JP5805043B2 - Degradation analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、高分子材料について、劣化状態を解析する劣化解析方法に関する。 The present invention relates to a degradation analysis method for analyzing a degradation state of a polymer material.

ジエン系ゴムを1種類以上含む高分子材料の劣化による化学状態の変化を評価するために、一般的に赤外分光法(FT−IR)、磁気共鳴法(NMR)、X線光電子分光(XPS)などの方法が用いられている。FT−IRやNMRは詳細な化学状態を調べられるが、得られる情報がバルク情報のため、試料表面から進行する劣化の詳細な化学状態を調べることが難しい。 In general, infrared spectroscopy (FT-IR), magnetic resonance (NMR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is used to evaluate changes in chemical state due to degradation of polymer materials containing one or more diene rubbers. ) Etc. are used. FT-IR and NMR can examine the detailed chemical state, but since the information obtained is bulk information, it is difficult to examine the detailed chemical state of deterioration that proceeds from the sample surface.

そのため、表面から進行する劣化状態を調べる方法の提供が望まれており、例えば、特許文献1には、高輝度X線を高分子材料に照射し、X線のエネルギーを変えながらX線吸収量を測定し、高分子の劣化状態を解析する方法として、高輝度X線を用いて着目している特定元素の吸収端付近のX線吸収スペクトルを測定するNEXAFS(Near Edge X−ray Absorption Fine Structure)法を用いた方法が提案されている。 For this reason, it is desired to provide a method for investigating the deterioration state that progresses from the surface. For example, Patent Document 1 discloses that X-ray absorption is performed while irradiating a polymer material with high-intensity X-rays and changing X-ray energy. NEXAFS (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure) that measures the X-ray absorption spectrum near the absorption edge of a specific element of interest using high-intensity X-rays ) Method using the method has been proposed.

NEXAFS測定では、電子収量法と呼ばれる試料にX線を照射した際に流れる電流を検出する方法が多く利用されているため、通常、試料が導電物質であることが必要となる。高分子材料は一般に絶縁物であるが、例えば、タイヤ用ゴム、特にサイドウォール配合ゴムを試料とする場合は、導電体であるカーボンブラックが多量に配合されているため、厚みが1mm程度のような比較的厚い試料でも導電性が確保され、測定が可能となる。 In NEXAFS measurement, a method called an electron yield method for detecting a current flowing when a sample is irradiated with X-rays is often used. Therefore, it is usually necessary for the sample to be a conductive material. The polymer material is generally an insulator. For example, in the case of using rubber for tires, in particular, rubber with a sidewall, as a sample, the carbon black as a conductor is mixed in a large amount, so that the thickness is about 1 mm. Even with a relatively thick sample, conductivity is ensured and measurement is possible.

しかしながら、近年タイヤの低燃費化が求められているため、サイドウォール配合ゴムでもカーボンブラックを少量にする傾向があり、またトレッド配合ゴムでは、補強剤としてシリカが配合され、カーボンブラックを更に少量にする傾向がある。このように最近の低燃費配合ゴムでは、試料の導電性を確保し難いので、厚み1mm程度の試料ではNEXAFSの測定が難しい。 However, in recent years, there has been a tendency to reduce the fuel consumption of tires, so there is a tendency to reduce the amount of carbon black even in sidewall compounded rubber, and in tread compounded rubber, silica is compounded as a reinforcing agent to further reduce carbon black. Tend to. Thus, since it is difficult to secure the conductivity of a sample with a recent low fuel consumption compounded rubber, it is difficult to measure NEXAFS with a sample having a thickness of about 1 mm.

また、前記特許文献1では、S/B比及びS/N比の高い測定を実現させるために、高分子材料をミクロトームで100μm以下、好ましくは500nm以下に加工(カット)することが提案されている。しかし、タイヤの劣化は、表面から進行するため、最表面をカットし、表面側を測定する必要があるが、ミクロトームでは最表面のカットが難しい。更に、仮にカットできたとしても、サンプリングした試料のどちらが表面側なのかを判断することも難しい。 Moreover, in the said patent document 1, in order to implement | achieve the measurement with a high S / B ratio and S / N ratio, it is proposed to process (cut) a polymeric material into 100 micrometers or less by a microtome, Preferably it is 500 nm or less. Yes. However, since deterioration of the tire proceeds from the surface, it is necessary to cut the outermost surface and measure the surface side, but it is difficult to cut the outermost surface with a microtome. Furthermore, even if it can be cut, it is difficult to determine which of the sampled samples is on the surface side.

このように、従来の手法では、特にカーボンブラック配合量が少ないタイヤ用配合ゴムなど、導電性の悪い試料について、NEXAFS測定を実施し、試料表面から進行する劣化状態を詳細に調べることが難しい。 As described above, in the conventional method, it is difficult to perform the NEXAFS measurement on a sample having poor conductivity, such as a rubber compounded for tire with a small amount of carbon black, and to investigate in detail the deterioration state proceeding from the sample surface.

特開2012−141278号公報JP 2012-141278 A

本発明は、前記課題を解決し、高分子材料の劣化状態、特に導電性の低い高分子材料の表面状態の劣化状態について、詳細に解析できる劣化解析方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a degradation analysis method capable of analyzing in detail the degradation state of the polymer material, particularly the degradation state of the surface state of the polymer material having low conductivity.

本発明は、厚み100Å以下の金属皮膜が形成された高分子材料に高輝度X線を照射し、X線のエネルギーを変えながらX線吸収量を測定することにより、高分子の劣化状態を解析する劣化解析方法に関する。 The present invention analyzes a polymer degradation state by irradiating a polymer material having a metal film with a thickness of 100 mm or less with high-intensity X-rays and measuring X-ray absorption while changing X-ray energy. The present invention relates to a deterioration analysis method.

前記金属皮膜は、金属蒸着膜であることが好ましい。
前記高分子材料は、タイヤ用ゴム組成物であることが好ましい。
ここで、前記タイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの配合量が50質量部以下であることが好ましい。
The metal film is preferably a metal vapor deposition film.
The polymer material is preferably a tire rubber composition.
Here, the tire rubber composition preferably has a carbon black content of 50 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the rubber component.

本発明によれば、厚み100Å以下の金属皮膜が形成された高分子材料に高輝度X線を照射し、X線のエネルギーを変えながらX線吸収量を測定することにより、高分子の劣化状態を解析する劣化解析方法であるので、高分子材料の劣化状態、特に導電性が低い高分子材料の表面状態の劣化状態を詳細に分析できる。そのため、特にカーボンブラック量が少ない配合ゴム、シリカ配合ゴムなどのタイヤ用ゴム組成物などの劣化に関し、劣化度合(%)、酸素劣化とオゾン劣化の寄与率、酸素及びオゾンが高分子材料に結合した量(劣化指標)を測定できる。 According to the present invention, a polymer material having a metal film with a thickness of 100 mm or less is irradiated with high-intensity X-rays, and the amount of X-ray absorption is measured while changing the energy of the X-rays. Therefore, the degradation state of the polymer material, particularly the degradation state of the surface state of the polymer material having low conductivity can be analyzed in detail. Therefore, regarding the deterioration of rubber compositions for tires such as rubber compounded with a small amount of carbon black and rubber compounded with silica, the degree of deterioration (%), contribution rate of oxygen deterioration and ozone deterioration, oxygen and ozone are bonded to the polymer material. Can be measured (degradation index).

