JP2017129407A - Phase structure observation method - Google Patents

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blend polymer
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剛志 古川
Tsuyoshi Furukawa
剛志 古川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase structure observation method for a polymer enabling an identification of a polymer component composing each phase structure without requiring a creation of a standard sample even if a sample has a similar area ratio obtained in a state without a swelling treatment.SOLUTION: A phase structure observation method is for a blend polymer containing two or more polymer components. The phase structure observation method includes: a swelling step of swelling the blend polymer with a solvent; and an observation step of using an atomic force microscope and observing the blend polymer swelled with the solvent.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はポリマーの相構造観察方法に関する。   The present invention relates to a method for observing a phase structure of a polymer.

近年の材料開発において、多様なニーズに対応するために、ブレンドポリマーの重要性が増している。多くのブレンドポリマーは、数nmから数百μmの大きさの相からなる相構造を有している。それぞれの相の大きさや配列は、ブレンドポリマーの配合や熱履歴、ポリマーが含有する補強剤や着色剤等の添加剤に影響されることから、複雑で多様な相構造が形成される。そして、相構造はブレンドポリマーの物性に影響することから、相構造を的確に観察することは、ブレンドポリマーによる材料開発上、必須の技術である。   In recent material developments, the importance of blended polymers is increasing to meet various needs. Many blend polymers have a phase structure consisting of phases of several nm to several hundred μm in size. Since the size and arrangement of each phase are affected by the blending polymer blend and thermal history, and additives such as reinforcing agents and colorants contained in the polymer, complex and diverse phase structures are formed. And since the phase structure affects the physical properties of the blend polymer, observing the phase structure accurately is an indispensable technique for material development by the blend polymer.

従来、ブレンドポリマーの相構造を像として観察する手法として、透過型電子顕微鏡(TEM)や走査型電子顕微鏡(SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)などが用いられている。   Conventionally, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), an atomic force microscope (AFM), or the like is used as a method for observing the phase structure of a blend polymer as an image.

TEMでの観察には、ミクロトームなどで試料を切削して超薄切片を作製する必要がある。ゴム組成物のように室温下では切削するための硬さが十分でない試料は、液体窒素などでガラス転移点以下の温度まで下げて凍結させる必要があり、観察するための前処理が非常に煩雑であるという問題がある。また、TEMおよびSEMいずれの観察手法においても観察画像のコントラスト差が小さく、相構造が観察しにくい場合には、エッチング処理やオスミウムやルテニウムなど重金属を付着させる染色処理が必要であり、元の状態とは異なる状態しか観察することができないという問題がある。   For observation with TEM, it is necessary to cut a sample with a microtome or the like to prepare an ultrathin section. Samples that are not hard enough to cut at room temperature, such as rubber compositions, need to be frozen at a temperature below the glass transition point with liquid nitrogen, etc., and the pretreatment for observation is very complicated. There is a problem that. In addition, in both the TEM and SEM observation methods, when the difference in contrast between the observed images is small and the phase structure is difficult to observe, an etching process or a dyeing process for attaching heavy metals such as osmium and ruthenium is necessary. There is a problem that only a different state can be observed.

AFMは、TEMと同等の分解能を有し、超薄切片の作成を要しない。AFMによる相構造観察では、各相を形成するポリマー成分の硬度の差を利用するが、硬度の差が小さいブレンドポリマーの場合は、観察画像のコントラスト差が小さく、相構造が観察しにくくなる。   AFM has the same resolution as TEM and does not require the creation of ultrathin sections. In the phase structure observation by AFM, the difference in hardness of the polymer components forming each phase is utilized. However, in the case of a blend polymer having a small difference in hardness, the contrast difference in the observed image is small, and the phase structure is difficult to observe.

そこで、本発明者はAFMによる相構造観察を行う前に、劣化処理することで硬度の差が大きくなり、高価な装置や煩雑な処理を行うことなく、ブレンドポリマーの相構造をより明確に観察する方法を提案している(特許文献1)。   Therefore, the present inventor increases the difference in hardness by deteriorating before observing the phase structure by AFM, and more clearly observes the phase structure of the blend polymer without performing expensive equipment or complicated processing. The method to do is proposed (patent document 1).

