JP2017002210A - ゴム補強充填用含水ケイ酸 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CTAB比表面積が160 m2/g以上であり、窒素吸脱着法による細孔分布のピークが細孔半径10〜24nmの範囲にあり、かつ細孔分布のピークの半値を示す細孔分布の細孔半径xをx1及びx2(x2>x1)としたときに、x1が前記細孔分布のピークにおける細孔半径の55%以下であり、x2が前記細孔分布のピークにおける細孔半径の190%以上であるゴム補強充填用含水ケイ酸。
【選択図】なし
Description
本発明のゴム補強充填用含水ケイ酸は、
(A)CTAB比表面積が160 m2/g以上であり、
(B)窒素吸脱着法による脱着分布において窒素細孔ピークが半径10〜24nmの範囲にあり、かつ
(C)細孔分布のピークの値の半値になる時のx(細孔半径)の値をx1、x2(x2>x1)とするときx1がピーク半径の55%以下であり、x2がピーク半径の190%以上であることを特徴とする。
(ア)SiO2濃度15〜25g/l、pH11〜12である80〜85℃に加熱したケイ酸アルカリ水溶液に、ケイ酸アルカリ水溶液と硫酸とを80〜85℃の温度で添加して、反応液のpHが10〜11の範囲になるようにケイ酸アルカリ水溶液と硫酸の添加量(比率)を制御しつつ中和反応を行い、SiO2濃度が60〜70g/lの範囲になるまで、前記添加を行い水溶液中にケイ酸を形成する工程、
(イ)前記ケイ酸アルカリ水溶液の添加を停止し、硫酸添加を継続して、反応液のpHが5以下となるまで添加して沈澱物を得る工程、
(ウ)得られた沈澱物を濾過、水洗してケークを得る工程、及び
(エ)得られたケークを乾燥、粉砕してケイ酸粉末を得る工程。
本発明の含水ケイ酸は、前記のように(A)、(B)及び(C)を満足する含水ケイ酸であることに加えて、上記Al2O3とSiO2の質量比に関して以下の条件を満足するものであることが有機ゴム分子とケイ酸表面とをシランカップリング剤を介して化学的に結合させることで、補強性が増し、耐摩耗性が向上することができるという観点から好ましい。
Al2O3とSiO2の質量比Al2O3/SiO2をASR1とし、この含水ケイ酸を10%希塩酸に10質量%の濃度で30分間分散した後分離して、pHが6以上になるまで水洗して得られる含水ケイ酸のAl2O3とSiO2の質量比Al2O3/SiO2量をASR2としたとき、0.200≦ASR1-ASR2≦0.600である。
0.200≦ASR1-ASR2≦0.600の場合には、含水ケイ酸の外部に担持されたAl2O3の量が充分であり、含水ケイ酸を配合したゴム組成物の耐摩耗性が向上する。それに対してASR1-ASR2<0.200の場合には、含水ケイ酸の外部に担持されたAl2O3の量が充分でなく、耐摩耗性の向上は、0.200≦ASR1-ASR2の場合に比べて小さい。0.600<ASR1-ASR2の場合には、含水ケイ酸の外部に担持されたAl2O3の量が過剰であり、そのため含水ケイ酸とシランカップリング剤の結合点が減少する傾向があり、ゴム中での含水ケイ酸の分散性が悪化し、耐摩耗性が悪化する傾向がある。
粉体試料を酸溶液に溶解したのち、ICP発光分析装置(型式:SPS3100;エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を用いてAl2O3量の定量分析を行った。
医薬部外品原料規格2006の無水ケイ酸定量法によってSiO2量の定量分析を行った。10%希塩酸は、医薬部外品原料規格2006に基づき調製した。また、測定サンプルのうち、ASR2は10gの非晶質含水ケイ酸を100mlの10%希塩酸中で30分攪拌後、ヌッチェ及び5A濾紙を用いて真空濾過し、pHが6以上になるまで水洗した後にろ別した含水ケイ酸を105℃、2時間以上充分乾燥したものを使用した。なお、pHは市販のガラス電極pHメーター(型式:D-14 (株)堀場製作所製)で測定した。
ASTM D3765(CARBON BLACK-CTAB SURFACE AREA)に準拠して測定を行った。但し、CTAB分子の吸着断面積を35Å2として算出した。
全自動比表面積測定装置(型式:Macsorb(R) HM model-1201;(株)マウンテック社製)を用いて1点法により測定した。
高精度ガス/蒸気吸着量測定装置(型式:Belsorp max;(株)日本ベル社製)を用いてBarret-Joyner-Halenda法により測定した。
水銀ポロシメーター(型式:PASCAL 440;ThermoQuest社製)を用いて水銀細孔を測定した。
