JP3537957B2 - Clay composite material and method for producing the same - Google Patents

Clay composite material and method for producing the same

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JP3537957B2 JP18124996A JP18124996A JP3537957B2 JP 3537957 B2 JP3537957 B2 JP 3537957B2 JP 18124996 A JP18124996 A JP 18124996A JP 18124996 A JP18124996 A JP 18124996A JP 3537957 B2 JP3537957 B2 JP 3537957B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,粘土複合材料及びその製造方法
に関する。さらに詳しくは,極性の低いゴム中に粘土鉱
物を分子レベルで分散させることができる,新規な種材
料を提供するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a clay composite material and a method for producing the same. More specifically, the present invention provides a novel seed material capable of dispersing clay minerals at a molecular level in rubber having low polarity.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より,ゴム材料の機械的特性を改良す
るために,粘土鉱物の添加,混合が検討されている。例
えば,特開平1─198645号公報において,末端又
は側鎖にオニウムイオンを導入したオリゴマーを使用し
て粘土鉱物の有機化を行い,これをゴム材料の中に混合
するという方法が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, addition and mixing of clay minerals have been studied in order to improve the mechanical properties of rubber materials. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-198645 discloses a method of organizing a clay mineral by using an oligomer having an onium ion introduced into a terminal or a side chain, and mixing the clay mineral into a rubber material. .

【0003】[0003]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来の粘
土複合ゴム材料においては,オニウムイオンを導入した
オリゴマーの調製は,必ずしも容易ではなかった。ま
た,粘土層間へオリゴマーを直ちに導入させようとする
ため,粘土層間の膨潤が不十分な場合があった。また,
Giannelisらによれば,極性基のないポリスチ
レンを用いた場合には,層間にはポリスチレン分子が1
層しか入ることができず,層間膨潤にも限界がある
(E.P.Giannelisら,Chem.Mate
r.5,1694−1696(1993))。
However, in the above-mentioned conventional clay composite rubber material, it is not always easy to prepare an oligomer into which onium ions are introduced. In addition, the swelling between the clay layers was sometimes insufficient because the oligomer was immediately introduced into the clay layers. Also,
According to Giannelis et al., When polystyrene having no polar group is used, one polystyrene molecule is present between the layers.
Only layers can enter, and interlayer swelling is limited (EP Giannelis et al., Chem. Mate.
r. 5,1694-1696 (1993)).

【0004】尚,本願の発明者らは,分子内に極性基を
有するオリゴマー又はポリマーを,オニウムイオンによ
り有機化された粘土鉱物の層間に十分に入り込ませる技
術,及び有機化された粘土鉱物の層間に極性基を有する
低分子物質を導入した後に極性基を有しないオリゴマー
又はポリマーを粘土層間に導入する技術について,先に
出願している(「粘土複合材料及びその製造方法」平成
7年6月5日出願,「粘土複合材料及びその製造方法,
並びにブレンド材料」平成7年6月30日出願)。しか
し,オリゴマーなどのゲスト分子をゴムと混合すると,
未加硫時の粘度が低下すると共に,加硫時でも若干の弾
性率が低下することがあった。
[0004] The inventors of the present application have developed a technique for allowing an oligomer or polymer having a polar group in a molecule to sufficiently penetrate between layers of a clay mineral that has been organically treated by onium ions, A technique for introducing an oligomer or polymer having no polar group between the clay layers after introducing a low molecular substance having a polar group between the layers has already been filed (“Clay composite material and its production method”, June 1995). Filed on March 5, “Clay composite material and its manufacturing method,
As well as blend materials ”filed on June 30, 1995). However, when guest molecules such as oligomers are mixed with rubber,
The viscosity before unvulcanization decreased, and the elastic modulus sometimes slightly decreased during vulcanization.

【0005】本発明はかかる従来の問題点に鑑み,ポリ
マー中に粘土鉱物を分子レベルで均一に分散させること
ができ,機械的強度及び耐クリープ性に優れた粘土複合
材料及びその製造方法を提供しようとするものである。
In view of the above problems, the present invention provides a clay composite material capable of uniformly dispersing a clay mineral at a molecular level in a polymer and having excellent mechanical strength and creep resistance, and a method for producing the same. What you are trying to do.

【0006】[0006]

【課題の解決手段】請求項1の発明は,炭素数6以上の
不飽和炭素鎖を持つ有機オニウムイオンがイオン結合す
ることにより有機化された粘土鉱物と,分子内に極性基
をもち,分子長が上記有機オニウムイオンと同じかそれ
よりも大きい不飽和炭素鎖を有するゲスト分子と,上記
有機オニウムイオンの不飽和結合と上記ゲスト分子の不
飽和結合との間に架橋結合を形成できる架橋剤とからな
り,上記粘土鉱物の層間には,上記有機オニウムイオン
及び上記ゲスト分子の少なくとも一部が入り込んでお
り,また,上記粘土鉱物と上記ゲスト分子の極性基との
間には水素結合が形成されていることを特徴とする粘土
複合材料である。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a clay mineral organically formed by ionic bonding of an organic onium ion having an unsaturated carbon chain having 6 or more carbon atoms, a clay mineral having a polar group in the molecule, A guest molecule having an unsaturated carbon chain whose length is equal to or larger than that of the organic onium ion, and a cross-linking agent capable of forming a cross-link between the unsaturated bond of the organic onium ion and the unsaturated bond of the guest molecule The organic onium ion and at least a part of the guest molecule enter between the layers of the clay mineral, and a hydrogen bond is formed between the clay mineral and a polar group of the guest molecule. It is a clay composite material characterized by having been done.

【0007】本発明において最も注目すべきことは,粘
土鉱物と,不飽和炭素鎖を持つ有機オニウムイオンとの
間にイオン結合を形成することにより粘土鉱物を有機化
すること,更には,有機オニウムイオンとゲスト分子と
の間で架橋結合を形成させることである。
The most remarkable feature of the present invention is that the clay mineral is organically formed by forming an ionic bond between the clay mineral and an organic onium ion having an unsaturated carbon chain. To form a cross-link between the ion and the guest molecule.