特開2014−190883号公報JP 2014-190883 A

従来のTEM、SEMおよびAFMによるブレンドポリマーの相構造観察、特に海島構造を形成する非相溶のブレンドポリマーの相構造観察において、ブレンド比率が近い場合には、各相(例えば、海相と島相)を形成するポリマー成分の判断が困難となる。そのため、ポリマー成分を識別するために組成比を変えた標準サンプルの作成が必要になるなど、対象物を観察するためには多くの工数がかかるという問題がある。そこで、本発明は、膨潤処理していない状態では得られる面積比率が同程度のサンプルであっても、標準サンプルの作成を必要とせず、各相構造を形成するポリマー成分を特定することができるポリマーの相構造観察方法を提供することを目的とする。   In conventional phase observation of blend polymers by TEM, SEM, and AFM, especially in the phase structure observation of incompatible blend polymers that form sea-island structures, when the blend ratio is close, each phase (for example, sea phase and islands) It is difficult to determine the polymer component forming the phase. Therefore, there is a problem that it takes a lot of man-hours to observe the object, for example, it is necessary to prepare a standard sample with a different composition ratio in order to identify the polymer component. Therefore, the present invention can identify a polymer component that forms each phase structure without requiring preparation of a standard sample even if the sample has a comparable area ratio in a state where it is not swollen. An object is to provide a method for observing a phase structure of a polymer.

本発明は、2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーの相構造観察方法であり、前記ブレンドポリマーを溶剤膨潤させる膨潤工程、および前記溶剤膨潤後のブレンドポリマーを原子間力顕微鏡により観察する観察工程を含む相構造観察方法に関する。   The present invention is a method for observing a phase structure of a blend polymer containing two or more polymer components, a swelling step of swelling the blend polymer with a solvent, and an observation of observing the blend polymer after the solvent swelling with an atomic force microscope The present invention relates to a phase structure observation method including steps.

さらに、前記観察工程で得られた相構造観察結果と、膨潤処理していないブレンドポリマーの原子間力顕微鏡による相構造観察結果とを比較する比較工程を含むことが好ましい。   Furthermore, it is preferable to include a comparison step of comparing the phase structure observation result obtained in the observation step with the phase structure observation result of the blend polymer that has not been swollen by an atomic force microscope.

前記観察工程における観察が、原子間力顕微鏡のタッピングモードまたはフォースボリュームモードによる観察であることが好ましい。   It is preferable that the observation in the observation step is observation by a tapping mode or a force volume mode of an atomic force microscope.

前記ブレンドポリマーが加硫ゴム組成物であることが好ましい。   The blend polymer is preferably a vulcanized rubber composition.

2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーを膨潤処理させる膨潤工程、前記膨潤処理後のブレンドポリマーを原子間力顕微鏡により観察する観察工程を含む本発明のブレンドポリマーの相構造観察方法によれば、サンプルをトルエンなどの溶剤に浸漬して膨潤させ、ブレンドされた各ポリマーを異なる膨潤率で膨潤させることにより、膨潤処理していない状態では得られる面積比率が同程度のサンプルであっても、膨潤後は画像中の面積比率を変えることができる。その結果、原子間力顕微鏡の測定で得られる結果から、ポリマー成分の組成を明確に判別することができる。   According to the method for observing a phase structure of a blend polymer of the present invention, comprising a swelling step of swelling a blend polymer containing two or more polymer components, and an observation step of observing the blend polymer after the swelling treatment with an atomic force microscope , By immersing the sample in a solvent such as toluene to swell and swell each blended polymer at a different swelling rate, even if the area ratio obtained in the state that is not swell treatment is the same level, After swelling, the area ratio in the image can be changed. As a result, the composition of the polymer component can be clearly discriminated from the result obtained by measurement with an atomic force microscope.

膨潤処理後の相構造観察結果である。It is a phase-structure observation result after a swelling process. 膨潤処理前の相構造観察結果である。It is a phase-structure observation result before a swelling process.

本発明の相構造観察方法は、2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーを溶剤膨潤させる膨潤工程、および前記溶剤膨潤後のブレンドポリマーを原子間力顕微鏡により観察する観察工程を含む相構造観察方法である。   The phase structure observation method of the present invention includes a swelling step in which a blend polymer containing two or more polymer components is swollen with a solvent, and an observation step in which the blend polymer after the solvent swelling is observed with an atomic force microscope. Is the method.

