JP2021011559A - ゴム状組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ゴム成分(A)には、加硫または架橋可能なゴム、熱可塑性エラストマーが含まれる。ゴムおよび熱可塑性エラストマーは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
セルロース(B)としては、リグニン、ヘミセルロースなどの非セルロース成分の含有量が少ないパルプ、例えば、植物由来のセルロース原料{例えば、木材[例えば、針葉樹(マツ、モミ、トウヒ、ツガ、スギなど)、広葉樹(ブナ、カバ、ポプラ、カエデなど)など]、草本類[麻類(麻、亜麻、マニラ麻、ラミーなど)、ワラ、バガス、ミツマタなど]、種子毛繊維(コットンリンター、ボンバックス綿、カポックなど)、竹、サトウキビなど}、動物由来のセルロース原料(ホヤセルロースなど)、バクテリア由来のセルロース原料(ナタデココに含まれるセルロースなど)などから製造されたパルプなどが例示できる。これらのセルロースは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのセルロースのうち、木材パルプ(例えば、針葉樹パルプ、広葉樹パルプなど)、種子毛繊維パルプ(例えば、コットンリンターパルプ)由来のセルロースなどが好ましい。なお、パルプは、パルプ材を機械的に処理した機械パルプであってもよいが、非セルロース成分の含有量が少ない点から、パルプ材を化学的に処理した化学パルプが好ましい。
9,9位にアリール基を有するフルオレン化合物(C)は、セルロース(B)をゴム成分(A)中に均一に分散させるための相容化剤または分散剤として機能し、ゴム成分(A)中にセルロース(B)を均一に分散させることにより、ゴム状組成物の機械的特性を大きく向上できる。
本発明のゴム状組成物[特に、ゴム成分(A)がゴムである加硫ゴム組成物]は、硬度や強度などの機械的特性を向上させるために、ゴム成分(A)、セルロース(B)およびフルオレン化合物(C)に加えて、補強剤(D)をさらに含む。
本発明のゴム状組成物[特に、ゴム成分(A)がゴムである加硫ゴム組成物]は、セルロース(B)の組成物中における分散性や組成物の機械的特性を向上させるために、ゴム成分(A)、セルロース(B)、前記フルオレン化合物(C)および補強剤(D)に加えて、軟化剤(E)をさらに含む。
本発明のゴム状組成物[特に、ゴム成分(A)がゴムである加硫ゴム組成物]は、引裂強さを向上させるために、ゴム成分(A)、セルロース(B)、フルオレン化合物(C)、補強剤(D)および軟化剤(E)に加えて、シランカップリング剤(F)をさらに含んでいてもよい。
本発明のゴム状組成物[特に、ゴム成分(A)がゴムである加硫ゴム組成物]は、成形性などを向上させるために、ゴム成分(A)、セルロース(B)、フルオレン化合物(C)、補強剤(D)および軟化剤(E)に加えて、可塑剤(G)をさらに含んでいてもよい。可塑剤(G)としては、例えば、ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィン、脂肪酸アマイドなどが挙げられる。これらの可塑剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、ステアリン酸などの高級脂肪酸が好ましい。可塑剤(G)の割合は、ゴム成分(A)100質量部に対して、例えば0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜5質量部、さらに好ましくは1〜3質量部である。可塑剤(G)の割合が少なすぎると、成形性を向上する効果が低下する虞があり、逆に多すぎると、ゴム状組成物の機械的特性が低下する虞がある。
本発明のゴム状組成物は、ゴム成分(A)がゴムである場合、通常、加硫剤(H)を含んでいる。加硫剤(H)としては、ゴムの種類に応じて、慣用の加硫剤を利用できる。加硫剤(H)には、硫黄系加硫剤、有機過酸化物が含まれる。
