JP2021084991A - 防振ゴム組成物、防振ゴム部材、および防振ゴム用シランカップリング剤 - Google Patents
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Abstract
Description
また、さらなる低動倍率化に向けては、シリカの高分散化とともに、ポリマーゴムの架橋構造や、シランカップリング剤によるシリカとポリマーゴムの結合性が、重要となる。
上記のような結果となる理由は、混練りを複数回繰り返すことで、シリカの高分散化が達成するとともに、シランカップリング剤の高反応性骨格がシリカと加水分解反応し、理想的なシリカ/カップリング剤の界面結合が生成され、低動倍率化を実現したと考えられる。
さらに、既存のシランカップリング剤における高反応性骨格(シリカと加水分解反応を行う骨格)の反応性は低いため、混練り1回では充分な加水分解反応が進行しないと考えられる。ここで、既存のシランカップリング剤では、上記高反応性骨格が分岐状の炭化水素基であることから、シリカとの反応性が悪く、防振ゴムに要求される低動倍率化が充分に得られない懸念がある。また、メルカプト系シランカップリング剤は、シリカとの反応性は良好であるが、ポリマーゴムとの反応性が高過ぎ、スコーチが進みやすいといった課題が残る。
既存のシランカップリング剤では、分岐状の炭化水素基を介してシリカと反応するようなシランカップリング剤の分子構造となっているため、シリカとシランカップリング剤の反応性が悪く、防振ゴム組成物を混練り1回で調製した場合、動倍率が悪化する課題が残る。また、従来のメルカプト系シランカップリング剤は、ジエン系ゴムとの反応性が高いことから、その使用によりスコーチが進みやすく、さらに、ジエン系ゴムとの反応性を抑えた化学構造のものであっても、熱により化学構造が変化しやすいものが殆どであったため、充分なスコーチの解消に至らないという課題があった。
しかしながら、今回開発したシランカップリング剤は、スコーチ等の問題を生じることなく、シリカとの反応性と加硫の反応性とが適切となり、所期の目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。
[1]下記の(A)成分からなるポリマーとともに、下記の(B)〜(D)成分を含有することを特徴とする防振ゴム組成物。
(A)ジエン系ゴム。
(B)シリカ。
(C)下記の一般式(1)に示す共重合体である、シランカップリング剤。
[2]上記シランカップリング剤(C)が、液状のシランカップリング剤である、[1]に記載の防振ゴム組成物。
[3]上記シランカップリング剤(C)における、上記一般式(1)に示すmとnとの比率が、m:n=10:90〜90:10である、[1]または[2]に記載の防振ゴム組成物。
[4]上記シリカ(B)の含有割合が、上記ジエン系ゴム(A)100重量部に対して5〜100重量部の範囲である、[1]〜[3]のいずれかに記載の防振ゴム組成物。
[5]上記シランカップ剤(C)の含有割合が、上記ジエン系ゴム(A)100重量部に対して0.5〜20重量部の範囲である、[1]〜[4]のいずれかに記載の防振ゴム組成物。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかに記載の防振ゴム組成物の加硫体からなることを特徴とする防振ゴム部材。
[7]下記の一般式(1)に示す共重合体であることを特徴とする防振ゴム用シランカップリング剤。
(A)ジエン系ゴム。
(B)シリカ。
(C)下記の一般式(1)に示す共重合体である、シランカップリング剤。
上記のように、本発明の防振ゴム組成物は、ジエン系ゴム(A)からなるポリマーを用いており、ジエン系ゴム(A)以外のポリマーは、使用しないことが望ましい。上記ジエン系ゴム(A)としては、好ましくは、天然ゴム(NR)を主成分とするジエン系ゴムが用いられる。ここで、「主成分」とは、上記ジエン系ゴム(A)の50重量%以上が天然ゴムであるものを示し、上記ジエン系ゴム(A)が天然ゴムのみからなるものも含める趣旨である。このように、天然ゴムを主成分とすることにより、強度や低動倍率化の点で優れるようになる。
また、天然ゴム以外のジエン系ゴムとしては、例えば、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、クロロプレンゴム(CR)等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。なお、これらのジエン系ゴムは、天然ゴムと併用することが望ましい。
つぎに、上記シリカ(B)としては、例えば、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカ等が用いられる。そして、これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
なお、上記シリカ(B)のBET比表面積は、例えば、試料を200℃で15分間脱気した後、吸着気体として混合ガス(N2:70%、He:30%)を用いて、BET比表面積測定装置(マイクロデータ社製、4232−II)により測定することができる。
本発明の防振ゴム組成物は、先に述べたように、下記の一般式(1)に示すシランカップリング剤(C)を含有することから、スコーチ等の問題を生じることなく、混練り1回で、複数回の混練りを行ったのに相当する低動倍率化を達成することができる。
R2およびR6は、炭素数1〜10の直鎖の炭化水素鎖であることが好ましく、より好ましくは、炭素数2〜4の直鎖の炭化水素鎖である。なお、R2およびR6は、互いに同じであっても、異なっていてもよい。