ブレンドポリマー
前記ブレンドポリマーは、2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーであり、本発明の効果が効果的に発揮されるという観点から、非相溶性の2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーとすることが好ましく、海島構造を形成する2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーとすることがより好ましい。
Blend polymer The blend polymer is a blend polymer containing two or more kinds of polymer components, and a blend containing two or more kinds of incompatible polymer components from the viewpoint that the effects of the present invention are effectively exhibited. A polymer is preferable, and a blend polymer containing two or more polymer components that form a sea-island structure is more preferable.

前記ポリマー成分としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどの各種ポリマー、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの各種樹脂、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)等の改質天然ゴム、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレ ンブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(IIR)、イソブチレン−p−メチルスチレン共重合体の臭素化物、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、スチレン−イソプレンゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合ゴム(SIBR)、イソプレン−ブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)、アクリルゴム(ACM、ANM)、エピクロルヒドリンゴム(CO、ECO、GECO)、多硫化ゴム(T)、シリコーンゴム(Q)、フッ素ゴム(FKM)、ウレタンゴム(U)などのゴム成分が挙げられる。   The polymer component is not particularly limited. For example, polyethylene, polypropylene, polybutadiene, polyisoprene, ethylene-propylene copolymer, polystyrene, styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-styrene copolymer, polyvinyl chloride, poly Various polymers such as acrylic acid, polymethacrylic acid, polyamide, polyurethane, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, various resins such as epoxy resin, urethane resin, unsaturated polyester resin, Modified natural rubber such as natural rubber (NR) and epoxidized natural rubber (ENR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR) Butyl rubber (IIR), brominated product of isobutylene-p-methylstyrene copolymer, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene copolymer rubber (EPDM) ), Styrene-isoprene rubber, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber (SIBR), isoprene-butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene (CSM), acrylic rubber (ACM, ANM), epichlorohydrin rubber (CO, ECO, GECO), Examples thereof include rubber components such as polysulfide rubber (T), silicone rubber (Q), fluorine rubber (FKM), and urethane rubber (U).

前記のように、非相溶性の2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーとすることが好ましく、海島構造を形成する2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーとすることがより好ましい。ここで、非相溶性とは、種類の異なるポリマーが分子レベルで均一に混合されていないことをいう。相互に非相溶な複数のポリマーを含むブレンドポリマーでは、それぞれのポリマーが相分離することによって相構造が形成され、場合によっては海島構造が形成される。海島構造が形成され得る具体的なポリマー成分の組み合わせとしては、NRとBR、NRとSBR、NRとEPDMとSBRとNBRなどの組み合わせが挙げられる。   As described above, a blend polymer containing two or more incompatible polymer components is preferable, and a blend polymer containing two or more polymer components forming a sea-island structure is more preferable. Here, incompatible means that different types of polymers are not uniformly mixed at the molecular level. In a blend polymer including a plurality of polymers that are incompatible with each other, a phase structure is formed by phase separation of each polymer, and in some cases, a sea-island structure is formed. Specific combinations of polymer components that can form a sea-island structure include combinations of NR and BR, NR and SBR, NR and EPDM, SBR and NBR.

前記ブレンドポリマーは、加硫ゴム組成物であることが好ましい。加硫ゴム組成物は前記のゴム成分をポリマー成分として含有し、架橋反応させることで得られる。未加硫ゴム組成物の場合は、ポリマー成分によっては、膨潤溶剤に溶解するおそれがある。   The blend polymer is preferably a vulcanized rubber composition. The vulcanized rubber composition contains the rubber component as a polymer component and can be obtained by crosslinking reaction. In the case of an unvulcanized rubber composition, some polymer components may be dissolved in a swelling solvent.

また、前記ブレンドポリマーはゴム組成物などの製造に一般的に用いられる配合剤、例えば、カーボンブラックやシリカなどの充填剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、加工助剤、老化防止剤、オイル、ワックス、硫黄、加硫促進剤などを適宜配合できる。   The blend polymer is a compounding agent generally used in the production of rubber compositions, for example, fillers such as carbon black and silica, zinc oxide, stearic acid, processing aids, anti-aging agents, oils, waxes, Sulfur, a vulcanization accelerator, etc. can be mix | blended suitably.

