JP2022515311A - エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム、及びゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
下記要件(A)及び(B)を満たす、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムが開示される。(A)23℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合が、当該エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%である。(B)下記式:tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)で算出されるtanδ比が3.0~20であり、tanδ(100℃,5cpm)及びtanδ(100℃,1000cpm)は、それぞれ、100℃で周波数5cpmにおける損失正接、及び、100℃で周波数1000cpmにおける損失正接である。【選択図】なし
Description
本発明は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム、及びゴム組成物に関する。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、自動車部品、建築材等の用途に広く使用されている。エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを含む成形体の強度、圧縮永久歪等の物性の向上を図る種々の検討がなされている(例えば、特許文献1)。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、通常、加硫剤、補強剤等の他の成分とともに混錬され、混錬により形成されるゴム組成物を用いて成形体が製造される。従来、ゴム組成物を得るための混練の条件によって、混錬物の粘度が変化し易い場合があった。安定した品質のゴム組成物を製造するためには、混練条件の違いによる粘度の変化が小さいことが望ましい。
本発明の目的は、良好な機械強度を有する成形体を与えることのできるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムに関して、ゴム組成物を得るための混練における粘度安定性の向上を図ることにある。
本発明の一側面は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムに関する。本発明の一側面に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、下記要件(A)及び(B)を満たす。
(A)23℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合が、当該エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%である。
(B)下記式:
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
で算出されるtanδ比が3.0~20.0であり、tanδ(100℃,5cpm)及びtanδ(100℃,1000cpm)は、それぞれ、100℃で周波数5cpmにおける損失正接、及び、100℃で周波数1000cpmにおける損失正接である。
(A)23℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合が、当該エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%である。
(B)下記式:
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
で算出されるtanδ比が3.0~20.0であり、tanδ(100℃,5cpm)及びtanδ(100℃,1000cpm)は、それぞれ、100℃で周波数5cpmにおける損失正接、及び、100℃で周波数1000cpmにおける損失正接である。
要件(A)のシクロヘキサン不溶分の割合は、当該エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムのエチレン単位の含有量と関連している。シクロヘキサン不溶分の割合が上記範囲内にあるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムにおけるエチレン単位の含有量はある程度大きいといえる。エチレン単位の含有量が大きいエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、高い機械強度を示す傾向がある。
要件(B)のtanδ比は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの絡み合いの程度と関連している。3.0~20のtanδ比は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムとしては比較的大きく、これは分子鎖の絡み合いが比較的少ないことを意味する。分子鎖の絡み合いの程度が大きいと、混練の過程で絡み合いが解かれることで粘度が低下すると考えられる。混練前から分子鎖の絡み合いが少ないことが、混錬の過程での粘度変化を生じ難くしていると、本発明者らは推定している。
本発明の別の一側面は、上記エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを含有する、ゴム組成物に関する。
本発明は、良好な機械強度を有する成形体を与えるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムに関して、ゴム組成物を得るための混練における粘度安定性の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
(エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム)
一実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、エチレン単位、α-オレフィン単位、及び非共役ポリエン単位を主な単量体単位として含む。エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムにおける、エチレン単位、α-オレフィン単位及び非共役ポリエン単位の合計の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの全体質量に対して、60質量%以上100質量%以下、又は80質量%以上100質量%以下であってもよい。本明細書において、「エチレン単位」、「α-オレフィン単位」、「非共役ポリエン単位」のように「モノマー名+単位」という用語は、各モノマーに由来する単量体単位を意味する。
一実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、エチレン単位、α-オレフィン単位、及び非共役ポリエン単位を主な単量体単位として含む。エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムにおける、エチレン単位、α-オレフィン単位及び非共役ポリエン単位の合計の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの全体質量に対して、60質量%以上100質量%以下、又は80質量%以上100質量%以下であってもよい。本明細書において、「エチレン単位」、「α-オレフィン単位」、「非共役ポリエン単位」のように「モノマー名+単位」という用語は、各モノマーに由来する単量体単位を意味する。
本実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、下記要件(A)及び(B)を満たす。
(A)23℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合が、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%である。
(B)下記式:
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
で算出されるtanδ比が3.0~20である。tanδ(100℃,5cpm)及びtanδ(100℃,1000cpm)は、それぞれ、100℃で周波数5cpmにおける損失正接、及び、100℃で周波数1000cpmにおける損失正接である。
(A)23℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合が、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%である。
(B)下記式:
