JP2017119764A - フェノール樹脂、ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
前記フェノール類は、下記式(I)で表される植物由来化合物を含み、
前記フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルにおいて、前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素に由来するピーク(4.5〜6.0ppmのピーク)の積算値合計が、炭素原子に結合した水素に由来するピーク(0.2〜7.5ppmのピーク)の積算値合計に対して1〜6%であり、
前記フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルにより得られる(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値が、0/100〜15/85であり、
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算重量平均分子量が、1,500〜350,000であることを特徴とする。
本発明のフェノール樹脂によれば、経時変化を低減でき、さらに、ゴム組成物に適用したときに高いゴム補強効果を発現できる。
この構成によれば、二酸化炭素排出抑制効果が高く持続可能性がより向上した、環境調和型のフェノール樹脂を提供できる。
本発明のゴム組成物によれば、加硫後に強度に優れたゴムとなる。
この構成によれば、加硫後のゴム強度を高くできる。
この構成によれば、加硫後のゴム強度をより向上させることができる。
本発明のタイヤによれば、強度が向上したタイヤとなる。
本発明のフェノール樹脂は、少なくとも、フェノール類に由来する構造及びアルデヒド類に由来する構造を含む。
前記フェノール類は、少なくとも、下記式(I)で表される植物由来化合物を含む。
そして、本発明のフェノール樹脂は、前記フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルにおいて、前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素に由来するピーク(4.5〜6.0ppmのピーク)の積算値合計が、炭素原子に結合した水素に由来するピーク(0.2〜7.5ppmのピーク)の積算値合計に対して1〜6%であり、
前記フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルにより得られる(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値が、0/100〜15/85であり、
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算重量平均分子量が、1,500〜350,000である。
本発明のフェノール樹脂は、前記フェノール樹脂のうち、前記植物由来化合物に由来する構造の占める割合が15〜75質量%であることが好ましい。
本発明者らは、フェノール樹脂中において、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合が多すぎると、不飽和結合間での重合が過剰となり、ゲル化が生じること、及び、不飽和結合が少なすぎると、ゴム組成物に適用したときのゴム補強効果が十分といえなくなることを見出した。さらに、本発明者らは、鋭意検討した結果、前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合量、(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値及びゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算重量平均分子量を特定の範囲内とすることにより、ゲル化の発生を低減するだけでなく、経時変化を低減でき、さらに、ゴム組成物に適用したときに高いゴム補強効果を発現できる、本発明のフェノール樹脂を完成するに至った。
上記鎖式炭化水素基Rは、炭素数10〜25の直鎖または分岐状の鎖式炭化水素基である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不飽和結合(炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合)を有する鎖式炭化水素基;飽和の鎖式炭化水素基;又は飽和若しくは不飽和の鎖式炭化水素基であって炭素原子に結合する水素原子の何れかが水素原子以外の原子で置換されている鎖式炭化水素基;などが挙げられる。これらは、1種単独でもよいし、2種以上であってもよい。これらの中でも、炭素数が15の鎖式炭化水素基が好ましい。
上記Xは、水素原子又は水酸基である。これらは、1種単独でもよいし、2種以上であってもよい。
上記Yは、水素原子又はメチル基である。これらは、1種単独でもよいし、2種以上であってもよい。
上記植物由来化合物としては、式(I)で表される植物由来化合物である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カシューナッツシェルリキッド(CNSL)およびその精製物、カルダノール、カルドール(「カードル」ともいう)、2−メチルカルドール、アナカルド酸、などが挙げられる。これらは、単一の成分からなるものでも、2種以上の成分の混合物でもよい。
これらの中でも、カシューナッツシェルリキッドまたはその精製物は、比較的安価である点、反応性の制御が容易である点、及び高弾性率の硬化物を得やすい点で有利である。
上記カシューナッツシェルリキッドは、カシューナッツの殻から高濃度で得ることができる成分であり、カルダノールを含む複数の化合物が含まれることが多い。前記カシューナッツシェルリキッドは、化石由来原料ではないため、持続可能性の高い原料といえ、また二酸化炭素排出抑制効果も高い。
カシューナッツシェルリキッドまたはその精製物としては、カシューナッツシェルリキッドまたはその精製物の全質量に対して、カルダノールの含有量が70〜100質量%であり、カルドールの含有量が0〜25質量%であり、メチルカルドールの含有量が0〜5%であり、カルダノールとカルドールとメチルカルドールとの合計量(有効成分量)が70質量%以上であるものが好ましい。
上記カルダノールは、上記式(I)で表される植物由来化合物の1種であり、式中Rで表される鎖式炭化水素基の炭素数が15の化合物である。
前記カルダノールとしては、上記式(I)の鎖式炭化水素基Rとして、
−(CH2)14CH3、
−(CH2)7CH=CH(CH2)5CH3、
−(CH2)7CH=CHCH2CH=CH(CH2)2CH3、
−(CH2)7CH=CHCH2CH=CHCH=CHCH3、又は
−(CH2)7CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH2、
を有する化合物、又はこれらの混合物が挙げられる。