前記カーボンブラックとしては、特に限定されず、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、グラファイトなどのカーボンブラックが挙げられる。また、前記シリカとしては、特に限定されず、乾式法シリカ、湿式法シリカなどが挙げられる。   The carbon black is not particularly limited, and examples thereof include carbon black such as furnace black, acetylene black, thermal black, channel black, and graphite. The silica is not particularly limited, and examples thereof include dry method silica and wet method silica.

カーボンブラックおよびシリカのブレンドポリマー100質量部に対する合計含有量は、0〜50質量部が好ましく、0〜20質量部がより好ましい。50質量部を超える場合は観察視野がカーボンブラックまたはシリカに覆われてしまい、ポリマーのモルフォロジーが観察できなくなるおそれがある。   0-50 mass parts is preferable and, as for the total content with respect to 100 mass parts of blend polymers of carbon black and silica, 0-20 mass parts is more preferable. When the amount exceeds 50 parts by mass, the observation visual field is covered with carbon black or silica, and the polymer morphology may not be observed.

膨潤工程
前記膨潤工程は、2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーを溶剤に浸漬等することにより膨潤させる工程である。各溶剤に対する膨潤率はポリマー成分ごとに異なることから、2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーを膨潤処理することにより、膨潤後の相構造に差異を生じさせることができる。これにより、膨潤処理前は得られる面積比率が同程度の相構造を示すサンプルであっても、ポリマー成分の組成を明確に判別することができる。
Swelling step The swelling step is a step of swelling by immersing a blend polymer containing two or more polymer components in a solvent. Since the swelling rate with respect to each solvent differs for each polymer component, a difference can be caused in the phase structure after swelling by subjecting the blend polymer containing two or more polymer components to swelling treatment. Thereby, even if it is a sample which shows the phase structure of the comparable area ratio before a swelling process, the composition of a polymer component can be discriminate | determined clearly.

ブレンドポリマーを膨潤させる方法としては、特に限定されず従来の膨潤方法を採用することができる。例えば、ブレンドポリマーを十分量の溶剤中に所定時間以上浸漬させる方法などが挙げられる。   A method for swelling the blend polymer is not particularly limited, and a conventional swelling method can be adopted. For example, a method of immersing the blend polymer in a sufficient amount of solvent for a predetermined time or more can be mentioned.

ブレンドポリマーを浸漬させる溶剤の量は、十分に膨潤させることができる、浸漬中に溶剤が揮発して減少し膨潤度に影響することを防ぐという理由から、ブレンドポリマーの体積の100倍以上が好ましく、1000倍以上がより好ましい。また、溶剤の量の上限は特に限定されないが、作業性の観点から、ブレンドポリマーの体積の5000倍以下が好ましく、3000倍以下がより好ましい。   The amount of the solvent in which the blend polymer is immersed is preferably at least 100 times the volume of the blend polymer because it can sufficiently swell, and prevents the solvent from volatilizing and decreasing during immersion to affect the degree of swelling. 1000 times or more is more preferable. Further, the upper limit of the amount of the solvent is not particularly limited, but is preferably 5000 times or less, more preferably 3000 times or less, of the blend polymer volume from the viewpoint of workability.

ブレンドポリマーを浸漬させる時間は、十分に膨潤させることができるという理由から、24時間以上が好ましく、48時間以上がより好ましい。また、作業性の観点や、一定時間以上では膨潤度が変化しなくなるという理由から、120時間以下が好ましく、72時間以下がより好ましい。   The time for immersing the blend polymer is preferably 24 hours or more, and more preferably 48 hours or more, from the reason that the blend polymer can be sufficiently swollen. In addition, from the viewpoint of workability and the reason that the degree of swelling does not change after a certain time or longer, 120 hours or shorter is preferable, and 72 hours or shorter is more preferable.

浸漬中の溶剤温度は、温度によってポリマーに対する溶剤の膨潤度が変化することから、浸漬中の溶剤温度は一定に保つことが好ましく、当該温度は20℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましい。また、溶剤の沸点近傍では溶剤が揮発して減少してしまうという理由から、40℃以下が好ましく、35℃以下がより好ましい。   Since the solvent temperature during the immersion changes the degree of swelling of the solvent with respect to the polymer depending on the temperature, the solvent temperature during the immersion is preferably kept constant, and the temperature is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 25 ° C. or higher. Moreover, 40 degreeC or less is preferable and 35 degrees C or less is more preferable from the reason that the solvent volatilizes and decreases near the boiling point of the solvent.

