JP2014051573A - Rubber composition, cured material and tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴム組成物、硬化物およびタイヤに関するものである。 The present invention relates to a rubber composition, a cured product, and a tire.
樹皮、間伐材、建築廃材等の木質系廃材(バイオマス)は、これまでその多くが廃棄処分されている。しかしながら、地球環境保護が重要課題になりつつあり、その観点から、木質系廃材の再利用、リサイクルが検討され始めている。 Many wood-based waste materials (biomass) such as bark, thinned wood, and building waste have been disposed of so far. However, protection of the global environment is becoming an important issue, and from this point of view, the reuse and recycling of wood-based waste materials are being considered.
一般的な木質の主要成分は、セルロース誘導体、ヘミセルロース誘導体およびリグニン誘導体である。
このうち、約30%の割合で含まれるリグニンは、芳香環を豊富に含む構造を有しているため、樹脂原料として利用した組成物およびタイヤが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
The main components of common wood are cellulose derivatives, hemicellulose derivatives and lignin derivatives.
Among these, since lignin contained at a ratio of about 30% has a structure containing abundant aromatic rings, compositions and tires used as resin raw materials are disclosed (for example, see Patent Document 1). ).
また、リグニン誘導体は、フェノール性水酸基やアルコール性水酸基を豊富に含む構造を有しているため、粘着性付与剤および酸化防止剤として利用した組成物およびタイヤが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 Further, since the lignin derivative has a structure rich in phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups, compositions and tires used as tackifiers and antioxidants are disclosed (for example, patent documents). 2).
しかしながら、水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムを含む黒液にリグニン誘導体を溶解し、該リグニン誘導体が溶解した黒液からリグニン誘導体を回収して得られたリグニン誘導体の一部は、スルホン化されてしまい、ゴム組成物の機械的強度が低下するおそれがあった(例えば、特許文献1参照。)。 However, a part of the lignin derivative obtained by dissolving the lignin derivative in the black liquor containing sodium hydroxide and sodium sulfide and recovering the lignin derivative from the black liquor in which the lignin derivative is dissolved is sulfonated. There was a possibility that the mechanical strength of the rubber composition was lowered (for example, see Patent Document 1).
また、フェノール性水酸基やアルコール性水酸基といった極性基を豊富に含むリグニン誘導体は、ゴム組成物の外観が低下するおそれがあった(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, a lignin derivative containing abundant polar groups such as phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups may deteriorate the appearance of the rubber composition (see, for example, Patent Document 2).
このように、リグニン誘導体をしようしたゴム組成物の硬化物は、機械的強度が低下して硬度が損なわれたり、外観が損なわれたりするおそれがある。また、このようなゴム組成物を成形して得られたタイヤは、タイヤの強度が損なわれるおそれがある。 Thus, the hardened | cured material of the rubber composition which used the lignin derivative has a possibility that mechanical strength may fall and hardness may be impaired or an external appearance may be impaired. In addition, the tire obtained by molding such a rubber composition may be impaired in the strength of the tire.
本発明の目的は、弾性率が高く、切断時応力が高く、さらに、切断時伸びが高いゴム組成物、ゴム組成物の硬化物、および、ゴム組成物によって製造されるタイヤを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rubber composition having a high elastic modulus, a high stress at the time of cutting, and a high elongation at the time of cutting, a cured product of the rubber composition, and a tire manufactured by the rubber composition. is there.
このような目的は、下記(1)〜(10)の本発明により達成される。
(1)リグニン誘導体(A)と、天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)の少なくとも一方と、を含有するゴム組成物であって、前記リグニン誘導体(A)は、元素分析法により測定された炭素含量が40重量%以上であることを特徴とするゴム組成物。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (10) below.
(1) A rubber composition containing a lignin derivative (A) and at least one of a natural rubber compound or a diene synthetic rubber compound (B), wherein the lignin derivative (A) is measured by elemental analysis. A rubber composition having a carbon content of 40% by weight or more.
(2)前記リグニン誘導体(A)は、水酸基当量が150g/eq以上である(1)に記載のゴム組成物。 (2) The rubber composition according to (1), wherein the lignin derivative (A) has a hydroxyl group equivalent of 150 g / eq or more.
(3)前記リグニン誘導体(A)は、バイオマスを亜臨界水処理することによって得られたものである(1)または(2)のいずれかに記載のゴム組成物。 (3) The rubber composition according to either (1) or (2), wherein the lignin derivative (A) is obtained by treating biomass with subcritical water.
(4)前記リグニン誘導体(A)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により測定されたポリスチレン換算の数平均分子量が200〜2000であるものを含有するものである(1)ないし(3)のいずれかに記載のゴム組成物。 (4) The lignin derivative (A) contains one having a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 200 to 2000 measured by gel permeation chromatography (GPC) analysis. The rubber composition in any one.
(5)前記リグニン誘導体(A)は、1重量%の重ジメチルスルホキシド溶液を1H−NMRで測定した際の溶媒および内部標準物質由来の積分値を除いた0.0〜6.0ppmの積分値と、6.0〜8.0ppmの積分値と、の比率[脂肪族1H積分値/芳香族1H積分値]が、1.0〜10.0である(1)ないし(4)のいずれかに記載のゴム組成物。 (5) The lignin derivative (A) is an integral value of 0.0 to 6.0 ppm excluding the integral value derived from the solvent and the internal standard substance when a 1% by weight heavy dimethyl sulfoxide solution is measured by 1H-NMR. And an integral value of 6.0 to 8.0 ppm, any one of (1) to (4), wherein the ratio [aliphatic 1H integral value / aromatic 1H integral value] is 1.0 to 10.0. The rubber composition as described in 2.
(6)前記リグニン誘導体(A)100重量部に対し、天然ゴムまたはジエン系合成ゴム(B)の少なくとも一方の含有量が100〜10000重量部である(1)ないし(5)のいずれかに記載のゴム組成物。 (6) The content of at least one of the natural rubber or the diene synthetic rubber (B) is 100 to 10,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the lignin derivative (A). The rubber composition as described.
(7)さらに、充填剤(C)を含有するものである(1)ないし(6)のいずれかに記載のゴム組成物。 (7) The rubber composition according to any one of (1) to (6), which further contains a filler (C).
(8)前記充填剤(C)は、カーボンブラック、シリカおよびアルミナよりなる群から選択される1種以上を含有するものである、(7)に記載のゴム組成物。 (8) The rubber composition according to (7), wherein the filler (C) contains one or more selected from the group consisting of carbon black, silica, and alumina.
(9)(1)ないし(8)のいずれかに記載のゴム組成物を硬化して得られることを特徴とする硬化物。 (9) A cured product obtained by curing the rubber composition according to any one of (1) to (8).
(10)(1)ないし(8)のいずれかに記載のゴム組成物を成形して得られることを特徴とするタイヤ。 (10) A tire obtained by molding the rubber composition according to any one of (1) to (8).
本発明によれば、リグニン誘導体と、天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物の少なくとも一方と、を有するゴム組成物を用いることで、弾性率が高く、切断時応力が高く、さらに、切断時伸びが高いゴム組成物、ゴム組成物の硬化物、および、ゴム組成物によって製造されるタイヤを提供することができる。 According to the present invention, by using a rubber composition having a lignin derivative and at least one of a natural rubber compound or a diene synthetic rubber compound, the elastic modulus is high, the stress at cutting is high, and the elongation at cutting is further increased. Can provide a rubber composition, a cured product of the rubber composition, and a tire manufactured by the rubber composition.
以下、本発明のゴム組成物、ゴム組成物の硬化物、および、ゴム組成物によって製造されるタイヤについて好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the rubber composition of the present invention, the cured product of the rubber composition, and the tire produced from the rubber composition will be described in detail based on preferred embodiments.
本発明のゴム組成物は、リグニン誘導体(A)と、天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)の少なくとも一方と、を含有するゴム組成物であって、前記リグニン誘導体(A)は、元素分析法により測定された炭素含量が40重量%以上であるものである。 The rubber composition of the present invention is a rubber composition containing a lignin derivative (A) and at least one of a natural rubber compound or a diene synthetic rubber compound (B), wherein the lignin derivative (A) is: The carbon content measured by elemental analysis is 40% by weight or more.
本発明の硬化物は、ゴム組成物を硬化して得られる。また、本発明のタイヤは、ゴム組成物を成形することで得られる。 The cured product of the present invention is obtained by curing a rubber composition. The tire of the present invention can be obtained by molding a rubber composition.
このようなゴム組成物は、各種成形法における成形性が向上し、複雑な形状を成形できるものとなる。このため、このようなゴム組成物の硬化物は、弾性率が高く、切断時応力が高く、さらに、切断時伸びが高いものとなる。また、このようなゴム組成物の硬化物は、耐久性および外観に優れたタイヤを製造することができる。 Such a rubber composition improves moldability in various molding methods and can mold a complicated shape. For this reason, the cured product of such a rubber composition has a high elastic modulus, a high stress at the time of cutting, and a high elongation at the time of cutting. Moreover, the cured product of such a rubber composition can produce a tire excellent in durability and appearance.
<ゴム組成物>
以下、ゴム組成物の各成分について順次説明する。
<Rubber composition>
Hereinafter, each component of the rubber composition will be sequentially described.
(リグニン誘導体(A))
まず、リグニン誘導体(A)について説明する。リグニン誘導体は、セルロースおよびヘミセルロースとともに、植物体の骨格を形成する主要成分であり、かつ、自然界に最も豊富に存在する物質の一つである。リグニン誘導体(A)は、フェノール誘導体を単位構造とする化合物であり、この単位構造は、化学的および生物学的に安定な炭素−炭素結合や炭素−酸素−炭素結合を有するため、化学的な劣化や生物的分解を受け難い。このため、リグニン誘導体(A)は、樹脂原料として有用とされる。
(Lignin derivative (A))
First, the lignin derivative (A) will be described. A lignin derivative is a main component which forms the skeleton of a plant body with cellulose and hemicellulose, and is one of the most abundant substances in nature. The lignin derivative (A) is a compound having a phenol derivative as a unit structure, and this unit structure has a chemically and biologically stable carbon-carbon bond or carbon-oxygen-carbon bond. Less susceptible to degradation and biological degradation. Therefore, the lignin derivative (A) is useful as a resin raw material.
本発明に用いられるリグニン誘導体(A)は、元素分析法により測定された炭素含量が40重量%以上である。元素分析法は、有機物の元素分析に用いられる燃焼法を用いる事ができる。具体的には、リグニン誘導体(A)を酸素とヘリウムの混合ガス気流下で、高温に加熱し酸化させることで、リグニン誘導体(A)の構成元素のうち、炭素は二酸化炭素へ、水素は水へ、窒素は窒素酸化物へ、というように、元素が対応する酸化物へそれぞれ変換されるため、これらを定量することによって、それぞれの元素の比率を算出することができる。
なお、前記リグニン誘導体(A)に含まれる酸素含量は、前記リグニン誘導体(A)をヘリウムガス気流下で熱分解し、生成する酸素を炭素触媒にて一酸化炭素に変換し、前記一酸化炭素を定量することで酸素含量を算出することができる。
The lignin derivative (A) used in the present invention has a carbon content measured by elemental analysis of 40% by weight or more. As the elemental analysis method, a combustion method used for elemental analysis of organic substances can be used. Specifically, the lignin derivative (A) is heated to high temperature and oxidized in a mixed gas stream of oxygen and helium, so that carbon is carbon dioxide and hydrogen is water among the constituent elements of the lignin derivative (A). Nitrogen is converted into nitrogen oxide, and so on, so that the elements are converted into the corresponding oxides. By quantifying these, the ratio of each element can be calculated.
The oxygen content contained in the lignin derivative (A) is determined by thermally decomposing the lignin derivative (A) in a helium gas stream, converting the generated oxygen into carbon monoxide with a carbon catalyst, The oxygen content can be calculated by quantifying.
前記炭素含量は、40重量%以上であり、50重量%以上が好ましく、60重量%以上が特に好ましい。前記炭素含量の上限値は、特に限定されるものではないが、実用上、90重量%以下が好ましい。前記炭素含量が前述の範囲の場合、リグニン誘導体(A)の疎水性が高いため、後述する比較的疎水性の高い天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)との相溶性が向上し、ゴム組成物を作製する際の発熱量を低く抑えることができる。発熱量を低く抑える事で、発熱によるゴム組成物の劣化を抑え、成形性を向上させることができる。また、前記ゴム組成物の硬化物は、弾性率が高く硬度に優れたものとなる。前記炭素含量が前記下限値未満の場合、相溶性の低下による成形性の低下のため硬化物の外観が損なわれるおそれがある。また、前記炭素含量が前記上限値を超える場合、疎水性が非常に高いため、ゴム組成物の他の成分との混合工程での作業性が損なわれるおそれがある。 The carbon content is 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, and particularly preferably 60% by weight or more. The upper limit of the carbon content is not particularly limited, but is practically preferably 90% by weight or less. When the carbon content is in the above-described range, the lignin derivative (A) has high hydrophobicity, so that the compatibility with a natural rubber compound or diene synthetic rubber compound (B) having relatively high hydrophobicity described later is improved, The amount of heat generated when producing the rubber composition can be kept low. By suppressing the heat generation amount low, deterioration of the rubber composition due to heat generation can be suppressed, and moldability can be improved. The cured product of the rubber composition has a high elastic modulus and excellent hardness. When the said carbon content is less than the said lower limit, there exists a possibility that the external appearance of hardened | cured material may be impaired because of the moldability fall by a compatibility fall. Moreover, when the said carbon content exceeds the said upper limit, since hydrophobicity is very high, there exists a possibility that the workability | operativity in the mixing process with the other component of a rubber composition may be impaired.
