JP6050174B2 - Degradation analysis method - Google Patents

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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.

イオウ架橋ジエン系ゴムなどの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Swell(膨潤試験)などの物性試験や赤外分光法(FT−IR)などの方法が用いられている。 Generally, methods such as physical property tests such as Swell (swelling test) and infrared spectroscopy (FT-IR) are used to evaluate changes in chemical state due to deterioration of polymer materials such as sulfur-crosslinked diene rubbers. It has been.

Swell試験は、架橋された高分子材料をトルエンなどの低分子量の溶媒で試料を膨潤させ、網目鎖密度を求める方法であり、この方法で劣化前後のゴム分子の切断及び再結合の状態を調べることができるが、全体の変化を見ているため、例えば、イオウ架橋させた高分子材料の高分子とイオウ架橋のいずれの劣化が進行しているのか、という点を判断できない。また、FT−IR法では、劣化によって生成したC=OやOHなどの官能基の検出は可能であるが、S−S結合の感度が低いことから、前記と同様、いずれの劣化か判断できない。 The Swell test is a method in which a crosslinked polymer material is swollen with a low molecular weight solvent such as toluene to obtain a network chain density. By this method, the state of cutting and recombination of rubber molecules before and after deterioration is examined. However, since the entire change is observed, for example, it cannot be determined which deterioration of the polymer of the sulfur-crosslinked polymer material or the sulfur crosslinking is progressing. Moreover, in the FT-IR method, it is possible to detect functional groups such as C═O and OH generated by degradation, but since the sensitivity of SS bond is low, it is not possible to determine which degradation is the same as described above. .

更に、高分子材料の劣化状態を調べる上で、高分子とイオウ架橋のそれぞれの劣化の程度を知ることができれば、従来に比べて有効性の高い耐劣化対策も立てられると考えられるが、上記のような従来法では、高分子及びイオウ架橋の劣化の割合を調べることもできない。 Furthermore, in examining the deterioration state of the polymer material, if it is possible to know the degree of deterioration of each of the polymer and the sulfur bridge, it is considered that a more effective anti-degradation measure can be established compared to the conventional method. In the conventional method as described above, it is not possible to examine the rate of deterioration of the polymer and sulfur crosslinking.

一方、非特許文献1〜3などに、ポリマーのX線吸収スペクトルの測定についての報告がなされているが、X線吸収スペクトルにより劣化要因を分離することはもちろん、X線吸収スペクトルとX線光電子分光法を組み合わせて劣化分析をするという報告はない。 On the other hand, non-patent documents 1 to 3 report on the measurement of the X-ray absorption spectrum of the polymer. Of course, the degradation factor is separated by the X-ray absorption spectrum, but of course the X-ray absorption spectrum and the X-ray photoelectron There is no report of degradation analysis combining spectroscopic methods.

O.Dhez,H.Ade,S.G.Urquhart.J.Electron Spectrosc.Relat.Phenom.,2003,128,85−96O. Dhez, H .; Ade, S .; G. Urquhart. J. et al. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. , 2003, 128, 85-96 Robert J.Klein,Daniel A.Fischer,and Joseph L.Lenhart.Langmuir.,2008,24,8187−8197Robert J. et al. Klein, Daniel A. et al. Fischer, and Joseph L. Lenhart. Langmuir. , 2008, 24, 8187-8197 岡島敏浩、表面科学.,2002 Vol.23,No.6,356−366Toshihiro Okajima, Surface Science. , 2002 Vol. 23, no. 6,356-366

本発明は、前記課題を解決し、イオウ架橋高分子材料の劣化状態について、特に導電性の低いイオウ架橋高分子材料でも高分子劣化とイオウ架橋劣化の劣化割合が求められる劣化解析方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a degradation analysis method that solves the above-mentioned problems and that requires a degradation rate of polymer degradation and sulfur crosslinking degradation even with a sulfur-crosslinked polymer material having low conductivity, particularly regarding the degradation state of the sulfur crosslinked polymer material. For the purpose.

本発明は、厚み100Å以下の金属皮膜が形成されたイオウ架橋高分子材料に、一定エネルギーのX線を照射し、励起・放出された光電子を測定することにより求めたイオウ架橋の劣化状態、及び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求めた高分子の劣化状態から、高分子劣化とイオウ架橋劣化の劣化割合を求める劣化解析方法に関する。 The present invention relates to a sulfur crosslinked state obtained by irradiating a sulfur-crosslinked polymer material having a metal film with a thickness of 100 mm or less with X-rays having a constant energy and measuring excited and emitted photoelectrons, and The present invention relates to a degradation analysis method for obtaining a degradation rate of polymer degradation and sulfur cross-linking degradation from a polymer degradation state obtained by irradiating X-rays and measuring X-ray absorption while changing X-ray energy.

前記一定エネルギーのX線は、2.3keV以上のものであることが好ましい。
前記金属皮膜は、金属蒸着膜であることが好ましい。
The X-ray having a constant energy is preferably 2.3 keV or more.
The metal film is preferably a metal vapor deposition film.