容量1.7リットルのバンバリーミキサーにて、JSR SL552(溶液重合スチレンブタジエンゴム)を80部とIR2200(ポリイソプレンゴム)を20部とを、30秒間素練り後、ステアリン酸を2部、含水ケイ酸を45部、シランKBE846(ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)を1.8〜10.8部の範囲(詳細は表1〜表3に記載)で投入し、全練り時間5分後取り出した。取り出し時のコンパウンド温度を140〜150℃にラム圧や回転数で調整を行い、コンパウンドを室温にて冷却後、更に老化防止剤ノクラック810NA(N-フェニル-N'-イソプロピル-p-フェニレンジアミン)を1部、亜鉛華を3部、加硫促進剤ノクセラーD(1,3-ジフェニルグアニジン)を1.5部、同ノクセラーCZ-G(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)を1.2部、硫黄(200メッシュ)を1.5部添加して約1分間混練り(取り出し時の温度を100℃以下とする)し、後8インチロールにてシーティングして未加硫物及び加硫物特性を測定した。
ムーニー粘度計VR−1132型(上島製作所製)を用いて、125℃、L型ローターにて測定。
●キュラストタイム
JSR型キュラストメーターIIF型により、最適加硫時間(T90)を測定した。
●加硫物特性(TB, M300, EB, Hs)
JIS の試験法に準じ測定を行った。
アクロン型摩耗試験機で測定。傾角;15°、荷重;6ポンド試験回数;1000回転での摩耗減容を測定した。測定結果は比較例1を100とした場合の指数で求めた。指数が高い程耐摩耗性が良いことを示し、指数が110以上の場合を、耐摩耗性が10%以上向上したものとみなし○とした。
ケイ酸一次粒子の凝集を早く起こすことを目的として、初期ケイ酸ナトリウム濃度を高くする反応を行った。これにより後述する比較例1よりも密な凝集体とし、発達した細孔構造を形成させることにより、様々な半径の細孔が多数生成し、ブロードな細孔分布を有する含水ケイ酸を製造できる。具体的には、撹拌機を備えた240リットルのジャケット付きステンレス容器に、水を80リットル及びケイ酸ナトリウム水溶液を通常より多い14リットル(SiO2150g/l、SiO2/Na2O質量比3.3)を投入し、加熱して温度82℃とした。この時のSiO2濃度は22g/l、pHは11.5になった。
得られたケークを乳化し、この乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.30%分追加投入した以外は、実施例1と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
得られたケークを乳化し、この乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.50%分追加投入した以外は、実施例1と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
得られたケークを乳化し、この乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.70%分追加投入する以外は、実施例1と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
撹拌機を備えた240リットルのジャケット付きステンレス容器に、水を80リットル及びケイ酸ナトリウム水溶液3.5リットル(SiO2150g/l、SiO2/Na2O質量比3.3)を投入し、加熱して温度72℃とした。この時のSiO2濃度は6.0g/l、pHは10.9になった。本水溶液に、上記同様のケイ酸ナトリウム水溶液と硫酸(18.4mol/l)とを、温度72±1℃、pH10.9を維持しながら100分間で、SiO2濃度が65g/lとなるように添加して、100分でケイ酸ナトリウム水溶液のみを停止した。比較例1の場合に比べて反応温度を低くすることで、ケイ酸一次粒子の成長速度を抑制し、一次粒子が微粒子の段階で凝集を起こさせている。これにより比較例1よりも密な凝集体とし、発達した細孔構造を形成させることにより、様々な半径の細孔が多数生成し、ブロードな細孔分布を有する含水ケイ酸を製造した。
得られたケークを乳化し、この乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.30%分追加投入した以外は、実施例5と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
ケイ酸ナトリウム水溶液と硫酸(18.4mol/l)の同時滴下が終了した直後に、アルミン酸ソーダを、反応液中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.40%分追加投入した以外は、実施例5と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