【0008】本発明の作用効果について説明する。本発
明の粘土複合材料は,上記のごとく粘土鉱物を有機オニ
ウムイオンとイオン結合を形成させることにより有機化
している。有機化された粘土鉱物は空間的に多くのスペ
ースを提供できる。このため,ゲスト分子は,粘土鉱物
の層間に入り込みやすくなる。
The operation and effect of the present invention will be described. In the clay composite material of the present invention, as described above, the clay mineral is organized by forming an ionic bond with the organic onium ion. Organized clay minerals can provide a lot of space spatially. For this reason, the guest molecules can easily enter the interlayer of the clay mineral.

【0009】一方,粘土鉱物の層間に一旦は非極性分子
を取り込むことはできるが,逆にシリケート層の極性に
より排除されることが多かった。しかし,本発明におい
ては,非極性分子に極性基を付与したゲスト分子を,粘
土鉱物の層間に取り込ませている。そのため,粘土鉱物
の層間に進入したゲスト分子は,その不飽和基と粘土鉱
物のシリケート層との間に水素結合を形成する。このた
め,ゲスト分子は,非極性部分を有していても,不飽和
基が粘土鉱物との間に安定に形成する水素結合によっ
て,層間に留まることができる。
On the other hand, non-polar molecules can be once taken in between the layers of the clay mineral, but are often excluded by the polarity of the silicate layer. However, in the present invention, a guest molecule in which a non-polar molecule is provided with a polar group is incorporated between layers of the clay mineral. Therefore, the guest molecules that have entered between the layers of the clay mineral form hydrogen bonds between the unsaturated groups and the silicate layer of the clay mineral. For this reason, even if the guest molecule has a nonpolar portion, the guest molecule can stay between the layers by a hydrogen bond in which the unsaturated group is stably formed with the clay mineral.

【0010】このように,本発明により今まで粘土鉱物
を膨潤させることが困難であった非極性分子でも,ゲス
ト分子の中に最低1ケの極性基を導入することにより,
粘土鉱物の層間に留まることができる。このため,粘土
鉱物の層間が,従来の限定膨潤の層間以上に無限に膨潤
することが可能になる。
As described above, even if it is difficult to swell the clay mineral by the present invention, it is possible to introduce at least one polar group into the guest molecule.
Can stay between layers of clay minerals. For this reason, it becomes possible to infinitely swell between the layers of the clay mineral more than the conventional limited swelling layer.

【0011】また,本発明の粘土複合材料においては,
上記のごとく粘土鉱物が無限膨潤状態にあるため,その
表面積は従来の限定膨潤の場合に比べて著しく拡大す
る。そのため,ガスまたは液体(水,オイルなど)に対
して遮断性が高い。またゲスト分子は粘土鉱物の存在に
より,挙動が制限される。そのため,ゲスト分子鎖の絡
み合いがほぐれにくくなる。それ故,部材の引っ張り強
度,弾性率などの機械的強度が高くなる。また,耐クリ
ープ性が向上する。
In the clay composite material of the present invention,
As described above, since the clay mineral is in an infinite swelling state, its surface area is significantly increased as compared with the conventional limited swelling. Therefore, it has a high barrier property against gas or liquid (water, oil, etc.). The behavior of guest molecules is restricted by the presence of clay minerals. For this reason, the entanglement of the guest molecular chains is less likely to be loosened. Therefore, mechanical strength such as tensile strength and elastic modulus of the member is increased. Also, the creep resistance is improved.

【0012】また,粘土鉱物を有機化する有機オニウム
イオンとしては,従来アルキルアミンのアンモニウム塩
がよく用いられたが,アルキルアミンは不飽和結合を持
たず,オリゴマーと反応する部位がない。そのため,ア
ルキルアミンは,ゴム中では可塑剤としてしか作用しな
かった。そこで本発明では,ゲスト分子としては不飽和
炭素鎖を有するゲスト分子を用い,有機オニウムイオン
としては不飽和炭素鎖を有する有機オニウムイオンを用
いている。また,粘土複合材料には,ゲスト分子の不飽
和結合同志を結合できる架橋剤が添加されている。この
ため,ゲスト分子の不飽和結合と,有機オニウムイオン
の不飽和結合との間に架橋結合が形成される。この架橋
結合により,粘土鉱物のシリケート層近傍のゴム分子の
運動が制限され,粘土複合ゴム材料の力学的性質に良好
な影響を与える。
As an organic onium ion for organically converting a clay mineral, an ammonium salt of an alkylamine has conventionally been often used. However, the alkylamine has no unsaturated bond and has no site to react with the oligomer. Therefore, the alkylamine only acted as a plasticizer in the rubber. Therefore, in the present invention, a guest molecule having an unsaturated carbon chain is used as the guest molecule, and an organic onium ion having an unsaturated carbon chain is used as the organic onium ion. In addition, a cross-linking agent capable of binding unsaturated bonds of guest molecules is added to the clay composite material. Therefore, a cross-link is formed between the unsaturated bond of the guest molecule and the unsaturated bond of the organic onium ion. This cross-linking restricts the movement of rubber molecules near the silicate layer of the clay mineral, and has a favorable effect on the mechanical properties of the clay composite rubber material.

【0013】次に,本発明の粘土複合材料の詳細につい
て説明する。上記粘土複合材料は,粘土鉱物と,粘土鉱
物を有機化する有機オニウムイオンと,粘土鉱物の層間
に入り込むゲスト分子と,有機オニウムイオンとゲスト
分子との間に架橋結合を形成する架橋剤とからなる。
Next, details of the clay composite material of the present invention will be described. The clay composite material is composed of a clay mineral, an organic onium ion for organizing the clay mineral, a guest molecule penetrating between layers of the clay mineral, and a crosslinking agent for forming a crosslink between the organic onium ion and the guest molecule. Become.