本発明のゴム状組成物は、ゴム成分(A)がゴムである場合、加硫を促進するために、加硫助剤(I)をさらに含んでいてもよい。加硫助剤(または共架橋剤)(H)には、例えば、有機系加硫促進剤[例えば、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(CBS)、N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(TBBS)などのスルフェンアミド系促進剤;テトラメチルチウラムモノスルフィド(TMTM)、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)などのチウラム系促進剤;2−メルカプトベンゾチアゾール(MBT)、MBTの亜鉛塩、ジベンゾチアジルジスルフィド(MBTS)などのチアゾール系促進剤;トリメチルチオ尿素(TMU)、ジエチルチオ尿素(EDE)などのチオウレア系促進剤;ジフェニルグアニジン(DPG)、ジオルトトリルグアニジン(DOTG)などのグアニジン系促進剤;ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウムなどのジチオカルバミン酸系促進剤;イソプロピルキサントゲン酸亜鉛などのキサントゲン酸塩系促進剤;ヘキサンメチレンテトラミンなどのアルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系促進剤など]、多官能(イソ)シアヌレート[例えば、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリアリルシアヌレート(TAC)など]、ポリジエン(例えば、1,2−ポリブタジエンなど)、不飽和カルボン酸の金属塩[例えば、(メタ)アクリル酸亜鉛などの(メタ)アクリル酸多価金属塩]、多官能(メタ)アクリレート[例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのアルカンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールポリ(メタ)アクリレート]、芳香族マレイミド(N,N’−m−フェニレンジマレイミドなどのアレーンビスマレイミドなど)、無機系助剤[酸化亜鉛(亜鉛華)、酸化マグネシウムなど]などが挙げられる。
本発明のゴム状組成物は、ゴム成分(A)の種類に応じて、慣用の添加剤を含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、例えば、樹脂成分(熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂など)、溶剤、加硫遅延剤、分散剤、老化または酸化防止剤(芳香族アミン系、ベンズイミダゾール系老化防止剤など)、着色剤(例えば、染顔料など)、粘着付与剤、カップリング剤(F)、安定剤(紫外線吸収剤、耐光安定剤、熱安定剤など)、離型剤、潤滑剤、難燃剤(リン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤など)、制振付与剤、難燃助剤、帯電防止剤、導電剤、流動調整剤、レベリング剤、消泡剤、表面改質剤、低応力化剤、核剤、結晶化促進剤、抗菌剤、防腐剤などが挙げられる。
本発明のゴム状組成物は、前記ゴム成分(A)とセルロース(B)と9,9−ビス(アリール)フルオレン骨格を有するフルオレン化合物(C)と補強剤(D)と軟化剤(E)とを含み、前記ゴム成分(A)と前記補強剤(D)との混合物に、前記セルロース(A)と前記フルオレン化合物(C)と前記軟化剤(E)の少なくとも一部とを添加して混合することにより、前記セルロース(B)をゴム組成物中に均一に分散できる。特に、前記セルロース(B)をゴム組成物中に高度に均一分散できる点から、前記セルロース(A)、前記フルオレン化合物(C)および前記軟化剤(E)の少なくとも一部との添加方法としては、前記セルロース(B)と前記フルオレン化合物(C)とを予め混合して調製した予備混合物を添加する方法が好ましく、前記セルロース(B)と前記フルオレン化合物(C)と前記軟化剤(E)の少なくとも一部とを予め混合して調製した予備混合物を添加する方法が特に好ましい。セルロースの分散性が向上するメカニズムは明確ではないが、前記フルオレン化合物(C)が相容化作用を示すとともに、軟化剤(E)をゴム成分(A)とともに一括して混合せずに、軟化剤(E)の一部を予めセルロースおよびフルオレン化合物と組み合わせて用いることにより、濡れ状態を形成(または流動性を付与)して前記セルロース(B)の凝集を抑制して、前記セルロース(B)と前記フルオレン化合物(C)とを均一に混合できることなどに起因すると推定できる。
