JP2018501344A - 加硫可能なゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
a)油展されたコポリマー組成物であって、
i)100部の、
− 少なくとも300,000g/molの重量平均分子量(Mw)、
− キシレン中で70℃において測定される4より高い、好ましくは4.2より高い固有粘度、および
− 3より小さい、好ましくは2.8より小さい、特に2.6より小さい多分散性(Mw/Mn)
を有する少なくとも1種のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー、
ii)100重量部のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)あたり30〜70重量部の油展オイル、および
iii)100重量部のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)あたり5重量部までの助剤
からなり、2.5未満の位相角δminを有する、油展されたコポリマー組成物、
b)油展されたコポリマー組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)を基準にした100重量部あたり1〜15重量部、好ましくは2〜10重量部の、DIN/ISO 1629によってRゴムと命名された不飽和ゴム、
c)油展されたコポリマー組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)を基準にした100重量部あたり30〜100重量部の充填剤、
d)組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準にした100重量部あたり0〜30重量部のプロセスオイルであって、ただし、組成物a)からの油展オイルとプロセスオイルとの合計量が、組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準にした100重量部あたり80重量部を超えることはない、プロセスオイル、および
e)加硫剤
を含む加硫可能なゴム組成物で達成される。
エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)
エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー中の好ましいエチレン含量、より正確には前述のエチレン単位の含量は、ポリマーの48〜65重量%である。ここで、「単位」という用語は、重合されたモノマー単位を意味している。たとえば、「エチレン単位」という用語は、重合されたエチレン単位を意味している。
具体的には、そのα−オレフィン含量は、エチレンおよびジエンにバランスさせる。C2/α−オレフィンの比が73/27〜40/60であるのが好ましい。
成分a)で使用される「油展オイル」は、好ましくは、油展されたゴムを製造する際に慣用されてきた石油系軟化剤を意味している。油展オイルの例としては、パラフィン系、ナフテン系および芳香族の油展オイルが挙げられるが、これらは、石油の高沸点画分を精製し、必要に応じてさらに加工することによって得られる。これらの油展オイルは、通常、100℃で5〜35mm2/sの動的粘度を示す。好ましいプロセスオイルはパラフィン系のものである。好適なパラフィン系オイルは、たとえば、Sunpar(登録商標)2280(Sunocoから入手可能)またはクリアなパラフィン系オイル、たとえばConopure(登録商標)12P(ConocoPhillipsから入手可能)である。気液(GTL)プロセスで製造されるオイル、たとえば、Risella(登録商標)X430(Shell製)も好ましい。
助剤は、油展されたエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマーのさらなる構成成分であり、たとえば、抗酸化剤(たとえば、Irganox(登録商標)1076(BASF製))、UV安定剤、分配剤(partioning agent)または加工助剤(たとえば、タルクまたは金属塩、たとえばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムもしくはステアリン酸カルシウム)などであり、それらは製造後のゴム中に残るであろう。それらの含量は合計して、100重量部のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)あたり好ましくは極めて少量、特に0〜2重量部、最も好ましくは0〜1重量部である。
位相角のδminは当業者には公知であり、たとえば、S.Trinkle,and C.Friedrich,Rheol.Acta,40:322−328,2001およびM.van Gurp,and J.Palmen,J.Rheol.Bull.,67:5−8,1998に記載されている。δminの値は複素量であり、それには分子量、モノマー分布、多分散性、長鎖分岐、および油展オイル濃度などのいくつかのポリマーの物性が含まれる。それらの性質を組み合わせて1つのパラメーターとしたδminは、EPDMをベースとする振動絶縁装置の固有の動的性質と特徴付けるのに使用される。位相角δminは、たとえば上述の物品において記載されたような当業者に公知の慣用的な方法によって求めることができる。具体的には、その測定は以下のとおりである:10−2〜103Hzの範囲(対数目盛で、周波数1桁あたり8個のデータポイント)での周波数掃引を、それぞれ−60、−50、−40、−30、−20、−10、0、10、20、40、60、80、100、および120℃で実施する。加えた応力および変形が線形粘性の限界内であることを確保するために、試料の変形が0.5μm以下である場合に0.5Nの一定の力を加える。そうでない場合には0.5μmの一定変形を使用する。その振動測定から剪断弾性率のG*および損失係数のtan(δ)の大きさが求められる。位相角δを|G*|に対してプロットすることにより、van Gurp−Palmanプロットが得られる。δ(|G*|)の極小値がδminを表している。位相角δminが、2.3より低いのが好ましい。