【0014】上記粘土鉱物は,ゲスト分子との接触面積
が大きいものを用いることが好ましい。これにより,粘
土鉱物の層間を大きく膨潤させることができる。具体的
には,粘土鉱物の陽イオンの交換容量が50〜200ミ
リ等量/100gであることが好ましい。50ミリ等量
/100g未満の場合には,オニウムイオンの交換が十
分に行われず,粘土鉱物の層間を膨潤させることが困難
な場合がある。一方,200ミリ等量/100gを越え
る場合には,粘土鉱物の層間の結合力が強固となり,層
間を膨潤させることが困難な場合がある。
It is preferable to use a clay mineral having a large contact area with a guest molecule. Thereby, the interlayer of the clay mineral can be largely swollen. Specifically, the cation exchange capacity of the clay mineral is preferably 50 to 200 milliequivalents / 100 g. If the amount is less than 50 milliequivalents / 100 g, onium ions may not be sufficiently exchanged, and it may be difficult to swell between layers of the clay mineral. On the other hand, if it exceeds 200 milliequivalents / 100 g, the bonding strength between the layers of the clay mineral becomes strong, and it may be difficult to swell the layers.

【0015】上記粘土鉱物としては,例えば,モンモリ
ロナイト,サポナイト,ヘクトライト,バイデライト,
スティブンサイト,ノントロナイトなどのスメクタイト
系粘土鉱物,バーミキュライト,ハロイサイト,又は膨
潤性マイカなどがあり,天然のものでも合成されたもの
でも良い。
Examples of the clay mineral include montmorillonite, saponite, hectorite, beidellite,
There are smectite-based clay minerals such as stevensite and nontronite, vermiculite, halloysite, and swellable mica, which may be natural or synthesized.

【0016】次に,上記有機オニウムイオンは,炭素数
6以上の不飽和炭素鎖を有している。炭素数が6未満の
場合には,有機オニウムイオンの親水性が高まり,ゲス
ト分子との相溶性が低下する。上記有機オニウムイオン
としては,例えば,アルケニルアミンのアンモニウム塩
があげられる。アルケニルアミンとしては,たとえば,
1−ヘキセニルアミン,1−ドデセニルアミン,9−オ
クタデセニルアミン(オレイルアミン),9,12−オ
クタデカジエニルアミン(リノールアミン),9,1
2,15−オクタデカトリエニルアミン,リノレイルア
ミン(リノレイルアミン)があげられる。
Next, the organic onium ion has an unsaturated carbon chain having 6 or more carbon atoms. When the number of carbon atoms is less than 6, the hydrophilicity of the organic onium ion increases, and the compatibility with the guest molecule decreases. Examples of the organic onium ion include an alkenylamine ammonium salt. Alkenylamines include, for example,
1-hexenylamine, 1-dodecenylamine, 9-octadecenylamine (oleylamine), 9,12-octadecadienylamine (linolamine), 9.1
Examples thereof include 2,15-octadecatrienylamine and linoleylamine (linoleylamine).

【0017】次に,上記ゲスト分子は,分子内に極性基
を有している。該極性基は,ゲスト分子の分子内で電子
が局在しており,電荷の偏りが生じたものをいい,完全
に分極したイオンは含まない。よって,オニウムイオン
は,上記極性基には含まれない。
Next, the guest molecule has a polar group in the molecule. The polar group is a group in which electrons are localized in the molecule of the guest molecule and a charge is biased, and does not include a completely polarized ion. Therefore, onium ions are not included in the polar groups.

【0018】上記ゲスト分子の極性基は,請求項2の発
明のように,水酸基(OH),ハロゲン基(F,Cl,
Br,I),カルボキシル基(COOH),無水カルボ
キシル基(−COO−CO−),チオール基(SH),
エポキシ基,及びアミノ基(NH2 )のグループから選
ばれる1種又は2種以上である。
The polar group of the guest molecule may be a hydroxyl group (OH), a halogen group (F, Cl,
Br, I), carboxyl group (COOH), carboxyl anhydride group (—COO—CO—), thiol group (SH),
One or two or more selected from the group of an epoxy group and an amino group (NH 2 ).

【0019】上記ゲスト分子は,分子長が上記有機オニ
ウムイオンと同じかそれよりも大きい。ゲスト分子の分
子長が有機オニウムイオンの分子長よりも小さい場合に
は,ゲスト分子が,有機オニウムイオンが粘土鉱物の界
面に存在する領域よりも外側へ突出しないことがある。
そのため,粘土鉱物が,ゴム材料等のマトリックスに分
散しにくくなる場合がある。
The guest molecule has a molecular length equal to or larger than that of the organic onium ion. When the molecular length of the guest molecule is smaller than the molecular length of the organic onium ion, the guest molecule may not project outside the region where the organic onium ion exists at the interface of the clay mineral.
Therefore, the clay mineral may not be easily dispersed in a matrix such as a rubber material.

【0020】上記ゲスト分子は,分子内に不飽和結合を
持つ不飽和炭素鎖を有する。不飽和結合は,反応性に富
み,架橋剤の存在下に,有機オニウムイオンの不飽和結
合と,架橋結合を形成する。
The guest molecule has an unsaturated carbon chain having an unsaturated bond in the molecule. The unsaturated bond is highly reactive and forms a cross-link with the unsaturated bond of the organic onium ion in the presence of the cross-linking agent.

【0021】また,請求項3の発明のように,上記ゲス
ト分子は,分子量が1000〜100000のオリゴマ
ー又はポリマーであることが好ましい。分子量が100
0未満の場合には,粘土鉱物の層間の膨潤が不十分とな
るおそれがある。一方,分子量が100000を越える
場合には,ゲスト分子が溶媒に難溶となったり,軟化点
又は融点が粘土鉱物の分解点以上となるおそれがある。
The guest molecules are preferably oligomers or polymers having a molecular weight of 1,000 to 100,000. Molecular weight 100
If it is less than 0, the swelling between layers of the clay mineral may be insufficient. On the other hand, when the molecular weight exceeds 100,000, the guest molecule may be hardly soluble in the solvent, or the softening point or melting point may be higher than the decomposition point of the clay mineral.