R3およびR7は、炭化水素鎖であり、直鎖であっても分岐していてもよい。R3およびR7は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖の炭化水素鎖であり、より好ましくは、炭素数2〜4の直鎖の炭化水素鎖である。なお、R3およびR7は、互いに同じであっても、異なっていてもよい。
R8は、炭化水素鎖であり、直鎖であっても分岐していてもよい。R8は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖の炭化水素鎖であり、より好ましくは、炭素数1〜3の直鎖の炭化水素鎖である。
R4は炭化水素基であり、直鎖であっても分岐していてもよい。R4は、好ましくは、炭素数1〜18の直鎖の炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数6〜12の直鎖の炭化水素基である。
上記のような範囲に規定することにより、本発明の課題をより一層解決することができる。なお、R1〜R8は、1H−NMRにより確認することができる。
そして、上記一般式(1)において、mは2〜1000の整数、nは2〜1000の整数であることが好ましい。
上記一般式(1)に示すmとnとの比率は、m:n=10:90〜90:10であることが好ましく、より好ましくは、m:n=20:80〜80:20、さらに好ましくは、m:n=40:60〜60:40である。
上記のような範囲に規定することにより、本発明の課題をより一層解決することができる。なお、mおよびnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定される。また、m:nは、1H−NMRにより測定される。
ここで、上記シランカップリング剤(C)が、「液状」のシランカップリング剤であるとは、常温(23℃)で6000Pa・s以下の粘度を示すシランカップリング剤であることを意味する。上記粘度は、例えば、B型粘度計を用いて測定することができる。
上記架橋剤(D)としては、例えば、硫黄(粉末硫黄,沈降硫黄,不溶性硫黄)、アルキルフェノールジスルフィド、塩化硫黄等の硫黄系架橋剤や、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、1,1−ジ−t−ブチルペルオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジベンゾイルペルオキシヘキサン、n−ブチル−4,4’−ジ−t−ブチルペルオキシバレレート、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−t−ブチルペルオキシ−ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシヘキシン−3、1,3−ビス−(t−ブチルパーオキシ−イソプロピル)ベンゼン等の有機過酸化物があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
上記架橋剤(D)が有機過酸化物(過酸化物架橋剤)の場合、上記架橋剤(D)の含有量は、前記ジエン系ゴム(A)100重量部に対し、0.5〜10重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは2〜5重量部の範囲である。
このような割合で含有することにより、スコーチを伴うことなく、良好な架橋がなされるようになる。
なお、上記カーボンブラックのヨウ素吸着量は、JIS K 6217−1(A法)に準拠して測定された値である。また、上記カーボンブラックのDBP吸油量は、JIS K 6217−4に準拠して測定された値である。
ここで、本発明の防振ゴム組成物は、その必須成分である(A)〜(D)成分、および必要に応じて上記列記したその他の材料を用いて、これらをニーダー,バンバリーミキサー,オープンロール,二軸スクリュー式撹拌機等の混練機を用いて混練りすることにより、調製することができる。
なお、上記混練りに際し、シリカ(B)とシランカップリング剤(C)とを予め混合したものを、上記混練り時に加えてもよい。また、上記各材料を一度に加えると、工程を少なくすることができる。
そして、上記混練りに際し、従来のシランカップリング剤を用いた場合における複数回の混練りを行ったのに相当する低動倍率化を、本発明の防振ゴム組成物では、混練り1回により達成することができる。
なお、上記混練りに際し、架橋剤(D)と加硫促進剤以外の材料を、バンバリーミキサーを用いて100〜170℃で3〜30分間混練りし、ついで、架橋剤(D)と加硫促進剤を配合し、オープンロールを用いて30〜100℃で0.5〜30分間混練りすることが好ましい。
また、上記用途以外にも、コンピューターのハードディスクの制振ダンパー、洗濯機等の一般家電製品の制振ダンパー、建築・住宅分野における建築用制震壁,制震(制振)ダンパー等の制震(制振)装置および免震装置の用途にも用いることができる。
オクチルアクリレート(東京化成工業社製、型番O0478、以下「OA」と略す)17gをエタノール(超脱水)(富士フイルム和光純薬社製、型番050−08425)200mLに溶解した。ついで、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(東京化成工業社製、型番M1505、以下「MPTE」と略す)23.3mLと、触媒であるジイソプロピルアミン(東京化成工業社製、型番D0925、以下「DIPA」と略す)0.68mLを加えて、6時間撹拌した。その後、溶媒を減圧留去し、化合物(「OA−MPTE」と略す)を得た。
エチルアクリレート(東京化成工業社製、型番A0143、以下「EA」と略す)17gをエタノール(超脱水)200mLに溶解した。ついで、MPTEを42.9mLと、触媒であるDIPA1.25mLを加えて、一晩撹拌した。その後、溶媒を減圧留去し、化合物(「EA−MPTE」と略す)を得た。