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 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イオウ架橋高分子材料に、一定エネルギーのX線を照射し、励起・放出された光電子を測定することにより求めたイオウ架橋の劣化状態、及び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求めた高分子の劣化状態から、高分子劣化とイオウ架橋劣化の劣化割合を求める劣化解析方法であるので、イオウ架橋された高分子材料の劣化状態について、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をはじめとする導電性が低い材料でも、高分子劣化とイオウ架橋劣化の劣化割合を求めることができる。従って、導電性の有無にかかわらず、種々の材料について、高分子劣化、イオウ架橋劣化のいずれの劣化がより進行しているか判別でき、従来より有効性の高い耐劣化対策を講じることが可能になる。 According to the present invention, a sulfur crosslinked polymer obtained by irradiating a sulfur crosslinked polymer material having a metal film with a thickness of 100 mm or less with X-rays having a constant energy and measuring excited and emitted photoelectrons. This is a degradation analysis method for obtaining the degradation rate of polymer degradation and sulfur crosslinking degradation from the degradation state of the polymer obtained by irradiating X-rays and measuring the X-ray absorption while changing the energy of the X-rays. Therefore, regarding the deterioration state of the sulfur-crosslinked polymer material, polymer deterioration and sulfur cross-linking can be achieved even for materials with low conductivity, such as rubber compositions for tires such as compound rubbers with a small amount of carbon black and silica compound rubbers. The deterioration rate of deterioration can be obtained. Therefore, regardless of the presence or absence of conductivity, it is possible to determine whether the deterioration of polymer degradation or sulfur cross-linking degradation is progressing for various materials, and it is possible to take deterioration resistance measures that are more effective than before. Become.

高分子材料(絶縁物)をXPS、HAX−PESの測定に供して得られる炭素1s軌道におけるX線光電子スペクトル。X-ray photoelectron spectrum in a carbon 1s orbit obtained by subjecting a polymer material (insulator) to measurement of XPS and HAX-PES. 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. 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炭素1s軌道におけるHAX−PESスペクトル。The HAX-PES spectrum in the carbon 1s orbital of the sample which vapor-deposited Au with the thickness of 8 ?, and the sample which has not performed metal vapor deposition. 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硫黄1s軌道におけるHAX−PESスペクトル。HAX-PES spectrum in the sulfur 1s orbit of the sample which vapor-deposited Au with the thickness of 8 ?, and the sample which has not performed metal vapor deposition. 天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドゴムの新品及び熱酸素劣化を1週間実施した試料のS1sにおけるX線光電子スペクトル。X-ray photoelectron spectrum in S1s of a new blend rubber of natural rubber and butadiene rubber and a sample subjected to thermal oxygen degradation for 1 week. 天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドゴムの新品及び熱酸素劣化を1週間実施した試料のS2pにおけるX線光電子スペクトル。X-ray photoelectron spectrum at S2p of a new blend rubber of natural rubber and butadiene rubber and a sample subjected to thermal oxygen deterioration for 1 week. 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(未規格)。X-ray absorption spectra (not specified) of polybutadiene rubbers with different thicknesses deposited with Au. 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).

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イオウ架橋高分子材料に、一定エネルギーのX線を照射し、励起・放出された光電子を測定することにより求めたイオウ架橋の劣化状態、及び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求めた高分子の劣化状態から、高分子劣化とイオウ架橋劣化の劣化割合を求める方法である。 In the degradation analysis method of the present invention, a sulfur-crosslinked polymer material formed with a metal film having a thickness of 100 mm or less is irradiated with X-rays having a constant energy, and excited and emitted photoelectrons are measured to determine the sulfur-crosslinked polymer material. This is a method for determining the deterioration rate of polymer deterioration and sulfur crosslinking deterioration from the deterioration state and the deterioration state of the polymer determined by irradiating X-rays and measuring the X-ray absorption while changing the energy of X-rays. .

加硫ゴムなどのイオウ架橋高分子材料(イオウ架橋させた高分子材料)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、イオウ架橋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、イオウ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。 Known degradation factors for sulfur-crosslinked polymer materials such as vulcanized rubber (sulfur-crosslinked polymer materials) include degradation of polymer molecular chains due to ultraviolet rays, oxygen, ozone, heat, etc., and degradation of sulfur crosslinking. In order to improve the deterioration resistance, it is important to know how the polymer molecular chain and the sulfur cross-linked structure change due to factors.

この点について、本発明の劣化解析方法は、先ず、金属皮膜が形成されたイオウ架橋高分子材料に、一定エネルギーのX線を照射して励起・放出された光電子を測定することにより、イオウ架橋の劣化状態を解析したものであり、例えば、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)などを用いて試料の測定を行い、イオウに帰属されるピーク面積などからイオウ架橋の劣化状態を解析できる。 With respect to this point, the degradation analysis method of the present invention first measures sulfur cross-linked by measuring excited and emitted photoelectrons by irradiating a sulfur cross-linked polymer material on which a metal film is formed with X-rays having a constant energy. For example, the sample is measured using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the sulfur bridge degradation state is determined from the peak area attributed to sulfur. Can be analyzed.

具体的には、通常のAl Kα線(1486.6eV)を用いたXPS法、硬X線光電子分光法(HAX−PES:Hard X−ray Photoemission Spectroscopy)などを用いて測定することが可能であるが、X線光電子分光は、試料にX線を照射し、光電効果により放出された電子を束縛エネルギー毎に分光する手法であるため、電子が供給されないと試料が帯電して正確な測定ができない。試料が導電性物質の場合、グラウンドから電子が供給され、問題はないが、ゴムなどの高分子材料は絶縁物であるので、帯電を防ぐために一般に中和銃を用いて試料に電子が補われている。 Specifically, it can be measured using an XPS method using a normal Al Kα 1 line (1486.6 eV), a hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAX-PES: Hard X-ray Photoluminescence Spectroscopy), and the like. However, X-ray photoelectron spectroscopy is a technique that irradiates a sample with X-rays and separates the electrons emitted by the photoelectric effect for each binding energy. Therefore, if the electrons are not supplied, the sample is charged and accurate measurement is possible. Can not. When the sample is a conductive material, electrons are supplied from the ground, and there is no problem. However, since polymer materials such as rubber are insulators, the neutralization gun is generally used to supplement the sample with electrons to prevent charging. ing.