【0022】上記ゲスト分子は,少なくともその一部が
粘土鉱物の層間に入り込んでいる。粘土鉱物の層間に
は,ゲスト分子のすべてが入り込む必要はない。例え
ば,ゲスト分子全量の中の10重量%以上が入り込め
ば,層間は十分に膨潤する。10重量%未満の場合に
は,粘土鉱物の層間の膨潤が不十分となるおそれがあ
る。
The guest molecules at least partially penetrate between layers of the clay mineral. Not all guest molecules need to enter between the layers of the clay mineral. For example, if 10% by weight or more of the total amount of guest molecules enters, the interlayer swells sufficiently. If the amount is less than 10% by weight, swelling between layers of the clay mineral may be insufficient.

【0023】次に,上記架橋剤は,有機オニウムイオン
の不飽和結合とゲスト分子の不飽和結合とから架橋結合
を形成させる。架橋剤としては,ゴムの架橋に用いられ
るものならば何でも良いが,特に,請求項4の発明のよ
うに,硫黄,過酸化物及びフェノール系樹脂のグループ
から選ばれる1種又は2種以上からなることが好まし
い。その理由は,上記架橋剤はゴム用架橋剤として最も
適切であり,上記架橋結合を最も効果的に形成できるか
らである。
Next, the crosslinking agent forms a crosslinking bond from the unsaturated bond of the organic onium ion and the unsaturated bond of the guest molecule. As the cross-linking agent, any one can be used as long as it is used for cross-linking of rubber. In particular, as in the invention of claim 4, one or more kinds selected from the group consisting of sulfur, peroxide and phenolic resin are used. Preferably. The reason is that the above-mentioned cross-linking agent is most suitable as a cross-linking agent for rubber and can form the above-mentioned cross-linking most effectively.

【0024】次に,上記粘土複合材料は,ゴム材料に混
練してなることが好ましい。これにより,従来粘土鉱物
の分散が困難であったゴム材料に対しても,粘土鉱物を
大きな層間距離をもって,均一に分散させることができ
る。また,ゲスト分子の不飽和基が,ゴムと共加硫す
る。そのため,ゲスト分子とゴムと有機オニウムイオン
との3元系で架橋結合が形成され,より特性の優れた粘
土複合ゴム材料を提供できる。
Next, the clay composite material is preferably kneaded with a rubber material. As a result, the clay mineral can be uniformly dispersed with a large interlayer distance even in a rubber material in which the clay mineral has conventionally been difficult to disperse. Also, the unsaturated groups of the guest molecules co-vulcanize with the rubber. Therefore, a crosslink is formed in the ternary system of the guest molecule, the rubber, and the organic onium ion, and a clay composite rubber material having more excellent properties can be provided.

【0025】上記ゴム材料は,例えば,ゲスト分子と,
同種あるいは異種のものでも良い。かかるゴム材料とし
ては,ブチルゴム,ブタジエンゴム,エチレン−プロピ
レン−ジエンゴム,天然ゴム,ポリイソプレンなどがあ
るが,これらに限定されない。上記ゴム材料がゲスト分
子と異種の場合には,粘土鉱物の層間距離はさらに拡大
していることが一層望ましい。これは粘土鉱物をゴム材
料の中に均一に分散させるためである。
The rubber material is, for example, a guest molecule,
The same kind or different kinds may be used. Such rubber materials include, but are not limited to, butyl rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, natural rubber, polyisoprene, and the like. When the rubber material is different from the guest molecule, it is more desirable that the interlayer distance between the clay minerals is further increased. This is to uniformly disperse the clay mineral in the rubber material.

【0026】次に,請求項5の発明は,粘土鉱物を,炭
素数6以上の不飽和炭素鎖を持つ有機オニウムイオンが
イオン結合することにより,上記粘土鉱物と上記有機オ
ニウムイオンとの間にイオン結合を形成して上記粘土鉱
物を有機化し,次に,上記粘土鉱物を,分子内に極性基
を持ち,分子長が上記有機オニウムイオンと同じかそれ
よりも大きい不飽和炭素鎖を有するゲスト分子に接触さ
せることにより,上記粘土鉱物の層間に,上記ゲスト分
子の少なくとも一部を入り込ませて,上記粘土鉱物と上
記ゲスト分子の極性基との間に水素結合を形成させ,次
いで,上記有機オニウムイオン及び上記ゲスト分子を架
橋剤と混合することにより,上記有機オニウムイオンの
不飽和結合と上記ゲスト分子の不飽和結合との間に架橋
結合を形成させて,ゴム材料へ混練するための粘土複合
材料を製造することを特徴とする粘土複合材料の製造方
法である。
Next, a fifth aspect of the present invention provides a method for forming a clay mineral between the clay mineral and the organic onium ion by forming an organic onium ion having an unsaturated carbon chain having 6 or more carbon atoms into an ionic bond. The clay mineral is organically formed by forming an ionic bond, and then the clay mineral is converted into a guest having a polar group in the molecule and an unsaturated carbon chain having a molecular length equal to or larger than that of the organic onium ion. Contacting at least a part of the guest molecules between the layers of the clay mineral to form a hydrogen bond between the clay mineral and a polar group of the guest molecule; By mixing the onium ion and the guest molecule with a crosslinking agent, a crosslinking bond is formed between the unsaturated bond of the organic onium ion and the unsaturated bond of the guest molecule. A method for producing a clay composite material characterized in that to produce a clay composite material for kneading the rubber material.

