JP3014796B2 - α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の無水金属塩及びその製法 - Google Patents
α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の無水金属塩及びその製法Info
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Description
ン酸の金属塩の製造法を提供する。このような金属塩は
これまで、引っ張り強さ及び弾性などのゴムのある物理
的性質の向上のためにゴム配合物に加えられてきた。本
発明の塩は無水であり、独特の結晶構造を有し、本発明
においてそれがそれを含む加硫性ゴム配合物の性質を改
良することを見いだした。
属塩の製造は数種の特許に記載されている。例えば米国
特許4,082,288は、水又は揮発性有機液体など
の液体媒体中でメタクリル酸と酸化亜鉛の懸濁液を撹拌
しながら粉砕することによる塩基性メタクリル酸亜鉛の
製造に関して述べている。
マー配合物のための助剤の製造法において、塩基性メタ
クリル酸亜鉛の形成に必要な割合のメタクリル酸と酸化
亜鉛を液体媒体中で混合し、液体媒体を除去し、得られ
る反応生成物を微粉砕することを含む方法に関して記載
している。本参照文献によると液体媒体は水、又は液体
炭化水素あるいはアルカノールのような揮発性有機液体
であることができる。ここにおける登録の被譲渡人所有
の米国特許4,500,466において、酸化亜鉛とメ
タクリル酸をヘキサンのような液体脂肪族炭化水素中で
反応させることを含むメタクリル酸亜鉛粉末の製造を提
示している。
合物におけるその広範囲の利用が存在するにもかかわら
ず、本発明は新規形態のそのような塩及びその製造法を
提供する。この塩は、それを含む加硫性ゴム配合物に優
れた物理的性質を与える。
繊維状結晶構造を持つα,β−エチレン性不飽和カルボ
ン酸の無水金属塩の製造法を提供することである。
維状結晶構造を持つα,β−エチレン性不飽和カルボン
酸の金属塩を含む、加硫性ゴムのための強化剤の製造法
を提供することである。
質的に板状及び繊維状結晶構造を持つα,β−エチレン
性不飽和カルボン酸の無水金属塩の提供は、本発明のも
うひとつの目的である。
及び繊維状結晶構造を持つα,β−エチレン性不飽和カ
ルボン酸の金属塩を含む、加硫性ゴムのための強化剤の
提供である。
である。
持つα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩で強
化し、物理的性質が向上した加硫ゴム配合物の提供も本
発明の目的である。
持つα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩から
成る、加硫性ゴム配合物のための強化剤を提供する。
構造を持つα,β−不飽和カルボン酸の無水金属塩の製
造法において、亜鉛、鉄(II)、銅(II)及びアル
カリ土類金属から成る群より選んだ金属の有機金属塩
を、有機炭化水素溶媒中で炭素数が3−約30のα,β
−エチレン性不飽和カルボン酸と、激しく撹拌しながら
反応させ、該溶媒を除去し、該無水金属塩を回収する段
階を含むことを特徴とする方法も提供する。
法において、天然ゴム、合成ゴム、及びそれらの配合物
から成る群より選んだ加硫性ゴム100部に、約5−1
00重量部の本質的に板状及び繊維状結晶構造を持つ
α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の無水金属塩を混
合し;その後該ゴム配合物をペルオキシド化合物を用い
て従来の方法により加硫する段階を含むことを特徴とす
る方法も提供する。
れらの配合物は天然ゴム、合成ゴム、及びこれらの配合
物から成る群より選んだ加硫性ゴム、及び該加硫性ゴム
配合物100部当たり約5−100重量部の本質的に板
状及び繊維状結晶構造を持つα,β−エチレン性不飽和
カルボン酸の無水金属塩から成る。
のこれら及び他の目的は、下文に記載しクレイムする本
発明により達成され、既存の金属塩に対して利点を有し
ていた。
の製造であり、これは本質的に板状及びいくらかの繊維
状結晶構造を呈し、走査型電子顕微鏡(SEM)により