金属皮膜が形成された試料の模式図。The schematic diagram of the sample in which the metal film was formed. タイヤトレッド配合試料にAuを8Åの厚みで蒸着した試料及び金属蒸着を施していない試料の試料電流を示したグラフ。The graph which showed the sample electric current of the sample which vapor-deposited Au with the thickness of 8 to the tire tread compounding sample, and the sample which has not performed metal vapor deposition. Auを蒸着した厚みの異なるポリブタジエンラバーのX線吸収スペクトルを示したグラフ(未規格)。The graph which showed the X-ray-absorption spectrum of the polybutadiene rubber from which thickness which vapor-deposited Au differs (not specified). サイドウォール配合ゴムの新品、オゾン劣化を48時間実施した試料、酸素劣化を1週間実施した試料のそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料の炭素原子のK殻吸収端のNEXAFS測定結果を示したグラフ(規格化前)。NEXAFS measurement of K-shell absorption edge of carbon atoms of a new side wall compounded rubber, a sample subjected to ozone degradation for 48 hours, and a sample subjected to oxygen degradation for 1 week by Au deposition. Graph showing results (before standardization). サイドウォール配合ゴムの新品、オゾン劣化を48時間実施した試料、酸素劣化を1週間実施した試料のそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料の炭素原子のK殻吸収端のNEXAFS測定結果を示したグラフ(規格化後)。NEXAFS measurement of K-shell absorption edge of carbon atoms of a new side wall compounded rubber, a sample subjected to ozone degradation for 48 hours, and a sample subjected to oxygen degradation for 1 week by Au deposition. Graph showing results (after normalization). サイドウォール配合ゴムの新品、オゾン劣化を48時間実施した試料、酸素劣化を1週間実施した試料のそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料の酸素原子のK殻吸収端付近のNEXAFS測定結果を示したグラフ。NEXAFS in the vicinity of the K-shell absorption edge of oxygen atoms in a new side wall compounded rubber sample, a sample subjected to ozone degradation for 48 hours, and a sample subjected to oxygen degradation for one week, which was prepared by Au deposition. The graph which showed the measurement result. サイドウォール配合ゴムを複合劣化(酸素劣化とオゾン劣化)させ、Au蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料の酸素原子のK殻吸収端付近のNEXAFS測定結果を示したグラフ。The graph which showed the NEXAFS measurement result of the K-shell absorption edge vicinity of the oxygen atom of the Au vapor deposition film | membrane formation sample produced by carrying out composite degradation (oxygen degradation and ozone degradation) of the side wall compound rubber, and performing Au vapor deposition. 24時間及び48時間オゾン劣化したサイドウォール配合ゴムのそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料のNEXAFS測定結果を示したグラフ(規格化後)。The graph which showed the NEXAFS measurement result of the Au vapor deposition film | membrane formation sample produced by performing Au vapor deposition to each of the sidewall compounded rubber which carried out ozone degradation for 24 hours and 48 hours (after normalization).

本発明の劣化解析方法は、厚み100Å以下の金属皮膜が形成された高分子材料に高輝度X線を照射し、X線のエネルギーを変えながらX線吸収量を測定することにより、高分子の劣化状態を解析する方法である。ゴムなどの高分子材料の劣化要因として、紫外線、酸素、オゾン、熱などによるポリマー分子鎖の劣化、架橋構造の劣化などが知られているが、耐劣化性を改良するためには、どの要因によってポリマー分子鎖、架橋構造がどのように変化するかを知ることが重要である。 In the degradation analysis method of the present invention, a polymer material having a metal film with a thickness of 100 mm or less is irradiated with high-intensity X-rays, and the amount of X-ray absorption is measured while changing the energy of the X-rays. This is a method of analyzing the deterioration state. Known degradation factors for polymer materials such as rubber include degradation of polymer molecular chains due to ultraviolet rays, oxygen, ozone, heat, etc., and degradation of the cross-linked structure. Which factor can be used to improve degradation resistance? It is important to know how the polymer molecular chain and the cross-linked structure change depending on.

この点について、上記劣化解析方法は、予め、金属蒸着法などにより所定厚みの金属皮膜を形成し、導電性を高めた新品及び劣化後の高分子材料(試料)に対して、それぞれ高輝度X線をエネルギーを変えながら照射し、X線吸収量を測定して得られた各スペクトルを比較することにより、劣化後の高分子材料の劣化状態を解析できる方法である。 In this regard, the above degradation analysis method uses a high-intensity X for each of a new material and a deteriorated polymer material (sample) having a predetermined thickness by previously forming a metal film by a metal vapor deposition method or the like to improve conductivity. This is a method in which the deterioration state of the polymer material after deterioration can be analyzed by irradiating the line while changing the energy and comparing each spectrum obtained by measuring the amount of X-ray absorption.

具体的には、所定膜厚の金属皮膜が形成された高分子材料について、高輝度X線を用いて着目している特定元素の吸収端付近のX線吸収スペクトルを測定する(NEXAFS(吸収端近傍X線吸収微細構造):Near Edge X−ray Absorption Fine Structure)手法を採用でき、軟X線は軽元素の吸収を持つため、ソフトマテリアルの化学状態を詳細に解析できる。 Specifically, an X-ray absorption spectrum in the vicinity of the absorption edge of a particular element of interest is measured using high-intensity X-rays for a polymer material on which a metal film having a predetermined thickness is formed (NEXAFS (absorption edge) (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure) method can be employed, and soft X-rays absorb light elements, so that the chemical state of the soft material can be analyzed in detail.

すなわち、本発明では、試料表面に金属皮膜を形成し、表面の帯電を防止することで、カーボンブラック量が少ない配合ゴム、シリカ配合ゴムなど、導電性の悪い高分子材料でもNEXAFS測定が可能になるとともに、該金属皮膜の膜厚を100Å以下とし、金属皮膜の影響を最小限に抑制することにより、高分子材料自体の劣化解析の実施が可能になる。 In other words, in the present invention, a metal film is formed on the surface of the sample and the surface is prevented from being charged, so that NEXAFS measurement is possible even for polymer materials with poor conductivity, such as compound rubber with a small amount of carbon black, silica compound rubber, etc. At the same time, by setting the film thickness of the metal film to 100 mm or less and minimizing the influence of the metal film, it is possible to carry out deterioration analysis of the polymer material itself.

本発明に供される高分子材料(試料)は、試料表面に所定膜厚の金属皮膜が形成されたものである。これにより、劣化解析が可能な範囲で高分子材料(試料)の導電性を高められる。金属皮膜の形成方法としては、試料表面に形成可能な方法であれば特に限定されず、金属蒸着法などを好適に使用できる。 The polymer material (sample) provided for the present invention is one in which a metal film having a predetermined film thickness is formed on the sample surface. Thereby, the electroconductivity of a polymeric material (sample) can be improved in the range in which degradation analysis is possible. The method for forming the metal film is not particularly limited as long as it can be formed on the sample surface, and a metal vapor deposition method or the like can be suitably used.

金属蒸着を施す方法としては、抵抗加熱式、電子ビーム式、高周波誘導式、レーザー式などの種類があり、いずれの手法も真空にした容器の中で蒸着材料を加熱又は気化し、蒸着源から離れた位置に設置した試料の表面に薄膜を形成させるものである。どの手法も可能であるが、蒸着材料がイオン化し、試料へダメージを与える可能性を考慮すると、蒸着材料に電流を流すことによって加熱する抵抗加熱式真空蒸着法を採用することが望ましい。 There are various methods such as resistance heating type, electron beam type, high frequency induction type, laser type, etc. for metal vapor deposition. A thin film is formed on the surface of a sample placed at a distant position. Any method is possible, but considering the possibility that the vapor deposition material is ionized and damages the sample, it is desirable to adopt a resistance heating type vacuum vapor deposition method in which heating is performed by passing an electric current through the vapor deposition material.

