JP4518751B2 - 変性天然ゴムおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、変性天然ゴム、特に天然ゴム本来の特性を維持しながら臭気低減および保存時の耐凍結性に優れた変性天然ゴムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
天然ゴムにビニル化合物をグラフト化する技術は周知で、すでにMGラテックス等として生産され、接着剤等で実用化されている。しかし、かかるグラフト化天然ゴムは、天然ゴム自身の特性を変えるために単量体として多量(20−50重量%)のビニル化合物をグラフトしているので、天然ゴム本来の物理特性(粘弾性、引張試験等における応力−歪曲線)を大幅に変えてしまい、天然ゴム本来の物理特性を生かした従来の適用手法が全く利用できなくなるという問題がある。
【0003】
また、天然ゴム分子に多価アルコールの不飽和カルボン酸エステル、不飽和結合を有する有機化合物やビニル系モノマーを配合してグラフト重合する技術や、天然ゴムをエポキシ化する技術等が提案されている。しかし、これらの技術では、素練り時等で臭気が発生する問題があり、また冬季に気温が10℃以下になる地域での耐凍結性にも問題がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−319339号公報
【特許文献2】
特開2002−138266号公報
【特許文献3】
特開平6−329702号公報
【特許文献4】
特開平9−25468号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消し、天然ゴム本来の物理特性を維持しながら臭気低減および保存時の耐凍結性に優れた変性天然ゴムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る変性天然ゴムは、天然ゴムラテックスに極性基含有単量体を0.01−5.0質量%グラフト重合し、凝固、乾燥してなることを特徴とする。
【0007】
本発明に係る変性天然ゴムを製造する方法は、天然ゴムラテックスに極性基含有単量体を添加し、乳化重合により該単量体のグラフト化を行い、重合生成物を凝固、乾燥することを特徴とする。
【0008】
本発明において、極性基はアミノ基、イミノ基、ニトリル基、アンモニウム基、イミド基、アミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、エポキシ基、オキシカルボニル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、含窒素複素環基および含酸素複素環基から選ばれる少なくとも一つである。
【0009】
さらに、本発明において、極性基含有単量体のグラフト量は天然ゴムラテックスのゴム分に対し0.01−5.0質量%である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。本発明の変性天然ゴムは、天然ゴムラテックスに極性基含有単量体を添加し、さらに重合開始剤を加えた後、乳化重合を行った後、さらに重合生成物を凝固、乾燥することにより得たものである。このように少量の極性基含有単量体を天然ゴムラテックスにグラフト重合(乳化重合)させているので、天然ゴム本来の物理特性は維持されている。また、乳化重合させるべき単量体が極性基を有するので、素練り時等に発生する臭気を低減させることができる。その理由は、臭気の原因となる物質が極性基により捕捉されて臭気低減になると推測されるからである。さらに、極性基含有単量体の天然ゴム分子へのグラフト重合により、該天然ゴム分子の立体構造が若干低下し、静的な結晶化速度が大幅に遅くなり、その結果低温地域における保存時の耐凍結性を著しく向上させることができる。
【0011】
本発明に用いる天然ゴムラテックスは通常のものであって、フィールドラテックス、アンモニア処理ラテックス、遠心分離濃縮ラテックス、界面活性剤や酵素で処理した脱蛋白ラテックスおよびこれらを組合せたもの等を挙げることができる。
【0012】
本発明に用いる極性基含有単量体としては、分子内に少なくとも一つの極性基を有する単量体であれば特に制限されない。極性基の具体例としては、アミノ基、イミノ基、ニトリル基、アンモニウム基、イミド基、アミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、エポキシ基、オキシカルボニル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、含窒素複素環基および含酸素複素環基を好適に挙げることができる。これら極性基を含有する単量体は、それぞれ単独で、あるいは2種またはそれ以上組み合わせて用いることができる。
【0013】
アミノ基含有単量体としては、1分子中に第1級、第2級および第3級アミノ基から選ばれる少なくとも1つのアミノ基を有する重合性単量体がある。その中でも、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート等のような第3級アミノ基含有単量体が特に好ましい。これらアミノ基含有単量体は単独で、若しくは2種またはそれ以上を組合せて使用することができる。
【0014】
第1級アミノ基含有単量体としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、4−ビニルアニリン、アミノメチル(メタ)アクリレート、アミノエチル(メタ)アクリレート、アミノプロピル(メタ)アクリレート、アミノブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0015】
