JP3491264B2 - ノボラック樹脂の硬化剤としてメラミン置換体を用いた方法と組成物 - Google Patents
ノボラック樹脂の硬化剤としてメラミン置換体を用いた方法と組成物Info
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Description
ノボラック樹脂の硬化剤系に関するものである。
1つのフェノールまたはフェノール誘導体と少なくとも
1つのアルデヒドとをベースとした予備縮合物を意味す
る。
米国特許出願第5,021,522号に記載のようにベルト、パ
イプ、タイヤのエンベロープ等を製造するためのゴムの
調製に用いられている。この樹脂と硬化剤とを組み合わ
せて調製したゴム混合物は硬化後に高い硬度とモジュー
ルを示し、変形が小さいというこが知られている。この
樹脂がこのように強化される理由は、ノボラック樹脂と
硬化剤(大抵の場合はメチレン供与体)との反応によっ
てゴム内に3次元網状構造が形成されるためであると説
明されている。
供与体はヘキサメチンテトラミン(HMTA)であるが、こ
のHMTAには下記の欠点がある: (1) 衛生上および安全上に問題がある(Ph.Combett
eとF.Alarcon−Lorcaの論文『ゴム/金属の接着;RFS
系、HMT、HMMMのいずれか?(Adhesion caoutchouc/met
al;systemes RFS:HMT ou HMMM ?)』〔Caoutchoucs et
Plastiques、第683号、1988年12月、第103〜107頁〕。
ク樹脂をHMTAと一緒に用いると接着部が剥がれることが
ある(アンモニアの放出に起因すると思われる)(Klau
s−Dieter AlbrechtとTheo Kempermannの論文『タイヤ
中での鋼ケーブルの接着(Adherance des cables d'aci
er dans les pneumatiques)』(Inform.Bayer pour l'
Ind.Caoutch.第53号、1981年、第13〜25頁)。
りに他のメチレン供与体であるヘキサ(メトキシメチ
ル)メラミン(H3M)を用することが試みられた。このH
3Mはゴムの硬化時にアンモニアの代わりにメタノールが
放出されるので、上記欠点が少ないということは上記2
つの文献に記載されている。しかし、H3Mを用いた時に
は硫黄で加硫されるゴムを含む組成物は固化速度(vite
ss de rigidification)が大幅に遅くなるという工業的
に重大な欠点がある(Enichem Synthesis社の「ARAX EK
M」参照)。
生上の問題がなしにノボラック樹脂を含む組成物を速い
硬化速度で硬化させることができるように、置換基を有
するメラミン(以下メラミン置換体という)をノボラッ
ク樹脂の硬化剤として用いる方法および樹脂組成物を提
供することにある。
む組成物を硬化させる方法において、下記(a)および
(b): (a)メラミン置換体の中から選択される少なくとも1
つの硬化剤、 (b)メチロール基またはメチロール基に対応するエー
テル基を含まず且つ少なくとも1つの 基を含む少なくとも一種の化合物および/または硬化条
件でこの化合物を生じる少なくとも1種の反応剤 をノボラック樹脂と混合して用い、熱の作用でノボラッ
ク樹脂の硬化を促進することを特徴としている。
と、上記の硬化剤(a)と、上記の化合物(b)および
/または硬化条件でこの化合物を生じる反応剤とを混合
した硬化可能な組成物に関するものである。
体からなる群の中から選択される少なくとも1種のフェ
ノール化合物と、少なくとも1種のアルデヒドとの縮合
で得られる全ての樹脂を意味する。
芳香族環および/または1つまたは複数のフェノール基
とを含むことができ、さらに、フェノール以外の基、例
えばアルキル基、アルセニル基、アルシニル基、アミン
基、アルコキシ基、エステル基を含むことができる。こ
の誘導体の例としてはメタ−アミノフェノール、メタ−
メトキシフェノール、β−ナフトールが挙げられる。
ヒド基を含む脂肪族、環式または芳香族アルデヒドであ
