JP5510552B2 - Nbr組成物及びシール用ゴム材料 - Google Patents

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Description

本発明は、不溶化物発生原因物質を実質的に含まず、燃料抽出による不溶化物の発生を防止すると共に、耐オゾン性や混練機排出性に優れ、更に、圧縮永久歪、特に第2の圧縮永久歪が46%以下を実現する、NBR組成物及び、これを架橋成形して得られるシール用ゴム材料に関する。
燃料タンク周りに用いられるパッキンやOリングは、耐燃料油性、耐オゾン性、圧縮永久歪及び低温性が必須の機能である。
このような機能を発揮するために、高ニトリルポリマーを用いたゴム材料が用いられている。
このようなシール用ゴム材料には、カーボンブラック、酸化亜鉛、ステアリン酸、耐オゾンワックス、老化防止剤、可塑剤、硫黄及び加硫促進剤が配合されるのが一般的である。
しかし、これらを配合してなる製品を用いた場合、燃料油、特に近年増加しているアルコール含有燃料により、ゴムから抽出された成分が不溶化し、燃料フィルターの目詰まりを発生させ、内燃機関に悪影響を与える可能性が指摘されている。
これらの対策として、燃料タンク周りのシール用ゴム材料をフッ素ゴム化することが考えられるが、フッ素ゴム化すると、シール用ゴム材料に用いるコストが10倍以上となることから、安価であるNBR組成物の需要が高い状況である。
本発明者は、不溶化物の生成の原因調査を実施した結果、耐オゾン性を付与させているワックス成分が原因であることを確認した。更に、本発明者は、一般的に、加工助剤として配合されるステアリン酸も不溶化物となることを確認した。
しかし、不溶化物の生成の対策として、ワックス成分を配合処方から削除した場合、重要機能の一つである耐オゾン性が欠如し、ステアリン酸を配合処方から削除した場合には、ゴム生地を混練加工した時に用いる混練機(加圧式ニーダー)からの排出性の悪化が発生するので、機能・製造面から成立しなくなってしまう。
特開昭63−256680号公報 特開2000−95899号公報 特開平11−304058号公報 特開2001−172433号公報 特開2006−22220号公報
そこで、本発明者は、ステアリン酸及びワックス成分を実質的に配合せずに、不溶化物の発生を抑え、さらに耐オゾン性や混練機排出性もよいNBR組成物、及びこれを架橋成形して得られるシール用ゴム材料を提供することを検討した。
NBRに耐オゾン性等を付与するためにPVCを混合したポリマーは引用文献1〜5に示されており、引用文献1には、NBR80重量部とPVC20重量部をブレンドしたポリマー、引用文献2には、NBR75重量部とPVC25重量部をブレンドしたポリマー、NBR80重量部とPVC20重量部をブレンドしたポリマーとNBR/PVCブレンドポリマー(重量比70:30)、引用文献3〜5では、NBR/PVCブレンドポリマー(重量比70:30)を使用したゴム組成物がそれぞれ記載されている。
しかし、燃料タンク周りのパッキンやOリングは、圧縮された状態のまま、高温から常温まで温度変化がある環境で使用されているので、従来知られているNBRとPVCを混合したポリマーを用いたゴム組成物では、この環境を想定して測定される第2の圧縮永久歪が低下しやすいことが分かった。
本発明者は、種々の研究を実施した結果、PVC含量を特定の範囲にした場合には、耐オゾン性や混練機排出性を備え、かつ第2の圧縮永久歪の低下も抑えられることを見出し、シール用ゴム材料、特に、固定圧縮状態で使用されるパッキンやOリングとしての物性を向上できることを見出した。
そこで、本発明の第1の課題は、不溶化物発生原因物質を実質的に含まず、燃料抽出による不溶化物の発生を防止すると共に、耐オゾン性や混練機排出性に優れるNBR組成物、及び、これを架橋成形して得られるシール用ゴム材料を提供することにある。
更に、本発明の第2の課題は、第1の圧縮永久歪及び第2の圧縮永久歪が、46%以下を実現するNBR組成物、及び、これを架橋成形して得られるシール用ゴム材料を提供することにある。