図1に、ゴムなどの高分子材料(絶縁物)をXPS、HAX−PESの測定に供して得られる炭素1s軌道におけるX線光電子スペクトルを示す。ここに示されているように、HAX−PESは、使用するX線エネルギーが高く、中和銃を用いても帯電を防げないため、得られたスペクトルがXPSの測定で得られたスペクトルよりもブロードになっている。ピークがブロードになれば小さいピークは埋もれてしまい、検出が難しくなるが、イオウ架橋が劣化すると酸化物(SOx)が生成され、その酸化物のピークは小さいことが多い。そのため、例えば、タイヤのサイドウォールの測定では、導電性が良好な配合なら問題はないが、サイドウォールでもカーボンブラック量が少ない低燃費配合の測定に用いる場合や、シリカが配合されているトレッドなど、導電性を確保しにくい材料の測定に用いる場合は、帯電を防げず、イオウ架橋の劣化状態の解析は難しい。 FIG. 1 shows an X-ray photoelectron spectrum in a carbon 1s orbit obtained by subjecting a polymer material (insulator) such as rubber to XPS and HAX-PES measurements. As shown here, HAX-PES uses high X-ray energy and cannot be charged even with the use of a neutralizing gun, so the spectrum obtained is higher than the spectrum obtained by XPS measurement. It is broad. If the peak is broad, the small peak is buried and detection becomes difficult. However, when the sulfur bridge is deteriorated, oxide (SOx) is generated, and the peak of the oxide is often small. Therefore, for example, when measuring the sidewall of a tire, there is no problem if it has a good conductivity. However, when the side wall is used for measurement of a low fuel consumption formulation with a small amount of carbon black, a tread containing silica, etc. When used for measurement of materials that are difficult to ensure conductivity, it is difficult to prevent charging, and it is difficult to analyze the degradation state of sulfur crosslinking.

これに対し、本発明では、予め、イオウ架橋高分子材料に金属蒸着法などを施し、所定厚みの金属皮膜を形成して導電性を高めているため、導電性を確保しにくい材料でも精度の良いX線光電子スペクトルの測定が可能となる。そのため、金属皮膜が形成された新品及び劣化後の高分子材料(試料)に対して、一定エネルギーのX線を照射して励起・放出された光電子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イオウ架橋の劣化状態が求められる。 In contrast, in the present invention, a metal vapor deposition method or the like is applied to the sulfur cross-linked polymer material in advance to form a metal film with a predetermined thickness to increase the conductivity. A good X-ray photoelectron spectrum can be measured. Therefore, compare the spectra obtained by measuring photoelectrons excited and emitted by irradiating X-rays of a certain energy to new and deteriorated polymer materials (samples) on which a metal film is formed. Thus, a deteriorated state of sulfur crosslinking of the polymer material after deterioration is required.

更に本発明では、新品及び劣化後の高分子材料に金属皮膜を形成した試料に対して、それぞれ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で、劣化後の高分子材料の劣化状態を解析する。具体的には、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)手法などを用いて試料の測定を行い、炭素原子のK殻吸収端のX線吸収スペクトルのピーク面積などからポリマー部分の劣化状態を解析できる。 Furthermore, in the present invention, new samples and samples with a metal film formed on a deteriorated polymer material are irradiated with X-rays while changing energy, and the respective spectra obtained by measuring the amount of X-ray absorption are compared. By doing so, the degradation state of the polymer material after degradation is analyzed. Specifically, an X-ray absorption spectrum near the absorption edge of a specific element is measured (NEXAFS (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure) method). The degradation state of the polymer portion can be analyzed from the peak area of the X-ray absorption spectrum at the K-shell absorption edge of the carbon atom.

なお、NEXAFS法を用いると、酸素K殻吸収端付近のX線吸収スペクトルから高分子材料に酸素やオゾンなどが結合した量も解析できるが、この方法では、高分子部分に結合したのか、イオウ架橋部分に結合したのか、を判断できない。そこで、本発明では、金属皮膜で導電性を確保した上で、一定エネルギーのX線を照射して励起・放出された光電子を測定してイオウ架橋の劣化状態を解析するとともに、X線のエネルギーを変えながらX線吸収量を測定して高分子(ポリマー分子鎖)部分の劣化状態も解析したものである。従って、本発明の方法を採用することで、高分子、イオウ架橋のそれぞれの劣化度を測定し、どちらの劣化がより進行しているか、すなわち劣化割合を分析することが可能になる。 When the NEXAFS method is used, the amount of oxygen or ozone bound to the polymer material can be analyzed from the X-ray absorption spectrum near the oxygen K-shell absorption edge. It cannot be determined whether it is bonded to the cross-linked portion. Therefore, in the present invention, after ensuring conductivity with a metal film, the photoelectrons excited and emitted by irradiating X-rays with a constant energy are measured to analyze the deterioration state of the sulfur bridge, and the X-ray energy The amount of X-ray absorption was measured while changing the value, and the deterioration state of the polymer (polymer molecular chain) portion was also analyzed. Therefore, by adopting the method of the present invention, it is possible to measure the degree of deterioration of each of the polymer and the sulfur cross-link and analyze which deterioration is progressing, that is, the deterioration rate.

