JP6745278B2 - ゴム系組成物改質剤、及び該改質剤を添加したゴム組成物の加硫物並びに成形品 - Google Patents

ゴム系組成物改質剤、及び該改質剤を添加したゴム組成物の加硫物並びに成形品 Download PDF

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Description

本発明は、ゴム系組成物改質剤、及び該改質剤を添加したゴム組成物の加硫物並びに成形品に関する。
クロロプレンゴムは、機械特性及び難燃性に優れており、工業用ゴム部品の材料として広く使用されている。また、近年、工業用ゴム部品に要求される性能が著しく高まっており、前述した機械特性及び難燃性等に加えて、優れた耐熱性、耐オゾン性も求められている。
一方、クロロプレンゴムは、加硫後にもポリマー主鎖に二重結合が残るため、ポリメチレンタイプの飽和主鎖をもつゴム材料に比べて、耐熱性、耐オゾン性が低いという欠点がある。このため、従来、この耐熱性と耐オゾン性に関する欠点を解消するため、種々の検討がなされている(特許文献1〜7参照)。例えば、特許文献1〜3に記載のクロロプレンゴム組成物では、クロロプレン系重合体に水素を導入した水素化クロロプレン系重合体を用いることで、耐熱性と耐オゾン性の改善を図っている。
また、特許文献4〜6に記載のゴム組成物は、クロロプレンゴムに、結晶格子内の層平面のC軸方向の平均積み重なり高さLCが2nm以上のカーボンブラックと亜鉛末、又はこれらと併せて特定の可塑剤を配合することで、加硫物の耐熱性改善を図っている。一方、特許文献7に記載のクロロプレンゴム組成物では、クロロプレンゴムに異種エラストマー成分をブレンドして、特定の亜鉛末と酸化マグネシウムを特定量配合して、加硫物の耐熱性改善を図っている。
特開2001−343091号公報 特開2001−343072号公報 特開2001−343049号公報 特開平11−323020号公報 特開2001−131341号公報 特開2005−60581号公報 特許第5412010号公報
しかしながら、前述した特許文献1〜7に記載されている従来のゴム組成物は、特殊なクロロプレンゴム構造を導入するため汎用性が乏しいか、あるいはクロロプレンゴム材料の耐熱性と耐オゾン性を同時に改良する技術ではない。一方、近年、職場の労働環境面から、粉末状の添加剤の飛散防止が要求されており、マスターバッチ化された改質剤の適用が所望されている。
そこで、本発明は、耐熱性、耐オゾン性に優れた加硫物を供するゴム系組成物改質剤、及び該改質剤を添加したゴム組成物の加硫物並びに成形品を提供することを主目的とする。
本発明に係るゴム系組成物改質剤は、クロロプレンゴムと、エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種からなる混合ゴム成分100質量部に対して、酸化マグネシウム10〜60質量部、軟化剤3〜30質量部、及びアセチレンブラック30〜120質量部とを含有する。但し、前記混合ゴム成分は、JIS K6300に規定される方法により測定した100℃のムーニー粘度が60〜180であり、前記酸化マグネシウムは、JIS Z8830に規定される1点法により測定したBET比表面積が20〜150m/gであり、前記軟化剤は、脂肪酸エステル系可塑剤と、エステル結合若しくはヒドロキシル基又はその両方を構造の一部に有する炭素数が10〜24の不飽和脂肪酸からなり、前記アセチレンブラックは、JIS K6217−2に規定される方法により測定した窒素吸着比表面積(NSA)が50〜160m/gである。
また、前記クロロプレンゴムとしては、例えば、メルカプタン変性クロロプレンゴム又はキサントゲン変性クロロプレンゴムを用いる事ができる。
一方、このゴム系組成物改質剤では、芳香族アミン系老化防止剤、ヒンダードフェノール系老化防止剤及び亜リン酸系老化防止剤から選択される少なくとも1種の老化防止剤を、前記混合ゴム成分100質量部あたり、合計で10〜80質量部含有していてもよい。
更に、イミダゾール系老化防止剤を、前記混合ゴム成分100質量部あたり5〜30質量部含有させてもよい。
加えて、前記混合ゴム成分100質量部あたり、酸化マグネシウム、軟化剤、アセチレンブラック、老化防止剤の合計量が100〜300質量部とすることもできる。
本発明に係る加硫物は、前述したゴム系組成物改質剤をクロロプレンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム等からなるゴム組成物とブレンドし、成形・加硫したものである。
また、本発明に係る成形品は、前述した加硫物からなるものである。
本発明によれば、ゴム系組成物改質剤は、特定の混合ゴム成分と、特定の酸化マグネシウム及び特定の軟化剤並びにアセチレンブラックを、特定量含有しているため、該ゴム系組成物改質剤をブレンドしたゴム組成物の加硫物は、耐熱性や耐オゾン性が大幅に向上する。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態に係るゴム系組成物改質剤について詳細に説明する。本実施形態のゴム系組成物改質剤は、ゴム成分がクロロプレンゴムとエチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種とからなる混合ゴムであり、特定の酸化マグネシウムと特定の軟化剤並びにアセチレンブラックを含有している。また、本実施形態のゴム系組成物改質剤には、前述した各成分に加えて、老化防止剤、カーボンブラック、軟化剤及び充填剤等を配合することもできる。