観察工程
前記観察工程は、膨潤処理後のブレンドポリマーを原子間力顕微鏡(AFM)により観察する工程であり、膨潤処理後のブレンドポリマーの相構造を観察することができる。観察時に試料を真空条件下に置く必要があるTEMおよびSEMでは、膨潤溶剤が揮発してしまい、膨潤状態を維持できないため本発明の観察方法を適用することは困難である。
Observation Step The observation step is a step of observing the blend polymer after the swelling treatment with an atomic force microscope (AFM), and the phase structure of the blend polymer after the swelling treatment can be observed. In TEM and SEM in which the sample needs to be placed under vacuum conditions during observation, the swelling solvent is volatilized and the swollen state cannot be maintained, so it is difficult to apply the observation method of the present invention.

原子間力顕微鏡による観察に供する試料片の形状および大きさは、AFMの試料台に設置可能なものであれば特に限定されない。ブレンドポリマーの成形には、ナイフ、はさみ、カミソリ、クライオミクロトームなどを適宜使用することができる。AFMによる観察に適した平滑な面が形成されることから、クライオミクロトームを用いることが好ましい。   The shape and size of the sample piece used for observation with an atomic force microscope are not particularly limited as long as it can be placed on the AFM sample stage. For forming the blend polymer, a knife, scissors, razor, cryomicrotome or the like can be used as appropriate. Since a smooth surface suitable for observation by AFM is formed, it is preferable to use a cryomicrotome.

AFMは、先端に探針が装着されたカンチレバーを備えており、この探針が試料片の表面を走査し、探針の動きがカンチレバーにより検出される。カンチレバーによって検出された探針の動きが画像化されることにより、AFM像が得られる。AFMでは、試料片の表面の立体的な形状や、試料片の表面の硬さ、摩擦力等の力学的特性を測定することができる。本発明の観察方法において使用可能なAFMとして、Bruker AXS社製MultiMode8、日立ハイテクサイエンス社製E−sweep等が挙げられる。AFMの測定条件は、試料片の種類や表面状態に応じて適宜選択される。タングステン、イリジウム、窒化珪素等を材質とする探針を使用することができる。   The AFM includes a cantilever with a probe attached to the tip. The probe scans the surface of the sample piece, and the movement of the probe is detected by the cantilever. The AFM image is obtained by imaging the movement of the probe detected by the cantilever. In AFM, the three-dimensional shape of the surface of the sample piece, the mechanical properties such as the hardness of the surface of the sample piece, and the frictional force can be measured. Examples of the AFM that can be used in the observation method of the present invention include MultiMode 8 manufactured by Bruker AXS, E-sweep manufactured by Hitachi High-Tech Science, and the like. AFM measurement conditions are appropriately selected according to the type of specimen and the surface condition. A probe made of tungsten, iridium, silicon nitride or the like can be used.

本発明におけるAFMによる観察は、AFMが備える適切な測定モードで観察される。適切な測定モードは、ブレンドポリマーに含まれるポリマー成分の種類や、AFM観察に供される試料片の表面状態に応じて、適宜選択される。AFMの代表的な測定モードとして、コンタクトモード、タッピングモードおよびノンコンタクトモードが挙げられる。試料片の表面の微少領域の硬さが測定されるフォースモジュレーションモードや、試料片の表面における弾性率やヤング率の分布が測定可能なフォースボリュームモードが選択されてもよい。好ましい測定モードは、探針と試料片との接触時間が短く、軟質な試料片の測定に適したタッピングモードおよび試料片の微小領域の力学的特性の差を画像化できるフォースボリュームモードである。   The observation by the AFM in the present invention is observed in an appropriate measurement mode provided in the AFM. An appropriate measurement mode is appropriately selected according to the type of polymer component contained in the blend polymer and the surface state of the sample piece subjected to AFM observation. A typical measurement mode of AFM includes a contact mode, a tapping mode, and a non-contact mode. A force modulation mode in which the hardness of a minute region on the surface of the sample piece is measured, or a force volume mode in which the elastic modulus and Young's modulus distribution on the surface of the sample piece can be measured may be selected. A preferable measurement mode is a tapping mode suitable for measurement of a soft sample piece and a force volume mode capable of imaging a difference in mechanical characteristics of a micro area of the sample piece with a short contact time between the probe and the sample piece.