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
で算出されるtanδ比が3.0~20である。tanδ(100℃,5cpm)及びtanδ(100℃,1000cpm)は、それぞれ、100℃で周波数5cpmにおける損失正接、及び、100℃で周波数1000cpmにおける損失正接である。
要件(A)に規定されるシクロヘキサン不溶分の割合を満たすエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、高い引張強さ等の良好な機械強度を有する成形体を与えることができる。同様の観点から、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの25℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%、10~50質量%、20~50質量%、10~40質量%、又は20~40質量%であってもよい。シクロヘキサン不溶分の割合が上記範囲内にあるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、例えばエチレン単位の含有量を調節することによって、得ることができる。
要件(B)に規定されるtanδ比を満たすエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、ゴム組成物を得るための混錬における粘度安定性を向上させることができる。同様の観点から、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムのtanδ比は、3.0~20、3.0~15、又は3.0~10であってもよい。tanδ比が上記範囲内にあるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、例えば、エチレン単位の含有量、非共役ポリエン単位の種類、又は、非共役ポリエン単位の含有量を調節することによって、得ることができる。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを構成するα-オレフィンの炭素原子数は、3以上20以下であってもよい。α-オレフィンの具体例としては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、及び1-デセン等の直鎖状オレフィン;3-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ペンテン、及び4-メチル-1-ペンテン等の分岐鎖状オレフィン;ビニルシクロヘキサン等の環状オレフィンが挙げられる。これらは単独で又は組み合わせて用いてもよい。α-オレフィンは、プロピレン及び/又は1-ブテンであってもよく、プロピレンであってもよい。
非共役ポリエンは、炭素原子数3以上20以下の非共役ポリエンであってもよい。非共役ポリエンは、鎖状非共役ジエン、環状非共役ジエン、トリエン又はこれらの組み合わせであってもよい。
鎖状非共役ジエンの例としては、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、及び7-メチル-1,6-オクタジエンが挙げられる。
環状非共役ジエンの例としては、シクロヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、5-ビニルノルボルネン、5-エチリデン-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-(6-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、及び6-クロロメチル-5-イソプロペニル-2-ノルボルネンが挙げられる。
トリエンの例としては、4-エチリデン-8-メチル-1,7-ノナジエン、5,9,13-トリメチル-1,4,8,12-テトラデカジエン、4-エチリデン-12-メチル-1,11-ペンタデカジエン、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、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、13-エチル-9-メチル-1,9,12-ペンタデカトリエン、5,9,8,14,16-ペンタメチル-1,7,14-ヘキサデカトリエン、及び1,4,9-デカトリエンが挙げられる。
非共役ポリエンが、5-エチリデン-2-ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、5-ビニルノルボルネン又はこれらから選ばれる2種以上の組合せであってもよい。非共役ポリエンが5-エチリデン-2-ノルボルネン及びジシクロペンタジエンの組み合わせ、又は5-エチリデン-2-ノルボルネンのみであってもよい。
分岐の起点となり易い非共役ポリエン単位の含有量が少ないと、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムが要件(B)を満たし易い傾向がある。分岐の起点となり易い非共役ポリエン単位の例としては、ジシクロペンタジエンが挙げられる。分岐の起点となり易い非共役ポリエンに由来する単量体単位の含有量が、エチレン単位、α-オレフィン単位及び共役ポリエン単位の合計量に対して2質量%以下、又は1質量%以下であると、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムが特に要件(B)を満たし易い。
エチレン単位の含有量が、エチレン単位、α-オレフィン単位及び共役ポリエン単位の合計量に対して50~90質量%であってもよい。エチレン単位の含有量がこのように比較的高いと、高い機械強度を有する成形体が特に得られ易い。機械強度の更なる向上等の観点から、エチレン単位の含有量が、エチレン単位、プロピレン単位及び非共役ポリエン単位の合計量に対して60~90質量%、又は65~90質量%であってもよい。エチレン単位の含有量が50~90質量%、60~90質量%、又は65~90質量%の範囲内にあるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、要件(A)及び(B)を特に満たし易い。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム中の非共役ポリエン単位の含有量は、ヨウ素価換算(単位:g/100gのエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム)で、0~20であってもよい。非共役ポリエン単位の含有量(共重合体ゴムのヨウ素価)がこの範囲内にあると、分岐の量が少なくなるという効果が得られる。分岐の量が少ないと、粘度安定性が更に向上する傾向がある。同様の観点から、非共役ポリエン単位の含有量は、ヨウ素価換算で、5~20、又は5~15であってもよい。ヨウ素価が0~20、5~20又は5~15の範囲内にあるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、要件(B)を特に満たし易い。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの具体例として、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-ジシクロペンタジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-1,4-ヘキサジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-1,6-オクタジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-2-メチル-1,5-ヘキサジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-6-メチル-1,5-ヘプタジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-7-メチル-1,6-オクタジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-シクロヘキサジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-ビニルノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-(2-プロペニル)-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-(3-ブテニル)-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-(4-ペンテニル)-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-(5-ヘキセニル)-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