また、本発明のゴム組成物がタイヤ用途に用いられる場合、タイヤ表面のゴムが路面に接地し、その路面から受ける振動の繰返しにより変形を受ける。この変形により発生する熱エネルギーが大きい場合、燃費が低下することが知られている。この走行時の繰返し変形の周波数は10〜100Hzに相当し、この周波数範囲における粘弾性特性のひとつであるtanδを小さくすることで、タイヤの燃費性能を高めることが知られている。前記リグニン誘導体(A)に含まれる炭素含量を前述の範囲にすることで、本発明のゴム組成物に含まれる、リグニン誘導体(A)と、天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)と、の相溶性を向上させ、粘弾性特性のtanδを減少させることができる。その結果、繰返し変形で発生する熱エネルギーを小さく抑えることができるため、エネルギー損失を低く抑え、タイヤの燃費性能を高めることができる。 Further, when the rubber composition of the present invention is used for tire applications, the rubber on the tire surface contacts the road surface and is deformed by repeated vibrations received from the road surface. It is known that when the thermal energy generated by this deformation is large, the fuel consumption is reduced. The frequency of repeated deformation at the time of traveling corresponds to 10 to 100 Hz, and it is known to improve the fuel efficiency of the tire by reducing tan δ which is one of viscoelastic characteristics in this frequency range. By setting the carbon content contained in the lignin derivative (A) within the above range, the lignin derivative (A) and the natural rubber compound or the diene synthetic rubber compound (B) contained in the rubber composition of the present invention , And the tan δ of the viscoelastic property can be reduced. As a result, the heat energy generated by repeated deformation can be kept small, so that energy loss can be kept low and the fuel efficiency of the tire can be enhanced.
本発明に用いられるリグニン誘導体(A)は、水酸基当量が150g/eq以上であることが好ましい。前記水酸基当量は、例えば、以下の方法によって測定することができる。共栓三角フラスコに前記リグニン誘導体(A)試料1.0g、無水酢酸/ピリジン(1/3容量比)混合溶液4.0gとを入れて溶解させ、この溶液を60℃で3時間保持した後、純水1mlを添加する。このようにして得られた溶液を、pH=10を終点として、0.1mol/LのNaOH水溶液で滴定し、次式によって水酸基当量を求めることができる。
水酸基当量(g/eq)=1000*W/(((TB*f*S/SB)−(T*f))*N)
式中の各記号の意味は次の通り。
W :試料重量(g)
TB:ブランクの滴定量(ml)
SB:ブランクの無水酢酸−ピリジン混合液の量(g)
T :試料入りの滴定量(ml)
S :試料入りで加えた無水酢酸−ピリジン混合液の量(g)
f :水酸化ナトリウム標準水溶液のファクタ−
N: 水酸化ナトリウム標準水溶液の規定度
The lignin derivative (A) used in the present invention preferably has a hydroxyl group equivalent of 150 g / eq or more. The hydroxyl group equivalent can be measured, for example, by the following method. In a stoppered Erlenmeyer flask, 1.0 g of the lignin derivative (A) sample and 4.0 g of a mixed solution of acetic anhydride / pyridine (1/3 volume ratio) were dissolved, and this solution was kept at 60 ° C. for 3 hours. Add 1 ml of pure water. The solution thus obtained is titrated with a 0.1 mol / L NaOH aqueous solution with pH = 10 as the end point, and the hydroxyl equivalent can be determined by the following formula.
Hydroxyl equivalent (g / eq) = 1000 * W / (((TB * f * S / SB)-(T * f)) * N)
The meaning of each symbol in the formula is as follows.
W: Sample weight (g)
TB: Blank titration (ml)
SB: Amount of blank acetic anhydride-pyridine mixture (g)
T: Titration volume with sample (ml)
S: Amount of acetic anhydride-pyridine mixed solution added with sample (g)
f: Factor of standard aqueous sodium hydroxide solution
N: Normality of sodium hydroxide standard aqueous solution
前記水酸基当量は、150g/eq以上が好ましく、200g/eq以上がさらに好ましい。前記水酸基当量の上限値は、特に限定されるものではないが、実用上、5000g/eq以下が好ましい。リグニン誘導体(A)の前記水酸基当量が前述の範囲の場合、水酸基量が少ないことから、ゴム組成物に加硫を行う場合、加硫遅れを低減することができ、ゴム組成物の硬化物の切断応力を向上させることができる。また、リグニン誘導体(A)の前記水酸基当量が前述の範囲の場合、水酸基量が少ないことから、疎水性が高くなり、後述する比較的疎水性の高い天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)との相溶性を向上させ、ゴム組成物の粘弾性特性の10〜100Hzの周波数におけるtanδを低くすることができ、ゴム組成物がタイヤとして利用された場合、走行時のタイヤの繰返し変形で失われる熱エネルギーの損失を抑え、タイヤの燃費性能を向上させることができる。
前記水酸基当量が前記下限値未満の場合、相溶性の低下による成形性の低下のため硬化物の外観が損なわれるおそれがある。また、前記水酸基当量が前記上限値を超える場合、疎水性が非常に高いため、ゴム組成物の他の成分との混合工程での作業性が損なわれるおそれがある。
The hydroxyl group equivalent is preferably 150 g / eq or more, more preferably 200 g / eq or more. The upper limit of the hydroxyl group equivalent is not particularly limited, but is preferably 5000 g / eq or less for practical use. When the hydroxyl group equivalent of the lignin derivative (A) is in the above range, the amount of hydroxyl group is small, so when vulcanizing the rubber composition, the vulcanization delay can be reduced, and the cured product of the rubber composition can be reduced. Cutting stress can be improved. Further, when the hydroxyl group equivalent of the lignin derivative (A) is in the above-mentioned range, the amount of hydroxyl groups is small, so that the hydrophobicity is increased, and a relatively highly hydrophobic natural rubber compound or diene-based synthetic rubber compound (B) described later. ), The tan δ at a frequency of 10 to 100 Hz of the viscoelastic property of the rubber composition can be lowered, and when the rubber composition is used as a tire, the tire is repeatedly deformed during running. The loss of heat energy lost can be suppressed, and the fuel efficiency of the tire can be improved.
When the hydroxyl group equivalent is less than the lower limit, the appearance of the cured product may be impaired due to a decrease in moldability due to a decrease in compatibility. Moreover, when the said hydroxyl equivalent exceeds the said upper limit, since hydrophobicity is very high, there exists a possibility that the workability | operativity in the mixing process with the other component of a rubber composition may be impaired.
本発明に用いられるリグニン誘導体(A)は、バイオマスを分解して得られるものが好ましい。バイオマスとは、植物または植物の加工品であるが、これらは光合成の過程で大気中の二酸化炭素を取り込み固定化してなるものであるため、大気中の二酸化炭素の増加抑制に寄与している。このため、バイオマスを工業的に利用することによって、地球温暖化の抑制に寄与することができる。 The lignin derivative (A) used in the present invention is preferably obtained by decomposing biomass. Biomass is a plant or a processed product of a plant, and these are formed by capturing and fixing carbon dioxide in the atmosphere in the process of photosynthesis, and thus contribute to the suppression of the increase in carbon dioxide in the atmosphere. For this reason, it can contribute to suppression of global warming by utilizing biomass industrially.
本発明で用いられるバイオマスを分解してリグニン誘導体(A)を得る処理方法としては、例えば、植物または植物加工品を、薬品処理する方法、加水分解処理する方法、水蒸気爆砕法、超臨界水処理法、亜臨界水処理法、機械的に処理する方法、硫酸クレゾール法、パルプ製造法、などが挙げられる。環境負荷の点から、水蒸気爆砕法、超臨界水処理法、亜臨界水処理法、機械的に処理する方法が好ましい。得られるリグニン誘導体(A)の純度の点から、水蒸気爆砕法、亜臨界水処理法が更に好ましい。 Examples of the treatment method for decomposing biomass used in the present invention to obtain a lignin derivative (A) include, for example, a method of treating a plant or a processed plant product with a chemical, a method of hydrolyzing, a steam explosion method, and a supercritical water treatment. Method, subcritical water treatment method, mechanical treatment method, cresol sulfate method, pulp production method, and the like. From the viewpoint of environmental load, a steam explosion method, a supercritical water treatment method, a subcritical water treatment method, and a mechanical treatment method are preferred. From the viewpoint of the purity of the obtained lignin derivative (A), the steam explosion method and the subcritical water treatment method are more preferable.
リグニン誘導体(A)の具体例としては、下記式(1)で表わされるグアイアシルプロパン構造、下記式(2)で表わされるシリンギルプロパン構造、下記式(3)で表わされる4−ヒドロキシフェニルプロパン構造等が挙げられる。なお、針葉樹類からは主にグアイアシルプロパン構造が、広葉樹類からは主にグアイアシルプロパン構造およびシリンギルプロパン構造が、草本類からは主にグアイアシルプロパン構造、シリンギルプロパン構造および4−ヒドロキシフェニルプロパン構造がそれぞれ抽出される。 Specific examples of the lignin derivative (A) include a guaiacylpropane structure represented by the following formula (1), a syringylpropane structure represented by the following formula (2), and 4-hydroxyphenylpropane represented by the following formula (3). Examples include the structure. From conifers, mainly guaiacylpropane structures, from broadleaf trees, mainly guaiacylpropane structures and syringylpropane structures, and from herbs, mainly guaiacylpropane structures, syringylpropane structures, and 4-hydroxy Each phenylpropane structure is extracted.
また、本発明におけるリグニン誘導体(A)は、水酸基に対して芳香環のオルト位およびパラ位の少なくとも一方が無置換になっているものが好ましい。このようなリグニン誘導体(A)は、芳香環への親電子置換反応により硬化剤が作用する反応サイトを多く含み、水酸基での反応において立体障害が低減できることになるため、反応性に優れたものとなる。 Further, the lignin derivative (A) in the present invention is preferably one in which at least one of the ortho-position and para-position of the aromatic ring is unsubstituted with respect to the hydroxyl group. Such a lignin derivative (A) is excellent in reactivity because it contains many reaction sites where the curing agent acts by electrophilic substitution reaction to the aromatic ring, and steric hindrance can be reduced in the reaction with a hydroxyl group. It becomes.
また、リグニン誘導体(A)は、上記基本構造の他、リグニン誘導体(A)に官能基を有するもの(リグニン二次誘導体)であってもよい。 In addition to the above basic structure, the lignin derivative (A) may be a lignin derivative (A) having a functional group (lignin secondary derivative).
リグニン二次誘導体が有する官能基としては、特に限定されないが、例えば2個以上の同じ官能基が互いに反応し得るもの、または他の官能基と反応し得るものが好適である。具体的には、エポキシ基、メチロール基の他、炭素−炭素不飽和結合を有するビニル基、エチニル基、マレイミド基、シアネート基、イソシアネート基等が挙げられる。このうち、メチロール基を導入した(メチロール化した)リグニン誘導体(A)が好ましく用いられる。このようなリグニン二次誘導体は、メチロール基同士の自己縮合反応により自己架橋が生じ、特に均質で剛直な骨格を有し、特に高い弾性率を有する硬化物が得られる。 The functional group possessed by the lignin secondary derivative is not particularly limited, but for example, those in which two or more of the same functional groups can react with each other or those capable of reacting with other functional groups are suitable. Specific examples include an epoxy group, a methylol group, a vinyl group having a carbon-carbon unsaturated bond, an ethynyl group, a maleimide group, a cyanate group, and an isocyanate group. Of these, the lignin derivative (A) having a methylol group introduced (methylolated) is preferably used. Such a lignin secondary derivative undergoes self-crosslinking by a self-condensation reaction between methylol groups, and a cured product having a particularly homogeneous and rigid skeleton and a particularly high elastic modulus is obtained.
また、本発明におけるリグニン誘導体(A)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(以下、GPCとも記載する。)により測定されたポリスチレン換算の数平均分子量が200〜2000であるものが好ましく、300〜1800であるものがより好ましい。このような数平均分子量のリグニン誘導体(A)は、その反応性(硬化性)と相溶性とをより高度に両立するものとなる。したがって、硬化後の切断時引張応力と高い弾性率とを高度に両立する硬化物が得られる。
なお、前記数平均分子量が前記下限値を下回ると、分子量が低いため、切断時伸びが低下するおそれがある。一方で、前記平均分子量が前記上限値を超えると、ゴム組成物の作製の混合工程での作業性が低下するおそれがある。
In addition, the lignin derivative (A) in the present invention preferably has a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 200 to 2000, as measured by gel permeation chromatography (hereinafter also referred to as GPC), and is 300 to 1800. Those are more preferred. Such a lignin derivative (A) having a number average molecular weight has a higher degree of compatibility between its reactivity (curability) and compatibility. Therefore, a cured product having both a high tensile modulus at cutting and a high elastic modulus after curing can be obtained.
In addition, since the molecular weight is low when the number average molecular weight is below the lower limit, elongation at break may be reduced. On the other hand, when the average molecular weight exceeds the upper limit, workability in the mixing step for producing the rubber composition may be deteriorated.
