JP2009001714A - Rubber composition for diaphragm and diaphragm obtained therefrom - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイヤフラム用ゴム組成物及び該組成物を少なくとも一部に使用して加硫、成形して得られるダイヤフラムに関する。 The present invention relates to a rubber composition for a diaphragm and a diaphragm obtained by vulcanization and molding using at least a part of the composition.
従来、クロロプレンゴム(以下、「CR」と略称する)含有ゴム組成物としては、CRの加硫時には酸が発生するという特殊性から、金属酸化物系加硫剤を利用して、発生する酸を吸収させつつ加硫することが行われており、具体的には、金属酸化物系加硫剤として酸化マグネシウムと酸化亜鉛とを併用する技術が利用されている。ところが、このCR含有ゴム組成物によれば、酸化マグネシウムに由来する無機成分(例えばMgCl2等)が高い吸水性を有するという性質を有するため、水分と接触する環境下において使用される用途、例えば、ダイヤフラム用途としては、耐水性の点で実用に耐えないという問題点がある。そこで、CR含有ゴム組成物を耐水性が要求される用途に使用する場合、加硫剤として酸化鉛のような鉛化合物を使用する技術(特許文献1)、あるいは、酸化亜鉛とハイドロタルサイトないしその焼成物を金属酸化物系加硫剤として併用して利用する技術(特許文献2)が提案されている。
しかし、金属酸化物系加硫剤として酸化鉛のような鉛化合物を使用する場合、鉛は毒性が強く、近年の環境問題を考慮すると、鉛の使用は避けることが望ましい。また、金属酸化物系加硫剤として酸化亜鉛とハイドロタルサイトを併用して利用する場合、無毒性であり、加硫後のゴムの耐水性は酸化マグネシウムと酸化亜鉛を併用して利用する場合に比べて向上するものの、耐水性が要求されるダイヤフラム用途として使用する場合には、更なる耐水性の向上が要求されている。 However, when a lead compound such as lead oxide is used as the metal oxide vulcanizing agent, lead is highly toxic and it is desirable to avoid the use of lead in consideration of recent environmental problems. Also, when zinc oxide and hydrotalcite are used in combination as a metal oxide vulcanizing agent, they are non-toxic, and the water resistance of rubber after vulcanization is when magnesium oxide and zinc oxide are used in combination. However, when used as a diaphragm application requiring water resistance, further improvement in water resistance is required.
本発明は、加硫後のゴムの耐屈曲疲労性、引張強度及び圧縮永久歪等のダイヤフラムとしての要求特性を確保しつつ、酸化鉛等の鉛化合物を配合したCR含有ゴム組成物(以下、「鉛系CR含有ゴム組成物」と略称する)の加硫後のゴムと同等の耐水性を有するダイヤフラム用ゴム組成物及び該組成物を少なくとも一部に使用して加硫、成形して得られるダイヤフラムを提供することを目的とする。 The present invention is a CR-containing rubber composition containing a lead compound such as lead oxide (hereinafter, referred to as “diaphragm”) while ensuring the required properties as a diaphragm such as flexural fatigue resistance, tensile strength and compression set of vulcanized rubber. A rubber composition for diaphragms having water resistance equivalent to that of rubber after vulcanization of “lead-based CR-containing rubber composition” and obtained by vulcanizing and molding at least a part of the composition. It aims at providing the diaphragm which can be used.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下に示すゴム組成物により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the object can be achieved by the rubber composition shown below, and have completed the present invention.
すなわち、本発明のダイヤフラム用ゴム組成物は、CRを主成分とするゴム成分、酸化亜鉛、ハイドロタルサイト、カーボンブラック及びシリカを含有することを特徴とする。 That is, the rubber composition for a diaphragm of the present invention is characterized by containing a rubber component mainly composed of CR, zinc oxide, hydrotalcite, carbon black and silica.
