JP5803914B2 - ニトリル共重合体ゴム組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、耐ガソリン透過性、耐寒性、耐圧縮永久歪み性、耐サワーガソリン性および耐ソルベントクラック性に優れたゴム架橋物を与えるニトリル共重合体ゴム組成物に関する。
従来から、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位と、共役ジエン単量体単位またはオレフィン単量体単位とを含有するゴム(ニトリル共重合体ゴム)は、耐油性に優れるゴムとして知られており、その架橋物は主に駆動用ベルトや、燃料用ホースなどの主として自動車用途の各種油類周りのゴム製品の材料として用いられている。
近年、世界的な環境保護活動の高まりにより、ガソリンなどの燃料の大気中への蒸散量を低減させる取り組みが進み、日本でも油類周りのゴム製品、特に、燃料ホースの用途においてガソリン透過性が一層低い(耐ガソリン透過性に優れる)ことが求められている。また、燃料ホースには、酸敗ガソリン中に発生するフリーラジカルに対する耐性(耐サワーガソリン性)のあることも要求されている。しかしながら、従来のニトリル共重合体ゴムの組成物を架橋することにより得られる燃料ホースは、耐ガソリン透過性および耐サワーガソリン性が必ずしも十分ではなく、そのため、これらの要求特性の更なる改善が求められていた。
このような状況において特許文献1では、ガソリン透過性および耐サワーガソリン性に優れるニトリル共重合体ゴムの架橋物(ホース)を与えるニトリル共重合体ゴム組成物として、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位10〜75重量%、共役ジエン単量体単位5〜89.9重量%、ならびに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位0.1〜20重量%を有するニトリル共重合体ゴムと、アスペクト比が30〜2,000である無機充填剤と、カップリング剤と、を含有するニトリル共重合体ゴム組成物が提案されている。この特許文献1によれば、耐ガソリン透過性および耐サワーガソリン性に優れるニトリル共重合体ゴムの架橋物(ホース)を得ることができるものの、耐ソルベントクラック性を更に向上させることが求められていた。
特開2009−179687号公報(米国特許出願公開第2010/0330319号明細書)
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、耐ガソリン透過性、耐寒性、耐圧縮永久歪み性、耐サワーガソリン性および耐ソルベントクラック性に優れたゴム架橋物を与えるニトリル共重合体ゴム組成物、および該ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋して得られるゴム架橋物を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位を有するニトリル共重合体ゴム、およびアスペクト比が30〜2,000である無機充填剤を含有するニトリル共重合体ゴムの組成物に、過酸化亜鉛を加えることで、得られるゴム架橋物に耐ソルベントクラック性を付与することができるということを見出し、この知見に基づいて、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明によれば、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)20〜80重量%、共役ジエン単量体単位(a2)19.9〜79.9重量%、ならびに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)0.1〜30重量%を有するニトリル共重合体ゴム(A)と、アスペクト比が30〜2,000である扁平状の無機充填剤(B)と、過酸化亜鉛(C)と、を含有し、前記ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対する、前記無機充填剤(B)の含有量が1〜200重量部であり、前記過酸化亜鉛(C)の含有量が0.1〜20重量部であるニトリル共重合体ゴム組成物が提供される。
好ましくは、前記ニトリル共重合体ゴム(A)が、炭素−炭素不飽和結合部分のうち少なくとも一部が水素化された水素化ニトリル共重合体ゴムである。
好ましくは、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物は、前記ニトリル共重合体ゴム100重量部に対して、10〜150重量部の塩化ビニル樹脂および/またはアクリル樹脂(D)をさらに含有する。
好ましくは、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物は、可塑剤(E)をさらに含有する。
本発明によれば、上記ニトリル共重合体ゴム組成物に架橋剤を加えてなる架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物が提供される。
本発明によれば、上記架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋してなるゴム架橋物が提供される。
また、本発明によれば、2以上の層からなり、少なくとも1層が上記ゴム架橋物から構成される積層体が提供される。
さらに、本発明によれば、上記架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を筒状に成形し、マンドレルを挿入して得られる成形体を、架橋して得られるホースが提供される。本発明のホースは、好ましくは、上記架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物からなる層を含む2層以上の積層体を筒状に成形し、マンドレルを挿入して得られる成形体を、架橋して得られるものである。
本発明によれば、耐ガソリン透過性、耐寒性、耐圧縮永久歪み性、耐サワーガソリン性および耐ソルベントクラック性に優れたゴム架橋物を与えるニトリル共重合体ゴム組成物、および該組成物を架橋して得られ、上記特性を備えたゴム架橋物が提供される。
ニトリル共重合体ゴム組成物
本発明のニトリル共重合体ゴム組成物は、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)20〜80重量%、共役ジエン単量体単位(a2)19.9〜79.9重量%、ならびに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)0.1〜30重量%を有するニトリル共重合体ゴム(A)と、アスペクト比が30〜2,000である無機充填剤(B)と、過酸化亜鉛(C)と、を含有し、前記ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対する、前記無機充填剤(B)の含有量が1〜200重量部であり、前記過酸化亜鉛(C)の含有量が0.1〜20重量部であるニトリル共重合体ゴム組成物である。
まず、本発明で用いるニトリル共重合体ゴム(A)について説明する。
本発明で用いるニトリル共重合体ゴム(A)は、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)20〜80重量%、共役ジエン単量体単位(a2)19.9〜79.9重量%、ならびに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)0.1〜30重量%を有する。
α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)の含有割合は、全単量体単位に対して、20〜80重量%であり、好ましくは30〜70重量%、より好ましくは40〜65重量%である。α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)の含有割合が低すぎると、得られるゴム架橋物の耐油性および耐ガソリン透過性が悪化する。一方、含有割合が高すぎると、得られるゴム架橋物が耐寒性に劣るものとなり、脆化温度が高くなる。
α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)を形成するα,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体としては、ニトリル基を有するα,β−エチレン性不飽和化合物であれば、特に限定されないが、たとえば、アクリロニトリル;α−クロロアクリロニトリル、α−ブロモアクリロニトリルなどのα−ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリルなどのα−アルキルアクリロニトリル;などが挙げられる。これらのなかでも、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルが好ましい。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。
共役ジエン単量体単位(a2)の含有割合は、全単量体単位に対して、19.9〜79.9重量%であり、好ましくは29.8〜69.8重量%、より好ましくは34.5〜59.5重量%である。共役ジエン単量体単位(a2)の含有割合が低すぎると、得られるゴム架橋物のゴム弾性が低下するおそれがある。一方、含有割合が高すぎると、得られるゴム架橋物の耐熱老化性や耐化学的安定性が損なわれる可能性がある。
共役ジエン単量体単位(a2)を形成する共役ジエン単量体としては、炭素数4以上の共役ジエンが好ましく、たとえば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンなどが挙げられる。これらのなかでも、1,3−ブタジエンが好ましい。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。
カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)の含有割合は、全単量体単位に対して、0.1〜30重量%であり、好ましくは0.2〜20重量%、より好ましくは0.5〜10重量%である。カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)の含有割合が低すぎると、得られるゴム架橋物の耐ガソリン透過性が悪化し、一方、含有割合が高すぎると、得られるゴム架橋物の耐寒性が悪化してしまう。
カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)を形成する単量体としては、得られる重合体が水または酸水溶液に接した際にプラスに帯電するような単量体単位を形成する単量体であれば、特に限定されない。このような単量体としては、たとえば、カチオン性単量体として、第四級アンモニウム塩基を含有する単量体が挙げられる。また、カチオンを形成可能な単量体として、第三級アミノ基のように塩酸および硫酸等の酸水溶液と接触した際にアンモニウム塩(たとえば、アミン塩酸塩やアミン硫酸塩)などにカチオン化される前駆体部(置換基)を有する単量体が挙げられる。
カチオン性単量体の具体例としては、(メタ)アクリロイルオキシトリメチルアンモニウムクロライド〔アクリロイルオキシトリメチルアンモニウムクロライドおよび/またはメタクリロイルオキシトリメチルアンモニウムクロライドを意味する。以下、同様。〕、(メタ)アクリロイルオキシヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルオキシトリエチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルオキシジメチルベンジルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルオキシトリメチルアンモニウムメチルサルフェート等の第四級アンモニウム塩基を含有する(メタ)アクリル酸エステル単量体;(メタ)アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリルアミドプロピルジメチルベンジルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩基を含有する(メタ)アクリルアミド単量体;などが挙げられる。
カチオンを形成可能な単量体の具体例としては、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等のビニル基含有環状アミン単量体;(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル等の第三級アミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体;(メタ)アクリルアミドジメチルアミノエチル、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等の第三級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド単量体;N−(4−アニリノフェニル)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、N−(4−アニリノフェニル)シンナムアミド、N−(4−アニリノフェニル)クロトンアミド、N−フェニル−4−(3−ビニルベンジルオキシ)アニリン、N−フェニル−4−(4−ビニルベンジルオキシ)アニリン等が挙げられる。
カチオン性単量体およびカチオンを形成可能な単量体のなかでも、本発明の効果がより一層顕著になることから、ビニル基含有環状アミン単量体、第三級アミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体および第三級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド単量体が好ましく、ビニル基含有環状アミン単量体および第三級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド単量体が特に好ましく、ビニル基含有環状アミン単量体が特に好ましい。また、ビニル基含有環状アミン単量体としては、ビニル基含有ピリジン類が好ましく、2−ビニルピリジンが特に好ましい。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。
さらに、本発明で用いるニトリル共重合体ゴム(A)は、上記α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)、共役ジエン単量体単位(a2)、ならびに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)以外に、これらの単量体単位を形成する単量体と共重合可能な他の単量体の単位を含有していてもよい。このような他の単量体単位の含有割合は、全単量体単位に対して、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。
このような共重合可能な他の単量体としては、たとえば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族ビニル化合物;フルオロエチルビニルエーテル、フルオロプロピルビニルエーテル、o−トリフルオロメチルスチレン、ペンタフルオロ安息香酸ビニル、ジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンなどのフッ素含有ビニル化合物;1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、ビニルノルボルネン、ジシクロペンタジエンなどの非共役ジエン化合物;エチレン;プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンなどのα―オレフィン化合物;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、フマル酸、無水フマル酸などのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸およびその無水物;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシルなどのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル;マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸モノエチル、フマル酸ジエチル、フマル酸モノブチル、フマル酸ジブチル、フマル酸モノシクロヘキシル、フマル酸ジシクロヘキシル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸モノブチル、イタコン酸ジブチルなどのα,β−エチレン性不飽和多価カルボン酸のモノエステルおよびジエステル;(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸メトキシプロピル、(メタ)アクリル酸ブトキシエチルなどのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸のアルコキシアルキルエステル;(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピルなどのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル;などが挙げられる。
ニトリル共重合体ゴム(A)のムーニー粘度(以下、「ポリマー・ムーニー粘度」と記すことがある。)(ML1+4、100℃)は、好ましくは3〜250、より好ましくは15〜180、さらに好ましくは20〜160である。ニトリル共重合体ゴム(A)のポリマー・ムーニー粘度が低すぎると、得られるゴム架橋物の強度特性が低下するおそれがある。一方、高すぎると、加工性が悪化する可能性がある。
本発明で用いるニトリル共重合体ゴム(A)は、上記したニトリル共重合体ゴム(A)を構成する各単量体を共重合することにより製造することができる。各単量体を共重合する方法としては、特に限定されないが、たとえば、乳化剤を用いて約50〜1,000nmの平均粒径を有する共重合体のラテックスを得る乳化重合法や、ポリビニルアルコールなどの分散剤を用いて約0.2〜200μmの平均粒径を有する共重合体の水分散液を得る懸濁重合法(微細懸濁重合法も含む)などを好適に用いることができる。これらのなかでも、重合反応制御が容易なことから乳化重合法がより好ましい。
乳化重合法は、以下の手順で行うことが好ましい。
なお、以下において、適宜、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体を「単量体(m1)」とし、共役ジエン単量体を「単量体(m2)」とし、カチオン性単量体および/またはカチオンを形成可能な単量体を「単量体(m3)」とする。
すなわち、単量体(m1)20〜80重量部、好ましくは30〜70重量部、より好ましくは40〜70重量部、単量体(m2)19.9〜79.9重量部、好ましくは29.8〜69.8重量部、より好ましくは29.8〜59.5重量部、および単量体(m3)0.1〜30重量部、好ましくは0.2〜20重量部、より好ましくは0.2〜10重量部からなる単量体混合物100重量部(ただし、単量体(m1)、単量体(m2)および単量体(m3)の合計量が100重量部である。)を、乳化重合し、重合転化率が好ましくは50〜95重量%の時点で、重合反応を停止した後、所望により未反応の単量体を除去する方法が好ましい。
乳化重合法に用いる、単量体(m1)の使用量が少なすぎると、得られるゴム架橋物の耐油性及び耐ガソリン透過性が悪化し易く、一方、多すぎると、耐寒性が悪化する傾向がある。単量体(m2)の使用量が少なすぎると重合初期段階で反応が失活する場合があり、一方、多すぎると、得られるゴム架橋物の耐ガソリン透過性が悪化し易い。また、単量体(m3)の使用量が少なすぎると、無機充填剤(B)を添加した際に、無機充填剤(B)の分散性が悪くなり、得られるゴム架橋物の耐ガソリン透過性が悪化する傾向があり、一方、多すぎると、耐寒性に劣るものとなり易い。
なお、重合反応を停止する重合転化率が低すぎると、未反応の単量体の回収が非常に困難になる。一方、高すぎると、得られるゴム架橋物の常態物性が悪化するおそれがある。
また、乳化重合を行うに際し、乳化重合の分野で従来公知の乳化剤、重合開始剤、重合副資材などを適宜用いることができ、重合温度や重合時間も適宜調節すればよい。
本発明においては、乳化重合に用いる単量体(m1)〜(m3)の全量を用い、重合反応を開始してもよいが、生成する共重合体の各単量体単位の組成分布を制御し、よりゴム弾性に富むゴム架橋物が得られるという観点より、乳化重合に用いる単量体(m1)〜(m3)の全量のうち一部を用い、重合反応を開始し、その後、乳化重合に用いる単量体(m1)〜(m3)の残余を反応器に添加して重合することが好ましい。これは、一般に、重合反応開始時から、乳化重合に用いる単量体(m1)〜(m3)の全量を反応させてしまうと、得られる共重合体の組成分布が広がり易いためである。
この場合、重合に用いる単量体(m1)の好ましくは10〜100重量%、より好ましくは20〜100重量%、特に好ましくは30〜100重量%、重合に用いる単量体(m2)の好ましくは5〜90重量%、より好ましくは10〜80重量%、特に好ましくは15〜70重量%、および、重合に用いる単量体(m3)の好ましくは0.1〜100重量%、より好ましくは30〜100重量%、特に好ましくは70〜100重量%からなる単量体混合物を反応器に仕込み、重合反応を開始した後、反応器に仕込んだ単量体混合物に対する重合転化率が好ましくは5〜80重量%の範囲で、残余の単量体を反応器に添加して重合反応を継続することが好ましい。
残余の単量体を添加する方法は、特に制限されないが、一括で添加しても、分割して添加しても、また、連続的に添加してもよい。本発明では、得られる共重合体の組成分布をより簡便に制御できる点から、残余の単量体を、分割して添加することが好ましく、1〜6回に分割して添加することが特に好ましい。残余の単量体を、分割して添加する場合、分割添加する単量体の量や分割添加する時期は、重合反応の進行に合わせ、所望の共重合体が得られるよう調整すればよい。
そして、その後、所望により、加熱蒸留、減圧蒸留、水蒸気蒸留などの公知の方法を用いて未反応の単量体を除去することにより、ニトリル共重合体ゴム(A)のラテックスが得られる。
本発明においては、乳化重合法によって得られるニトリル共重合体ゴム(A)のラテックスの固形分濃度は、好ましくは5〜70重量%、より好ましくは10〜60重量%である。
なお、本発明で用いるニトリル共重合体ゴム(A)は、上記のように共重合して得られた共重合体のジエン単量体単位部分における不飽和結合部分を水素化(水素添加反応)したものであってもよい。水素化の方法は特に限定されず、公知の方法を採用すればよい。ニトリル共重合体ゴム(A)を、水素化ニトリル共重合体ゴムとする場合には、そのヨウ素価は、好ましくは0〜120の範囲、より好ましくは4〜60の範囲である。ニトリル共重合体ゴム(A)を水素化し、水素化ニトリル共重合体ゴムとすることにより、耐熱性、耐候性、耐オゾン性などを向上させることができる。
本発明で用いる無機充填剤(B)は、アスペクト比が30〜2,000であり、好ましくは35〜1,800、より好ましくは40〜1,600、特に好ましくは50〜1,000の扁平状の無機充填剤である。このような扁平状の無機充填剤を用いることにより、得られるゴム架橋物にガソリンの浸透遮断効果をもたらすことができる。しかも、扁平状の無機充填剤のうちでも、アスペクト比が上記範囲にある無機充填剤を用い、これを上記ニトリル共重合体ゴム(A)と組み合わせることにより、得られるゴム架橋物を、耐ガソリン透過性および耐サワーガソリン性を良好なものとしながら、耐寒性に優れたものとすることができる。アスペクト比が小さすぎると、得られるゴム架橋物の耐ガソリン透過性が悪化してしまう。一方、大きすぎると、ニトリル共重合体ゴム(A)中への分散が困難となり、機械的強度が低下してしまう。
なお、本発明において無機充填剤(B)のアスペクト比は、無機充填剤(B)の一次粒子の面平均径と平均厚みの比を求めることにより算出することができる。ここで、面平均径および平均厚みは原子間力顕微鏡で無作為に選んだ100個の無機充填剤(B)の面方向の径と厚みとを測定し、その算術平均値として算出される個数平均の値である。
アスペクト比が30〜2,000である無機充填剤としては、特に限定されないが、天然物由来のものであっても、天然物に精製などの処理を加えたものであっても、合成品であってもよい。具体例としては、カオリナイトやハロサイトなどのカオリナイト類;モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スティブンサイト、マイカなどのスメクタイト類;およびバーミキュライト類;緑泥石類;タルク;EガラスまたはCガラスなどの無定形板状粒子であるガラスフレーク;などが挙げられ、中でもスメクタイト類が好ましく、モンモリロナイト、マイカおよびサポナイトが特に好ましい。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。特に、本発明では、モンモリロナイト、マイカ、サポナイトを水分散処理することにより、多層構造を有する化合物であるモンモリロナイト、マイカ、サポナイトを構成する各層を分離して得られるものを用いることが好ましい。このような水分散処理を行うことにより、分散性が良好な組成物を得ることができる。ここで、上記のうち、無機充填剤(B)としてのモンモリロナイトは、ベントナイトに主成分として含有されるものであり、そのため、モンモリロナイトとしては、ベントナイトを精製することにより得られるものなどを用いることができる。
また、モンモリロナイト、マイカ、サポナイトは、層間に交換性陽イオンを有する多層構造であるため、上記カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)を含有する上記ニトリル共重合体ゴム(A)中のへの分散性に優れることから好適に用いることができる。特に、ニトリル共重合体ゴム(A)と、無機充填剤(B)との分散性を高めることにより、耐ガソリン透過性をより良好にし、また、脆化温度をより低くできる(耐寒性に優れる)。なお、無機充填剤(B)とカチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)との割合は、重量比で「無機充填剤(B):カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)」=1:0.0005〜1:30であることが好ましく、より好ましくは1:0.003〜1:5である。これらの比率が上記範囲外となると、ニトリル共重合体ゴム(A)と、無機充填剤(B)との分散性が低下してしまい、上記効果が得難くなる場合がある。
また、無機充填剤(B)の平均粒径(平均一次粒子径)は、好ましくは0.001〜20μm、より好ましくは0.005〜15μm、特に好ましくは0.01〜10μmである。本発明においては、無機充填剤(B)の平均粒径は、X線透過法で粒度分布を測定することにより求められる50%体積累積径で定義される。無機充填剤(B)の粒径が小さすぎると、得られるゴム架橋物の伸びが低下するおそれがあり、逆に、大きすぎると安定なゴム組成物が調製できない可能性がある。
無機充填剤(B)の含有量は、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対し、1〜200重量部、好ましくは2〜150重量部、さらに好ましくは3〜120重量部、特に好ましくは3〜60重量部である。無機充填剤(B)の使用量が少なすぎると、得られるゴム架橋物の耐ガソリン透過性が悪化したり、耐サワーガソリン性が不十分になったりするおそれがある。一方、使用量が多すぎると、伸びが低下するおそれがある。
本発明のニトリル共重合体ゴム組成物は、上述したニトリル共重合体ゴム(A)および無機充填剤(B)に加えて、過酸化亜鉛(C)を含有する。ニトリル共重合体ゴム組成物に、過酸化亜鉛(C)を添加することで、得られるゴム架橋物の耐ソルベントクラック性を向上させることができる。
過酸化亜鉛(C)の含有量は、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対し、0.1〜20重量部、好ましくは1〜20重量部、特に好ましくは2〜15重量部である。過酸化亜鉛(C)の使用量が少なすぎると、耐ソルベントクラック性の向上効果が得難くなる。一方、使用量が多すぎると、耐圧縮永久歪み性が悪化する。
また、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物は、上記各成分に加えて、アクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)をさらに含有していてもよい。アクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)を含有させることにより、得られるゴム架橋物の耐オゾン性を改善することができる。アクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)の含有量は、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対して、好ましくは10〜150重量部、より好ましくは15〜120重量部、さらに好ましくは20〜100重量部である。アクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)の含有量が少なすぎると、その添加効果が得難くなる傾向がある。一方、多すぎると耐寒性が悪化するおそれがある。
