JP2009096841A - 熱可塑性エラストマー組成物および該組成物からなる防振・防音部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブチル系ゴムを30質量%以上80質量%以下の割合で含有し、該ゴム成分100質量部対して15質量部以上50質量部以下のオレフィン系熱可塑性樹脂と10質量部以上100質量部以下の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを含み、前記ゴム成分が動的架橋により微分散されている。
【選択図】なし
Description
前記ゴム成分100質量部に対して、5質量部以上50質量部以下のオレフィン系熱可塑性樹脂と、
前記ゴム成分100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを含み、
前記ゴム成分が動的架橋により微分散されていること特徴とする熱可塑性エラストマー組成物を提供している。
ブチル系ゴムにおける不飽和度(イソブチレン−イソプレン共重合ゴムの場合はイソプレン量)は通常0.6〜2.5mol%である。
ハロゲン化イソブチレン−イソプレン共重合ゴムのハロゲンは塩素または臭素が好適な例として上げられる。ハロゲンの含有量は通常1.1〜2.4質量%である。
ブチル系ゴムとしては1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上を組み合わせて用いてよい。なかでも、イソブチレン−イソプレン共重合ゴムを含むことが好ましく、イソブチレン−イソプレン共重合ゴムを単独で含むことがより好ましい。
前記配合割合としているのは、ゴム成分中においてブチル系ゴムを30質量%未満しか含んでいないと、ブチル系ゴムが持つ高い防振・防音性能を発揮できないからである。一方、ブチル系ゴムをゴム成分全体の80質量%より多く含むと高い加工性を発揮できない。これは、ブチル系ゴムはムーニー粘度が高いため動的架橋を行う際に困難が生じたり、粘着性が強いため得られる熱可塑性エラストマー組成物に粘着性が生じ、加工が容易ではなくなることによる。
なかでも「他のゴム成分」としては、ブチルゴムと相溶性の良いゴム、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、1,2−ポリブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム等が良い。
前記他のゴム成分は1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上を組み合わせて用いてよい。
さらに、「他のゴム成分」としては加工性のよいゴム成分が好ましく、特にエチレン−プロピレン−ジエンゴム(以下、EPDMゴムという)が良好な加工性を有するうえにブチル系ゴムとの相溶性に優れていることから好適に用いられる。
オレフィン系熱可塑性樹脂の含有量が全組成物中15質量%を超えると硬度が上昇するため、柔軟性が要求される画像形成装置用部材には応用しにくくなる。一方で、オレフィン系熱可塑性樹脂の含有量が少ないと、動的架橋に困難をきたし加工性が悪くなる場合があることから、オレフィン系熱可塑性樹脂の含有量は全組成物中10質量%以上であることが好ましい。
なかでも、スチレン−エチレン−エチレン/プロピレン−スチレン共重合体(SEEPS)を用いることが特に好ましい。
また、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーは水素添加により二重結合が飽和されているため、ゴム成分の動的架橋を阻害ないことも水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを用いる理由である。
前記配合割合としているのは、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーをゴム成分100質量部に対して100質量部より多く含むとブチル系ゴムが持つ高い防振・防音性能を発揮できず、かつ、プリンター等の画像形成装置に用いられるローラー等の部材に要求される耐摩耗性を維持できないことによる。一方、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを10質量部未満しか含んでいないと、本発明の熱可塑性エラストマー組成物は高硬度を示し、プリンター等の画像形成装置に用いられるローラー等の部材に応用する際に好ましくない。
このようにせん断力を加えながら架橋を行うと組成物中のゴム粒子径を数μm〜数十μmにすることができ、微分散させることができる。
樹脂架橋剤としては、例えばフェノール樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、トリアジン・ホルムアルデヒド縮合物、ヘキサメトキシメチル・メラミン樹脂等が挙げられる。なかでもフェノール樹脂を用いると、給紙機構を構成する部材として用いたときに給紙性能を高めることができるため好ましい。
フェノール樹脂の具体例としては、フェノール、アルキルフェノール、クレゾール、キシレノールもしくはレゾルシン等のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドもしくはフルフラール等のアルデヒド類との反応により合成される各種フェノール樹脂が挙げられる。フェノール樹脂のアルデヒドユニットに少なくとも一個のハロゲン原子が結合したハロゲン化フェノール樹脂を用いることもできる。