検出される。水性媒体中で製造する亜鉛ジメタクリレー
トは水和しており、主に針状及び粉末状結晶構造を呈す
る。米国特許4,500,466に記載のように脂肪族
炭化水素溶媒中で製造すると、両結晶構造が存在する。
すなわち生成物は主に針状及び粉末(水和型)ならびに
いくらかの板状(無水型)の混合物から成る。板状構造
は、加硫性ゴム性ポリマーに混合した時、針状及び粉末
構造、あるいは両構造の混合物を選んだ時より物理的性
質を向上させるということを、我々は見いだした。望ま
しい無水型は板状及び繊維状の混合物であるが、構造は
本質的に板状から成り、それがゴムの物理的性質の向上
を担っていると思われる。下文で議論するが、さらに加
硫ゴム配合物の物理的性質も改良される。
ことができるゴム又はゴム性ポリマーには、天然ゴム、
エチレンプロピレンゴム(EPR)、エチレンプロピレ
ンジエンゴム(EPDM)、ニトリルゴム、ネオプレ
ン、ジエンゴム、共役ジエンと少なくとも1種類のモノ
オレフィンのコポリマー及びそれらの配合物が含まれ
る。共役ジエンのコポリマーは1,3−ブタジエン、2
−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン),2,3
−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエ
ン、1,3−ヘキサジエンなど、及び前述のジエンの混
合物から誘導することができる。好ましい共役ジエンは
1,3−ブタジエンである。
えばスチレン、アルファーメチルスチレン、ビニルナフ
タレン、ビニルピリジンなど;アルキルアクリレート又
はメタクリレート、例えばメチルアクリレート、エチル
アクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレ
ート、ブチルメタクリレートなど;不飽和ニトリル、例
えばアクリロニトリル、メタクリロニトリルなど、及び
ビニルハライド、例えばビニルクロリド、ビニリデンク
ロリドなど、ならびに前記モノオレフィンの混合物を含
む種々のモノオレフィン モノマーから誘導することが
できる。コポリマーは、コポリマーの全重量に対して最
高50重量%までのモノオレフィンを含むことができ
る。好ましいコポリマーは共役ジエン、特にブタジエ
ン、及びビニル芳香族炭化水素、特にスチレンのコポリ
マーである。使用することができる典型的スチレン−ブ
タジエンゴム性コポリマーは、結合スチレン含有量が2
3.5%であり、粘度(100℃におけるML4)が5
0であり、比重が0.94である、Firestone
Tire & Rubber CompanyからS
1502の名称で得ることができるスチレン−ブタジエ
ンコポリマーである。
造法は、ゴム及びポリマーの技術において周知である。
ポリマー及びコポリマーの多くが商業的に入手可能であ
る。一般に金属塩は亜鉛、鉄(II)及び銅(II)な
らびにマグネシウム及びカルシウムなどのアルカリ土類
金属から成る群より選んだ金属と、炭素数が約3−30
のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸、好ましくはア
クリル酸又はメタクリル酸の反応により誘導することが
できる。特に好ましいのは亜鉛ジメタクリレートであ
る。
メタクリレートを得るためには、亜鉛又はカルボン酸金
属塩のための他の金属の有機塩を、有機炭化水素溶媒中
でα,β−エチレン性不飽和カルボン酸と反応させる。
特に好ましいのはヘキサンのような脂肪族炭化水素であ
る。金属塩の有機部分は炭素数が1−約6の脂肪族炭化
水素から成る群より選び、ジエチル亜鉛が特に好まし
い。
る亜鉛ジメタクリレートの製造において、副生成物はエ
タンであり、従って無水の生成物が得られる。酸化亜鉛
とメタクリル酸を含む従来の製造法に従うと副生成物は
水であり、従って部分的に水和した生成物が得られる。
生成した水は生成物と水和物を形成し、水和型の結晶構
造は針状又は粉末状構造であり、所望の板状構造は最少
である。水和生成物は針状及び板状の両構造を示し、従
って無水生成物と水和生成物の混合物である。無水亜鉛
ジメタクリレートの製造例としては、揮発性有機液体炭
化水素中でメタクリル酸1モル当たり約0.5−約0.