-(6-ヘプテニル)-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-(7-オクテニル)-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-メチレン-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-4-エチリデン-8-メチル-1,7-ノナジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5,9,13-トリメチル-1,4,8,12-テトラデカジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-4-エチリデン-12-メチル-1,11-ペンタデカジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-6-クロロメチル-5-イソプロペニル-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-2,3-ジイソプロピリデン-5-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-2-エチリデン-3-イソプロピリデン-5-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-2-プロペニル-2,2-ノルボルナジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-1,3,7-オクタトリエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-6,10-ジメチル-1,5,9-ウンデカトリエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5,9-ジメチル-1,4,8-デカトリエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-13-エチル-9-メチル-1,9,12-ペンタデカトリエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5,9,8,14,16-ペンタメチル-1,7,14-ヘキサデカトリエン共重合体ゴム、及びエチレン-プロピレン-1,4,9-デカトリエン共重合体ゴムが挙げられる。これらから選ばれる2種以上の共重合体ゴムを組み合わせてもよい。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-ジシクロペンタジエン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-5-ビニルノルボルネン共重合体ゴム又はこれらの組み合わせであってもよく、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムであってもよい。
2種以上のエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを組み合わせる場合、上述のエチレン単位の含有量、α-オレフィン単位の含有量及びヨウ素価は、それら2種以上の組合せの全体における値である。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムに、パラフィン系オイル及びナフテン系オイル等のプロセスオイルを添加して、油展ゴムを形成してもよい。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの135℃のテトラリン中で測定した極限粘度は、1~5dl/gであってもよい。極限粘度がこの範囲内にあると、混練時の加工性が向上するという効果が得られる。優れた加工性のエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを用いると、例えば、均一に混錬された混練物をより容易に得ることができる。同様の観点から、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの極限粘度が1~4dl/g、又は1~3dl/gであってもよい。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの分子量分布(Mw/Mn)は、2~5であってもよい。エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの分子量分布がこの範囲内にあると、混練時の加工性と機械物性とをより高いレベルで両立できるという効果が得られる。同様の観点から、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの分子量分布が2~4、又は2~3.5であってもよい。
本明細書において、分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC法)によって測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と、数平均分子量(Mn)とから算出される比(Mw/Mn)である。
重量平均分子量と数平均分子量を測定するためのGPC法の測定条件は、例えば以下のとおりである。
・GPC装置:東ソー株式会社製、商品名HLC-8121GPC/HT
・カラム:東ソー株式会社製、商品名TSKgel GMHHR-H(S)HT
・分子量標準物質:分子量500以上20,000,000以下のポリスチレン
・溶出溶媒流速:1.0mL/min
・試料濃度:1mg/mL
・測定温度:140℃
・溶出溶媒:オルトジクロロベンゼン
・注入量:500μL
・検出器:示差屈折計
・GPC装置:東ソー株式会社製、商品名HLC-8121GPC/HT
・カラム:東ソー株式会社製、商品名TSKgel GMHHR-H(S)HT
・分子量標準物質:分子量500以上20,000,000以下のポリスチレン
・溶出溶媒流速:1.0mL/min
・試料濃度:1mg/mL
・測定温度:140℃
・溶出溶媒:オルトジクロロベンゼン
・注入量:500μL
・検出器:示差屈折計
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムのガラス転移温度が、-55~-30℃であってもよい。共重合体のガラス転移温度がこの範囲内にあると、低温でのより優れた物性を有する成形体が得られ易い。同様の観点から、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムのガラス転移温度が-55~-35℃、又は-50~-35℃であってもよい。ここでのガラス転移温度は、昇温速度5℃/分の示差走査熱量測定によって得られるサーモグラムにおける、ガラス転移部の中点の温度である。
(エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの製造方法)
本実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、例えば、所謂チーグラーナッタ触媒、又はメタロセン触媒などの触媒の存在下で、エチレン、α-オレフィン、及び非共役ポリエンを含むモノマー混合物を共重合させる工程を含む方法により得ることができる。
本実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、例えば、所謂チーグラーナッタ触媒、又はメタロセン触媒などの触媒の存在下で、エチレン、α-オレフィン、及び非共役ポリエンを含むモノマー混合物を共重合させる工程を含む方法により得ることができる。
共重合のための触媒として、下式(1)で表されるバナジウム化合物と下式(2)で表される有機アルミニウム化合物を接触させて得られる触媒を用いることができる。
VO(OR)mX3-m・・・・・(1)
[式中、Rは炭素原子数が1以上8以下の直鎖状炭化水素基を表し、Xはハロゲン原子を表し、mは0<m≦3を充足する数を表す。]
R’’jAlX’’3-j・・・・・(2)
[式中、R’’は炭化水素基を表し、X’’はハロゲン原子を表し、jは0<j≦3を充足する数を表す。]
VO(OR)mX3-m・・・・・(1)
[式中、Rは炭素原子数が1以上8以下の直鎖状炭化水素基を表し、Xはハロゲン原子を表し、mは0<m≦3を充足する数を表す。]
R’’jAlX’’3-j・・・・・(2)
[式中、R’’は炭化水素基を表し、X’’はハロゲン原子を表し、jは0<j≦3を充足する数を表す。]
式(2)におけるR’’は炭素原子数1~10のアルキル基であってもよい。炭素原子数1~10のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基が挙げられる。X’’としては、フッ素原子、塩素原子等が挙げられる。jは、0<j≦2を充足する数であってもよい。