かかるゴム組成物の加硫ゴムは、非鉛系であっても鉛系CR含有ゴム組成物の加硫ゴムと同等の耐水性を有し、さらに、耐屈曲疲労性、引張強度及び圧縮永久歪等のダイヤフラムとしての要求特性を満たすものである。 The vulcanized rubber of such a rubber composition has water resistance equivalent to that of the vulcanized rubber of the lead-based CR-containing rubber composition even if it is a non-lead type, and further has bending fatigue resistance, tensile strength, and compression set. It satisfies the required characteristics as a diaphragm.
本発明のダイヤフラム用ゴム組成物は、CRを主成分とするゴム成分、酸化亜鉛、ハイドロタルサイト、カーボンブラック及びシリカを含有する。 The rubber composition for a diaphragm of the present invention contains a rubber component mainly composed of CR, zinc oxide, hydrotalcite, carbon black and silica.
前記ゴム成分としては、CRを主成分とするゴム成分、すなわち、CRをゴム成分中50%以上含有するゴム成分、とするものをいう。ゴム成分がCRを主成分とするものであると、加硫後のゴムをダイヤフラムとして好適に使用できる。 The rubber component refers to a rubber component mainly containing CR, that is, a rubber component containing 50% or more of CR in the rubber component. If the rubber component is composed mainly of CR, the vulcanized rubber can be suitably used as a diaphragm.
酸化亜鉛は、ゴムの加硫促進助剤として一般的に使用されている酸化亜鉛(亜鉛華)を使用することができる。酸化亜鉛の配合量は、ゴム成分100重量部に対して、2〜10重量部が好ましく、4〜6重量部がより好ましい。酸化亜鉛が2重量部未満であると、加硫反応が遅くなり、10重量部を超えると、加硫反応が早くなり、耐スコーチ性は低下する。 As the zinc oxide, zinc oxide (zinc white) generally used as a rubber vulcanization accelerating aid can be used. The blending amount of zinc oxide is preferably 2 to 10 parts by weight and more preferably 4 to 6 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. When zinc oxide is less than 2 parts by weight, the vulcanization reaction is delayed, and when it exceeds 10 parts by weight, the vulcanization reaction is accelerated and the scorch resistance is lowered.
ハイドロタルサイトは、金属酸化物系加硫剤に該当するものであり、狭義には、天然に産出される鉱物としてのマグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキサイド・カーボネート・ハイドレートを指し、広義には、鉱物としてのハイドロタルサイトに準ずる組成を有する金属酸化物の合成品をも含むものとする。代表的には主成分が、以下の一般式、
Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O (天然物)
Mg4.5Al2(OH)13CO3・3.5H2O (合成品の一例)
で与えられるものである。金属水酸化物、金属炭酸塩等を主骨格に有する化合物についても、加熱脱水等により金属酸化物を形成自在なものについては、広義に金属酸化物系化合物に含むものとする。ハイドロタルサイトの配合量は、ゴム成分100重量部に対して、4〜20重量部が好ましく、6〜10重量部がより好ましい。ハイドロタルサイトが4重量部未満であると、耐スコーチ性が低下し、20重量部を超えると、加硫反応が遅くなる。
Hydrotalcite falls under the category of metal oxide vulcanizing agent. In the narrow sense, it refers to magnesium, aluminum, hydroxide, carbonate, hydrate as naturally occurring minerals. And a synthetic product of metal oxide having a composition similar to that of hydrotalcite. Typically, the main component is the following general formula:
Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .4H 2 O (natural product)
Mg 4.5 Al 2 (OH) 13 CO 3 · 3.5H 2 O ( an example of a synthetic)
Is given by As for compounds having metal hydroxides, metal carbonates and the like in the main skeleton, those that can form metal oxides by heat dehydration and the like are broadly included in metal oxide compounds. The amount of hydrotalcite is preferably 4 to 20 parts by weight and more preferably 6 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. When the hydrotalcite is less than 4 parts by weight, the scorch resistance is lowered, and when it exceeds 20 parts by weight, the vulcanization reaction is delayed.