[クロロプレンゴム]
混合ゴム成分を構成するクロロプレンゴムは、クロロプレンを主成分とする原料単量体を重合した後、必要に応じて洗浄や乾燥を行うことにより得られ、重合反応の生成物であるクロロプレン単独重合体又はクロロプレンと他の単量体との共重合体の他に、重合時に添加された乳化剤、分散剤、触媒、触媒活性化剤、連鎖移動剤及び重合禁止剤等が含まれている場合がある。
クロロプレンと共重合可能な単量体としては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル及びメタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル及びアクリル酸2−エチルヘキシル等のアクリル酸エステル類、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート及び2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシ(メタ)アクリレート類、並びに2,3−ジクロロ−1,3−ブタジエン、1−クロロ−1,3−ブタジエン、ブタジエン、イソプレン、エチレン、スチレン及びアクリロニトリル等が挙げられる。
なお、クロロプレンと共重合する単量体は、1種類に限定されるものではなく、例えばクロロプレンを含む3種以上の単量体を共重合したものを使用することもできる。また、クロロプレン重合体のポリマー構造も、特に限定されるものではない。
一方、クロロプレンゴムは、硫黄変性クロロプレンゴムと非硫黄変性クロロプレンゴムに大別され、非硫黄変性のものは、分子量調整剤の種類によって、更に、メルカプタン変性クロロプレンゴムとキサントゲン変性クロロプレンゴムとに分類される。硫黄変性クロロプレンゴムは、クロロプレンを主成分とする原料単量体と硫黄を共重合し、得られた共重合体をチウラムジスルフィドで可塑化して、所定のムーニー粘度に調整したものである。
一方、メルカプタン変性クロロプレンゴムは、分子量調整剤に、n−ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン及びオクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類を使用することにより得られる。また、キサントゲン変性クロロプレンゴムは、分子量調整剤に、アルキルキサントゲン化合物を使用することにより得られる。そして、本実施形態のゴム組成物に配合されるクロロプレンゴムは、前述した各種クロロプレンゴムのいずれでもよいが、特にメルカプタン変性クロロプレンゴムやキサントゲン変性クロロプレンゴム等の非硫黄変性クロロプレンゴムが好適である。
更に、クロロプレンゴムは、その結晶化速度に基づいて、例えば、結晶化速度が遅いタイプ、結晶化速度が中庸であるタイプ及び結晶化速度が速いタイプ等に分類することもできる。そして、本実施形態のゴム組成物は、前述した各タイプのクロロプレンゴムのいずれを用いてもよく、用途等に応じて適宜選択して使用することができる。
クロロプレンゴムを製造する方法は、特に限定するものではないが、原料単量体を、乳化剤、重合開始剤及び分子量調整剤等の存在下で、一般に用いられる乳化重合法により重合させればよい。その際、乳化剤には、例えば炭素数が6〜22の飽和又は不飽和の脂肪族のアルカリ金属塩、ロジン酸又は不均化ロジン酸のアルカリ金属塩及びβ−ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物のアルカリ金属塩等、一般にクロロプレンの乳化重合に使用される乳化剤を用いることができる。
また、重合開始剤は、例えば過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過酸化水素及びtert−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物類のように、一般にクロロプレンの乳化重合に使用される公知の重合開始剤を用いることができる。
なお、乳化重合する際の重合温度は、特に限定されるものではないが、生産性及び重合安定性の観点から、0〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。また、単量体の最終転化率も、特に限定されるものはないが、生産性の観点から、60〜90%の範囲とすることが好ましい。
そして、最終転化率が所定の範囲に達した時点で、重合液に重合禁止剤を少量添加して重合反応を停止させるが、その際、重合禁止剤としては、例えば、4−tert−ブチルカテコール、2,2−メチレンビス−4−メチル−6−tert−ブチルフェノール、チオジフェニルアミン等、通常用いられるものを用いることができる。また、重合反応後は、例えば、スチームストリッピング法等によって未反応の単量体を除去した後、ラテックスのpHを調整し、常法の凍結凝固、水洗及び熱風乾燥等の方法により、重合体を単離することができる。
[エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体]
本実施形態のゴム系組成物改質剤は、エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種以上が配合される。これにより、ゴム系組成物改質剤の耐熱性や耐オゾン性を更に向上させることができる。なお、これらのエチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体は、単独で使用してもよく、複数を組み合わせ使用してもよい。
ここで、エチレン・α−オレフィン共重合体及びエチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体におけるα−オレフィンは、特に限定されるものではないが、加工性の観点から、炭素数が3〜20のα−オレフィンが好ましい。炭素数が3〜20のα−オレフィンとしては、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン及び1−デセン等が挙げられる。
そして、これらのα−オレフィンの中でも、加工性と耐熱性の物性のバランスの観点から、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン及び1−オクテンが好ましく、特にプロピレンが好ましい。なお、エチレン・α−オレフィン共重合体及びエチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体を構成するα−オレフィンは、1種には限定されず、2種以上のα−オレフィンが共重合されていてもよい。
また、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体を構成する非共役ポリエンとしては、例えば、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、5−プロピリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン、2,5−ノルボルナジエン、1,4−シクロヘキサジエン、1,4−シクロオクタジエン及び1,5−シクロオクタジエン等の環状ポリエン、1,4−ヘキサジエン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,5−ヘプタジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエン、6−メチル−1,6−オクタジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、5,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、7−メチル−1,7−ノナジエン、8−メチル−1,7−ノナジエン、8−メチル−1,8−デカジエン、9−メチル−1,8−デカジエン、4−エチリデン−1,6−オクタジエン、7−メチル−4−エチリデン−1,6−オクタジエン、7−メチル−4−エチリデン−1,6−ノナジエン、7−エチル−4−エチリデン−1,6−ノナジエン、6,7−ジメチル−4−エチリデン−1,6−オクタジエン及び6,7−ジメチル−4−エチリデン−1,6−ノナジエン等の炭素数が6〜15の内部不飽和結合を有する鎖状ポリエン、並びに1,5−ヘキサジエン、1,6−ヘプタジエン、1,7−オクタジエン、1,8−ノナジエン、1,9−デカジエン、1,10−ウンデカジエン、1,11−ドデカジエン、1,12−トリデカジエン及び1,13−テトラデカジエン等のα,ω−ジエンが挙げられる。
そして、これらの非共役ポリエンの中でも、架橋効率の観点から、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、5−ビニル−2−ノルボルネン、7−メチル−1,6−オクタジエン及び5−メチル−1,4−ヘキサジエンが好ましく、5−エチリデン−2−ノルボルネンが特に好ましい。なお、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体を構成する非共役ポリエンは、1種には限定されず、2種以上の非共役ポリエンが共重合されていてもよい。
前述したエチレン・α−オレフィン共重合体やエチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体は、気相重合法、溶液重合法及びスラリー重合法等の従来公知の方法により、エチレンとα−オレフィンや非共役ポリエンを共重合させることで製造することができる。
本実施形態のゴム系組成物改質剤において、クロロプレンゴムと、エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種からなる混合ゴム成分は、JIS K6300に規定される方法により測定した100℃のムーニー粘度で規定される。該ムーニー粘度が60以上でないと、ゴム系組成物改質剤の粘度が低くロール加工性に支障をきたすとともに、配合剤の分散不良となり、また、ムーニー粘度が180を超えると、ゴム系組成物改質剤の粘度が高くなり加工性不良や焼けを生じる可能性がある。よって、本実施形態のゴム系組成物改質剤においては、該混合ゴム成分のムーニー粘度が60〜180の範囲である。