り、特にホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピ
オンアルデヒド、ブチルアルデヒド、クロトンアルデヒ
ド、シンナムアルデヒド、ベンズアルデヒド、フルフラ
ルが挙げられる。
する:フェノール/ホルマリン、変性フェノール/ホル
マリン、フェノール/ホルマリン以外のアルデヒド、フ
ェノール/ホルマリン/ホルマリン以外のアルデヒド、
レゾルシン/ホルマリン、変性レゾルシン/ホルマリ
ン。
用いることができる。
い: (ここで、 R1、R2、R3、R4、R5、R6は−H、−CH2OH、−CH2OC
H3、−CH2OCH2OCH3からなる群から選択され、互いに同
一でも異なってもよいが、R1〜R6の少なくとも1つは水
素ではない) 式(I)の化合物の中では特にヘキサ(メトキシメチ
ル)メラミン〔ヘキサメチロールメラミン−ヘキサメチ
ルエーテルともよばれる(H3M)〕、ヘキサメチロール
メラミン−ペンタメチルエーテル、ペンタメチロールメ
ラミン−ペンタメチルエーテル、ペンタメチロールメラ
ミン−テトラメチルエーテル、テトラメチロールメラミ
ン−テトラメチルエーテル、トリメチロールメラミン−
トリメチルエーテルが挙げられる。
ミンの混合物(特にH3Mを含むもの)を用いることがで
きる。混合物としては例えば以下の名称のものが市販さ
れている:アメリカンサイアナミド(American Cyanami
d)社のシレッズ (CYREZ)963、バイエル(Bayer)社
のコーデュル (COHEDUR)A、ヘキスト(Hoechst)社
のVXT 3911、セカ(CECA)社のXR 14117、住友のスミカ
ノール (SUMICANOL)508、モンサント(Monsanto)社
のレジメン (RESIMENE)3520、エニケムシンテシス
(Enichem Synthesis)社のアラックス(ARAX)EKM。こ
れらの混合物は式(I)のモノマーおよび/または式
(I)のモノマーのオリゴマーを含んでおり、場合によ
ってはメラミンを含むこともある。
ル基とは有していない。従って、アミノ樹脂(aminopla
stes)ではない。この化合物(b)としては尿素、置換
尿素、アミドおよびイミドを挙げることができる。化合
物(b)は下記の式(II)〜(VII)を有するのが好ま
しい: (ここで、 R7、R8、R9、R10は−H、脂肪族、環式または芳香族
の飽和または不飽和炭化水素基からなる群の中から選択
され、R7、R8、R9、R10は互いに同一でも異なっていて
もよいが、R8は式(III)(V)(VII)で−Hではな
い) この化合物(b)としては、例えばホルムアミド、ア
セトアミド、プロプリオンアミド、ブチルアミド、カプ
ロアミド、ラウロアミド、ステアラミド、スクシナミ
ド、ウレア、ジメチルウレア、ベンズアミド、ベンズア
ニリド、N−シクロヘキシル−プロプリオナミド、N,N
−ヒドロキシエチロールアミド、ε−カプロラクタム、
ブチラニリド、スクシニミドが挙げられる。
合物として用いることができる。
か、樹脂を含む組成物に添加することができる。また、
この化合物(b)を基礎反応剤から樹脂中または組成物
中でその場で(in situ)生成させることもできる。す
なわち、例えば酸、無水物または酸塩化物をアミンまた
は対応するアミン誘導体と反応させて生成させることも
できる。
る反応剤とを含む混合物を用いることができる。
下、固化という)するために使用することができる。
くとも2つの混合物である。合成ゴムは例えばポリイソ
プレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソ
ブチレン、スチレン−ブタジエンコポリマー、アクリロ
ニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、エチレン
−プロピレンコポリマーである。これらのゴムは、例え
ば硫黄、過酸化物またはビスマレイミド(硫黄と組み合
わせて用いることもできる)の作用で架橋することがで
きるが、架橋系を含まないもの、例えば熱可塑性ゴムで
もよい。