式(2)で表される有機アルミニウム化合物の具体例として、(C2H5)2AlCl、(n-C4H9)2AlCl、(iso-C4H9)2AlCl、(n-C6H13)2AlCl、(C2H5)1.5AlCl1.5、(n-C4H9)1.5AlCl1.5、(iso-C4H9)1.5AlCl1.5、(n-C6H13)1.5AlCl1.5、C2H5AlCl2、(n-C4H9)AlCl2、(iso-C4H9)AlCl2、及び(n-C6H13)AlCl2が挙げられる。有機アルミニウム化合物が、(C2H5)2AlCl、(C2H5)1.5AlCl1.5、又はC2H5AlCl2であってもよい。これらは単独で又は組み合わせて用いてもよい。
式(2)の有機アルミニウム化合物と式(1)のバナジウム化合物との使用量のモル比(有機アルミニウム化合物のモル/バナジウム化合物のモル)は、0.1~50、1~30以下、2~15、又は3~10であってもよい。当該モル比を調整することにより、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの極限粘度、Mw/Mn等を調整することができる。例えば、当該モル比が大きいと、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの極限粘度が高くなる傾向、並びに、Mw/Mnが小さくなる傾向がある。
重合反応は、例えば、1つの重合槽で行ってもよいし、直列に連結された2つの重合槽中で2段階で行ってもよい。重合槽にモノマー、触媒、及び必要により他の成分を供給し、重合槽中でモノマーを重合することができる。
重合反応は、通常、溶媒中で行われる。重合に用いる溶媒としては、例えば、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環族炭化水素等の不活性溶媒が挙げられる。これらは単独で又は組み合わせて用いてもよい。溶媒が脂肪族炭化水素を含んでもよい。
重合温度は、0~200℃、20~150℃、又は30~120℃であってもよい。重合圧力は、0.1~10MPa、0.1~5MPa、又は0.1~3MPaであってもよい。重合温度を調整することにより、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムのMw/Mn等を調整することができる。例えば、重合温度が低いと、Mw/Mnが小さくなる傾向がある。
重合に際しては、必要に応じて、分子量調節剤として水素を重合槽に供給してもよい。重合槽に供給される水素の量は、重合槽に供給される溶媒1kgあたり、0.001~0.1NL、0.005~0.05NL、又は0.01~0.04NLであってもよい。水素の供給量を調整することにより、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムのMw/Mn、及び極限粘度等を調整することができる。例えば、水素の供給量が多いと、Mw/Mnが小さくなる傾向がある。水素の供給量が少ないと、極限粘度が大きくなる傾向がある。
重合槽に供給されるバナジウム化合物の量は、重合槽に供給される溶媒100質量部あたり、0.002~0.2質量部、又は0.003~0.1質量部であってもよい。溶媒に対するバナジウム化合物の量比が大きいと、極限粘度が大きくなることができる傾向がある。
(ゴム組成物)
一実施形態に係るゴム組成物は、上述の実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合ゴムを含有する。ゴム組成物におけるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合ゴムの含有量は、ゴム組成物の全体質量に対して、10~90質量%、20~90質量%、10~80質量%、又は20~80質量%以下であってもよい。
一実施形態に係るゴム組成物は、上述の実施形態に係るエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合ゴムを含有する。ゴム組成物におけるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合ゴムの含有量は、ゴム組成物の全体質量に対して、10~90質量%、20~90質量%、10~80質量%、又は20~80質量%以下であってもよい。
本実施形態のゴム組成物は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムに加えて、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム以外のその他のゴム成分、補強剤、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、加工助剤、老化防止剤、及びシランカップリング剤からなる群より選ばれる少なくとも1種のその他の成分を更に含有してもよい。ゴム組成物が、補強剤、加硫剤又はこれらの両方を更に含有してもよい。ゴム組成物が、加硫剤と、加硫促進剤、加硫助剤又はこれらの両方とを含有してもよい。
ゴム組成物が含み得る、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム以外のその他のゴム成分は、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、及びブチルゴムから選ばれる少なくとも1種であってもよい。
ゴム組成物におけるその他のゴム成分の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、10~40質量部、又は15~30質量部であってもよい。
補強剤は、便覧ゴム・プラスチック配合薬品(1981年4月20日(株)ラバーダイジェスト社発行)に記載のとおり、ゴム組成物の加硫物の機械物性を向上させる添加剤である。補強剤は、例えば、カーボンブラック、乾式法シリカ、湿式法シリカ、合成ケイ酸塩系シリカ、コロイダルシリカ、塩基性炭酸マグネシウム、活性化炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、マイカ、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、リグニン、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
ゴム組成物における補強剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、20~250質量部、30~200質量部、又は40~180質量部であってもよい。
軟化剤は、例えば、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、石油アスファルト、ワセリン、コールタールピッチ、ヒマシ油、アマニ油、サブ、密ロウ、及びリシノール酸から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。軟化剤がプロセスオイル又は潤滑油であってもよい。
ゴム組成物における軟化剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、5~250質量部、5~150質量部、又は5~80質量部であってもよい。
加硫剤は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを架橋させて加硫物を形成するための成分である。加硫剤は、硫黄、硫黄系化合物、有機過酸化物又はこれらの組み合わせであってもよい。
硫黄は、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、又は不溶性硫黄であってもよい。
ゴム組成物における硫黄及び硫黄系化合物の合計の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.01~10質量部、又は0.1~5質量部であってもよい。
有機過酸化物の例としては、ジクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、及びt-ブチルヒドロパーオキサイドが挙られる。有機過酸化物が、ジクミルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキサイド-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン又はこれらの組み合わせであってもよく、ジクミルパーオキサイドであってもよい。
ゴム組成物における有機過酸化物の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.1~15質量部、又は1~8質量部であってもよい。
