JP4193560B2 - 加硫用ゴム組成物およびその加硫ゴム材料 - Google Patents
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Description
【発明の属する分野】
本発明は、耐熱性の改良されたエピハロヒドリン系ゴムをベ−スとする加硫用ゴム組成物および同組成物を加硫してなる加硫ゴム材料に関する。
【0002】
【従来の技術】
エピハロヒドリン系ゴム材料はその耐熱性、耐油性、耐オゾン性等を活かして、自動車用途では燃料ホースやエアー系ホース、チューブ材料として幅広く使用されている。しかしながら、近年における排ガス規制対策や省エネルギー対策の実施、エンジンの高性能化およびコンパクト化等によるエンジンルーム内の温度上昇あるいは自動車部品のメンテナンスフリー化などに伴って、ゴム材料に対する耐熱性改良要求が年々厳しくなっている。
【0003】
従来、エピハロヒドリン系ゴムの耐熱性を改良する手段としては、加硫剤として1,3−ジチオール化合物を用いる方法(例えば特開2002−80640号公報参照)や、受酸剤として特定金属の無定形珪酸塩を用いる方法(例えば特開2002―249621号公報参照)などが提案されているが、更なる改良が求められている。
【0004】
一方、エピハロヒドリン系ゴムを加硫せしめる一般的な加硫剤としては、チオウレア類、メルカプトトリアジン類、キノキサリン類などが挙げられ、これらが、要求されるゴム材料の貯蔵安定性、機械的特性、圧縮永久歪み性、耐オゾン性、耐寒性、耐油性などの特性、ゴム材料の加工方法、加硫剤の経済性などに応じて適宜選択されている。また、受酸剤としては、酸化マグネシウム、鉛化合物、酸化亜鉛、合成ハイドロタルサイト、消石灰、生石灰などが、用いられる加硫剤に応じて適宜選択されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−80640号公報
【特許文献2】
特開2002―249621号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上記特定の加硫剤を用いる方法や、特定の受酸剤を用いる方法でエピハロヒドリン系ゴムの耐熱性改良を行った場合、ゴム材料の加工方法が限定されたり、また、ゴム材料が使用される部品によってそれぞれ異なるその他の要求特性を充分に満たせ得ないことが懸念される。本発明の目的は、上記実情に鑑み、エピハロヒドリン系ゴムに用いられる加硫剤や受酸剤の種類によらず、エピハロヒドリン系ゴムの耐熱性を向上せしめる方法を提供するところにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を重ねたところ、エピハロヒドリン系ゴム、加硫剤、受酸剤を含有する加硫用ゴム組成物に、更にオキセタン化合物を加えることにより、耐熱性が更に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち本発明は、(a)エピハロヒドリン系ゴム、(b)オキセタン化合物、(c)受酸剤、および(d)加硫剤を含有する加硫用ゴム組成物、該組成物を加硫してなる加硫ゴム材料、ならびに該加硫ゴム材料よりなる自動車用ゴム部品に関する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明組成物において、エピハロヒドリン系ゴム(a)とは、エピハロヒドリン単独重合体またはエピハロヒドリンと共重合可能な他のエポキシド、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、アリルグリシジルエーテル等との共重合体をいう。これらを例示すれば、エピクロルヒドリン単独重合体、エピブロムヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピブロムヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド共重合体、エピブロムヒドリン−プロピレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体、エピブロムヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル四元共重合体、エピブロムヒドリン−エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル四元共重合体等を四元共重合体等を挙げることができる。好ましくはエピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体であり、さらに好ましくはエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体である。