ーボンブラック、ステアリン酸、シリカ、珪酸、酸化亜
鉛、コバルト塩、硫黄または架橋剤、加硫促進剤、老化
防止剤、特に酸化防止剤、オイル、その他の試薬をさら
に含むことができる。
はゴム組成物中に容易に混入でき、均質に分散させるこ
とができる。
になるであろう。しかし、本発明が下記実施例に限定さ
れるものではない。
DSC(Differential Scanning Calorimetry:示差走査熱
分析)スペクトルである。
いゴム組成物の流動曲線(courbes rheometriques)で
ある。
た: a) 架橋系を含まないノボラック樹脂とゴムとの組成
物 通常のレオメーター(AFNOR規格NF−T43−015(1975
年8月)に記載のような振動する2つの円錐ロータを有
するレオメーター)を用いる。流動トルクの時間を関数
とした変化が弾性マトリックス内での樹脂の硬化程度、
従って、硬化速度を表し、その最大流動トルクは樹脂網
の最大強度、換言すれば樹脂の最大縮合率を表す。グラ
フは150℃で得られたものであり、従って、この温度で
の運動特性と樹脂の硬化度とを評価することかできる。
時間を関数とする流動トルクの変化は樹脂の硬化とゴム
の架橋とか同時に起こった時の組成物の固化度合い、従
って、硬化速度を表し、最大流動トルクはこの温度での
組成物の最大固さ(rigidite)を表す。
9月のAFNOR規格NF−T46−002で行った。
成物に対して、特に指示がない限り150℃で50分焼成(c
uission)(以下加熱という)した後に行った。10%伸
び(M10)と、100%伸び(M100)と、300%伸び(M30
0)を得るのに必要な応力を測定した。
り試験は全て1979年12月のAFNOR規格NF−T40−101に従
って温度および湿度の通常測定条件で実施した。
熱分析)は化学反応中に消費または放出される熱量ΔH
(エンタルピー)の量を測定する熱量測定方法である。
同じ発熱性反応でΔHの値が大きくなることは、存在す
る成分の反応性が増加し、より完全な化学反応が起こっ
たことを表す。この方法は温度勾配試験である。
に必要な熱流の差を熱分析装置DSCを用いて測定する。
温度は40℃から250℃まで1分につき10℃ずつ直線的に
上昇した。用いた熱分析装置はセタラム(Setaram)社
のDSC111である。
熱ピークまたは発熱ピークが出る。このピークを積分す
ると反応のエンタルピーΔHが計算できる。
化剤、すなわち、アメリカン サイアナミド(American
Cyanamid)社から市販のシレッズ (CYREZ)963を使
用した。この硬化剤は上記式(I)の種々の化合物また
はこれら化合物のオリゴマーの複雑な混合物であり、そ
の約36重量%はヘキサ(メトキシメチル)メラミン(H3
M)である。
との予備縮合物である同じノボラック樹脂を用いた。こ
の樹脂はシュネクタディ(Schenectady)社から市販のS
RF1500である。
物)での硬化剤とノボラック樹脂との縮合状態を調べる
ことにある。
ラック樹脂100重量部に対する重量で示してある。
析した。得られた曲線は第1図に示してある。
F(mW)であり、鎖線の曲線C1は組成物1に対応し、実
線の曲線C2は組成物2に対応する。
あり、80〜240℃の間を積分すると、これらの反応のエ
ンタルピーが得られる(エンタルピーは組成物1g当たり
のジュールで表した)。
に遅い(数度のズレ)が、本発明組成物2の縮合は対照
組成物1よりより大きな発熱性を示す(反応エンタルピ
ーΔHは組成物1では155J/gであるが、組成物2では18
4J/g)。従って、本発明の場合には縮合がより完全に起
こる。
物での本発明の効果を調べることにある。
n poids pour 100 parties en poids d'elastomere)す
なわちエラストマー100重量部当たりの重量部で表示)
のものを用いた: 天然ゴム 100 カーボンブラックN326* 60 ノボラック樹脂 4 硬化剤 3 (* ASTM規格D−1765による名称) このベース組成物を組成物3とする。この組成物3に
第2表に示す各種化合物を種々の比率(pceで表示)で