特に、ベンゼンのオルト位またはパラ位にアルキル基が結合したアルキルフェノールと、ホルムアルデヒドとの反応によって得られるアルキルフェノール・ホルムアルデヒド樹脂が、ゴム成分との相溶性に優れるとともに反応性に富んでいて架橋反応開始時間を比較的早くできるので好ましい。アルキルフェノール・ホルムアルデヒド樹脂のアルキル基は、通常、炭素数が1から10のアルキル基であり、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基またはブチル基等が挙げられる。また、このアルキルフェノール・ホルムアルデヒド樹脂のハロゲン化物も好適に用いられる。
また、硫化−p−第三ブチルフェノールとアルデヒド類とを付加縮合させた変性アルキルフェノール樹脂や、アルキルフェノール・スルフィド樹脂も樹脂架橋剤として使用可能である。
架橋活性剤の配合量はゴム成分の物性が十分発揮される量であればよいが、例えば前記ゴム成分100質量部に対して0.5〜10質量部であることが好ましく、さらには1〜10質量部であることがより好ましい。
有機過酸化物の配合量に関し、下限はゴム成分100質量部に対し0.5質量部以上であることがより好ましく、1.0質量部以上であることが特に好ましい。また、上限はゴム成分100質量部に対し2.5質量部以下が好ましく、2.0質量部以下が特に好ましい。
前記共架橋剤としては、例えば多官能性モノマー、メタクリル酸あるいはアクリル酸の金属塩、メタクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物、複素環ビニル化合物、アリル化合物、1,2−ポリブタジエンの官能基を利用した多官能ポリマー類、ジオキシム類等が挙げられる。
有機過酸化物とともに共架橋剤を配合する場合、当該共架橋剤の配合量は共架橋剤の種類または用いる他の成分との関係で適宜選択することができるが、ゴム成分100質量部に対して好ましくは5質量部以上20質量部以下、より好ましくは10質量部以上15質量部以下とする。
他の成分としては、例えば、適度な柔軟性と弾性を与えるために、必要に応じて軟化剤を配合することができる。
軟化剤としてはオイルや可塑剤が挙げられる。オイルとしては、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系等の鉱物油や炭化水素系オリゴマーからなるそれ自体公知の合成油、またはプロセスオイルを用いることができる。合成油としては、例えばα−オレフィンとのオリゴマー、ブテンのオリゴマー、エチレンとα−オレフィンとの非晶質オリゴマーが好ましい。可塑剤としては、フタレート系、アジペート系、セパケート系、ホスフェート系、ポリエーテル系、ポリエステル系等の可塑剤が挙げられ、より具体的には例えばジオクチルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジオクチルセパケート(DOS)、ジオクチルアジペート(DOA)等が挙げられる。
軟化剤の配合量はゴム成分100質量部に対して600質量部以下であることが好ましく、400質量部以下であることがより好ましい。軟化剤を前記範囲より多く配合すると、組成物の表面から軟化剤がブリードしたり、あるいは軟化剤が架橋阻害を起こしてゴム成分が十分に架橋されず物性が低下してしまうことがあるからである。軟化剤の配合量の下限は特に限定されず、軟化剤を添加した効果、すなわち動的架橋時におけるゴム成分の分散性をより良化する効果が得られればよいが、通常は15質量部以上である。
軟化剤を配合する方法としては、動的架橋前の組成物に加えて混練する方法や、予め組成物中の一部の成分に加えて混練しておいてから全体と混練する方法等が挙げられる。
後者は、例えば、油展EPDMゴムを組成物に加える方法や、油展した水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを用いる方法がある。
なお、油展エピクロルヒドリンゴムや油展した水素添加スチレン系熱可塑性エラスマー等を用いた場合は伸展油が軟化剤としての役割も果たす。ゆえに、伸展油の量を軟化剤の配合量に勘案する。
充填剤としては、例えばシリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、二塩基性亜リン酸塩(DLP)、塩基性炭酸マグネシウム、アルミナ等の粉体を挙げることができる。
充填剤はゴム成分100質量部に対して30質量部以下で配合するのが好ましい。充填剤の比率が前記範囲を超えると、柔軟性が低下してしまうことがあるからである。
受酸剤としては酸受容体として作用する種々の物質を用いることができるが、マグネシウムまたはカルシウムの炭酸塩などが好適な例として挙げられる。また、ハイドロタルサイト類または酸化マグネシウムを用いることもできる。
受酸剤の配合量は、ゴム成分100質量部に対し0.1質量部以上10質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上5質量部以下であることがより好ましい。
滑剤としては、例えば高級脂肪酸アミドまたは不飽和脂肪酸アミド等が挙げられる。