【0010】
共重合体の場合、それら共重合割合は、例えば、エピクロルヒドリン5mol〜95mol%、好ましくは10mol%〜75mol%、さらに好ましくは10〜65mol%、エチレンオキサイド5mol%〜95mol%、好ましくは25mol%〜90mol%、さらに好ましくは35mol%〜90mol%、アリルグリシジルエーテル0mol%〜10mol%、好ましくは1mol%〜8mol%、さらに好ましくは1mol%〜7mol%である。 これら単独重合体または共重合体の分子量は特に制限されないが、通常ムーニー粘度表示でML1+4(100℃)=30〜150程度である。
【0011】
また、本発明のオキセタン化合物としては、分子中に1個以上のオキセタン骨格を有するものであればいずれも使用することができ、オキセタン骨格を複数有する多価オキセタン化合物であってもよい。
下記一般式(1)または(2)で表されるオキセタン化合物は好ましい例である。
【0012】
【化3】
(式中、R1、R2は同一または異なって、水素原子、水酸基、アルキル基、アルケニル基、芳香族基、ハロゲン基、置換アルキル基、置換アルケニル基あるいは置換芳香族基を表す。)
【0013】
【化4】
(式中、R3、R4 は同一または異なって、水素原子、水酸基、アルキル基、アルケニル基、芳香族基、ハロゲン基、置換アルキル基、置換アルケニル基あるいは置換芳香族基を表し、R5 は酸素原子、アルキレン基、芳香族基、置換アルキレン基あるいは置換芳香族基を表す。)
【0014】
一般式(1)で表されるオキセタン化合物の具体的としては、3−エチル−3−ヒドロキメチルオキセタン、3−メチル−3−オキセタンメタノール、3−エチル−3−オキセタンメタノール、3−ブチル−3−オキセタンメタノール、3−メチル−3−オキセタンエタノール、3−エチル−3−オキセタンエタノール、3−ブチル−3−オキセタンエタノールなどオキセタン環および水酸基を有する化合物、3−メチル−3−アミノメチルオキセタン、3−エチル−3−アミノメチルオキセタンなどオキセタン環およびアミノ基を有する化合物、3−クロロメチル−3−メチルオキセタン、3−クロロメチル−3−エチルオキセタンなどのハロゲンを有する化合物、3−メチル−3−アリルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−アリルオキシメチルオキセタン、3−メチル−3−メタリルオキシメチルオキセタンなど脂肪族不飽和基を有する化合物、3−メチル−3−フェニルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−フェニルオキシメチルオキセタンなどの芳香族不飽和基を有する化合物が挙げられる。また、前記水酸基を有するオキセタン化合物と酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸化合物とのエステル化物、前記アミノ基を有するオキセタン化合物とのアミド化物、前記ハロゲン基を有するオキセタン化合物と、メチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどの水酸基含有化合物とのエーテル化物、前記水酸基を有するオキセタン化合物とジクロロメタン、1,1−ジブロモエタン、P−ジブロモベンゼンなどのハロゲン含有化合物とのエーテル化物などが挙げられる。
【0015】
一般式(2)で表されるオキセタン骨格を複数有する多価オキセタン化合物の具体例としては、ジ[1-エチル(3-オキセタニル)]メチルエーテル、1,4−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼンなどが挙げられる。
【0016】
本発明で用いられる、オキセタン化合物の配合量は、エピハロヒドリン系ゴム100重量部に対して0.1〜10重量部、好ましくは0.1〜5重量部、さらに好ましくは0.3〜3重量部である。この配合量がこの範囲未満であると耐熱改良効果が少なく、この範囲を越える加硫物の弾性率が低下する恐れがある。
【0017】