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、表面の帯電を防止できる。そのため、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、導電性の低い高分子材料でもHAX−PESやNEXAFSの測定が可能になるとともに、金属皮膜の膜厚を100Å以下とし、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。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. As a result, the conductivity of the polymer material (sample) can be increased within a range in which degradation analysis is possible, and surface charging can be prevented. Therefore, it is possible to measure HAX-PES and NEXAFS even with polymer materials with low conductivity, such as rubber compounded with a small amount of carbon black, silica compounded rubber, etc. By suppressing to the minimum, it becomes possible to perform a degradation analysis of the polymer material itself. 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、HAX−PES法は表面〜数10nmの検出が可能であるため、100Åを超えると、測定部分の大半が金属となり、ゴム自体の情報を正確に得ることができなくなる。導電性が確保される限り、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 HAX-PES method can detect the surface to several tens of nanometers, when it exceeds 100 mm, most of the measurement portion becomes metal, and information on the rubber itself cannot be obtained accurately. As long as conductivity is ensured, the lower limit is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, and further preferably 5 mm or more.

金属皮膜を形成する金属としては、例えば、金(Au)を好適に使用できる。また、Au以外の金属も使用できるが、測定への影響を抑制するため、測定するエネルギー領域、具体的には、炭素1s及び硫黄1s付近に束縛エネルギーを持たない金属を使用することが望ましい。 For example, gold (Au) can be suitably used as the metal that forms the metal film. Metals other than Au can also be used, but in order to suppress the influence on the measurement, it is desirable to use a metal having no binding energy in the energy region to be measured, specifically, in the vicinity of carbon 1s and sulfur 1s.

本発明では、厚み100Å以下の金属皮膜が形成されたイオウ架橋高分子材料(以下、金属皮膜形成試料ともいう)に、一定エネルギーのX線を照射し、励起・放出された光電子を測定することにより、イオウ架橋の劣化状態を求める。測定手法としては、前述のXPS(Al Kα線を用いたXPS法、HAX−PES)などを使用できる。なお、図2は、金属皮膜が形成された試料の模式図を示す。 In the present invention, a sulfur-crosslinked polymer material (hereinafter also referred to as a metal film-forming sample) having a metal film having a thickness of 100 mm or less is irradiated with X-rays having a constant energy, and excited and emitted photoelectrons are measured. From the above, the deterioration state of the sulfur bridge is obtained. As a measuring method, the aforementioned XPS (XPS method using Al Kα 1 line, HAX-PES) or the like can be used. FIG. 2 is a schematic diagram of a sample on which a metal film is formed.

試料表面に金属皮膜を形成することでHAX−PESの測定が可能になることを図3〜4を用いて具体的に説明する。 It will be specifically described with reference to FIGS. 3 to 4 that HAX-PES can be measured by forming a metal film on the sample surface.

Auを8Åの厚みで蒸着した試料、金属蒸着(Au蒸着)を施していない試料のそれぞれについて、図3に炭素1s軌道における高分子材料のHAX−PESスペクトル、図4に硫黄1s軌道における高分子材料のHAX−PESスペクトルを示している。図3、図4共に、金属蒸着を施していない試料(高分子材料)は、帯電を防げないため、ピークがブロードになり、酸化物のピークが埋もれて検出できないのに対し、Auを蒸着した試料は、帯電を防げているため、ピークがシャープになり、酸化物のピークの検出が可能になることが示されている。このように、本発明では、金属皮膜が形成されたイオウ架橋高分子材料をHAX−PESなどの測定に供することで、イオウ酸化物などのピークの検出が可能となり、イオウ架橋の劣化状態を解析できる。 FIG. 3 shows the HAX-PES spectrum of the polymer material in the carbon 1s orbital, and FIG. 4 shows the polymer in the sulfur 1s orbital for each of the samples deposited with Au in a thickness of 8 mm and the samples not subjected to metal deposition (Au deposition). 2 shows a HAX-PES spectrum of the material. In both FIG. 3 and FIG. 4, the sample (polymer material) not subjected to metal vapor deposition cannot prevent charging, so the peak becomes broad and the oxide peak is buried and cannot be detected. Since the sample is prevented from being charged, the peak is sharp and it is shown that the peak of the oxide can be detected. As described above, in the present invention, the sulfur-crosslinked polymer material with the metal film formed thereon is subjected to measurement such as HAX-PES, so that it is possible to detect peaks of sulfur oxides and the like, and analyze the deterioration state of sulfur crosslinking. it can.

本発明において、HAX−PES法により、イオウ架橋の劣化状態を測定する手法として、例えば、金属皮膜形成試料に、一定エネルギーのX線を照射することによって励起・放出された光電子を分光し、イオウS1sに対応する光電子強度を測定したX線光電子スペクトルを波形分離し、得られたイオウ酸化物に帰属されるピーク面積を用いて下記(式1)によりイオウ架橋劣化度(%)を求める方法(方法1)が挙げられる。
(式1)
(S1sのイオウ酸化物に帰属されるピーク面積)/(S1sに関係する全ピーク面積)×100=イオウ架橋劣化度(%)
これにより、劣化後のイオウ架橋部分の劣化度(%)が得られ、劣化率を分析できる。
In the present invention, as a technique for measuring the deterioration state of sulfur crosslinking by the HAX-PES method, for example, a photoelectron excited and emitted by irradiating a metal film forming sample with X-rays having a constant energy is dispersed, A method for obtaining a sulfur cross-linking deterioration degree (%) by the following (Equation 1) using the peak area attributed to the obtained sulfur oxide by waveform separation of the X-ray photoelectron spectrum measured for the photoelectron intensity corresponding to S1s ( The method 1) is mentioned.
(Formula 1)
(Peak area attributed to sulfur oxide of S1s) / (total peak area related to S1s) × 100 = sulfur cross-linking deterioration degree (%)
Thereby, the deterioration degree (%) of the sulfur bridge | crosslinking part after deterioration is obtained, and a deterioration rate can be analyzed.