加硫促進剤は、加硫剤による架橋反応を促進し、架橋反応の時間を短縮する成分である。加硫促進剤は、例えば、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムモノスルフィド、ジペンタメチレンチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、N,N’-ジメチル-N,N’-ジフェニルチウラムジスルフィド、N,N’-ジオクタデシル-N,N’-ジイソプロピルチウラムジスルフィド、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾール-スルフエンアミド、N-オキシジエチレン-2-ベンゾチアゾール-スルフエンアミド、N,N-ジイソプロピル-2-ベンゾチアゾールスルフエンアミド、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-(2,4-ジニトロフエニル)メルカプトベンゾチアゾール、2-(2,6-ジエチル-4-モルホリノチオ)ベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジスルフイド、ジフエニルグアニジン、トリフエニルグアニジン、ジオルソトリルグアニジン、オルソトリル-バイ-グアナイド、ジフエニルグアニジン-フタレート、n-ブチルアルデヒドアニリン、ヘキサメチレンテトラミン、アセトアルデヒドアンモニア、2-メルカプトイミダゾリン、チオカルバニリド、ジエチルチオユリア、ジブチルチオユリア、トリメチルチオユリア、ジオルソトリルチオユリア、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルチオカルバミン酸亜鉛、ジ-n-ブチルジチオカルバミン酸亜鉛、エチルフエニルジチオカルバミン酸亜鉛、ブチルフエニルジチオカルバミン酸亜鉛、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ジメチルジチオカルバミン酸セレン、ジエチルジチオカルバミン酸テルル、ジブチルキサントゲン酸亜鉛、及びエチレンチオウレアから選ばれる少なくとも1種の化合物を含んでもよい。
ゴム組成物における加硫促進剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.05~20質量部、又は0.1~8質量部であってもよい。
加硫助剤は、加硫促進剤との併用または単独での使用によって、加硫剤による架橋反応を促進し加硫物の架橋密度を向上させる成分である。加硫助剤は、例えば、トリアリルイソシアヌレート、N,N’-m-フェニレンビスマレイミド、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、i-ブチルメタクリレート、sec-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、2-エトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、アリルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、メタアクリロキシエチルホスフェート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、N-メチロールメタクリルアミド、2,2-ビス(4-メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、メタクリル酸アルミニウム、メタクリル酸亜鉛、メタクリル酸カルシウム、メタクリル酸マグネシウム、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、酸化亜鉛、及び酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも1種の化合物を含んでもよい。
ゴム組成物における加硫助剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.05~15質量部、又は0.1~8質量部であってもよい。
加工助剤は、例えば、脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル、グリコール又はこれらの組み合わせを含む。脂肪酸の例としては、オレイン酸、パルミチン酸及びステアリン酸が挙げられる。脂肪酸金属塩の例としては、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム及びステアリン酸カルシウムが挙げられる。グリコールの例としては、エチレングリコール及びポリエチレングリコールが挙げられる。
ゴム組成物における加工助剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.2~10質量部、又は0.3~8質量部であってもよい。
シランカップリング剤は、例えば、シラン系シランカップリング剤、ビニル系シランカップリング剤、メタクリル系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤、サルファー系シランカップリング剤、アミノ系シランカップリング剤、ウレイド系シランカップリング剤、及びイソシアネート系シランカップリング剤から選ばれる少なくとも1種であってもよい。
ゴム組成物におけるシランカップリング剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.1~10質量部、又は0.5~8質量部であってもよい。
老化防止剤は、アミン系老化防止剤、イオウ系老化防止剤又はこれらの両方を含んでもよい。老化防止剤は、通常ゴム組成物に使用されるものであることができる。ゴム組成物における老化防止剤の含有量は、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの含有量100質量部に対して、0.1~40質量部、又は0.1~30質量部であってもよい。
アミン系老化防止剤の例としては、フェニル-α-ナフチルアミン、フェニル-β-ナフチルアミン等のナフチルアミン系老化防止剤;p-(p-トルエンスルホニルアミド)ジフェニルアミン、4,4’-ビス(α,α-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、アルキル化ジフェニルアミン(例えば、オクチル化ジフェニルアミン)、ジオクチル化ジフェニルアミン(例えば、4,4’-ジオクチルジフェニルアミン)、ジフェニルアミンとアセトンとの高温反応生成物、ジフェニルアミンとアセトンとの低温反応生成物、ジフェニルアミンとアニリンとアセトンとの低温反応生成物、ジフェニルアミンとジイソブチレンとの反応生成物等のジフェニルアミン系老化防止剤;N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン、N-シクロヘキシル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N-フェニル-N’-(3-メタクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロピル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス(1-メチルヘプチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス(1,4-ジメチルペンチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス(1-エチル-3-メチルペンチル)-p-フェニレンジアミン、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、N-ヘキシル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N-オクチル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン等のp-フェニレンジアミン系老化防止剤が挙げられる。これらは単独で又は組み合わせて用いてもよい。
アミン系老化防止剤が、ジフェニルアミン系老化防止剤であってもよい。ジフェニルアミン系老化防止剤は、4,4’-ビス(α,α-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン又はこれらの組み合わせであってもよい。
イオウ系老化防止剤の例としては、2-メルカプトベンゾイミダゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾールの亜鉛塩、2-メルカプトメチルベンゾイミダゾール、2-メルカプトメチルベンゾイミダゾールの亜鉛塩、2-メルカプトメチルイミダゾールの亜鉛塩等のイミダゾール系老化防止剤;ジミリスチルチオジプロピオネート、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジトリデシルチオジプロピオネート、ペンタエリスリトール-テトラキス(β-ラウリル-チオプロピオネート)等の脂肪族チオエーテル系老化防止剤が挙げられる。これらは単独で又は組み合わせて用いてもよい。
イオウ系老化防止剤が、イミダゾール系老化防止剤であってもよい。イミダゾール系老化防止剤は、2-メルカプトベンゾイミダゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾールの亜鉛塩、2-メルカプトメチルベンゾイミダゾール、2-メルカプトメチルベンゾイミダゾールの亜鉛塩、又はこれらの組み合わせであってもよい。