6モルの量のジエチル亜鉛をメタクリル酸と反応させ
る。
び注入の可能な流動性懸濁液を形成するので、一般に分
散媒体中に少量の非イオン性界面活性剤を含むことが好
ましいが重要ではない。シリコン型界面活性剤及びアル
キルアリールポリエーテルアルコール型を含む種々の周
知の非イオン性界面活性剤をこの目的に使用することが
できる。好ましい非イオン性界面活性剤はアルキルアリ
ールポリエーテルアルコールである。
剤の量は酸化亜鉛とメタクリル酸の合計重量に対して約
0.1−約1.0%、好ましくは0.3−0.5重量%
の範囲であることができる。
せずに非イオン性界面活性剤の存在下で撹拌しながら行
うのが好ましい。この反応法は流動性懸濁液を形成し、
これは上記で示したようにポンプ汲み上げ及び注入が可
能である。必要なら反応を約70℃までの温度で、及び
界面活性剤なしで行うことができる。この後者の場合
は、スラリ又は粘性のペ−ストが得られ、注入しにく
い。この方法は好ましくないが最終生成物の品質を下げ
ることはないようである。
規模、撹拌の程度などの因子に依存する。一般に反応時
間は約4時間−約20時間かそれ以上の範囲である。
ずくと生成物は液体媒体中の亜鉛ジメタクリレート粒子
の流動性懸濁液の形態をとり、反応を高温で界面活性剤
なしで行うと生成物は液体媒体中の亜鉛ジメタクリレー
トのスラリの形態をとる。
トの粒子の液体媒体からの回収である。これはどの従来
の方法によっても行うことができる。従って例えば濾過
(これが好ましい)、又は蒸発などの液体媒体の除去に
より亜鉛ジメタクリレート粒子を回収することができ
る。亜鉛ジメタクリレート粒子を濾過により回収する場
合、粒子を圧搾することにより液体媒体の一部をさらに
除去するのが望ましく、好ましい。
粒子を乾燥し、亜鉛メタクリレート粉末とする。乾燥は
どのような従来の方法によっても行うことができる。従
って空気乾燥、及び/又は真空乾燥を用いることができ
る。最初に粒子を空気乾燥し、その後約60℃−約70
℃の温度の炉中で真空乾燥するのが好ましい場合が多
い。
の量は一般にゴム100部当たり(phr)約5−10
0重量部の範囲であり、前記の塩の種類の選択にいくら
か依存する。
に周知の他の一般的配合法により配合中にゴムに加える
ことができる。又、有機溶媒中で所望のポリマーを製造
することにより形成されたポリマーセメントに、有機溶
媒中の懸濁液として加えることもできる。このような方
法は同時係続出願米国に非常に詳細に記述してある。本
発明の金属塩を含むポリマー配合物はペルオキシドを用
いて加硫する。配合物に使用できるペルオキシド加硫剤
にはジクミルペルオキシド、ビス−(t−ブチルペルオ
キシ)ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルペルベンゾ
エート、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチ
ル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシドヘキサンなど
の有機ペルオキシドが含まれる。好ましいペルオキシド
加硫剤はビス−(t−ブチルペルオキシ)ジイソプロピ
ルベンゼン及びジクミルペルオキシドである。
硫剤の量は使用するゴムの種類に依存し、広い意味で加
硫有効量とされている量である。一般にそのような量は
ゴム性ポリマー100重量部当たり約0.2−約10重
量部の範囲であることができる。
ー油、酸化防止剤、ワックスなどのゴム配合物に通常使
用される他の添加剤を任意に含むことができる。さらに
充填剤又は充填剤の混合物を、ゴム性ポリマー100重
量部当たり約30−約70重量部の量で使用することが
できる。
(上記のS1502)を選び、4種類の異なる亜鉛ジメ
タクリレートと配合した。配合物No.1は本発明の無
水亜鉛ジメタクリレートを含む。配合物No.2−4は
参照であり、米国特許4,500,466に従って製造
し、板状及び針状の両結晶構造を含む周知の亜鉛ジメタ
クリレートを含む。塩はヘキサン中、界面活性剤の存在
下で酸化亜鉛及びメタクリル酸を反応させることにより
製造した。メタクリル酸に対する酸化亜鉛のモル比は
0.5:1とした。配合物No.1で使用した無水亜鉛
ジメタクリレートは新しく製造したものであり、配合物
No.2で使用した水和塩は製造後15カ月である。配
合物3及び4で使用した水和塩はそれぞれ製造後8カ月
及び1カ月である。
後スラリを室温から150℃の温度の真空炉中で乾燥し
た。生成物をSEMによって調べ、板状及び針状の両構
造を含むことを見いだした。又、TGA及びDSC分析