本発明で用いられる受酸剤(c)としては、加硫剤に応じて公知の受酸剤を使用できるが、好ましくは金属化合物および/または無機マイクロポーラス・クリスタルである。金属化合物としては、周期表第II族(2族および12族)金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、カルボン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、亜リン酸塩、周期表第IV族(4族および14族)金属の酸化物、塩基性炭酸塩、塩基性カルボン酸塩、塩基性亜リン酸塩、塩基性亜硫酸塩、三塩基性硫酸塩等の金属化合物が挙げられる。
【0018】
前記金属化合物の具体例としては、マグネシア、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、生石灰、消石灰、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、フタル酸カルシウム、亜リン酸カルシウム、亜鉛華、酸化錫、リサージ、鉛丹、鉛白、二塩基性フタル酸鉛、二塩基性炭酸鉛、ステアリン酸錫、塩基性亜リン酸鉛、塩基性亜リン酸錫、塩基性亜硫酸鉛、三塩基性硫酸鉛等を挙げることができる。
【0019】
好ましい受酸剤として、無機マイクロポーラス・クリスタルが挙げられる。無機マイクロポーラス・クリスタルとは、結晶性の多孔体を言い、無定型の多孔体、例えばシリカゲル、アルミナ等とは明瞭に区別できるものである。このような無機マイクロポーラス・クリスタルの例としては、ゼオライト類、アルミノホスフェート型モレキュラーシーブ、層状ケイ酸塩、合成ハイドロタルサイト、チタン酸アルカリ金属塩等が挙げられる。特に好ましい受酸剤としては、合成ハイドロタルサイトが挙げられる。
【0020】
ゼオライト類は、天然ゼオライトの外、A型、X型、Y型の合成ゼオライト、ソーダライト類、天然ないしは合成モルデナイト、ZSM−5などの各種ゼオライトおよびこれらの金属置換体であり、これらは単独で用いても2種以上の組み合わせで用いても良い。また金属置換体の金属はナトリウムであることが多い。ゼオライト類としては酸受容能が大きいものが好ましく、A型ゼオライトが好ましい。
【0021】
合成ハイドロタルサイトは下記一般式(3)
MgXZnYAlZ(OH)2(X+Y)+3Z-2CO3・wH2O (3)
[式中、xとy は0〜10の実数、但しx+yは1〜10、zは1〜5の実数、wは0〜10の実数をそれぞれ示す]で表わされる。一般式(5)で表されるハイドロタルサイト類の例として、
Mg4.5 Al2 (OH)13CO3 ・3.5H2 O
Mg4.5 Al2 (OH)13CO3
Mg4 Al2 (OH)12CO3 ・3.5H2 O
Mg6 Al2 (OH)16CO3 ・4H2 O
Mg5 Al2 (OH)14CO3 ・4H2 O
Mg3 Al2 (OH)10CO3 ・1.7H2 O
Mg3 ZnAl2 (OH)12CO3 ・wH2 O
Mg3 ZnAl2 (OH)12CO3
等を挙げることができる。
【0022】
受酸剤の配合量は、エピハロヒドリン系ゴム100重量部に対して0.2〜50重量部、例えば0.5〜50重量部、特に1〜20重量部である。この範囲未満の配合量では架橋が不十分となり、一方この範囲を超えると加硫物が剛直になりすぎてエピハロヒドリン系ゴム加硫物として通常期待される物性が得られなくなる。
【0023】
本発明で用いられる加硫剤(d)としては、エピハロヒドリン系ゴムを架橋できるものであれば特に限定されないが、塩素原子の反応性を利用する公知の加硫剤、即ちポリアミン類、チオウレア類、チアジアゾール類、メルカプトトリアジン類、キノキサリン類等が、また、側鎖二重結合の反応性を利用する公知の加硫剤、例えば、有機過酸化物、硫黄、モルホリンポリスルフィド類、チウラムポリス
ルフィド類等が適宜使用される。
【0024】
加硫剤を例示すれば、ポリアミン類としては、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンテトラミン、p-フェニレンジアミン、クメンジアミン、N,N'−ジシンナミリデン−1,6−ヘキサンジアミン、エチレンジアミンカーバメート、ヘキサメチレンジアミンカーバメート等が挙げられ、チオウレア類としては、2−メルカプトイミダゾリン、1,3−ジエチルチオウレア、1,3−ジブチルチオウレア、トリメチルチオウレア等が挙げられ、チアジアゾール類としては、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、2−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−5−チオベンゾエート等が挙げられ、メルカプトトリアジン類としては、2,4,6−トリメルカプト−1,3,5−トリアジン、1−ヘキシルアミノ−3,5−ジメルカプトトリアジン、1−ジエチルアミノ−3,5−ジメルカプトトリアジン、1−シクロヘキシルアミノ−3,5−ジメルカプトトリアジン、1−ジブチルアミノ−3,5−ジメルカプトトリアジン、2−アニリノ−4,6−ジメルカプトトリアジン、1−フェニルアミノ−3,5−ジメルカプトトリアジン等が挙げられ、キノキサリン類としては、2,3−ジメルカプトキノキサリン、キノキサリン−2,3−ジチオカーボネート、6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカーボネート、5,8−ジメチルキノキサリン−2,3−ジチカーボネート等が挙げられ、有機過酸化物としては、tert−ブチルヒドロパーオキサイド、p−メンタンヒドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキサイド、1,3−ビス(tert−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられ、モルホリンポリスルフィド類としては、モルホリンジスルフィドが挙げられ、チウラムポリスルフィド類としては、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テトラスルフィド、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド等が挙げられる。
【0025】
加硫剤の配合量は、エピハロヒドリン系ゴム100重量部に対して0.1〜10重量部、好ましくは0.3〜5重量部である。この範囲未満の配合量では架橋が不十分となり、一方この範囲を超えると加硫物が剛直になりすぎてエピハロヒドリン系ゴム加硫物として通常期待される物性が得られなくなる。特に好ましい加硫剤としては、2−メルカプトイミダゾリンや6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカーボネートなどが挙げられる。加硫剤は一種を単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いても良い。
【0026】
また、通常これらの加硫剤と共に用いられる公知の促進剤(即ち、加硫促進剤)、遅延剤等を本発明の加硫用ゴム組成物にもそのまま用いることができる。これらの加硫促進剤の例としては、硫黄、チウラムスフィド類、モルホリンスルフィド類、アミン類、アミンの弱酸塩類、塩基性シリカ、四級アンモニウム塩類、四級ホスホニウム塩類、多官能ビニル化合物、メルカプトベンゾチアゾール類、スルフェンアミド類、ジメチオカーバメート類等を挙げることができる。遅延剤としてはN−シクロヘキサンチオフタルイミド、有機亜鉛化合物、酸性シリカ等を挙げることができる。特に好ましい促進剤として1, 8-ジアザビシクロ(5, 4, 0)ウンデセン-7(以下DBUと略)塩、1, 5-ジアザビシクロ(4, 3, 0)ノネン-5(以下DBNと略)塩およびホワイトカーボンが挙げられる。 DBU塩としては、DBU−炭酸塩、DBU−ステアリン酸塩、DBU−2−エチルヘキシル酸塩、DBU−安息香酸塩、DBU−サリチル酸塩、DBU−3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸塩、DBU−フェノール樹脂塩、DBU−2−メルカプトベンゾチアゾール塩、DBU−2−メルカプトベンズイミダゾール塩等であり、DBN塩としては、DBN−炭酸塩、DBN−ステアリン酸塩、DBN−2−エチルヘキシル酸塩、DBN−安息香酸塩、DBN−サリチル酸塩、DBN−3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸塩、DBN−フェノール樹脂塩、DBN−2−メルカプトベンゾチアゾール塩、DBN−2−メルカプトベンズイミダゾール塩等が挙げられる。促進剤または遅延剤の配合量は、エピハロヒドリン系ゴム100重量部に対して0〜10重量部、例えば0.1〜5重量部である。
【0027】
本発明の加硫用ゴム組成物には、本発明の効果を損なわない限り、上記以外の配合剤、例えば、滑剤、老化防止剤、酸化防止剤、充填剤、補強剤、可塑剤、加工助剤、難燃剤、発泡助剤、導電剤、帯電防止剤等を任意に配合できる。さらに本発明の特性が失われない範囲で、当該技術分野で通常行われている、ゴム、樹脂等のブレンドを行うことも可能である。
【0028】