成分a)の油展されたコポリマー中に含まれるエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を製造するためのプロセスには特に制限はない。それは、たとえば、慣用されるバナジウムベースの触媒、またはメタロセンもしくは後メタロセン触媒を使用した、スラリー法、溶液法、または気相重合法プロセスによって製造することができる。好適なプロセスおよび触媒は文献からも公知である。
本発明のジエンゴム成分b)には、ジエンをベースとするものが含まれているのが好ましく、その具体例は、主鎖に二重結合を含み、ゲル含量を実質的に有さず、かつDIN/ISO 1629がR−ゴムと呼んでいるゴムである。好適に使用されるゴム成分の例としては、以下のものをベースとするものが挙げられる:天然ゴム(NR)、ポリイソプレン(IR)、スチレン/ブタジエンゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレン/イソプレンゴム(SIBR)、ニトリルゴム(NBR)、ブチルゴム、イソブテン/イソプレンゴム(IIR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、スチレン/ブタジエン/アクリロニトリルゴム(SNBR)、ポリクロロプレン(CR)、カルボキシレート化スチレン/ブタジエンゴム(XSBR)、カルボキシレート化ブタジエン/アクリロニトリルゴム(XNBR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、エポキシ化スチレン/ブタジエンゴム(ESBR)、およびそれらの混合物。
充填剤は、成分a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)を基準にした100重量部あたり50〜80重量部の量で使用するのが好ましい。好ましい充填剤は、カーボンブラックまたは無機充填剤、たとえば、シリカ、炭酸カルシウム、タルク、およびクレーであるが、これらはゴムに対して慣用されている。カーボンブラックのタイプは、ASTM D−1765により、その粒径(BET、単位m2/g)および構造(DBP吸着量、単位cm3/100g)に従って分類される。5〜150のBET数および30〜140のDBP数を有するカーボンブラック充填剤を使用するのが好ましい。業界では、これらのタイプのカーボンブラックは、たとえばMT、SRF、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFなどの略称で表されることも多い。それらの無機充填剤が、たとえば適切なシランを用いて表面処理されていてもよい。そのような充填剤の2種以上を組み合わせて使用することもできる。最も好適に使用されるのは、カーボンブラックおよび/またはシラン処理したシリカである。
プロセスオイルとしては、油展オイルと同じものを使用することができる。プロセスオイルとしては、さらに潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、石油アスファルト、ワセリン、低分子量ポリイソブチレンもしくはポリブチレン、液状EPDMもしくはEPM、コールタールピッチ、ひまし油、アマニ油、蜜蝋、アタクチックポリプロピレン、およびクマロンインデン樹脂を挙げることができる。しかしながら、本発明の目的では油展されたEPDM組成物の油展オイルで十分である可能性があるため、加硫可能なゴム組成物を形成させるのに、さらなるオイルを添加する必要はない。添加する場合、オイルの合計含量は、EPDM組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準にした100重量部あたり80重量部までに限定するべきである。エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準にした100重量部あたり5〜15重量部のパラフィン系油展オイルを添加するのが好ましい。このパラフィン系オイルは、GTLプロセスに従って製造されたものでよい。
加硫剤の例としては、以下のものが挙げられる:硫黄;塩化硫黄;二塩化硫黄;4,4’−ジチオジモルホリン;モルホリンジスルフィド;アルキルフェノールジスルフィド;テトラメチルチウラムジスルフィド;セレンジメチルジチオカルバメート;ならびに有機ペルオキシド、たとえば、ジクミルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルペルオキシ)−ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−(t−ブチルペルオキシ)ヘキシン−3、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、およびt−ブチルヒドロペルオキシド。これらのなかでも好ましいのは、硫黄、ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、およびt−ブチルペルオキシド−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンである。