第2級アミノ基含有単量体としては、(1)アニリノスチレン、β−フェニル−p−アニリノスチレン、β−シアノ−p−アニリノスチレン、β−シアノ−β−メチル−p−アニリノスチレン、β−クロロ−p−アニリノスチレン、β−カルボキシ−p−アニリノスチレン、β−メトキシカルボニル−p−アニリノスチレン、β−(2−ヒドロキシエトキシ)カルボニル−p−アニリノスチレン、β−ホルミル−p−アニリノスチレン、β−ホルミル−β−メチル−p−アニリノスチレン、α−カルボキシ−β−カルボキシ−β−フェニル−p−アニリノスチレン等のようなアニリノスチレン類、(2)アニリノフェニルブタジエン、1−アニリノフェニル−1,3−ブタジエン、1−アニリノフェニル−3−メチル−1,3−ブタジエン、1−アニリノフェニル−3−クロロ−1,3−ブタジエン、3−アニリノフェニル−2−メチル−1,3−ブタジエン、1−アニリノフェニル−2−クロロ−1,3−ブタジエン、2−アニリノフェニル−1,3−ブタジエン、2−アニリノフェニル−3−メチル−1,3−ブタジエン、2−アニリノフェニル−3−クロロ−1,3−ブタジエン等のアニリノフェニルブタジエン類、(3)N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−(4−アニリノフェニル)メタクリルアミド等のN−モノ置換(メタ)アクリルアミド類等が挙げられる。
【0016】
第3級アミノ基含有単量体としては、N,N−ジ置換アミノアルキルアクリレート、N,N−ジ置換アミノアルキルアクリルアミドおよびピリジル基を有するビニル化合物等が挙げられる。
【0017】
N,N−ジ置換アミノアルキルアクリレートとしては、たとえばN,N−ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N−メチル−N−エチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジブチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジブチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N,N−ジヘキシルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジオクチルアミノエチル(メタ)アクリレート、アクリロイルモルフォリン等のアクリル酸またはメタクリル酸のエステル等が挙げられる。特に、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジオクルアミノエチル(メタ)アクリレート、N―メチル―N−エチルアミノエチル(メタ)アクリレート等が好ましい。
【0018】
N,N−ジ置換アミノアルキルアクリルアミドとしては、たとえばN,N−ジメチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、N―メチル―N−エチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジブチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジブチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジブチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジヘキシルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジヘキシルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジオクチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアクリルアミド化合物またはメタクリルアミド化合物等が挙げられる。特に、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジオクチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が好ましい。
【0019】
また、アミノ基の代わりに含窒素複素環基であってもよい。含窒素複素環としては、たとえばピロール、ヒスチジン、イミダゾール、トリアゾリジン、トリアゾール、トリアジン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、インドール、キノリン、プリン、フェナジン、プテリジン、メラミン等が挙げられる。含窒素複素環は、他のヘテロ原子を環中に含んでいてもよい。
【0020】
ピリジル基を有するビニル化合物としては、たとえば2−ビニルピリジン、3−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、5−メチル−2−ビニルピリジン、5−エチル−2−ビニルピリジン等が挙げられる。特に、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等が好ましい。
【0021】
ニトリル基含有単量体としては、(メタ)アクリロニトリル、シアン化ビニリデン等が挙げられる。これらは、単独または2種以上併用してもよい。
【0022】