老化防止剤としては、例えば2−メルカプトベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類;フェニル−α−ナフチルアミン,N,N’−ジ−6−ナフチル−p−フェニレンジアミンもしくはN−フェニル−N’−イソプロピル−p−フェニレンジアミンなどのアミン類;または2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)もしくは2,5−ジ−tert−ブチルハイドロキノンなどのフェノール類等が挙げられる。
まず、少なくともブチル系ゴムを含むゴム成分、オレフィン系熱可塑性樹脂、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーおよび架橋剤、所望によりその他の添加剤を投入してヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の混練機で混練、もしくはタンブラーを用いて混合する。全ての成分を一度に混練・混合しても良いし、一部の成分を予め混練・混合したのち残りの成分を加えて混練・混合してもよい。
この混練物あるいは混合物を一軸もしくは2軸押出機またはニーダー等に投入し、せん断力を加えつつ150〜250℃に加熱しながら架橋剤によりゴム成分を動的架橋し、オレフィン系熱可塑性樹脂および水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーの混合物中にゴム成分を分散させる。
前記のようにして得られた熱可塑性エラストマー組成物は、後工程のためにペレット状とするのが良い。これにより良好な成形性を得ることができる。
より具体的には、インクジェットプリンターもしくはレーザープリンターなどのプリンター、静電式複写機、ファクシミリ装置や自動預金支払機(ATM)等の画像形成装置において紙(紙様薄状体も含む)の搬送に寄与する部材として用いることが好ましい。より具体的には、紙の重送を防止するための分離シートや分離パッド、紙送りローラーに応用することができる。なかでも、給紙機構を構成する給紙ローラー、搬送ローラーまたは排紙ローラー等の紙送りローラーに応用することが特に好ましい。
熱可塑性エラストマー組成物は、ブチル系ゴムを30質量%以上80質量%以下の割合で含有したゴム成分と、該ゴム成分100質量部に対して、5質量部以上50質量部以下のオレフィン系熱可塑性樹脂と、ゴム成分100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを含み、前記オレフィン系熱可塑性樹脂と水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとの混合物からなるマトリクス成分中に前記ゴム成分が動的架橋により微分散されている。
前記水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしてはスチレン−エチレン−エチレン/プロピレン−スチレン共重合体を用いることが好ましい。水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーは前記ゴム成分100質量部に対して10〜100質量部配合されていることが好ましく、10〜80質量部配合されていることがより好ましく、15〜60質量部配合されていることがさらに好ましい。
オレフィン系熱可塑性樹脂と水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーの混合割合は、オレフィン系熱可塑性樹脂100質量部に対して水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーが50〜200質量部であることが好ましい。
さらにまた、架橋反応を適切に行うために架橋活性剤として酸化亜鉛を含む。酸化亜鉛はゴム成分100質量部に対して1〜10質量部配合することが好ましい。
前記成分を所要の配合比にしてタンブラーに投入し、混合する。混合時間は15分とする。得られた混合物を2軸押出機に投入して、150〜250℃、好ましくは180〜200℃で動的架橋を行い、ゴム成分を均一に分散させ、熱可塑性エラストマー組成物のペレットを取得している。
具体的には、ペレットを190〜220℃の条件下で単軸押出機を用いてチューブ状に押し出し、所要長さにカットした後、中空部に芯金を圧入するか、あるいは両者を接着剤で接合して固定している。
なお、ペレットを射出(インジェクション)成形機により射出してチューブ状に成形し、この成形品の表面を研磨した後、所要寸法にカットしてゴムローラとしてもよい。
また、円筒形状に成形したゴム層の中空部に略D字形状の芯材を圧入することにより略D字形状のゴムローラとすることもできる。
また、ゴムローラの表面にはローレット状の溝を設けても良い。
ゴム層11は、前記熱可塑性エラストマー組成物からなる層を備えたものであれば、いかなる構造を有するものであってよい。しかし、本発明の熱可塑性エラストマー組成物からなる層のみを有するゴムローラが、構造が簡単で、製造工程管理およびコスト面からみて好ましい。
該芯金12としてはアルミニウム、アルミニウム合金、SUSもしくは鉄等の金属製またはセラミック製等の芯金が挙げられる。
