JP4273671B2 - アクリルゴム組成物および加硫物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シール材、ホース材、防振材、チューブ材、ベルト材、ブーツ材などの加硫成形材料として用いられるカルボキシル基含有アクリルゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
アクリルゴムは、耐熱性、耐油性に優れているため、自動車関連の分野などで広く用いられている。しかし、最近ではシール材、ホース材、防振材、チューブ材、ベルト材またはブーツ材といった金属部材やオイルなどと接触される部位に使用される部材において、より優れた圧縮永久ひずみ性、耐熱性、耐金属腐食性、耐油性、耐寒性が強く要望されるようになり、その改良研究が行われている。また、アクリルゴムは、スコーチが起こりやすいという問題があり、その改善も要求されている。
【0003】
従来から、活性ハロゲン含有アクリルゴムにトリチオシアヌル酸とジチオカルバミン酸塩またはチウラムスルフィドを配合して加硫すると、圧縮永久ひずみが小さい加硫物が得られることが知られている(特公昭49−13215号公報)が、この加硫物は耐金属腐食性が必ずしも十分ではない。
【0004】
耐金属腐食性に優れたゴム材料としては、エチレン−アクリル酸エステル−ブテンジオン酸モノエステル共重合体が知られている(特開昭50−45031号公報など)が、この共重合体の加硫物は耐油性が不十分である。
【0005】
また、耐金属腐食性、耐油性に優れ、圧縮永久ひずみの小さなゴム材料として、フマル酸モノ低級アルキルエステルを共重合したアクリルゴムを芳香族ジアミン加硫剤とグアニジン加硫助剤を用いて加硫することが提案されている(特開平11−92614号公報など)が、この方法では加硫時にスコーチを起こす場合がある。
【0006】
さらに、ブテンジオン酸モノアルキルエステル単位を有するアクリルゴムに、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5またはこれらの化合物の塩を配合し、多官能アミン加硫剤で加硫することが提案されている(特開平11−80488号公報など)。しかし、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7や1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5は強塩基であり、毒性が高く、混練作業および混練後のゴム組成物の取り扱いが困難であるという問題がある。これらの塩を用いた場合は、加硫時に、スコーチが起こる場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加硫時のスコーチ安定性に優れ、かつ加硫後の耐熱性、耐油性、耐金属腐食性に優れたアクリルゴム組成物を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を達成するために鋭意研究の結果、特定のカルボキシル基含有アクリルゴム(A)、モノ第一アミン化合物(B)およびジアミン加硫剤(C)を配合することにより上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0009】
かくして、本発明によれば、アクリル酸エステル単量体(a)単位90〜99.9重量%、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(b)単位0.1〜10重量%およびこれらと共重合可能な他の単量体(c)単位0〜20重量%からなるアクリルゴム(A)100重量部に対し、モノ第一アミン化合物(B)0.05〜2.5重量部およびジアミン加硫剤(C)0.05〜5重量部を含有するアクリルゴム組成物が提供される。また、他の発明として、該アクリルゴム組成物を加硫してなる加硫物が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられるアクリルゴム(A)は、アクリル酸エステル単量体(a)単位90〜99.9重量%、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(b)単位0.1〜10重量%およびこれらと共重合可能な他の単量体(c)単位0〜20重量%からなるものである。
【0011】
アクリル酸エステル単量体(a)としては、アルキルアクリレート単量体のみを用いてもよいが、アルコキシアルキルアクリレート単量体とアルキルアクリレート単量体とアルコキシアルキルアクリレート単量体とを併用することが特に好ましい。
【0012】
アルキルアクリレート単量体としては、炭素数1〜8のアルキル基を有するものが好ましく、具体的には、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシルなどが挙げられる。特にアクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチルが好ましい。
【0013】