前記ゲル浸透クロマトグラフィーによって分子量を測定する方法の一例について説明する。
本発明のリグニン誘導体(A)を溶媒に溶解させ、測定サンプルを調整する。このときに用いられる溶媒は、リグニン誘導体(A)を溶解できるものであれば特に限定されるものではないが、ゲル浸透クロマトグラフィーの測定精度の観点から、例えば、テトラヒドロフランが好ましい。
次に、GPCシステム「HLC−8320GPC(東ソー製)」に、スチレン系ポリマー充填剤を充填した有機系汎用カラムである「TSKgelGMHXL(東ソー製)」、および「G2000HXL(東ソー製)」を直列に接続する。
このGPCシステムに、前記の測定サンプルを200μL注入し、40℃において、溶離液のテトラヒドロフランを1.0mL/minで展開し、示差屈折率(RI)、および紫外吸光度(UV)を利用して保持時間を測定する。別途作製しておいた標準ポリスチレンの保持時間と分子量の関係を示した検量線から、前記リグニン誘導体(A)の数平均分子量を算出することができる。
検量線を作成するために使用する標準ポリスチレンの分子量としては、特に限定されるものではないが、例えば、数平均分子量が427,000、190,000、96,400、37,900、18,100、10,200、5,970、2,630、1,050および500の標準ポリスチレン(東ソー製)のものを用いることができる。
An example of a method for measuring the molecular weight by the gel permeation chromatography will be described.
The measurement sample is prepared by dissolving the lignin derivative (A) of the present invention in a solvent. The solvent used at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the lignin derivative (A), but for example, tetrahydrofuran is preferable from the viewpoint of measurement accuracy of gel permeation chromatography.
Next, “TSKgelGMMHXL (manufactured by Tosoh)” and “G2000HXL (manufactured by Tosoh)”, which are organic general-purpose columns filled with a styrene polymer filler, are connected in series to the GPC system “HLC-8320GPC (manufactured by Tosoh)”. To do.
200 μL of the above measurement sample is injected into this GPC system, and the eluent tetrahydrofuran is developed at 1.0 mL / min at 40 ° C., and is retained using differential refractive index (RI) and ultraviolet absorbance (UV). Measure time. The number average molecular weight of the lignin derivative (A) can be calculated from a calibration curve showing the relationship between the retention time and molecular weight of standard polystyrene prepared separately.
The molecular weight of the standard polystyrene used for preparing the calibration curve is not particularly limited. For example, the number average molecular weight is 427,000, 190,000, 96,400, 37,900, 18,100. Standard polystyrene (manufactured by Tosoh) of 10,200, 5,970, 2,630, 1,050 and 500 can be used.
また、本発明におけるリグニン誘導体(A)は、1重量%の重ジメチルスルホキシド溶液を1H−NMRで測定した際の溶媒および内部標準物質由来の積分値を除いた0.0〜6.0ppmの積分値と、6.0〜8.0ppmの積分値の比率[脂肪族1H積分値/芳香族1H積分値]が、1.0〜10.0であることが好ましく、1.5〜9.0がさらに好ましい。これにより、リグニン誘導体(A)中の脂肪族構造部と、後述する天然ゴムまたはジエン系ゴム化合物(B)との脂肪族部との相溶性がより向上する。その結果、tanδに優れた硬化物が得られる。
なお、前記比率が前記下限値を下回ると、成形性が低下するおそれがある。一方、前記比率が前記上限値を上回ると、外観が損なわれるおそれがある。
In addition, the lignin derivative (A) in the present invention is 0.0 to 6.0 ppm excluding the integral value derived from the solvent and the internal standard substance when a 1% by weight heavy dimethyl sulfoxide solution is measured by 1 H-NMR. The ratio of the integral value and the integral value of 6.0 to 8.0 ppm [aliphatic 1H integral value / aromatic 1H integral value] is preferably 1.0 to 10.0, and preferably 1.5 to 9. 0 is more preferable. Thereby, the compatibility of the aliphatic structure part in a lignin derivative (A) and the aliphatic part with the natural rubber or diene rubber compound (B) mentioned later improves more. As a result, a cured product excellent in tan δ is obtained.
In addition, when the said ratio is less than the said lower limit, there exists a possibility that a moldability may fall. On the other hand, when the ratio exceeds the upper limit, the appearance may be impaired.
前記1H−NMRの測定方法の一例について説明する。
リグニン誘導体(A)を、重ジメチルスルホキシドに溶解し、1重量%の測定サンプルを作製する。このときに使用される重ジメチルスルホキシドは、特に限定されるものではないが、0.1重量%のテトラメチルシランを内部標準物質として含有するものを用いることができる。
次に、測定サンプルを、5mmΦの溶液1H−NMR測定用試料管の底から4cmの高さまで入れ、「JNM−ECA400超伝導FT−NMR装置(JEOL RESONANCE製)」にて、10〜20Hzの速さで回転させながら40℃にて試料にパルスを照射し、1HのNMR信号である自由誘導減衰(FID)を検出する。この自由誘導減衰(FID)をフーリエ変換(FT)することで、1H−NMRスペクトルを得る。
得られたスペクトルにおけるテトラメチルシラン由来のピークを0.00ppmに設定し、重ジメチルスルホキシドの一部が1H化されている成分由来のピークが2.50ppmに観測されることを確認する。
なお、吸湿性の高い重ジメチルスルホキシドには、水由来のピークが3.0〜4.0ppmの範囲にブロードに観測される場合がある。また、前記リグニン誘導体(A)をバイオマスから取り出す工程でアセトンを用いる場合、2.09ppm付近に残存するアセトン由来の鋭いピークが観察されることがある。前記のような、水、アセトンのような残存溶媒、およびテトラメチルシランを内部標準物質として用いる場合はそれに由来するピークの積分値を除いて、0.0〜6.0ppmの積分値と、6.0〜8.0ppmの積分値の比率[脂肪族1H積分値/芳香族1H積分値]を算出することができる。
An example of the 1 H-NMR measurement method will be described.
The lignin derivative (A) is dissolved in deuterated dimethyl sulfoxide to prepare a 1% by weight measurement sample. The heavy dimethyl sulfoxide used at this time is not particularly limited, but one containing 0.1% by weight of tetramethylsilane as an internal standard substance can be used.
Next, the measurement sample is put up to a height of 4 cm from the bottom of a 5 mmφ solution 1 H-NMR measurement sample tube, and “JNM-ECA400 superconducting FT-NMR apparatus (manufactured by JEOL RESONANCE)” is used for 10-20 Hz. The sample is irradiated with a pulse at 40 ° C. while rotating at a speed, and free induction decay (FID), which is a 1 H NMR signal, is detected. This free induction decay (FID) is Fourier transformed (FT) to obtain a 1 H-NMR spectrum.
The peak derived from tetramethylsilane in the obtained spectrum is set to 0.00 ppm, and it is confirmed that a peak derived from a component in which a part of deuterated dimethyl sulfoxide is 1 H is observed at 2.50 ppm.
In heavy dimethyl sulfoxide having high hygroscopicity, a peak derived from water may be broadly observed in the range of 3.0 to 4.0 ppm. In addition, when acetone is used in the step of taking out the lignin derivative (A) from biomass, a sharp peak derived from acetone remaining in the vicinity of 2.09 ppm may be observed. In the case where water, residual solvent such as acetone, and tetramethylsilane are used as the internal standard substance as described above, the integrated value of 0.0 to 6.0 ppm is excluded except for the integrated value of the peak derived therefrom, The ratio of the integrated value of 0.0 to 8.0 ppm [aliphatic 1H integrated value / aromatic 1H integrated value] can be calculated.
なお、芳香族プロトンおよび脂肪族プロトンは、1H−NMR分析の化学シフトのスペクトルにおいて、離れた位置にピークを生じるため、ピークの分離が可能であり、ピークの同定および積分値の算出を行うことができる。 In addition, since aromatic protons and aliphatic protons generate peaks at distant positions in the chemical shift spectrum of 1 H-NMR analysis, peaks can be separated, and peak identification and integral calculation are performed. be able to.
なお、上述した芳香族プロトンに帰属するピークの積分値、および、脂肪族プロトンに帰属するピークの積分値は、それぞれバイオマスの処理条件により調整することができる。例えば、バイオマスの処理温度や処理圧力を高めたり、処理時間を長くしたりすることにより、芳香族プロトンに帰属するピークの積分値が大きくなる傾向が強いと考えられる。 Note that the integrated value of the peak attributed to the aromatic proton and the integrated value of the peak attributed to the aliphatic proton described above can be adjusted according to the biomass treatment conditions. For example, it is considered that the integrated value of the peak attributed to aromatic protons tends to increase by increasing the processing temperature and processing pressure of biomass or increasing the processing time.
なお、本発明のゴム組成物のリグニン誘導体(A)の一部を、その他の樹脂成分に置き換えてもよい。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂成分を含むことにより、樹脂成分の相対的な溶融粘度が低下するため、ゴム組成物の成形性が向上する。なお、これらの樹脂成分を含む場合、リグニン誘導体(A)の含有率が好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上になるよう調整される。 A part of the lignin derivative (A) of the rubber composition of the present invention may be replaced with other resin components. Specific examples include an epoxy resin, a phenol resin, a furan resin, a urea resin, and a melamine resin. By including these resin components, the relative melt viscosity of the resin components is lowered, so that the moldability of the rubber composition is improved. In addition, when these resin components are included, it is adjusted so that the content of the lignin derivative (A) is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
(天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B))
次に、天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)(以下、ゴム化合物(B)とも記す。)について説明する。
(Natural rubber compound or diene synthetic rubber compound (B))
Next, the natural rubber compound or the diene synthetic rubber compound (B) (hereinafter also referred to as rubber compound (B)) will be described.
前記ゴム化合物(B)は、ゴム組成物に切断時伸びを付与することができる。 The rubber compound (B) can impart elongation at break to the rubber composition.
前記ゴム化合物(B)の天然ゴム化合物は、例えば、以下の方法によって得ることができる。ゴムの木から採取した樹液を濾過し、得られたラテックスに、例えば、リン酸水素二アンモニウムや硫酸アンモニウムなどの水溶性のアンモニウム塩を添加する。
次に、10〜60℃で0.1〜24時間撹拌し、ラテックス中に含まれるマグネシウムや鉄などの金属元素の含有量を低下させる。このような金属元素は、比較的多く含まれる場合、加硫速度が低下するおそれがある。水溶性のアンモニウム塩の添加量には特に限定はないが、ラテックス中の固形物重量に対し0.1〜10重量%が、金属元素の含有量の低下と、水溶性アンモニウムの除去の工数と、の両方の観点から好ましい。
次に、金属含有量を低下させたラテックスを、パルス燃焼機に噴霧し、乾燥させることで、前記ゴム化合物(B)の天然ゴム化合物を得ることができる。乾燥は、40℃以上100℃以下の乾燥室に噴射し、乾燥させることが好ましい。
The natural rubber compound of the rubber compound (B) can be obtained, for example, by the following method. The sap collected from the rubber tree is filtered, and a water-soluble ammonium salt such as diammonium hydrogen phosphate or ammonium sulfate is added to the obtained latex.
Next, the mixture is stirred at 10 to 60 ° C. for 0.1 to 24 hours to reduce the content of metal elements such as magnesium and iron contained in the latex. If such a metal element is contained in a relatively large amount, the vulcanization rate may be reduced. The amount of the water-soluble ammonium salt added is not particularly limited, but 0.1 to 10% by weight based on the weight of solids in the latex is a decrease in the content of the metal element and the man-hours for removing the water-soluble ammonium. , From the viewpoint of both.
Next, the natural rubber compound of the said rubber compound (B) can be obtained by spraying the latex which reduced metal content to a pulse combustor, and making it dry. Drying is preferably performed by spraying into a drying chamber of 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
前記ゴム化合物(B)のジエン系合成ゴム化合物は、炭素−炭素の2重結合を2つ有する化合物(以下、ジエンモノマーとも記載する。)を少なくとも重合モノマーとして用いて、重合することによって得ることができる。 The diene-based synthetic rubber compound of the rubber compound (B) is obtained by polymerization using a compound having two carbon-carbon double bonds (hereinafter also referred to as a diene monomer) as a polymerization monomer. Can do.
前記ジエンモノマーは、重合反応性や入手し易さの観点から、例えば、ブタジエン、イソプレンなどが挙げられ、これらの群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。切断時伸びの観点から、ブタジエンが好ましい。 Examples of the diene monomer include butadiene and isoprene, from the viewpoint of polymerization reactivity and availability, and at least one selected from these groups can be used. From the viewpoint of elongation at break, butadiene is preferred.
また、前記ジエンモノマーの他に、炭素−炭素の不飽和結合を有する化合物を重合モノマーとして用いてもよい。例えば、エチレン、プロピレン、ブテンといったアルケン化合物、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、酢酸ビニルといったアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、プロピオン酸ビニル、スチレン、アクリロニトリルなどが挙げられ、これらの群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。 In addition to the diene monomer, a compound having a carbon-carbon unsaturated bond may be used as the polymerization monomer. For example, alkene compounds such as ethylene, propylene, and butene, methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, vinyl acetate, acrylates and methacrylates, vinyl propionate, styrene, acrylonitrile, etc. At least one selected from these groups can be used.
重合方法としては、例えば、ラジカル重合法、カチオン重合法、アニオン重合法などが挙げられるが、反応の作業性の観点からラジカル重合法を用いることが好ましい。 Examples of the polymerization method include a radical polymerization method, a cationic polymerization method, and an anionic polymerization method, and it is preferable to use a radical polymerization method from the viewpoint of workability of the reaction.