カーボンブラックとしては、補強性を有する公知のカーボンブラック、具体的には、例えばSAF、ISAF、HAF、FEF、GPF等が用いられる。カーボンブラックの配合量は、ゴム成分100重量部に対して、20〜70重量部が好ましく、30〜60重量部がより好ましい。カーボンブラックは、加硫後のゴムの硬さ、耐水性及び耐久性を調整し得る範囲で使用することができる。カーボンブラックの配合量が20重量部未満では、カーボンブラックの補強効果が充分に得られず、70重量部を超えると、ゴム混合性及び加工時の作業性等が悪化する。 As the carbon black, known carbon black having reinforcing properties, specifically, for example, SAF, ISAF, HAF, FEF, GPF and the like are used. The compounding amount of the carbon black is preferably 20 to 70 parts by weight, more preferably 30 to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. Carbon black can be used as long as the hardness, water resistance and durability of the vulcanized rubber can be adjusted. If the blending amount of carbon black is less than 20 parts by weight, the reinforcing effect of carbon black cannot be obtained sufficiently, and if it exceeds 70 parts by weight, rubber mixing properties, workability during processing, and the like deteriorate.
本発明において補強剤として使用するシリカは、ゴムの補強剤として公知のシリカを使用することができる。シリカは水分率が高くなるとより凝集しやすいので、必要に応じて乾燥して混練することも好ましい態様である。シリカの配合量は、ゴム成分100重量部に対して、3〜18重量部が好ましく、5〜15重量部がより好ましい。シリカは、加硫後のゴムの硬さ、耐水性及び耐久性を調整し得る範囲で使用することができる。この配合量が3重量部未満では、シリカの補強効果が充分に得られず、18重量部を超えると、加硫後のゴムの耐水性が悪化する。 As the silica used as a reinforcing agent in the present invention, a known silica can be used as a rubber reinforcing agent. Since silica easily aggregates when the moisture content becomes high, drying and kneading is also a preferable embodiment as necessary. The amount of silica is preferably 3 to 18 parts by weight and more preferably 5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. Silica can be used as long as the hardness, water resistance and durability of the rubber after vulcanization can be adjusted. If the blending amount is less than 3 parts by weight, the reinforcing effect of silica cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 18 parts by weight, the water resistance of the rubber after vulcanization is deteriorated.
シリカを添加する際、シランカップリング剤を使用することも本発明の好ましい態様である。シランカップリング剤は公知のものを限定なく使用可能であり、その配合量はシリカの分散性を調整し得る範囲で使用することができる。 It is also a preferred embodiment of the present invention to use a silane coupling agent when adding silica. A well-known silane coupling agent can be used without limitation, and the amount of the silane coupling agent can be used as long as the dispersibility of silica can be adjusted.
本発明のゴム組成物は、加硫剤として通常ゴム工業において使用される硫黄を含有してもよく、その配合量はゴム成分100重量部に対して、0.2〜1.5重量部が好ましい。硫黄の配合量が上記配合量の範囲内であれば、加硫後のゴムとして耐水性及び補強性に優れたものが得られる。 The rubber composition of the present invention may contain sulfur which is usually used in the rubber industry as a vulcanizing agent, and the blending amount thereof is 0.2 to 1.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. preferable. If the amount of sulfur is within the above range, a rubber having excellent water resistance and reinforcing properties can be obtained as a vulcanized rubber.
また、本発明のダイヤフラム用組成物には公知の、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤、着色剤、補強剤、老化防止剤、充填剤、軟化剤、可塑剤、滑剤等の各種添加剤を添加できる。 In addition, the diaphragm composition of the present invention includes known vulcanization accelerators, vulcanization acceleration assistants, vulcanization retarders, colorants, reinforcing agents, anti-aging agents, fillers, softeners, plasticizers, lubricants. Various additives such as can be added.
例えば、充填剤としては、クレー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム等、又は各種天然若しくは人工の繊維等が挙げられる。 For example, examples of the filler include clay, talc, mica, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, and various natural or artificial fibers.