アルコキシアルキルアクリレート単量体としては、炭素数2〜8のアルコキシアルキル基を有するものが好ましく、具体的には、アクリル酸メトキシメチル、アクリル酸エトキシメチル、アクリル酸2−エトキシエチル、アクリル酸2−ブトキシエチル、アクリル酸2−メトキシエチル、アクリル酸2−プロポキシエチル、アクリル酸3−メトキシプロピル、アクリル酸4−メトキシブチルなどが挙げられる。特に、アクリル酸2−エトキシエチル、アクリル酸2−メトキシエチルが好ましい。
【0014】
アクリルゴム(A)中、単量体(a)単位量は、90〜99.9重量%、好ましくは92.5〜99.7重量%、より好ましくは95〜99.5重量%である。単量体(a)が少なすぎると加硫物の強度や伸びが劣り、逆に多すぎると加硫が困難である。
【0015】
カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(b)としては、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸などのカルボン酸単量体;マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノ−n−ブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノ−n−ブチルなどのブテンジオン酸モノアルキルエステル単量体;などが挙げられる。カルボキシル基は無水カルボン酸基であってもよく、無水マレイン酸、無水シトラコン酸などの無水カルボン酸単量体も単量体(b)として用いることができる。これらの中でも、ブテンジオン酸モノアルキルエステル単量体が好ましく、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノ−n−ブチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノ−n−ブチルが特に好ましい。
【0016】
アクリルゴム(A)中、単量体(b)単位量は、0.1〜10重量%、好ましくは0.3〜7.5重量%、より好ましくは0.5〜5重量%である。単量体(a)単位が少なすぎると加硫が困難であり、逆に多すぎると加硫物のゴム弾性が劣る。
【0017】
これらの単量体以外にこれらと共重合可能な単量体(c)を共重合したものであってもよく、単量体(c)としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、アクリル酸フルフリルエステル、アクリルアミド、エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、メタクリル酸アルコキシアルキルエステル、メタクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、イソプレン、ブタジエン、クロロプレン、ピペリレン、ジシクロペンタジエン、ノルボルネン、エチリデンノルボルネン、ヘキサジエン、ノルボルナジエンなどが挙げられる。
【0018】
アクリルゴム(A)中、単量体(c)単位量は0〜20重量%、好ましくは0〜10重量%、より好ましくは0〜5重量%である。単量体(c)単位が多すぎると、耐油性などアクリルゴムとしての特性に劣る場合がある。
【0019】
アクリルゴム(A)のムーニー粘度(ML1+4、100℃)は、好ましくは10〜70、より好ましくは20〜60、特に好ましくは30〜50である。ムーニー粘度が小さすぎると成形加工性や加硫物の機械的強度が劣る場合があり、大きすぎると成形加工性が劣る場合がある。
【0020】
なお、アクリルゴム(A)の有するカルボキシル基の量は、好ましくは5×10-4〜4×10-1ephr、より好ましくは2×10-3〜2×10-1ephr、特に好ましくは4×10-3〜1×10-1ephrである。
【0021】
本発明で用いるモノ第一アミン化合物(B)は、アンモニアの水素原子の一つを炭化水素基で置換した化合物であり、脂肪族モノ第一アミン、脂環族モノ第一アミン、芳香族モノ第一アミン、アミノアルコール、アミノオキソ化合物などが挙げられる。これらの中でも脂肪族モノ第一アミンが好ましく、特に炭素数8〜20の脂肪族モノ第一アミンがより好ましい。
【0022】
脂肪族モノ第一アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、アリルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、t−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、セチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、オクタデシルアミン、シス−9−オクタデセニルアミン、ノナデシルアミンなどが挙げられ、これらの中でも、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、セチルアミン、オクタデシルアミン、シス−9−オクタデセニルアミン、ノナデシルアミンなど炭素数8〜20の脂肪族モノ第一アミンが好ましい。