得られたケークを乳化し、乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.50%分追加投入した以外は、実施例5と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
得られたケークを乳化し、乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.70%分追加投入した以外は、実施例5と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
撹拌機を備えた240リットルのジャケット付きステンレス容器に、水を85リットル及びケイ酸ナトリウム水溶液6.0リットル(SiO2150g/l、SiO2/Na2O質量比3.3)を投入し、加熱して温度90℃とした。この時のpHは11.2、SiO2濃度は10.0g/lであった。本水溶液に、上記同様のケイ酸ナトリウム水溶液と硫酸(18.4mol/l)とを、温度90±1℃、pH11.2を維持しながら100分間で、SiO2濃度が60g/lとなるように添加して、100分でケイ酸ナトリウム水溶液のみを停止した。続けて同様の硫酸をpH3となるまで添加して沈澱物を得た。その後得られた反応物を濾過、水洗してケークを得た。
得られたケークを乳化し、乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.30%分追加投入した以外は、比較例1と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
得られたケークを乳化し、乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.50%分追加投入した以外は、比較例1と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
得られたケークを乳化し、乳化液にアルミン酸ソーダを、ケーク中のケイ酸量に対し、Al2O3/SiO2質量比で0.70%分追加投入した以外は、比較例1と同様な方法で含水ケイ酸を製造し、評価を行った。
Claims (7)
- CTAB比表面積が160 m2/g以上であり、
窒素吸脱着法による細孔分布のピークが細孔半径10〜24nmの範囲にあり、かつ
細孔分布のピークの半値を示す細孔分布の細孔半径xをx1及びx2(x2>x1)としたときに、x1が前記細孔分布のピークにおける細孔半径の55%以下であり、x2が前記細孔分布のピークにおける細孔半径の190%以上である
ことを特徴とするゴム補強充填用含水ケイ酸。 - 硫酸過多法により調製した含水ケイ酸である請求項1に記載のゴム補強充填用含水ケイ酸。
- Al2O3とSiO2の質量比Al2O3/SiO2をASR1とし、この含水ケイ酸を10%希塩酸に10質量%の濃度で30分間分散した後分離して、pHが6以上になるまで水洗して得られる含水ケイ酸のAl2O3とSiO2の質量比Al2O3/SiO2量をASR2としたとき、0.20≦ASR1-ASR2≦0.60であることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴム補強充填用含水ケイ酸。
- シランカップリング剤を併用するジエン系ゴム組成物の補強充填用である請求項3に記載のゴム補強充填用含水ケイ酸。
- 水銀法圧入法による細孔分布においてピークが半径7〜12nmの範囲にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のゴム補強充填用含水ケイ酸。
- (ア)SiO2濃度15〜25g/l、pH11〜12である80〜85℃に加熱したケイ酸アルカリ水溶液に、ケイ酸アルカリ水溶液と硫酸とを80〜85℃の温度で添加して、反応液のpHが10〜11の範囲になるようにケイ酸アルカリ水溶液と硫酸の添加量を制御しつつ中和反応を行い、SiO2濃度が60〜70g/lの範囲になるまで、前記添加を行い水溶液中にケイ酸を形成する工程、
を含む、含水ケイ酸の製造方法。 - さらに以下の工程(イ)、(ウ)および(エ)を含む、請求項6に記載の含水ケイ酸の製造方法。
(イ)前記ケイ酸アルカリ水溶液の添加を停止し、硫酸添加を継続して、反応液のpHが5以下となるまで添加して沈澱物を得る工程、
(ウ)得られた沈澱物を濾過、水洗してケークを得る工程、及び
(エ)得られたケークを乾燥、粉砕してケイ酸粉末を得る工程。
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