高分子材料表面に形成する金属皮膜の厚みは100Å以下、好ましくは50Å以下、より好ましくは10Å以下である。100Åを超えると、蒸着した金属の影響を大きく受ける傾向がある。特に、NEXAFS法は表面敏感な測定であるため、蒸着する金属の厚みが分厚いと試料自体の正確な化学情報が得られないおそれがある。導電性確保される限り、下限は特に限定されないが、好ましくは1Å以上、より好ましくは3Å以上、更に好ましくは5Å以上である。 The thickness of the metal film formed on the polymer material surface is 100 mm or less, preferably 50 mm or less, more preferably 10 mm or less. When it exceeds 100%, there is a tendency to be greatly affected by the deposited metal. In particular, since the NEXAFS method is a surface sensitive measurement, if the thickness of the deposited metal is thick, there is a possibility that accurate chemical information of the sample itself cannot be obtained. As long as conductivity is ensured, the lower limit is not particularly limited, but is preferably at least 1 mm, more preferably at least 3 mm, and even more preferably at least 5 mm.

NEXAFS法は、X線エネルギーで走査するため光源には連続X線発生装置が必要であり、詳細な化学状態を解析するには高いS/N比及びS/B比のX線吸収スペクトルを測定する必要がある。そのため、シンクロトロンから放射されるX線は、少なくとも1010(photons/s/mrad/mm/0.1%bw)以上の輝度を有し、且つ連続X線源であるため、NEXAFS測定には最適である。尚、bwはシンクロトロンから放射されるX線のband widthを示す。 The NEXAFS method scans with X-ray energy, so the light source requires a continuous X-ray generator, and X-ray absorption spectra with high S / N ratio and S / B ratio are measured to analyze the detailed chemical state. There is a need to. Therefore, the X-ray emitted from the synchrotron has a brightness of at least 10 10 (photons / s / mrad 2 / mm 2 /0.1% bw) and is a continuous X-ray source. Ideal for. Note that bw represents the band width of X-rays emitted from the synchrotron.

上記高輝度X線の輝度(photons/s/mrad/mm/0.1%bw)は、好ましくは1010以上、より好ましくは1012以上である。また、上記高輝度X線の光子数(photons/s)は、好ましくは10以上、より好ましくは10以上である。これらの上限は特に限定されないが、放射線ダメージがない程度以下のX線強度を用いることが好ましい。 The luminance (photons / s / mrad 2 / mm 2 /0.1% bw) of the high-intensity X-ray is preferably 10 10 or more, more preferably 10 12 or more. The number of photons (photons / s) of the high-intensity X-ray is preferably 10 7 or more, more preferably 10 9 or more. Although these upper limits are not specifically limited, It is preferable to use the X-ray intensity below the extent that there is no radiation damage.

上記高輝度X線を用いて走査するエネルギー範囲は、好ましくは4000eV以下、より好ましくは1500eV以下、更に好ましくは1000eV以下である。4000eVを超えると、目的とする高分子複合材料中の劣化状態解析ができないおそれがある。下限は特に限定されない。 The energy range scanned using the high-intensity X-ray is preferably 4000 eV or less, more preferably 1500 eV or less, and still more preferably 1000 eV or less. When it exceeds 4000 eV, there is a possibility that the degradation state analysis in the target polymer composite material cannot be performed. The lower limit is not particularly limited.

測定は超高真空中に設置した試料に軟X線を照射することで光電子が飛び出し、それを補うためにグラウンドから電子が流れ、その試料電流を測定するという方法で実施できる。 The measurement can be carried out by irradiating a sample placed in an ultra-high vacuum with soft X-rays to emit photoelectrons, and in order to compensate for this, electrons flow from the ground, and the sample current is measured.

具体的には、以下に述べる方法で実施できる。
所定膜厚の金属皮膜を形成した試料をサンプルホルダーに取り付けた後、X線吸収測定を行うための真空チャンバーに設置する。なお、図1は、金属皮膜が形成された試料の模式図を示す。その後、シンクロトロンから放射された連続X線を分光器で単色化し試料に照射する。この時、試料表面から真空中に二次電子・光電子が脱出するが、失った電子を補うためにグランドから電子が補充される。ここで、グラウンドから流れた電流をX線吸収強度Iとし、ビームラインの光学系に設置された金メッシュの電流を入射X線強度Iとし、下記(式)からX線吸収量μLを求めた(電子収量法)。尚、本手法はLanbert−Beerの式が適用できるが、電子収量法の場合には、近似的に下記(式)が成立すると考えられている。

Figure 0005805043
Specifically, it can be carried out by the method described below.
A sample on which a metal film having a predetermined thickness is formed is attached to a sample holder, and then placed in a vacuum chamber for performing X-ray absorption measurement. In addition, FIG. 1 shows the schematic diagram of the sample in which the metal film was formed. Thereafter, the continuous X-rays radiated from the synchrotron are monochromatic with a spectroscope and irradiated on the sample. At this time, secondary electrons and photoelectrons escape from the sample surface into the vacuum, but electrons are replenished from the ground to compensate for the lost electrons. Here, the current flowing from the ground is defined as the X-ray absorption intensity I, the current of the gold mesh installed in the beam line optical system is defined as the incident X-ray intensity I 0, and the X-ray absorption amount μL is obtained from the following (formula). (Electron yield method). In this method, the Lanbert-Beer equation can be applied. However, in the case of the electron yield method, it is considered that the following equation is approximately established.
Figure 0005805043

NEXAFSの測定方法には次の3つの方法が代表的に用いられている。本発明の実施例では、電子収量法を用いて実施したが、これに限定されるものではなく、様々な検出方法を用いてもよく、組み合わせて同時計測してもよい。 The following three methods are typically used for the NEXAFS measurement method. In the embodiment of the present invention, the electron yield method was used. However, the present invention is not limited to this, and various detection methods may be used, or simultaneous measurement may be performed in combination.

(透過法)
試料を透過してきたX線強度を検出する方法である。透過光強度測定には、フォトダイオードアレイ検出器などが用いられる。
(Transmission method)
This is a method for detecting the X-ray intensity transmitted through a sample. For measurement of transmitted light intensity, a photodiode array detector or the like is used.

(蛍光法)
試料にX線を照射した際に発生する蛍光X線を検出する方法である。含有量が少ない元素のX線吸収スペクトル測定を行う場合に有効的である。また、蛍光X線は透過力が強く、試料内部で発生した蛍光X線を検出できるため、バルク情報を得る方法として最適である。
(Fluorescence method)
This is a method for detecting fluorescent X-rays generated when a sample is irradiated with X-rays. This is effective when measuring an X-ray absorption spectrum of an element having a small content. In addition, fluorescent X-rays have a strong transmission power and can detect fluorescent X-rays generated inside the sample, which is an optimal method for obtaining bulk information.

(電子収量法)
試料にX線を照射した際に流れる電流を検出する方法である。そのため試料が導電物質である必要がある。本発明では、金属皮膜を形成することで導電性を確保できる。なお、高分子材料をミクロトームで100μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは1μm以下、更に好ましくは500nm以下に加工(カット)することでS/B比及びS/N比の高い測定を実現することも可能である。また、基板と試料との導通を確保するために、カーボンテープやシルバーテープなど、導電性が良く真空中でも使用可能なテープを用いてもよい。
(Electron yield method)
This is a method for detecting a current flowing when a sample is irradiated with X-rays. Therefore, the sample needs to be a conductive material. In this invention, electroconductivity is securable by forming a metal membrane | film | coat. A high S / B ratio and S / N ratio measurement is realized by processing (cutting) the polymer material into a microtome of 100 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, and even more preferably 500 nm or less. It is also possible. Moreover, in order to ensure conduction | electrical_connection with a board | substrate and a sample, you may use the tape which has electroconductivity and can be used in a vacuum, such as a carbon tape and a silver tape.