上記フェノール類に含まれるその他のフェノールとしては、上記式(I)で表される植物由来化合物以外のフェノールである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ヒドロキノン、ピロガロール、フロログルシノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、アルキルフェノール類、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アルキルフェノール類としては、上記式(I)で表される植物由来化合物以外のアルキルフェノールである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エチルフェノール、プロピルフェノール、イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、セカンダリーブチルフェノール、ターシャリーブチルフェノール、アミルフェノール、ターシャリーアミルフェノール、ヘキシルフェノール、へプチルフェノール、オクチルフェノール、ターシャリーオクチルフェノール、ノニルフェノール、ターシャリーノニルフェノール、アリルフェノール、ウルシオール、などが挙げられる。
これらの中でも、フェノール、クレゾール、ビスフェノールAは、経済性、ゴム硬度の向上及び高貯蔵弾性率化の観点で好ましい。
上記アルデヒド類としては、特に限定はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、グリオキザール、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド、などが挙げられる。これらは1種単独でもよいし、2種以上であってもよい。
これらの中でも、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドは、経済性、フェノール類との反応性の観点で好ましい。
上記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合量とは、フェノール樹脂中の炭素原子に結合した水素のモル数に対する、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素のモル数の割合を示す。前記炭素原子に結合した水素は、フェノール類に由来する構造の炭素原子に結合する水素、及びアルデヒド類に由来する構造の炭素原子に結合する水素を含む。鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素は、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分のうち、不飽和結合を形成する炭素原子に結合する水素である。
前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合量は、フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルから算出することができる。具体的には、植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素に由来するピーク(4.5〜6.0ppmのピーク)の積算値合計と、炭素原子に結合した水素に由来するピーク(0.2〜7.5ppmのピーク)の積算値合計とを求め、炭素原子に結合した水素に由来するピーク(0.2〜7.5ppmのピーク)の積算値合計に対する、植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素に由来するピーク(4.5〜6.0ppmのピーク)の積算値合計の割合を求めて、算出することができる。
鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合は、他の不飽和結合との間で重合や架橋を形成しやすい。また、フェノール樹脂をゴム組成物に適用するときには、加硫剤と加硫反応を生じる。したがって、植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合が1%以上であると、不飽和結合どうしで密な網目構造を形成することができるため、フェノール樹脂としても強度を確保することができ、更に、本発明のフェノール樹脂をゴム組成物に適用する場合には、フェノール樹脂とジエン系ゴム分子とが、加硫剤によって十分な加硫反応が生じるため、強度が優れたゴムを得ることができる。一方、植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合が6%以下であると、不飽和結合が過剰とならず、ゲル化の発生を低減できるだけでなく、フェノール樹脂の経時変化を低減できる。前記鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合量が、前記より好ましい範囲であると、同様の観点で優れる。
上記(植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値は、フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルから算出することができる。具体的には、フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルの、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合の水素に由来するピーク(4.5ppm以上5.2ppm未満のピーク及び5.7ppm超6.0ppm以下のピーク)の積算値合計と、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合の水素に由来するピーク(5.2〜5.7ppmのピーク)の積算値合計とを求めて算出することができる。
ここで、鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量は、鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端で形成されている不飽和結合(炭素‐炭素二重結合又は炭素‐炭素三重結合)の量の指標であり、鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量は、鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端以外(すなわち、鎖中)で形成されている不飽和結合(炭素‐炭素二重結合又は炭素‐炭素三重結合)の量の指標である。
鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合は、フェノール樹脂とジエン系ゴムとを含むゴム組成物を硫黄存在下で加硫するときに、ジエン系ゴムの不飽和結合との間で、硫黄を介した架橋を形成しやすい。斯かる架橋によって、ゴム成分とフェノール樹脂との結合が多くなり、ゴムの強度がより向上する。前記鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合のうち、末端不飽和結合は、特に反応性が高いため、フェノール樹脂中で末端不飽和結合間の反応をして、フェノール樹脂間の重合が生じやすい。したがって、前記(植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値が15/85以下であると、フェノール樹脂の経時変化を低減することができる。前記(植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値が、上記好ましい範囲であると、経時変化の低減とゴムの強度向上とを高く両立することができる。
上記フェノール樹脂のポリスチレン換算重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