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1.アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)と、ポリ塩化ビニル(PVC)を混合して得られ、PVC含量が15.70〜17.50重量%であるポリマー100重量部に対して、ワックス成分及び/又はステアリン酸である不溶化物発生原因物質を、配合しないか、配合する場合には上限が0.15重量部以下としてなるNBR組成物を、加硫剤として硫黄を用いて架橋成形して得られるシール用ゴム材料
2.前記ワックス成分が、スペシャルワックス(特殊マイクロクリスタリンワックス)、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、蜜蝋、カルナバワックス、ラノリン、木蝋、モンタンワックス、オゾケライト、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド、ジヘプタルデシルケトンから選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする前記1記載のシール用ゴム材料
3.サイズG25のOリングをサンプルとし、JIS K6262に準拠して測定した第1の圧縮永久歪及び第2の圧縮永久歪が、46%以下であることを特徴とする前記1又は2記載のシール用ゴム材料。
本発明によれば、不溶化物発生原因物質を実質的に含まず、燃料抽出による不溶化物の発生を防止すると共に、耐オゾン性や混練機排出性に優れ、更に、第1の圧縮永久歪及び第2の圧縮永久歪が、46%以下を実現するNBR組成物、及び、これを架橋成形して得られるシール用ゴム材料を提供することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係るポリマーは、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)と、ポリ塩化ビニル(PVC)を混合して得ることができ、前記ポリマーのPVC含量は15.70〜17.50重量%の範囲である。
なお、本発明において、単にポリマーという場合、NBRとPVCを混合して得られるポリマーを指している。
本発明のポリマーを得る上で用いられるNBRとしては、特に制限はないが、高ニトリルポリマーや極高ニトリルポリマーが好ましく用いられる。
本発明のポリマーにおいて、NBRとPVCは、それぞれ単体で混合して得ても、NBRと、NBRとPVCのブレンドポリマー(NBR/PVCブレンドポリマー)を混合して得てもよい。
NBR/PVCブレンドポリマーとしては、PVC含量が20〜50重量%、好ましくは30〜40重量%であるものが好ましい。NBR/PVCブレンドポリマーは市販品として入手することができ、JSR製NV60(PVC含量35%)などが挙げられる。
NBRポリマーとNBR/PVCブレンドポリマーの混合比としては、PVC含量35%のNBR/PVCブレンドポリマーを用いた場合には、NBR:NBR/PVC=55/45〜50/50が望ましく、これにより、PVC含量が15.70〜17.50%のポリマーが得られる。
上記のNBR組成物において、ポリマーのPVC含量が15.70%より低いと、耐オゾン性が低下してしまい、17.50%より高いと圧縮永久歪が低下してしまう。
圧縮永久歪は、パッキン・Oリングなどシール材料において、重要視される機能の一つである。特に、ポリマーのPVC含量が高いと、燃焼タンクのシール材料としての使用状態(圧縮された状態のまま、高温から常温まで温度変化がある)を想定して測定される第2の圧縮永久歪の低下が顕著である。
本発明において、第1の圧縮永久歪は、JIS K6262に準拠して測定される。ただし、サンプルとしてOリング(サイズG25)を用い、圧縮率が25%、試験温度100℃で70時間加熱処理とし、試験終了後すぐにセット板を開放し、値を測定して求めた圧縮永久歪(CS)である。
第2の圧縮永久歪は、JIS K6262に準拠して測定される。ただし、サンプルとしてOリング(サイズG25)を用い、圧縮率が25%、試験温度100℃で15時間加熱し、恒温槽から圧縮装置を取り出した後、すぐにセット板を開放せずに、セット板を締めたままで常温に放置して、セット板を常温まで冷却してから開放し、値を測定して求めた圧縮永久歪(CS)である。
第1の圧縮永久歪及び第2の圧縮永久歪は製品の機能上、46%以下、好ましくは45%以下、さらに好ましくは40%以下が求められており、PVC含量が15.70〜17.50重量%という範囲は、耐オゾン性と、圧縮永久歪の両方の性質を得る上で大変重要である。
