JP2018518586A - 白色充填剤を含むアミンで架橋可能なゴム組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】良好な圧縮変形を有する硬化ゴム組成物を提供する。【解決手段】本発明によれば、a)1種以上のアミンによって架橋可能なゴム、b)1種以上の白色充填剤、及びc)分子ごとに少なくとも2つのNH2基を有する1種以上のポリオルガノシロキサンを含む硬化可能ゴム組成物が提供される。ゴム組成物において、オルガノシランの総量は制限される。【選択図】無し

Description

本発明は、アミン架橋が可能なゴム内成分を含む硬化可能ゴム組成物に関する。ゴム組成物は白色充填剤を更に含む。更に、本発明は、ゴム組成物を硬化することによって得ることが可能な硬化ゴムに関する。更に、本発明は、硬化可能ゴム組成物において、硬化ゴムの圧縮変形を減少させるための、NH−官能基化(funktionalisierten)ポリオルガノシロキサンの使用に関する。
ジアミンで硬化することが可能なゴムは、一般的には、良好な冷却耐性、高い熱耐性及び良好な機械的特徴を有する硬化物を形成するように加工することができる。アミンを用いた架橋化のために、これらのゴムは官能基を有するモノマーに基づく。典型的には、官能基はカルボン酸基である。アミン架橋に対してアクセス可能な最も良く知られたポリマーは、例えば、ユニマテック社又はゼオン社によって製造されるようなアクリルゴム(ACM)、並びに例えばデュポン社から取得できるようなエチレンアクリルゴム(AEM)である。更に、水素付加したアクリロニトリルブタジエンゴム(HNBRゴム、例えばゼオン社由来のもの)は、アミンによって架橋化することができる。
硬化の最中の架橋化は、典型的には、ポリマー主鎖における架橋化サイトでアミド官能性部位(Amid-funktionalitaet)を形成する、第1級ジアミンを用いた反応を介して進行する。架橋化の後に、ゴム組成物は、一般的には、例えば、およそ175℃で数時間にわたって更にテンパー(焼入れ)される(getempert)。この工程において、アミド基のポリマー鎖におけるカルボキシル官能性部位との反応によってイミド官能性部位が生成される。
白色充填剤が圧縮変形(Druckverformungsrests)の劣化を導くため、そのようなゴム組成物における白色充填剤の使用は一般的に普及していない。しかしながら、オルガノシランの使用によって圧縮変形を改善することが可能である。
例えば、高い復元力を必要とするシール(ないしは密封栓)にとっては、圧縮変形は重要なパラメータである。コンスタントな変形の後に特定の期間にわたる特定の温度での一定の変形及び次いでの圧力除去の際に、このパラメータは、エラストマー性のテスト片の挙動を定義する。エラストマー性のテスト片の復元力が検出される。圧縮変形テストに関する典型的な期間は、200℃までの温度において24時間〜2000時間である。圧力除去の後にテスト片は所定の期間にわたって室温で貯留され、そして高さ(Hoehe)が再度確認される。それから永久変形を計算することができる。
エラストマー性のテスト片のオリジナルの高さを回復する能力がより高ければ、圧縮変形に関する値がより低くなる。0%の圧縮変形とは変形の前に確認した厚さ(Dicke)を回復することを意味し、その一方で100%の圧縮変形とは復元が全く行われないことを意味する。本願において、圧縮変形はDIN ISO 815に従って測定される。
ゴム技術においてオルガノシランの使用は、強化性(verstaerkenden)充填剤(例えば白色充填剤、シリカなど)と使用されるポリマーとの間の結合を生成するために、一般的に広範囲に普及している。適切なシリカは、表面上に、水の放出を伴う縮合(Kondensation)によってオルガノシランのアルコキシ基と反応することができるシラノール(SiOH)基を有し、それによってシリカ充填剤とシランとの間の共有結合が生成される。
そのようなオルガノシランは、例えば、充填剤に対して結合するための官能性のアルコキシ基に加えて、ポリマーと結合することが可能な官能性を有する化合物である。ゴムの加工において、他のものの中では、例えばビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラスルフィドなどの硫黄含有シランが一般的に普及しているが、その一方で、ペルオキシド架橋のケースではビニル含有オルガノシラン(例えばビニルトリエトキシシラン)が使用され、アミン架橋のケースではアミノプロピル官能性部位を有するオルガノシラン(例えば3−アミノプロピルトリエトキシシラン)が使用される。
アミン架橋に関するHNBRゴム混合物において、オルガノシランを使用しなくても、白色充填剤を用いて圧縮変形に関する相対的に良好な結果を達成することが可能である。その際に、硬化物において達成される引張強度及び破断時の伸びに関する値は、許容可能なものである。その際に、例えば、アミノシランの添加によって、圧縮変形を更に改善することが可能であるが、引張強度及び破断時の伸びなどの更なる物理的な特徴が悪化することが実証されている。特に、破断時の伸びは大幅に減少する。