本発明に用いられる塩化ビニル樹脂とは、樹脂を構成する主構成単量体が塩化ビニルであって、該単量体単位の含有量が好ましくは50〜100重量%、より好ましくは60〜100重量%、特に好ましくは70〜100重量%のものである。
また、本発明に用いられるアクリル樹脂とは、樹脂を構成する主構成単量体が(メタ)アクリル酸アルキルエステルであって、該単量体単位の含有量が好ましくは50〜100重量%、より好ましくは60〜100重量%、特に好ましくは70〜100重量%のものである。アルキル基の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜18、特に好ましくは1〜10である。
塩化ビニル樹脂およびアクリル樹脂の平均粒径は、好ましくは0.01μm〜1mm、より好ましくは0.05〜100μm、特に好ましくは0.1〜10μmである。平均粒径の測定は、レーザー回折の散乱式粒子径分布測定装置による。樹脂の平均粒径が小さすぎると、得られるゴム架橋物の耐オゾン性改善効果が不十分となる場合があり、逆に、大きすぎると混練時に分散不良が発生する可能性がある。
また、塩化ビニル樹脂およびアクリル樹脂のTg(ガラス転移温度)は、好ましくは50〜180℃、より好ましくは60〜120℃である。
さらに、塩化ビニル樹脂とアクリル樹脂の重合度または分子量は、特に限定されないが、塩化ビニル樹脂では、JIS K6721に規定の溶液粘度法による平均重合度が、好ましくは400〜3,000、より好ましくは600〜2,000である。アクリル樹脂では、テトラヒドロフランを溶剤とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)による標準ポリスチレン換算の数平均分子量が、好ましくは10,000〜7,000,000、より好ましくは100,000〜2,000,000である。
重合度または分子量が小さすぎると、得られるゴム架橋物の耐オゾン性改善効果が不十分となる場合があり、逆に、大きすぎると成型加工性に劣る場合がある。
また、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物は、上記各成分に加えて、可塑剤(E)をさらに含有していてもよい。可塑剤(E)としては、従来からゴム配合用の可塑剤として使用されているものが使用でき、特に限定されないが、HOY法によるSP値(溶解度パラメータ)が8.0〜10.2(cal/cm1/2である可塑剤が好ましく用いられる。可塑剤のSP値が大き過ぎると、得られるゴム架橋物の耐寒性が劣る傾向にある。また、小さすぎると、得られるゴム架橋物の耐ガソリン透過性が悪化する傾向にある。
このような可塑剤(E)の具体例(SP値の単位は「(cal/cm1/2」)としては、たとえば、アジピン酸ジブトキシエチル(SP値:8.8)、アジピン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)(SP値:9.2)、アジピン酸ジ(メトキシテトラエチレングリコール)、アジピン酸ジ(メトキシペンタエチレングリコール)、アジピン酸(メトキシテトラエチレングリコール)(メトキシペンタエチレングリコール)などのアジピン酸とエーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;アゼライン酸ジブトキシエチル、アゼライン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)などのアゼライン酸とエーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;セバシン酸ジブトキシエチル、セバシン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)などのセバシン酸とエーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;フタル酸ジブトキシエチル、フタル酸ジ(ブトキシエトキシエチル)などのフタル酸とエーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;イソフタル酸ジブトキシエチル、イソフタル酸ジ(ブトキシエトキシエチル)などのイソフタル酸とエーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;アジピン酸ジ−(2−エチルヘキシル)(SP値:8.5)、アジピン酸ジイソデシル(SP値:8.3)、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ジブチル(SP値:8.9)などのアジピン酸ジアルキルエステル類;アゼライン酸ジ−(2−エチルヘキシル)(SP値:8.5)、アゼライン酸ジイソオクチル、アゼライン酸ジ−n−ヘキシルなどのアゼライン酸ジアルキルエステル類;セバシン酸ジ−n−ブチル(SP値:8.7)、セバシン酸ジ−(2−エチルヘキシル)(SP値:8.4)などのセバシン酸ジアルキルエステル類;フタル酸ジブチル(SP値:9.4)、フタル酸ジ−(2−エチルヘキシル)(SP値:9.0)、フタル酸ジ−n−オクチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジヘプチル(SP値:9.0)、フタル酸ジイソデシル(SP値:8.5)、フタル酸ジウンデシル(SP値:8.5)、フタル酸ジイソノニル(SP値:8.9)などのフタル酸ジアルキルエステル類;フタル酸ジシクロヘキシルなどのフタル酸ジシクロアルキルエステル類;フタル酸ジフェニル、フタル酸ブチルベンジル(SP値:10.2)などのフタル酸アリールエステル類;イソフタル酸ジ−(2−エチルヘキシル)、イソフタル酸ジイソオクチルなどのイソフタル酸ジアルキルエステル類;テトラヒドロフタル酸ジ−(2−エチルヘキシル)、テトラヒドロフタル酸ジ−n−オクチル、テトラヒドロフタル酸ジイソデシルなどのテトラヒドロフタル酸ジアルキルエステル類;トリメリット酸トリ−(2−エチルヘキシル)(SP値:8.9)、トリメリット酸トリ−n−オクチル(SP値:8.9)、トリメリット酸トリイソデシル(SP値:8.4)、トリメリット酸トリイソオクチル、トリメリット酸トリ−n−ヘキシル、トリメリット酸トリイソノニル(SP値:8.8)、トリメリット酸トリイソデシル(SP値:8.8)などのトリメリット酸誘導体;エポキシ化大豆油(SP値:9.0)、エポキシ化アマニ油(SP値:9.3)などのエポキシ系可塑剤;トリクレジルホスフェート(SP値:9.7)などのリン酸エステル系可塑剤;などが挙げられる。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。
これらのなかでも、得られるゴム架橋物の耐寒性および耐ガソリン透過性を良好なものとすることができることから、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびフタル酸などの二塩基酸と、エーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;が好ましく、アジピン酸とエーテル結合含有アルコールとのエステル化合物;がより好ましく、アジピン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)が特に好ましい。
本発明のニトリル共重合体組成物における可塑剤(E)の含有量は、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対し、好ましくは0.1〜200重量部であり、より好ましくは1〜150重量部、さらに好ましくは2〜100重量部である。可塑剤(E)の含有量が上記範囲にある場合に、ブリードが防止できることに加えて、本発明の効果がより一層顕著なものとなる。
ニトリル共重合体ゴム組成物の調製方法
本発明のニトリル共重合体ゴム組成物の調製方法は、特に限定されないが、次の方法により調製することができる。すなわち、まず、上記した方法により、ニトリル共重合体ゴム(A)のラテックスを調製し、次いで、ニトリル共重合体ゴム(A)のラテックスに、無機充填剤(B)の水性分散液、必要に応じて添加されるアクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)のラテックス、ならびに、必要に応じて添加される可塑剤(E)の水性分散液を攪拌下で添加することによりラテックス組成物を得る。そして、得られたラテックス組成物を凝固し、必要に応じて水洗・乾燥した後に、過酸化亜鉛(C)を添加することにより調製することができる。
無機充填剤(B)の水性分散液の調整方法は特に限定はないが、水媒体を、強く撹拌しながら、無機充填剤(B)を添加して調製すればよい。この場合においては、無機充填剤(B)に対して、0.1〜10重量%となる量のポリアクリル酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリマレイン酸ナトリウム、β−ナフタレンスルホン酸・ホルマリン縮合物のNa塩などの分散剤や界面活性剤等を含有する水媒体を使用することが好ましい。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。無機充填剤(B)の水性分散液の固形分濃度は、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは2〜40重量%である。