また、本実施形態のゴム系組成物改質剤において、クロロプレンゴムと、エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種からなる混合ゴム成分中のクロロプレンゴムの配合割合に制限はないが、該ゴム系組成物改質剤をブレンドするゴム組成物との相容性及び耐熱性並びに耐オゾンとのバランスを考慮し、10〜70wt%の範囲である事が望ましい。
なお、クロロプレンゴムと、エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種からなる混合ゴム成分の混合方法は、特に限定されるものではなく、ロール、バンバリーミキサー及び押出機等を用いて混合すればよい。
[酸化マグネシウム]
酸化マグネシウムは、上記混合ゴム成分と後述する軟化剤及びアセチレンブラックとの相乗効果により、ゴム系組成物改質剤の耐熱性を向上させる効果が得られ、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性を向上させる効果が得られる。ただし、酸化マグネシウムのBET比表面積が20m/g未満の場合、ゴム系組成物改質剤の安定性が低下することがある。また、BET比表面積が150m/gを超える酸化マグネシウムを使用すると、耐熱性向上の効果が低下する。
なお、前述したBET比表面積は、JIS Z8830に規定される1点法により測定された値である。BET法とは、粉体粒子の表面上に占有面積の分かった分子(通常、Nガス)を吸着させ、その吸着量から試料粉体の比表面積を求める方法である。この方法で求めた比表面積は「BETの比表面積」とも呼ばれ、酸化マグネシウムの場合は、BETの比表面積が高いほど活性度が高いことを示す。
また、酸化マグネシウムの配合量が、混合ゴム成分100質量部あたり10質量部未満の場合、ゴム系組成物改質剤の貯蔵安定性が低下し、また、60質量部を超えて配合すると、酸化マグネシウムの分散不良が生じ加硫阻害を生じる傾向にある。よって、本実施形態のゴム組成物では、BET比表面積が20〜150m/gの酸化マグネシウムを、混合ゴム成分100質量部あたり10〜60質量部の範囲で配合する。
[軟化剤]
軟化剤は、脂肪酸エステル系可塑剤、及びエステル結合若しくはヒドロキシル基又はその両方を構造の一部に有し炭素数が10〜24の不飽和脂肪酸である。これら軟化剤は、前述の混合ゴム成分と酸化マグネシウム及び後述のアセチレンブラックとの相乗効果により、ゴム系組成物改質剤の耐熱性及び耐オゾン性を向上させる効果が得られ、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性及び耐オゾン性を向上させる効果が得られる。
ここで、脂肪酸エステル系可塑剤としては、ジメチルアジペート、ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジ−(2−エチルヘキシル)アジペート、ジイソブチルアジペート、オクチルデシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジブチルジグリコールアジペート、ジ−(2−エチルヘキシル)アゼレート、ジイソオクチルアゼレート、ジイソブチルアゼレート、ジブチルセバケート、ジ−(2−エチルヘキシル)セバケート、ジオクチルセバケート、メチルアセチルリシノレート)等を使用することができる。
また、エステル結合若しくはヒドロキシル基又はその両方を構造の一部に有し、炭素数が10〜24の不飽和脂肪酸の具体例としては、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ピノレン酸等があり、またこれらの混合物である、ヒマシ油、菜種油、大豆油、ごま油、トール油、ヤシ油、パーム油、オリーブ油、コーン油、サフラワー油、桐油、こめ油等の植物油等が挙げられる。ここで、エステル結合及びヒドロキシル基を構造の一部に有しない不飽和脂肪酸や、炭素数が9以下若しくは炭素数が25以上の不飽和脂肪酸を用いると、ゴム系組成物改質剤の耐熱性及び耐オゾン性を向上させる効果が得られず、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性及び耐オゾン性を向上させる効果が得られない。
そして、これら軟化剤の中でも、耐熱性と耐オゾン性をバランス化させる観点から、オレイン酸、リノール酸が好ましい。なお、上記軟化剤は、1種には限定されず、2種以上のものを併用してもよい。
一方、前述した脂肪酸エステル系可塑剤及び不飽和脂肪酸の総含有量が、混合ゴム成分100質量部あたり3質量部未満の場合、発熱によるゴム系組成物改質剤の焼けが生じる可能性があり、30質量部を超えると、ゴム系組成物改質剤の粘度が低くなり成形できなくなることがあるとともに、添加剤の分散不良が生じる場合がある。
よって、本実施形態のゴム系組成物改質剤では、脂肪酸エステル系可塑剤、及びエステル結合若しくはヒドロキシル基又はその両方を構造の一部に有し炭素数が10〜24の不飽和脂肪酸のうち少なくとも1種の軟化剤を、混合ゴム成分100質量部あたり3〜30質量部の範囲で配合する。
[アセチレンブラック]