ヒドロキシル基含有単量体としては、1分子中に少なくとも1つの第1級、第2級および第3級ヒドロキシル基を有する重合性単量体が挙げられる。かかる単量体としては、たとえばヒドロキシル基含有不飽和カルボン酸系単量体、ヒドロキシル基含有ビニルエーテル系単量体、ヒドロキシル基含有ビニルケトン系単量体等がある。このようなヒドロキシル基含有単量体の具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のようなポリアルキレングリコール(アルキレングリコール単位数が、たとえば2−23である)のモノ(メタ)アクリレート類;N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド等のヒドロキシル基含有不飽和アミド類;o−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、o−ヒドロキシ―α―メチルスチレン、m−ヒドロキシ―α―メチルスチレン、p−ヒドロキシ―α―メチルスチレン、p−ビニルベンジルアルコール等のヒドロキシル基含有ビニル芳香族化合物類;(メタ)アクリレート類がある。これらの中で、ヒドロキシル基含有不飽和カルボン酸系単量体、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類、ヒドロキシル基含有ビニル芳香族化合物が好ましく、特にヒドロキシル基含有不飽和カルボン酸系単量体が好ましい。ヒドロキシル基含有不飽和カルボン酸系単量体としては、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエステル、アミド、無水物等の誘導体であり、特にアクリル酸、メタクリル酸等のエステル化合物が好ましい。
【0023】
カルボキシル基含有単量体としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、テトラコン酸、桂皮酸等の不飽和カルボン酸類;またはフタル酸、琥珀酸、アジピン酸等の非重合性多価カルボン酸と、(メタ)アリルアルコール、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有不飽和化合物とのモノエステルのような遊離カルボキシル基含有エステル類およびその塩等が挙げられる。これらの中で、不飽和カルボン酸類が特に好ましい。かかる単量体は単独で用いるか、または2種以上併用してもよい。
【0024】
エポキシ基含有単量体としては、(メタ)アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−オキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート等があげられる。これら単量体は単独で用いるか、または2種以上併用してもよい。
【0025】
グラフト重合用の開始剤としては、特に限定はなく種々の開始剤、たとえば乳化重合用の開始剤を用いることができ、その添加方法についても特に限定はない。一般に用いられる開始剤の例としては、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、クメンヒドロパーオキサイド、tert−ブチルヒドロパーオキサイド、ジーtert−ブチルパーオキサイド、2,2−アゾビスイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−ジアミノプロパン)ヒドロクロライド、2,2−アゾビス(2−ジアミノプロパン)ジヒドロクロライド、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられる。なお、重合温度を低減させるためには、レドックス系の重合開始剤を用いるのが好ましい。かかるレドックス系重合開始剤に用いる過酸化物と組合せる還元剤としては、たとえばテトラエチレンペンタミン、メルカプタン類、酸性亜硫酸ナトリウム、還元性金属イオン、アスコルビン酸等が挙げられる。特に、tert−ブチルヒドロパーオキサイドとテトラエチレンペンタミンとの組合せがレドックス系重合開始剤として好ましい。
【0026】
本発明で行うグラフト重合は、極性基含有単量体を天然ゴムラテックス中に添加し、所定の温度で撹拌しながら重合する一般的な乳化重合である。予め極性基含有単量体に水と乳化剤を加え、十分に乳化させたものを天然ゴムラテックスに添加してもよいし、極性基含有単量体を直接天然ゴムラテックスに添加し、必要に応じて単量体の添加前または添加後に乳化剤を添加してもよい。乳化剤としては、特に限定されず、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のようなノニオン系の界面活性剤が挙げられる。
【0027】
天然ゴム本来の物理特性を維持しながら、耐凍結性、臭気低減を改善することを考慮すると、天然ゴムの分子に対しまんべんなく少量の極性基を導入することが重要であるため、重合開始剤の添加量は極性基含有単量体100モルに対し1−100モル%が好ましく、10−100モル%がより好ましい。上述した各成分を反応容器に仕込み、30−80℃で10分−7時間反応させてグラフト重合を行うことにより、変性天然ゴムラテックスが得られる。このようにして得た変性天然ゴムラテックスは、さらに凝固、乾燥することにより固形状態にして使用する。固形ゴムとして使用する場合、ゴムラテックスをまず凝固し、洗浄後、真空乾燥機、エアドライヤー、ドラムドライヤー等の乾燥機を用いて乾燥する。
【0028】
本発明の変性天然ゴムにおいて、極性基含有単量体のグラフト量は天然ゴムラテックスのゴム分に対し0.01−5.0質量%であるのが好ましい。極性基含有単量体のグラフト量が0.01質量%未満であると、臭気低減あるいは保存時の耐凍結性の改良効果が十分に得られないおそれがある。また、グラフト量が5.0質量%を超えると、天然ゴム本来の物理特性(粘弾性、引張試験等における応力−歪曲線)を大幅に変えてしまい、天然ゴム本来の物理特性を生かした適用手法が利用できなくなるおそれがある。
【0029】
【実施例】
次に、本発明を実施例につき説明するが、これら実施例によってなんら限定されるものではない。
【0030】
製造例1
(1)天然ゴムラテックスの変性反応工程