EP2151479A1は、3個以上のシロキサンユニットを有するポリオルガノシロキサンを開示し、該ポリオルガノシロキサンは、i)少なくとも1つの有機モイエティR(ここでRは少なくとも1つの炭素−炭素多重結合を有する)、及びii)少なくとも1つの炭化水素モイエティR(ここでRは5〜50個の炭素原子の鎖長を有する)を有する。EP2354145A1は、3個以上のシロキサンユニットを有するポリオルガノシロキサンの使用に関し、該ポリオルガノシロキサンは、i)少なくとも1つの有機モイエティR(ここでRは少なくとも1つの炭素−炭素多重結合を有し、そしてゴムの加工における添加剤としては5〜50個の炭素原子の鎖長を有する炭化水素モイエティの存在が除外される)。ポリオルガノシロキサンは、ゴムの加工及び硬化において使用され、ここで反応的に組み込まれる。それらは、結果として加工の際にゴムの粘度を減少させ、そして場合によりと硬化ゴムの機械的な特性を改善する。
EP2660285A1は、カルボキシル基を有するニトリルゴムと反応性のシリコーン油とを含むゴム組成物の硬化を開示する。これらの組成物は、低い表面摩擦を有する架橋化ゴムを形成するように加工することができ、該架橋化ゴムは油と接触したとしてもノーマルな物理的特性を有する。EP2660285A1における反応性のシリコーン油の官能基の例は、ヒドロキシ、アミノ、メルカプト、エポキシ、カルボキシル及び(メタ)アクリル基である。
EP2660285A1は、白色充填剤の状態の成分を含む組成物の例を開示し、該組成物は更に比較的に高い量の反応性シリコーン油(100重量部のゴム(phr)に対して5〜15重量部)、及び更に典型的には1phrの3−アミノプロピルトリエトキシシランを含む。反応性シリコーン油は、(分子ごとに)単一的に(ないし1回の:einfach)NH基により官能基化され、それによっては、ゴムマトリックスには固定されず、そして、相対的に非極性(unpolares)の材料として、ある程度まで相対的に極性の(polaren)ゴムマトリックスの外部に拡散することができ、従って摩擦係数を減少させる。圧縮変形の改善は小さい。
欧州特許公開公報EP2151479A1号 欧州特許公開公報EP2354145A1号 欧州特許公開公報EP2660285A1号
かくて、本発明の目的は、白色充填剤を含み、良好な機械的な特性を有する硬化物を形成するように加工することができるゴム組成物を提供することである。硬化物は、特に良好な圧縮変形を有することが望まれる。
驚くべきことに、今、本発明において、白色の強化充填剤を含む、アミンで硬化可能なゴムの物理的な特性は、所定の官能基化されたシリコーン油(ポリオルガノシロキサン)の添加によってポジティブに影響を受けることが見出された。本発明によれば、NHで少なくとも2回(zweifach)官能基化されるポリオルガノシロキサンの添加によって、許容可能な破断時の伸びと組み合せて高い引張強度を得ること、そして圧縮変形(Druckverformungsrest)を改善すること、という上記の全てが可能である。本発明によれば、有利には、オルガノシランの添加がほとんど又は全く必要ないのみならず、オルガノシランを少量用いるか又は省くことが硬化物の物理的な特徴を改善する、すなわち、通常の濃度のオルガノシランの専らの使用(ausschliesslichen Verwendung)の場合と比較して、圧縮変形、破断時の伸び及び引張強度の間において、明確によりバランスが取れた平衡状態に結果的になることである。ポリオルガノシロキサンにおけるNH基での(分子ごとに)少なくとも2回(zweifache)の官能化は、物理的な特性(圧縮変形など)における決定的な改善を導くと思われる。対照的に、EP2660285A1における例によって述べた反応性シリコーン油は、NH基(単数)で単一的に(einfach)官能基化されて、そのためゴムマトリックスに対する単一性の(einfach)リンクを有し、そして第2のリンク又は架橋を構築する可能性が無い。
本発明によれば、複数の添加剤(カーボンブラックなどの更なる充填剤を含む)と一緒に作用させることが可能であり、高度に有利である。
更に、本発明のNH官能基化ポリオルガノシロキサンの添加によって、ゴム組成物の加工性能を改善することが可能である。ポジティブな効果は、例えば、金属表面からの遊離挙動に関して観察される。更に、ムーニー粘度の減少は、組成物の流動性を改善する。
第1の視点において、本発明は硬化可能ゴム組成物に関連し、該ゴム組成物は、
a)アミンで架橋可能な1種以上のゴム、
b)1種以上の白色充填剤、及び
c)分子ごとに少なくとも2つのNH基を有する1種以上のポリオルガノシロキサン、
を含み、
(i)100重量部の成分b)に対して、成分c)の総量が0.1〜8重量部であり、かつ、
(ii)100重量部の成分b)に対して、ゴム組成物におけるオルガノシランの総量が最大で4重量部である。
硬化可能ゴム組成物は、好ましくはa)1種以上のアミン架橋可能ゴム、b)1種以上の白色充填剤、及びc)分子ごとに少なくとも2つのNH基を有する1種以上のポリオルガノシロキサンを混合することによって生成され、そして、任意的に存在する下記の更なる構成要素が任意的に混合される。
1)硬化可能ゴム組成物(Vulkanisierbare Kautschukzusaitimensetzung)
a)アミン架橋可能ゴム(Mit Amin vernetzbarer Kautschuk)
