴム組成物の重量の１０％未満であることを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
15. 前記繊維質充填材料の単独の１つが約２０ミクロンと１４０ミクロンの間の長さを有することを特徴とする請求項１４に記載の組成物。
16. 前記繊維質充填材料の単独の１つが２００ミクロン未満の直径を有することを特徴とする請求項１５に記載の組成物。
17. 前記繊維質充填材料の単独の１つが約３０ミクロンと６０ミクロンの間の長さを有することを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
18. 前記繊維質充填材料の単独の１つが約２５０ミクロン未満の直径を有することを特徴とする請求項１７に記載の組成物。
19. 前記繊維質充填材料の重量がゴム組成物の重量の１０％未満であることを特徴とする請求項１８に記載の組成物。
20. 界面活性剤がエチレンオキシであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
21. 非繊維質充填材料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
22. 防錆剤及び腐食防止剤、殺生物剤、並びにフェノール型の酸化防止剤のうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
23. １３より高いＨＬＢ水準を有する界面活性剤にプロピレングリコールを加えてプロピレングリコール混合物を形成し、
    前記プロピレングリコール混合物をゴム・エマルジョンと混合する、
    ステップを含むことを特徴とするゴム組成物を形成する方法。
24. 前記プロピレングリコールは、界面活性剤対プロピレングリコールの重量比が約１：１０００と１：１０の間となるように加えられることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記プロピレングリコールは、界面活性剤対プロピレングリコールの重量比が約２：１００と４：１００の間となるように加えられることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
26. 前記混合物は、プロピレングリコールの重量分率が１０％から５０％までとなるようにゴム・エマルジョンと混合されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
27. 前記混合物は、固体ゴムの重量分率が約２０％から約６０％までとなるようにゴム・エマルジョンと混合されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
28. 前記プロピレングリコール混合物を前記ゴム・エマルジョンと混合させる前に、前記混合物に繊維質充填材料を添加するステップを更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
29. 前記混合物に接着性粘着性付与剤を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
30. 前記プロピレングリコールと混合させる前に、前記ゴム・エマルジョンに接着性粘着性付与剤を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
31. 前記ゴム・エマルジョンが天然ゴム及び合成ゴムを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
32. 前記プロピレングリコール混合物に繊維質充填材料を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
33. 約２グラムから約２００グラムまでのセルロース繊維を約１０００ｍＬの前記プロピレングリコール混合物に添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。

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