また、本発明においては、無機充填剤(B)の水性分散液を調製する際には、湿式粉砕機を用いて、無機充填剤(B)を水中に分散させてもよい。湿式粉砕機を用いて分散させることにより、無機充填剤(B)が二次凝集している場合に、無機充填剤(B)の二次凝集を解消することができ、得られるゴム架橋物を耐ガソリン透過性により優れたものとすることができる。この場合に用いる湿式粉砕機としては、ナスマイザー(吉田機械興業(株)製)、スーパーウイングミルDM−200((株)エステック製)、スターバースト((株)スギノマシン製)、スターミル(アシザワファインテック(株)製)などが挙げられるが、同様の効果が得られるものであれば、もちろん他の湿式粉砕機を用いることも可能である。
また、可塑剤(E)を用いる場合における、可塑剤(E)の水性分散液の調製方法は特に限定はないが、可塑剤(E)の0.5〜10重量%となる量の界面活性剤を含有する水媒体を強く撹拌しながら、可塑剤(E)を添加して調製することが好ましい。このような界面活性剤としては、ロジン酸カリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステルなどのノニオン性界面活性剤;ジデシルジメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライドなどのカチオン性界面活性剤;等が挙げられる。なお、水性分散液中の可塑剤(E)の濃度は、5〜70重量%とすることが好ましい。
ラテックス組成物の凝固は、特に限定されないが、凍結凝固、乾燥凝固、水溶性有機液体による凝固、塩析凝固等の公知の方法が適用される。これらの中でも、凝固剤を含む水溶液に、ラテックス組成物を添加して塩析させることにより行うことが好ましい。凝固剤としては、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、水酸化カルシウム、硫酸アルミニウムおよび水酸化アルミニウムなどが挙げられる。また、凝固剤の使用量は、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対して、好ましくは0.5〜150重量部、特に好ましくは0.5〜20重量部である。
一般に、クラム粒径は、凝固、洗浄工程に続く振動スクリーンやスクイーザーでの脱水度、クラム回収率、さらには乾燥工程での乾燥度に大きな影響を及ぼすものである。たとえば、クラム粒径が小さすぎると、振動スクリーンなどでは、クラム粒径が小さくてスクリーンの目から流出したり、スクイーザーでのポリマーの噛みこみが不充分になって脱水度が低下したりして、生産性が悪化する。そのため、クラムの平均粒径は、0.5〜40mmであることが好ましい。
クラムの洗浄、脱水および乾燥方法については、一般的なゴムの製造における洗浄・脱水方法および乾燥方法と同様とすることができる。洗浄・脱水方法としては網目状のフィルター、遠心分離機等を用いて、凝固によって得られたクラムと水とを分離させた後、洗浄し、スクイーザー等でクラムを脱水すればよい。次に一般にゴムの製造に用いられるバンドドライヤー、通気竪型乾燥機、単軸押出機、二軸押出機等により、所望の含水率になるまで乾燥させることにより、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物を得ることができる。また、二軸押出機内で、凝固、乾燥を同時に行ってもよい。
このようにして得られる本発明のニトリル共重合体ゴム組成物のムーニー粘度(ML1+4、100℃)は、好ましくは5〜300、より好ましくは10〜250である。
なお、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物の調製方法としては、上述した方法以外にも、たとえば、ニトリル共重合体ゴム(A)のラテックスに、無機充填剤(B)、必要に応じて添加されるアクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)、ならびに、必要に応じて添加される可塑剤(E)の全成分もしくは1つ以上の成分の全量もしくはその一部を含有させた後に凝固・乾燥し、残余の成分とをロールやバンバリーミキサー等の混錬機で混錬して得ることもできる。
架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物
本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物は、上記した本発明のニトリル共重合体ゴム組成物に、架橋剤を加えてなるものである。
架橋剤は、ニトリル共重合体ゴムの架橋剤として通常使用されるものであればよく、特に限定されない。代表的な架橋剤としては、ニトリル共重合体ゴム(A)の不飽和結合間を架橋する硫黄系架橋剤または有機過酸化物架橋剤が挙げられる。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。これらのなかでも、硫黄系架橋剤が好ましい。
硫黄系架橋剤としては、粉末硫黄、硫黄華、沈降性硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄などの硫黄;塩化硫黄、二塩化硫黄、モルホリンジスルフィド、アルキルフェノールジスルフィド、ジベンゾチアジルジスルフィド、N,N’−ジチオ−ビス(ヘキサヒドロ−2H−アゼノピン−2)、含リンポリスルフィド、高分子多硫化物などの含硫黄化合物;テトラメチルチウラムジスルフィド、ジメチルジチオカルバミン酸セレン、2−(4’−モルホリノジチオ)ベンゾチアゾールなどの硫黄供与性化合物;などが挙げられる。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。
有機過酸化物架橋剤としては、ジクミルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、パラメンタンヒドロペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、1,4−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、1,1−ジ−t−ブチルペルオキシ−3,3−トリメチルシクロヘキサン、4,4−ビス−(t−ブチル−ペルオキシ)−n−ブチルバレレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシヘキシン−3、1,1−ジ−t−ブチルペルオキシ−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、p−クロロベンゾイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルオキシベンゾエート等が挙げられる。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。
本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物中における、架橋剤の含有量は特に限定されないが、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対して、好ましくは0.1〜10重量部、より好ましくは0.2〜5重量部である。
また、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物または架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物には、その他必要に応じて一般的なゴムに使用される配合剤、例えば、架橋遅延剤、老化防止剤、無機充填剤(B)以外の充填剤、滑剤、粘着剤、潤滑剤、加工助剤、難燃剤、防黴剤、帯電防止剤、着色剤、カップリング剤などの添加剤を配合してもよい。
老化防止剤としては、フェノール系、アミン系、ベンズイミダゾール系、リン酸系などの老化防止剤を使用することができる。フェノール系では、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)等が、アミン系では、4,4’−ビス(α、α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン等が、ベンズイミダゾール系では2−メルカプトベンズイミダゾール等が挙げられる。これらは1種単独でまたは2種以上併せて使用される。
無機充填剤(B)以外の充填剤としては、たとえば、カーボンブラックや、シリカ、炭酸カルシウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、珪酸カルシウム、酸化マグネシウム、(メタ)アクリル酸亜鉛や(メタ)アクリル酸マグネシウムなどのα,β−エチレン系不飽和カルボン酸金属塩などが挙げられる。これらの充填剤はシランカップリング剤、チタンカップリング剤等によるカップリング処理や、高級脂肪酸またはその金属塩、エステル若しくはアミド等の高級脂肪酸誘導体や界面活性剤等による表面改質処理剤を施すことができる。
また、本発明のニトリル共重合体ゴム組成物および架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、ニトリル共重合体ゴム(A)、ならびに、アクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂(D)以外の重合体を含有していてもよい。この重合体としては、特に限定されないが、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム、天然ゴムおよびポリイソプレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、クロロスルホン化ポリエチレンなどを挙げることができる。なお、これらの重合体を配合する場合における配合量は、ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対して、好ましくは100重量部以下、より好ましくは50重量部以下、特に好ましくは30重量部以下である。
