JP2010265354A - ゴムまたは樹脂のコーティング材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物性が安定しているとともに優れた性能を有するコーティング材を、簡易な工程により短時間で製造する製造方法を提供する。
【解決手段】ポリマー材料１０に溶剤１２を加え、アジター等により撹拌する（予撹拌工程）。予撹拌工程で混合された混合液に添加剤１４を加えた上で、撹拌機を用いてさらに撹拌する（撹拌工程）。この撹拌工程において、被撹拌物、すなわちポリマー材料１０、溶剤１２、および添加剤１４の混合物を、例えば、毎秒１００，０００以上といったせん断速度でせん断する。この撹拌工程により、ポリマー材料１０の成分と添加剤１４の成分とが一定の割合で混合された微細な多数の粒子を、溶剤１２中に均一に分散させたコーティング材２０が製造できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴムまたは樹脂のコーティング材の製造方法に関し、特に、ゴムまたは樹脂を溶剤中に分散させたコーティング材の製造方法に関する。

ゴム、あるいは樹脂などのポリマー材料を溶剤に加え、ゴム糊や、部材の表面処理に用いられるコーティング材を製造することが行われている。一般に、このようなゴム糊、コーティング材は、ゴム等に添加剤を加えてロール、混練機で混練した後に、適度なサイズに切断したゴム等を溶剤中に撹拌させて製造される。混練工程の例としては、樹脂に添加剤である顔料を混練させること（例えば特許文献１）が知られている。また、熱可塑性高分子材料と、油などの低分子材料とを、高温下で混合させること（例えば特許文献２）も知られている。

特開２０００―１６７８２６号公報 特開平７―１６４４３２号公報

ポリマー材料に添加剤を加えて混練した後に、ポリマー材料を溶剤に混合させると、生成されたコーティング材、ゴム糊において、粘度などの物性が安定しない場合がある。これは、混練時に添加剤をポリマー材料中に完全に分散させることが困難であるため、添加剤の分散具合に応じてポリマー材料の物性にばらつきが生じること等に起因する。また、混練されたポリマー材料を長期間に渡って貯蔵するとスコーチが進行することも、物性が不安定になる原因として挙げられる。

物性が不安定なコーティング材を用いると、塗布むらを生じたり、塗布後のコーティング層の厚さが不均一になるといった問題を生じ得る。このように、混練工程を経て製造されたコーティング材等においては、不具合が生じるおそれがある。さらに、ポリマー材料を混練する場合、コーティング材の製造工程が複雑になるとともに、短期間で製造することが困難になる。

そこで、混練工程なしに、ポリマー材料と、溶媒などの低分子材料とを混合させてコーティング材を製造することも考えられる（例えば特許文献２）。しかしながら、この場合、添加剤をコーティング材に含有させることができない。従って、要求される性能を全て満たすコーティング材の製造は困難である。

そこで本発明は、物性が安定しているとともに優れた性能を有するコーティング材を、簡易な工程により短時間で製造する製造方法の提供を目的とする。

本願発明は、ゴムまたは樹脂であるポリマー材料を溶剤中で撹拌してコーティング材を製造する方法である。本願発明のコーティング材の製造方法は、ポリマー材料と添加剤とを混練する混練工程なしに、ポリマー材料を溶剤中で添加剤とともにせん断しつつ撹拌する撹拌工程を備えることを特徴とする。

撹拌工程における被撹拌物のせん断速度は、毎秒１００，０００以上、２，０００，０００以下であることが好ましい。

また、コーティング材の製造方法は、撹拌工程の前に、添加剤を含まない状態でポリマー材料を溶剤中で撹拌する予撹拌工程をさらに有することが好ましい。撹拌工程において撹拌される被撹拌物の撹拌前の粘度は、例えば、１ｍＰａ・ｓ以上、１００，０００ｍＰａ・ｓ以下である。

撹拌工程で用いられる撹拌機においては、被撹拌物をせん断するために被撹拌物が通過する間隙が設けられており、間隙の幅が０．０３ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、物性が安定しているとともに優れた性能を有するコーティング材を、簡易な工程により短時間で製造する製造方法を提供できる。

本実施形態におけるコーティング材の製造工程を示す図である。

以下、本発明におけるコーティング材の製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、コーティング材の製造工程を示す図である。

本実施形態においては、ポリマー材料１０、添加剤１２、および溶剤１４を混合させることにより、コーティング材２０を製造する。ポリマー材料１０としては、例えば、ウレタンゴム（Ｕ）、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコンゴム（ＶＭＱ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ）、クロルスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、イソプロピレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、またはこれらの混合物、あるいは樹脂が用いられる。