本発明による加硫用ゴム組成物を製造するには、従来ポリマー加工の分野において用いられている任意の混合手段、例えばミキシングロール、バンバリーミキサー、各種ニーダー類等を用いることができる。本発明の加硫ゴム材料は、本発明の加硫用ゴム組成物を通常100〜200℃に加熱することで得られる。加硫時間は温度により異なるが、通常0.5〜300分の間である。加硫成型の方法としては、金型による圧縮成型、射出成型、スチーム缶、エアーバス、赤外線或いはマイクロウェーブによる加熱等任意の方法を用いることができる。
【0029】
本発明の加硫物は、通常エピハロヒドリン系ゴムが使用される分野に広く応用することができる。例えば、自動車用途などの各種燃料系積層ホース、エアー系積層ホース、チューブ、ベルト、ダイヤフラム、シール類等ゴム材料や、一般産業用機器・装置等のゴム材料として有用である。
【0030】
以下、本発明を実施例、比較例により具体的に説明する。但し、本発明はその要旨を逸脱しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【0031】
[実施例]
実施例1〜3、比較例1、2
下記表1に示す各材料をニーダーおよびオープンロールで混練し、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用い、JIS K6300に定めるムーニースコーチ試験を行った。また同じく得られた未加硫ゴムシートを170℃で15分プレス加硫し、2mm厚の一次加硫物を得た。さらにこれをエア・オーブンで150℃で2時間加熱し、二次加硫物を得た。得られた二次加硫物を用い、引張試験(初期物性)および耐熱性の評価を行った。各評価試験はそれぞれJIS K 6251、JIS K 6257に記載の方法に準じて行った。
【0032】
圧縮永久歪試験は次のように行った。得られた上記未加硫ゴムシートを試験片作製用金型を用いて170℃で20分プレス加硫し、直径約29mm、高さ約12.5mmの円柱状試験片一次加硫物を得た。さらにこれをエア・オーブンで150℃で2時間加熱することにより二次加硫物を得た。同二次加硫物を用い、JIS K 6262記載の方法に準じて試験を行った。
【0033】
各試験方法より得られた実施例および比較例の試験結果を表2に示す。各表中、Vmは最低粘度、t5はJIS K6300のムーニースコーチ試験に定めるムーニースコーチ時間、M100はJIS K6251の引張試験試験に定める100%伸び時の引張応力、M300はJIS K6251の引張試験に定める300%伸び時の引張応力、TbはJIS K6251の引張試験試験に定める引張強さ、EbはJIS K6251の引張試験試験に定める伸び、HsはJIS K6253の硬さ試験に定める硬さをそれぞれ意味する。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【表4】
【0038】
本発明において、耐熱性が良好であるとは、耐熱試験後の引張強さTbが大きいことを言う。 以上の表1〜4より、オキセタン化合物を含有する各実施例で、オキセタン化合物を含有しない比較例に比べて、耐熱性が改良されていることが判る。
【0039】
【発明の効果】
本発明により、エピハロヒドリン系ゴムにおいて耐熱性の改良された加硫用ゴム組成物およびその加硫ゴム材料を提供することができる。
Claims (8)
- (a)エピハロヒドリン系ゴム、(b)オキセタン化合物、(c)受酸剤、および(d)加硫剤を含有することを特徴とする加硫用ゴム組成物。
- 受酸剤が金属化合物および/または無機マイクロポーラス・クリスタルであることを特徴とする請求項1または2に記載の加硫用ゴム組成物。
- 受酸剤が合成ハイドロタルサイトであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の加硫用ゴム組成物。
- 加硫剤がキノキサリン類であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の加硫用ゴム組成物。
- 加硫剤がチオウレア類であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の加硫用ゴム組成物。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の加硫用ゴム組成物を加硫してなる加硫ゴム材料。
- 請求項7に記載の加硫ゴム材料よりなる自動車用部品。
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