アミン系老化防止剤、及びイオウ系老化防止剤以外の老化防止剤の例としては、スチレン化フェノール、2,6-ジ-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-エチルフェノール、2,4,6-トリ-t-ブチルフェノール、ブチルヒドロキシアニソール、1-ヒドロキシ-3-メチル-4-イソプロピルベンゼン、モノ-t-ブチル-p-クレゾール、モノ-t-ブチル-m-クレゾール、2,4-ジメチル-6-t-ブチルフェノール、ブチル化ビスフェノールA、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-t-ノニルフェノール)、2,2’-イソブチリデン-ビス(4,6-ジメチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-メチレン-ビス(2,6-ジ-t-ブチルフェノール)、2,2’-チオ-ビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオ-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオ-ビス(2-メチル-6-ブチルフェノール)、4,4’-チオ-ビス(6-t-ブチル-3-メチルフェノール)、ビス(3-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルベンゼン)スルフィド、2,2’-チオ[ジエチル-ビス3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェノール)プロピオネート]、ビス[3,3-ビス(4-ヒドロキシ-3-t-ブチルフェノール)酪酸]グリコールエステル、ビス[2-(2-ヒドロキシ-5-メチル-3-t-ブチルベンゼン)-4-メチル-6-t-ブチルフェニル]テレフタレート、1,3,5-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、N,N’-ヘキサメチレン-ビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナムアミド)、n-オクタデシル-3-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルフェノール)プロピオネート、テトラキス[メチレン-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、1,1’-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、モノ(α-メチルベンゼン)フェノール、ジ(α-メチルベンジル)フェノール、トリ(α-メチルベンジル)フェノール、2,6-ビス(2-ヒドロキシ-3-t-ブチル-5-メチルベンジル)-4-メチルフェノール、3,9-ビス[2-{3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ}-1,1-ジメチルエチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、2,5-ジ-t-アミルハイドロキノン、2,6-ジ-t-ブチル-α-ジメチルアミノ-p-クレゾール、2,5-ジ-t-ブチルハイドロキノン、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルリン酸のジエチルエステル、カテコール、ハイドロキノン、2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン重合物等が挙げられる。これらは単独で又は組み合わせて用いることが可能である。
(成形体)
一実施形態に係る成形体は、上述の実施形態に係るゴム組成物を所定の形状に成形したものである。成形体は、通常、加硫されたゴム組成物である。ゴム組成物から本実施形態に係る成形体を製造する方法は、ゴム組成物を成形して成形体を形成することと、ゴム組成物を加硫することとを含むことができる。成形体を形成しながらゴム組成物を加硫してもよいし、成形体を形成した後、成形体を形成しているゴム組成物を加硫してもよい。
一実施形態に係る成形体は、上述の実施形態に係るゴム組成物を所定の形状に成形したものである。成形体は、通常、加硫されたゴム組成物である。ゴム組成物から本実施形態に係る成形体を製造する方法は、ゴム組成物を成形して成形体を形成することと、ゴム組成物を加硫することとを含むことができる。成形体を形成しながらゴム組成物を加硫してもよいし、成形体を形成した後、成形体を形成しているゴム組成物を加硫してもよい。
ゴム組成物は、例えば、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムと、必要に応じて加えられる他の成分とを含む混合物を混練することにより、得ることができる。混練は、ミキサー、ニーダー及び二軸押出機等の密閉式混練機を用いて行うことができる。混練時間は、例えば1~60分である。混練温度は、例えば40~200℃である。
混練工程で得られた加硫可能なゴム組成物が、例えば、射出成形機、圧縮成形機、熱空気加硫装置等の成形機で成形される。成形のための加熱温度は、120~250℃、又は140~220℃であってもよい。成形に要する時間は、例えば1~60分である。成形の際の加熱によりゴム組成物を加硫し、加硫された成形体を得ることができる。
このような方法で得られた成形体を用いて、通常の方法により、ホース、ベルト、自動車部品、建材、防振ゴム等の各種製品を製造することができる。
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
1.エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの合成
実施例1
撹拌機を備えたステンレススチール製の第1重合槽に、単位時間及び単位重合槽容積あたり、ヘキサンを829.0g/(hr・L)、エチレンを39.3g/(hr・L)、プロピレンを11.7g/(hr・L)の速度で供給した。第1重合槽にVOCl3を36.2mg/(hr・L)、エチルアルミニウムセスキクロライド(EASC)を144.9mg/(hr・L)、水素を0.11NL/(hr・L)の速度で供給した。5-エチリデン-2-ノルボルネンを2.9g/(hr・L)の速度で第1重合槽に更に供給した。第1重合槽の温度を50℃に保った。
実施例1
撹拌機を備えたステンレススチール製の第1重合槽に、単位時間及び単位重合槽容積あたり、ヘキサンを829.0g/(hr・L)、エチレンを39.3g/(hr・L)、プロピレンを11.7g/(hr・L)の速度で供給した。第1重合槽にVOCl3を36.2mg/(hr・L)、エチルアルミニウムセスキクロライド(EASC)を144.9mg/(hr・L)、水素を0.11NL/(hr・L)の速度で供給した。5-エチリデン-2-ノルボルネンを2.9g/(hr・L)の速度で第1重合槽に更に供給した。第1重合槽の温度を50℃に保った。
第1重合槽から抜き出された重合溶液を、第1重合槽と同容積の、撹拌機を備えたステンレススチール製の第2重合槽に供給した。次いで、第2重合槽に、単位時間及び単位重合槽容積あたり、ヘキサンを412.5g/(hr・L)、エチレンを19.7g/(hr・L)、プロピレンを5.8g/(hr・L)の速度で供給した。第2重合層に、VOCl3を19.4mg/(hr・L)、エチルアルミニウムセスキクロライド(EASC)を38.8mg/(hr・L)の速度で供給した。第2重合層に、5-エチリデン-2-ノルボルネンを1.5g/(hr・L)の速度で更に供給した。第2重合槽の温度を51℃に保った。第2重合槽内で、単位時間及び単位重合槽容積あたり、81g/(hr・L)のエチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムが生成した。重合溶液から回収した共重合体ゴムを乾燥して、固形の共重合体ゴムを得た。
比較例1~3
各成分の種類及び供給量を表1に記載に記載されるように変更したこと以外は実施例1と同様にして、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴム、又はエチレン-プロピレン-ジシクロペンタジエン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムを合成した。比較例1では、第1重合層槽及び第2重合層槽にエタノールを供給した。比較例3では、ジシクロペンタジエンを第1重合槽及び第2重合層槽に更に供給した。
各成分の種類及び供給量を表1に記載に記載されるように変更したこと以外は実施例1と同様にして、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴム、又はエチレン-プロピレン-ジシクロペンタジエン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムを合成した。比較例1では、第1重合層槽及び第2重合層槽にエタノールを供給した。比較例3では、ジシクロペンタジエンを第1重合槽及び第2重合層槽に更に供給した。