また、電子収量法の特徴として表面敏感(試料表面の数nm程度の情報)であるという点が挙げられる。試料にX線を照射すると元素から電子が脱出するが、電子は物質との相互作用が強いため、物質中での平均自由行程が短い。更にNEXAFS法で用いるX線のエネルギーは比較的低エネルギーであるため、脱出した電子の運動エネルギーが小さい。そのため、試料表面から飛び出すことができる電子は、試料の極表層の部分となり、本検出法は表面敏感な手法となる。 Another characteristic of the electron yield method is that it is surface sensitive (information on the surface of the sample about several nm). When the sample is irradiated with X-rays, electrons escape from the element, but electrons have a strong interaction with the substance, so that the mean free path in the substance is short. Furthermore, since the energy of X-rays used in the NEXAFS method is relatively low, the kinetic energy of escaped electrons is small. For this reason, electrons that can jump out of the sample surface become a part of the extreme surface layer of the sample, and this detection method is a surface-sensitive method.

ここで、試料表面に金属皮膜を形成することでX線吸収の測定が可能になること、金属皮膜の膜厚が試料の劣化解析に影響を及ぼすことを図2〜3を用いて具体的に説明する。 Here, it will be specifically described with reference to FIGS. 2 to 3 that X-ray absorption can be measured by forming a metal film on the sample surface, and that the film thickness of the metal film affects the deterioration analysis of the sample. explain.

図2は、タイヤトレッド配合試料にAuを8Åの厚みで蒸着した試料及び金属蒸着を施していない試料の試料電流を示す。金属蒸着を施していない試料は、破線内の値が負になっており、X線吸収が測定できなかったのに対し、Auを蒸着した試料は、試料電流が正になっており、X線吸収の測定が可能であったことが示されている。このように、試料に所定膜厚の金属皮膜を形成することで導電性の悪い高分子材料でもX線吸収の測定が可能になる。 FIG. 2 shows sample currents of a sample obtained by vapor-depositing Au with a thickness of 8 mm on a tire tread compound sample and a sample not subjected to metal vapor deposition. The sample without metal vapor deposition has a negative value in the broken line and the X-ray absorption could not be measured, whereas the sample with Au vapor deposition had a positive sample current and X-ray absorption. It has been shown that the measurement of absorption was possible. Thus, by forming a metal film having a predetermined thickness on the sample, X-ray absorption can be measured even for a polymer material having poor conductivity.

蒸着する金属としては、測定するエネルギー範囲にX線吸収を持たない金属が好ましい。例えば、炭素K吸収端付近(270eV〜320eV)の測定を行う場合、このエネルギー領域に吸収を持たない金(Au)を好適に使用できる。 The metal to be deposited is preferably a metal that does not have X-ray absorption in the energy range to be measured. For example, when measuring in the vicinity of the carbon K absorption edge (270 eV to 320 eV), gold (Au) having no absorption in this energy region can be suitably used.

図3は、ポリブタジエンラバーに膜厚の異なるAu蒸着膜を形成した試料のX線吸収スペクトルを示す。キャスト膜が使用され、金属蒸着を施していない試料でも測定可能であることから、蒸着する厚みを変え、X線吸収スペクトルの変化を検討したものである。変化が大きいほど、蒸着した金属の影響を大きく受け、正確な劣化解析ができなくなる傾向にあることを示している。 FIG. 3 shows an X-ray absorption spectrum of a sample in which an Au vapor deposition film having a different film thickness is formed on polybutadiene rubber. Since a cast film is used and even a sample not subjected to metal vapor deposition can be measured, the thickness of vapor deposition is changed, and the change in the X-ray absorption spectrum is examined. It shows that the larger the change, the greater the influence of the deposited metal, and the more likely it is that accurate degradation analysis cannot be performed.

図3のX線吸収スペクトルは、Au蒸着膜が形成されていない試料のスペクトルから、蒸着膜の膜厚が大きくなるにつれてスペクトルの形状が徐々に変化し、蒸着膜の影響を受けるようになっていることを示している。つまり、厚み8ÅのAu蒸着膜が形成された試料では、蒸着膜が形成されていない試料のスペクトルとほとんど形状が変化しないのに対し、厚み20ÅのAu蒸着膜が形成された試料では、やや形状が変化し、蒸着膜の影響を若干受けるおそれがあることが示されている。なお、厚み20Åでも正確さは若干劣るものの、劣化解析は可能である。 The X-ray absorption spectrum of FIG. 3 is affected by the vapor deposition film from the spectrum of the sample on which the Au vapor deposition film is not formed, and the shape of the spectrum gradually changes as the film thickness of the vapor deposition film increases. It shows that. That is, in the sample in which the Au vapor-deposited film having a thickness of 8 mm is formed, the spectrum and the shape of the sample in which the vapor-deposited film is not formed are hardly changed. It has been shown that there is a risk of being slightly affected by the deposited film. Although the accuracy is slightly inferior even at a thickness of 20 mm, deterioration analysis is possible.

更に上記の電子収量法を用いて、厚み100Å以下の金属皮膜が形成された高分子材料(以下、金属皮膜形成試料ともいう)のX線吸収スペクトル測定を行い解析することで、劣化度合(%)、酸素劣化及びオゾン劣化の寄与率(%)、酸素・オゾンが結合した量(劣化指標)を分析できる。以下、それぞれについて説明する。 Furthermore, by using the above-mentioned electron yield method, the degree of deterioration (%) is measured by analyzing the X-ray absorption spectrum of a polymer material (hereinafter also referred to as a metal film-forming sample) on which a metal film having a thickness of 100 mm or less is formed. ), Contribution rate (%) of oxygen deterioration and ozone deterioration, and the combined amount of oxygen and ozone (deterioration index). Each will be described below.

上記劣化解析方法として、例えば、上記高輝度X線のエネルギーを260〜400eVの範囲において炭素原子のK殻吸収端の必要な範囲を走査することによって得られるX線吸収スペクトルに基づいて下記(式1)により規格化定数α及びβを算出し、該規格化定数α及びβを用いて補正された炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルを波形分離し、得られた285eV付近のπ遷移に帰属されるピーク面積を用いて下記(式2)により劣化度合を求める方法が挙げられる。
(式1)
[劣化前の金属皮膜形成試料における測定範囲のX線吸収スペクトルの全面積]×α=1
[劣化後の金属皮膜形成試料における測定範囲のX線吸収スペクトルの全面積]×β=1
(式2)
[1−[(劣化後のπのピーク面積)×β]/[(劣化前πのピーク面積)×α]]×100=劣化度合(%)
これにより、劣化後の高分子の劣化度合(%)が得られ、劣化率を分析できる。ここで、上記劣化度合を求める方法において、上記高輝度X線のエネルギーを260〜350eVの範囲にすることが好ましい。なお、上記劣化度合を求める方法では、上記(式1)の操作を行う前に、吸収端前のスロープから評価してバックグランドを引くことが行われる。
As the degradation analysis method, for example, the following (formula) is based on the X-ray absorption spectrum obtained by scanning the necessary range of the K-shell absorption edge of the carbon atom in the range of 260 to 400 eV for the energy of the high-intensity X-ray. The normalization constants α and β are calculated according to 1), the X-ray absorption spectrum of the K-shell absorption edge of the carbon atom corrected using the normalization constants α and β is separated into waveforms, and the obtained π around 285 eV is obtained. * Using the peak area attributed to the transition, a method of obtaining the degree of deterioration by the following (Formula 2) is mentioned.
(Formula 1)
[Total area of X-ray absorption spectrum in measurement range in metal film-formed sample before deterioration] × α = 1
[Total area of X-ray absorption spectrum in the measurement range in the metal film-formed sample after deterioration] × β = 1
(Formula 2)
[1-[(Peak area of π * after degradation) × β] / [(Peak area of π * before degradation) × α]] × 100 = Degree of degradation (%)
Thereby, the deterioration degree (%) of the polymer after deterioration is obtained, and the deterioration rate can be analyzed. Here, in the method for determining the degree of deterioration, it is preferable that the energy of the high-intensity X-ray is in a range of 260 to 350 eV. In the method for obtaining the degree of deterioration, the background is drawn by evaluating from the slope before the absorption end before performing the operation of (Equation 1).