本発明の硬化可能ゴム組成物は、a)1種以上のアミン架橋可能ゴムを含む。アミン架橋可能ゴムは、好ましくはAEM、ACM及びHNBRゴムから選択される。
ACMゴムは、例えばエチルアクリラート、n−ブチルアクリラート、及びアルコキシエチルアクリラートなどの、あるアクリラート類からなるコポリマーである。使用するアクリラート類及びその比率を調節することによって、車のエンジン区画内での温度安定性又は所定の流動体に対する耐性などの所望の特性が達成される。アクリルゴムの例は、EP2660285A1に記載される。
例えばカルボキシル基などの架橋化サイト(Vernetzungsstelle)は、ACMゴムのポリマー鎖に組み込まれる。ジアミンによって架橋化され得るタイプのACMも利用可能であり、ここでは使用される架橋化モノマー(Vernetzungsmonomer)は特に表示されない。モノマーの選択を介して、アクリルゴムの温度安定性を増加させることが可能である。そのようなタイプは、HT−ACMゴムとして市販されている。
AEMゴムは、エチレン及びメチルアクリラートのコポリマーであり、架橋化サイト、典型的にはカルボキシル官能性部位(Carboxylfunktionalitaet)を有する。エチレン及びメチルアクリラートの比率をある所定値に設定することで、ある温度における特徴及びある流動体(モーター油及びエンジン区画における攻撃性メディア(aggressive Medien))に対する耐性を制御することができる。例えば、メチルアクリラート成分の増加は、非極性のモーター油に対する耐性を増加させる。
HNBRゴムは、モノマーであるアクリロニトリル及びブタジエンに基づく。従来の仕方では、HNBRゴムは過酸化水素及び硫黄で架橋化することができる。それらはアクリロニトリル成分によって記載(規定)される。アクリロニトリルの成分量が高いと、ある流動性メディアに対するより良い耐性を導く。引張強度もポジティブに影響を受ける。ポリマー鎖中の2重結合の量がより多いほど、それぞれのHNBRゴムは硫黄架橋化に対してより良くアクセス可能になる。ジアミンで架橋化するためのHNBRゴムは、主鎖におけるモノマー状のアクリロニトリル及びブタジエンに加えて、アミン架橋のための適切な架橋化サイトも有する。HNBRゴムは、例えば、ゼオン社から入手することが可能である。利用可能なタイプ(Zetpol HP)(複数)は、アクリロニトリルの成分量が異なる。低いアクリロニトリルの成分量は低い温度安定性を増加させるが、高いアクリロニトリルの成分量は非極性流動体、鉱物油又は潤滑剤に対する耐性を改善することに非常に適する。
成分a)の量、すなわちアミン架橋可能ゴムの総量は、硬化可能ゴム組成物の重量に対して、好ましくは30〜90wt%であり、好ましくは40〜80wt%であり、特に50〜70wt%である。
b)白色充填剤
本発明の硬化可能ゴム組成物は、1種以上の白色充填剤を成分b)として含む。好ましい白色充填剤は、シリカ、ケイ酸、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムから選択される。これらの充填剤は、シランで表面を処理したものでもよい。
特に好ましい白色充填剤は、シリカ、ケイ酸及び炭酸カルシウムから選択される。
特に、成分b)はシリカである。
成分b)は、本発明の硬化可能ゴム組成物の中に、好ましくは5〜200重量部の量、好ましくは10〜100重量部(15〜90重量部など)、より好ましくは20〜80重量部、特に30〜70重量部(40〜60重量部など)、例えばおよそ50重量部で存在する(それぞれ100重量部のゴムに対して)。
c)NH−官能基化ポリオルガノシロキサン
更に、本発明の硬化可能ゴム組成物は、c)分子ごとに少なくとも2つのNH基を有する1種以上の官能基化したポリオルガノシロキサンを含む。
分子ごとに少なくとも2つのNH基を有するポリオルガノシロキサンは、好ましくは構造ユニットIを有する。
[R SiO[4−(x+a)]/2] (I)
NH基を有する残基(Rest)によって官能基化されるこの本発明のシロキサンユニットにおいて、
xは、1、2又は3と同等であり、好ましくは1であり;
aは、0、1又は2と同等であり、好ましくは1又は2、特に1であり;
Rは、メチル、エチル、プロピル、フェニル又はヒドロキシから選択される一価の残基であり、Rは特に好ましくはメチル又はヒドロキシであり、特にメチルであり;そして
はNH官能性(NH2-Funktionalisierung)を有する一価の有機残基である。
は、好ましくは以下のx〜zから選択される。
x)−R−NH
y)−R−N(R)−NH、及び
z)−R−N(R)−R−NH
ここで、R及びRは、互いに独立して1〜20個の炭素原子を有するアルキレン又はアルキレンオキシ基であり、好ましくは1〜5個の炭素原子を有するアルキレン基であり、そして
は、水素又は1〜5個の炭素原子を有するアルキル基である。
ポリオルガノシロキサン分子ごとの少なくとも2つのNH基は、好ましくは異なるR基(複数)に位置する。ポリオルガノシロキサン分子ごとの少なくとも2つのNH基は、特に好ましくは異なる構造ユニットIに位置する。特に、ポリオルガノシロキサン分子ごとの少なくとも2つのNHは、異なる構造ユニットIに位置する。