本発明のNBR組成物は、燃料抽出による不溶化物の発生の原因となる不溶化物発生原因物質を実質的に含まない。前記「実質的に含まない」とは、ポリマー100重量部に対して、不溶化物発生原因物質を、配合しないか、配合する場合には上限が0.15重量部以下とすることを意味する。不溶化物発生原因物質が、複数種である場合にはそれらの合計量が0.15重量部以下であることを意味する。
前記不溶化物発生原因物質とは、燃料抽出による不溶化物の発生の原因となる物質であれば限定されず、特に、上述したように、ワックス成分及びステアリン酸を好ましく挙げることができる。
なお、ここでワックス成分とは、脂肪酸と高級アルコールのエステルおよびこれとよく似た性状を示す中性脂肪や高級脂肪酸、炭化水素を含むものであり、具体的には、スペシャルワックス(特殊マイクロクリスタリンワックス)、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、蜜蝋、カルナバワックス、ラノリン、木蝋、モンタンワックス、オゾケライトなどの各種天然ワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、ジヘプタルデシルケトン等の合成ワックス、及び配合・変性ワックスが挙げられる。
スペシャルワックスの市販品としては、精工化学製サンタイト、川口化学工業製オゾガード、大内新興化学工業製サンノック、Vanderbilt社製 VANWAX H、VANWAX OZなどが挙げられる。
本発明のNBR組成物は、ワックス成分として限定された上記化合物を除いて、その他の添加剤として、加硫剤、加硫促進助剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、補強剤又は充填剤などを必要に応じて適宜添加することができる。
加硫剤としては、硫黄、一塩化硫黄、セレン、テルルなどの無機系加硫剤;含硫黄有機化合物、ジチオカルバミン酸塩、オキシム類などの有機系加硫剤;ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(第3ブチルパーオキシ)ヘキサン、ベンゾイルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、1,3−ジ(第3ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼンなど有機過酸化物等が挙げられるが、硫黄が好ましい。この硫黄としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄等が挙げられる。
上記加硫剤として、硫黄を用いる場合のその配合量は、本発明のポリマー100重量部に対して、好ましくは0.05〜5重量部、より好ましくは0.1〜3重量部、更に好ましくは0.2〜1重量部である。
加硫促進助剤としては、例えば酸化亜鉛、活性亜鉛華、表面処理亜鉛華、複合亜鉛華、酸化マグネシウムなどの金属酸化物;炭酸亜鉛などの金属炭酸塩;水酸化カルシウムなどの金属水酸化物が挙げられる。
加硫促進剤としては、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CBS)、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N,N−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド等のスルフェンアミド系化合物、テトラメチルチウラムモノスルフィド(TMTM)、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラエチルチウラムジスルフィド(TETD)、テトラブチルチウラムジスルフィド(TBTG)、テトラオクチルチウラムジスルフィド、ペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等のチウラム系化合物、チアゾ−ル系化合物、グアニジン化合物などが挙げられ、これらを1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
加硫促進剤の配合量は、ポリマー100重量部に対して、0.2〜10重量部、好ましくは0.3〜7重量部である。