比較工程
ブレンドポリマー中のポリマー成分の膨潤率の違いが既知の場合は、前記観察工程で得られた膨潤処理後の相構造観察結果と、膨潤処理前の相構造観察結果とを比較することで、膨潤処理前では得られる面積比率が同程度のサンプルであっても、各相を形成するポリマー成分を明確に判別することができる。例えば、互いに非相溶性であるポリマー成分Xとポリマー成分Yとを50質量%ずつ含有するブレンドポリマーの膨潤処理前の相構造の観察では、各相の面積比率が同程度である場合でも、当該ブレンドポリマーを膨潤処理することで、膨潤処理後の観察結果では、膨潤率が高い方のポリマー成分により形成されたポリマー層の面積比率がより増大することから、各相を形成するポリマー成分を明確に判別することができる。なお、膨潤率が既知でない場合は、各ポリマー成分のみを用いた試料を同様に膨潤させて膨潤率を算出し、各ポリマー成分の膨潤率の違いを求めることができる。
Comparison process When the difference in the swelling rate of the polymer components in the blend polymer is known, the phase structure observation result after the swelling treatment obtained in the observation step is compared with the phase structure observation result before the swelling treatment. Even in the case of samples having the same area ratio before the swelling treatment, the polymer components forming each phase can be clearly discriminated. For example, in the observation of the phase structure before the swelling treatment of the blend polymer containing 50% by mass of the polymer component X and the polymer component Y that are incompatible with each other, even when the area ratio of each phase is the same, By swelling the blend polymer, in the observation results after the swelling treatment, the area ratio of the polymer layer formed by the polymer component having the higher swelling ratio is further increased. Can be determined. If the swelling rate is not known, a sample using only each polymer component is similarly swelled to calculate the swelling rate, and the difference in swelling rate of each polymer component can be determined.

ブレンドポリマーの膨潤処理前の相構造観察結果は、従来のTEM、SEMまたはAFMなどによる相構造観察結果を用いることができる。なかでも、膨潤処理前の観察結果における各ポリマー相(各ドメイン)と、膨潤処理後の観察結果における各ポリマー相(各ドメイン)との対応関係が分かりやすいという理由から、膨潤処理後のブレンドポリマーの観察方法と同様に、AFMによる観察結果とすることが好ましい。   As a phase structure observation result before the swelling treatment of the blend polymer, a phase structure observation result by a conventional TEM, SEM, AFM, or the like can be used. Especially, the blend polymer after swelling treatment is easy because the correspondence between each polymer phase (each domain) in the observation result before swelling treatment and each polymer phase (each domain) in the observation result after swelling treatment is easy to understand. Similar to the observation method, it is preferable to use the observation result by AFM.

膨潤処理前のブレンドポリマーは、特開2014−190883公報に記載された劣化処理後のブレンドポリマーであってもよい。劣化処理とは、ブレンドポリマーに硬さの異なる複数の相を形成するための処理であり、具体的な処理方法としては、加熱処理や化学的処理が挙げられる。加熱処理としては、オーブン、恒温槽、乾燥器などの既存の装置による処理が、化学的処理としては、酸またはアルカリによる処理が挙げられる。   The blend polymer before the swelling treatment may be a blend polymer after the deterioration treatment described in JP 2014-190883 A. The deterioration treatment is treatment for forming a plurality of phases having different hardnesses in the blend polymer, and specific treatment methods include heat treatment and chemical treatment. The heat treatment includes treatment with an existing apparatus such as an oven, a thermostatic bath, and a dryer, and the chemical treatment includes treatment with an acid or alkali.

本発明のブレンドポリマーの相構造観察方法によれば、膨潤処理していない状態では得られる面積比率が同程度のサンプルであっても、ポリマー成分の組成を明確に判別することができる。   According to the method for observing the phase structure of the blend polymer of the present invention, the composition of the polymer component can be clearly discriminated even in the case of a sample having the same area ratio obtained without being subjected to the swelling treatment.

本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。   The present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to the examples.