特に好ましくは、Rは、x)−R−NHであり、ここでRは、1〜5個の炭素原子を有するアルキレン基、好ましくは2〜4個の炭素原子を有するアルキレン基、特にprop−1,3−ジイル基である。従って、Rは、特に好ましくはアミノプロピル、NH(CH−である。
x=1である好ましい構造ユニットIは、a=1であるタイプDのサイドタイプ(seitenstaendige)(二官能性の(difunktionelle)、橋構造の(brueckenstaendige))の構造ユニット
[RRSiO2/2] (I)であり、
そして、a=2であるタイプMの端部Iにおける構造ユニット(末端構造ユニットI)
[RSiO1/2] (I)である。
本発明でのNH官能性を有するR基は、タイプIDのサイド構造ユニットの中に配されることが特に好ましい。本発明で使用のそのようなポリオルガノシロキサンは、末端のシロキサン基にNH基を有するポリオルガノシロキサン(すなわち、タイプI)と比較して、より容易にアクセス可能である。
上記のNH基を有する残基によって官能基化される構造ユニットI(特にサイドタイプI)に加えて、本発明で使用のポリオルガノシロキサンは、好ましくはタイプDのサイドタイプ構造ユニットIIを追加的に有する。
[R´SiO2/2] (II
ここで、残基R´は、同一又は異なるものであり(好ましくは同一のものであり)、酸素原子を介して結合することができる直線状、分枝状の又は環状の有機残基から選択され、そして、残基R´は好ましくはメチル、エチル、プロピル又はフェニルであり、特にメチルである。
1又は−特に好ましくは−2つのタイプMの末端構造ユニットIIIも、好ましくは本発明において使用のポリオルガノシロキサンに存在する
[R´´SiO1/2] (III
ここで、残基R´´は、同一又は異なるものであり、酸素原子を介して結合することができるヒドロキシ及び直線状、分枝状の又は環状の有機残基から選択され、そして残基R´´は好ましくはヒドロキシ、メチル、エチル、プロピル又はフェニルであり、特にヒドロキシ又はメチルである。特に好ましい実施形態において、残基R´´は同一のものであり、かつメチルである。更に特に好ましい実施形態においてIIIは[(CH(HO)SiO1/2]である。
従って、本発明において使用のポリオルガノシロキサンの好ましい構造は以下のとおりである:
[Im[In[IIo[III(2−n)
ここで、
(I)mは0〜40の範囲内であり、nは0、1又は2であり得る、ただし合計(m+n)は少なくとも2であり、そして合計(m+n)は好ましくは20までの範囲内である、
(ii)oは0〜1000の範囲内であり、そして
(iii)合計(m+o+2)は少なくとも3である。
好ましい実施形態において、本発明において使用のポリオルガノシロキサンにおいて官能基化されるシロキサンユニットの合計(m+n)は、2.0〜15であり、より好ましくは2.5〜10(例えば3.0〜8.0)であり、特に4.0〜6.0である。
好ましい実施形態において、nはゼロ(0)と同等である。ポリオルガノシロキサンにおいて、Rの官能性は好ましくは(実質的に専ら)サイドタイプ構造ユニットIに含まれる。この好ましい実施形態において、mは2.0〜15であり、より好ましくは2.5〜10(例えば3.0〜8.0)であり、特に4.0〜6.0である。
本発明において使用のポリオルガノシロキサンにおけるサイドタイプでありかつNH官能基化される構造ユニットIは、ポリシロキサン鎖に沿って、典型的かつ好ましくはブロックとして配されるのではなく、統計的に分布して配される。
本発明において使用のポリオルガノシロキサンは典型的には生成の際に一様な(einheitliche)化合物としては取得されないので、本発明の技術分野における知識を有する者にとって、パラメータm、n及びoが平均の値であることも自明である。
あるいは、好ましい実施形態において、nは1又は2と同等であり、好ましくは2である。すなわち、ポリオルガノシロキサンにおいて、Rの官能化は、モノ官能性(monofunktionellen)の(末端の)構造ユニットIに(少なくともそれにも)含まれる。
更に好ましい実施形態において、本発明において使用のポリオルガノシロキサンのシロキサンユニットの合計(m+o+2)は、25〜1000であり、より好ましくは35〜300であり、特に45〜200(55〜155など)である。
本発明において使用のポリオルガノシロキサンにおけるR基で置換されていないサイドタイプシロキサンユニットIIの数(すなわちo)は、好ましくは20〜1000であり、より好ましくは30〜300であり、特に40〜200(50〜150など)である。
本発明において使用のNH官能基化ポリオルガノシロキサンは、室温(25℃)で液体である高い粘度を有する化合物(複数)として存在し得る。
好ましくは、本発明のNH官能基化ポリオルガノシロキサンの総量、すなわち成分c)の量は、0.2〜7.0重量部、好ましくは0.5〜6.5重量部、より好ましくは1.0〜6.0重量部、特に1.5〜5.5重量部(2.0〜5.0重量部など)である(それぞれ100重量部の成分b)に対して)。
更に好ましい実施形態において、成分c)の総量は、0.1〜5.0重量部であり、好ましくは0.5〜4.5重量部であり、より好ましくは0.8〜4.0重量部であり、より好ましくは1.0〜3.5重量部であり、特に1.5〜3.0重量部である(それぞれ100重量部のゴム(phr)に対して)。