位相角δ
レオロジー的測定は、DMA/STDA 861e装置(Mettler−Toledo製)を使用して実施する。EPDM試料は、1ミリメートルの厚みおよび6ミリメートルの直径を有している。2つの試料を、ダブル剪断サンドイッチ型試料支持具に対称的に取り付ける。炉の温度は、液体窒素および電気ヒーターを使用して0.5゜Kの精度で調節する。ポリマーの動的特性を決定するために、10−2〜103Hzの範囲(対数目盛で、周波数1桁あたり8個のデータポイント)での周波数掃引を、それぞれ−60、−50、−40、−30、−20、−10、0、10、20、40、60、80、100、および120℃で実施する。加える応力および変形は、線形粘性の限度内である。試料の変形が0.5μm以下である場合に0.5Nの一定の力を加える。そうでない場合には0.5μmの一定変形を使用する。その振動測定から剪断弾性率のG*および損失係数のtan(δ)の大きさが求められる。位相角δを、|G*|に対してプロットすると、図1に見られるようないわゆるvan Gurp−Palmen(vGP)プロットが得られる。M.van Gurp and J.Palmen,J.Rheol.Bull.,67:5−8,1998も参照されたい。
油展されたポリマーa)の調製法:
触媒としてのバナジウムトリスアセチルアセトネート(V(acac)3)、助触媒としてのアルミニウムアルキルハライド(ジエチルアルミニウムクロリド(DEAC))、および触媒活性化剤としてのトリクロロ酢酸エチルエステル(ETA)を含む触媒系を使用して、エチレン、プロピレン、および5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)のターポリマーを製造した。そのコポリマーのC2/C3比およびジエン含量は、表1に見ることができる。
構成成分:
各種の油展されたEPDM組成物をベースとする、種々の加硫可能なゴム組成物を調製した。各種のコンパウンド物を評価するために使用した構成成分を表2にまとめた。
MTS製の動的−機械的分析計を使用する。試験片は、高さ6mm、直径20mmである。ダブル剪断サンドイッチ型試料支持具を取り付け、そこに2つの試料を対称的に取り付ける。その試料支持具を、23℃に調節した炉内へ少なくとも30分間入れておいてから、測定を開始する。ゴム材料の線形粘弾性を、0,1〜200Hzの範囲(対数目盛で、1桁あたり8個のデータポイント)の周波数について単一剪断モードで測定する。0.3mmのピーク−ピーク振幅を加える。
亀裂生長の測定は、Coesfeld製のTear Analyzerを使用して実施した。条片形状の試験片(幅15ミリメートル、厚み1.5ミリメートル、自由懸架長さ65ミリメートル)を使用し、70℃でデータを記録した。鋭利なカミソリ刃を用いて試験片に切り込みをいれた(ノッチ長さ1ミリメートル)。それぞれの試験用条片について、正確な試料の厚みを測定した。それらの試験片ついて、4Hzのパルス繰り返し数で一軸方向で伸張させた。パルスは、周波数30Hz、振幅20%〜30%の調波を用いて変調させた。亀裂の長さが10ミリメートルに達したら寿命の終わりとした。
各種の実験を試みて、各種の油展されたEPDM、特に国際公開第03/020806号パンフレットに規定されている、Keltan DE304およびVistalon 8800をベースとするゴム組成物をベースとするものを参照しながら、表4に示したような加硫可能なゴム組成物をベースとする加硫物の物性を比較した。
疲労性能をさらに改良する目的で、成分b)としてRゴムを添加する。
a)NR − SVR CV 60。これは、ベトナム産の技術的格付けゴムの群に属する天然ゴムの1つの例である。100℃でのムーニー粘度は、60±5MUである。
b)S−SBR − Buna SL 4515−0。これは、アルキル−リチウム触媒を使用した溶液重合により製造した、25%のスチレンを含むスチレン−ブタジエンコポリマーの1つの例である。100℃でのムーニー粘度は、45MUである。
c)BR − Buna CB 24。これは、ネオジム触媒を用いて製造した、溶液法−高cis(>96%)ポリブタジエンポリマーの1つの例である。100℃でのムーニー粘度は、44MUである。
Claims (10)
- 加硫可能なゴム組成物であって、
a)油展されたコポリマー組成物であって、
i)100部の、
− 少なくとも300,000g/molの重量平均分子量(Mw)、
− キシレン中で70℃において測定される4より高い、好ましくは4.2より高い固有粘度、および
− 3より小さい、好ましくは2.8より小さい、特に2.6より小さい多分散性(Mw/Mn)
を有する少なくとも1種のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー、
ii)100重量部の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)あたり30〜70重量部の油展オイル、および
iii)100重量部の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)あたり5重量部までの助剤
からなり、2.5未満の位相角δminを有する、油展されたコポリマー組成物、
b)前記油展されたコポリマー組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)を基準にした100重量部あたり1〜15重量部の、DIN/ISO 1629によってRゴムと命名された不飽和ゴム、