特に、HAX−PES法を使用することで、通常のXPS法では測定できないS1s軌道を測定できるというメリットがある。つまり、通常のXPS法では、S2p軌道のスペクトルを測定することになるが、使用するX線のエネルギーが低いため、検出深さが表面〜数nmとなるのに対し、HAX−PES法では、S1s軌道を測定でき、使用するX線のエネルギーが高いため、検出深さは表面〜数十nmとなる。従って、HAX−PES法によると、特にイオウ架橋高分子材料のバルク(内部)におけるイオウ架橋の劣化解析が可能になる。 In particular, by using the HAX-PES method, there is an advantage that an S1s orbit that cannot be measured by a normal XPS method can be measured. That is, in the normal XPS method, the spectrum of the S2p orbit is measured. However, since the energy of the X-ray used is low, the detection depth is from the surface to several nm, whereas in the HAX-PES method, Since the S1s trajectory can be measured and the energy of X-rays used is high, the detection depth is from the surface to several tens of nm. Therefore, according to the HAX-PES method, it is possible to analyze the deterioration of sulfur crosslinking particularly in the bulk (inside) of the sulfur crosslinked polymer material.

上記方法1において、上記(式1)におけるS1sに対応するイオウの全ピーク面積は、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 Method 1, the total peak area of sulfur corresponding to S1s in (Equation 1) 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.

使用される一定エネルギーのX線のエネルギー範囲は、イオウS1s(イオウの1s軌道)に関係するピークの面積を測定できるという点から、好ましくは2.3keV以上、より好ましくは4〜10keVである。 The energy range of the constant energy X-ray used is preferably 2.3 keV or more, more preferably 4 to 10 keV, from the viewpoint that the peak area related to sulfur S1s (sulfur 1s orbit) can be measured.

上記方法1について、NRとBRのブレンドゴムの新品、熱酸素劣化を1週間実施した試料(共に、金属皮膜形成試料)を用いた例を用いて具体的に説明する。
これらの試料のS1s(イオウの1s軌道)におけるX線光電子スペクトルの測定結果を図5に示す。図5のように、劣化した試料では、S−S結合に対応するピークが減少し、イオウ酸化物(SOx)に対応するピークが増加することがわかる。従って、劣化品のS1sにおけるX線光電子スペクトルを、S−S結合、SOxの各ピークに波形分離し、SOxに帰属されるピーク面積とイオウに関係する全ピーク面積を上記(式1)に適用することでイオウ架橋劣化度(%)が求められる。
The above method 1 will be specifically described using an example of using a new NR and BR blend rubber and a sample subjected to thermal oxygen degradation for one week (both are metal film forming samples).
The measurement result of the X-ray photoelectron spectrum in S1s (1s orbit of sulfur) of these samples is shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the deteriorated sample, the peak corresponding to the S—S bond decreases, and the peak corresponding to the sulfur oxide (SOx) increases. Therefore, the X-ray photoelectron spectrum of degraded S1s is separated into S—S bond and SOx peaks, and the peak area attributed to SOx and the total peak area related to sulfur are applied to the above (formula 1). By doing so, the sulfur crosslinking deterioration degree (%) is required.

ここで、イオウ酸化物(SOx)のピークは価数の異なる複数のピークが重なっていると考えられるが、原理的に考えると、図5のように、大きくS−Sに帰属されるピークとSOxに帰属されるピークに分離することが可能である。 Here, although the peak of sulfur oxide (SOx) is considered to be a plurality of peaks having different valences, in principle, as shown in FIG. It is possible to separate into peaks attributed to SOx.

なお、上記方法1では、上記(式1)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イオウ架橋劣化度を求めることができる。 In the above method 1, the sulfur crosslinking deterioration degree can be obtained in the same manner even when the peak intensity is used instead of the peak area in the above (formula 1).

また、本発明において、XPS法により、イオウ架橋の劣化状態を測定する具体的な手法として、金属皮膜形成試料に、一定エネルギーのX線を照射することによって励起・放出された光電子を分光し、イオウS2pに対応する光電子強度を測定したX線光電子スペクトルを波形分離し、得られたイオウ酸化物に帰属されるピーク面積を用いて下記(式2)によりイオウ架橋劣化度(%)を求める方法(方法2)も挙げられる。
(式2)
(S2pのイオウ酸化物に帰属されるピーク面積)/(S2pに関係する全ピーク面積)×100=イオウ架橋劣化度(%)
これにより、劣化後のイオウ架橋部分の劣化度(%)が得られ、劣化率を分析できる。
Further, in the present invention, as a specific method for measuring the degradation state of sulfur crosslinking by XPS method, photoelectrons excited and emitted by irradiating a metal film forming sample with X-rays having a constant energy are dispersed, A method for obtaining the degree of sulfur cross-linking degradation (%) by the following (Equation 2) using the peak area attributed to the obtained sulfur oxide by waveform separation of the X-ray photoelectron spectrum measured for the photoelectron intensity corresponding to sulfur S2p (Method 2) is also mentioned.
(Formula 2)
(Peak area attributed to sulfur oxide of S2p) / (Total peak area related to S2p) × 100 = Deterioration degree of sulfur crosslinking (%)
Thereby, the deterioration degree (%) of the sulfur bridge | crosslinking part after deterioration is obtained, and a deterioration rate can be analyzed.