上記劣化度合を求める方法において、上記(式1)におけるX線吸収スペクトルの全面積は、測定範囲内のスペクトルを積分したものであり、測定条件等によってエネルギー範囲は変えることができる。 In the method for determining the degree of deterioration, the total area of the X-ray absorption spectrum in (Equation 1) is obtained by integrating the spectrum in the measurement range, and the energy range can be changed depending on the measurement conditions and the like.

上記劣化度合を求める方法について、サイドウォール配合ゴムの新品、オゾン劣化を48時間実施した試料、酸素劣化を1週間実施した試料を用いた例を用いて具体的に説明する。
新品、オゾン劣化試料、酸素劣化試料のそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料の炭素原子のK殻吸収端のNEXAFS測定結果を図4に示す。図4のように、劣化した試料では285eV付近のπのピークが新品と比較して小さくなるが、NEXAFS法は絶対値測定が困難である。その理由は、光源からの試料の距離などの微妙な変化がX線吸収スペクトルの大きさに影響を与えるためである。以上の理由により、炭素原子のK殻吸収端のNEXAFS測定結果については、試料間の単純な比較ができない。
The method for determining the degree of deterioration will be specifically described using an example using a new sidewall-blended rubber, a sample subjected to ozone deterioration for 48 hours, and a sample subjected to oxygen deterioration for one week.
FIG. 4 shows the NEXAFS measurement results of the K-shell absorption edge of the carbon atom of the Au deposited film-formed sample prepared by performing Au deposition on each of the new product, ozone-degraded sample, and oxygen-degraded sample. As shown in FIG. 4, in the deteriorated sample, the peak of π * near 285 eV is smaller than that of a new product, but it is difficult to measure the absolute value in the NEXAFS method. The reason is that subtle changes such as the distance of the sample from the light source affect the magnitude of the X-ray absorption spectrum. For the above reasons, the NEXAFS measurement result of the K-shell absorption edge of carbon atoms cannot be simply compared between samples.

そこで、測定した試料間のX線吸収スペクトルを比較するために以下の様に規格化を行った(直接比較できるように各試料のX線吸収スペクトルを補正した)。劣化前後で炭素殻のX線吸収量は変わらないことから、上記(式1)を用いて、炭素原子のK殻吸収端のピーク面積が1となるように規格化する。つまり、先ず規格化前のX線吸収スペクトルについて(式1)をもとに規格化定数α、βを算出し、次いで規格化前のX線吸収スペクトルにα、βを乗じたスペクトルに補正(規格化)することで、試料間のπのピークを直接比較できる。 Therefore, in order to compare the measured X-ray absorption spectra between samples, normalization was performed as follows (the X-ray absorption spectra of each sample were corrected so that they could be directly compared). Since the X-ray absorption amount of the carbon shell does not change before and after deterioration, the above (Equation 1) is used to normalize the peak area of the K-shell absorption edge of carbon atoms to 1. That is, first, normalization constants α and β are calculated based on (Expression 1) for an X-ray absorption spectrum before normalization, and then corrected to a spectrum obtained by multiplying the X-ray absorption spectrum before normalization by α and β ( By normalization, the π * peaks between samples can be directly compared.

このようにして得られた規格化後の炭素原子のK殻吸収端のスペクトルを図5に示す。規格化したスペクトルから劣化度合を上記(式2)を用いて決定する。上記劣化度合は、劣化前から劣化後へのπのピークの減少率であり、試料の劣化率(%)を示している。 The spectrum of the K-shell absorption edge of the carbon atom after normalization obtained in this way is shown in FIG. The degree of deterioration is determined from the normalized spectrum using the above (Equation 2). The degree of deterioration is a reduction rate of the peak of π * from before deterioration to after deterioration, and indicates the deterioration rate (%) of the sample.

なお、上記劣化度合を求める方法では、上記(式2)においてピーク面積に代えてピーク強度を用いても同様に劣化度合を求めることができる。 Note that, in the method for obtaining the degree of deterioration, the degree of deterioration can be obtained in the same manner even if the peak intensity is used in place of the peak area in (Equation 2).

また、上記劣化解析方法としては、上記高輝度X線のエネルギーを500〜600eVの範囲で走査することによって得られる酸素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルを波形分離し、ピークトップのエネルギーが532〜532.7eVの範囲にある低エネルギー側ピークを酸素劣化、532.7〜534eVの範囲にある高エネルギー側ピークをオゾン劣化とし、下記(式3)によって酸素劣化とオゾン劣化の寄与率を算出する方法も挙げられる。
(式3)
[酸化劣化のピーク面積]/[(オゾン劣化のピーク面積)+(酸化劣化のピーク面積)]×100=酸素劣化寄与率(%)
[オゾン劣化のピーク面積]/[(オゾン劣化のピーク面積)+(酸化劣化のピーク面積)]×100=オゾン劣化寄与率(%)
これにより、劣化後の高分子材料における酸素劣化及びオゾン劣化の寄与率(%)が得られ、それぞれの劣化要因の寄与率を分析できる。なお、上記寄与率を算出する方法では、上記(式3)の操作を行う前に、吸収端前のスロープから評価してバックグランドを引くことが行われる。
Further, as the degradation analysis method, the X-ray absorption spectrum at the K-shell absorption edge of oxygen atoms obtained by scanning the high-intensity X-ray energy in the range of 500 to 600 eV is separated into waveforms, and the peak top energy is obtained. The low energy side peak in the range of 532 to 532.7 eV is oxygen degradation, the high energy side peak in the range of 532.7 to 534 eV is ozone degradation, and the contribution ratio of oxygen degradation and ozone degradation by the following (Equation 3) There is also a method for calculating.
(Formula 3)
[Peak area of oxidation degradation] / [(Peak area of ozone degradation) + (Peak area of oxidation degradation)] × 100 = Oxygen degradation contribution rate (%)
[Ozone degradation peak area] / [(ozone degradation peak area) + (oxidation degradation peak area)] × 100 = ozone degradation contribution rate (%)
Thereby, the contribution rate (%) of oxygen deterioration and ozone deterioration in the polymer material after deterioration can be obtained, and the contribution rate of each deterioration factor can be analyzed. In the method of calculating the contribution rate, the background is drawn by evaluating from the slope before the absorption edge before performing the operation of (Equation 3).