脂環族モノ第一アミンとしては、シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。芳香族モノ第一アミンとしては、アニリン、o−トルイジン、m−トルイジン、ベンジルアミン、α−ナフチルアミン、β−ナフチルアミンなどが挙げられる。アミノアルコールとしては、アミノエタノール、アミノプロパノール、D,L−アラニノール、2−アミノブチルアルコール、2−アミノ−2−メチルプロパノール、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2メチルプロパン−1,3−ジオール、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1−クロロ−3−アミノプロパン−2−オール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−アミン−1,3−プロパンジオールなどのアミノアルコールなどが挙げられる。アミノオキソ化合物としては、3−メトキシプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミンなどが挙げられる。
【0023】
アクリルゴム(A)100重量部に対するモノ第一アミン化合物(B)の配合量は0.05〜2.5重量部、好ましくは0.1〜2重量部、より好ましくは0.2〜1.5重量部である。モノ第一アミン化合物(B)の配合量が少なすぎると組成物のスコーチ安定性が不十分となる場合があり、多すぎると加硫物の強度が著しく低下したり、圧縮永久ひずみが大きくなったりする場合がある。
【0024】
本発明で用いるジアミン加硫剤(C)としては、脂肪族ジアミン加硫剤、芳香族ジアミン加硫剤などが挙げられる。脂肪族ジアミン加硫剤としては、ヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンカーバメイト、N,N’−ジシンナミリデン−1,6−ヘキサンジアミンなどが挙げられ、これらの中でも、ヘキサメチレンジアミンカーバメイトおよびN,N’−ジシンナミリデン−1,6−ヘキサンジアミンが好ましい。芳香族ジアミン加硫剤としては、4,4’−メチレンジアニリン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、4,4’−(p-フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、2,2’−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニルなどが挙げられ、これらの中でも、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、4,4’−(p-フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリンおよび2,2’−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパンが好ましい。
【0025】
アクリルゴム(A)100重量部に対するジアミン加硫剤(C)の配合量は、0.05〜5重量部、好ましくは0.1〜4重量部、より好ましくは0.2〜3重量部である。ジアミン加硫剤の配合量が多すぎると、加硫物が硬くなりすぎたり、加硫物の伸びが低下したり、熱負荷後の伸びが小さくなりすぎたりする場合がある。少なすぎると、加硫物の強度が著しく低下したり、熱負荷後の伸び変化率、引張強度変化率が大きすぎたりする場合がある。
【0026】
本発明においては、必要により、ジアミン加硫剤と共に加硫促進剤を使用することができる。加硫促進剤としては、水中、25℃での塩基解離定数が10-12〜10+6であり、実質的に加硫性単量体単位と反応して加硫を生じない塩基または共役塩基であるものが好ましく、グアニジン系促進剤、第四級オニウム塩系促進剤、第三級アミン系促進剤、第三級ホスフィン系促進剤、弱酸のアルカリ金属塩、アルカリ金属アルコキシドまたはアルカリ金属フェノキシドなどが挙げられる。グアニジン系促進剤としては、1,3−ジフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジンなどが挙げられる。第四級オニウム塩系促進剤としては、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。第三級アミン系促進剤としては、ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、1,8−ジアザ−ビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7などが挙げられる。第三級ホスフィン系促進剤としては、トリフェニルホスフィン、トリ(メチルフェニル)ホスフィンなどが挙げられる。弱酸のアルカリ金属塩としては、ナトリウム、カリウムまたはリチウムのリン酸塩、炭酸塩、重炭酸塩などの無機弱酸塩あるいはステアリン酸塩、ラウリル酸塩などの有機弱酸塩が挙げられる。アルカリ金属アルコキシドとしては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムイソプロポキシド、カリウムイソプロポキシドなどが挙げられる。アルカリ金属フェノキシドとしては、ナトリウムフェノキシド、カリウムフェノキシド、カリウムベンゾエートなどが挙げられる。これら加硫促進剤は二種以上を組み合わせて使用することもできる。これらの中でも、1,3−ジフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジンなどのグアニジン化合物などが好ましい。