このようにして得られた前記ゴム化合物(B)のジエン系合成ゴム化合物としては、例えば、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、イソプレン−スチレンゴム、イソプレン−ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエン−スチレンなどが挙げられる。これらの中でも、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエン−ニトリルゴムが切断時伸びの観点から好ましく、弾性率と切断時伸びの両立の観点から、ブタジエンゴムおよびブタジエン−スチレンゴムがさらに好ましい。 Examples of the diene synthetic rubber compound of the rubber compound (B) thus obtained include, for example, butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene-styrene rubber, butadiene-isoprene rubber, isoprene-styrene rubber, isoprene-butadiene-styrene. Examples thereof include rubber and butadiene-styrene. Among these, isoprene rubber, butadiene rubber, butadiene-styrene rubber, and butadiene-nitrile rubber are preferable from the viewpoint of elongation at break, and butadiene rubber and butadiene-styrene rubber are more preferable from the viewpoint of achieving both elastic modulus and elongation at break. .
前記ゴム化合物(B)の含有量は、特に限定されるものではないが、リグニン誘導体(A)100質量部に対して、100重量部以上、10000質量部以下であるのが好ましく、200重量部以上、5000質量部以下であるのがより好ましく、300重量部以上、2000質量部以下であるのがさらに好ましい。前記添加量が前述の範囲の場合、切断時伸びに優れたものとなる。 The content of the rubber compound (B) is not particularly limited, but is preferably 100 parts by weight or more and 10000 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the lignin derivative (A), and 200 parts by weight. The amount is more preferably 5000 parts by mass or less, still more preferably 300 parts by weight or more and 2000 parts by mass or less. When the addition amount is in the above range, the elongation at break is excellent.
(充填剤(C))
次に、充填剤(C)について説明する。
(Filler (C))
Next, the filler (C) will be described.
本発明のゴム組成物には、充填剤(C)を含んでいてもよい。充填剤(C)を添加する場合は、その充填剤(C)としては、例えば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラスのようなケイ酸塩、酸化チタン、アルミナのような酸化物、ケイ酸マグネシウム、溶融シリカ(溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ)、結晶シリカのようなケイ素化合物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイトのような炭酸塩、酸化亜鉛、酸化マグネシウムのような酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムのような水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウムのような硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウムのようなホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素のような窒化物等の粉末、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンブラック等の繊維片といった無機充填剤の他、木粉、パルプ粉砕粉、布粉砕粉、熱硬化性樹脂硬化物粉、アラミド繊維、タルクのような有機充填剤等が挙げられる。
このうち、充填剤(C)としては、入手のし易さから、カーボンブラック、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、ケイ酸マグネシウム、タルク、酸化亜鉛、および酸化マグネシウムよりなる群から選択される1種以上を含有するものが好ましく用いられ、入手し易さと弾性率の両方の観点から、カーボンブラック、シリカ、アルミナがさらに好ましい。これらの充填剤は、ゴム組成物の硬化物の膨張率を低くすることができる。
The rubber composition of the present invention may contain a filler (C). When the filler (C) is added, examples of the filler (C) include talc, calcined clay, unfired clay, mica, silicates such as glass, oxides such as titanium oxide and alumina. , Magnesium silicate, fused silica (fused spherical silica, fused crushed silica), silicon compounds like crystalline silica, carbonates like calcium carbonate, magnesium carbonate, hydrotalcite, oxides like zinc oxide, magnesium oxide , Hydroxides such as aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sulfates or sulfites such as barium sulfate, calcium sulfate, calcium sulfite, zinc borate, barium metaborate, aluminum borate, boric acid Borate such as calcium and sodium borate, aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride In addition to inorganic fillers such as nitride powder, glass fiber, carbon fiber, carbon black, etc., wood powder, pulp ground powder, cloth ground powder, thermosetting resin cured powder, aramid fiber, Examples include organic fillers such as talc.
Among these, as the filler (C), a group consisting of carbon black, silica, alumina, aluminum hydroxide, calcium carbonate, titanium oxide, magnesium silicate, talc, zinc oxide, and magnesium oxide is easily available. Those containing one or more selected from the above are preferably used, and carbon black, silica, and alumina are more preferable from the viewpoints of both availability and elastic modulus. These fillers can reduce the expansion coefficient of the cured product of the rubber composition.
前記充填剤(C)を含有する場合は、その含有量は、リグニン誘導体(A)100重量部に対し、100〜10000質量部であるのが好ましく、150〜5000質量部であるのがより好ましく、250〜3000質量部であるのがさらに好ましい。
充填剤の含有率が前記下限値を下回ると、ゴム組成物の硬化物の膨張率を十分に低下させることができないおそれがある。一方、充填剤の含有率が前記上限値を上回ると、充填剤の割合が多すぎるため、ゴム組成物の成形性が低下するおそれがある。
When the filler (C) is contained, the content thereof is preferably 100 to 10000 parts by mass, more preferably 150 to 5000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the lignin derivative (A). More preferably, it is 250 to 3000 parts by mass.
When the content rate of a filler is less than the said lower limit, there exists a possibility that the expansion coefficient of the hardened | cured material of a rubber composition cannot fully be reduced. On the other hand, when the filler content exceeds the upper limit, the proportion of the filler is too high, and the moldability of the rubber composition may be reduced.
また、充填剤(C)の平均粒径は、0.1〜500μm程度であるのが好ましく、0.2〜300μm程度であるのがより好ましい。充填剤の平均粒径が前記範囲内であることにより、ゴム組成物の硬化物は、低膨張率と優れた成形性とを高度に両立するものとなる。なお、充填剤の平均粒径とは、充填剤の粒度分布において、体積の累積で50%の部分に分布する粉末の粒径を指す。 Moreover, it is preferable that the average particle diameter of a filler (C) is about 0.1-500 micrometers, and it is more preferable that it is about 0.2-300 micrometers. When the average particle diameter of the filler is within the above range, the cured product of the rubber composition is highly compatible with a low expansion coefficient and excellent moldability. The average particle size of the filler refers to the particle size of the powder distributed in 50% of the cumulative volume in the particle size distribution of the filler.
また、充填剤(C)の形状としては、例えば、フレーク状、樹枝状、球状、繊維状等が挙げられ、特に限定されない。 Moreover, as a shape of a filler (C), flake shape, dendritic shape, spherical shape, fibrous shape etc. are mentioned, for example, It does not specifically limit.
なお、充填剤(C)が繊維状の場合は、繊維径0.5〜100μm、繊維長1〜50mm程度であるのが好ましい。 In addition, when a filler (C) is fibrous, it is preferable that it is a fiber diameter of 0.5-100 micrometers and fiber length about 1-50 mm.
本発明のゴム組成物は、上記の成分以外に、必要に応じて、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤などを含んでいてもよい。 The rubber composition of the present invention may contain a crosslinking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization acceleration aid, and the like, as necessary, in addition to the above components.
(架橋剤)
次に、架橋剤について説明する。
(Crosslinking agent)
Next, the crosslinking agent will be described.
本発明のゴム組成物には、必要に応じて架橋剤を添加することができる。架橋剤を添加する場合は、その架橋剤は、リグニン誘導体(A)またはゴム化合物(B)、およびその両方と架橋し得るものであれば特に限定されないが、下記式(4)で表される化合物を含むものが好ましい。 If necessary, a crosslinking agent can be added to the rubber composition of the present invention. When a crosslinking agent is added, the crosslinking agent is not particularly limited as long as it can crosslink with the lignin derivative (A) or the rubber compound (B), and both, but is represented by the following formula (4). Those containing compounds are preferred.
Z−(CH2OR)m (4)
[式(4)中のZはメラミン残基、尿素残基、グリコリル残基、イミダゾリジノン残基および芳香環残基のうちのいずれか1種である。また、mは2〜14の整数を表す。また、Rは独立して炭素数1〜4のアルキル基または水素原子である。ただし、−CH2ORは、メラミン残基の窒素原子、尿素残基の1級アミノ基の窒素原子、グリコリル残基の2級アミノ基の窒素原子、イミダゾリジノン残基の2級アミノ基の窒素原子および芳香環残基の芳香環の炭素原子のいずれかに直接結合している。]
Z- (CH 2 OR) m ( 4)
[Z in Formula (4) is any one of a melamine residue, a urea residue, a glycolyl residue, an imidazolidinone residue, and an aromatic ring residue. Moreover, m represents the integer of 2-14. R is independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a hydrogen atom. However, -CH 2 OR, the nitrogen atom of the melamine residues, the nitrogen atom of the primary amino groups of the urea residues, the nitrogen atom of the secondary amino group of the glycolyl residues, the secondary amino group of the imidazolidinone residues It is directly bonded to either the nitrogen atom or the carbon atom of the aromatic ring residue. ]
このような化合物を含むゴム組成物は、硬化後の機械的特性に優れるとともに、硬化物の耐久性および外観の向上に寄与する。これは、架橋剤中に含まれる上記式(4)で表される化合物が、多官能性の架橋点を形成し得るため、リグニン誘導体(A)を高密度かつ均一に架橋し、均質で剛直な骨格を形成するからである。剛直な骨格によって硬化物の機械的特性および耐久性(耐煮沸性等)が向上するとともに、膨れや亀裂等の発生が抑制されるため硬化物の外観も向上することとなる。 A rubber composition containing such a compound is excellent in mechanical properties after curing, and contributes to improvement in durability and appearance of the cured product. This is because the compound represented by the above formula (4) contained in the cross-linking agent can form a polyfunctional cross-linking point, so that the lignin derivative (A) is cross-linked with high density and uniformity, and is homogeneous and rigid. This is because a simple skeleton is formed. The rigid skeleton improves the mechanical properties and durability (boiling resistance, etc.) of the cured product, and also suppresses the occurrence of blisters and cracks, thereby improving the appearance of the cured product.
また、−CH2ORは、前述したようにメラミン残基の窒素原子、尿素残基の1級アミノ基の窒素原子、グリコリル残基の2級アミノ基の窒素原子、イミダゾリジノン残基の2級アミノ基の窒素原子および芳香環残基の芳香環の炭素原子のうちのいずれかに直接結合しているが、同一の窒素原子または炭素原子に2つ以上の「−CH2OR」が結合している場合、そのうちの少なくとも1つの「−CH2OR」が含む「R」はアルキル基であるのが好ましい。これにより、リグニン誘導体(A)を確実に架橋させることができる。 In addition, as described above, —CH 2 OR is a nitrogen atom of a melamine residue, a nitrogen atom of a primary amino group of a urea residue, a nitrogen atom of a secondary amino group of a glycolyl residue, or 2 of an imidazolidinone residue. Directly bonded to either the nitrogen atom of the primary amino group or the carbon atom of the aromatic ring residue, but two or more “—CH 2 OR” are bonded to the same nitrogen atom or carbon atom. In this case, it is preferable that “R” contained in at least one “—CH 2 OR” is an alkyl group. Thereby, a lignin derivative (A) can be bridge | crosslinked reliably.
なお、本明細書においてメラミン残基とは、下記式(A)で表されるメラミン骨格を有する基のことをいう。 In this specification, the melamine residue refers to a group having a melamine skeleton represented by the following formula (A).
また、本明細書において尿素残基とは、下記式(B)で表される尿素骨格を有する基のことをいう。 In this specification, the urea residue refers to a group having a urea skeleton represented by the following formula (B).
また、本明細書においてグリコリル残基とは、下記式(C)で表されるグリコリル骨格を有する基のことをいう。 In this specification, the glycolyl residue refers to a group having a glycolyl skeleton represented by the following formula (C).
また、本明細書においてイミダゾリジノン残基とは、下記式(D)で表されるイミダゾリジノン骨格を有する基のことをいう。 In the present specification, the imidazolidinone residue refers to a group having an imidazolidinone skeleton represented by the following formula (D).
また、本明細書において芳香環残基とは、芳香環(ベンゼン環)を有する基のことをいう。 In this specification, an aromatic ring residue refers to a group having an aromatic ring (benzene ring).
また、上記式(4)で表される化合物としては、特に、下記式(5)〜(8)のうちのいずれかで表される化合物が好ましく用いられる。これらは、リグニン誘導体(A)中のフェノール骨格に含まれる芳香環上の架橋反応点に対して反応しリグニン誘導体(A)を確実に架橋するとともに、官能基同士の自己縮合反応により自己架橋を生じる。その結果、特に均質で剛直な骨格を有し、機械的特性、耐久性および外観に優れた硬化物が得られる。 Moreover, especially as a compound represented by the said Formula (4), the compound represented by either of following formula (5)-(8) is used preferably. These react with the crosslinking reaction points on the aromatic ring contained in the phenol skeleton in the lignin derivative (A) to reliably crosslink the lignin derivative (A) and self-crosslink by self-condensation reaction between functional groups. Arise. As a result, a cured product having a particularly homogeneous and rigid skeleton and excellent in mechanical properties, durability and appearance can be obtained.
また、上記式(5)で表される化合物としては、特に、下記式(9)または(10)で表される化合物が好ましく用いられる。これらは、リグニン誘導体中のフェノール骨格に含まれる芳香環上の架橋反応点に対して反応しリグニン誘導体を特に確実に架橋するとともに、官能基同士の自己縮合反応により自己架橋を生じる。その結果、とりわけ均質で剛直な骨格を有し、機械的特性、耐久性および外観に優れた硬化物が得られる。 As the compound represented by the above formula (5), a compound represented by the following formula (9) or (10) is particularly preferably used. These react with a crosslinking reaction point on the aromatic ring contained in the phenol skeleton in the lignin derivative to particularly surely crosslink the lignin derivative and cause self-crosslinking by self-condensation reaction between functional groups. As a result, a cured product having a particularly uniform and rigid skeleton and excellent mechanical properties, durability and appearance can be obtained.