上記寄与率を算出する方法について、サイドウォール配合ゴムの新品、オゾン劣化を48時間実施した試料、酸素劣化を1週間実施した試料を用いた例を用いて具体的に説明する。
先ず、オゾン劣化試料、酸素劣化試料のそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料の酸素原子のK殻吸収端付近のNEXAFS測定を行った結果を図6に示す。このようにオゾン劣化させた試料は532.7〜534eVにピークを持ち、酸素劣化させた試料は532〜532.7eVにピークを持ち、2つのピークのうち高エネルギー側のピークがオゾン劣化、低エネルギー側のピークが酸素劣化に帰属される。
The method for calculating the contribution rate will be specifically described with reference to an example using a new sidewall compounded rubber, a sample subjected to ozone deterioration for 48 hours, and a sample subjected to oxygen deterioration for one week.
First, FIG. 6 shows the result of NEXAFS measurement in the vicinity of the K-shell absorption edge of oxygen atoms of an Au deposited film-formed sample prepared by performing Au deposition on each of an ozone-degraded sample and an oxygen-degraded sample. Thus, the ozone-degraded sample has a peak at 532.7 to 534 eV, the oxygen-degraded sample has a peak at 532 to 532.7 eV, and the peak on the high energy side of the two peaks is ozone-degraded and low. The energy peak is attributed to oxygen degradation.

更に図7に複合劣化(酸素劣化とオゾン劣化)させ、Au蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料のNEXAFS測定結果を示す。図7のように532〜534eVに2つ肩を持つピークが検出された。これは酸素劣化に起因する低エネルギー側ピーク(532〜532.7eV)とオゾン劣化に起因する高エネルギー側ピーク(532.7〜534eV)が重なっていると考えられる。そこでピーク分離を行った後、上記(式3)を用いて酸素劣化及びオゾン劣化の寄与率を決定した。これにより、酸素及びオゾン劣化が共に進行した試料について、両劣化要因のうちの酸素劣化割合及びオゾン劣化割合を分析できる。 Further, FIG. 7 shows NEXAFS measurement results of the Au vapor deposition film-formed sample prepared by performing composite vapor deposition (oxygen degradation and ozone degradation) and performing Au vapor deposition. As shown in FIG. 7, a peak having two shoulders at 532 to 534 eV was detected. This is considered that the low energy side peak (532-532.7 eV) resulting from oxygen deterioration and the high energy side peak (532.7-534 eV) resulting from ozone deterioration overlap. Therefore, after peak separation, the contribution ratio of oxygen deterioration and ozone deterioration was determined using the above (Formula 3). Thereby, it is possible to analyze the oxygen deterioration rate and the ozone deterioration rate of both deterioration factors for the sample in which both oxygen and ozone deterioration have progressed.

なお、上記寄与率を算出する方法では、上記(式3)においてピーク面積に代えてピーク強度を用いても同様に酸素劣化とオゾン劣化の劣化寄与率を求めることができる。 In the method of calculating the contribution rate, the deterioration contribution rate of oxygen deterioration and ozone deterioration can be obtained in the same manner even when the peak intensity is used instead of the peak area in (Equation 3).

更に、上記劣化解析方法としては、劣化後の炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルに基づいて下記(式4)により規格化定数γを求め、該規格化定数γを用いて下記式(5)により酸素原子のK殻吸収端の全ピーク面積を補正することにより、酸素及びオゾンが高分子材料に結合した量を求める方法も挙げられる。
(式4)
[炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルの全面積]×γ=1
(式5)
[酸素原子のK殻吸収端のピーク面積]×γ=酸素及びオゾンが結合した量(指数)
これにより、劣化により高分子材料に結合した酸素・オゾン量が測定され、劣化指標とすることができる。
Further, as the degradation analysis method, a normalization constant γ is obtained by the following (Equation 4) based on the X-ray absorption spectrum of the K-shell absorption edge of the carbon atom after degradation, and the following equation is obtained using the normalization constant γ. There is also a method of obtaining the amount of oxygen and ozone bound to the polymer material by correcting the total peak area of the K-shell absorption edge of oxygen atoms according to (5).
(Formula 4)
[Total area of X-ray absorption spectrum of K-shell absorption edge of carbon atom] × γ = 1
(Formula 5)
[Peak area of K-shell absorption edge of oxygen atom] × γ = Amount of oxygen and ozone combined (index)
Thereby, the amount of oxygen / ozone bonded to the polymer material due to deterioration is measured and can be used as a deterioration index.

上記結合した量を求める方法において、全ピーク面積は、測定範囲内のスペクトルを積分したものであり、測定条件等によってエネルギー範囲は変えることができる。 In the method for determining the combined amount, the total peak area is obtained by integrating the spectrum within the measurement range, and the energy range can be changed depending on the measurement conditions and the like.

上記結合した量を求める方法について、24時間及び48時間オゾン劣化したサイドウォール配合ゴムの試料を用いた例を用いて具体的に説明する。
図8にこれらのそれぞれにAu蒸着を施して作製したAu蒸着膜形成試料をNEXAFS測定した結果を示す。これは、炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルをもとにして上記(式4)を用いて規格化定数γを求め、前記と同様に規格化したものである。規格化した酸素原子のK殻吸収端のピーク面積は、酸素・オゾンが結合した量と考えられる。図8のように48時間劣化させた方が24時間劣化させた試料よりも面積が大きいことから、この値を劣化の指数とすることができる。この劣化指数の数字が大きいほど、劣化によって高分子材料に結合した酸素量が多いことを示す。これにより、高分子材料に酸素やオゾンが結合することによる劣化率を、酸素原子のK殻吸収端のピーク面積の増加率によって測定できる。
The method for obtaining the combined amount will be specifically described with reference to an example using a sample of a sidewall compounded rubber that has been ozone-degraded for 24 hours and 48 hours.
FIG. 8 shows the result of NEXAFS measurement of Au vapor deposition film-formed samples prepared by performing Au vapor deposition on each of these. This is based on the X-ray absorption spectrum of the K-shell absorption edge of the carbon atom, and the normalization constant γ is obtained using the above (Equation 4) and normalized as described above. The peak area at the K-shell absorption edge of the normalized oxygen atom is considered to be the combined amount of oxygen and ozone. As shown in FIG. 8, since the area deteriorated for 48 hours is larger than the sample deteriorated for 24 hours, this value can be used as an index of deterioration. The larger the deterioration index number, the greater the amount of oxygen bound to the polymer material due to deterioration. Thereby, the deterioration rate by oxygen and ozone couple | bonding with a polymeric material can be measured by the increase rate of the peak area of the K-shell absorption edge of an oxygen atom.

前述の本発明の方法は、例えば、佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターのBL12ビームラインで実施できる。 The above-described method of the present invention can be performed, for example, at the BL12 beam line of the Saga Kyushu Synchrotron Light Research Center.

また、本発明に適用できる上記高分子材料としては特に限定されず、従来公知のものが挙げられるが、例えば、1種類以上のジエン系ゴムを含むゴム材料、該ゴム材料と1種類以上の樹脂とが複合された複合材料を好適に使用できる。上記ジエン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(X−IIR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)などの二重結合を有するポリマーが挙げられる。 Further, the polymer material applicable to the present invention is not particularly limited and includes conventionally known materials. For example, a rubber material containing one or more types of diene rubber, the rubber material and one or more types of resins. Can be suitably used. Examples of the diene rubber include natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), butyl rubber (IIR), Examples thereof include polymers having a double bond such as halogenated butyl rubber (X-IIR) and styrene isoprene butadiene rubber (SIBR).

上記樹脂としては特に限定されず、例えば、ゴム工業分野で汎用されているものが挙げられ、例えば、C5系脂肪族石油樹脂、シクロペンタジエン系石油樹脂などの石油樹脂が挙げられる。 The resin is not particularly limited, and examples thereof include those widely used in the rubber industry field, and examples thereof include petroleum resins such as C5 aliphatic petroleum resins and cyclopentadiene petroleum resins.