上記方法2において、上記(式2)におけるS2pに関係する全ピーク面積は、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 Method 2, the total peak area related to S2p in (Expression 2) above 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.

上記方法2において、使用される一定エネルギーのX線のエネルギー範囲は、S2p(イオウ2p軌道)に関係するピークの面積を測定できるという点から、好ましくは、150〜200eV、より好ましくは155〜180eVである。 In the above method 2, the energy range of the constant energy X-ray used is preferably 150 to 200 eV, more preferably 155 to 180 eV, in that the area of the peak related to S2p (sulfur 2p orbit) can be measured. It is.

上記方法2について、NRとBRのブレンドゴムの新品、熱酸素劣化を1週間実施した試料(共に、金属皮膜形成試料)を用いた例を用いて具体的に説明する。
これらの試料のS2p(イオウの2p軌道)におけるX線光電子スペクトルの測定結果を図6に示す。図6のように、劣化した試料では、S−S結合に対応するピークが減少し、イオウ酸化物(SOx)に対応するピークが増加することがわかる。従って、劣化品のS2pにおけるX線光電子スペクトルを、S−S結合、SOxの各ピークに波形分離し、SOxに帰属されるピーク面積とS2pに関係する全ピーク面積を上記(式2)に適用することでイオウ架橋劣化度(%)が求められる。
The method 2 will be specifically described using an example of using a new blend rubber of NR and BR and a sample (both metal film forming samples) subjected to thermal oxygen deterioration for one week.
The measurement result of the X-ray photoelectron spectrum in S2p (2p orbit of sulfur) of these samples is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the deteriorated sample, the peak corresponding to the S—S bond decreases and the peak corresponding to the sulfur oxide (SOx) increases. Therefore, the X-ray photoelectron spectrum at S2p of the deteriorated product is waveform-separated into S—S bond and SOx peaks, and the peak area attributed to SOx and the total peak area related to S2p are applied to the above (Formula 2). By doing so, the sulfur crosslinking deterioration degree (%) is required.

ここで、S2p軌道はスピン軌道分裂のため、1つの帰属に付き2つのピークが出現し、また、イオウ酸化物(SOx)のピークは価数の異なる複数のピークが重なっていると考えられるが、原理的に考えると、図6のように、大きくS−Sに帰属されるピークとSOxに帰属されるピークに分離することが可能である。 Here, since the S2p orbital is spin orbital splitting, two peaks appear for one assignment, and the peak of sulfur oxide (SOx) is considered to be overlapped with a plurality of peaks having different valences. Considering in principle, as shown in FIG. 6, it is possible to largely separate the peak attributed to SS and the peak attributed to SOx.

なお、上記方法2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イオウ架橋劣化度を求めることができる。 In the above method 2, the sulfur bridge deterioration degree can be obtained in the same manner even when the peak intensity is used instead of the peak area in the above (formula 2).

また、上記方法1、2では、酸素劣化品について説明しているが、オゾン劣化品、オゾンと酸素の両方で劣化した劣化品でも同様の手法で解析でき、イオウ架橋の劣化度を求めることが可能である。 In addition, in the above methods 1 and 2, oxygen-degraded products are described, but ozone-degraded products and degraded products degraded by both ozone and oxygen can be analyzed by the same method, and the degree of deterioration of sulfur crosslinking can be obtained. Is possible.

前述の本発明におけるイオウ架橋の劣化状態は、例えば、SPring−8 BL46XUビームライン付属のHAX−PES装置、Kratos製 AXIS Ultraなどの通常のXPS装置を用いて解析できる。 The deterioration state of the sulfur bridge in the present invention described above can be analyzed using, for example, a normal XPS apparatus such as the HAX-PES apparatus attached to the SPring-8 BL46XU beam line or AXIS Ultra manufactured by Kratos.

更に本発明では、金属皮膜形成試料に、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求める。測定手法としては、NEXAFS法などを使用できる。 Furthermore, in the present invention, the degradation state of the polymer is determined by irradiating the metal film-formed sample with X-rays and measuring the X-ray absorption while changing the energy of the X-rays. As a measuring method, a NEXAFS method or the like can be used.

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 X-ray is preferably 10 10 or more, more preferably 10 12 or more. Further, the number of photons (photons / s) of the 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 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 deterioration state analysis in the target polymer 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。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 0006050174
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. 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 0006050174

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7〜8を用いて具体的に説明する。 Here, the fact that X-ray absorption can be measured by forming a metal film on the surface of the sample, and that the film thickness of the metal film affects the deterioration analysis of the sample will be specifically described with reference to FIGS. explain.

図7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. 7 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(270〜320eV)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。 As a metal to vapor-deposit, the metal which does not have X-ray absorption in the energy range to measure is preferable. For example, when measuring in the vicinity of the carbon K absorption edge (270 to 320 eV), gold (Au) having no absorption in this energy region can be suitably used.

図8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. 8 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8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 in FIG. 8 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, whereas in the sample in which the Au vapor-deposited film having a thickness of 20 mm is formed, the shape is slightly 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、金属皮膜形成試料の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 to measure and analyze the X-ray absorption spectrum of the metal film formation sample, the degree of deterioration (%), the contribution rate of oxygen deterioration and ozone deterioration (%), and the combination of oxygen and ozone Can be analyzed. Each will be described below.