【0027】
アクリルゴム(A)100重量部あたりの加硫促進剤の使用量は、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.2〜15重量部、特に好ましくは0.3〜10重量部である。
【0028】
本発明のアクリルゴム組成物は、本発明の効果を実質的に阻害しない範囲で、必要に応じて、補強材、充填剤、老化防止剤、光安定剤、可塑剤、加工助剤、滑剤、粘着剤、潤滑剤、難燃剤、防黴剤、帯電防止剤、着色剤などの添加剤を含有してもよい。
【0029】
また、アクリルゴム組成物は、本発明の効果を実質的に阻害しない範囲で、必要に応じて、アクリルゴム(A)以外のゴム、エラストマー、樹脂などをさらに配合してもよい。例えば、天然ゴム、アクリルゴム(A)以外のアクリルゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどのゴム;オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリシロキサン系エラストマーなどのエラストマー;ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などの樹脂;などを配合することができる。
【0030】
アクリルゴム組成物の調製にあたっては、ロール混合、バンバリー混合、スクリュー混合、溶液混合などの適宜の混合方法が称用される。配合順序は特に限定されないが、熱で分解しにくい成分を充分に混合した後、熱で反応しやすい成分あるいは分解しやすい成分、例えば、加硫剤、加硫促進剤などをなるべく短時間に混合すればよい。
【0031】
アクリルゴム組成物の成形方法は、特に限定されない。圧縮成形、射出成形、トランスファー成形あるいは押出成形など、いずれの方法を用いることも可能である。また、加硫方法は、加硫物の形状などの必要に応じて選択すればよく、成形と加硫を同時に行う方法、成形後に加硫を行う方法のいずれでもよい。
【0032】
本発明のアクリルゴム組成物は、加熱することにより加硫物が得られる。加熱温度は、好ましくは130〜220℃以上、より好ましくは140℃〜200℃、加硫時間は好ましくは30秒〜5時間である。加熱方法としては、プレス加熱、蒸気加熱、オーブン加熱、熱風加熱などのゴムの加硫に用いられる方法を適宜選択すればよい。また、一度加硫した後に、加硫物の内部まで確実に加硫させるために、時間をかけて加熱する後加硫を行ってもよい。後加硫は、加熱方法、加硫温度、形状などにより異なるが、好ましくは1〜48時間行う。加熱方法、加熱温度は適宜選択すればよい。
【0033】
【発明の効果】
本発明のゴム組成物は、加硫時のスコーチ安定性に優れ、かつ加硫後の耐熱性、耐油性、耐金属腐食性に優れ、圧縮永久ひずみが小さい。この特性を活かして、シール材、ホース材、防振材、チューブ材、ベルト材、ブーツ材など広い範囲で使用できる。
【0034】
【実施例】
以下に実施例、比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、ゴムの単量体単位組成の%は、重量基準である。
【0035】
実施例1〜11、比較例1〜9
表1または表2に示すバンバリー配合成分をバンバリーを用いて50℃で混練し、その後、表1または表2に示すロール配合成分を加えて、オープンロールを用いて、60℃で混練した。
【0036】
アクリルゴム1は、アクリル酸エチル単位含有量48%、アクリル酸n−ブチル単位含有量34%、アクリル酸2−メトキシエチル単位含有量14%、マレイン酸モノ−n−メチル単位含有量4%、カルボキシル基含有量7×10-3ephr、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)35のものであり、アクリルゴム(A)に該当する。
アクリルゴム2は、アクリル酸エチル単位含有量50%、アクリル酸n−ブチル単位含有量34%、アクリル酸2−メトキシエチル単位含有量14%、フマル酸モノ−n−メチル単位含有量2%、カルボキシル基含有量9×10-3ephr、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)35のものであり、アクリルゴム(A)に該当する。