【0027】この発明は,ゴム材料に混練するための粘
土複合材料の製造方法である。この製造方法において最
も注目すべきことは,粘土鉱物の有機化剤である有機オ
ニウムイオンが不飽和炭素鎖を有すること,粘土鉱物の
層間に入り込むゲスト分子が不飽和炭素鎖を有するこ
と,不飽和炭素鎖と不飽和炭素鎖との間に架橋結合を形
成することである。
The present invention is a method for producing a clay composite material for kneading a rubber material. The most notable aspects of this production method are that the organic onium ion, which is the organic agent of the clay mineral, has an unsaturated carbon chain, that the guest molecules penetrating between layers of the clay mineral have an unsaturated carbon chain, To form a crosslink between the carbon chain and the unsaturated carbon chain.

【0028】次に,上記粘土複合材料の製造方法の作用
効果について説明する。この製造方法においては,ま
ず,粘土鉱物に有機オニウムイオンをイオン結合させる
ことによって,粘土鉱物を有機化している。これによ
り,粘土鉱物の層間に,ゲスト分子が入り込むために十
分なスペースが発生する。
Next, the operation and effect of the method for producing the clay composite material will be described. In this manufacturing method, first, an organic onium ion is ion-bonded to the clay mineral to thereby make the clay mineral organic. This creates a sufficient space between the layers of the clay mineral for the guest molecules to enter.

【0029】そのため,有機化された粘土鉱物に,ゲス
ト分子を接触させると,上記層間のスペースに,ゲスト
分子が容易に入り込む。ゲスト分子は極性基を有してい
るため,粘土鉱物と水素結合を形成して粘土鉱物の層間
に留まり,粘土鉱物の層間を疎水化する。そのため,粘
土鉱物の層間に入り込んだ,極性の低いゲスト分子は,
粘土鉱物の極性により排除されることなく,層間に安定
して留まる。
Therefore, when guest molecules are brought into contact with the organic clay mineral, the guest molecules easily enter the spaces between the layers. Since the guest molecule has a polar group, the guest molecule forms a hydrogen bond with the clay mineral and stays between the layers of the clay mineral to make the interlayer of the clay mineral hydrophobic. Therefore, guest molecules of low polarity that penetrate into the layers of the clay mineral
It stays between layers without being excluded by the polarity of the clay mineral.

【0030】また,ゲスト分子は,分子長が有機オニウ
ムイオンと同じかそれよりも大きく,嵩高である。それ
故,ゲスト分子が層間に留まることにより,層間が無限
に膨潤した無限膨潤状態となる。従って,上記無限膨潤
状態にある粘土複合材料をゴム材料中に混練することに
より,元来極性物質である粘土鉱物を,極性の低いゴム
材料中に分子レベルで均一に分散させることができる。
The guest molecule has a molecular length equal to or larger than that of the organic onium ion and is bulky. Therefore, the guest molecules stay between the layers, and the layers are infinitely swelled infinitely. Therefore, by kneading the clay composite material in an infinitely swelling state into a rubber material, the clay mineral, which is originally a polar substance, can be uniformly dispersed at a molecular level in a rubber material having a low polarity.

【0031】また,上記のごとく粘土鉱物は無限膨潤状
態にあるため,その表面積が大きくなり,ガスまたは液
体(水,オイルなど)に対して遮断性が高い。またゲス
ト分子は,粘土鉱物の存在により,挙動が制限される。
そのため,ゲスト分子鎖の絡み合いがほぐれにくくな
る。それ故,部材の引張強さ,弾性率などの機械的強度
が高くなる。また,耐クリープ性が向上する。
As described above, since the clay mineral is in an infinitely swollen state, its surface area is increased, and the clay mineral has high barrier properties against gas or liquid (water, oil, etc.). In addition, the behavior of the guest molecule is restricted by the presence of the clay mineral.
For this reason, the entanglement of the guest molecular chains is less likely to be loosened. Therefore, mechanical strength such as tensile strength and elastic modulus of the member is increased. Also, the creep resistance is improved.

【0032】また,ゲスト分子は不飽和炭素鎖を有し,
有機オニウムイオンは不飽和炭素鎖を有している。この
ため,上記有機オニウムイオン及びゲスト分子をゴム材
料に混練したとき,架橋剤存在下で,ゴム材料,有機オ
ニウムイオン,ゲスト分子の3元系で架橋結合が形成さ
れる。このように,粘土鉱物が無限膨潤状態にあり,ゴ
ム材料中で3元系架橋結合が形成されることにより,ゴ
ム材料の力学的性質を改良することができる。
The guest molecule has an unsaturated carbon chain,
Organic onium ions have an unsaturated carbon chain. Therefore, when the organic onium ion and the guest molecule are kneaded with the rubber material, a cross-link is formed in the ternary system of the rubber material, the organic onium ion, and the guest molecule in the presence of the cross-linking agent. As described above, the mechanical properties of the rubber material can be improved by the clay mineral being in an infinite swelling state and forming a ternary crosslinking bond in the rubber material.

【0033】次に,上記粘土複合材料の製造方法の詳細
について説明する。粘土鉱物を有機オニウムイオンと接
触させる方法としては,例えば,イオン交換法がある。
このイオン交換法は,例えば,有機オニウムイオンを含
む水溶液中に粘土鉱物を浸漬した後,粘土鉱物を水洗し
て過剰な有機オニウムイオンを除去する方法である。
Next, details of the method for producing the clay composite material will be described. As a method of bringing the clay mineral into contact with the organic onium ion, for example, there is an ion exchange method.
This ion exchange method is, for example, a method of immersing a clay mineral in an aqueous solution containing an organic onium ion and then washing the clay mineral with water to remove excess organic onium ion.

【0034】有機化した粘土鉱物にゲスト分子を接触さ
せる方法としては,例えば,ゲスト分子を溶媒の中で
膨潤させ,この膨潤状態にあるゲスト分子に上記粘土鉱
物を接触させ,その後余剰の溶媒を除去する方法,ゲ
スト分子を熱により軟化又は溶融した状態で上記粘土鉱
物に接触させる方法がある。
As a method of bringing guest molecules into contact with the organic clay mineral, for example, the guest molecules are swollen in a solvent, the guest molecules in the swollen state are brought into contact with the clay mineral, and then excess solvent is removed. There is a method of removing, and a method of bringing the guest molecule into contact with the clay mineral in a state of being softened or melted by heat.