また、上記架橋剤は、上記式(4)で表される化合物に代えて、またはこの化合物とともに、ヘミサメチレンテトラミン、キヌクリジンおよびピジンのうちの少なくとも1種の化合物を含むものであってもよい。このような架橋剤を含む硬化物は、機械的強度に優れるとともに、耐久性および外観の高いものとなる。これは、ヘキサメチレンテトラミン、キヌクリジンおよびピジンがリグニン誘導体(A)を高密度かつ均一に架橋し、均質で剛直な骨格を形成するからである。 The cross-linking agent may contain at least one compound of hemisamethylenetetramine, quinuclidine, and pidgin instead of or together with the compound represented by the formula (4). . A cured product containing such a cross-linking agent has excellent mechanical strength and high durability and appearance. This is because hexamethylenetetramine, quinuclidine and pidine crosslink the lignin derivative (A) with high density and uniformity to form a homogeneous and rigid skeleton.
また、架橋剤には、上記化合物以外の架橋剤成分を含んでいてもよいが、その場合でもその添加量は、上記化合物より少なくすることが好ましい。上記化合物以外の架橋剤成分としては、例えば、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ化グリセリン、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化大豆油のようなエポキシ樹脂、ヘキサメチレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネートのようなイソシアネート化合物、リグニン誘導体の芳香環に対し親電子置換反応して架橋し得る化合物として、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラールのようなアルデヒド類、ポリオキシメチレンのようなアルデヒド源、ヘキサメチレンテトラミンの他、レゾール型フェノール樹脂等の通常のフェノール樹脂で公知の架橋剤、リグニン誘導体の芳香環に対し親電子置換反応して架橋し得る化合物等を挙げることができる。そして、架橋剤中における上記化合物の含有率は架橋反応前において80質量%以上であるのが好ましい。また、リグニン誘導体(A)100質量部に対して上記化合物は5〜60質量部であるのが好ましく、10〜50質量部であるのがより好ましい。 In addition, the crosslinking agent may contain a crosslinking agent component other than the above-mentioned compound, but even in that case, the amount added is preferably less than that of the above-mentioned compound. Examples of the cross-linking agent component other than the above compound include, for example, orthocresol novolac epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, epoxidized glycerin, epoxidized linseed oil, epoxy resin such as epoxidized soybean oil, hexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate. Isocyanate compounds, compounds that can be cross-linked by electrophilic substitution reaction on aromatic rings of lignin derivatives, aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, paraformaldehyde, furfural, aldehyde sources such as polyoxymethylene, hexamethylenetetramine In addition, a known cross-linking agent such as a resol-type phenol resin or a compound that can be cross-linked by electrophilic substitution reaction with respect to the aromatic ring of a lignin derivative can be used. And it is preferable that the content rate of the said compound in a crosslinking agent is 80 mass% or more before bridge | crosslinking reaction. Moreover, it is preferable that the said compound is 5-60 mass parts with respect to 100 mass parts of lignin derivatives (A), and it is more preferable that it is 10-50 mass parts.
(加硫剤)
次に、加硫剤について説明する。
(Vulcanizing agent)
Next, the vulcanizing agent will be described.
本発明のゴム組成物には、必要に応じて加硫剤を添加することができる。加硫剤を添加する場合は、その加硫剤としては、一般的に用いられているように、硫黄を用いることが好ましい。加硫剤は、ゴム組成物中の天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)の少なくとも一方に含まれる炭素−炭素不飽和結合にスルフィド結合を形成し、ゴム組成物の強度を向上させるために添加することができる。 A vulcanizing agent can be added to the rubber composition of the present invention as necessary. When adding a vulcanizing agent, it is preferable to use sulfur as the vulcanizing agent, as is generally used. The vulcanizing agent forms a sulfide bond in the carbon-carbon unsaturated bond contained in at least one of the natural rubber compound or the diene synthetic rubber compound (B) in the rubber composition, and improves the strength of the rubber composition. Can be added.
(加硫促進剤)
次に、加硫促進剤について説明する。
(Vulcanization accelerator)
Next, the vulcanization accelerator will be described.
本発明のゴム組成物には、必要に応じて加硫促進剤を添加することができる。加硫促進剤を添加する場合、その加硫促進剤は、加硫速度を増大させ、加硫時間の短縮や加硫温度の低下、加硫剤の減量、または加硫物の機械的特性を向上し得るものであれば特に限定されないが、例えば、有機系のアルデヒドアンモニア類、アルデヒドアミン類、グアニジン類、チオウレア類、チアゾール類、スルフェンアミド類、チウラム類、ジチオカルバミン酸塩類、キサントゲン酸塩類があげられる。これらのなかでも通常のジエン系高不飽和ゴムにはチアゾール類、スルフェンアミド類が加硫促進能力の観点から好ましい。一方、ブチルゴム(IIR)のような低不飽和ゴムには加硫促進能力が高いチウラム類、ジチオカルバミン酸塩類が好ましい。 A vulcanization accelerator can be added to the rubber composition of the present invention as necessary. When a vulcanization accelerator is added, the vulcanization accelerator increases the vulcanization speed, shortens the vulcanization time, lowers the vulcanization temperature, reduces the vulcanizing agent, or increases the mechanical properties of the vulcanizate. Although it is not particularly limited as long as it can be improved, for example, organic aldehyde ammonias, aldehyde amines, guanidines, thioureas, thiazoles, sulfenamides, thiurams, dithiocarbamates, xanthates can give. Of these, thiazoles and sulfenamides are preferred from the viewpoint of vulcanization accelerating ability for ordinary diene-based highly unsaturated rubbers. On the other hand, for low unsaturated rubbers such as butyl rubber (IIR), thiurams and dithiocarbamates having high vulcanization accelerating ability are preferable.
(加硫促進助剤)
次に、加硫促進助剤について説明する。
(Vulcanization accelerator)
Next, the vulcanization acceleration aid will be described.
本発明のゴム組成物には、必要に応じて加硫促進助剤を添加することができる。加硫促進助剤を添加する場合、その加硫促進助剤は、前記加硫促進剤と反応することで、加硫速度を増大させ、加硫時間の短縮や加硫温度の低下、加硫剤の減量、加硫物の物性を向上し得るものであれば特に限定されないが、例えば、酸化マグネシウム、酸化亜鉛(亜鉛華)や、ステアリン酸亜鉛などが挙げられる。
これらのなかでも、ゴムとの相溶性や加硫促進作用を向上させる観点から、ステアリン酸亜鉛が好ましい。
また、ゴム組成物の配合にステアリン酸が含まれる場合、ゴム組成物を均一に練る過程や加硫処理のときに、酸化亜鉛とステアリン酸とが反応し、ステアリン酸亜鉛を生成することがある。そのため、ゴム組成物の配合にステアリン酸が含まれる場合は、酸化亜鉛も好ましく用いることができる。
A vulcanization acceleration aid can be added to the rubber composition of the present invention as necessary. When a vulcanization acceleration aid is added, the vulcanization acceleration aid reacts with the vulcanization accelerator to increase the vulcanization speed, shorten the vulcanization time, lower the vulcanization temperature, Although it will not specifically limit if the weight reduction of an agent and the physical property of a vulcanizate can be improved, For example, a magnesium oxide, zinc oxide (zinc white), a zinc stearate etc. are mentioned.
Among these, zinc stearate is preferable from the viewpoint of improving compatibility with rubber and vulcanization promoting action.
In addition, when stearic acid is included in the blend of the rubber composition, zinc oxide and stearic acid may react to produce zinc stearate during the process of uniformly kneading the rubber composition or vulcanization treatment. . Therefore, when stearic acid is included in the blend of the rubber composition, zinc oxide can also be preferably used.
さらには、その他の添加剤を含んでいてもよい。
かかる添加剤としては、例えば、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランのようなシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム/ジルコニウムカップリング剤のような各種カップリング剤、ブチルセロソルブ、カルビトール、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸カルビトール、エチレングリコールジエチルエーテル、α−テルピネオール等の比較的沸点が高い希釈剤、ベンガラのような着色剤、ポリエチレンワックス、高級脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、ケトン・アミン類、水素硬化油のような合成ワックス、パラフィンワックス、モンタンワックスのような天然ワックス、パラフィンのような離型剤、シリコーンオイル、シリコーンゴムのような低応力化成分、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼンのような難燃剤、酸化ビスマス水和物のような無機イオン交換体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせたものが用いられる。
Furthermore, other additives may be included.
Examples of such additives include silane coupling agents such as epoxy silane, mercapto silane, amino silane, alkyl silane, ureido silane, and vinyl silane, titanate coupling agents, aluminum coupling agents, and aluminum / zirconium coupling agents. Various coupling agents, butyl cellosolve, carbitol, butyl cellosolve, carbitol acetate, ethylene glycol diethyl ether, α-terpineol and other diluents with relatively high boiling points, colorants such as Bengala, polyethylene wax, higher fatty acid esters, fatty acids Synthetic waxes such as amides, ketones and amines, hydrogenated oils, paraffin waxes, natural waxes such as montan wax, mold release agents such as paraffin, silicone oils, silico Examples include low stress components such as rubber, antimony trioxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, zinc borate, zinc molybdate, flame retardants such as phosphazene, and inorganic ion exchangers such as bismuth oxide hydrate. A combination of one or more of these may be used.
また、前記ゴム組成物をタイヤ用途に用いる場合は、酸化防止剤を含有してもよい。前記天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)が不飽和結合を有する場合、その不飽和結合が、酸素やオゾン、熱や紫外線などによる酸化反応や切断反応を受け、劣化することを抑制させるために用いられる。前記酸化防止剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、芳香族アミン誘導体、フェノール誘導体、キノリン誘導体、ジチオカルバミン酸塩類およびイミダゾール類などが挙げられるが、着色性の観点からフェノール誘導体を用いることが好ましい。 Moreover, when using the said rubber composition for a tire use, you may contain antioxidant. When the natural rubber compound or the diene synthetic rubber compound (B) has an unsaturated bond, the unsaturated bond is prevented from being deteriorated by being subjected to an oxidation reaction or a cleavage reaction due to oxygen, ozone, heat, ultraviolet light, or the like. Used for. Examples of the antioxidant include, but are not limited to, aromatic amine derivatives, phenol derivatives, quinoline derivatives, dithiocarbamates and imidazoles, and phenol derivatives are used from the viewpoint of colorability. It is preferable.
<ゴム組成物の硬化物>
次に、本発明のゴム組成物の硬化物について説明する。
<Hardened product of rubber composition>
Next, the cured product of the rubber composition of the present invention will be described.
前記ゴム組成物の硬化物は、前記ゴム組成物を熱処理することによって得ることができる。熱処理をする場合は、その温度は、100〜280℃程度であるのが好ましく、120〜250℃程度であるのがより好ましく、130〜230℃程度であるのがさらに好ましい。 The cured product of the rubber composition can be obtained by heat-treating the rubber composition. When the heat treatment is performed, the temperature is preferably about 100 to 280 ° C, more preferably about 120 to 250 ° C, and further preferably about 130 to 230 ° C.
<タイヤ>
次に、本発明のタイヤについて説明する。
<Tire>
Next, the tire of the present invention will be described.
前記タイヤは、前記ゴム組成物を成形することによって得ることができる。
まず、前記ゴム組成物を混錬する。このとき、必要に応じて、充填剤(C)、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、酸化防止剤などを添加してもよい。
次に、前記の混練したゴム組成物を、成形しやすいように塊状や板状に加工する。加工形状は特に限定されるものではないが、作業性の観点から、ロールによって板状にすることが好ましい。
The tire can be obtained by molding the rubber composition.
First, the rubber composition is kneaded. At this time, if necessary, a filler (C), a crosslinking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization acceleration aid, an antioxidant, and the like may be added.
Next, the kneaded rubber composition is processed into a lump or plate so that it can be easily molded. The processing shape is not particularly limited, but it is preferable to form a plate with a roll from the viewpoint of workability.
次に、前記の加工したゴム組成物をトレッドの金型に押出し加工し、タイヤ1つ分の長さに切断しトレッド部を作製する。
また、前記の加工したゴム組成物にタイヤコードを擦り込み、それぞれのタイヤ幅に切断してカーカス・ベルト部を作製する。
さらに、タイヤに応じて必要な本数のビードワイヤーを並べ、前記板状成形物と共に押し出すことでビードワイヤーをゴムで被覆してビード部を作製する。
前述のようにして作製した、トレッド部と、カーカス・ベルト部と、ビード部と、を成タイヤの形状に貼り合わせることで生タイヤを作製する。
前記生タイヤを金型に入れ、圧縮装置で内側から金型に向け、成形することでタイヤを作製する。作製方法は特に限定されないが、ゴム組成物の加硫の効率を向上させるために、高温・高圧の蒸気で押し付けることが好ましい。このときの成形温度は、100〜280℃程度であるのが好ましく、120〜250℃程度であるのがより好ましく、130〜230℃程度であるのがさらに好ましい。
Next, the processed rubber composition is extruded into a tread mold and cut to the length of one tire to produce a tread portion.
Further, a tire cord is rubbed into the processed rubber composition and cut into each tire width to produce a carcass belt portion.
Furthermore, a necessary number of bead wires are arranged according to the tire, and the bead wire is covered with rubber by extruding it together with the plate-like molded product, thereby producing a bead portion.