添加した。
組成物の特性を調べた。得られた流動曲線は第2図に示
してある。第2図の横座標は加熱時間t(分)であり、
縦座標はレオメータで測定したトルクK(N.m)であ
る。曲線C3〜C8が組成物3〜8にそれぞれ対応してい
る。
するまでの時間とを表している。
よりはるかに高い樹脂の縮合率を示すことが分かる。こ
れは最大トルクが高いことによって表される。また、本
発明組成物4〜8は最大トルクに達するまでの時間が短
いので、縮合速度も速い。
用したものである。
調製した。
ル−パラ−フェニレンジアミンである。加硫促進剤はN
−オキシジエチレン−2−ベンゾチアジルスルフェナミ
ドである。
た組成物中の各化合物の種類と比率(pceで表示)を示
している。
組成物の特性を調べた。第3図に得られた流動グラフで
ある。第3図の横座標と縦座標は第2図と同じ意味を有
し、曲線C9〜C14が組成物9〜14にそれぞれ対応する。
0、M300〔I.1b)およびI.2に従って測定〕を示してい
る。
あり、t99は硬化終了時間の記述子(分で表示)であ
り、CRIは硬化速度指数(分-1で表示)である。
も大きく固化できることが分かる。また、本発明では硬
化反応速度の明らかな促進が見られ、応力M10、M100、M
300に関して本発明では機械的特性が大幅に改善され、M
10では30〜80%、M100では20〜50%改善される。
ゴム組成物で、ノボラック樹脂の割合を変えた時の本発
明の重要性を示している。
た。
り、コバルト塩はナフテン酸コバルトである。
ロピオンアミドとを添加した第6表に示す組成物(比率
はpceで表示)を得た。
横座標と縦座標は第2図と同じ意味を有し、曲線C15〜C
18は各々組成物15〜18に対応する。
組成物を引張り試験した時の機械特性を示す。
ノボラック樹脂の含有量は対照組成物15中の含有量より
明らかに少ないが、固化度は類似している。組成物18の
時間t99は組成物15の場合より明らかに小さく、硬化速
度指数CRIは明らかに大きい。
り少ない量のノボラック樹脂を含むが、曲線C16、C17は
硬化速度と固化度が大きい。
0、M100、M300が大きくなり、破壊応力が大きくなる。
破壊伸びはこれら全ての組成物で近似した値になる。
同じ良好な機械特性を維持したまま、組成物中のノボラ
ック樹脂の割合を減少させることができる。
場合もある)とを比較する。これらの組成物は全てゴム
用架橋剤を含まない。
た。
(pceで表示)。
発明組成物であり、組成物19はベース組成物のみで構成
されている。
第5図の横座標と縦座標は第2図と同じ意味を有し、曲
線C19〜C22は組成物19〜22にそれぞれ対応する。第10表
は、150℃で60分加熱した後に測定した流動トルク(N
・m)である。
合速度が他の組成物よりかなり高い。また、第10表は本
発明組成物が他の組成物よりも流動トルク、従って樹脂
の縮合度も高いことを示している。また、本発明ではな
い加硫促進剤を含む組成物20と21の樹脂の縮合速度は対
照組成物19の場合よりも小さく、これらの組成物20、21
の流動トルクも対照組成物の19より小さいことが分か
る。
するものとして、例えばアミド等と同様に当業者に知ら
れている〔ケンパーマン(Th.Kempermann)の論文『促
進剤の構成と作用との間の関係』(International Poly
mer Science & technology、第5巻、第5号、T/34−T
/42頁、1978年参照〕。
組成物22のプロピオンアミドの明確な効果を組成物20、
21が有しないということを示す実施例5の結果は驚くべ
きことである。
た組成物に適用できることを示すものである。第11表の
組成物を調製した(pceで表示)。
が本発明組成物であり、組成物24、25は本発明の成分の
少なくとも1つを含むが全てを含んではおらず、組成物
23は対照組成物である。
の横座標と縦座標は第2図と同じ意味を有し、曲線C23
〜C26は組成物23〜26に対応している。
トルク(N・m)である。
物26からは本発明でない組成物よりも優れた固化物が得
られる。