c)前記油展されたコポリマー組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)を基準にした100重量部あたり30〜100重量部の充填剤、
d)前記組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準にした100重量部あたり0〜30重量部のプロセスオイルであって、ただし、前記組成物a)からの油展オイルとプロセスオイルとの合計量が、前記組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準にした100重量部あたり80重量部を超えない、プロセスオイル、および
e)加硫剤
を含む加硫可能なゴム組成物。 - 前記油展されたコポリマー組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)のエチレン単位対α−オレフィン単位の比率が73/27〜40/60である、請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記油展されたコポリマー組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)の前記非共役ジエンが、1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエンおよび7−メチル−1,6−オクタジエン;環状非共役ジエン、たとえば、シクロヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、メチルテトラインデン、5−ビニルノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、および6−クロロメチル−5−イソプロペニル−2−ノルボルネン;トリエン、たとえば、2,3−ジイソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−エチリデン−3−イソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−プロペニル−2,2−ノルボルナ−ジエン、1,3,7−オクタトリエン、および1,4,9−デカトリエン;5−ビニル−2−ノルボルネン;5−(2−プロペニル)−2−ノルボルネン;5−(3−ブテニル)−2−ノルボルネン;5−(4−ペンテニル)−2−ノルボルネン;5−(5−ヘキセニル)−2−ノルボルネン;5−(5−ヘプテニル)−2−ノルボルネン;5−(7−オクテニル)−2−ノルボルネン;5−メチレン−2−ノルボルネン;6,10−ジメチル−1,5,9−ウンデカトリエン;5,9−ジメチル−1,4,8−デカトリエン;4−エチリデン−8−メチル−1,7−ノナジエン;13−エチル−9−メチル−1,9,12−ペンタデカトリエン;5,9,13−トリメチル−1,4,8,12−テトラデカジエン;8,14,16−トリメチル−1,7,14−ヘキサデカトリエン、および4−エチリデン−12−メチル−1,11−ペンタデカジエン、好ましくは5−エチリデン−2−ノルボルネンからなる群から選択される、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 前記油展されたコポリマー組成物a)の前記エチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)の前記α−オレフィンが、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、および1−デセン、好ましくはプロピレンからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記油展されたコポリマー組成物a)の前記油展オイルが、石油の高沸点画分を精製することにより得られるパラフィン、ナフテンおよび芳香族油展オイルからなる群から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記成分b)の前記不飽和ゴムが、天然ゴム(NR)、ポリイソプレン(IR)、スチレン/ブタジエンゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレン/イソプレンゴム(SIBR)、ニトリルゴム(NBR)、ブチルゴム、イソブテン/イソプレンゴム(IIR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、スチレン/ブタジエン/アクリロニトリルゴム(SNBR)、ポリクロロプレン(CR)、カルボキシレート化スチレン/ブタジエンゴム(XSBR)、カルボキシレート化ブタジエン/アクリロニトリルゴム(XNBR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、エポキシ化スチレン/ブタジエンゴム(ESBR)、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記成分b)の前記不飽和ゴムが、NR、BR、SBR、およびIRからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の加硫可能なゴム組成物から製造される加硫ゴム物品。
- エンジンマウントである、請求項8に記載の加硫ゴム物品。
- 加硫ゴム物品を成形するためのプロセスであって、請求項1〜7のいずれか一項に記載のゴム組成物を加工して成形物品の最終形状を形成する工程、および前記ゴム組成物を硬化させる工程を含むプロセス。
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