【0035】前者のの方法によれば,室温でゲスト分
子を粘土鉱物の層間に入り込ませることが出来る。この
方法において使用できる溶媒は,例えば,トルエン,ベ
ンゼン,キシレン,ヘキサン,オクタン等の非極性溶媒
がある。
According to the former method, guest molecules can be inserted between layers of the clay mineral at room temperature. Solvents that can be used in this method include, for example, non-polar solvents such as toluene, benzene, xylene, hexane, and octane.

【0036】後者のの方法において,ゲスト分子を軟
化又は溶融させるに当たっては,ゲスト分子を軟化温度
又は溶融温度と同じか又はそれよりも高い温度に加熱す
る。この加熱は,ゲスト分子及び粘土鉱物が分解せず,
安定に存在する程度の温度で行う。例えば,加熱温度
は,250℃以下であることが好ましい。250℃を越
える場合には,有機化された粘土鉱物が分解するおそれ
がある。なお,上記粘土複合材料の製造方法のその他の
点は,上記粘土複合材料と同様である。
In the latter method, when the guest molecules are softened or melted, the guest molecules are heated to a temperature equal to or higher than the softening temperature or the melting temperature. This heating does not decompose guest molecules and clay minerals,
It is carried out at a temperature that is stable. For example, the heating temperature is preferably 250 ° C. or less. If the temperature exceeds 250 ° C., the organized clay mineral may be decomposed. Other aspects of the method for producing the clay composite material are the same as those of the clay composite material.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施形態例1 本発明の実施形態例にかかる粘土複合材料について,図
1を用いて説明する。本例の粘土複合材料は,図1に示
すごとく,有機オニウムイオン6により有機化された粘
土鉱物7と,分子内に極性基30を有する不飽和炭素鎖
であるゲスト分子3とを,架橋剤存在下に混練したもの
である。粘土鉱物7の層間には,有機オニウムイオン6
及びゲスト分子3の一部が入り込んでいる。
Embodiment 1 A clay composite material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the clay composite material of this embodiment is a method of forming a clay mineral 7 organized by an organic onium ion 6 and a guest molecule 3 which is an unsaturated carbon chain having a polar group 30 in a molecule. It is kneaded in the presence. Between the layers of the clay mineral 7, organic onium ions 6
And a part of the guest molecule 3 enters.

【0038】粘土鉱物7はナトリウム型モンモリロナイ
ト(山形県産,イオン交換容量120meq/100
g)である。有機オニウムイオン6はオレイルアンモニ
ウムイオンであり,このものの炭素数は18であり,分
子内に二重結合を1つ有している。ゲスト分子3は水酸
基を持つポリイソプレン(クラレ製:LIR506)で
あり,その分子量は約25000である。ゲスト分子3
は,有機オニウムイオン6の分子長と同じか又はそれよ
りも大きい。また,架橋剤としては,硫黄を用いる。
Clay mineral 7 is sodium-type montmorillonite (produced in Yamagata Prefecture, ion exchange capacity 120 meq / 100).
g). The organic onium ion 6 is an oleyl ammonium ion, which has 18 carbon atoms and has one double bond in the molecule. The guest molecule 3 is polyisoprene having a hydroxyl group (manufactured by Kuraray: LIR506), and has a molecular weight of about 25,000. Guest molecule 3
Is equal to or larger than the molecular length of the organic onium ion 6. In addition, sulfur is used as a crosslinking agent.

【0039】次に,上記粘土複合材料の製造方法につい
て説明する。まず,モンモリロナイト20.0gを80
℃の水2000mlに分散させた。次にオレイルアミン
の塩酸塩8.8gを80℃の水1500mlに溶解し
た。これらの両方の水溶液を一気に混合し,沈澱物を生
成させた。その沈澱物を80℃の水で2回洗浄し,オレ
イルアンモニウムイオンで有機化したモンモリロナイト
を得た。これを,OL−モンモリロナイトという。灼残
法により求めたOL−モンモリロナイト中の無機含量
は,69.4重量%であった。X線回折法により,モン
モリロナイトの層間距離を測定したところ,OL−モン
モリロナイトの層間距離は,22.5Åであった。
Next, a method for producing the above-mentioned clay composite material will be described. First, add 20.0 g of montmorillonite to 80
Dispersed in 2000 ml of water at ℃. Next, 8.8 g of oleylamine hydrochloride was dissolved in 1500 ml of water at 80 ° C. Both of these aqueous solutions were mixed at once to produce a precipitate. The precipitate was washed twice with water at 80 ° C. to obtain montmorillonite organically treated with oleyl ammonium ion. This is called OL-montmorillonite. The inorganic content in OL-montmorillonite determined by the burning method was 69.4% by weight. When the interlayer distance of montmorillonite was measured by the X-ray diffraction method, the interlayer distance of OL-montmorillonite was 22.5 °.

【0040】次に,OL−モンモリロナイト100g
に,100gのLIR506を添加し,80℃で4時間
混合した。X線回折法により粘土複合材料におけるモン
モリロナイトの層間距離を測定したところ,70.0Å
であった。
Next, OL-montmorillonite 100 g
, 100 g of LIR506 was added and mixed at 80 ° C. for 4 hours. When the interlayer distance of montmorillonite in the clay composite material was measured by the X-ray diffraction method,
Met.