2.評価
(1)極限粘度[η]
ウベローデ粘度計を用いて、135℃のテトラリン中で、濃度が既知である共重合体溶液の還元粘度(粘度数)を測定した。その測定結果から「高分子溶液、高分子実験学11」(1982年、共立出版株式会社刊)第491頁に記載の計算方法に従って共重合体ゴムの極限粘度を求めた。
(1)極限粘度[η]
ウベローデ粘度計を用いて、135℃のテトラリン中で、濃度が既知である共重合体溶液の還元粘度(粘度数)を測定した。その測定結果から「高分子溶液、高分子実験学11」(1982年、共立出版株式会社刊)第491頁に記載の計算方法に従って共重合体ゴムの極限粘度を求めた。
(2)エチレン単位の含有量及びプロピレン単位の含有量
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムをホットプレス機により成形して、厚み約0.1mmのフィルムを作製した。このフィルムの赤外吸収スペクトルを、赤外分光光度計(日本分光社製IR-810)により測定した。得られた赤外吸収スペクトルから、参考文献(「赤外吸収スペクトルによるポリエチレンのキャラクタリゼーション」、高山、宇佐美等著、又はDie Makromolekulare Chemie,177,461(1976)Mc Rae,M.A.,MaddamS,W.F.等著)に記載の方法に従って、エチレン単位、α-オレフィン単位及び非共役ポリエン単位の合計量に対するエチレン単位の含有量及びプロピレン単位の含有量を求めた。
エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムをホットプレス機により成形して、厚み約0.1mmのフィルムを作製した。このフィルムの赤外吸収スペクトルを、赤外分光光度計(日本分光社製IR-810)により測定した。得られた赤外吸収スペクトルから、参考文献(「赤外吸収スペクトルによるポリエチレンのキャラクタリゼーション」、高山、宇佐美等著、又はDie Makromolekulare Chemie,177,461(1976)Mc Rae,M.A.,MaddamS,W.F.等著)に記載の方法に従って、エチレン単位、α-オレフィン単位及び非共役ポリエン単位の合計量に対するエチレン単位の含有量及びプロピレン単位の含有量を求めた。
(3)ヨウ素価
「JIS K0070-1992 6.ヨウ素価」に準拠し、異なる既知のヨウ素価を有する三種類のエチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムをそれぞれ、ホットプレス機により成形して、厚み約0.2mmのフィルムを作製した。各フィルムの赤外吸収スペクトルを、赤外分光光度計(日本分光株式会社製IR-700)によって測定した。得られた赤外吸収スペクトルから、各フィルムの5-エチリデン-2-ノルボルネン由来のピーク(1686cm-1の吸収ピーク)とベースピーク(1664~1674cm-1の吸収ピーク)の透過率を求め、下記式(I)によりIRインデックスを算出した。Aはベースピークの透過率、Bは5-エチリデン-2-ノルボルネン由来のピークの透過率、D(mm)はフィルムの厚さである。
IRインデックス=Log(A/B)/D・・・式(I)
IRインデックスと上記の既知のヨウ素価から、下記式(II)で表されるヨウ素価の検量線を得た。式(II)におけるα及びβはそれぞれ定数である。
ヨウ素価=α×IRインデックス+β・・・式(II)
エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムを成形して得たフィルムのIRインデックスを測定し、その値と上記の検量線から、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムのヨウ素価を求めた。
「JIS K0070-1992 6.ヨウ素価」に準拠し、異なる既知のヨウ素価を有する三種類のエチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムをそれぞれ、ホットプレス機により成形して、厚み約0.2mmのフィルムを作製した。各フィルムの赤外吸収スペクトルを、赤外分光光度計(日本分光株式会社製IR-700)によって測定した。得られた赤外吸収スペクトルから、各フィルムの5-エチリデン-2-ノルボルネン由来のピーク(1686cm-1の吸収ピーク)とベースピーク(1664~1674cm-1の吸収ピーク)の透過率を求め、下記式(I)によりIRインデックスを算出した。Aはベースピークの透過率、Bは5-エチリデン-2-ノルボルネン由来のピークの透過率、D(mm)はフィルムの厚さである。
IRインデックス=Log(A/B)/D・・・式(I)
IRインデックスと上記の既知のヨウ素価から、下記式(II)で表されるヨウ素価の検量線を得た。式(II)におけるα及びβはそれぞれ定数である。
ヨウ素価=α×IRインデックス+β・・・式(II)
エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムを成形して得たフィルムのIRインデックスを測定し、その値と上記の検量線から、エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴムのヨウ素価を求めた。
(4)ムーニー粘度
共重合体ゴムの125℃におけるムーニー粘度(ML1+4 125℃(共重合体ゴム))を、JIS K6300-1994に従って測定した。
共重合体ゴムの125℃におけるムーニー粘度(ML1+4 125℃(共重合体ゴム))を、JIS K6300-1994に従って測定した。
(5)シクロヘキサン不溶分の割合
固形の共重合体ゴムの側面から厚さ1mmの部分をはさみで切り取った。切り取られた小片を更に切断して、1mm角の略立方体状の試料を得た。得られた約0.5gの試料の質量(A)を電子天秤で精秤した。次いで、試料を容積500mLの共栓付三角フラスコに入れた。そこに、250mLのシクロヘキサンをメスシリンダーで量り入れ、試料をシクロヘキサンに浸漬させた。シクロヘキサンには、濃度0.1質量%の6-ビス(tert-ブチル)-4-メチルフェノール(スミライザーBHT)を予め溶解させておいた。三角フラスコを25℃の恒温水槽中に24時間放置した。恒温水槽から取り出した三角フラスコを、栓止めしてから、振とう機で1時間振とうした。振とうスピードは120rpmとした。
固形の共重合体ゴムの側面から厚さ1mmの部分をはさみで切り取った。切り取られた小片を更に切断して、1mm角の略立方体状の試料を得た。得られた約0.5gの試料の質量(A)を電子天秤で精秤した。次いで、試料を容積500mLの共栓付三角フラスコに入れた。そこに、250mLのシクロヘキサンをメスシリンダーで量り入れ、試料をシクロヘキサンに浸漬させた。シクロヘキサンには、濃度0.1質量%の6-ビス(tert-ブチル)-4-メチルフェノール(スミライザーBHT)を予め溶解させておいた。三角フラスコを25℃の恒温水槽中に24時間放置した。恒温水槽から取り出した三角フラスコを、栓止めしてから、振とう機で1時間振とうした。振とうスピードは120rpmとした。
120メッシュの金網の質量(B)を電子天秤で精秤した。この金網でフラスコ内の溶解液を濾過した。濾過の際、三角フラスコ内の残留物を、新しいシクロヘキサン約20mLで金網に向けて洗い流した。濾過後の金網を、濾別された金網上の固形分とともに、60~90℃のホットプレート上で3時間乾燥した。乾燥後の金網を、デシケータ―中で約30分かけて室温まで冷却した。冷却後の金網の質量(C)を電子天秤で精秤した。
シクロヘキサンに浸漬する前の試料の質量A、金網の質量B(風袋)、及び、濾過及び乾燥後の金網の質量Cを下記式に代入して、シクロヘキサン不溶分の割合(質量%)を算出した。
シクロヘキサン不溶分の割合={(C-B)/A}×100
シクロヘキサン不溶分の割合={(C-B)/A}×100
(6)tanδ比
共重合体ゴムの粘弾性を、粘弾性測定装置(ALPHA TECHNOLOGIES社製,RUBBER PROCESS ANALYZER RPA2000P)を用いて、以下の条件で測定した。
温度:100℃
歪み:13.95%
周波数:5cpm又は1000cpm
共重合体ゴムの粘弾性を、粘弾性測定装置(ALPHA TECHNOLOGIES社製,RUBBER PROCESS ANALYZER RPA2000P)を用いて、以下の条件で測定した。
温度:100℃
歪み:13.95%
周波数:5cpm又は1000cpm
測定結果から、周波数5cpmでの損失係数であるtanδ(100℃,5cpm)、及び、周波数1000cpmでの損失係数であるtanδ(100℃,1000cpm)を求めた。これらの値を下記式に代入して、tanδ比を算出した。
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
(7)ガラス転移温度(Tg)