(ノボラック樹脂、硬化剤、化合物b)を2つのゴム組
成物間で接触でマイグレーションさせて固化できること
を示すことにある。
じものである。
成物27は対照組成物である。
重ねて、厚さ5mmのブロックを作る。それを通常の条件
(23±2℃、相対湿度50±5%、大気圧)で24時間放置
した後、150℃で60分加熱した。こうして得られたサン
プルは下記組成物で構成されている: サンプル1:組成物27と組成物28 サンプル2:組成物27と組成物29 サンプル3:組成物27と組成物30 サンプル4:組成物28と組成物29 サンプル5:組成物28と組成物30 加熱後、2つの組成物の間の界面から1mmだけ各サン
プルを取り、下記組成物の応力M10を測定した(I.2の方
法)。
には組成物28から組成物29へ(サンプル4の場合)また
組成物28から組成物30へ(サンプル5の場合)ノボラッ
ク樹脂がマイグレーションしたことを示している。サン
プル4の組成物29は樹脂のマイグレーション後にプロピ
オンアミドを含んでいないので本発明によるものではな
い。一方、サンプル5の組成物30は組成物28からの樹脂
のマイグレーション後に本発明の3つの成分を含むの
で、本発明によるものである。このサンプル5はサンプ
ル4より高い応力M10を示す。
例えばノボラック樹脂を初期には含まないかほとんど含
まないものを用い、それを本発明の他の2つの成分(硬
化剤と化合物b)を含む組成物中にマイグレーションさ
せることによって本発明を実施することもできる。この
方法を用いると、硬化させるべき組成物と接触する1つ
または複数の他の組成物のノボラック樹脂の含有量に応
じて、加熱後に組成物の硬度を調節することかできる。
この方法は例えばタイヤのエンベロープの製造時にその
各箇所でゴム組成物の固さを変えるのに利用できる。
bを生じる反応剤についてマイグレーションしても同様
な結果が得られる。
の本発明の利点を示すことにある。
−フェニレンジアミン **:N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアジルスルフ
ェナミド) 第15表はノボラック樹脂、硫黄、硬化剤、ε−カプロ
ラクタムの値(pceで表示)を示している。
である。加熱後に前記I.2の方法でM10、M100、破壊応
力、破壊伸びを測定し、さらに下記を加えた: (1) 加熱後の初期状態 時間を変えて150℃でサンプルを加熱し、加熱後のサ
ンプルで測定した。加熱時間と、得られた測定値(初期
特性)を第16表に示す。
間150℃に加熱)し、加熱後のサンプルを75℃で14日間
空気に曝して老化させた後に測定を行った。
する変化率(%)を示している。
0値またはM100値に近似または極めて近似した値にする
ことができる。換言すれば、得られた固さはほぼ同じで
ある。
いることが分かる。
(%)を大幅に小さくすることができる。換言すれば、
本発明組成物は熱−酸化老化中の固さが対照組成物より
はるかに安定である。また、破壊伸び値と破壊応力値も
対照組成物に比べて高い。
で使用できることを示すことにある。
を含むブタジエン−スチレンコポリマー)を使用した以
外は実施例2と同じベース組成物(組成物34)を用い
た。
明組成物35を得た。
成物を測定した。
得られた曲線C35とを示している。第7図と横座標と縦
座標は第2図と同じ意味を有する。図から分かるよう
に、組成物35は対照組成物34よりも明らかに高い樹脂の
縮合度と縮合速度とを示している。
樹脂とシレッズ(CYREZ)963以外の硬化剤とが本発明で
使用できることを示すことにある。
上記の各実施例で使用したものと同じものである。ノボ
ラック樹脂ペナコライト (Penacolite)B20はコッパ
ー(Kopper)社から市販の変性レゾルシノール/ホルマ
リン予備縮合物である。
r)社の製品で、前記の式(I)の種々の化合物または
そのオリゴマーの混合物であり、その約20重量%はヘキ
サ(メトキシメチル)メラミン(H3M)である。組成物3
7と組成物39は本発明組成物であり、組成物36と組成物3
8は対照組成物である。これらの組成物を前記のI.1に記