アセチレンブラックは、前述の混合ゴム成分と前述の酸化マグネシウム及び特定の軟化剤の相乗効果により、ゴム系組成物改質剤の耐熱性を向上させる効果が得られ、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性を向上させる効果が得られる。本実施形態のゴム系組成物改質剤に配合するアセチレンブラックの種類は、耐熱性向上の観点から、JIS K6217−2に規定される方法により測定した窒素吸着比表面積(NSA)が50〜160m/gのアセチレンブラックを用いることが望ましい。
ただし、アセチレンブラックの配合量が、混合ゴム成分100質量部に対して30質量部未満の場合、ゴム系組成物改質剤の粘度が低くなり成形できなくなることがあるとともに、添加剤の分散不良が生じる場合がある。また、アセチレンブラックの配合量が、混合ゴム成分100質量部に対して120質量部を超えると、発熱によるゴム系組成物改質剤の焼けが生じる可能性があるとともに、貯蔵安定性が低下する場合がある。よって、本実施形態のゴム組成物では、窒素吸着比表面積(NSA)が50〜160m/gのアセチレンブラックを、混合ゴム成分100質量部あたり、30〜120質量部の範囲で配合する。
[老化防止剤]
老化防止剤は、混合ゴム成分として配合されたクロロプレンゴムやエチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体が、オゾンや熱により劣化することを防止する効果がある。このような老化防止剤としては、例えば、芳香族アミン系老化防止剤、ヒンダードフェノール系老化防止剤及び亜リン酸系老化防止剤等が挙げられる。
そこで、本実施形態のゴム系組成物改質剤においては、必要に応じて、芳香族アミン系老化防止剤、ヒンダードフェノール系老化防止剤及び亜リン酸系老化防止剤のうち、1種又は2種以上の老化防止剤を、混合ゴム成分100質量部あたり10〜80質量部の範囲で配合することが好ましい。前記老化防止剤の配合量を混合ゴム成分100質量部あたり10質量部以上とすることにより、ゴム系組成物改質剤の耐熱性及び耐オゾン性を一層向上させることができ、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性及び耐オゾン性を一層向上させることができる。また、老化防止剤を混合ゴム成分100質量部あたり80質量部以下で配合することにより、加硫阻害や老化防止剤のブリードアウトの発生を防止し、耐熱性等の各種物性を向上させると共に、加硫物や成形品としたときに製品不良を防止することができる。
ここで、芳香族アミン系老化防止剤としては、アルキル化ジフェニルアミン、オクチル化ジフェニルアミン、N−フェニル−1−ナフチルアミン、4,4´−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、p−(p−トルエンスルホニルアミド)ジフェニルアミン、N,N´−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミン、N,N´−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、N−フェニル−N´−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N−フェニル−N´−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン、N−フェニル−N´−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)−p−フェニレンジアミン等が挙げられる。なお、これらは1種のみを用いても2種以上併用して用いてもよい。
ヒンダードフェノール系老化防止剤としては、4,4´−ブチリデンビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、2,2−チオビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、7−オクタデシル−3−(4´−ヒドロキシ−3´,5´−ジ−tert−ブチルフェニル)プロピオネート、テトラキス−[メチレン−3−(3´,5´−ジ−tert−ブチル−4´−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ペンタエリスリトール−テトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−tert−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,4−ビス(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、トリス−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレート、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N´−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ)−ヒドロシンナアミド、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル−ホスホネート−ジエチルエステル、テトラキス[メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメイト)]メタン、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸エステル及び3,9−ビス[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}−1,1−ジメチルエチル]−2,4−8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等が挙げられる。なお、これらは1種のみを用いても2種以上併用して用いてもよい。