本発明のゴム状組成物は、ゴム成分(A)と補強剤(D)とを混合して第1の混合物を調製する第1の混合工程、第1の混合物とセルロース(B)とフルオレン化合物(C)と軟化剤(E)の一部である第2の軟化剤とを混合して第2の混合物を調製する第2の混合工程を経て得られる。
第1の混合工程において、ゴム成分(A)と補強剤(D)との混合方法は、ゴム成分(A)の種類に応じて適宜選択できる。第1の混合工程では、さらに他の添加剤とともに混合して第1の混合物を調製してもよい。他の添加剤としては、軟化剤(E)の残部である第1の軟化剤、可塑剤(G)、加硫剤(H)、加硫助剤(I)などが挙げられる。なお、後述するように、シランカップリング剤(F)は第2の混合工程で添加するのが好ましい。
本発明では、セルロース(B)および前記フルオレン化合物(C)を第2の混合工程で前記第1の混合物と混合することにより、組成物中において、セルロース(B)の表面が前記フルオレン化合物(C)で被覆された複合体を生成できるが、セルロース(B)および前記フルオレン化合物(C)とともに、第2の軟化剤も混合することにより、組成物中でのセルロース(B)(特にナノ繊維)の分散性を向上できる。
本発明では、第1の予備混合工程において、セルロース(B)とフルオレン化合物(C)とを混合して第1の予備混合物を調製することにより、セルロース(B)の表面の少なくとも一部がフルオレン化合物(C)で被覆された複合体を効率的に形成できるためか、ゴム成分と混合した第2の混合物においても複合体の割合を向上できる。さらに、第2の予備混合工程において、第2の軟化剤もセルロース(B)およびフルオレン化合物(C)とともに混合して第2の予備混合物を調製することにより、軟化剤によりセルロース(B)の凝集を抑制しつつ、セルロース(B)の表面の少なくとも一部をフルオレン化合物(C)で被覆できるためか、前記セルロース(B)をゴム状組成物中に高度に均一に分散できる。
ゴム成分(A)がゴムである場合、第2の混合工程で得られた未加硫ゴム組成物を所定の形状に成形した状態で加硫する加硫工程を経て加硫ゴム組成物が得られる。加硫工程において、加硫温度は、ゴムの種類に応じて選択でき、例えば100〜250℃、好ましくは150〜200℃、さらに好ましくは160〜190℃程度である。
BPEF:9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、大阪ガスケミカル(株)製
SBR:JSR(株)製「JSR 1502」
CB N234:東海カーボン(株)製「シースト7HM」
プロセスオイル:H&R(株)製「Vivatec500(TDAE)」
ナフテン油:三共油化工業(株)製「SNH−22」
亜鉛華:三井金属鉱業(株)製「亜鉛華1号」
ステアリン酸:日油(株)製「ビーズステアリン酸つばき」
硫黄:鶴見化学(株)製「粉末硫黄」
促進剤CBS:大内新興化学工業(株)製「ノクセラーCZ−G」
シランカップリング剤A:エボニック社製「シラノグランSI−69」
シランカップリング剤B:モメンティブ社製「NXT−Z45」。
JIS K6251に準拠し、25〜300%引張応力、引張強さ、伸び率を測定した。
JIS K6252に準拠し、引裂強さを測定した。
JIS K6253タイプAに準拠し、デュロメータ硬さを測定した。
JIS K6268に準拠し、密度を測定した。
加硫ブレス後のシート状成形体10枚について、表面における長径200μm以上の凝集部の数を測定し、平均値を求めた。