前記重量平均分子量としては、1,500〜350,000である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1,500〜100,000が好ましく、1,500〜15,000がより好ましい。
前記重量平均分子量が、1,500以上であると、ゴム組成物に適用して硬化剤で反応させると、分子量の大きい架橋構造を形成できるため、ゴムの補強効果を向上できる。前記重量平均分子量が、350,000以下であると、経時変化を低減でき、さらに、ゴムとの相溶性に優れるため、フェノール樹脂がゴム中で均一に分散して、ゴムの補強効果を向上できる。前記重量平均分子量が、上記好ましい範囲、及びより好ましい範囲であると、同様の観点で優れる。
上記植物由来化合物に由来する構造の占める割合としては、上記式(I)で表される植物由来化合物に由来する構造の占める割合である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、上記フェノール樹脂のうち、15〜75質量%が好ましく、20〜70質量%がより好ましく、30〜60質量%が特に好ましい。
前記植物由来化合物に由来する構造の占める割合が、15質量%以上であると、持続可能性の高い原料の比率が高まる。また、前記植物由来化合物に由来する構造の占める割合は、50質量%を超えると、ゴムの補強効果がピークに比べ低減する傾向にあるため、前記植物由来化合物に由来する構造の占める割合が、75質量%以下であると、ゴムの強度を確保しやすい点で有利である。前記植物由来化合物に由来する構造の占める割合が、上記より好ましい範囲及び特に好ましい範囲であると、同様の観点で優れる。
本発明のゴム組成物は、少なくとも、ゴム成分、硬化剤、及び本発明のフェノール樹脂を含み、必要に応じてその他の成分を含む。
本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分100質量部に対して、さらに、フィラー30〜100質量部及び軟化剤0〜10質量部を含むことが好ましい。
上記ゴム成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、天然ゴム(NR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、天然ゴムは、ゴム組成物の植物由来率を高めることができる点で好ましい。
前記フェノール樹脂のゴム成分100質量部に対する含有量としては、5〜30質量部が好ましく、10〜30質量部がより好ましい。
前記フェノール樹脂の含有量が、5質量部以上であると、ゴムの硬度が向上するとともに高貯蔵弾性率化が良好となり、30質量部以下であると、未加硫ゴム組成物の加工性が良好となる。前記フェノール樹脂の含有量が、上記より好ましい範囲であると、同様の観点で優れる。
上記硬化剤は、フェノール樹脂を硬化する成分である。前記硬化剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヘキサメチレンテトラミン、ベンジルアミン、ベンゾオキサジン、アゾメチン、レゾール型フェノール樹脂、などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ヘキサメチレンテトラミンは、フェノール樹脂及びゴム組成物の硬化効率が優れる点で好ましい。
前記硬化剤のフェノール樹脂100質量部に対する含有量としては、1〜60質量部が好ましく、3〜50質量部がより好ましい。
前記硬化剤の含有量が、1質量部以上であるとフェノール樹脂及びゴムの硬化効率が優れ、60質量部以下であると、未反応の硬化剤が残存することを回避できる。前記フェノール樹脂含有量が、上記より好ましい範囲であると、同様の観点で優れる。
上記ゴム組成物に必要に応じて含まれるその他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フィラー、脂肪酸、脂肪酸金属塩、軟化剤、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、可塑剤、などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし2種以上を併用してもよい。
上記フィラーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、タルク、クレー、マイカ、などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、カーボンブラック、シリカは、ゴムの硬度を高くすることができる点で好ましい。
上記ゴム組成物におけるゴム成分とフィラーとの配合比率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記フィラーのゴム成分100質量部に対する含有量としては、30〜100質量部が好ましく、50〜70質量部がより好ましい。
前記フィラーの含有量が、30質量部以上であると、ゴムの硬度を高くすることができ、100質量部以下であると、流動性が得られやすくなる。前記フィラーの含有量が、上記より好ましい範囲であると、同様の観点で優れる。
上記軟化剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ナフテン系プロセスオイル、パラフィン系プロセスオイル等のプロセスオイル、などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし2種以上を併用してもよい。
上記ゴム組成物におけるゴム成分と軟化剤との配合比率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記軟化剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、0〜10質量部が好ましい。軟化剤は実質的に含んでいなくてもよい。
本発明のタイヤは、少なくとも、本発明のゴム組成物を用いて作製される。
本発明のタイヤによれば、強度が優れたタイヤとなる。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)504.8g、フェノール594.7gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド117.4gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液11.0gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸11.0gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を7時間行った後、水酸化カルシウム2.5gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂1)869.9gを得た。