軟化剤としては、例えばリノール酸、オレイン酸、アビエチン酸を主とするトール油、パインタール、菜種油、綿実油、落花生油、ひまし油、パーム油、フアクチス等の植物系軟化剤、パラフイン系油、ナフテン系油、又は芳香族系油等の鉱物油系軟化剤等が挙げられる。 Examples of the softener include plant softeners such as tall oil mainly composed of linoleic acid, oleic acid, and abietic acid, pine tar, rapeseed oil, cottonseed oil, peanut oil, castor oil, palm oil, fuactis, paraffinic oil, and naphthenic oil. Examples thereof include mineral softeners such as oil or aromatic oil.
可塑剤としては、フタル酸系、セバシン酸系、アジピン酸系、リン酸エステル系、エポキシ系、塩素化パラフイン系、エーテル系、チオエーテル系、ポリエステル系、又はポリエーテル系可塑剤等が挙げられる。 Examples of the plasticizer include phthalic acid-based, sebacic acid-based, adipic acid-based, phosphate ester-based, epoxy-based, chlorinated paraffin-based, ether-based, thioether-based, polyester-based, and polyether-based plasticizers.
滑剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸の金属石鹸、高融点ワックス、低分子量ポリエチレン、ポリエチレングリコール、又はオクタデシルアミン等が挙げられる。 Examples of the lubricant include stearic acid, metal soap of stearic acid, high melting point wax, low molecular weight polyethylene, polyethylene glycol, or octadecylamine.
本発明のダイヤフラム用ゴム組成物は、ゴム成分、酸化亜鉛、ハイドロタルサイト、カーボンブラック及びシリカ、必要に応じて、シランカップリング剤、加硫促進剤及びその他上記各種配合剤を、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等の通常のゴム工業において使用される混練機を用いて混練りすることにより得られる。 The rubber composition for a diaphragm of the present invention comprises a rubber component, zinc oxide, hydrotalcite, carbon black and silica, and if necessary, a silane coupling agent, a vulcanization accelerator and other various compounding agents described above, a Banbury mixer, It can be obtained by kneading using a kneader used in a normal rubber industry such as a kneader or a roll.
また、上記各成分の配合方法は、特に限定されず、酸化亜鉛、ハイドロタルサイト、硫黄及び加硫促進剤等の加硫系成分以外の配合成分を予め混練してマスターバッチとし、残りの成分を添加してさらに混練する方法、各成分を任意の順序で添加し混練する方法、全成分を同時に添加して混練する方法等のいずれでもよい。 In addition, the blending method of each of the above components is not particularly limited, and blending components other than vulcanized components such as zinc oxide, hydrotalcite, sulfur and vulcanization accelerator are kneaded in advance to obtain a master batch, and the remaining components Any of a method for adding and kneading the components, a method for adding and kneading each component in an arbitrary order, a method for adding all components simultaneously and kneading may be used.
以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明する。なお、以下において、部とあるのは重量部を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In the following, “parts” means parts by weight.
実施例1
(ゴム組成物の調製)
CR(東ソー社製、商品名:スカイプレンB−5A)100部、ステアリン酸1部、カーボンブラック(東海カーボン社製、商品名:シーストS(SRF))55部、シリカ(東ソー・シリカ社製、商品名:ニップシールAQ)5部、シランカップリング剤(東レ・ダウコーニング社製、商品名:SH−6062)0.15部及びオイル15部を通常のバンバリーミキサーを用いて混練し、マスターバッチを調整した。次いで、このマスターバッチに、酸化亜鉛(2種)5部、ハイドロタルサイト(協和化学工業社製、商品名:ハイドロタルサイトKW2100)8部、硫黄0.5部、加硫促進剤(2種;大内新興化学工業社製、商品名:ノクセラーDT及びノクセラーTS)をそれぞれ1.0部添加し、再度ニーダーを用いて混練してゴム組成物を調整した。
Example 1
(Preparation of rubber composition)
100 parts CR (manufactured by Tosoh Corporation, trade name: Skyprene B-5A), 1 part stearic acid, 55 parts carbon black (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., trade name: Seast S (SRF)), silica (manufactured by Tosoh Silica Corporation) , Trade name: nip seal AQ) 5 parts, silane coupling agent (manufactured by Dow Corning Toray, trade name: SH-6062) 0.15 parts and oil 15 parts are kneaded using a normal Banbury mixer, master batch Adjusted. Next, 5 parts of zinc oxide (2 types), 8 parts of hydrotalcite (trade name: Hydrotalcite KW2100), 0.5 parts of sulfur, vulcanization accelerator (2 types) were added to this master batch. Each 1.0 parts of Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd., trade names: Noxeller DT and Noxeller TS) were added and kneaded again using a kneader to prepare a rubber composition.