溶剤１２は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン等であり、ポリマー材料１０と親和性の高いものが選択される。添加剤１４は、コーティング材２０に必要とされる性能を満たすために添加され、例えば、カーボンブラック、シリカ、充填材、オイル、老化防止剤、架橋剤、加工助剤、粘着付与剤である。

コーティング材２０を製造するために、まず、ポリマー材料１０に溶剤１２を加える。そしてポリマー材料１０を、アジター、あるいはプロペラ（図示せず）等により溶剤１２中で撹拌する（予撹拌工程）。この予撹拌工程のみでは、ポリマー材料１０を完全に分散させることができずにポリマー材料１０の沈殿が生じ得る。

そこで、予撹拌工程で混合された混合液に添加剤１４を加えた上で、撹拌機（図示せず）を用いてさらに撹拌する（撹拌工程）。この撹拌工程において、被撹拌物、すなわちポリマー材料１０、溶剤１２、および添加剤１４の混合物を、例えば、毎秒１００，０００以上で２，０００，０００以下といったせん断速度でせん断する。

このように、撹拌工程においては、ポリマー材料１０と添加剤１４とに強いせん断力を加えつつ、溶剤１２中で撹拌する。この結果、ポリマー材料１０の成分と添加剤１４の成分とが一定の割合で混合された微細な多数の粒子を、溶剤１２中に均一に分散させたコーティング材２０が製造できる。

なおコーティング材２０においては、使用されるとコート膜を形成することが必要であるため、ポリマー材料１０の濃度は比較的高い。このポリマー材料１０の濃度を低く抑えるなど、成分を調整することにより、例えば接着用のゴム糊等も製造できる。

以上のことから明らかであるように、本実施形態においては、溶剤１２を加えていない状態で、ポリマー材料１０と添加剤１４とを混練する混練工程なしに、ポリマー材料１０等を溶剤１２中に分散させることができる。

なお、撹拌工程に先立って、添加剤を含まない状態でポリマー材料と溶剤とを混合させる上述の予撹拌工程により、ポリマー材料１０をより確実に溶剤中に分散させることができる。しかしながら、溶剤１２との親和性が十分に高く、溶剤１２中での分散が特に容易なポリマー材料１０を用いる場合には、予撹拌工程を省略しても良い。また、ポリマー材料１０を溶剤１２中でより容易に撹拌させるべく、予撹拌工程の前に、あるいは予撹拌工程を省く場合には撹拌工程の前に、適度なサイズまでポリマー材料１０を裁断し、小さくしても良い。

次に、コーティング材の成分と、製造方法の実施例および比較例につき、説明する。表１は、コーティング材の実施例および比較例における成分を示す表である。なお表１においては、コーティング材の製造に用いられた成分の重量比が示されており、製造後のコーティング材においては、ポリマーと添加剤の溶剤に対する重量比が若干上昇し得る。製造時に溶剤の一部が揮発するためである。

実施例１、２、および比較例１、２においては、表１に示された同じ成分のコーティング材を、それぞれ異なる製造方法で製造した。表２は、実施例１および２のコーティング材の撹拌工程における条件を対比する表である。表３は、実施例と比較例の製造方法を比較する表である。

実施例１および２では、いずれも上述の製造方法に沿って、異なる撹拌機を用いてコーティング材を製造した。具体的には、実施例１では、ＩＫＡジャパン株式会社製の撹拌機コロイドミルＭＫ２０００／４ＰＩＬＯＴ、実施例２では、同社製の撹拌機コロイドミルＭＫＯ２０００／４ＰＩＬＯＴを使用した。なお実施例１および２では、上述の予撹拌工程は省略されている。

一方、比較例１では、従来の製造方法でコーティング材を製造した。すなわち、最初に表１で示された成分の各種の添加剤を加えたポリマー材料を混練した。そして添加剤を含むポリマー材料を適度な大きさに分割して溶剤に加え、上述の撹拌機を用いずにアジターで撹拌し、コーティング材を得た。また、比較例２では、上述の撹拌機の代わりにアジターを用いて撹拌した点が、実施例１および２の製造方法と異なる。

実施例１および２では、表２に示されるように、撹拌機のロータ（図示せず）を高速で回転させつつ被撹拌物を撹拌した。具体的には、回転数を４，２００（ｒｐｍ）、周速度、すなわち撹拌機の撹拌羽根における最大径部分の回転速度を１３．２（ｍ／ｓ）とした。このとき、被撹拌物を、ロータとロータの周囲にあるステータ（図示せず）との間隙を通過させた。この間隙の幅を０．１ｍｍ、あるいは０．０３ｍｍと非常に狭くした上でロータを高速回転させることで、毎秒１３２，０００、あるいは４４０，０００という高いせん断速度（１／ｓ）を可能にし、被撹拌物に大きなせん断力を与えることができる。なおせん断速度（１／ｓ）は、周速度／（間隙の幅）で算出される。ロータとステータとの間隙については、概ね０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲がコーティング材の製造に適している。