本発明において使用のポリオルガノシロキサンを生成する方法は、本願の技術分野の記載において公知であり、例えば、EP2660285A1が参照される。
d)アミン架橋剤
本発明の硬化可能ゴム組成物は、d)1種以上のアミン架橋剤を更に含み、ここでアミン架橋剤は好ましくはジアミンであり、好ましくは脂肪族の又は芳香族のジアミンである。
従って、アミン架橋可能ゴムは好ましくはジアミンで架橋化することができるゴムである。
脂肪族のジアミンは、好ましくはヘキサメチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミンカルバメートから選択され、ここで成分b)は、特にヘキサメチレンジアミンカルバメートである。
好ましい芳香族のジアミン(複数)は、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4−ジアミノジシクロヘキシルメタン及び4,4−ジアミノジフェニルエーテルである。
本発明によれば、成分d)の量が0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜8重量部、より好ましくは0.3〜7重量部であることが好ましい(それぞれ100重量部のゴムに対して)。
更なる成分
既に述べた成分a)〜d)に加えて、本発明の硬化可能ゴム組成物は好ましくは以下のものを更に含む。
e)100重量部のゴム(phr)に対して、0〜200重量部の1種以上の他の充填剤、好ましくはカーボンブラック、
f)0〜100phrの可塑剤、
g)0〜8phrの加工助剤、ここで加工助剤は好ましくはステアリン酸、オクタデシルアミン、リン酸エステル及びそれらの混合物から選択される、
h)0〜8phrのエイジング保護剤、及び/又は、
i)0〜10phrの加速システム
j)オルガノシランの制限量
本発明によれば、オルガノシランの量、特にアミノ基で官能基化されるオルガノシランの量は制限される。
本発明によれば、分子ごとに少なくとも2つのNH基を有する1種以上のポリオルガノシロキサンの存在が規定的(vorgeschrieben)である。ポリオルガノシロキサンはSi−O鎖を含むことにより特徴付けられる。すなわちシリコン原子は、酸素原子によって隣接するシリコン原子(複数)に対して結合される。対照的に、本発明において量が制限されるオルガノシランは、Si−O−Si結合を含まないことにより特徴付けられる。本発明において量が制限されるオルガノシランの例は、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)アミン及びビス−(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンである。
本発明の硬化可能ゴム組成物におけるオルガノシランの総量は、100重量部の成分b)に対して、最大で4重量部である。好ましくは、総量は、最大で3.5重量部(最大で3重量部など)であり、より好ましくは最大で2.5重量部(最大で2.0重量部又は最大で1.5重量部など)である(それぞれ100重量部の成分b)に対して)。
特に好ましくは、本発明のゴム組成物におけるオルガノシランの総量は、最大で1.0重量部、特に好ましくは最大で0.7重量部、特に最大で0.5重量部又は最大で0.3重量部である(それぞれ100重量部の成分b)に対して)。
更に好ましい実施形態において、ゴム組成物におけるオルガノシランの総量は、100重量部のゴムに対して最大で2重量部に制限される。オルガノシランの量は、好ましくは最大で1.5重量部(最大で1.0重量部など)、特に最大で0.5重量部である(それぞれ100重量部のゴムに対して)。
2)NH基で官能基化されたポリオルガノシロキサンの使用
本発明において、少なくとも2つのNH基で官能基化されたポリオルガノシロキサンは、圧縮変形を改善するために使用される。従って、更なる視点において、本発明は、以下のものを含む硬化可能ゴム組成物における、分子ごとに少なくとも2つのNH基を有するポリオルガノシロキサンの、硬化ゴムの圧縮変形を減少させるための使用に関する。
a)1種以上のアミン架橋可能ゴム、及び
b)1種以上の白色充填剤
ここで、
(i)ゴム組成物における分子ごとに少なくとも2つのNH基を有するポリオルガノシロキサンの総量は、100重量部の成分b)に対して、0.1〜8重量部であり、
(ii)ゴム組成物におけるオルガノシランの総量は、100重量部の成分b)に対して最大で4重量部である。
更に、本発明はゴムを硬化する方法に関し、ここで本発明の硬化可能ゴム組成物は例えば120℃〜250℃の温度で硬化される。
3)硬化ゴム及び製品
更なる視点において、本発明は、硬化可能ゴム組成物を硬化させることによって取得することができる硬化ゴムに関する。
更なる視点において、本発明は、本発明の硬化ゴムを含む製品に関連する。製品の例は、より長期間にわたって高い温度に曝すことができ、かつ更に攻撃性メディアに対して耐性のものでなければならない。これは、特に自動車利用におけるケース、例えば、エンジン空間におけるホース、エンジン空間におけるシール、油だめガスケット、ジョイントブーツ、連結ラインの絶縁、衝撃吸収材のためのものである。
本発明の利点は、特に以下の実施例から明白である。全ての量は、他に記載されない限り、重量に関連する。
以下の化学物質を使用した。(表1)