本発明において、高分子の劣化状態を測定する具体的な手法として、例えば、金属皮膜形成試料に対して、上記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3)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4)により高分子劣化度(%)を求める方法が挙げられる。
(式3)
[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4)
[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=高分子劣化度(%)
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。
In the present invention, as a specific method for measuring the degradation state of the polymer, for example, for the metal film-formed sample, the X-ray energy is required to be K-shell absorption edge of carbon atoms in the range of 260 to 400 eV. Based on the X-ray absorption spectrum obtained by scanning the range, normalization constants α and β are calculated by the following (Equation 3), and K-shell absorption of carbon atoms corrected using the normalization constants α and β: There is a method in which the X-ray absorption spectrum at the end is waveform-separated, and the polymer degradation degree (%) is obtained by the following (Equation 4) using the peak area attributed to the π * transition in the vicinity of 285 eV.
(Formula 3)
[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 4)
[1-[(Peak area of π * after degradation) × β] / [(Peak area of π * before degradation) × α]] × 100 = Polymer degradation degree (%)
Thereby, the deterioration degree (%) of the polymer after deterioration is obtained, and the deterioration rate can be analyzed. Here, in the method for obtaining the degree of deterioration, it is preferable that the energy of the 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 3).

上記高分子の劣化度合を求める方法において、上記(式3)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を変えることができる。 In the method for determining the degree of deterioration of the polymer, the total area of the X-ray absorption spectrum in (Equation 3) 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.

上記高分子の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9に示す。図9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 of the polymer 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.
FIG. 9 shows 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 a new product, an ozone-degraded sample, and an oxygen-degraded sample. As shown in FIG. 9, in the deteriorated sample, the peak of π * near 285 eV is smaller than that of the 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3)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3)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 the deterioration, the above (Equation 3) is used to normalize the peak area of the K-shell absorption edge of the carbon atom to 1. That is, first, normalization constants α and β are calculated based on (Expression 3) 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10に示す。規格化したスペクトルから劣化度合を上記(式4)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 4). 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、上記高分子の劣化度合を求める方法では、上記(式4)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。 In the method for obtaining the degree of deterioration of the polymer, the degree of deterioration can be obtained in the same manner even when the peak intensity is used in place of the peak area in (Equation 4).

前述の高分子の劣化状態を測定する方法は、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 for measuring the degradation state of the polymer can be carried out, for example, at the BL12 beam line of the Saga Kyushu Synchrotron Light Research Center.

更に本発明の劣化解析方法では、例えば、下記(式5)によって高分子劣化とイオウ架橋劣化の寄与率を算出することができる。
(式5)
[高分子劣化度(%)]/[イオウ架橋劣化度(%)]=高分子劣化とイオウ架橋劣化の寄与率
Furthermore, in the deterioration analysis method of the present invention, for example, the contribution ratio of polymer deterioration and sulfur cross-linking deterioration can be calculated by the following (formula 5).
(Formula 5)
[Polymer degradation degree (%)] / [Sulfur crosslinking degradation degree (%)] = Contribution rate of polymer degradation and sulfur crosslinking degradation

つまり、前述の高分子劣化度を求める方法やイオウ架橋劣化度を求める方法などを用いて高分子とイオウ架橋のそれぞれの劣化度を示す高分子劣化度(%)とイオウ架橋劣化度(%)の比(割合)を求めることにより、いずれの劣化がより進行しているか判別できる。具体的には、上記(式5)において、高分子劣化とイオウ架橋劣化の寄与率>1の場合は高分子劣化の進行の方が大きく、高分子劣化とイオウ架橋劣化の寄与率<1の場合はイオウ架橋劣化の進行の方が大きい、と判断できる。そのため、本発明の方法を採用することにより、従来よりも有効性の高い耐劣化対策が立てられる。 In other words, the degree of polymer degradation (%) and the degree of sulfur crosslinking degradation (%), which indicate the degree of degradation of each polymer and sulfur crosslinking, using the method for obtaining the degree of polymer degradation or the method for obtaining the degree of sulfur crosslinking degradation as described above. By determining the ratio (ratio), it is possible to determine which deterioration is progressing more. Specifically, in the above (Equation 5), when the contribution ratio of polymer degradation and sulfur cross-linking degradation> 1, the progress of polymer degradation is larger, and the contribution ratio of polymer degradation and sulfur cross-linking degradation <1. In this case, it can be judged that the progress of sulfur cross-linking degradation is larger. Therefore, by adopting the method of the present invention, anti-deterioration measures that are more effective than conventional methods can be established.

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種類以上の樹脂とを複合してイオウ架橋させ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。 The polymer material applicable to the present invention is not particularly limited and includes conventionally known polymer materials. For example, a rubber material containing one or more types of diene rubber, the rubber material and one or more types of resins are used. A composite material which is combined and sulfur-crosslinked 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、高導電性、低導電性のいずれの高分子材料に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 high-conductivity or low-conductivity polymer material without any particular limitation. For example, as the polymer material, a rubber component and a filler such as silica or carbon black can be used. It can apply suitably for the rubber composition for tires containing these. 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.

本発明は高導電性、低導電性のいずれの高分子材料にも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 both high-conductivity and low-conductivity polymer materials, the amount of carbon black compounded in the tire rubber composition 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.