このような撹拌機を用いた実施例では、ポリマー材料と添加剤とを、短い撹拌時間（表３参照）で溶剤中に確実に分散させることができる。このことは、撹拌終了後に沈殿物が生じなかったことにより確認された。さらに、実施例１および２では、歩留まりが良好であった。一方、比較例１では歩留まりが低下した。

この歩留まりの差が生じた原因は、以下の通りである。すなわち、比較例１においては、最初の混練工程により生じるポリマー材料と添加剤との混合物を、長期間、安定した性状のまま保管することが困難である。このため、混練工程により生じる混合物は、直ちに全量、溶剤中に投入して混合させることが必要であるものの、１回の混練工程による混合物の生産量（１バッチの生産量）が、直後の溶剤との混合工程にて必要とされる量よりも多くなったため、混合物の一部を廃棄せざるを得なかった。このような製造上の制約に加え、比較例１では、混練されたポリマー材料と添加剤との一部が、例えば容器の壁面に付着して回収できないこと等によるロスも生じた。

これに対し、最初から溶剤１２を混合させていた実施例１および２（図１参照）では、ポリマー材料１０と添加剤１４とによる、性状がやや不安定な固体同士の混合物は生じず、上述のような製造上の制約はなかった。さらに、固体混合物が生じないことから比較例１における上述のロスも生じず、材料はいずれもほぼ全量、有効に活用できた。なお、混練工程を経ずに、常に溶剤１２を介してポリマー材料１０と添加剤１４とを混合する実施例１および２においては、不足した材料の追加投入等により、各材料間の混合比率を容易に調整できるという利点もある。

また、せん断力を与えずにアジター等で被撹拌物を撹拌する比較例２においては、長時間撹拌しても、ポリマー材料と添加剤とを溶剤中に十分に分散させることができなかった。このことは、撹拌が終了した直後に、沈殿物が生じたことによって確認された。

実施例１および２では、撹拌後の粘度が、それぞれ７，３００、１１，６００ｍＰａ・ｓであった。これらの値は、いずれもコーティング材として適当な範囲内にある。このように適切な粘度を有するコーティング材を、撹拌機を用いて製造するためには、撹拌前の粘度が、概ね１〜１００，０００ｍＰａ・ｓ（０．００１〜１００Ｐａ・ｓ）の範囲内にあることが必要である。

なお、上述のようにせん断力を与えつつ撹拌する場合、被撹拌物の温度が上昇するため、実施例１および２では、冷却水を用いて９０℃程度までに昇温を抑えている。このように、多少の温度調整が必要とされるものの、実施例１および２では、撹拌前の昇温は不要であり、概ね２０℃程度の室温で撹拌を開始できる。これは、比較的低い温度まで昇温すると容易に溶剤中に撹拌、混合させることができる熱可塑性樹脂に限らず、熱硬化性樹脂、あるいはゴムをポリマー材料として用いた場合においても、上述の条件下で撹拌すれば確実に溶剤中に分散可能だからである。

以上のように本実施形態の製造方法によれば、比較的長い時間を要する混練工程を省略できるため、簡易な工程により短時間でコーティング材を製造できる。また、従来の製法に比べて、歩留まりを向上させることができる。さらに、溶剤中にポリマー材料等を均等に分散可能であるため、優れた性能を有し、物性の安定したコーティング材を得ることが可能である。

なお、ポリマー材料、添加剤、溶剤の種類は、上述の実施形態において例示されたものには限定されない。

１０ ポリマー材料
１２ 添加剤
１４ 溶剤
２０ コーティング材

Claims (5)

1. ゴムまたは樹脂であるポリマー材料を溶剤中で撹拌してコーティング材を製造する方法であって、
   前記ポリマー材料と添加剤とを混練する混練工程なしに、前記ポリマー材料を前記溶剤中で前記添加剤とともにせん断しつつ撹拌する撹拌工程を備えることを特徴とするコーティング材の製造方法。
2. 前記撹拌工程における被撹拌物のせん断速度が、毎秒１００，０００以上、２，０００，０００以下であることを特徴とする請求項１に記載のコーティング材の製造方法。
3. 前記撹拌工程の前に、前記添加剤を含まない状態で前記ポリマー材料を前記溶剤中で撹拌する予撹拌工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のコーティング材の製造方法。
4. 前記撹拌工程において撹拌される被撹拌物の撹拌前の粘度が、１ｍＰａ・ｓ以上、１００，０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載のコーティング材の製造方法。
5. 前記撹拌工程で用いられる撹拌機において、被撹拌物をせん断するために前記被撹拌物が通過する間隙が設けられており、前記間隙の幅が０．０３ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のコーティング材の製造方法。

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