表1
Figure 2018518586

更に、本発明に従って、以下のポリオルガノシロキサンを使用した。
POS1−4
プロピルスペーサを有して側鎖に統計的に分布するy個の第1級アミンを追加的に保有する(すなわち、Rはアミノプロピルである)、x個のジメチルシロキサンユニットを有するポリジメチルシロキサン:

POS1、2: x=100、y=4
POS3: x=100、y=2
POS4: x=200、y=8
POS5
側鎖に統計的に分布する4個のアミノプロピル−アミノエチルタイプの基を追加的に保有する、100個のジメチルシロキサンユニットを有するポリジメチルシロキサン。結果的に、各官能基には、第2級アミン(NH)基及び第1級アミン(NH)基が存在する。
テスト方法
ムーニー粘度:ISO289−1 非硬化(Unvulkanisierter)ゴム−剪断式ディスク粘度計を使用して測定−Part1:ムーニー粘度の測定
ショアA硬度:DIN ISO7619−1:2012−02 エラストマ又は熱可塑性エラストマ−圧入硬度の測定−Part1:デュロメータ方法(ショア硬度)
引張強度/ストレス値/破断時の伸び:ゴム及びエラストマのDIN53504テスト−(破断時の)引張強度、(製造時の)引張応力の測定、引張テストにおける破断時の伸び及びストレス値の測定
引裂き強度:DIN ISO34−1DIN エラストマ又は熱可塑性エラストマ−引裂き強度の測定−Part1:帯状、アングル形、湾曲形のテスト片
圧縮変形(Druckverformungsrest):DIN ISO815 エラストマ又は熱可塑性エラストマ−圧縮変形の測定−Part1:環境温度又は上昇温度における
実施例1(HNBRゴムを含む)
100重量部(=100phr)のHNBRゴム(Zetpol ZPT136)、50重量部のシリカ(Ultrasil VN2GR)、5重量部の可塑剤(Alcanplast TOTM)、1.5重量部のAlchem MBPA(CDPA)、1重量部のステアリン酸及び1重量部の加工助剤(Vanfre VAM)の混合物を、研究室内ミキサにおける上下混合プロセス(Upsidedown-Mischverfahren)によって生成し、そしてロールミルを使用して粗いシート(Fell)に押出した。研究室内ミキサは、1.5Lの体積及び正接ローター幾何構造(tangentiale Rotorgeometrie)(1.5N)を有した。開始温度は60℃であり、速度は55rpmであった。
第2の生成ステップにおいて、4重量部の加速剤(Rhenogran XLA−60)、2.6重量部の架橋剤(DIAK#1)、及びアミノ官能基化ポリオルガノシロキサン(Amino-funktionalisierten Polyorganosiloxane)(使用の)を、ロールミルを使用して混合した。ロールミルの温度は50℃(水冷)であった。
実施例2(HNBRゴムを含む)
100重量部のHNBRゴム(Zetpol ZPT136)を、GK1.5Nの研究室内ミキサ内に、50℃の開始温度、55rpmの速度で置いた。30秒後に、2/3量のシリカ(Ultrasil VN2 GR)、可塑剤(TOTM)、加工助剤(Vanfre VAM及びステアリン酸)及び抗酸化剤(Alchem MBPA(CDPA))を導入した。90秒後(更に60秒後)に、1/3量のシリカ(VN2 GR)及びNH官能基化ポリオルガノシロキサン(添加する場合には)を加えた。150秒後に圧延機(Stempel)を換気(belueftet)及びスィープし(gefegt)、そして240秒後(更に90秒後)に混合プロセスを終了して、混合物を取り出した。
第2の生成ステップにおいて、4重量部の加速剤(Rhenogran XLA−60)及び2.6重量部の架橋剤(DIAK#1)を、ロールミルを使用して混合した。ロールミルの温度は50℃(水冷)であった。
実施例3(HT−ACMゴムを含む)
100重量部(=100phr)のHT−ACMゴム(Hytemp AR12)、50重量部のシリカ(Ultrasil VN2GR)、5重量部の可塑剤(Alcanplast TOTM)、1.5重量部の(Alchem MBPA(CDPA))、1重量部のステアリン酸及び1重量部の加工助剤(Vanfre VAM)の混合物を、研究室内ミキサにおける上下混合プロセスによって生成し、そしてロールミルを使用して粗いシートを押出した。研究室内ミキサは、1.5Lの体積及び正接ローター幾何構造(1.5N)を有した。開始温度は30℃であり、速度は70rpmであった。
第2の生成ステップにおいて、2重量部の加速剤(Rhenogran XLA−60)及び0.5重量部の架橋剤(DIAK#1)を、ロールミルを使用して混合した。ロールミルの温度はおよそ45℃(水冷)であった。
硬化(Vulkanisation)に関して、2mmのテストプレート(Pruefplatten)は190℃で20分間硬化し、6mmのテスト片(Pruefkoerper)は30分間硬化した。その後に全ての硬化したテスト片は、乾燥キャビネットの中で175℃で4時間テンパーした(getempert)。
組成物(重量部、表3):

表3
Figure 2018518586

以下の結果物を取得した(表4):

表4
Figure 2018518586

圧縮変形(Druckverformungsrest:DVR)は、ポリオルガノシロキサンPOS1(本発明おいて使用の)を含むHT−ACMゴム組成物(A1)の場合に、明確に改善された。添加剤を含まないコントロール組成物(A2)と比較して、圧縮変形は23.8%減少する。引張強度の値も改善される(9.8mpaから11.4mpaへの増加。改善された圧縮変形は、破断時の伸び(371%から317%へ)及び引裂き強度についてのより低い値にも反映される。
HNBRを含む例 #1
これらのHNBRゴム組成物において、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)は、第1のステップの間に混合した(表5)。硬化に関して、2mmのテストプレートは170℃で20分間硬化し、6mmのテスト片は22分間硬化した。全ての硬化したテスト片は、乾燥キャビネットの中で175℃で4時間テンパーした。
アミノシランを含むHNBRゴム組成物と比較して、本発明において使用のアミノシラン、ポリオルガノシロキサンのいずれも含まないHNBRコントロール組成物と比較して、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)は、シリカ(Kieselsaeure)を含むHNBRゴム組成物における2つの異なる濃度でテストした。

表5
Figure 2018518586

結果は、下記の表6に示される。

表6
Figure 2018518586

コントロール組成物B1と比較して、アミノシランを使用することによって(ゴム組成物B4)、圧縮変形を明確に減少させることが可能である。しかしながら、B4の引張強度及び破断時の伸びに関する値は、組成物B1の初期値(Ausgangswerte)には到達しない。特に、破断時の伸びはおよそ100%の値まで明確に減少し、実用的な適用のためには低過ぎであろう。圧縮変形については低い値が望まれ得るが、破断時の伸びに関する許容可能な結果(ここでは明確に100%を上回るもの)と組み合わさることを前提とする。反対に、本発明おいて使用のポリオルガノシロキサンの添加によって、コントロール組成物B1の値を上回る引張強度が達成される(ゴム組成物B2及びB3を参照)。さらに、組成物B1と比較した場合には減少するが組成物B4の場合よりも明らかに高い破断時の伸びと組み合わせて、より低い圧縮変形が達成される。
HNBRを含む例 #2:
これらのHNBRゴム組成物において、本発明において使用のポリオルガノシロキサンは、第1のステップの間に混合した(表7)。硬化に関して、2mmのテストプレートは170℃で20分間硬化し、6mmのテスト片は22分間硬化した。全ての硬化したテスト片は、乾燥キャビネットの中で175℃で4時間テンパーした。
試験を実行して、以下のものを比較した:
−低い及び高いドーズのアミノシランを含むゴム組成物
−本発明において使用のアミノシランとポリオルガノシロキサンとの組み合わせを含むゴム組成物
−本発明において使用のポリオルガノシロキサンのみを含むゴム組成物