植物由来化合物として用いた前記精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)は、カルダノールの含有量が90.44%であり、カルドールの含有量が4.02%であり、メチルカルドールの含有量が1.04%であり、カルダノール、カルドール、メチルカルドールの合計が95.5%であった。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)405.0g、フェノール719.9gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド132.1gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液11.3gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸11.3gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を7時間行った後、水酸化カルシウム1.7gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂2)899.5gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)216.0g、フェノール685.0gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド117.4gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液9.0gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸9.0gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を5時間行った後、水酸化カルシウム1.4gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂3)697.8gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2Lの四口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)120.0g、フェノール903.4gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド163.0gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液10.2gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸水溶液10.2gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を1時間行った後、水酸化カルシウム1.6gを添加し取出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂4)786.2gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)504.0g、フェノール594.7gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド65.2gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液7.7gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸7.7gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を10時間行った後、水酸化カルシウム1.7gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂5)762.3gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)504.0g、フェノール594.7gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド104.3gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液14.3gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸7.7gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を12時間行った後、水酸化カルシウム1.7gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂6)883.1gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)504.0g、フェノール594.7gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド122.64gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液14.3gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸7.7gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を12時間行った後、水酸化ナトリウム1.8gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂7)930.6gを得た。
フェノール及びホルムアルデヒドを重合して得られるノボラック型フェノール樹脂として、PSK−2320(群栄化学工業社製)を用いた。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)216.0g、フェノール685.0gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド26.1gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液9.0gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸9.0gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を3時間行った後、水酸化カルシウム1.4gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂9)364.2gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)504.0g、フェノール594.7gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド143.5gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液11.0gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸11.0gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を10時間行った後、水酸化カルシウム2.5gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂10)932.7gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製CNSL)288.0g、フェノール662.5gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド159.1gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液9.50gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸9.50gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を3時間行った後、水酸化ナトリウム1.6gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂11)873.1gを得た。