亜リン酸系老化防止剤としては、トリス(ノニル・フェニル)フォスファイト、トリス(混合モノ−及びジ−ノニルフェニル)フォスファイト、ジフェニル・モノトリデシル・フォスファイト、ジフェニル・モノ(2−エチルヘキシル)フォスファイト、ジフェニル・イソデシル・フォスファイト、ジフェニル・イソオクチル・フォスファイト、ジフェニル・ノニルフェニル・フォスファイト、トリフェニルフォスファイト、トリス(トリデシル)フォスファイト、トリイソデシルフォスファイト、トリス(2−エチルヘキシル)フォスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)フォスファイト、テトラフェニルジプロピレングリコール・ジフォスファイト、テトラフェニルテトラ(トリデシル)ペンタエリスリトールテトラフォスファイト、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ジ−トリデシルフォスファイト−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、4,4´−ブチリデンビス(3−メチル−6−tert−ブチル−ジ−トリデシルフォスファイト)、2,2´−エチリデンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェノール)フルオロフォスファイト、4,4´−イソプロピデン−ジフェノールアルキル(C12〜C15)フォスファイト、環状ネオペンタンテトライルビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニルフォスファイト)、環状ネオペンタンテトライルビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−フェニルフォスファイト)、環状ネオペンタンテトライルビス(ノニルフェニルフォスファイト)、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、ジブチルハイドロゲンフォスファイト、ジステアリル・ペンタエリスリトール・ジフォスファイト及び水添ビスフェノールA・ペンタエリスリトールフォスファイト・ポリマー等が挙げられる。なお、これらは1種のみを用いても2種以上併用して用いてもよい。
[イミダゾール系老化防止剤]
本実施形態のゴム系組成物改質剤は、必要に応じて、イミダゾール系老化防止剤を、混合ゴム成分100質量部あたり5〜30質量部の範囲で配合することができる。これにより、ゴム系組成物改質剤の耐熱性を一層向上させる効果が得られ、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性をさらに向上させる効果が得られる。
ただし、イミダゾール系老化防止剤の配合量が混合ゴム成分100質量部あたり5質量部未満の場合、前述した効果が十分に得られない場合がある。また、混合ゴム成分100質量部あたり30質量部を超えてイミダゾール系老化防止剤を配合すると、ゴム系組成物改質剤の貯蔵安定性が低下する場合がある。
ここで、イミダゾール系老化防止剤としては、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトメチルベンズイミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾールの亜鉛塩及び2−メルカプトメチルベンズイミダゾールの亜鉛塩等が挙げられる。なお、これらは1種のみを用いても2種以上併用して用いてもよい。
そして、前記酸化マグネシウム、軟化剤、アセチレンブラック、老化防止剤の合計量は必要に応じて、混合ゴム成分100質量部あたり、100〜300質量部の範囲で配合することができる。これにより、ゴム系組成物改質剤の耐熱性を向上させる効果が得られ、該組成物をブレンドしたゴム組成物もまた、耐熱性を向上させる効果が得られる。
[その他の成分]
本実施形態のゴム系組成物改質剤には、前述した各成分の他に、補強剤や充填剤等を併用する事もできる。具体的には、アセチレンブラック以外のカーボンブラックやシリカ、無機充填剤等を配合する事ができる。