表7
Figure 2018518586

より高いドーズのアミノシランは、より低い引張強度をもたらす(表8参照)。1.5phrのアミノシランを含むHNBRゴム組成物C1に関する値、及び0.5phrのアミノシランを含むHNBRゴム組成物C2に関する値は、13.4mpa及び21.0mpaであった。HNBRゴム組成物(1.0phrのアミノシランを含む)に関して測定された16.2mpaの値(B4を参照)は、C1及びC2の引張強度のおよそ中間である。
引張強度は、本発明おいて使用のポリオルガノシロキサンの添加によってわずかに減少する(0.5phrのアミノシランに加えて2phrの追加のポリオルガノシロキサン(本発明おいて使用の)を添加したHNBRゴム組成物C3を参照)。
さらに、アミノシランのドーズを1.0phrから0.5phrへ減少させるのみで、引張強度又は破断時の伸びを改善することに幾分成功する(B4及びC2を参照)。
引張強度、破断時の伸び及び圧縮変形の組み合わせに関して、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)によって達成される値(B2を参照)は、達成されないままである。

表8
Figure 2018518586

HNBRを含む例 #3:
これらのHNBRゴム組成物において、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)には、第2のステップにおいてロールミルの中でHNBRゴム組成物の架橋化システムを添加した(表9)。
硬化に関して、2mmのテストプレートは170℃で20分間硬化し、6mmのテスト片は22分間硬化した。全ての硬化したテスト片は、乾燥キャビネットの中で175℃で4時間テンパーした。
HNBRゴム組成物D1〜D5は、ポリオルガノシロキサンを含有しないコントロール組成物D1を含む(表10参照)。HNBRゴム組成物D2〜D5は、異なる数の官能性及び異なる濃度のポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)を各々異なる態様で含む。
以下のテストを実行した:
−ポリオルガノシロキサンの濃度が異なる(D2及びD3の比較)
−それぞれのHNBRゴム組成物は、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)の濃度は同一であるが、ポリオルガノシロキサンにおけるNHの官能性の数が異なる(D2及びD4の比較)
−HNBRゴム組成物は、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)の濃度は同一であり、鎖長に対するアミン官能性の割合が同一である(D2及びD5)

表10
Figure 2018518586

結果は表11に示される。

表11
Figure 2018518586

引張強度の値は、使用した濃度並びに鎖あたりの利用可能なNH基の数に対する依存性を示す。HNBRゴム組成物におけるポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)の濃度がより高ければ、圧縮変形がより低くなる。4phrのポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)を有するHNBRゴム組成物D2は、2phrのみの同一のポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)を含む組成物D3に比べてより低い圧縮変形を有する。
HNBRゴム組成物におけるポリオルガノシロキサンの濃度が同一であるという条件においてポリオルガノシロキサン分子あたりのNH基の数が変化すると、分子あたりのNH基の数がより少ないポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)は、より高い圧縮変形を結果としてもたらす。(D2及びD4の比較)
鎖長と、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)に存在するNH基の数との割合が同一であれば、それぞれのHNBRゴム組成物はおよそ同程度の圧縮変形を結果としてもたらす。
引張強度の値は、コントロール組成物D1のものとほとんど同程度であるが、ここでは、それぞれのポリオルガノシロキサンに存在するよりNH基がより多ければ、引張強度がより高いという明らかな傾向も存在する。
AEMゴム(Vamac)を含む例
25重量部のシリカ(Ultrasil VN2GR)、30重量部のカーボンブラック(N−550)、1.5重量部の抗酸化剤(Luvomaxx CDPA)、10重量部の可塑剤(Struktol KW759)、1.5重量部のステアリン酸、1重量部の加工助剤(Vanfre VAM)、0.5重量部の加工助剤オクタデシルアミン(Armeen 18D)の混合物(組成物E2及びE3に関しては、それぞれ0.5重量部のアミノシランを含む)を、研究室内ミキサの中で40℃での開始温度で50rpmの上下混合プロセスに供し、30秒後に100重量部(=100phr)のAEMゴム(Vamac GLS)を添加した。
組成物E5は、Vanfre VAMを含まず、1phrのステアリン酸のみを含んだ。
更に1:30分(1分30秒)後(合計で2:00分後)に、ゴム組成物E3〜E5のケースでは各ケースにおいて所定の量のポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)を添加し(表12参照)、そして研究室内ミキサを再び閉じた。合計で3:30分後に、混合プロセスを終了して、ゴム組成物を取り出した。混合終了の直後に、ロールミル(水冷、最大の冷却)に(ゴム組成物に対して)加速システム又は架橋化システムを添加した。

表12
Figure 2018518586

硬化のために、180℃で10分間全てのテスト片を硬化した。次に全ての硬化したテスト片を、乾燥キャビネットの中で175℃で4時間テンパーした。結果を表13に示す。

表13
Figure 2018518586

1重量部のポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)を添加することによって、ショア硬度及び引張強度を改善することに成功する(E1とE4の比較)。さらに、圧縮変形が11.9%改善される。例E2においてアミノシランを添加することによって、ショア硬度及び圧縮変形を更に増加(改善)させることが可能である。しかしながら、引張強度の値は、アミノシランを含まないコントロール組成物E1のレベルのままである。さらに、破断時の伸びは150%減少する。
アミノシラン及びポリオルガノシロキサン(本発明の)の組み合わせ(E3)を使用することによって、アミノシランのみを含む例E2と比較して、圧縮変形が更に3.7%減少する。
従って、ポリオルガノシロキサン(本発明において使用の)を含む例E4の組成物は、例E2の組成物と比較して、より大きな引張強度及びより高い破断時の伸びを有する。
アミノシラン、1phrのVanfre VAM及び0.5phrのステアリン酸に代り2倍量のポリオルガノシロキサンを使用した例E5は、例E4(アミノシラン及びポリオルガノシロキサンを含む)のレベルまで、圧縮変形の減少を導く。