実施例2〜3、比較例1〜3
実施例1において、ゴム組成物の作製に用いた各成分の使用量を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ゴム組成物を作製した。なお、比較例1においては、酸化鉛(ラインケミ社製、商品名:レノグランPbO−80)、カーボンブラック(東海カーボン社製、商品名:シーストSO(FEF))を使用した。
Examples 2-3 and Comparative Examples 1-3
A rubber composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component used for preparation of the rubber composition in Example 1 was changed as shown in Table 1. In Comparative Example 1, lead oxide (manufactured by Reinchem, trade name: Renogran PbO-80) and carbon black (trade name: Seast SO (FEF), manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) were used.
各ゴム組成物については、それぞれの加硫ゴムを作製して特性評価を行った。
(評価)
評価は、各ゴムを所定の金型を使用して160℃にて20分加熱、加硫して得られた加硫ゴムについて行った。
<硬さ(A)>
JIS−K 6253に準拠し、タイプAデュロメーターにて硬さを測定した。
<引張特性>
100%伸張モジュラス(M100(MPa))、引張強さ(TB(MPa))及び伸び(EB(%))については、JIS3号ダンベルを使用して作製したサンプルについて、JIS−K 6251に準拠して測定した。
<粘弾性特性>
レオメーター(モンサント社製、装置名:MDR−2000)にて(S’Max(dNm))、(tc(10)(min))及び(tc(90)(min))を測定した。
<引裂強さ(TR)>
JIS−K 6252に準拠し、切り込みなしアングル形試験片にて引裂強さ(TR(N/mm))を測定した。
<圧縮永久歪>
JIS−K 6262に準拠し、100℃で24時間放置後の値を測定した。
<耐水性>
幅20mm、長さ50mm、厚さ2mmの試験片を、70℃の水に浸漬して7日又は14日間放置後のゴムの硬さ変化及び体積変化率を測定した。体積変化率は、試験片の試験前の体積をW1、試験後の体積をW2としたとき、体積変化率(%)=100×(W2−W1)/W1で与えられる。また、硬さの変化は、変化のポイント数にて評価した。
<耐久性>
JIS−K 6260に準拠し、40℃にて屈曲亀裂発生試験を行い、サンプルにおいてクラックが発生した時点での回数を測定した。評価結果を表1に示す。
About each rubber composition, each vulcanized rubber was produced and the characteristic evaluation was performed.
(Evaluation)
The evaluation was performed on vulcanized rubber obtained by heating and vulcanizing each rubber at 160 ° C. for 20 minutes using a predetermined mold.
<Hardness (A)>
Based on JIS-K 6253, the hardness was measured with a type A durometer.
<Tensile properties>
About 100% elongation modulus (M 100 (MPa)), tensile strength (T B (MPa)) and elongation (E B (%)), JIS-K 6251 Measured according to
<Viscoelastic properties>
(S′Max (dNm)), (t c (10) (min)) and (t c (90) (min)) were measured with a rheometer (manufactured by Monsanto, apparatus name: MDR-2000).
<Tear Strength (TR)>
In accordance with JIS-K 6252, the tear strength (TR (N / mm)) was measured with an angle-shaped test piece without cutting.