本発明は、導電性が高い材料でも低い材料でも特に限定されることなく適用可能であり、例えば、上記高分子材料として、ゴム成分と、シリカ、カーボンブラックなどの充填剤とを含むタイヤ用ゴム組成物に好適に適用できる。なお、上記ゴム成分としては、上記ジエン系ゴムなどが挙げられる。カーボンブラック、シリカとしては、特に限定されず、タイヤ分野で汎用されているものを使用できる。 The present invention can be applied to any material having high conductivity or low material without particular limitation. For example, the polymer material includes a rubber component and a rubber for a tire including a filler such as silica and carbon black. It can be suitably applied to the composition. Examples of the rubber component include the diene rubber. Carbon black and silica are not particularly limited, and those commonly used in the tire field can be used.

本発明は任意の導電性を持つ高分子材料に適用可能な方法であるので、上記タイヤ用ゴム組成物において、カーボンブラックの配合量は特に限定されない。特に、金属皮膜により導電性が確保される点から、ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの配合量が50質量部以下のゴム組成物でも適用可能であり、該配合量は、20質量部以下でも適用可能である。 Since the present invention is a method applicable to any conductive polymer material, the amount of carbon black blended in the rubber composition for tires is not particularly limited. In particular, from the viewpoint of ensuring conductivity by a metal film, a rubber composition with a carbon black content of 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component can be applied. Applicable.

また、本発明は導電性の低いシリカ配合ゴムにも適用可能であるため、上記タイヤ用ゴム組成物において、シリカの配合量は特に限定されないが、好ましくは5〜90質量部、より好ましくは10〜60質量部である。 In addition, since the present invention can be applied to a low-conductivity silica-containing rubber, the amount of silica in the tire rubber composition is not particularly limited, but is preferably 5 to 90 parts by mass, and more preferably 10 -60 mass parts.

上記タイヤ用ゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、クレー等の補強用充填剤、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種老化防止剤、オイル、ワックス、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。 In the tire rubber composition, in addition to the above components, compounding agents generally used in the production of rubber compositions, for example, reinforcing fillers such as clay, silane coupling agents, zinc oxide, stearic acid, various Antiaging agents, oils, waxes, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, and the like can be appropriately blended.

タイヤ用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。該ゴム組成物は、タイヤの各部材に使用でき、なかでも、トレッド、サイドウォールなどに好適に使用できる。 The rubber composition for tires is manufactured by a general method. That is, it can be produced by a method of kneading the above components with a Banbury mixer, a kneader, an open roll or the like and then vulcanizing. The rubber composition can be used for each member of a tire, and in particular, can be suitably used for a tread, a sidewall, and the like.

また、本発明は、上記タイヤ用ゴム組成物を用いて通常の方法で作製した空気入りタイヤにも適用できる。空気入りタイヤは、前記成分を配合したタイヤ用ゴム組成物を、未加硫の段階でサイドウォール、トレッドなどの各タイヤ部材の形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成し、該未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより製造できる。 Moreover, this invention is applicable also to the pneumatic tire produced by the normal method using the said rubber composition for tires. A pneumatic tire is a tire molding machine that extrudes a rubber composition for a tire containing the above components in accordance with the shape of each tire member such as a sidewall and a tread at an unvulcanized stage, together with other tire members. It can be manufactured by forming an unvulcanized tire by molding in the usual manner and heating and pressurizing the unvulcanized tire in a vulcanizer.

本発明の方法は、例えば、タイヤ用ゴム組成物、該ゴム組成物を用いたタイヤの各部材からサンプリング作製した試料(高分子材料)に所定膜厚の金属皮膜を形成したサンプルに適用できる。ここで、該試料の厚みは特に限定されないが、好ましくは10nm〜1mm、より好ましくは50nm〜100μmである。 The method of the present invention can be applied to, for example, a tire rubber composition and a sample in which a metal film having a predetermined thickness is formed on a sample (polymer material) prepared by sampling from each member of a tire using the rubber composition. Here, the thickness of the sample is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 1 mm, and more preferably 50 nm to 100 μm.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

〔試験用タイヤの製造〕
(工程1)
表1〜2に示す配合に従って、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を充填率が58%になるように(株)神戸製鋼製の1.7Lバンバリーに充填し、80rpmで140℃に到達するまで混練した。
(工程2)
工程1で得られた混練物に、硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で3分間練り込み、サイドウォール用、トレッド用の各未加硫ゴム組成物(サイドウォール1〜2、トレッド1〜2)を得た。
(工程3)
工程2で得られたサイドウォール1の未加硫ゴム組成物をサイドウォール形状、トレッド1の未加硫ゴム組成物をトレッド形状に成形し、他のタイヤ部材と貼り合わせてタイヤに成形し、160℃で20分間加硫することにより試験用タイヤ1を製造した。また、サイドウォール1の代わりにサイドウォール2、トレッド1の代わりにトレッド2を用いる以外は同様にして試験用タイヤ2を製造した。
[Manufacture of test tires]
(Process 1)
According to the formulation shown in Tables 1-2, materials other than sulfur and a vulcanization accelerator are filled in a 1.7 L Banbury manufactured by Kobe Steel Co., Ltd. so that the filling rate is 58%, and reaches 140 ° C. at 80 rpm. Until kneaded.
(Process 2)
Sulfur and a vulcanization accelerator are added to the kneaded product obtained in Step 1, and kneaded for 3 minutes under the condition of 80 ° C. using an open roll, and each unvulcanized rubber composition for sidewall and tread is used. The thing (sidewall 1-2, tread 1-2) was obtained.
(Process 3)
The unvulcanized rubber composition of the sidewall 1 obtained in step 2 is formed into a sidewall shape, the unvulcanized rubber composition of the tread 1 is formed into a tread shape, and bonded to another tire member to form a tire, A test tire 1 was manufactured by vulcanization at 160 ° C. for 20 minutes. A test tire 2 was produced in the same manner except that the sidewall 2 was used instead of the sidewall 1 and the tread 2 was used instead of the tread 1.

なお、サイドウォール1〜2、トレッド1〜2に用いた材料は以下のとおりである。
(材料)
天然ゴム(NR):TSR20
ブタジエンゴム(BR):宇部興産(株)製BR150B
スチレンブタジエンゴム(SBR):日本ゼオン(株)製Nipol 1502
カーボンブラックN351:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN351(NSA:71m/g)
シリカ:Degussa社製のUltrasil VN3
シランカップリング剤:Degussa社製のSi69(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)
オイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−140
フェニレンジアミン系老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−1,3−ジメチルブチル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース0355
酸化亜鉛:東邦亜鉛(株)製の銀嶺R
ステアリン酸:日本油脂(株)製の椿
粉末硫黄(5%オイル含有):鶴見化学工業(株)製の5%オイル処理粉末硫黄(オイル分5質量%含む可溶性硫黄)
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)
The materials used for the sidewalls 1 and 2 and the treads 1 and 2 are as follows.
(material)
Natural rubber (NR): TSR20
Butadiene rubber (BR): BR150B manufactured by Ube Industries, Ltd.
Styrene butadiene rubber (SBR): Nipol 1502 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.
Carbon Black N351: Show Black N351 (N 2 SA: 71 m 2 / g) manufactured by Cabot Japan
Silica: Ultrasil VN3 from Degussa
Silane coupling agent: Si69 (bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide) manufactured by Degussa
Oil: Process X-140 manufactured by Japan Energy Co., Ltd.
Phenylenediamine-based anti-aging agent: NOCRACK 6C (N-1,3-dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylenediamine) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.
Wax: Ozoace 0355 manufactured by Nippon Seiwa Co., Ltd.
Zinc oxide: Silver candy R made by Toho Zinc Co., Ltd.
Stearic acid: Agate powder sulfur manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd. (containing 5% oil): 5% oil-treated powder sulfur manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd. (soluble sulfur containing 5% by mass of oil)
Vulcanization accelerator: Noxeller CZ (N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.