Claims (16)

  1. a)1種以上のアミン架橋可能ゴム、
    b)1種以上の白色充填剤、及び
    c)分子ごとに少なくとも2つのNH基を有する1種以上のポリオルガノシロキサン、を含み、
    i)100重量部の成分b)に対して、成分c)の総量が0.1〜8重量部であり、かつ
    ii)100重量部の成分b)に対して、ゴム組成物におけるオルガノシランの総量が最大で4重量部である、
    硬化可能ゴム組成物。
  2. アミン架橋可能ゴムa)が、AEM、ACM及びHNBRゴムから選択されることを特徴とする請求項1に記載の硬化可能ゴム組成物。
  3. 硬化可能ゴム組成物の重量に対して、成分a)が、30〜90wt%の量で存在することを特徴とする請求項1又は2に記載の硬化可能ゴム組成物。
  4. 白色充填剤が、シリカ、ケイ酸、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムから選択され、好ましくは白色充填剤がシリカ、ケイ酸及び炭酸カルシウムから選択され、特に成分b)がシリカであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物。
  5. 100重量部のゴムに対して、成分b)が、5〜200重量部、好ましくは10〜100重量部(15〜90重量部など)、より好ましくは20〜80重量部、特に30〜70重量部(40〜60重量部、例えばおよそ50重量部)の量で存在することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物。
  6. 分子ごとに少なくとも2つのNH基を有するポリオルガノシロキサンが、下記の構造ユニットIを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物:
    [R SiO[4―(x+a)]/2] (I)
    式(I)において、
    xは1、2又は3と同等であり、好ましくは1であり、
    aは0、1又は2と同等であり、好ましくは1又は2、特に1であり、
    Rは、メチル、エチル、プロピル、フェニル又はヒドロキシから選択される一価の残基であり、そしてRは特に好ましくはメチル又はヒドロキシ、特にメチルであり、
    は、NH官能性を有する一価の有機残基であり、
    ここでR
    x)−R−NH
    y)−R−N(R)−NH、及び
    z)−R−N(R)−R−NHから好ましくは選択され、
    及びRは、互いに独立して1〜20個の炭素原子を有するアルキレン又はアルキレンオキシ基、好ましくは1〜5個の炭素原子を有するアルキレン基であり、
    は、水素又は1〜5個の炭素原子を有するアルキル基であり、
    ここでRは、特にx)−R−NHであり、かつ、Rは1〜5個の炭素原子を有するアルキレン基、好ましくは2〜4個の炭素原子を有するアルキレン基、特にprop−1,3−ジイル基である。
  7. ポリオルガノシロキサンが、2.5〜10.0個の構造ユニットI、特に3.0〜8.0個の構造ユニットIを有することを特徴とする請求項6に記載の硬化可能ゴム組成物。
  8. 100重量部の成分b)に対して、成分c)が0.2〜7.0重量部、好ましくは0.5〜6.5重量部、より好ましくは1.0〜6.0重量部、特に1.5〜5.5重量部(2.0〜5.0重量部など)の量で存在することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物。
  9. d)1種以上のアミン架橋剤を更に含み、
    ここで、アミン架橋剤が、好ましくはジアミン、好ましくは脂肪族の又は芳香族のジアミンであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物。
  10. 脂肪族のジアミンが、ヘキサメチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミンカルバメートから選択され、ここで成分b)が特にヘキサメチレンジアミンカルバメートであることを特徴とする請求項9に記載の硬化可能ゴム組成物。
  11. 芳香族のジアミンが、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4−ジアミノジシクロヘキシルメタン又は4,4−ジアミノジフェニルエーテルであることを特徴とする請求項9に記載の硬化可能ゴム組成物。
  12. 100重量部のゴムに対して、成分d)が、0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜8重量部、より好ましくは0.3〜7重量部の総量で存在することを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物。
  13. e)100重量部のゴム(phr)に対して、0〜200重量部の1種以上の他の充填剤、好ましくはカーボンブラック、
    f)0〜100phrの可塑剤、
    g)0〜8phrの加工助剤、ここで加工助剤は好ましくはステアリン酸、オクタデシルアミン、リン酸エステル及びその混合物から選択される、
    h)0〜8phrのエイジング保護剤、及び/又は、
    i)0〜10phrの加速システム、
    を更に含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の硬化可能ゴム組成物を硬化することによって得られる硬化ゴム。
  15. 請求項14に記載の硬化ゴムを含む製品。
  16. 硬化可能ゴム組成物における分子ごとに少なくとも2つのNH基を有するポリオルガノシロキサンの使用であって、
    硬化可能ゴム組成物が
    a)1種以上のアミン架橋可能ゴム、及び
    b)1種以上の白色充填剤、を含み、
    (i)100重量部の成分b)に対して、分子ごとに少なくとも2つのNH基を有するポリオルガノシロキサンの総量が、0.1〜8重量部であり、かつ、
    (ii)100重量部の成分b)に対して、ゴム組成物におけるオルガノシランの総量が最大で4重量部であり、
    硬化ゴムの圧縮変形を減少させる、
    使用。
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