表1に記載の成分を用いて動的架橋された熱可塑性エラストマー組成物を作製し、さらに得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて円筒状ゴムローラを製造した。
・ブチル系ゴム;イソブチレン−イソプレン共重合ゴム(エクソンモービル社製「ブチル268(商品名)」)
・他のゴム成分;EPDMゴム(住友化学(株)製「エスプレン670F(商品名)」)
(当該EPDMゴムは油展ゴムであり、50質量%のプロセスオイルを含む。したがって、加えたEPDMゴムの質量のうち50質量%分を表中「他のゴム成分」の欄に記載し、残りの50質量%分を「軟化剤」として扱った。すなわち、表中「軟化剤」の欄には、下記パラフィン系プロセスオイルの量とEPDMゴムの伸展油の量との総和を記載している。)
・オレフィン系熱可塑性樹脂(表中では単に「熱可塑性樹脂」と記載);ポリプロピレン 樹脂(日本ポリケミカル社製「BC6(商品名)」)
・水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー(表中では単に「熱可塑性エラストマー」と記載);スチレン−エチレン−エチレン/プロピレン−スチレン共重合体((株)クラレ製「セプトン4077(商品名)」)
・樹脂架橋剤;ハロゲン化アルキルフェノール樹脂架橋剤(田岡化学工業(株)製「タッ キロール250−III(商品名)」)
・軟化剤;パラフィン系プロセスオイル(出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイルP W−380(商品名)」)
・酸化亜鉛;酸化亜鉛2種(三井鉱山(株)製)
表1に記載の成分を表1に示した割合で配合し、タンブラーにて混合した後、2軸押出機(アイベック製「HTM38」)にて180〜200℃に加熱しながら回転数200rpmで混練して動的架橋を行い、熱可塑性エラストマー組成物を作製し、ペレット化した。
得られたペレットをφ50単軸押出機((株)笠松加工研究所製)を用いて190〜220℃、20rpmにて押出成形し、カットして芯金にはめ込み、円筒状ゴムローラーを製造した。
(動的架橋における加工性)
動的架橋を行った際のペレット形状を以下の2段階で評価した。
○:良好。動的架橋されており、均一なペレットが得られた。
×:不可。流動性が悪く、粉末状の組成物しか得られなかった。
(硬さ)
JIS K 6253に準拠して、雰囲気温度23℃、相対湿度55%の恒温恒湿条件下にてタイプAデュロメーター硬さ試験を行った。
(tanδ)
JIS K 6394に準拠してtanδ(損失正接)を測定した。測定は24℃にて行った。
円筒状ゴムローラー形状に押出成形を行う際、成形物の表面の平滑さおよび押出機口金に発生する目ヤニの量を評価した。評価は目視にて行い、以下の3段階評価とした。
○:非常に良好。成形物の表面は平滑であり、押出機口金に目ヤニは発生しなかった。
△:可。成形物の表面に所々平滑でない点が見られたか、あるいは、押出機口金にまれに目ヤニが発生した。
×:不可。成形物の表面にしばしば平滑でない点が見られたか、あるいは、押出機口金にしばしば目ヤニが発生する。
外径30mm、幅10mmに成形した円筒状ゴムローラーを、荷重2.0Nを加えて紙(SK紙「キャノン(株)製」))に接触させながら回転数100rpmにて2分間強制回転させた。試験前後の質量変化を測定し、減少した質量%に応じて以下の3段階で評価した。
○:良好。試験前後の質量変化が0.05%以下であった。
△:可。試験前後の質量変化が0.05%をこえ、0.1%以下であった。
×:不可。試験前後の質量変化が0.1%をこえた。
オレフィン系熱可塑性樹脂の含有量が少ない比較例3では動的架橋に困難をきたし、成形物が得られなかった。一方、オレフィン系熱可塑性樹脂の含有量が多い比較例4では硬さが高くなり好ましくない。
水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーの含有量が少ない比較例5では加工性および耐摩耗性ともに不十分な結果であった。一方、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー含有量が多い比較例6では耐摩耗性に劣り、好ましくない。
11 ゴム層
12 芯金
Claims (5)
- ブチル系ゴムを30質量%以上80質量%以下の割合で含有したゴム成分と、
前記ゴム成分100質量部に対して、5質量部以上50質量部以下のオレフィン系熱可塑性樹脂と、
前記ゴム成分100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを含み、
前記ゴム成分が動的架橋により微分散されていること特徴とする熱可塑性エラストマー組成物。 - 全組成物における前記オレフィン系熱可塑性樹脂の含有率が15質量%以下である請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ゴム成分としてブチル系ゴムとともにエチレン−プロピレン-ジエンゴムを含んでいる請求項1または請求項2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物を用いている防振・防音部材。
- プリンター機器用部材である請求項4に記載の防振・防音部材。
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