【0041】次に,この混合物の中に,硫黄3.0g
(架橋剤),亜鉛華5.0g,ステアリン酸3.0g,
加硫促進剤(大内新興化学工業(株)製ノクセラーMS
A−G)1.5gを添加して混練し,天然ゴム用種材料
である粘土複合材料を得た。この種材料を天然ゴムに添
加,混練して,粘土複合ゴム材料を得た。
Next, 3.0 g of sulfur was added to the mixture.
(Crosslinking agent), zinc white 5.0 g, stearic acid 3.0 g,
Vulcanization accelerator (Noxeller MS manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd.)
AG) was added and kneaded to obtain a clay composite material as a seed material for natural rubber. This kind of material was added to and kneaded with natural rubber to obtain a clay composite rubber material.

【0042】次に,本例の作用及び効果について説明す
る。本例の粘土複合材料においては,図1に示すごと
く,粘土鉱物7の層間に有機オニウムイオン6及びゲス
ト分子3が入り込むことによって,粘土鉱物7がゴム分
子9の中で均一に分散する。また,種材料の中のゲスト
分子3の不飽和結合と有機オニウムイオン6の不飽和結
合との間に架橋結合11が形成される。また,ゲスト分
子3の不飽和結合とゴム分子9との間に架橋結合12が
形成される。これにより,粘土鉱物のシリケート層近傍
のゴム分子の運動が制限され,粘土複合ゴム材料の力学
的性質に良好な影響を与える。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In the clay composite material of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the clay mineral 7 is uniformly dispersed in the rubber molecules 9 by the organic onium ions 6 and the guest molecules 3 entering between the layers of the clay mineral 7. Further, a cross-link 11 is formed between the unsaturated bond of the guest molecule 3 and the unsaturated bond of the organic onium ion 6 in the seed material. Further, a cross-link 12 is formed between the unsaturated bond of the guest molecule 3 and the rubber molecule 9. As a result, the movement of rubber molecules near the silicate layer of the clay mineral is restricted, and the mechanical properties of the clay composite rubber material are favorably affected.

【0043】実施形態例2 本例の粘土複合材料は,ゲスト分子として1,2−ポリ
ブタジエンオリゴマーを用いた点が,上記実施形態例1
と相違する。本例の粘土複合材料を製造するに当たって
は,上記実施形態例1におけるOL−モンモリロナイト
と,1,2−ポリブタジエンオリゴマー(日本曹達製:
G3000)とを100gづつ混合した。OL−モンモ
リロナイト(有機化された粘土鉱物)の層間距離は,6
7.0Åであった。
Second Embodiment The clay composite material of the first embodiment is different from the first embodiment in that a 1,2-polybutadiene oligomer is used as a guest molecule.
Is different from In producing the clay composite material of the present example, the OL-montmorillonite and the 1,2-polybutadiene oligomer (manufactured by Nippon Soda:
G3000) was mixed in 100 g portions. The interlayer distance of OL-montmorillonite (organized clay mineral) is 6
7.0 °.

【0044】次に,この混合物の中に,硫黄3.0g
(架橋剤),亜鉛華5.0g,ステアリン酸3.0g,
加硫促進剤(大内新興化学工業(株)製ノクセラーTT
P)1.5gを添加して混練し,ブタジエンゴム用種材
料である粘土複合材料を作製した。
Next, 3.0 g of sulfur was added to the mixture.
(Crosslinking agent), zinc white 5.0 g, stearic acid 3.0 g,
Vulcanization accelerator (Noxeller TT manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.)
P) 1.5 g was added and kneaded to prepare a clay composite material as a seed material for butadiene rubber.

【0045】この種材料をブタジエンゴムに添加,混練
して,粘土複合ゴム材料を得た。本例の粘土複合材料に
おいても,実施形態例1と同様の効果を得ることができ
る。
This seed material was added to butadiene rubber and kneaded to obtain a clay composite rubber material. The same effect as that of the first embodiment can be obtained also in the clay composite material of the present embodiment.

【0046】実施形態例3 本例の粘土複合材料は,有機オニウムイオンとして1−
ドデセニルアミンを用いた点が,上記実施形態例1と相
違する。本例の粘土複合材料を製造するに当たっては,
実施形態例1におけるオレイルアミンの塩酸塩の代わり
に,1−ドデセニルアミンの塩酸塩を6.4g用いて,
モンモリロナイトを有機化した。この有機化したモンモ
リロナイトをDO−モンモリロナイトという。
Embodiment 3 The clay composite material of this embodiment uses 1- as an organic onium ion.
The difference from the first embodiment is that dodecenylamine is used. In manufacturing the clay composite material of this example,
Using 6.4 g of 1-dodecenylamine hydrochloride instead of the oleylamine hydrochloride in Embodiment Example 1,
Montmorillonite was made organic. This organized montmorillonite is referred to as DO-montmorillonite.

【0047】次に,上記DO−モンモリロナイトと1,
4−ポリブタジエンオリゴマー水添物(三菱化学製:ポ
リテールH)とを100gづつ混合した。DO−モンモ
リロナイト(有機化された粘土鉱物)の層間距離は,6
7.0Åであった。
Next, the above-mentioned DO-montmorillonite and 1,
100 g of 4-polybutadiene oligomer hydrogenated product (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation: Polytail H) was mixed. The interlayer distance of DO-montmorillonite (organized clay mineral) is 6
7.0 °.

【0048】次に,上記粘土複合材料の中に,硫黄3.
0g(架橋剤),亜鉛華5.0g,ステアリン酸3.0
g,加硫促進剤(大内新興化学工業(株)製ノクセラー
MSA−G)1.5gを添加して混練し,ブチルゴム用
種材料(粘土複合材料)を作製した。
Next, in the clay composite material, sulfur 3.
0 g (crosslinking agent), zinc white 5.0 g, stearic acid 3.0
g, 1.5 g of a vulcanization accelerator (NOCSELA MSA-G manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.) was added and kneaded to prepare a butyl rubber seed material (clay composite material).