表1に示す割合の各成分を加圧式ニーダー(モリヤマ(株)製、容量10リットル)を用いて、温度150℃で混練し、未加硫ゴム組成物を調製した。得られた組成物を、加硫温度180℃でプレス加硫し、シート状加硫ゴム組成物(長さ99mm×幅96mm×厚み2mm)を得た。
(第1の予備混合工程)
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50質量%以上含む植物由来のセルロースナノ繊維を含む水湿潤体150g(固形分20質量%、セルロースナノ繊維30g含有)に、シクロヘキサノン1800gとBPEF15g(セルロースナノ繊維100質量部に対し、BPEF50質量部)を加え、撹拌機(新東科学(株)製「スリーワンモータ」)を用いて、600rpmで10分間攪拌した後、ロータリーエバポレータを用いて、80℃で減圧して湿潤した150gの第1の予備混合物(BPEF−CNF複合体)を得た。なお、使用した原料であるセルロースナノ繊維のSEM写真を図1に示す。セルロースナノ繊維は、平均繊維径114nmの連続繊維(長繊維)であった。さらに、得られたBPEF−CNF複合体をSEMで観察したところ、図2に示すように、解繊が進んだ箇所でのセルロースナノ繊維の表面に粒状のBPEFが付着しており、図3に示すように、解繊が十分に進まなかった箇所では、セルロース繊維の表面がBPEFで被覆されていた。
表2に示す割合の各成分を加圧式ニーダー(モリヤマ(株)製、容量10リットル)を用いて、温度150℃で混練し、第1の混合物(未加硫ゴム組成物)を調製した。
第1の混合物100質量部に対して、バンバリーミキサー((株)神戸製鋼所製、容量1.8リットル)を用いて、150℃において、第1の予備混合物をセルロース繊維固形分量換算で3質量部、ナフテン油を4.5質量部添加し、第2の混合物(BPEF−CNF複合体を含む未加硫ゴム組成物)を調製した。
得られた第2の混合物を、加硫温度180℃でプレス加硫し、シート状加硫ゴム組成物(長さ99mm×幅96mm×厚み2mm)を得た。
(第2の予備混合工程)
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50質量%以上含む植物由来のセルロースナノ繊維を含む水湿潤体150g(固形分20質量%、セルロースナノ繊維30g含有)に、シクロヘキサノン1800gとナフテン油45gとBPEF15g(セルロースナノ繊維100質量部に対し、ナフテン油150質量部、BPEF50質量部)を加え、前記撹拌機を用いて、600rpmで10分間攪拌した後、ロータリーエバポレータを用いて、80℃で減圧して湿潤した150gの第2の予備混合物(BPEF−CNF複合体とナフテン油との混合物)を得た。
実施例1で得られた第1の混合物100質量部に対して、前記バンバリーミキサーを用いて、150℃において、第2の予備混合物をセルロース繊維固形分量換算で3質量部添加し、第2の混合物(BPEF−CNF複合体とナフテン油との混合物を含む未加硫ゴム組成物)を調製した。
得られた第2の混合物を、加硫温度180℃でプレス加硫し、シート状加硫ゴム組成物(長さ99mm×幅96mm×厚み2mm)を得た。
(第2の混合工程)
実施例1で得られた第1の混合物100質量部に対して、前記バンバリーミキサーを用いて、150℃において、実施例2で得られた第2の予備混合物をセルロース繊維固形分量換算で3質量部、シランカップリング剤A0.3質量部添加し、第2の混合物(BPEF−CNF複合体とナフテン油との混合物およびシランカップリング剤Aを含む未加硫ゴム組成物)を調製した。
得られた第2の混合物を、加硫温度180℃でプレス加硫し、シート状加硫ゴム組成物(長さ99mm×幅96mm×厚み2mm)を得た。
(第2の混合工程)
実施例1で得られた第1の混合物100質量部に対して、前記バンバリーミキサーを用いて、150℃において、実施例2で得られた第2の予備混合物をセルロース繊維固形分量換算で3質量部、シランカップリング剤Bを0.3質量部添加し、第2の混合物(BPEF−CNF複合体とナフテン油との混合物およびシランカップリング剤Bを含む未加硫ゴム組成物)を調製した。