により、生成物の水和及び無水構造を確認した。
ルホスファイト及び加硫剤Vulcup 40KEを含
む。各配合物の組成及びその加硫後の物理的性質をそれ
ぞれ表I及びIIに示す。ゴム配合物はそれぞれ160
℃にて40分加硫した。
No.1のモジュラス及び引っ張り強さの値は参照配合
物No.2より非常に高い。配合物No.3及び4は配
合物No.2に比べて非常に向上した性質を示し、板状
構造の濃度が高いことの効果を示している。
照してほしい。図1の結晶構造は本質的に板状でありそ
の間を走る少しの繊維を伴い、本発明の他の無水金属塩
と同様に亜鉛ジメタクリレートの無水型の特徴である。
同様に従来の水和型の亜鉛ジメタクリレートの結晶構造
を図2に示すが、これは大部分が針状及び粉末状であり
顕微鏡写真の左に板状が1個ある。
塩のDSCによる分析を図3及び4に示す。図3におい
て、4転移点A−Dが注目される。転移点Aは吸熱であ
り少量の水の除去を示す。亜鉛メタクリレートは無水で
あるが塩は吸湿性であり、従って微量の水分を吸着する
のであろう。転移点B及びCは両方共発熱であり、分解
及び少量のメタクリル酸の除去(B)ならびに亜鉛ジメ
タクリレートの重合(C)を示す。転移点Dは別の吸熱
であり、塩の最終的分解を示す。
吸熱であり、水の除去を示す。水和物質では水が複合体
としてより強く結合しており、従ってより高温で吸熱が
起こる。従ってAは非複合水の除去、A′はゆるく結合
した複合水の除去、及びA″は強く結合した複合水の除
去を示す。転移点Bは発熱であり、亜鉛ジメタクリレー
トの分解、及びそれに続くメタクリル酸の除去を示す。
転移点C及びDはこれも重合による発熱(C)及び塩の
分解(D)を示す。
晶形態に変換することができるかどうか、及び水和塩か
ら水和した水を除去すると針状及び粉末状構造を本発明
の板状構造に変換することができるかどうかを決定する
ために、乳液SBR(上記のS1502)を用いてさら
に4配合物No.5−8を製造した。各配合物は下文に
述べる異なる亜鉛ジメタクリレート塩、酸化防止剤、及
びペルオキシド加硫剤を含む。組成、加硫条件、及び加
硫後の物理的性質をそれぞれ表III及びIVに示す。
無水亜鉛ジメタクリレートを含む。配合物No,6は米
国特許4,500,466に従って製造した水和亜鉛ジ
メタクリレートを含む。配合物No.7は無水亜鉛ジメ
タクリレート1モル当たり2モルの水にさらして水和し
た無水亜鉛ジメタクリレートを含む。配合物No.8は
米国特許4,500,466に従って製造し、150℃
に30分間加熱してできるだけ多くの水和水を除去した
水和亜鉛ジメタクリレートを含む。
を含む配合物No.5は他の3配合物と比較して優れた
物理的性質を有することが明らかである。配合物6−8
の比較により、水和塩からの水の除去は、配合物No.
8に関して配合物No.5で使用した無水塩の場合ほど
良い結果をもたらさないことも明らかである;従って水
の除去は望ましい板状構造を与えない。しかし本発明の
無水金属塩への水の添加は配合物No.7の有する物理
的性質を悪化させ、望ましい板状構造が減少したことを
示している。従って金属塩の好ましい形態は本質的に板
状及び繊維状の結晶構造を持つ無水の形態である。
から、ゴム性ポリマーへのα,β−エチレン性不飽和カ
ルボン酸の無水金属塩の添加はゴム配合物の物理的性質
を、従来の水和塩を加えたゴム配合物より向上させるこ
とが明らかである。本発明は本文で例とした無水亜鉛ジ
メタクリレート及びSBR、又は本文で示した他の金属
塩及び典型的ゴムポリマーに限られるわけではなく、実
施例は単に本発明の主題の実行を示すためのものである
ことが理解されるべきである。同業者は上記で明らかに
した発明に従って容易に他の無水金属塩及び/又はゴム
性ポリマーを選択することができる。
な変形も本文で明らかにし、記載した発明の範囲から逸
脱する事なく決定し、制御することができると思われ
る。さらに添付クレイムの範囲内のすべての修正及び変
形も本発明の範囲に含まれる。本発明の主たる特徴及び
態様は以下のとうりである。
て、本質的に板状及び繊維状結晶構造を持つα,β−エ
チレン性不飽和カルボン酸の無水金属塩から成ることを
特徴とする強化剤。
属塩を亜鉛、鉄(II)銅(II)及びアルカリ土類金
属から選び、該α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の
炭素数が3−約30であることを特徴とする強化剤。
ジメタクリレートから成ることを特徴とする強化剤。
つα,β−不飽和カルボン酸の無水金属塩の製造法にお