載の方法でレオメトリーで測定した。
37を示し、第9図は組成物38と組成物39とに対応する曲
線C38、び39を示している。これらの図の横座標と縦座
標は第2図と同じ意味を有する。
値に達する時間(分)を示している。
組成物37および39は対照組成物36および38よりも樹脂の
縮合度と縮合速度とが明らかに高い。
しい: (1) ノボラック樹脂100重量部当たりの硬化剤の割
合は0.5〜200重量部、より好ましくは50〜100重量部で
ある。
(b)(少なくとも1つの 基を有する化合物)の割合は0.5〜200重量部、好ましく
は、10〜100重量部であり、化合物(b)は組成物中に
存在するか、反応剤から反応後にこの化合物(b)を生
じて組成物中に生じる。
るのが好ましい: (3) ゴム100重量部当たりのノボラック樹脂の割合
は1〜50重量部、より好ましくは2〜20重量部である。
とができる: (1) ノボラック樹脂の割合を同じにして、公知混合
物よりも固さの大きい混合物を得ることができる。
くして公知の混合物と同じ固さを得ることができ、従っ
て、コストを低下させることができる。
で、加熱時間を短くすることができ、コストが下がる。
特性を維持したまま、硬化剤としてHMTAの代わりにメラ
ミン誘導体を使用することができるので、アンモニア発
生源が無くなり、その欠点、例えば金属補強材とゴムと
の間の接着部の剥離等の欠点が無くなる。
すことができるので、公知組成物と同等またはそれ以上
の機械的特性を維持したまま、熱−酸化老化後の固さが
より安定する。
て加熱されるタイヤのエンベロープ、特に重量車、土木
作業車まはた航空機用のタイヤのエンベロープの場合に
は極めて重要である。
らかである。
Claims (2)
- 【請求項1】少なくとも1種のノボラック樹脂を含む組
成物を硬化させる方法において、下記(a)および
(b)をノボラック樹脂と混合して用い、熱の作用でノ
ボラック樹脂の硬化を促進することを特徴とする方法: (a) 下記式(I)を有するメラミン置換体の中から
選択される少なくとも1つの硬化剤: (ここで、R1、R2、R3、R4、R5、R6は−H、−CH2OH、
−CH2OCH3および−CH2OCH2OCH3からなる群の中から選択
され、互いに同一でも異なっていてもよいが、R1〜R6の
少なくとも1つは水素ではない) (b) 下記の基: を少なくとも1つ含み且つメチロール基またはメチロー
ル基に対応するエーテル基を含まない下記一般式(II)
〜(VII) (ここで、R7、R8、R9、R10は−H、脂肪族、環式また
は芳香族の飽和または不飽和炭化水素基からなる群の中
から選択され、R7、R8、R9、R10は互いに同一でも異な
っていてもよく、ただし、R8は式(III)、(V)およ
び(VII)では−Hではない) のいずれか一つで表される少なくとも一つの化合物、お
よび/または、硬化によってこの化合物を生じる少なく
とも一つの試薬。 - 【請求項2】少なくとも1種のノボラック樹脂と、下記
(a)および(b)とを混合した硬化可能な組成物: (a) 下記式(I)を有するメラミン置換体の中から
選択される少なくとも1つの硬化剤: (ここで、R1、R2、R3、R4、R5、R6は−H、−CH2OH、
−CH2OCH3および−CH2OCH2OCH3からなる群の中から選択
され、互いに同一でも異なっていてもよいが、R1〜R6の
少なくとも1つは水素ではない) (b) 下記の基: を少なくとも1つ含み且つメチロール基またはメチロー
ル基に対応するエーテル基を含まない下記一般式(II)
〜(VII) (ここで、R7、R8、R9、R10は−H、脂肪族、環式また
は芳香族の飽和または不飽和炭化水素基からなる群の中
から選択され、R7、R8、R9、R10は互いに同一でも異な
っていてもよく、ただし、R8は式(III)、(V)およ
び(VII)では−Hではない) のいずれか一つで表される少なくとも一つの化合物、お
よび/または、硬化によってこの化合物を生じる少なく
とも一つの試薬。
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