得られた第2の混合物を、加硫温度180℃でプレス加硫し、シート状加硫ゴム組成物(長さ99mm×幅96mm×厚み2mm)を得た。
Claims (18)
- ゴム成分(A)とセルロース(B)と9,9−ビス(アリール)フルオレン骨格を有するフルオレン化合物(C)と補強剤(D)と軟化剤(E)とを含み、シート状に成形したとき、前記シート状成形体の表面において、長径が200μm以上である前記セルロース(B)の凝集部の数が30個/(10cm)2以下であるゴム状組成物。
- フルオレン化合物(C)が、下記式(1)で表される化合物である請求項1記載のゴム状組成物。
- 式(1)において、X1が、基−[(OA)m1−Y1](式中、Aはアルキレン基、Y1はヒドロキシル基またはグリシジルオキシ基、m1は0以上の整数を示す)である請求項2記載のゴム状組成物。
- Y1がヒドロキシル基である請求項3記載のゴム状組成物。
- フルオレン化合物(C)が、セルロース(B)の表面の少なくとも一部に付着している請求項1〜4のいずれか一項に記載のゴム状組成物。
- セルロース(B)とフルオレン化合物(C)とが共有結合していない請求項5記載のゴム状組成物。
- セルロース(B)が、セルロースナノ繊維である請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム状組成物。
- 補強剤(D)がカーボンブラックを含む請求項1〜7のいずれか一項に記載のゴム状組成物。
- シランカップリング剤(F)をさらに含む請求項1〜8のいずれか一項に記載のゴム状組成物。
- ゴム成分(A)が、加硫または架橋可能なゴムおよび/または熱可塑性エラストマーである請求項1〜9のいずれか一項に記載のゴム状組成物。
- ゴム成分(A)と補強剤(D)とを混合して第1の混合物を調製する第1の混合工程、第1の混合物とセルロース(B)と9,9−ビス(アリール)フルオレン骨格を有するフルオレン化合物(C)と軟化剤(E)の一部である第2の軟化剤とを混合して第2の混合物を調製する第2の混合工程を含む請求項1〜10のいずれか一項に記載のゴム状組成物の製造方法。
- セルロース(B)と9,9−ビス(アリール)フルオレン骨格を有するフルオレン化合物(C)とを予め混合して第1の予備混合物を調製する第1の予備混合工程をさらに含み、第2の混合工程において、第1の混合物と第1の予備混合物と第2の軟化剤とを混合して第2の混合物を調製する請求項11記載の製造方法。
- セルロース(B)と9,9−ビス(アリール)フルオレン骨格を有するフルオレン化合物(C)と第2の軟化剤とを予め混合して第2の予備混合物を調製する第2の予備混合工程をさらに含み、第2の混合工程において、第1の混合物と第2の予備混合物とを混合して第2の混合物を調製する請求項11記載の製造方法。
- 第2の混合工程において、さらにシランカップリング剤(F)とともに混合して第2の混合物を調製する請求項11〜13のいずれか一項に記載の製造方法。
- ゴム状組成物が可塑剤(G)、加硫剤(H)および加硫助剤(I)をさらに含み、第1の混合工程において、さらに軟化剤(E)の残部である第1の軟化剤、可塑剤(G)、加硫剤(H)および加硫助剤(I)とともに混合して第1の混合物を調製する請求項11〜14のいずれか一項に記載の製造方法。
- ゴム成分(A)が加硫または架橋可能なゴムであり、第2の混合工程で得られた未加硫ゴム組成物を加硫して加硫ゴム組成物を得る加硫工程をさらに含む請求項11〜15のいずれか一項に記載の製造方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のゴム状組成物で形成された成形体。
- ホース部材、シール部材、タイヤ、ベルトまたは防振ゴムである請求項17記載の成形体。
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JP2019127938A JP7299087B2 (ja) | 2019-07-09 | 2019-07-09 | ゴム状組成物およびその製造方法 |
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