いて:亜鉛、鉄(II)、銅(II)及びアルカリ土類
金属から成る群より選んだ金属の有機金属塩を、有機炭
化水素溶媒中で炭素数が3−約30のα,β−エチレン
性不飽和カルボン酸と、激しく撹拌しながら反応させ;
該溶媒を除去し;該無水金属塩を回収する段階を含むこ
とを特徴とする方法。
金属塩の有機部分を炭素数が1−約6のアルキルから成
る群より選ぶことを特徴とする方法。
金属塩が亜鉛ジメタクリレートであることを特徴とする
方法。
る方法において:天然ゴム、合成ゴム、及びそれらの配
合物から成る群より選んだ加硫可能なゴム100部に、
約5−100重量部の本質的に板状及び繊維状結晶構造
を持つα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の無水金属
塩を混合し;その後該ゴム配合物をペルオキシド化合物
を用いて従来の方法により加硫する段階を含むことを特
徴とする方法。
塩を亜鉛、鉄(II)銅(II)及びアルカリ土類金属
から選び、該α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の炭
素数が3−約40であることを特徴とする方法。
塩が亜鉛ジメタクリレートであることを特徴とする方
法。
然ゴム、合成ゴム、及びこれらの配合物から成る群より
選んだ加硫可能なゴム;及び該加硫可能なゴム配合物1
00部当たり約5−100重量部の本質的に板状及び繊
維状結晶構造を持つα,β−エチレン性不飽和カルボン
酸の無水金属塩から成ることを特徴とする配合物。
合物において、該金属塩を亜鉛、鉄(II)銅(II)
及びアルカリ土類金属から選び、該α,β−エチレン性
不飽和カルボン酸の炭素数が3−約30であることを特
徴とする配合物。
合物において、亜鉛ジメタクリレートから成ることを特
徴とする配合物。
タクリレートの倍率5000xにおける電子顕微鏡写真
であり;
で製造した亜鉛ジメタクリレートの電子顕微鏡写真であ
り;
タクリレートのDSCによる分析から得た曲線を描いた
グラフであり;
ートのDSCによる分析から得た曲線を描いたグラフで
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 加硫可能なゴム配合物の強化剤におい
て、本質的に板状及び繊維状結晶構造を持つ、亜鉛、鉄
(II)、銅(II)及びアルカリ土類金属より選ばれ
る金属と炭素数が3〜30のα,β−エチレン性不飽和
カルボン酸とから誘導される、α,β−エチレン性不飽
和カルボン酸の無水金属塩から成ることを特徴とする強
化剤。 - 【請求項2】 本質的に板状及び繊維状結晶構造を持つ
α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の無水金属塩の製
造法において: 亜鉛、鉄(II)、銅(II)及びアルカリ土類金属か
ら成る群より選んだ金属の有機金属塩を、有機炭化水素
溶媒中で炭素数が3−30のα,β−エチレン性不飽和
カルボン酸と、激しく撹拌しながら反応させ; 該溶媒を除去し; 該無水金属塩を回収する段階を含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項3】 加硫ゴム配合物の物理的性質を改良する
方法において: 天然ゴム、合成ゴム、及びそれらの配合物から成る群よ
り選んだ加硫可能なゴム100部に、5−100重量部
の本質的に板状及び繊維状結晶構造を持つ、亜鉛、鉄
(II)、銅(II)及びアルカリ土類金属より選ばれ
る金属と炭素数が3〜30のα,β−エチレン性不飽和
カルボン酸とから誘導される、α,β−エチレン性不飽
和カルボン酸の無水金属塩を混合し; その後該ゴム配合物をペルオキシド化合物を用いて加硫
する段階を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項4】 加硫可能なゴム配合物において: 天然ゴム、合成ゴム、及びこれらの配合物から成る群よ
り選んだ加硫可能なゴム;及び該加硫可能なゴム配合物
100部当たり5−100重量部の本質的に板状及び繊
維状結晶構造を持つ、亜鉛、鉄(II)、銅(II)及
びアルカリ土類金属より選ばれる金属と炭素数が3〜3
0のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸とから誘導さ
れる、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の無水金属
塩から成ることを特徴とする配合物。
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