老化防止剤としては、例えば、ナフチルアミン系、ジフェニルアミン系、p−フェニレンジアミン系、キノリン系、ヒドロキノン誘導体系、(モノ−、ビス−、トリス−、ポリ−)フェノール系、チオビスフェノール系、ヒンダードフェノール系、亜リン酸エステル系、イミダゾール系、ジチオカルバミン酸ニッケル塩系、リン酸系の老化防止剤等が挙げられる。
可塑剤としては、フタル酸エステル類、アジピン酸ジエチルヘキシル等の脂肪酸エステル類等が挙げられる。
補強剤としては、カーボンブラック、シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ等が挙げられる。これらのうち、カーボンブラックが好ましい。
上記補強剤の配合量は、ポリマー100重量部に対して、好ましくは5〜200重量部、更に好ましくは10〜100重量部、特に好ましくは20〜80重量部である。
NBR組成物の調製は、以上に説明した成分を、加圧式ニーダー、バンバリーミキサー等の密封式混練機あるいはオープンロール等の開放式混練機を用いて混練することで行うことができる。
本発明のNBR組成物は、シール用ゴム材料、特に燃料タンク周りなど固定圧縮状態で使用されるパッキンやOリングとして好適に用いられる。
本発明のシール用ゴム材料は、上述した本発明のNBR組成物を架橋成形して得られ、その架橋成形(加硫)は一般的に約150℃〜250℃で約1〜30分が好ましく、プレス加硫または射出成型加硫、注入成形加硫などの加熱圧縮によって行われ、更に必要に応じて、約150℃〜200℃で約1〜24時間のオーブン加硫あるいは蒸気加硫が二次加硫として行われる。
以下、実施例により本発明の効果を例証するが、本発明は係る実施例によって限定されない。
(実施例1)
ポリマー:
高ニトリル(NBR)ポリマー(日本ゼオン製ニポールDN101 ニトリル含量:42.5% ムーニー粘度[ML1+4(100℃)]=77.5)
55重量部
NBR/PVCブレンドポリマー(JSR製NV60 PVC含量:35%)
45重量部
配合剤:
SRF級カーボンブラック(東海カーボン製シーストG−S)70重量部
酸化亜鉛(正同化学製酸化亜鉛特号) 5重量部
老化防止剤(精工化学製ノンフレックスRD) 2重量部
可塑剤(アジピン酸ジエチルヘキシル) 30重量部
硫黄 0.5重量部
加硫促進剤
CBS(大内新興化学工業製ノクセラーCZ) 2重量部
TMTD(大内新興化学工業製ノクセラーTET) 2.5重量部
加硫促進剤を除く上記配合物を密閉型加圧ニーダー(3L)で混練し、オープンロールで加硫促進剤を加えた。
2mmシートおよびOリングの金型に入れ、160〜180℃で10〜20分加熱して成形(一次加硫)し、空気循環型オーブンで160℃、1時間加熱処理(二次加硫)した。
<評価方法>
PVC含量:
ポリマー中のPVC含量を重量%で示した。
ニーダー(混練機)排出性:
加硫促進剤をのぞく上記配合物を混練後のゴム組成物について、ニーダーから排出する際の排出性を以下の基準で評価し、その結果を表1に示す。
×:ニーダーのローターにゴムが粘着し、ゴムの排出に10分以上要する場合
○:ニーダーのローターにゴムが粘着せず、比較的容易に排出できる場合
ゴム硬度Hs:
JIS K6253:1997に準拠し、タイプAデュロメーター(瞬時)で測定した。
沈殿の発生:
2mmシートの架橋成形体を約5mm×5mmのゴム片に切断し、20gを燃料油(Fuel C:トルエン/イソオクタン=50:50(体積比)、JIS K6258)50mlに浸漬し、これを40℃にて5日間放置した。
次に本浸漬液からゴム片を取り除き、10mlに濃縮し、−15℃に5時間放置させることで浮遊物の形成を促進させ、その後、直ちに常温雰囲気にて2000rpmで5分間遠心分離して浮遊物を沈殿させた。
この沈殿が0.05ml以下を「◎」、0.1ml未満を「○」、0.1ml以上を「×」として評価した。なお、沈殿が0.1ml未満であれば機能上問題はない。
第1の圧縮永久歪CS:
JIS K6262に準拠して測定を実施した。ただし、サンプルとしてOリング(サイズG25)を用い、圧縮率:25%、試験温度100℃で70時間加熱処理とした。製品機能から判断して、46%以下、好ましくは40%以下が良い。
第2の圧縮永久歪CS:
JIS K6262に準拠して測定を実施した。ただし、圧縮率:25%、100℃で15時間後、恒温槽から圧縮装置を取り出してすぐにセット板を開放せずに、セット板を締めたままで常温に放置して、セット板を常温まで冷却した。セット板が常温になった状態で開放し、開放30分後の値を測定し、圧縮永久歪(%)を求めた。製品機能から判断して、46%以下、好ましくは40%以下が良い。
耐オゾン性:
JIS K6259に準拠して試験および評価を行った(40℃、オゾン濃度50pphm、70時間)。亀裂なしは「N.C」とした。亀裂が認められた場合の評価は、JIS K6259附属書1、亀裂の評価方法に従って評価した。製品機能から判断して、「N.C」が好ましい。
低温性(TR−10):
JIS K6261に準拠して測定した。機能から判断して、好ましいのは−25℃以下であり、より好ましいのは−30℃以下である。
(実施例2)
実施例1において、高ニトリルポリマーを50重量部、NBR/PVCブレンドポリマーを50重量部とした以外は同様にして評価した。
(実施例3)
実施例1において、ステアリン酸を0.05重量部、ワックス(精工化学製サンタイトR)を0.05重量部加えた以外は同様にして評価した。
(比較例1)
実施例1において、高ニトリルポリマーを100重量部とし、NBR/PVCブレンドポリマーを配合しない以外は同様にして評価した。
(比較例2)
実施例1において、高ニトリルポリマーを60重量部、NBR/PVCブレンドポリマーを40重量部とした以外は同様にして評価した。
(比較例3)
実施例1において、高ニトリルポリマーを45重量部、NBR/PVCブレンドポリマーを55重量部とした以外は同様にして評価した。
(比較例4)
比較例1において、ステアリン酸を1重量部、ワックスを3重量部加えた以外は同様にして評価した。
(比較例5)
実施例1において、ステアリン酸を1重量部加えた以外は同様にして評価した。
(比較例6)
実施例1において、ワックスを1重量部加えた以外は同様にして評価した。
(比較例7)
実施例1において、ステアリン酸を0.5重量部、ワックスを0.5重量%加えた以外は同様にして評価した。
(比較例8)
実施例1において、ステアリン酸を0.1重量部、ワックスを0.1重量部加えた以外は同様にして評価した。
実施例1〜3及び比較例1〜8の配合および各評価結果を表1に示す。
Figure 0005510552
ポリマーがPVCを含まず、ステアリン酸やワックスを配合しないNBR組成物は、ニーダー排出性や耐オゾン性が著しく低下した(比較例1)。
PVC含量が15.70を下回ると耐オゾン性が低下し(比較例2)、PVC含量が17.50を上回ると圧縮永久歪が46%を超えた(比較例3)。
ポリマー中のPVC含量が15.75%であっても、ステアリン酸とワックス成分の配合量が合計で0.15重量部を超えると、沈殿が発生した(比較例5〜8)。

Claims (3)

  1. アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)と、ポリ塩化ビニル(PVC)を混合して得られ、PVC含量が15.70〜17.50重量%であるポリマー100重量部に対して、ワックス成分及び/又はステアリン酸である不溶化物発生原因物質を、配合しないか、配合する場合には上限が0.15重量部以下としてなるNBR組成物を、加硫剤として硫黄を用いて架橋成形して得られるシール用ゴム材料
  2. 前記ワックス成分が、スペシャルワックス(特殊マイクロクリスタリンワックス)、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、蜜蝋、カルナバワックス、ラノリン、木蝋、モンタンワックス、オゾケライト、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド、ジヘプタルデシルケトンから選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項記載のシール用ゴム材料
  3. サイズG25のOリングをサンプルとし、JIS K6262に準拠して測定した第1の圧縮永久歪及び第2の圧縮永久歪が、46%以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のシール用ゴム材料。
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