ドデシルアクリレート(東京化成工業社製、型番D4129、以下「DA」と略す)17gをエタノール(超脱水)200mLに溶解した。ついで、MPTE17.9mLと、触媒であるDIPA0.52mLを加えて、一晩撹拌した。その後、溶媒を減圧留去し、化合物(「DA−MPTE」と略す)を得た。
ステアリルアクリレート(東京化成工業社製、型番A1011、以下「SA」と略す)30gをエタノール(超脱水)200mLに溶解した。ついで、MPTE23.4mLと、触媒であるDIPA0.68mLを加えて、一晩撹拌した。その後、溶媒を減圧留去し、化合物(「SA−MPTE」と略す)を得た。
MPTE17.0gとOA−MPTE36.8gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.218mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらエチレングリコール(東京化成工業社製、型番E0105、以下「EG」と略す)19.7gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(i)を得た。
MPTE17.0g、OA−MPTE3.34gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.109mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEG9.83gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(ii)を得た。
MPTE17.0g、OA−MPTE271.1gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.983mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEGを88.5gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(iii)を得た。
MPTE20.0g、EA−MPTE34.7gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.257mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEG23.1gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(iv)を得た。
MPTE13.5g、DA−MPTE33.1gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.173mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEG15.6gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(v)を得た。
MPTE17.0g、OA−MPTE36.8gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.218mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながら1,3−プロパンジオール(東京化成工業社製、型番P0486)24.1gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(vi)を得た。
MPTE17.0g、OA−MPTE36.8gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.218mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながら1,4−ブタンジオール(東京化成工業社製、型番B0680)28.5gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(vii)を得た。
MPTE17.0g、OA−MPTE24.6gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.894mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEG24.1gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(viii)を得た。
MPTE17.0g、SA−MPTE49.0gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.218mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEG19.7gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(ix)を得た。
MPTE17.0g、OA−MPTE36.8gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.218mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながら1,10−デカンジオール(東京化成工業社製、型番D0014)55.2gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(x)を得た。