A raw tire is produced by bonding the tread part, the carcass belt part, and the bead part produced as described above to the shape of the mature tire.
The raw tire is put into a mold, and the tire is manufactured by directing the green tire from the inside toward the mold with a compression device. The production method is not particularly limited, but it is preferably pressed with high-temperature and high-pressure steam in order to improve the vulcanization efficiency of the rubber composition. The molding temperature at this time is preferably about 100 to 280 ° C, more preferably about 120 to 250 ° C, and further preferably about 130 to 230 ° C.
<ゴム組成物の製造方法>
次に、本発明のゴム組成物の製造方法の一例について説明する。
<Method for producing rubber composition>
Next, an example of the manufacturing method of the rubber composition of this invention is demonstrated.
ゴム組成物およびその硬化物の製造方法は、[1]バイオマスからリグニン誘導体(A)を抽出する工程と、[2]抽出したリグニン誘導体(A)と、ゴム化合物(B)と、を含む化合物を混合し、ゴム組成物を得る工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。 A method for producing a rubber composition and a cured product thereof includes: [1] a step of extracting a lignin derivative (A) from biomass; [2] a compound comprising the extracted lignin derivative (A) and a rubber compound (B). To obtain a rubber composition. Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1]
[1−1]リグニン誘導体(A)は、いかなる方法で調製されたものでもよいが、以下では、バイオマスを分解することにより、植物由来のリグニン誘導体(A)を得る方法について説明する。
[1]
[1-1] The lignin derivative (A) may be prepared by any method. Hereinafter, a method for obtaining the plant-derived lignin derivative (A) by decomposing biomass will be described.
まず、バイオマスを溶媒存在下におき、高温高圧下で分解処理する。バイオマスとは、前述したように植物または植物の加工品であるが、この植物としては、例えば、ブナ、白樺、ナラのような広葉樹、スギ、マツ、ヒノキのような針葉樹、竹、稲わらのようなイネ科植物、椰子殻等が挙げられる。 First, biomass is placed in the presence of a solvent and decomposed under high temperature and pressure. Biomass is a plant or a processed product of a plant as described above. Examples of this plant include broadleaf trees such as beech, birch and oak, conifers such as cedar, pine and cypress, bamboo, rice straw. Such grasses, coconut shells and the like.
そして、分解処理にあたり、バイオマスをブロック状、チップ状、粉末状等に粉砕しておくことが好ましい。その場合、粉砕後の大きさが100μm〜1cm程度であるのが好ましく、200〜1000μm程度であるのがより好ましい。このような大きさのバイオマスを用いることにより、液中でのバイオマスの分散性を高めるとともに、バイオマスの分解処理を効率よく行うことができる。 In the decomposition treatment, it is preferable to pulverize the biomass into blocks, chips, powders, or the like. In that case, the size after pulverization is preferably about 100 μm to 1 cm, and more preferably about 200 to 1000 μm. By using biomass of such a size, it is possible to improve the dispersibility of the biomass in the liquid and to efficiently perform the biomass decomposition treatment.
分解工程において用いる溶媒としては、例えば、水の他、メタノール、エタノールのようなアルコール類、フェノール、クレゾールのようなフェノール類、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランのようなエーテル類、アセトニトリルのようなニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミドのようなアミド類等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合溶媒が用いられる。 Examples of the solvent used in the decomposition step include water, alcohols such as methanol and ethanol, phenols such as phenol and cresol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, Ethers such as tetrahydrofuran, nitriles such as acetonitrile, amides such as N, N-dimethylformamide, and the like, and one or two or more of them are used as a mixed solvent.
また、溶媒としては特に水が好ましく用いられる。溶媒の使用量としては、バイオマスに対して多いほどよいが、好ましくはバイオマスに対して1〜20質量倍程度であるのが好ましく、2〜10質量倍程度であるのがより好ましい。 As the solvent, water is particularly preferably used. As a usage-amount of a solvent, it is so good that it is large with respect to biomass, However, Preferably it is about 1-20 mass times with respect to biomass, and it is more preferable that it is about 2-10 mass times.
次に、溶媒存在下においたバイオマスを高温高圧下で分解処理する。これにより、バイオマスは、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、およびそれらの分解物やその他の反応物等に分解される。 Next, the biomass in the presence of the solvent is decomposed under high temperature and pressure. Thereby, biomass is decomposed | disassembled into lignin, a cellulose, hemicellulose, those decomposition products, another reaction material, etc.
高温高圧環境の生成においては、オートクレーブのような耐圧容器が用いられる。また、この耐圧容器としては、加熱手段や撹拌手段を備えているものが好ましく用いられ、高温高圧下でバイオマスを撹拌するようにするのが好ましい。また、必要に応じて容器内の温度など圧力に影響を与える要因とは独立に加圧する手段を備えていてもよい。かかる手段としては、例えば、容器内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入する手段等が挙げられる。 In the generation of a high temperature and high pressure environment, a pressure vessel such as an autoclave is used. Moreover, as this pressure vessel, what is equipped with a heating means and a stirring means is used preferably, and it is preferable to stir biomass under high temperature and pressure. Moreover, you may provide the means to pressurize independently from the factor which influences pressure, such as the temperature in a container, as needed. Examples of such means include means for introducing an inert gas such as argon gas into the container.
分解処理における条件は、処理温度が150〜400℃であるのが好ましく、180〜350℃であるのがより好ましく、220〜320℃であるのがさらに好ましい。処理温度が前記範囲内であれば、分解後に得られるリグニン誘導体(A)の分子量が反応性(硬化性)と相溶性とを両立し得るものとなる。なお、処理温度が前記下限値未満である場合、バイオマスを十分に分解することができず、リグニン誘導体(A)の分子量が必要以上に高くなって、溶解性・溶融性に劣るおそれがある。一方、処理温度が前記上限値を超える場合、リグニン誘導体(A)の分子量が必要以上に低くなり、樹脂原料として用いたときに反応性が低下するおそれがある。 As for the conditions in the decomposition treatment, the treatment temperature is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 180 to 350 ° C, and further preferably 220 to 320 ° C. If processing temperature is in the said range, the molecular weight of the lignin derivative (A) obtained after decomposition | disassembly will become what can make reactivity (curability) and compatibility compatible. In addition, when processing temperature is less than the said lower limit, biomass cannot fully be decomposed | disassembled, there exists a possibility that the molecular weight of a lignin derivative (A) may become higher than needed, and it may be inferior to solubility and a meltability. On the other hand, when processing temperature exceeds the said upper limit, the molecular weight of a lignin derivative (A) becomes low more than necessary, and when using it as a resin raw material, there exists a possibility that reactivity may fall.
また、分解処理における処理時間は、480分以下であるのが好ましく、10〜360分であるのがより好ましい。処理時間が前記範囲内であれば、分解後に得られるリグニン誘導体(A)の1H−NMRの積分値の比率[脂肪族1H積分値/芳香族1H積分値]が適切な値となり、相溶性を向上させることができる。 Moreover, it is preferable that the processing time in a decomposition process is 480 minutes or less, and it is more preferable that it is 10 to 360 minutes. If the treatment time is within the above range, the ratio of the integral value of 1H-NMR of the lignin derivative (A) obtained after the decomposition [aliphatic 1H integral value / aromatic 1H integral value] becomes an appropriate value, and compatibility is improved. Can be improved.
さらに、分解処理における圧力は、1〜40MPaであるのが好ましく、1.5〜25MPaであるのがより好ましく、2.5〜20MPaであるのがさらに好ましい。圧力が前記範囲内であれば、バイオマスの分解効率を格段に高めることができ、その分、処理時間の短縮化を図ることができる。 Furthermore, the pressure in the decomposition treatment is preferably 1 to 40 MPa, more preferably 1.5 to 25 MPa, and further preferably 2.5 to 20 MPa. When the pressure is within the above range, the biomass decomposition efficiency can be significantly increased, and the processing time can be shortened accordingly.
なお、溶媒中には、必要に応じて、分解処理を促進する触媒を添加するようにしてもよい。この触媒としては、例えば、炭酸ナトリウムのような無機塩基類や過酸化水素のような酸化性物質等が挙げられる。これらの触媒の添加量は、溶媒中の濃度で0.1〜10質量%程度であるのが好ましく、0.5〜5質量%程度であるのがより好ましい。 In addition, you may make it add the catalyst which accelerates | stimulates a decomposition process to a solvent as needed. Examples of the catalyst include inorganic bases such as sodium carbonate and oxidizing substances such as hydrogen peroxide. The amount of these catalysts added is preferably about 0.1 to 10% by mass, more preferably about 0.5 to 5% by mass in the concentration in the solvent.
さらに、分解工程の前処理として、バイオマスと前記溶媒とを十分に撹拌し、両者をなじませる工程を行うのが好ましい。これにより、バイオマスの分解を特に最適化することができる。撹拌温度は、0〜150℃程度であるのが好ましく、10〜130℃程度であるのがより好ましい。また、撹拌時間は、1〜120分程度であるのが好ましく、5〜60分程度であるのがより好ましい。さらに、撹拌方法としては、ボールミル、ビーズミル等の各種ミル、撹拌翼を備えた撹拌機等を用いた方法、ホモジナイザー、ジェットポンプなどによる水流攪拌を用いた方法等が挙げられる。 Furthermore, as a pretreatment for the decomposition step, it is preferable to perform a step of sufficiently stirring the biomass and the solvent and allowing them to blend. Thereby, the decomposition of biomass can be particularly optimized. The stirring temperature is preferably about 0 to 150 ° C, and more preferably about 10 to 130 ° C. Further, the stirring time is preferably about 1 to 120 minutes, more preferably about 5 to 60 minutes. Further, examples of the stirring method include various mills such as a ball mill and a bead mill, a method using a stirrer equipped with a stirring blade, a method using water flow stirring using a homogenizer, a jet pump, and the like.
また、分解処理において用いる溶媒は、亜臨界または超臨界の状態(条件)で用いられるのが好ましい。亜臨界または超臨界の状態にある溶媒は、バイオマスの分解処理の促進に寄与すると考えられる。このため、分解処理の効率をより高めることができ、リグニン誘導体(A)の製造コストの低減および製造工程の簡略化を図ることができる。
一例として、水の臨界温度は約374℃、臨界圧力は約22.1MPaである。
The solvent used in the decomposition treatment is preferably used in a subcritical or supercritical state (condition). It is considered that the solvent in the subcritical or supercritical state contributes to the acceleration of the biomass decomposition process. For this reason, the efficiency of a decomposition process can be improved more, the reduction of the manufacturing cost of a lignin derivative (A), and the simplification of a manufacturing process can be aimed at.
As an example, the critical temperature of water is about 374 ° C., and the critical pressure is about 22.1 MPa.
[1−2]
次に、耐圧容器内の処理物を濾過する。そして濾液を除去し、濾別した固形成分(溶媒不溶分)を回収する。
なお、前記分解工程において、水以外の有機溶媒を混合して用いた場合、濾別した可溶成分にリグニン誘導体(A)が含まれることがある。その場合は、可溶成分から有機溶媒を留去し、生成したリグニン誘導体(A)を含有する固形成分を濾過によって回収する。
[1-2]
Next, the processed product in the pressure vessel is filtered. Then, the filtrate is removed, and the solid component (solvent insoluble matter) separated by filtration is recovered.
In addition, in the said decomposition | disassembly process, when organic solvents other than water are mixed and used, the lignin derivative (A) may be contained in the soluble component separated by filtration. In that case, the organic solvent is distilled off from the soluble component, and the solid component containing the produced lignin derivative (A) is recovered by filtration.
前記で回収された固形成分を、リグニン誘導体(A)が可溶な溶媒に浸漬する。リグニン誘導体(A)が可溶な溶媒に浸漬された固形成分は、溶媒に可溶な成分(可溶分)と溶媒に不溶な成分(不溶分)とに分離する。 The solid component collected above is immersed in a solvent in which the lignin derivative (A) is soluble. The solid component in which the lignin derivative (A) is immersed in a solvent is separated into a component soluble in the solvent (soluble component) and a component insoluble in the solvent (insoluble component).
リグニン誘導体(A)が可溶な溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類を含むものが好ましく用いられる。 As the solvent in which the lignin derivative (A) is soluble, for example, those containing alcohols such as methanol and ethanol, and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone are preferably used.
浸漬時間は、特に限定されないが、1〜48時間程度であるのが好ましく、2〜30時間程度であるのがより好ましい。また、浸漬時に溶媒の沸点以下で加温することも可能である。 The immersion time is not particularly limited, but is preferably about 1 to 48 hours, and more preferably about 2 to 30 hours. Moreover, it is also possible to heat at the boiling point or less of a solvent at the time of immersion.
[1−3]
次に、浸漬工程により得られた処理物から溶媒可溶分を回収する。そして、回収した溶媒可溶分からリグニン誘導体(A)が可溶な溶媒を留去する。これにより、リグニン誘導体(A)が抽出される。
[1-3]
Next, a solvent soluble part is collect | recovered from the processed material obtained by the immersion process. And the solvent in which a lignin derivative (A) is soluble is distilled off from the collect | recovered solvent soluble content. Thereby, a lignin derivative (A) is extracted.
[2]
次に、抽出したリグニン誘導体(A)と、ゴム化合物(B)と、を含む化合物を混合し、ゴム組成物を得る。
[2]
Next, a compound containing the extracted lignin derivative (A) and the rubber compound (B) is mixed to obtain a rubber composition.