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。 Since the present invention can also be applied to silica-containing rubber having low conductivity, the amount of silica is not particularly limited in the above rubber composition for tires, but is preferably 5 to 90 parts by mass, more preferably 10 to 60 parts. Part by mass.

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.

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。 The present invention can also be applied to a pneumatic tire manufactured by a normal method using the above rubber composition for a tire. 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 (polymer material) sampled and prepared from each member of a tire using the rubber composition, and a metal film having a predetermined film thickness is formed. 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:日油(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: Koji powder sulfur manufactured by NOF Corporation (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 0006050174
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Figure 0006050174
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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
HAX−PES:SPring−8 BL46XUビームライン付属のHAX−PES装置
(Device used)
NEXAFS: SEX Prefectural Kyushu Synchrotron Light Research Center NEXAFS measuring device attached to BL12 beam line HAX-PES: SPring-8 HAX-PES device attached to BL46XU beam line

NEXAFSを使用して、劣化前後の各試料について、以下の分析の実施により高分子劣化度(%)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 polymer degradation (%) was measured by performing the following analysis for each sample before and after degradation.
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

(高分子劣化度分析)
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3)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4)から高分子劣化度(%)を求めた。
(Polymer degradation analysis)
The 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 3) 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 polymer degradation (%) was determined from (Equation 4) based on the peak area attributed to the π * transition near 285 eV.

HAX−PESを使用して、劣化後の各試料について、以下の分析によりイオウ架橋劣化度(%)を測定した。
なお、HAX−PESの測定条件は、以下のとおりであった。
測定光源:高輝度X線
照射X線のエネルギー:8keV
測定出力:1013photon/s
測定元素及び軌道:S1s
束縛エネルギー:2472eV
Using HAX-PES, the degree of sulfur crosslinking deterioration (%) was measured by the following analysis for each sample after deterioration.
The measurement conditions for HAX-PES were as follows.
Measurement light source: High-intensity X-ray irradiation X-ray energy: 8 keV
Measurement output: 10 13 photon / s
Measuring element and orbit: S1s
Binding energy: 2472 eV

(イオウ架橋劣化度分析)
上記の一定エネルギーのX線を照射することによって励起・放出された光電子を分光し、イオウS1sに対応する光電子強度を測定したX線光電子スペクトルを得た。このスペクトルの2465〜2480eVの範囲について、2470eV付近のS−S結合、2472eV付近のSOxに対応するピークにそれぞれ波形分離し、得られたイオウ酸化物に帰属されるピーク面積と2465〜2480eVの範囲のイオウの全ピーク面積を用いて(式1)からイオウ架橋劣化度(%)を求めた。
(Sulfur crosslinking degradation analysis)
The photoelectrons excited and emitted by irradiating the above-mentioned X-rays having a constant energy were dispersed to obtain an X-ray photoelectron spectrum in which the photoelectron intensity corresponding to the sulfur S1s was measured. In the range of 2465 to 2480 eV of this spectrum, the waveform is separated into peaks corresponding to S—S bonds near 2470 eV and SOx near 2472 eV, and the peak area attributed to the obtained sulfur oxide and the range of 2465 to 2480 eV The degree of sulfur cross-linking degradation (%) was determined from (Equation 1) using the total peak area of sulfur.

(高分子劣化とイオウ架橋劣化の寄与率分析)
上記の高分子劣化度分析、イオウ架橋劣化度分析で求められた高分子劣化度、イオウ架橋劣化度の値を(式5)に適用して、高分子劣化とイオウ架橋劣化の寄与率を算出した。
(Contribution analysis of polymer degradation and sulfur crosslinking degradation)
Calculate the contribution ratio of polymer degradation and sulfur cross-linking degradation by applying the values of polymer degradation and sulfur cross-linking degradation obtained in the above polymer degradation analysis and sulfur cross-linking degradation analysis to (Equation 5). did.

以上の高分子劣化度分析、イオウ架橋劣化度分析、寄与率分析で得られた結果を表3〜4に示した。 Tables 3 to 4 show the results obtained by the above polymer degradation analysis, sulfur crosslinking degradation analysis, and contribution analysis.

Figure 0006050174
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Figure 0006050174
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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、劣化後の試料の高分子劣化度、イオウ架橋劣化度、これらの寄与率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とHAX−PES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, it was not possible to analyze the degree of polymer degradation, the degree of sulfur cross-linking degradation, and the contribution ratio of these samples after degradation. 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 and HAX-PES. Therefore, the effectiveness of the evaluation method of the present invention was proved.

Claims (5)

厚み100Å以下の金属皮膜が形成されたイオウ架橋高分子材料に、一定エネルギーのX線を照射し、励起・放出された光電子を測定することにより求めたイオウ架橋の劣化状態、及び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求めた高分子の劣化状態から、高分子劣化とイオウ架橋劣化の劣化割合を求める劣化解析方法。 Sulfur crosslinked polymer material with a metal film with a thickness of 100 mm or less is irradiated with X-rays of a certain energy, and the sulfur bridge degradation state and X-rays obtained by measuring excited and emitted photoelectrons are irradiated. A degradation analysis method for obtaining a degradation rate of polymer degradation and sulfur crosslinking degradation from a polymer degradation state obtained by measuring X-ray absorption while changing X-ray energy. 前記一定エネルギーのX線が2.3keV以上のものである請求項1記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 1, wherein the X-ray having the constant energy is 2.3 keV or more. 前記金属皮膜が金属蒸着膜である請求項1又は2記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 1, 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1〜3のいずれかに記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 1, 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4記載の劣化解析方法。 The deterioration analysis method according to claim 4, 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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