下記の一般式(2)に示す、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(A−189、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)
OA−MPTE30gを500mL二口フラフコに加えた。ついで、触媒である硫酸0.098mLを加えて50℃に昇温した。つぎに、減圧にしながらEG8.81gをゆっくり滴下し、そのまま3時間撹拌した。その後さらに、クロロホルム100mLと珪藻土(セライト、Celite社製)3.0gを加えて室温で撹拌した。そして、珪藻土、不溶物を除去し、ろ液を減圧留去し、シランカップリング剤(xii)を得た。
下記の一般式(3)に示す、NXT Z 45、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社製
下記の一般式(4)に示す、ビス−3−トリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド(TESPT)、エボニックデグッサ社製
なお、上記シランカップリング剤における、R1〜R8、m:nは、1H−NMRにより確認した。また、GPCにより、上記シランカップリング剤(i)〜(x),(xii)におけるmおよびnは、いずれも、2〜1000の範囲であることが確認された。さらに、上記シランカップリング剤の状態は、B型粘度計を用いて測定し、23℃で6000Pa・s以下であるものを「液体」、6000Pa・sを超えるものを「固体」とした。
堺化学工業社製、酸化亜鉛二種
日油社製、ビーズステアリン酸さくら
精工化学社製、オゾノン6C
東ソーシリカ社製、ニプシールVN3
キャボットジャパン社製、ショウブラックN330
日本サン石油社製、サンセン410
三新化学社製、サンセラーCZ−G
サルファックスT10、鶴見化学工業社製
パークミルD40、日油社製
TAIC、日本化成社製
上記各材料を、後記の表2および表3に示す割合で配合して混練りすることにより、防振ゴム組成物を調製した。なお、上記混練りは、まず、架橋剤と加硫促進剤以外の材料を、バンバリーミキサーを用いて150℃で5分間混練りし、ついで、架橋剤と加硫促進剤を配合し、オープンロールを用いて60℃で5分間混練りすることにより行った。
各防振ゴム組成物に対し、東洋精機社製ロータレスレオメータを用い、成形温度(150℃)での最大トルクが90%に達するまでの時間を、t90として測定した。
後記の表2および表3には、比較例1におけるt90の測定値を100としたときの、各実施例および比較例におけるt90の測定値を指数換算したものを表記した。
そして、そのt90の値が、比較例1のt90の値の80%未満であるものを「×」と評価し、比較例1のt90の値の80%以上100%未満であるものを「△」と評価し、比較例1のt90の値の100%以上であるものを「○」と評価した。
各防振ゴム組成物を150℃で30分間プレス成形(加硫)し、テストピースを作製した。そして、上記テストピースの静ばね定数(Ks)および周波数100Hzでの動ばね定数(Kd100)を、それぞれJIS K 6394に準じて測定した。その値をもとに、動倍率(Kd100/Ks)を算出した。
後記の表2および表3には、実施例7における動倍率(Kd100/Ks)の測定値を100としたときの、各実施例および比較例における動倍率の測定値を指数換算したものを表記した。
そして、その動倍率の値が、実施例7の動倍率の値の100%以下であるものを「○」と評価し、実施例7の動倍率の値の100%を上回り110%未満であるものを「△」と評価し、実施例7の動倍率の値の110%以上であるものを「×」と評価した。
これに対し、比較例1の防振ゴム組成物の加硫体は、従来のシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン)を使用しており、実施例の防振ゴム組成物の加硫体にみられるような、低動倍率化の達成が認められない結果となった。
また、比較例2の防振ゴム組成物の加硫体は、シランカップリング剤を含んでおらず、比較例3の防振ゴム組成物の加硫体は、シリカを含んでおらず、双方とも、実施例の防振ゴム組成物の加硫体にみられるような、低動倍率化の達成が認められない結果となった。
また、比較例4〜6の防振ゴム組成物の加硫体は、本発明に規定のシランカップリング剤とは異なるシランカップリング剤を使用しており、実施例の防振ゴム組成物の加硫体にみられるような、低動倍率化の達成と耐スコーチ性との両立が認められない結果となった。
Claims (7)
- 上記シランカップリング剤(C)が、液状のシランカップリング剤である、請求項1記載の防振ゴム組成物。
- 上記シランカップリング剤(C)における、上記一般式(1)に示すmとnとの比率が、m:n=10:90〜90:10である、請求項1または2記載の防振ゴム組成物。
- 上記シリカ(B)の含有割合が、上記ジエン系ゴム(A)100重量部に対して5〜100重量部の範囲である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の防振ゴム組成物。
- 上記シランカップ剤(C)の含有割合が、上記ジエン系ゴム(A)100重量部に対して0.5〜20重量部の範囲である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の防振ゴム組成物。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の防振ゴム組成物の加硫体からなることを特徴とする防振ゴム部材。
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