以下に実施例において用いた各種薬品をまとめて示す。
NR:TSR20
BR:宇部興産(株)製のBR150B
オイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−140
酸化亜鉛:東邦亜鉛(株)製の銀嶺R
ステアリン酸:日油(株)製の椿
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース0355
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−1,3−ジメチルブチル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
硫黄:鶴見化学工業(株)製の5%オイル処理粉末硫黄(オイル分5質量%含む可溶性硫黄)
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)
The various chemicals used in the examples are summarized below.
NR: TSR20
BR: BR150B manufactured by Ube Industries, Ltd.
Oil: Process X-140 manufactured by Japan Energy Co., Ltd.
Zinc oxide: Silver candy R made by Toho Zinc Co., Ltd.
Stearic acid: Agate wax manufactured by NOF Corporation: Ozoace 0355 manufactured by Nippon Seiwa Co., Ltd.
Anti-aging agent: NOCRACK 6C (N-1,3-dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylenediamine) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.
Sulfur: 5% oil-treated powder sulfur manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd. (soluble sulfur containing 5% oil content)
Vulcanization accelerator: Noxeller NS (N-tert-butyl-2-benzothiazylsulfenamide) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.

加硫ゴム組成物の調製
表1に示す配合処方に従い、ゴム成分、老化防止剤、ワックス、ステアリン酸、酸化亜鉛およびオイルを、充填率が58%になるように(株)神戸製鋼製の1.7Lバンバリーに充填し、80rpmで140℃に到達するまで混練した。得られた混練物に、表1に示す量の硫黄および加硫促進剤を配合し、さらに混練することで未加硫ゴム組成物を得た。そして、得られた未加硫ゴム組成物を成形し、160℃で20分間加硫することにより各加硫ゴム組成物を得た。
Preparation of Vulcanized Rubber Composition According to the formulation shown in Table 1, rubber components, anti-aging agents, wax, stearic acid, zinc oxide and oil were manufactured by Kobe Steel Co., Ltd. so that the filling rate would be 58%. .7L Banbury was filled and kneaded at 80 rpm until reaching 140 ° C. An unvulcanized rubber composition was obtained by blending the obtained kneaded material with the amounts of sulfur and vulcanization accelerator shown in Table 1 and further kneading. And the obtained unvulcanized rubber composition was shape | molded and each vulcanized rubber composition was obtained by vulcanizing for 20 minutes at 160 degreeC.

膨潤処理
各加硫ゴム組成物から切り出した20mm3の試験片を、50mlのトルエンに浸漬し、溶剤温度25℃で48時間静置することで膨潤させた。製造例2および3の膨潤率(膨潤処理後の体積/膨潤処理前の体積)(%)を表1に示す。
Swelling treatment A 20 mm 3 test piece cut out from each vulcanized rubber composition was immersed in 50 ml of toluene and allowed to stand for 48 hours at a solvent temperature of 25 ° C. to swell. Table 1 shows the swelling ratio (volume after swelling treatment / volume before swelling treatment) (%) of Production Examples 2 and 3.

相構造の観察
膨潤処理前の製造例1の加硫ゴム組成物および膨潤処理後の製造例1の加硫ゴム組成物から、剃刀を用いて小片を切り出し、クライオミクロトームにより、切削して平滑面を作成した。作成した平滑面の相構造をAFM(Bruker AXS社製MultiMode8、タッピングモード、カンチレバー:40N/m(バネ定数)、周波数:5Hz、測定範囲:1μm×1μm)により観察した。なお、膨潤処理後のサンプルは溶剤の揮発を防止するために、サンプルを固定したディスクにサンプルよりも一回り大きいOリングを設置し、その中に膨潤溶媒を滴下して密閉系を作ることができる液中測定専用のセルを用いて観察した。膨潤処理後の観察結果を図1に、膨潤処理前の観察結果を図2に示す。
Observation of the phase structure From the vulcanized rubber composition of Production Example 1 before the swelling treatment and the vulcanized rubber composition of Production Example 1 after the swelling treatment, a small piece was cut out using a razor and cut with a cryomicrotome to obtain a smooth surface. It was created. The phase structure of the created smooth surface was observed by AFM (MultiMode 8, manufactured by Bruker AXS, tapping mode, cantilever: 40 N / m (spring constant), frequency: 5 Hz, measurement range: 1 μm × 1 μm). In order to prevent the solvent from volatilizing the sample after the swelling treatment, an O-ring that is slightly larger than the sample is placed on the disk on which the sample is fixed, and the swollen solvent is dropped therein to form a sealed system. Observation was performed using a cell dedicated for measurement in liquid. The observation results after the swelling treatment are shown in FIG. 1, and the observation results before the swelling treatment are shown in FIG.