共重合体ゴムの示差走査熱量(DSC)測定を、昇温速度5℃/分で行った。得られたガDSCサーモグラムにおけるガラス転移部の中点の温度をガラス転移温度とした。
共重合体ゴムの示差走査熱量(DSC)測定を、昇温速度5℃/分で行った。得られたガDSCサーモグラムにおけるガラス転移部の中点の温度をガラス転移温度とした。
(8)分子量分布(Mw/Mn)
下記条件のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)法によって、共重合体ゴムの重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の標準ポリスチレン換算値を測定した。得られたMw及びMnから、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
・GPC装置:東ソー株式会社製、商品名HLC-8121GPC/HT
・カラム:東ソー株式会社製、商品名TSKgel GMHHR-H(S)HT
・分子量標準物質:分子量500以上20,000,000以下のポリスチレン
・溶出溶媒流速:1.0mL/min
・試料濃度:1mg/mL
・測定温度:140℃
・溶出溶媒:オルトジクロロベンゼン
・注入量:500μL
・検出器:示差屈折計
下記条件のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)法によって、共重合体ゴムの重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の標準ポリスチレン換算値を測定した。得られたMw及びMnから、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
・GPC装置:東ソー株式会社製、商品名HLC-8121GPC/HT
・カラム:東ソー株式会社製、商品名TSKgel GMHHR-H(S)HT
・分子量標準物質:分子量500以上20,000,000以下のポリスチレン
・溶出溶媒流速:1.0mL/min
・試料濃度:1mg/mL
・測定温度:140℃
・溶出溶媒:オルトジクロロベンゼン
・注入量:500μL
・検出器:示差屈折計
(9)引張強さ
100質量部の共重合体ゴムと、5質量部の酸化亜鉛と、1質量部のステアリン酸と、145質量部のFEFカーボンブラック(旭カーボン社製 旭60UG)と、80質量部のパラフィン系オイル(出光興産社製 ダイアナPS430)とを、バンバリーミキサー(神戸製鋼社製)を用い、ローター回転数80rpmで4分間混練した。得られた混練物と、1.5質量部のイオウと、1.25質量部のジ-n-ブチルジチオカルバミン酸亜鉛(ラインケミー社製、レノグランZDBC-80)と、1.25質量部のテトラメチルチウラムジスルフィド(ラインケミー社製、レノグランTMTD-80)と、1.25質量部のN-シクロヘキシルベンゾチアゾールスルフェンアミド(ラインケミー社製、レノグランCBS-80)と、0.71質量部のジペンタメチレンチウラムジスルフィド(ラインケミー製、レノグランDPPT-70)との混合物を、8インチのオープンロール(関西ロール社製)を用いて混練し、ゴム組成物を得た。
100質量部の共重合体ゴムと、5質量部の酸化亜鉛と、1質量部のステアリン酸と、145質量部のFEFカーボンブラック(旭カーボン社製 旭60UG)と、80質量部のパラフィン系オイル(出光興産社製 ダイアナPS430)とを、バンバリーミキサー(神戸製鋼社製)を用い、ローター回転数80rpmで4分間混練した。得られた混練物と、1.5質量部のイオウと、1.25質量部のジ-n-ブチルジチオカルバミン酸亜鉛(ラインケミー社製、レノグランZDBC-80)と、1.25質量部のテトラメチルチウラムジスルフィド(ラインケミー社製、レノグランTMTD-80)と、1.25質量部のN-シクロヘキシルベンゾチアゾールスルフェンアミド(ラインケミー社製、レノグランCBS-80)と、0.71質量部のジペンタメチレンチウラムジスルフィド(ラインケミー製、レノグランDPPT-70)との混合物を、8インチのオープンロール(関西ロール社製)を用いて混練し、ゴム組成物を得た。
得られたゴム組成物を、100トンプレス(商品名:PSF-B010、関西ロール株式会社製)を用いて、設定温度170℃で15分間圧縮成形して、成形と加硫を同時に行い、JIS K6251-1993に記載のダンベル状3号形の試験片を作製した。この試験片の引張試験を、雰囲気23℃、引張速度500mm/minで行った。引張試験機として、QUICK READER P-57引張試験機(上島製作所社製)を用いた。
(8)粘度安定性(ΔML)
100質量部の共重合体ゴムと、5質量部の酸化亜鉛と、1質量部のステアリン酸と、145質量部のFEFカーボンブラック(旭カーボン社製 旭60UG)と、80質量部のパラフィン系オイル(出光興産社製 ダイアナPS430)とを、バンバリーミキサー(神戸製鋼社製)を用い、ローター回転数80rpmで4分間混練した。得られた混練物と、1.5質量部のイオウと、1.25質量部のジ-n-ブチルジチオカルバミン酸亜鉛(ラインケミー社製、レノグランZDBC-80)と、1.25質量部のテトラメチルチウラムジスルフィド(ラインケミー社製、レノグランTMTD-80)と、1.25質量部のN-シクロヘキシルベンゾチアゾールスルフェンアミド(ラインケミー社製、レノグランCBS-80)と、0.71質量部のジペンタメチレンチウラムジスルフィド(ラインケミー製、レノグランDPPT-70)との混合物を、8インチのオープンロール(関西ロール社製)を用いて混練し、ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物の100℃におけるムーニー粘度(ML1+4 100℃(ゴム組成物))を、JIS K6300-1994に従って測定した。ML1+4 125℃(共重合ゴム)とML1+4 100℃(ゴム組成物)との差ΔMLを求めた。ΔMLが小さいことは、混練時の粘度安定性が高いことを意味する。
100質量部の共重合体ゴムと、5質量部の酸化亜鉛と、1質量部のステアリン酸と、145質量部のFEFカーボンブラック(旭カーボン社製 旭60UG)と、80質量部のパラフィン系オイル(出光興産社製 ダイアナPS430)とを、バンバリーミキサー(神戸製鋼社製)を用い、ローター回転数80rpmで4分間混練した。得られた混練物と、1.5質量部のイオウと、1.25質量部のジ-n-ブチルジチオカルバミン酸亜鉛(ラインケミー社製、レノグランZDBC-80)と、1.25質量部のテトラメチルチウラムジスルフィド(ラインケミー社製、レノグランTMTD-80)と、1.25質量部のN-シクロヘキシルベンゾチアゾールスルフェンアミド(ラインケミー社製、レノグランCBS-80)と、0.71質量部のジペンタメチレンチウラムジスルフィド(ラインケミー製、レノグランDPPT-70)との混合物を、8インチのオープンロール(関西ロール社製)を用いて混練し、ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物の100℃におけるムーニー粘度(ML1+4 100℃(ゴム組成物))を、JIS K6300-1994に従って測定した。ML1+4 125℃(共重合ゴム)とML1+4 100℃(ゴム組成物)との差ΔMLを求めた。ΔMLが小さいことは、混練時の粘度安定性が高いことを意味する。
表2の結果から、シクロヘキサン不溶分の割合が0.3~50質量%で、かつ、tanδ比が3.0~20であるエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムは、良好な機械強度(引張強さ)を有する成形体を形成するとともに、ゴム組成物を得るための混錬の過程における安定した粘度を示すことが確認された。
Claims (3)
- 下記要件(A)及び(B)を満たす、エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム。
(A)25℃におけるシクロヘキサン不溶分の割合が、当該エチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムの質量に対して0.3~50質量%である。
(B)下記式:
tanδ比=tanδ(100℃,5cpm)/tanδ(100℃,1000cpm)
で算出されるtanδ比が3.0~20であり、
tanδ(100℃,5cpm)及びtanδ(100℃,1000cpm)は、それぞれ、100℃で周波数5cpmにおける損失正接、及び、100℃で周波数1000cpmにおける損失正接である。 - エチレン単位の含有量が、エチレン単位、α-オレフィン単位及び非共役ポリエン単位の合計量に対して50~90質量%である、請求項1に記載のエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴム。
- 請求項1又は2に記載のエチレン-α-オレフィン-非共役ポリエン共重合体ゴムを含有する、ゴム組成物。
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