アクリルゴム3は、アクリル酸エチル単位含有量50%、アクリル酸n−ブチル単位含有量28%、アクリル酸2−メトキシエチル単位含有量20%、クロロ酢酸ビニル単位含有量2%、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)35のものであり、カルボキシル基を含有せず、アクリルゴム(A)には該当しない。
アクリルゴム4は、市販のエチレン単位含有量30%以上、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)16のエチレン−アクリル酸エステル−ブテンジオン酸モノエステル共重合体(DuPont社製、Vamac G)であり、アクリルゴム(A)に該当しない。
【0037】
アクリルゴムのムーニー粘度は、JIS K6300に従って、100℃で測定した。
【0038】
得られたゴム組成物について、JIS K6300に従い、125℃の測定条件下でムーニースコーチ時間t5(分)を測定した。
【0039】
ゴム組成物を170℃、20分間のプレスによって成形、加硫し、15cm×15cm×2mmの試験片を作製し、さらに後加硫のために、170℃に4時間放置した。この試験片を用いて、JIS K6301に従い、加硫物の常態物性として、引張強度、伸びおよび硬さを測定した。
【0040】
耐熱性の評価として、JIS K6257に従い、175℃の環境下で70時間の空気加熱老化を行い、加硫物の引張強度変化率、伸び変化率、硬さ変化量を測定した。
【0041】
耐寒性の評価として、JIS K6261に従い、低温ねじり試験を行い、ゲーマンT10値を測定した。また、耐油性の評価として、JIS K6258に従い、IRM903試験油を用いて、150℃の環境下で70時間の油中浸せき試験を行い、体積変化率を測定した。
【0042】
耐金属腐食性の評価として、被汚染材に亜鉛、銅、真鍮およびSUSの4種類の金属板を用い、これらの被汚染板に試験片を密着させ、温度40℃、湿度80%の環境下で一週間放置し、腐食面積の占める割合を測定し、腐食面積が10%以上を占めるものを腐食あり、10%未満のものを腐食なしと判定した。
【0043】
ゴム組成物を170℃、20分間のプレスによって成形、加硫し、さらに後加硫のために、170℃に4時間放置し、径3.1mmのOリングを作成した。圧縮永久ひずみ性は、このOリングを25%圧縮させた後、175℃の環境下で70時間放置した後、圧縮を開放し、温度23℃、湿度50%の環境下で30分間放置し、圧縮永久ひずみ率を測定した。
【0044】
これらの測定結果、判定結果について、実施例については表3に、比較例については表4に示した。ただし、比較例4については、t5が60分以上であり、加硫物が得られなかった。
【0045】
【表1】
Figure 0004273671
【0046】
【表2】
Figure 0004273671
【0047】
【表3】
Figure 0004273671
【0048】
【表4】
Figure 0004273671
【0049】
加硫剤としてモノ第二アミンを用いたカルボキシル基含有アクリルゴム組成物は、スコーチ安定性に劣る(比較例1)。モノ第一アミンを配合しないカルボキシル基含有アクリルゴム組成物も、スコーチ安定性に劣る(比較例2〜5)。一方、モノ第一アミンを多量に配合したカルボキシル基含有アクリルゴム組成物では、加硫物が得られなかった(比較例6)。ジアミン加硫剤を多量に配合したカルボキシル基含有アクリルゴム組成物の加硫物は、耐熱性に劣り、圧縮永久ひずみが大きい(比較例7)。架橋点として塩素を含有するカルボキシル基非含有アクリルゴム組成物は、架橋点に応じた加硫剤などを用いても、スコーチ安定性に劣り、得られた加硫物は、圧縮永久ひずみが大きく、耐金属腐食性に劣る(比較例8)。また、アクリルゴム4として、エチレン−アクリル酸エステル−ブテンジオン酸モノエステル共重合体を用いたアクリルゴム組成物の加硫物は、耐油性に劣る(比較例9)。
【0050】
それに対し、本発明のアクリルゴム組成物は、加硫時のスコーチ安定性に優れ、かつ加硫後の耐熱性、耐油性、耐金属腐食性に優れ、圧縮永久ひずみが小さい(実施例1〜11)。1,8−ジアザ−ビシクロ−(5,4,0)ウンデセン−7のフェノール塩を加硫促進剤に用いた場合でも、本発明のアクリルゴム組成物は、加硫時のスコーチ安定性に優れる(比較例4と実施例11の対比)。

Claims (3)

  1. アクリル酸エステル単量体(a)単位90〜99.9重量%、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(b)単位0.1〜10重量%およびこれらと共重合可能な他の単量体(c)単位0〜20重量%からなるアクリルゴム(A)100重量部に対し、モノ第一アミン化合物(B)0.05〜2.5重量部およびジアミン加硫剤(C)0.05〜5重量部を含有するアクリルゴム組成物。
  2. 請求項1記載のアクリルゴム組成物を加硫してなる加硫物。
  3. シール材、ホース材、防振材、チューブ材、ベルト材またはブーツ材である請求項2記載の加硫物。
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