本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物の調製方法としては、特に限定されないが、上記したニトリル共重合体ゴム組成物に、架橋剤およびその他の配合剤を添加し、ロールやバンバリーミキサー等の混錬機で混錬する方法などが挙げられる。なお、この場合における、配合順序は特に限定されないが、熱で反応や分解しにくい成分を充分に混合した後、熱で反応し易い成分あるいは分解し易い成分、たとえば過酸化亜鉛(C)、架橋剤などを、反応や分解が起こらない温度で短時間で混合すればよい。
本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物のムーニー粘度(ML1+4、100℃)は、好ましくは5〜300、より好ましくは10〜250である。
ゴム架橋物
本発明のゴム架橋物は、上記架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋してなる。
本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋する際には、製造する成形品(ゴム架橋物)の形状に対応した成形機、たとえば、押出機、射出成形機、圧縮機、ロールなどにより成形を行い、次いで架橋反応させることにより架橋物の形状を固定化する。架橋を行う際には、予め成形した後に架橋しても、成形と同時に架橋を行ってもよい。成形温度は、通常、10〜200℃、好ましくは25〜120℃である。架橋温度は、通常、100〜200℃、好ましくは130〜190℃であり、架橋時間は、通常、1分〜24時間、好ましくは2分〜2時間である。
また、ゴム架橋物は、その形状、大きさなどによっては、表面が架橋していても内部まで十分に架橋していない場合があるので、さらに加熱して二次架橋を行ってもよい。
このようにして得られる本発明のゴム架橋物は、耐ガソリン透過性、耐寒性、耐圧縮永久歪み性、耐サワーガソリン性および耐ソルベントクラック性に優れるものである。そのため、本発明のゴム架橋物からなる層(I)を少なくとも1つの層とする一層または二層以上からなるホースとすることにより燃料用ホースなどとして好適に用いられる。なお、二層以上の積層体の場合においては、本発明のゴム架橋物からなる層(I)を内層、中間層、外層のいずれに用いてもよい。積層体の層(I)以外を構成する層(II)を構成する重合体としては、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位含有量が好ましくは5〜60重量%、より好ましくは18〜55重量%であるニトリル共重合体ゴム(L)、該ニトリル共重合体ゴム(L)とアクリル樹脂および/または塩化ビニル樹脂とを含有するものや、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン3元共重合体、ブチルゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルアルコール、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂、ポリブチレンナフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらは一種単独でまたは複数種併せて用いることができる。なお、層(II)を構成する重合体を組成物にする方法としては、例えば重合体に架橋剤、架橋助剤、架橋遅延剤、老化防止剤、充填剤、滑剤、粘着剤、潤滑剤、加工助剤、可塑剤、難燃剤、防黴剤、帯電防止剤、着色剤、カップリング剤などの添加剤を配合して、混練する方法等が挙げられる。
また、必要に応じて、層(I)と層(II)を接着させるために、層(I)、層(II)のいずれか/または両方にテトラブチルホスホニウム ベンゾトリアゾレート、テトラオクチルホスホニウム ベンゾトリアゾレート、メチルトリオクチルホスホニウム ベンゾトリアゾレート、テトラブチルホスホニウム トリルトリアゾレート、テトラオクチルホスホニウム トリルトリアゾレートなどのホスホニウム塩、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7塩(DBU塩)、1,5−ジアザビシクロ(4.3.0)−ノネン−5塩(DBN塩)などを含有させてもよく、層(I)、層(II)の間に、新たな層(III)を接着層として用いてもよい。層(III)としては、上述した層(II)を構成する樹脂またはゴムと同様の樹脂またはゴム組成物を用いることができる。この場合、上述した層(II)を構成する樹脂またはゴム組成物を一種単独でまたは複数種併せて用いることができ、ホスホニウム塩、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7塩(DBU塩)、1,5−ジアザビシクロ(4.3.0)−ノネン−5塩(DBN塩)などを含有させてもよい。
ここで、層(I)の厚みは、好ましくは0.1〜10mm、より好ましくは0.5〜5mmである。また、二層以上の積層体の場合においては、層(I)以外の層の厚みは、好ましくは0.1〜10mm、より好ましくは0.5〜5mmである。
なお、上述のような構成を有する、本発明のゴム架橋物を含むホースを製造する方法としては、特に限定されないが、押出機などを用いて筒状に成形し、それを架橋することにより本発明のホースとなる。本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物は、マンドレルクラックが発生しにくいという性質を有しているため、マンドレルを用いて製造することができる。
すなわち、ホースを、本発明のゴム架橋物のみからなる単層のものとする場合には、まず、本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を筒状に成形し、得られた筒状の成形体にマンドレルを挿入することにより形状を固定し、その後、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋させることにより製造することができる。
あるいは、ホースを、本発明のゴム架橋物を含む多層のものとする場合には、本発明の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物と、本発明のゴム架橋物からなる層以外の層を形成することとなる樹脂またはゴム組成物と、を積層させながら筒状に成形し、得られた筒状の積層成形体にマンドレルを挿入することにより形状を固定し、その後、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋させることにより製造することができる。
本発明のゴム架橋物は、パッキン、ガスケット、O−リング、オイルシール等のシール部材;オイルホース、燃料ホース、インレットホース、ガスホース、ブレーキホース、冷媒ホース等のホース;ダイアフラム;アキュムレータプラダ;ブーツ;などに好適であるが、ホースとして特に好適に用いられる。上記ガスホースのガスとしては、空気、窒素、酸素、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ジメチルエーテル、LPG、水蒸気等が挙げられる。
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。以下において、特記しない限り、「部」は重量基準である。なお、試験、評価は以下によった。
ムーニー粘度
ニトリル共重合体ゴム(「水素化ニトリル共重合体ゴム」の場合も含む)のムーニー粘度(ポリマー・ムーニー粘度)(ML1+4、100℃)は、JIS K6300に準拠して測定した。
常態物性(引張強さ、伸び、100%引張応力、硬さ)
架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物(「架橋性水素化ニトリル共重合体ゴム組成物」の場合も含む)を縦15cm、横15cm、深さ0.2cmの金型に入れ、加圧しながら160℃で20分間プレス成形してシート状のゴム架橋物を得た。得られたシート状のゴム架橋物を用いてJIS K6251に従い、ダンベル状3号形で打ち抜いた試験片を用いてゴム架橋物の引張強さ、伸びおよび100%引張応力を、また、JIS K6253に従い、デュロメータ硬さ試験機タイプAを用いてゴム架橋物の硬さを、それぞれ測定した。
ガソリン透過係数
上記常態物性の評価に用いたシート状のゴム架橋物と同様のものを準備し、燃料油として「イソオクタンとトルエンとエタノールを重量比2:2:1で混合したもの」を使用して、アルミカップ法によりガソリン透過係数を測定した。具体的には、100ml容量のアルミニウム製のカップに、上記燃料油を50ml入れ、その上にシート状のゴム架橋物をのせ、これで蓋をして、締め具で、シート状のゴム架橋物によりアルミカップ内外を隔てる面積が25.50cmになるように調整し、該アルミカップを23℃の恒温槽内にて、放置し、24時間毎に重量測定することにより24時間毎の油の透過量を測定し、その最大量を透過量とするものである(単位:g・mm/m・day)。なお、測定は14日間行う。
なお、ガソリン透過係数の値が低い程、耐ガソリン透過性に優れる。
脆化温度
上記常態物性の評価に用いたシート状のゴム架橋物と同様のものを用い、JIS K6261に従い、脆化温度を測定した。
耐サワーガソリン試験