抽出したリグニン誘導体(A)と、ゴム化合物(B)と、を含む化合物を混合し、ゴム組成物を得る方法は、特に限定されるものではないが、加熱混練してゴム組成物を得る方法について説明する。
まず、抽出したリグニン誘導体(A)と、ゴム化合物(B)と、を含む化合物を100℃に加熱し、混練する。このとき、前記リグニン誘導体(A)の元素分析法により測定された炭素含量が40重量%以上であると、混練時の発熱量を抑えられる。
また、前記リグニン誘導体(A)の水酸基当量が150g/eq以上である場合は、発熱量をさらに抑えることができ、前記リグニン誘導体(A)のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により測定されたポリスチレン換算の数平均分子量が200〜2000である場合は、発熱量の抑制と切断時伸び率を高度に両立させることができる。
A method for obtaining a rubber composition by mixing a compound containing the extracted lignin derivative (A) and the rubber compound (B) is not particularly limited, but a method for obtaining a rubber composition by heating and kneading. Will be described.
First, a compound containing the extracted lignin derivative (A) and the rubber compound (B) is heated to 100 ° C. and kneaded. At this time, the calorific value at the time of kneading | mixing can be suppressed as the carbon content measured by the elemental analysis method of the said lignin derivative (A) is 40 weight% or more.
Further, when the hydroxyl group equivalent of the lignin derivative (A) is 150 g / eq or more, the calorific value can be further suppressed, and the polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) analysis of the lignin derivative (A). When the converted number average molecular weight is 200 to 2000, it is possible to achieve both high suppression of heat generation and elongation at break.
なお、充填剤(C)、架橋剤、加硫剤、加硫促進およびその他の添加剤を含む場合は、リグニン誘導体(A)と、ゴム化合物(B)と、を混練するときに、共に混練することができる。また、充填剤(C)架橋剤、加硫剤、加硫促進およびその他の添加剤を含む場合は、その混練の順番は、特に限定されるものではない。 When the filler (C), crosslinking agent, vulcanizing agent, vulcanization accelerator and other additives are included, the lignin derivative (A) and the rubber compound (B) are kneaded together. can do. In addition, when the filler (C) includes a crosslinking agent, a vulcanizing agent, vulcanization acceleration and other additives, the order of kneading is not particularly limited.
また、混練するときには、必要に応じて、有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、キノリン、シクロペンタノン、m−クレゾール、クロロホルム等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。また、ゴム組成物中の固形分濃度は、特に制限されないが、一例として60〜98質量%程度とされ、好ましくは70〜95質量%程度とされる。 Further, when kneading, an organic solvent may be used as necessary. Examples of the organic solvent include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, butanol, methyl cellosolve, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl- Examples include 2-pyrrolidone, quinoline, cyclopentanone, m-cresol, chloroform, and the like, and one or a mixture of two or more of these is used. Moreover, the solid content concentration in the rubber composition is not particularly limited, but is, for example, about 60 to 98% by mass, and preferably about 70 to 95% by mass.
<ゴム組成物の硬化物およびタイヤの製造方法>
次に、ゴム組成物の硬化物およびタイヤを得る工程について説明する。ゴム組成物の硬化物およびタイヤは、ゴム組成物を成形することによって得ることができる。成形方法としては特に限定されるものではないが、金型を用いて成形する場合について説明する。
作製したゴム組成物を、油圧プレスを備えた金型を用いて成形し、ゴム組成物の硬化物を得る。
<Hardened product of rubber composition and method for producing tire>
Next, a process for obtaining a cured product of a rubber composition and a tire will be described. The cured product and tire of the rubber composition can be obtained by molding the rubber composition. Although it does not specifically limit as a shaping | molding method, The case where it shape | molds using a metal mold | die is demonstrated.
The produced rubber composition is molded using a mold equipped with a hydraulic press to obtain a cured product of the rubber composition.
成形の温度は、100〜280℃程度であるのが好ましく、120〜250℃程度であるのがより好ましく、130〜230℃程度であるのがさらに好ましい。 The molding temperature is preferably about 100 to 280 ° C, more preferably about 120 to 250 ° C, and still more preferably about 130 to 230 ° C.
次に、本発明の具体的実施例および比較例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
1.ゴム組成物およびゴム組成物の硬化物の製造
Next, specific examples and comparative examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
1. Production of rubber composition and cured product of rubber composition
(実施例1)
(1)リグニン誘導体の抽出
スギ木粉(60メッシュアンダー)100gと、純水からなる溶媒400gと、を混合し、これを1Lオートクレーブに導入した。そして内容物を300rpmで攪拌しながら、前処理として室温で15分間撹拌を行い、スギ木粉と溶媒とを十分になじませた後、300℃、10MPaで60分間処理して、スギ木粉を分解した。
次いで、得られた分解物を濾過し、濾別された固形成分を回収した。
次いで、得られた固形成分をアセトン200mlに12時間浸漬した。これを濾過し、アセトン可溶成分を回収した。
次いで、前記アセトン可溶成分からアセトンを留去し、乾燥することで、リグニン誘導体(A)3.2gを得た。
Example 1
(1) Extraction of lignin derivative 100 g of cedar wood flour (60 mesh under) and 400 g of a solvent made of pure water were mixed and introduced into a 1 L autoclave. Then, while stirring the contents at 300 rpm, as a pretreatment, the mixture was stirred for 15 minutes at room temperature. After sufficiently blending the cedar wood flour and the solvent, it was treated at 300 ° C. and 10 MPa for 60 minutes to obtain cedar wood flour. Disassembled.
Subsequently, the obtained decomposition product was filtered, and the solid component separated by filtration was recovered.
Subsequently, the obtained solid component was immersed in 200 ml of acetone for 12 hours. This was filtered to recover acetone-soluble components.
Subsequently, acetone was distilled off from the acetone-soluble component and dried to obtain 3.2 g of a lignin derivative (A).
(2)リグニン誘導体(A)の評価
(2)−1 炭素含量の評価
前記の方法で得られたリグニン誘導体(A)について、炭素含量を測定した。炭素含量の測定は、「2400II全自動元素分析装置(CHNS/O)(PerkinElme
r製)」を用い、純酸素中1800℃で試料を完全燃焼させ、炭素を二酸化炭素へと変換し、フロンタルクロマトグラフィーにより二酸化炭素量を定量することで、試料に含まれる炭素含量を測定した。測定結果を表1に示した。
(2) Evaluation of lignin derivative (A) (2) -1 Evaluation of carbon content The lignin derivative (A) obtained by the above method was measured for carbon content. The carbon content was measured by “2400II fully automatic elemental analyzer (CHNS / O) (PerkinElme
r)), the sample was completely burned at 1800 ° C. in pure oxygen, carbon was converted to carbon dioxide, and the amount of carbon dioxide was quantified by frontal chromatography to measure the carbon content contained in the sample. . The measurement results are shown in Table 1.
(2)−2 水酸基当量の評価
前記の方法で得られたリグニン誘導体(A)について、水酸基当量を測定した。水酸基当量は、以下の方法で決定した。共栓三角フラスコに、無水酢酸/ピリジン(1/3容量比)混合溶液4.0gと、試料1.0gを入れて溶解させた。この溶液を60℃で3時間保持した後、純水1mlを添加した。このようにして得られた溶液を、pH=10を終点として、0.1mol/LのNaOH水溶液で滴定し、次式より水酸基当量を求めた。測定結果を表1に示した。
水酸基当量(g/eq)=1000*W/(((TB*f*S/SB)−(T*f))*N)
式中の各記号の意味は次の通り。
W :試料重量(g)
TB:ブランクの滴定量(ml)
SB:ブランクの無水酢酸−ピリジン混合液の量(g)
T :試料入りの滴定量(ml)
S :試料入りで加えた無水酢酸−ピリジン混合液の量(g)
f :水酸化ナトリウム標準水溶液のファクタ−
N: 水酸化ナトリウム標準水溶液の規定度
(2) -2 Evaluation of hydroxyl equivalent The hydroxyl equivalent of the lignin derivative (A) obtained by the above method was measured. The hydroxyl equivalent was determined by the following method. In a stoppered Erlenmeyer flask, 4.0 g of a mixed solution of acetic anhydride / pyridine (1/3 volume ratio) and 1.0 g of a sample were dissolved. After maintaining this solution at 60 ° C. for 3 hours, 1 ml of pure water was added. The solution thus obtained was titrated with a 0.1 mol / L NaOH aqueous solution with pH = 10 as the end point, and the hydroxyl group equivalent was determined from the following formula. The measurement results are shown in Table 1.
Hydroxyl equivalent (g / eq) = 1000 * W / (((TB * f * S / SB)-(T * f)) * N)
The meaning of each symbol in the formula is as follows.
W: Sample weight (g)
TB: Blank titration (ml)
SB: Amount of blank acetic anhydride-pyridine mixture (g)
T: Titration volume with sample (ml)
S: Amount of acetic anhydride-pyridine mixed solution added with sample (g)
f: Factor of standard aqueous sodium hydroxide solution
N: Normality of sodium hydroxide standard aqueous solution
(2)−3 数平均分子量の評価
前記の方法で得られたリグニン誘導体(A)について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、数平均分子量(Mn)を測定した。測定結果を表1に示した。
(2) -3 Evaluation of number average molecular weight About the lignin derivative (A) obtained by the said method, the number average molecular weight (Mn) was measured by gel permeation chromatography (GPC). The measurement results are shown in Table 1.
(2)−4 [脂肪族1H積分値/芳香族1H積分値]比率の評価
前記の方法で得られたリグニン誘導体(A)を用いて、1重量%の重ジメチルスルホキシド溶液を調整した。次いで、1H−NMRを測定し、7〜8ppmに芳香環、3.5〜4ppmにメトキシ基、0.5〜3ppmにアルキル基のピークが見られ、リグニン樹脂であることを確認した。溶媒および内部標準物質由来の積分値を除いた0.0〜6.0ppmの積分値と、6.0〜8.0ppmの積分値の比率[脂肪族1H積分値/芳香族1H積分値]を算出した。算出結果を表1に示した。
(2) -4 Evaluation of [Aliphatic 1H Integral Value / Aromatic 1H Integral Value] Ratio Using the lignin derivative (A) obtained by the above method, a 1% by weight heavy dimethyl sulfoxide solution was prepared. Next, 1 H-NMR was measured, and a peak of an aromatic ring was observed at 7 to 8 ppm, a methoxy group at 3.5 to 4 ppm, and an alkyl group at 0.5 to 3 ppm, confirming that it was a lignin resin. The ratio of the integral value of 0.0 to 6.0 ppm excluding the integral value derived from the solvent and the internal standard substance and the integral value of 6.0 to 8.0 ppm [aliphatic 1H integral value / aromatic 1H integral value] Calculated. The calculation results are shown in Table 1.
(3)ゴム組成物の作製
前記の方法で得られたリグニン誘導体(A)100質量部と、天然ゴム化合物(RSS 3、東知製)600重量部と、カーボンブラック(ダイアブラック ISAF、平均粒径23μm、三菱化学製)400重量部と、ヘキサメチレンテトラミン20重量部と、硫黄20重量部と、酸化亜鉛10重量部と、ステアリン酸15重量部と、を配合し、100℃で混練したあと、160℃で20分間成形して厚さ2mmのシート状のゴム組成物の硬化物を得た。
(3) Preparation of rubber composition 100 parts by weight of the lignin derivative (A) obtained by the above method, 600 parts by weight of a natural rubber compound (RSS 3, manufactured by Tochi), carbon black (Dia Black ISAF, average particle) After blending 400 parts by weight, 20 parts by weight of hexamethylenetetramine, 20 parts by weight of sulfur, 10 parts by weight of zinc oxide, and 15 parts by weight of stearic acid, and kneading at 100 ° C. The cured product of a sheet-like rubber composition having a thickness of 2 mm was obtained by molding at 160 ° C. for 20 minutes.
(4)ゴム組成物の硬化物の評価
(4)−1 tanδの評価
前記の方法で得られたゴム組成物の硬化物について、JIS K6394に準拠してtanδを測定した。測定は、動的粘弾性測定装置「ARES(TAインスツルメント製)」を用い、動的歪み1%の条件下で50℃における16Hzの条件で、ゴム組成物の繰返し変形による発熱の評価指標であるtanδを測定した。結果は比較例2のtanδの逆数を100とした場合の、他の実施例および比較例の値を算出した。ここで、tanδの逆数の値が大きいことは、粘弾性特性のtanδが小さいことを意味し、繰返し変形で発生する熱エネルギーを抑えることができ、タイヤ場合は、燃費性能を高めることができるものとなる。測定結果を表1に示した。
(4) Evaluation of cured product of rubber composition (4) -1 Evaluation of tan δ The cured product of the rubber composition obtained by the above method was measured for tan δ according to JIS K6394. The measurement is performed using a dynamic viscoelasticity measuring device “ARES (manufactured by TA Instruments)”, and an evaluation index of heat generation due to repeated deformation of the rubber composition under the condition of 16 Hz at 50 ° C. under the condition of 1% dynamic strain. Tan δ was measured. As a result, values of other examples and comparative examples were calculated when the reciprocal of tan δ of comparative example 2 was set to 100. Here, a large value of the reciprocal of tan δ means that the tan δ of the viscoelastic property is small, the thermal energy generated by repeated deformation can be suppressed, and in the case of a tire, fuel efficiency can be improved. It becomes. The measurement results are shown in Table 1.