【0049】このブチルゴム用種材料をゴム材料に混練
して,粘土複合ゴム材料を得た。本例の粘土複合材料に
おいても,実施形態例1と同様の効果を得ることができ
る。
The seed material for butyl rubber was kneaded with a rubber material to obtain a clay composite rubber material. The same effect as that of the first embodiment can be obtained also in the clay composite material of the present embodiment.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば,ポリマー中に粘土鉱物
を分子レベルで均一に分散させることができ,機械的強
度及び耐クリープ性に優れた粘土複合材料及びその製造
方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a clay composite material capable of uniformly dispersing a clay mineral at a molecular level in a polymer, and having excellent mechanical strength and creep resistance, and a method for producing the same. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例1における,粘土複合ゴム材料の説
明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a clay composite rubber material according to a first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,12...架橋結合, 3...ゲスト分子, 30...極性基, 6...有機オニウムイオン, 7...粘土鉱物, 9...ゴム分子, 11,12. . . Cross-linking, 3. . . Guest molecule, 30. . . Polar groups, 6. . . Organic onium ion, 7. . . Clay minerals, 9. . . Rubber molecule,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 茜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 加藤 文夫 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 稲井 勇 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−333114(JP,A) 特開 昭58−67338(JP,A) 特開 平3−115114(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 33/20 - 39/54 JSTPlus(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akane Okada 41 No. 41, Yokomichi, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. Address: Japan Denso Co., Ltd. (72) Inventor Isamu Inai 1-1-1, Showa-cho, Kariya, Aichi Prefecture Japan Denso Co., Ltd. (56) References JP-A-8-333114 (JP, A) JP-A-58-67338 (JP, A) JP-A-3-115114 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01B 33/20-39/54 JTPPlus (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炭素数6以上の不飽和炭素鎖を持つ有機
オニウムイオンがイオン結合することにより有機化され
た粘土鉱物と,分子内に極性基をもち,分子長が上記有
機オニウムイオンと同じかそれよりも大きい不飽和炭素
鎖を有するゲスト分子と,上記有機オニウムイオンの不
飽和結合と上記ゲスト分子の不飽和結合との間に架橋結
合を形成できる架橋剤とからなり,上記粘土鉱物の層間
には,上記有機オニウムイオン及び上記ゲスト分子の少
なくとも一部が入り込んでおり,また,上記粘土鉱物と
上記ゲスト分子の極性基との間には水素結合が形成され
ていることを特徴とする粘土複合材料。
1. A clay mineral organically formed by ionic bonding of an organic onium ion having an unsaturated carbon chain having 6 or more carbon atoms, a clay mineral having a polar group in the molecule, and the same molecular length as the organic onium ion. And a cross-linking agent capable of forming a cross-link between the unsaturated bond of the organic onium ion and the unsaturated bond of the guest molecule. The organic onium ion and at least a part of the guest molecule enter between the layers, and a hydrogen bond is formed between the clay mineral and a polar group of the guest molecule. Clay composite material.
【請求項2】 請求項1において,上記ゲスト分子の極
性基は,水酸基(OH),ハロゲン基(F,Cl,B
r,I),カルボキシル基(COOH),無水カルボキ
シル基(−COO−CO−),チオール基(SH),エ
ポキシ基,及びアミノ基(NH2 )のグループから選ば
れる1種又は2種以上であることを特徴とする粘土複合
材料。
2. The guest group according to claim 1, wherein the polar group of the guest molecule is a hydroxyl group (OH), a halogen group (F, Cl, B
r, I), one or more selected from the group consisting of a carboxyl group (COOH), a carboxyl anhydride group (—COO—CO—), a thiol group (SH), an epoxy group, and an amino group (NH 2 ). Clay composite material characterized by the following.
【請求項3】 請求項1において,上記ゲスト分子は,
分子量が1000〜100000のオリゴマー又はポリ
マーからなることを特徴とする粘土複合材料。
3. The method according to claim 1, wherein the guest molecule is
A clay composite material comprising a oligomer or a polymer having a molecular weight of 1,000 to 100,000.
【請求項4】 請求項1において,上記架橋剤は,硫
黄,過酸化物及びフェノール系樹脂のグループから選ば
れる1種又は2種以上からなることを特徴とする粘土複
合材料。
4. The clay composite material according to claim 1, wherein said cross-linking agent comprises one or more selected from the group consisting of sulfur, peroxide and phenolic resin.
【請求項5】 粘土鉱物を,炭素数6以上の不飽和炭素
鎖を持つ有機オニウムイオンがイオン結合することによ
り,上記粘土鉱物と上記有機オニウムイオンとの間にイ
オン結合を形成して上記粘土鉱物を有機化し,次に,上
記粘土鉱物を,分子内に極性基を持ち,分子長が上記有
機オニウムイオンと同じかそれよりも大きい不飽和炭素
鎖を有するゲスト分子に接触させることにより,上記粘
土鉱物の層間に,上記ゲスト分子の少なくとも一部を入
り込ませて,上記粘土鉱物と上記ゲスト分子の極性基と
の間に水素結合を形成させ,次いで,上記有機オニウム
イオン及び上記ゲスト分子を架橋剤と混合することによ
り,上記有機オニウムイオンの不飽和結合と上記ゲスト
分子の不飽和結合との間に架橋結合を形成させて,ゴム
材料へ混練するための粘土複合材料を製造することを特
徴とする粘土複合材料の製造方法。
5. The clay mineral, wherein an organic onium ion having an unsaturated carbon chain having 6 or more carbon atoms forms an ionic bond with the clay mineral to form an ionic bond between the clay mineral and the organic onium ion. Organizing the mineral and then contacting the clay mineral with a guest molecule having an unsaturated carbon chain with a polar group in the molecule and a molecular length equal to or greater than the organic onium ion At least a part of the guest molecule is inserted between the layers of the clay mineral to form a hydrogen bond between the clay mineral and a polar group of the guest molecule, and then the organic onium ion and the guest molecule are cross-linked. To form a cross-link between the unsaturated bond of the organic onium ion and the unsaturated bond of the guest molecule by mixing with the agent, and knead the rubber material. A method for producing a clay composite material, characterized by producing the clay composite material according to (1).
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