上記常態物性の評価に用いたシート状のゴム架橋物と同様のものを準備し、燃料油としての「イソオクタンとトルエンとエタノールを重量比2:2:1で混合したもの」にジラウロイルペルオキシドを3重量%の濃度で溶解させた試験油中に、温度40℃、500時間(試験油は168時間当たり2回の割合で新規のものと交換した。)の条件にて、シート状のゴム架橋物を浸漬させた。そして、500時間経過後のサンプルについて、JIS K6253に準拠して、引張試験を行い、引張試験による伸長時にクラックの発生の有無を観察し、耐サワーガソリン性を評価した。
耐ソルベントクラック性
上記常態物性の評価に用いたシート状のゴム架橋物と同様のものを準備し、縦100mm、横10mmの試験片を列理方向に打ち抜いて作製し、JIS K6260の屈曲試験で用いる刃で、試験片の中心部に横方向2mmの長さに貫通させて亀裂を入れた。この試験片を列理方向に40%伸長させて固定し、40℃に設定した溶剤「イソオクタンとトルエンを重量比1:1で混合したもの」に浸漬させた。そして、浸漬中のサンプルを観察し、試験片が破断するまでの時間(単位は、「秒」)を測定した。破断するまでの時間が長いほど耐ソルベントクラック性に優れる。
なお、表1および表2中、「>9000」は、9000秒経過しても試験片が破断しなかったことを示す。
圧縮永久歪み
架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物(「架橋性水素化ニトリル共重合体ゴム組成物」の場合も含む)を、金型を用いて、温度160℃で20分間プレスすることにより架橋し、直径29mm、高さ12.5mmの円柱型の架橋物を得た。そして、得られた架橋物を用いて、JIS K6262に従い、架橋物を25%圧縮させた状態で、100℃の環境下に72時間置いた後、圧縮永久歪みを測定した。
この値が小さいほど、耐圧縮永久歪み性に優れる。
製造例1(ニトリル共重合体ゴム(A1)のラテックスの製造)
反応容器に、水240部、アクリロニトリル75.7部、2−ビニルピリジン2.2部およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(乳化剤)2.5部を仕込み、温度を5℃に調整した。次いで、気相を減圧して十分に脱気してから、1,3−ブタジエン22部、重合開始剤であるパラメンタンヒドロペルオキシド0.06部、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム0.02部、硫酸第一鉄(7水塩)0.006部およびホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム0.06部、ならびに連鎖移動剤のt−ドデシルメルカプタン1部を添加して乳化重合の1段目の反応を開始した。反応開始後、仕込み単量体に対する重合転化率が40重量%、60重量%に達した時点で、反応容器に1,3−ブタジエンをそれぞれ12部、および12部追加して2段目および3段目の重合反応を行った。その後、仕込み全単量体に対する重合転化率が75重量%に達した時点でヒドロキシルアミン硫酸塩0.3部と水酸化カリウム0.2部を添加して重合反応を停止させた。反応停止後、反応容器の内容物を70℃に加温し、減圧下に水蒸気蒸留により未反応の単量体を回収してニトリル共重合体ゴム(A1)のラテックス(固形分24重量%)を得た。
上記ニトリル共重合体ゴム(A1)のラテックスの一部をサンプリングし、凝固・水洗・乾燥させ、得られたニトリル共重合体ゴム(A1)の単量体を構成する各単量体の含有割合を、FT−NMR装置(商品名:JNM−EX400WB,日本電子株式会社製)を用いたH−NMRによって測定したところ、アクリロニトリル単量体単位50重量%、1,3−ブタジエン単量体単位48重量%、2−ビニルピリジン単量体単位2重量%であった。また、ニトリル共重合体ゴム(A1)のムーニー粘度(ポリマー・ムーニー粘度)は73であった。
製造例2(ニトリル共重合体ゴム(A2)のラテックスの製造)
製造例1において、乳化重合1段目の反応の仕込み単量体を、アクリロニトリル87.8部、1,3−ブタジエン10部、2−ビニルピリジン2.2部に変更し、仕込み単量体に対する重合転化率が24重量%、38重量%、50重量%、60重量%、72重量%に達した時点で、反応容器に1,3−ブタジエンをそれぞれ6部、6部、6部、8部および8部追加して2段目以降の重合反応を行った以外は、製造例1と同様にして、ニトリル共重合体ゴム(A2)のラテックス(固形分:24重量%)を得た。
得られたニトリル共重合体ゴム(A2)を構成する各単量体単位の含有割合を、製造例1と同様にして測定したところ、アクリロニトリル単量体単位60重量%、1,3−ブタジエン単位38重量%、2−ビニルピリジン2重量%であった。また、ニトリル共重合体ゴム(A2)のムーニー粘度(ポリマー・ムーニー粘度)は75であった。
製造例3(ニトリル共重合体ゴム(A3)のラテックスの製造)
製造例1において、乳化重合1段目の反応の仕込み単量体として、2−ビニルピリジン2.2部を使用しなかった以外は、製造例1と同様にして、ニトリル共重合体ゴム(A3)のラテックス(固形分:24重量%)を得た。
得られたニトリル共重合体ゴム(A3)を構成する各単量体単位の含有割合を、製造例1と同様にして測定したところ、アクリロニトリル単量体単位50重量%、1,3−ブタジエン単位50重量%であった。また、ニトリル共重合体ゴム(A3)のムーニー粘度(ポリマー・ムーニー粘度)は75であった。
製造例4(水素化ニトリル共重合体ゴム(A4)のラテックスの製造)
製造例1において得られたニトリル共重合体ゴム(A1)のラテックスについて、該ラテックスに含有される乾燥ゴム重量に対してパラジウム含有量が1000ppmになるように反応器にパラジウム触媒(1重量%酢酸パラジウムアセトン溶液と等重量のイオン交換水を混合した溶液)を添加して、水素圧3MPa、温度50℃で6時間水素添加反応を行い、水素化ニトリル共重合体ゴム(A4)のラテックスを得た。
得られた水素化ニトリル共重合体ゴム(A4)を構成する各単量体単位の含有割合を、製造例1と同様にして測定したところ、アクリロニトリル単量体単位50重量%、1,3−ブタジエン単位と飽和化ブタジエン単位との合計48重量%、2−ビニルピリジン単量体単位2重量%であった。また、水素化ニトリル共重合体ゴム(A4)のムーニー粘度(ポリマー・ムーニー粘度)は155であり、ヨウ素価は23であった。
製造例5(塩化ビニル樹脂のラテックスの製造)
耐圧反応容器に、水120部、ラウリル硫酸ナトリウム0.8部および過硫酸カリウム0.06部を仕込んで、減圧脱気を2回繰り返した後、塩化ビニルを100部仕込み、攪拌しつつ加温して47℃にて乳化重合を行った。重合転化率が90%に達した後、室温に冷却して未反応単量体を除去した。得られた塩化ビニル樹脂ラテックスの濃度は41重量%であった。塩化ビニル樹脂の平均粒径は0.3μmであり、JIS K6721による平均重合度は1,300、ガラス転移温度は80℃であった。
製造例6(アクリル樹脂のラテックスの製造)
温度計、撹拌装置を備えた反応器に、イオン交換水150部、オクチル硫酸ナトリウム2部、過硫酸アンモニウム(重合開始剤)0.3部、メタクリル酸メチル80部、アクリロニトリル20部およびt−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.05部を入れ、攪拌しながら温度80℃にて乳化重合を開始し、5時間後に反応を停止してラテックスを得た。得られたアクリル樹脂ラテックスの濃度は39重量%で重合転化率は98重量%であった。アクリル樹脂の平均粒径は0.2μmであり、数平均分子量は600,000、ガラス転移温度は103℃であった。
実施例1
ニトリル共重合体ゴムのラテックス組成物の調製
無機充填剤(B)としての精製ベントナイト(商品名「ベンゲル HV」、株式会社ホージュン製、アスペクト比:295)100部を、蒸留水1995部に、ポリアクリル酸ナトリウム5部の存在下に添加して強攪拌し、固形分濃度5%の無機充填剤(B)の水性分散液を得た。
そして、製造例1にて得られたニトリル共重合体ゴム(A1)のラテックスを容器内で撹拌しつつ、上記にて調製した無機充填剤(B)の水性分散液を添加して分散させた。なお、無機充填剤(B)の水性分散液は、ニトリル共重合体ゴム(A1)のラテックスの固形分(ニトリル共重合体ゴム量)100部に対して、無機充填剤(B)20部となるように添加し、固形分(ニトリル共重合体ゴムと無機充填剤(B))濃度15%のニトリル共重合体ラテックス組成物を得た。
次に、得られたニトリル共重合体ラテックス組成物を、そのラテックス組成物中のニトリル共重合体ゴム(A1)の量に対して4重量%となる量の塩化カルシウム(凝固剤)を含有する水溶液中に、凝固中の水溶液のpHが2となるよう10%希硫酸を適時添加してpHを調整しながら、撹拌下で注ぎ入れて凝固させ、ニトリル共重合体ゴム(A1)、および無機充填剤(B)の混合物からなるクラムを生成させた。
架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物の調製
そして、得られたクラムを濾別、水洗した後、60℃で減圧乾燥し、次いで、バンバリーミキサーを用いて、上記乾燥クラムに、該クラム中のニトリル共重合体ゴム(A1)100部に対して、MTカーボンブラック(商品名:Thermax(R) medium thermal carbon black N990、CANCARB社製)20部、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(カップリング剤)1部、ステアリン酸1部、アジピン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)(商品名:アデカサイザーRS−107、ADEKA社製、可塑剤)10部を添加して50℃にて混合した。そして、この混合物をロールに移して過酸化亜鉛(ハクスイテック社製)5部、架橋剤である325メッシュ硫黄0.5部、テトラメチルチウラムジスルフィド(商品名:ノクセラーTT、大内新興化学工業社製)1.5部、および、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(商品名:ノクセラーCZ、大内新興化学工業社製、架橋促進剤)1.5部を添加して50℃で混練し、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製した。