(4)−2 切断時引張応力の評価
前記の方法で得られたゴム組成物の硬化物について、切断時引張応力を測定した。測定は、「ストログラフ(東洋精機製)」装置を用い、JIS K 6251に準拠した条件で切断時引張応力を測定した。測定結果を表1に示した。
(4) -2 Evaluation of tensile stress at the time of cutting For the cured product of the rubber composition obtained by the above method, the tensile stress at the time of cutting was measured. The measurement was performed by measuring the tensile stress at the time of cutting using a “Strograph (manufactured by Toyo Seiki)” device under the conditions in accordance with JIS K 6251. The measurement results are shown in Table 1.
(4)−3 切断時伸びの評価
前記の方法で得られたゴム組成物の硬化物について、切断時伸びを測定した。測定は、「ストログラフ(東洋精機製)」装置を用い、JIS K 6251に準拠した条件で切断時伸びを測定した。測定結果を表1に示した。
(4) -3 Evaluation of elongation at break The elongation at break was measured for the cured product of the rubber composition obtained by the above method. The measurement was performed by measuring the elongation at break using a “Strograph (manufactured by Toyo Seiki)” apparatus under the conditions in accordance with JIS K 6251. The measurement results are shown in Table 1.
(4)−4 貯蔵弾性率の評価
前記の方法で得られたゴム組成物の硬化物について、貯蔵弾性率を測定した。測定は、動的粘弾性測定装置「ARES(TAインスツルメント製)」を用い、動的歪み1%の条件下で50℃における16Hzの条件で、貯蔵弾性率を測定した。測定結果を表1に示した。
(4) -4 Evaluation of storage elastic modulus The storage elastic modulus was measured about the hardened | cured material of the rubber composition obtained by the said method. The measurement was performed using a dynamic viscoelasticity measuring device “ARES (TA Instruments)”, and the storage elastic modulus was measured under the condition of 16% at 50 ° C. under the condition of 1% dynamic strain. The measurement results are shown in Table 1.
(実施例2〜13)
バイオマスの種類、リグニン誘導体(A)の抽出条件、およびゴム組成物の配合物をそれぞれ表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Examples 2 to 13)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the type of biomass, the extraction conditions for the lignin derivative (A), and the composition of the rubber composition were changed as shown in Table 1.
(実施例2)
リグニン誘導体の抽出のときの処理時間を30分に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 2)
The procedure was the same as Example 1 except that the treatment time for extracting the lignin derivative was changed to 30 minutes.
(実施例3)
リグニン誘導体の抽出のときの処理時間を10分に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 3)
The procedure was the same as Example 1 except that the treatment time for extracting the lignin derivative was changed to 10 minutes.
(実施例4)
リグニン誘導体の抽出のときの処理圧力を9MPaに変更した以外は、実施例1と同様にした。
Example 4
The same procedure as in Example 1 was performed except that the treatment pressure during extraction of the lignin derivative was changed to 9 MPa.
(実施例5)
リグニン誘導体の抽出のときのバイオマスを稲わらに変更し、処理圧力を9MPaに変更し、処理時間を30分に変更し、天然ゴム化合物(RSS 3、東知製)を300重量部に変更し、ジエン系合成ゴム化合物(Nipol NS116R、スチレン−ブタジエンゴム、日本ゼオン製)を300重量部添加した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 5)
The biomass during extraction of the lignin derivative was changed to rice straw, the processing pressure was changed to 9 MPa, the processing time was changed to 30 minutes, and the natural rubber compound (RSS 3, manufactured by Tochi) was changed to 300 parts by weight. The same procedure as in Example 1 except that 300 parts by weight of a diene-based synthetic rubber compound (Nipol NS116R, styrene-butadiene rubber, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was added.
(実施例6)
リグニン誘導体の抽出のときの処理温度を220℃に変更し、処理圧力を3MPaに変更し、処理時間を10分に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 6)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the treatment temperature during extraction of the lignin derivative was changed to 220 ° C., the treatment pressure was changed to 3 MPa, and the treatment time was changed to 10 minutes.
(実施例7)
リグニン誘導体の抽出のときの処理温度を220℃に変更し、処理圧力を3MPaに変更し、天然ゴム化合物(RSS 3、東知製)を使用せず、かわりにジエン系合成ゴム化合物(Nipol NS116R、スチレン−ブタジエンゴム、日本ゼオン製)を300重量部添加した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 7)
The processing temperature at the time of extraction of the lignin derivative was changed to 220 ° C., the processing pressure was changed to 3 MPa, a natural rubber compound (RSS 3, manufactured by Tochi) was not used, and a diene synthetic rubber compound (Nipol NS116R) was used instead. , Styrene-butadiene rubber, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.).
(実施例8)
リグニン誘導体の抽出のときの処理温度を250℃に変更し、処理圧力を4MPaに変更し、処理時間を10分に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 8)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the treatment temperature during extraction of the lignin derivative was changed to 250 ° C., the treatment pressure was changed to 4 MPa, and the treatment time was changed to 10 minutes.
(実施例9)
天然ゴム化合物(RSS 3、東知製)の添加量を1200重量部に変更した以外は、実施例1と同様にした。
Example 9
The procedure was the same as Example 1 except that the amount of the natural rubber compound (RSS 3, manufactured by Tochi) was changed to 1200 parts by weight.
(実施例10)
充填剤のカーボンブラックをシリカ(Nipsil AQ、東ソー・シリカ製)に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 10)
Example 1 was repeated except that the filler carbon black was changed to silica (Nipsil AQ, manufactured by Tosoh Silica).
(実施例11)
充填剤のカーボンブラックをアルミナ(セラフYFA10030(平均粒子径10.0μm、平均厚み0.30μm)キンセイマテック製)に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 11)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the filler carbon black was changed to alumina (Seraph YFA10030 (average particle size 10.0 μm, average thickness 0.30 μm) manufactured by Kinsei Tech).
(実施例12)
架橋剤のヘキサメチレンテトラミンをヘキサメトキシメチルメラミン(上記式(10)で表される化合物のnを1としたものに相当。)に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Example 12)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the cross-linking agent hexamethylenetetramine was changed to hexamethoxymethylmelamine (corresponding to the compound represented by the formula (10) where n is 1).
(実施例13)
リグニン誘導体を以下の方法で得られたリグニン樹脂に変更した以外は、実施例1と同様にした。
スギ木粉(60メッシュアンダー)100gと、純水200gとアセトン200gからなる混合溶媒400gと、を混合し、1Lオートクレーブに導入した。そして内容物を300rpmで攪拌しながら、前処理として室温で15分間撹拌を行い、スギ木粉と溶媒とを十分になじませた後、300℃、11MPaで60分間処理して、スギ木粉を分解した。
次いで、得られた分解物を濾過し、濾別された濾液を回収した。
次いで、得られた濾液からアセトンを留去し、水相の中に固形成分を析出させた。前記固形成分を濾過し、固形成分を回収し、乾燥することで、リグニン誘導体(A)4.3gを得た。
(Example 13)
Example 1 was repeated except that the lignin derivative was changed to a lignin resin obtained by the following method.
100 g of cedar wood flour (60 mesh under) and 400 g of a mixed solvent composed of 200 g of pure water and 200 g of acetone were mixed and introduced into a 1 L autoclave. Then, while stirring the contents at 300 rpm, as a pretreatment, the mixture was stirred for 15 minutes at room temperature. After sufficiently blending the cedar wood flour and the solvent, it was treated at 300 ° C. and 11 MPa for 60 minutes to obtain cedar wood flour. Disassembled.
Subsequently, the obtained decomposition product was filtered, and the filtrate separated by filtration was recovered.
Next, acetone was distilled off from the obtained filtrate to precipitate a solid component in the aqueous phase. The solid component was filtered, and the solid component was collected and dried to obtain 4.3 g of a lignin derivative (A).
(比較例1〜6)
バイオマスの種類、リグニン誘導体(A)の抽出条件、およびゴム組成物の配合物をそれぞれ表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Examples 1-6)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the type of biomass, the extraction conditions for the lignin derivative (A), and the composition of the rubber composition were changed as shown in Table 1.
(比較例1)
リグニン誘導体を含有しない以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 1)
The procedure was the same as Example 1 except that no lignin derivative was contained.
(比較例2)
リグニン誘導体を以下の方法で得られたノボラック樹脂に変更した以外は、実施例1と同様にした。
撹拌器を備えた三つ口フラスコ内でフェノール100g、37%ホルマリン水溶液69gを混合し、触媒としてシュウ酸1gを添加し、100℃で2時間反応させた。続いて反応混合物の温度が130℃になるまで常圧蒸留で脱水した。その後、未反応フェノールを除去するためにさらに反応物を0.9kPaまで徐々に減圧しながら、反応混合物の温度が170℃になるまで加熱して減圧蒸留を行い、ノボラック樹脂を得た。
(Comparative Example 2)
The procedure was the same as Example 1 except that the lignin derivative was changed to a novolak resin obtained by the following method.
In a three-necked flask equipped with a stirrer, 100 g of phenol and 69 g of 37% formalin aqueous solution were mixed, 1 g of oxalic acid was added as a catalyst, and the mixture was reacted at 100 ° C. for 2 hours. Subsequently, dehydration was performed by atmospheric distillation until the temperature of the reaction mixture reached 130 ° C. Thereafter, in order to remove unreacted phenol, the reaction product was gradually reduced in pressure to 0.9 kPa while being heated until the temperature of the reaction mixture reached 170 ° C., and vacuum distillation was performed to obtain a novolak resin.
(比較例3)
ゴム化合物を含有しない以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 3)
The procedure was the same as Example 1 except that no rubber compound was contained.
(比較例4)
リグニン誘導体の抽出のときのバイオマスを稲わらに変更し、処理温度を170℃に変更し、処理圧力を0.8MPaに変更し、処理時間を120分に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 4)
The biomass at the time of extraction of the lignin derivative was changed to rice straw, the treatment temperature was changed to 170 ° C., the treatment pressure was changed to 0.8 MPa, and the treatment time was changed to 120 minutes. I made it.
(比較例5)
リグニン誘導体の抽出のときのバイオマスを稲わらに変更し、処理圧力を20MPaに変更し、処理時間を90分に変更した以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 5)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the biomass during extraction of the lignin derivative was changed to rice straw, the treatment pressure was changed to 20 MPa, and the treatment time was changed to 90 minutes.
(比較例6)
リグニン誘導体を以下の方法で得られたリグニン樹脂に変更した以外は、実施例1と同様にした。
スギ木粉(60メッシュアンダー)300gに、50mMM酢酸緩衝液(pH5)を10L加え、多糖分解酵素(ジェネンコア製、GC220)300mLを添加し、50℃、150rpmで攪拌し72時間反応させた。反応液を40メッシュのろ布でろ過した後、濾布上に残った固形物をイオン交換水10Lで洗浄し、酢酸緩衝液、多糖分解酵素と酵素によって可溶化した糖の除去を行った。
得られた固形物は、1H−NMRにより測定した結果から、7〜8ppmに芳香環、3.5〜4ppmにメトキシ基、0.5〜3ppmにアルキル基のピークが見られ、リグニン樹脂であることを確認した。
(Comparative Example 6)
Example 1 was repeated except that the lignin derivative was changed to a lignin resin obtained by the following method.
10 g of 50 mM M acetate buffer (pH 5) was added to 300 g of cedar wood flour (60 mesh under), and 300 mL of a polysaccharide-degrading enzyme (Genencor, GC220) was added, followed by stirring at 50 ° C. and 150 rpm for 72 hours. After the reaction solution was filtered with a 40 mesh filter cloth, the solid matter remaining on the filter cloth was washed with 10 L of ion exchange water, and the sugar solubilized by the acetate buffer, the polysaccharide degrading enzyme and the enzyme was removed.
From the result of 1 H-NMR measurement, the obtained solid was found to have an aromatic ring at 7-8 ppm, a methoxy group at 3.5-4 ppm, and an alkyl group peak at 0.5-3 ppm. I confirmed that there was.
表1から明らかなように、各実施例で得られたゴム組成物の硬化物は、繰返し変形で発生する熱エネルギーの低さの目安であるtanδ値の逆数に優れ、硬度の目安である貯蔵弾性率が高く、さらに、切断時引張応力および切断時伸びが高いものであった。リグニン誘導体(A)と、天然ゴム化合物またはジエン系合成ゴム化合物(B)との相溶性が高いことで、優れた特性が得られているものと推察されるものであった。 As is apparent from Table 1, the cured product of the rubber composition obtained in each example is excellent in the reciprocal of the tan δ value, which is a measure of low thermal energy generated by repeated deformation, and is a storage, which is a measure of hardness. The elastic modulus was high, and the tensile stress at cutting and the elongation at cutting were high. It was inferred that excellent characteristics were obtained due to the high compatibility between the lignin derivative (A) and the natural rubber compound or the diene synthetic rubber compound (B).
一方で、比較例には、tanδの逆数が低いもの、貯蔵弾性率が低いもの、切断時応力が低いもの、および切断時伸びが低いものが含まれていた。 On the other hand, the comparative examples included those having a low reciprocal of tan δ, a low storage elastic modulus, a low stress at cutting, and a low elongation at cutting.
本発明のゴム組成物は、繰返し変形で発生する熱エネルギーが低く、優れた弾性率、切断時引張り応力および切断時伸びが要求される用途、特にタイヤ用途に好適に用いることができる。 The rubber composition of the present invention has low thermal energy generated by repeated deformation, and can be suitably used for applications that require excellent elastic modulus, tensile stress at break and elongation at break, particularly tire applications.
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