Figure 0005805043
Figure 0005805043

Figure 0005805043
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〔実施例及び比較例〕
市場走行により劣化させた試験用タイヤ1からサイドウォール1及びトレッド1、劣化させた試験用タイヤ2からサイドウォール2及びトレッド2を、それぞれ2mm×1mm×0.5mm程度サンプリングした後、表3〜4に従って試料表面に抵抗加熱式真空蒸着法でAu蒸着膜を形成し、試験用サンプルを作製した。その後、劣化以外の酸素の影響が現れないように、試料作成後は真空デシケータに保存した。
[Examples and Comparative Examples]
After sampling the test tire 1 that has been deteriorated due to market running, the sidewall 1 and the tread 1, and the deteriorated test tire 2 from the sidewall 2 and the tread 2, about 2 mm × 1 mm × 0.5 mm, respectively, According to 4, an Au vapor deposition film was formed on the sample surface by a resistance heating type vacuum vapor deposition method to prepare a test sample. After that, the sample was stored in a vacuum desiccator so that the influence of oxygen other than deterioration did not appear.

(使用装置)
NEXAFS:佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターのBL12ビームライン付属のNEXAFS測定装置
XPS:Kratos製 AXIS Ultra
(Device used)
NEXAFS: SEX Prefectural Kyushu Synchrotron Light Research Center NEXAFS measurement system attached to BL12 beam line XPS: AXIS Ultra manufactured by Kratos

NEXAFSを使用して、各試料について、以下の劣化率分析の実施により劣化度合(%)を測定した。また、以下の劣化寄与率分析の実施により酸素及びオゾン劣化寄与率(%)を測定した。更に、以下の劣化指標測定の実施により劣化指標(指数)を測定した。
なお、NEXAFSの測定条件は、以下のとおりであった。
輝度:5×1012photons/s/mrad/mm/0.1%bw
光子数:2×10photons/s
Using NEXAFS, the degree of deterioration (%) was measured for each sample by performing the following deterioration rate analysis. Moreover, oxygen and ozone deterioration contribution rate (%) were measured by implementation of the following deterioration contribution rate analysis. Further, the degradation index (index) was measured by carrying out the following degradation index measurement.
The measurement conditions for NEXAFS were as follows.
Luminance: 5 × 10 12 photons / s / mrad 2 / mm 2 /0.1% bw
Number of photons: 2 × 10 9 photons / s

(劣化率分析)
高輝度X線のエネルギーを260〜400eVの範囲で走査し、炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルを得た。このスペクトルにおいて必要な範囲である260〜350eVの範囲をもとに(式1)から規格化定数α、βを算出し、この定数を用いてスペクトルを規格化(補正)した。規格化後のスペクトルを波形分離し、285eV付近のπ遷移に帰属されるピーク面積をもとに(式2)から劣化度合(%)を求めた。
(Deterioration rate analysis)
High energy X-ray energy was scanned in the range of 260 to 400 eV to obtain an X-ray absorption spectrum of the K-shell absorption edge of the carbon atom. Normalization constants α and β were calculated from (Equation 1) based on the necessary range of 260 to 350 eV in this spectrum, and the spectrum was normalized (corrected) using these constants. The normalized spectrum was separated into waveforms, and the degree of deterioration (%) was obtained from (Equation 2) based on the peak area attributed to the π * transition near 285 eV.

(劣化寄与率分析)
高輝度X線のエネルギーを500〜600eVの範囲で走査し、酸素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルを得た。このスペクトルを波形分離し、ピークトップが532〜532.7eVにある低エネルギー側ピークを酸素劣化、532.7〜534eVにある高エネルギー側ピークをオゾン劣化として、(式3)から酸素劣化及びオゾン劣化の寄与率を算出した。
(Deterioration contribution analysis)
High energy X-ray energy was scanned in the range of 500 to 600 eV to obtain an X-ray absorption spectrum of the K-shell absorption edge of oxygen atoms. This spectrum is waveform-separated, and the low energy peak at the peak top of 532 to 532.7 eV is defined as oxygen degradation, and the high energy peak at 532.7 to 534 eV is defined as ozone degradation. The contribution rate of deterioration was calculated.

(劣化指標測定)
前記劣化率分析で得られた劣化後の炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルをもとに(式4)から規格化定数γを求めた。この定数を用いて酸素原子のK殻吸収端の全ピーク面積を補正(規格化)し、(式5)から酸素及びオゾンが高分子材料に結合した量(劣化指標)を求めた。
(Deterioration index measurement)
Based on the X-ray absorption spectrum at the K-shell absorption edge of the deteriorated carbon atom obtained by the deterioration rate analysis, the normalization constant γ was determined from (Equation 4). Using this constant, the total peak area at the K-shell absorption edge of oxygen atoms was corrected (normalized), and the amount of oxygen and ozone bound to the polymer material (degradation index) was determined from (Equation 5).

以上の分析から得られた結果を表3〜4に示した。 The results obtained from the above analysis are shown in Tables 3-4.

Figure 0005805043
Figure 0005805043

Figure 0005805043
Figure 0005805043

Au蒸着膜を形成していない試料、膜厚500ÅのAu蒸着膜を形成した試料では、劣化後の試料のオゾン及び酸素劣化寄与率、劣化度合、劣化指標(指数)をいずれも分析できなかったのに対し、膜厚8ÅのAu蒸着膜を形成した試料を用いた実施例では、NEXAFSを用いることでいずれの分析も可能であった。よって、本発明の評価法の有効性が立証された。 In the sample in which the Au vapor deposition film was not formed and the sample in which the Au vapor deposition film having a thickness of 500 mm was formed, none of ozone and oxygen degradation contribution rate, degradation degree, and degradation index (index) of the degraded sample could be analyzed. On the other hand, in the example using the sample in which the Au vapor deposition film having a thickness of 8 mm was formed, any analysis was possible by using NEXAFS. Therefore, the effectiveness of the evaluation method of the present invention was proved.

Claims (4)

厚み100Å以下の金属皮膜が形成された高分子材料に高輝度X線を照射し、X線のエネルギーを変えながらX線吸収量を測定することにより、高分子の劣化状態を解析する劣化解析方法であって、
前記X線吸収量の測定は、電子収量法を用いたNEXAFS測定により行われる劣化解析方法
A degradation analysis method for analyzing the degradation state of a polymer by irradiating a polymer material having a metal film with a thickness of 100 mm or less with high-intensity X-rays and measuring the X-ray absorption while changing the energy of the X-rays Because
The measurement of the X-ray absorption amount is a deterioration analysis method performed by NEXAFS measurement using an electron yield method .
前記金属皮膜が金属蒸着膜である請求項1記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 1, wherein the metal film is a metal vapor deposition film. 前記高分子材料がタイヤ用ゴム組成物である請求項1又は2記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 1 or 2, wherein the polymer material is a tire rubber composition. 前記タイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの配合量が50質量部以下である請求項3記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 3, wherein the tire rubber composition has a carbon black content of 50 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the rubber component.
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