得られた架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋して得られたゴム架橋物について、常態物性(引張強さ、伸び、100%引張応力、硬さ)、ガソリン透過係数、脆化温度、耐サワーガソリン性、耐ソルベントクラック性、および圧縮永久歪みの各評価を行った。結果を表1に示す。
実施例2,3
過酸化亜鉛の配合量を5部から、2部(実施例2)、および10部(実施例3)に、それぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
実施例4
ニトリル共重合体ゴム(A1)の代わりに、製造例2で得られたニトリル共重合体ゴム(A2)を用い、アジピン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)(商品名:アデカサイザーRS−107、ADEKA社製、可塑剤)の使用量を20部に変更した以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
実施例5
ニトリル共重合体ゴムのラテックス組成物を調製する際に、製造例5にて得られた塩化ビニル樹脂のラテックスを、ニトリル共重合体ゴム(A1)100部に対して塩化ビニル樹脂量が45部となる量で、さらに添加した以外は、実施例1と同様にしてニトリル共重合体ゴム(A1)、無機充填剤(B)、および塩化ビニル樹脂の混合物からなるクラムを生成させた。そして、得られたクラムを濾別、水洗した後、60℃で減圧乾燥し、次いで、バンバリーミキサーを用いて、上記乾燥クラムに、該クラム中のニトリル共重合体ゴム(A1)100部に対し、MTカーボンブラック(商品名:Thermax(R) medium thermal carbon black N990、CANCARB社製)10部、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(カップリング剤)1部、ステアリン酸1部、アジピン酸ジ(ブトキシエトキシエチル)(商品名:アデカサイザーRS−107、ADEKA社製、可塑剤)25部を添加して50℃にて混合した。そして、この混合物をロールに移して過酸化亜鉛(ハクスイテック社製)5部、架橋剤である325メッシュ硫黄0.6部、テトラメチルチウラムジスルフィド(商品名:ノクセラーTT、大内新興化学工業社製)2部、および、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(商品名:ノクセラーCZ、大内新興化学工業社製、架橋促進剤)2部を添加して50℃で混練して架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
実施例6
ニトリル共重合体ゴムのラテックス組成物を調製する際に、製造例5にて得られた塩化ビニル樹脂のラテックスの代わりに、製造例6にて得られたアクリル樹脂のラテックスを、ニトリル共重合体ゴム(A1)100部に対してアクリル樹脂量が45部となる量で、添加した以外は、実施例5と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
実施例7
架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製する際に、325メッシュ硫黄0.5部、テトラメチルチウラムジスルフィド1.5部、および、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1.5部の代わりに、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン(有機過酸化物架橋剤)40%品(商品名:Vul Cup 40KE、GEO Specialty Chemicals Inc製)3部(純度で換算すると1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼンは1.2部)を使用した以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
比較例1
過酸化亜鉛5部の代わりに酸化亜鉛5部を使用した以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
比較例2
過酸化亜鉛の配合量を5部から30部に変更した以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
比較例3
無機充填剤(B)としての精製ベントナイトを配合しなかった以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
比較例4
ニトリル共重合体ゴム(A1)の代わりに、製造例3で得られたニトリル共重合体ゴム(A3)を用いた以外は、実施例1と同様にして、架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
実施例8
ニトリル共重合体ゴム(A1)の代わりに、製造例4で得られた水素化ニトリル共重合体ゴム(A4)を用いた以外は、実施例1と同様にして、架橋性水素化ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
比較例5
過酸化亜鉛5部の代わりに酸化亜鉛5部を使用した以外は、実施例8と同様にして、架橋性水素化ニトリル共重合体ゴム組成物を調製し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
Figure 0005803914
Figure 0005803914
表1,2より、所定組成を有するニトリル共重合体ゴム(A)に、アスペクト比が30〜2,000である無機充填剤(B)と、過酸化亜鉛(C)とを所定の割合で含有させたニトリル共重合体ゴム組成物(「水素化ニトリル共重合体ゴム組成物」を含む)を架橋することにより得られるゴム架橋物は、常態物性が良好で、耐ガソリン透過性、耐寒性、耐圧縮永久歪み性、耐サワーガソリン性および耐ソルベントクラック性に優れる結果となった(実施例1〜8)。
これに対して、過酸化亜鉛(C)の代わりに、酸化亜鉛を用いた場合には、耐ソルベントクラック性に劣る結果となった(比較例1,5)。
過酸化亜鉛(C)の配合量が多すぎる場合には、耐圧縮永久歪み性が悪化する結果となった(比較例2)。
また、アスペクト比が30〜2,000である無機充填剤(B)を含有しない場合には、耐ガソリン透過性、耐サワーガソリン性および耐ソルベントクラック性に劣る結果となった(比較例3)。
さらに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)を含有しないニトリル共重合体ゴムを用いた場合には、耐ガソリン透過性に劣る結果となった(比較例4)。

Claims (9)

  1. α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位(a1)20〜80重量%、共役ジエン単量体単位(a2)19.9〜79.9重量%、ならびに、カチオン性単量体単位および/またはカチオンを形成可能な単量体単位(a3)0.1〜30重量%を有するニトリル共重合体ゴム(A)と、アスペクト比が30〜2,000である扁平状の無機充填剤(B)と、過酸化亜鉛(C)と、を含有し、
    前記ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対する、前記無機充填剤(B)の含有量が1〜200重量部であり、前記過酸化亜鉛(C)の含有量が0.1〜20重量部であるニトリル共重合体ゴム組成物。
  2. 前記ニトリル共重合体ゴム(A)が、炭素−炭素不飽和結合部分のうち少なくとも一部が水素化された水素化ニトリル共重合体ゴムである請求項1に記載のニトリル共重合体ゴム組成物。
  3. 前記ニトリル共重合体ゴム(A)100重量部に対して、10〜150重量部の塩化ビニル樹脂および/またはアクリル系樹脂(D)をさらに含有する請求項1または2に記載のニトリル共重合体ゴム組成物。
  4. 可塑剤(E)をさらに含有する請求項1〜3のいずれかに記載のニトリル共重合体ゴム組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のニトリル共重合体ゴム組成物に架橋剤を加えてなる架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物。
  6. 請求項5に記載の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を架橋してなるゴム架橋物。
  7. 2以上の層からなり、少なくとも1層が請求項6に記載のゴム架橋物から構成される積層体。
  8. 請求項5に記載の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物を筒状に成形し、マンドレルを挿入して得られる成形体を、架橋して得られるホース。
  9. 請求項5に記載の架橋性ニトリル共重合体ゴム組成物からなる層を含む2層以上の積層体を筒状に成形し、マンドレルを挿入して得られる成形体を、架橋して得られるホース。
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