撹拌機、温度計、冷却管を付した2L四つ口フラスコに、精製カシューナッツシェルリキッド(Golden Cashew Products Pvt.社製、商品名:カルダノール)874.2g、フェノール487.1gを仕込み、撹拌しながら92%パラホルムアルデヒド236.1gを投入した。ここへ10%硫酸水溶液17.3gを添加し、100℃まで昇温し、2時間保持した。ここへ10%硫酸9.3gを添加後、さらに100℃にて2時間保持した。
これを200℃まで脱水還流し、さらに、−0.0960MPaにて減圧蒸留を2時間行った後、水酸化カルシウム2.0gを添加し取り出すことにより、カシューナッツシェル由来化合物含有フェノール樹脂(樹脂12)1410.0gを得た。
表1に示す配合割合のゴム組成物を配合して加硫前のゴム組成物を調製した。さらに、該ゴム組成物を145℃で30分加硫して、加硫後のゴム組成物(加硫ゴム)を得た。
得られたフェノール樹脂について、カシューナッツシェル由来化合物に由来する構造の割合、カシューナッツシェル由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合量、(カシューナッツシェル由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(カシューナッツシェル由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値、ポリスチレン換算重量平均分子量、及び経時変化を、下記方法で測定した。測定結果を表2に示す。
得られたゴム組成物(加硫後のゴム組成物)については、動的弾性率G’を、下記方法で測定した。測定結果を表2に示す。
フェノール樹脂中のカシューナッツシェル由来化合物に由来する構造の占める割合は、フェノール樹脂の製造時に配合された、カシューナッツシェル由来化合物の質量と、生成されたフェノール樹脂の収量(質量)から、下記の式に基づき算出した。
フェノール樹脂中のカシューナッツシェル由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合量、(カシューナッツシェル由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(カシューナッツシェル由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値は、1H−NMRスペクトルの結果から算出した。
1H−NMRスペクトルは、日本電子社製LA−400型核磁気共鳴装置を用い、NMRサンプル管中で試料0.155gを重水素化テトラヒドロフラン0.55gに溶解させて、25℃にて測定して得た。
ポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、下記のGPC測定装置及びカラムを使用し、標準物質にポリスチレンを用いて測定した。
GPC測定装置:東ソー社製のHLC8320GPC
カラム:TSKgel G3000HXL+G2000HXL+G2000HXL
フェノール樹脂を40℃の恒温器中に12週間保管後、テトラヒドロフランを溶媒とした1.0質量%溶液を作製し、溶液中の樹脂不溶分の有無を確認した。テトラヒドロフラン溶液に不溶分を生じない場合を○と示し、不溶分を生じる場合を×と示す。テトラヒドロフラン溶液に不溶分を生じないことは、樹脂の経時変化が低減されていることを示す。
動的粘弾性率G’は、日立ハイテクサイエンス社製DMA7100を用い、ずりモード、周波数10Hz、測定温度範囲25℃〜100℃、昇温速度2℃/分の条件で測定した。30℃における値について、比較例4の測定値を100としたときの指数として示す。指数の数値は、高いほど加硫ゴムの強度が優れることを示す。
*2:ダイアナプロセスオイルNH−70S(出光興産社製)
*3:ノクラック6C:N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−p−フェニレンジアミン(大内新興化学工業社製)
*4:サンノック:パラフィンワックス(大内新興化学工業社製)
*5:ノクセラーNS−P:N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(大内新興化学工業社製)
比較例4と、実施例3とを比較することにより、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合が1%以上であることが、強度が優れたゴムを得るという本発明の効果を得るために必要であることが示された。
比較例5と、実施例6とを比較することにより、式(I)で表される植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合が6%以下であることが、フェノール樹脂の経時変化を低減するという本発明の効果を得るために必要であることが示された。
比較例2と、実施例3とを比較することにより、重量平均分子量が、1,500以上であることが、ゴムの補強効果が向上するという本発明の効果を得るために必要であることが示された。
比較例3と、実施例7とを比較することにより、重量平均分子量が、350,000以下であることが、フェノール樹脂の経時変化を低減するという本発明の効果を得るために必要であることが示された。
Claims (6)
- フェノール類に由来する構造及びアルデヒド類に由来する構造を含むフェノール樹脂であって、
前記フェノール類は、下記式(I)で表される植物由来化合物を含み、
前記フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルにおいて、前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の不飽和結合水素に由来するピーク(4.5〜6.0ppmのピーク)の積算値合計が、炭素原子に結合した水素に由来するピーク(0.2〜7.5ppmのピーク)の積算値合計に対して1〜6%であり、
前記フェノール樹脂の1H−NMRスペクトルにより得られる(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の末端不飽和結合量)/(前記植物由来化合物の鎖式炭化水素基Rに由来する部分の鎖中不飽和結合量)の値が、0/100〜15/85であり、
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算重量平均分子量が、1,500〜350,000であることを特徴とする、フェノール樹脂。 - 前記フェノール樹脂のうち、前記植物由来化合物に由来する構造の占める割合が15〜75質量%である、請求項1に記載のフェノール樹脂。
- ゴム成分、硬化剤、及び、請求項1又は2に記載のフェノール樹脂を含むことを特徴とする、ゴム組成物。
- 前記ゴム成分100質量部に対して、前記フェノール樹脂を5〜30質量部含む、請求項3に記載のゴム組成物。
- 前記ゴム成分100質量部に対して、さらに、フィラー30〜100質量部、及び軟化剤0〜10質量部を含む、請求項3又は4に記載のゴム組成物。
- 請求項3〜5の何れかに記載のゴム組成物を用いて作製された、タイヤ。
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