表1に示す製造例2(NR単味)および製造例3(BR単味)のトルエンに対する膨潤率が、それぞれ550%および420%と製造例2の方が大きかったことから、膨潤処理を施したNR/BRブレンドの位相像で面積比率が増大しているドメインがNRと考えることができる。   Since the swelling rate of toluene in Production Example 2 (NR simple) and Production Example 3 (BR simple) shown in Table 1 was 550% and 420%, respectively, which was higher in Production Example 2, the swelling treatment was performed. A domain in which the area ratio is increased in the phase image of the obtained NR / BR blend can be considered as NR.

膨潤処理を施していない製造例1(NR/BRブレンド)をタッピングモードで測定して得られた位相像(図2)では海層と島層とを構成するゴム成分の区別が明確にはつかず黄色ドメイン(図2のA)と茶色ドメイン(図2のB)の面積比率がほぼ同等のため、組成の判別が困難である。しかし、膨潤処理を施した図1の結果から、黄色ドメイン(図1のA)のサイズが大きくなっていることがわかる。さらに、表1の結果から、面積の割合が増加している黄色ドメインがNRであることから、図2中の黄色ドメインAがNRであり、茶色ドメインBがBRであることがわかる。   The phase image obtained by measuring the production example 1 (NR / BR blend) not subjected to the swelling treatment in the tapping mode (FIG. 2) clearly distinguishes the rubber components constituting the sea layer and the island layer. Since the area ratios of the yellow domain (A in FIG. 2) and the brown domain (B in FIG. 2) are almost equal, it is difficult to determine the composition. However, it can be seen from the result of FIG. 1 that the swelling process is performed that the size of the yellow domain (A in FIG. 1) is increased. Furthermore, from the results of Table 1, it can be seen that the yellow domain in which the area ratio increases is NR, so that the yellow domain A in FIG. 2 is NR and the brown domain B is BR.

このように、本発明の相構造観察方法によれば、膨潤処理していない状態では得られる面積比率が同程度のサンプルであっても、組成比を変えた標準試料を準備せずに各相構造を形成するポリマー成分を特定することができる。   As described above, according to the phase structure observation method of the present invention, each phase can be obtained without preparing a standard sample with a changed composition ratio, even in the case of a sample having a similar area ratio in a state where it is not swollen. The polymer components that form the structure can be identified.

A 黄色ドメイン
B 茶色ドメイン
A yellow domain B brown domain

Claims (4)

2種以上のポリマー成分を含有するブレンドポリマーの相構造観察方法であり、
前記ブレンドポリマーを溶剤膨潤させる膨潤工程、および
前記溶剤膨潤後のブレンドポリマーを原子間力顕微鏡により観察する観察工程を含む相構造観察方法。
A method for observing a phase structure of a blend polymer containing two or more polymer components,
A phase structure observation method including a swelling step of swelling the blend polymer with a solvent and an observation step of observing the blend polymer after the solvent swelling with an atomic force microscope.
さらに、前記観察工程で得られた相構造観察結果と、膨潤処理していないブレンドポリマーの原子間力顕微鏡による相構造観察結果とを比較する比較工程を含む請求項1記載の相構造観察方法。 Furthermore, the phase structure observation method of Claim 1 including the comparison process which compares the phase structure observation result obtained at the said observation process with the phase structure observation result by the atomic force microscope of the blend polymer which is not swollen. 前記観察工程における観察が、原子間力顕微鏡のタッピングモードまたはフォースボリュームモードによる観察である請求項1または2記載の相構造観察方法。 The phase structure observation method according to claim 1 or 2, wherein the observation in the observation step is observation in a tapping mode or a force volume mode of an atomic force microscope. 前記ブレンドポリマーが加硫ゴム組成物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の相構造観察方法。 The phase structure observation method according to claim 1, wherein the blend polymer is a vulcanized rubber composition.
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