<Compression set>
Based on JIS-K 6262, the value after being allowed to stand at 100 ° C. for 24 hours was measured.
<Water resistance>
A test piece having a width of 20 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 2 mm was immersed in water at 70 ° C., and the hardness change and volume change rate of the rubber after standing for 7 days or 14 days were measured. The volume change rate is given by volume change rate (%) = 100 × (W2−W1) / W1, where W1 is the volume of the test piece before the test and W2 is the volume after the test. The change in hardness was evaluated by the number of change points.
<Durability>
Based on JIS-K 6260, the bending crack generation test was done at 40 degreeC, and the frequency | count when the crack generate | occur | produced in the sample was measured. The evaluation results are shown in Table 1.
表1の結果より、実施例1のダイヤフラム用ゴム組成物の加硫ゴムは、耐水性試験後の硬さ変化及び体積変化率が、鉛系CR含有ゴム組成物の加硫ゴムと同等の値を示し、鉛系と同等の優れた耐水性を示した。耐久性については、屈曲亀裂発生試験におけるクラックが発生した時点での回数は15万回であったが、ダイヤフラムとしては充分に実用可能範囲内の結果を示した。実施例3のCR含有ゴム組成物の加硫ゴムは、耐水性試験後の硬さ変化及び体積変化率が、鉛系CR含有ゴム組成物の加硫ゴムと同等の値であり、鉛系と同等の優れた耐水性を示した。さらに耐久性についても、屈曲亀裂発生試験で20万回後もクラックが発生せず、鉛系と同等の優れた耐久性を示した。また、実施例1〜3のCR含有ゴム組成物の加硫ゴムは、引張強度、引裂強さ及び圧縮永久歪において、ダイヤフラムとしての要求特性を充分に満足する値を示した。一方、比較例3のCR含有ゴム組成物の加硫ゴムは、シリカの配合量が18重量部を超えるため、耐水性試験後の体積変化率は、鉛系CR含有ゴム組成物の加硫ゴムと同等の値を示すものの、硬さの変化が大きく、耐水性は悪化した。また、比較例2の酸化亜鉛、ハイドロタルサイトにカーボンブラックを配合したものであって、シリカを配合しないCR含有ゴム組成物の加硫ゴムは、実施例1〜3のCR含有ゴム組成物の加硫ゴムに比べて、耐水性試験後の硬さ変化及び体積変化率が共に悪化した。 From the results of Table 1, the vulcanized rubber of the diaphragm rubber composition of Example 1 has the same hardness change and volume change rate after the water resistance test as the vulcanized rubber of the lead-based CR-containing rubber composition. And showed excellent water resistance equivalent to that of lead. Regarding the durability, the number of times at the time when the crack was generated in the bending crack generation test was 150,000 times, but the result was sufficiently within the practical range as a diaphragm. In the vulcanized rubber of the CR-containing rubber composition of Example 3, the hardness change and volume change rate after the water resistance test are the same values as the vulcanized rubber of the lead-based CR-containing rubber composition. The same excellent water resistance was exhibited. Further, regarding the durability, cracks did not occur even after 200,000 times in the bending crack generation test, and excellent durability equivalent to that of the lead type was shown. In addition, the vulcanized rubbers of the CR-containing rubber compositions of Examples 1 to 3 exhibited values that satisfactorily satisfied the required characteristics as a diaphragm in terms of tensile strength, tear strength, and compression set. On the other hand, since the vulcanized rubber of the CR-containing rubber composition of Comparative Example 3 has a silica compounding amount exceeding 18 parts by weight, the volume change rate after the water resistance test is vulcanized rubber of the lead-based CR-containing rubber composition. However, the change in hardness was large and the water resistance deteriorated. Moreover, the vulcanized rubber of the CR-containing rubber composition in which carbon black is blended with zinc oxide and hydrotalcite of Comparative Example 2 and silica is not blended is the CR-containing rubber composition of Examples 1-3. Compared with vulcanized rubber, both the hardness change and the volume change rate after the water resistance test deteriorated.
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