フィールドラテックスをラテックスセパレーター(斎藤遠心工業製)を用いて回転数7500rpmで遠心分離して乾燥ゴム濃度60%の濃縮ラテックスを得た。この濃縮ラテックス1000gを、撹拌機、温調ジャケットを備えたステンレス製反応容器に投入し、予め10mlの水と90mgの乳化剤(エマルゲン1108,花王株式会社製)をN,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート3.0gに加えて乳化したものを990mlの水とともに添加し、これらを窒素置換しながら30分間撹拌した。次いで、重合開始剤としてtert−ブチルヒドロパーオキサイド1.2gとテトラエチレンペンタミン1.2gとを添加し、40℃で30分間反応させることにより、変性天然ゴムラテックスを得た。
【0031】
(2)凝固、乾燥工程
次いで、ギ酸を添加してpHを4.7に調整することにより、変性天然ゴムラテックスを凝固させた。このようにして得た固形物をクレーパーで5回処理し、シュレッダーに通してクラム化し、熱風式乾燥機により110℃で210分間乾燥して変性天然ゴムAを得た。このようにして得た変性天然ゴムAの重量から極性基含有単量体としてのN,N−ジエチルアミノエチルメタクリレートの転化率は100%であることが確認された。また、該変性天然ゴムAを石油エーテルで抽出し、さらにアセトンとメタノールの2:1混合溶媒で抽出することによりホモポリマーの分離を行ったところ、抽出物の分析からホモポリマーは検出されず、添加した単量体の100%が天然ゴム分子に導入されていることを確認した。
【0032】
製造例2−8
3.0gのN,N−ジエチルアミノエチルメタクリレートの代わりに、製造例2では2−ヒドロキシエチルメタクリレートを2.1g、製造例3では4−ビニルピリジンを1.7g、製造例4ではイタコン酸を2.1g、製造例5ではメタクリル酸を1.4g、製造例6ではアクリロニトリルを1.7g、製造例7ではグリシジルメタクリレートを2.3g、製造例8ではメタクリルアミドを2.8g用いた以外、製造例1と同じ処理を行って変性天然ゴムB,C,D,E,F,G,Hをそれぞれ得た。製造例1と同様な方法により変性天然ゴムB−Hを分析したところ、添加した単量体の100%が天然ゴム分子に導入されていることを確認した。
【0033】
製造例9,10
極性基含有単量体の添加量および種類、乳化剤、重合開始剤の量、反応時間を表1に記載されたものに変えた以外、製造例1と同じ処理を行って変性天然ゴムI,Jをそれぞれ得た。製造例1と同様な方法により変性天然ゴムI,Jを分析したところ、単量体の転化率は変性天然ゴムIが98.2%、変性天然ゴムJが98.7%であることを確認した。また、抽出によりホモポリマーの量を分析したところ、変性天然ゴムIでは単量体の4.8%、また変性天然ゴムJでは単量体の4.1%があることを確認した。
【0034】
製造例11
天然ゴムラテックスを、変性することなく、直接凝固、乾燥して固形天然ゴムKを得た。
【0035】
【表1】
【0036】
実施例1−8,比較例1−3
製造例1−11で得た変性天然ゴムA−Kについて、下記の方法により硬度および臭気濃度を測定して表2に示す結果を得た。
【0037】
硬度は、各変性天然ゴムの加硫物を5℃の冷蔵庫で84時間、または24℃の大気中で84時間保持した後、JIS K6253(1997)に従って測定した。
【0038】
臭気濃度の測定は次のようにして行った。まず、各変性天然ゴムを素練りし、140℃に達した時点で混練機の排気口から臭気をポンプを用いてテドラーバッグ内に採取した。次いで、臭いのない空気を臭い袋内にポンプにより規定量入れて栓をし、これにテドラーバッグ内の臭気サンプルを規定量注射器により採取し、上記臭い袋内に注入して希釈臭気試料を得た。該希釈臭気試料の臭いを4名のパネラーにより嗅ぎ、臭いを感じなくなるまでの希釈倍数を測定し、その平均値を算出した。臭気濃度はこの平均希釈倍数により評価し、値が小さいほど臭気が低いものとした。
【0039】
【表2】
【0040】
【発明の効果】
上述したように、本発明の変性天然ゴムは、従来の変性天然ゴムに比べて天然ゴム本来の物理特性を維持しながら素練り時の臭気低減および保存時の耐凍結性を著しく改良する効果を奏する。
Claims (5)
- 天然ゴムラテックスに極性基含有単量体を0.01−5.0質量%グラフト重合し、凝固、乾燥してなり、
前記極性基がアミノ基、イミノ基、ニトリル基、アンモニウム基、イミド基、アミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、エポキシ基、オキシカルボニル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、含窒素複素環基および含酸素複素環基から選ばれる少なくとも一つであり、かつ
前記極性基含有単量体のグラフト量が天然ゴムラテックスのゴム分に対し0.01−5.0質量%である変性天然ゴム。 - 天然ゴムラテックスに極性基含有単量体を添加し、乳化重合により該単量体のグラフト化を行い、重合生成物を凝固、乾燥する変性天然ゴムの製造方法であって、
前記極性基がアミノ基、イミノ基、ニトリル基、アンモニウム基、イミド基、アミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、エポキシ基、オキシカルボニル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、含窒素複素環基および含酸素複素環基から選ばれる少なくとも一つであり、かつ
前記極性基含有単量体のグラフト量が天然ゴムラテックスのゴム分に対し0.01−5.0質量%である変性天然ゴムの製造方法。 - 前記極性基含有単量体のグラフト量が天然ゴムラテックスのゴム分に対し0.01−0.5質量%である請求項1記載の変性天然ゴム。
- 前記極性基含有単量体のグラフト量が天然ゴムラテックスのゴム分に対し0.01−0.5質量%である請求項2記載の方法。
- 前記極性基含有単量体100モルに対し、重合開始剤を10−100モル%の量で添加する請求項2または4記載の方法。
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