アセチレンブラック以外のカーボンブラックとしては、不完全燃焼法によるファーネスブラック、熱分解法によるサーマルブラック、チャンネルブラック、のいずれも使用可能であり、ファーネスブラックとしては、SAF(Super Abrasion Furnace Black)、ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace Black), IISAF(Intermediate ISAF)、HAF(High Abrasion Furnace Black)、MAF(Medium Abrasion Furnace Black)、FEF(Fast Extruding Furnace Black)、SRF(Semi-Reinforcing Furnace Black)、GPF(General Purpose Furnace Black)、FF(Fine Furnace Black)、CF(Conductive Furnace Black) がある。サーマルブラックとしては、FT(Fine Thermal Black)、MT(Medium Thermal Black)があり、チャンネルブラックとしては、EPC(Easy Processing Channel Black)、MPC(Medium Processing Channel Black)等がある。
シリカとしては、例えば湿式シリカ、乾式シリカ及びコロイダルシリカ等のゴムの補強用充填材として使用可能なものから任意に選択して使用することができる。
また、本実施形態のゴム組成物には、シリカ以外の無機充填材を配合することもできる。具体的には、炭酸マグネシウム(MgCO)、タルク(3MgO・4SiO・HO)、炭酸アルミニウム[Al(CO]、水酸化マグネシウム[Mg(OH)]、ギブサイト及びバイヤライト等の水酸化アルミニウム[Al(OH)]、γ−アルミナ及びα−アルミナ等のアルミナ(Al)、ベーマイト及びダイアスポア等のアルミナ一水和物(Al・HO)、アタパルジャイト(5MgO・8SiO・9HO)、チタン白(TiO)、チタン黒(TiO2n−1)、酸化カルシウム(CaO)、水酸化カルシウム[Ca(OH)]、酸化アルミニウムマグネシウム(MgO・Al)、クレー(Al・2SiO)、カオリン(Al・2SiO・2HO)、パイロフィライト(Al・4SiO・HO)、ベントナイト(Al・4SiO・2HO)、ケイ酸アルミニウム(AlSiO、Al・3SiO・5HO等)、ケイ酸マグネシウム(MgSiO、MgSiO等)、ケイ酸カルシウム(CaSiO等)、ケイ酸アルミニウムカルシウム(Al・CaO・2SiO等)、ケイ酸マグネシウムカルシウム(CaMgSiO)、炭酸カルシウム(CaCO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、水酸化ジルコニウム[ZrO(OH)・nHO]、炭酸ジルコニウム[Zr(CO]、各種ゼオライトのように電荷を補正する水素、並びにアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む結晶性アルミノケイ酸塩等を使用することができる。
更に、本実施形態のゴム系組成物改質剤には、前述した効果が損なわれない範囲で、通常ゴム工業界で用いられる各種薬品、例えば加硫剤、加硫促進剤、スコーチ防止剤、及び加工助剤等を配合することができる。
なお、本実施形態のゴム系組成物改質剤は、通常のゴム組成物と同様の方法で製造することができる。具体的には、ゴム成分、酸化マグネシウム、軟化剤、アセチレンブラック及びその他の成分を、ニーダー、バンバリー又はロール等の混練り機によって、加硫温度以下の温度で混練することにより得られる。
以上詳述したように、本実施形態のゴム系組成物改質剤は、特定の混合ゴム成分と、特定の酸化マグネシウム及び特定の軟化剤、並びにアセチレンブラックを含有しているため、該ゴム系組成物改質剤をブレンドしたゴム組成物の加硫物は、耐熱性や耐オゾン性が大幅に向上する。また、特定の老化防止剤を使用したり、これら添加剤の添加量の合計量を調整する事で該効果を更に向上させることも可能となる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る加硫物について説明する。本実施形態の加硫物は、前述した第1の実施形態のゴム系組成物改質剤を、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴムのいずれか1つ以上のゴム組成物に対してブレンドし、目的に応じた形状に成形加工して加硫したものである。その際、これらゴム組成物のポリマー種や配合剤は特に限定されるものではなく、一般に使用される配合系を適用する事ができる。
例えば、クロロプレンゴム組成物としては、前述の硫黄変性クロロプレンゴムや非硫黄変性クロロプレンゴムである、メルカプタン変性クロロプレンゴムとキサントゲン変性クロロプレンゴムの何れを用いても良く、これらクロロプレンゴムを1種のみを用いても2種以上を併用して用いてもよい。
一方、天然ゴム組成物としては、例えば、SMR、SIR、STR等のTSRやRSS等の天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、高純度天然ゴム、水酸基化天然ゴム、水素添加天然ゴム、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴムが挙げられ、これら天然ゴムは1種のみを用いても2種以上を併用して用いてもよい。
さらに、ブタジエンゴムとしては、例えば、ジエチルアルミニウムクロライド−コバルト系、四ハロゲン化チタン−トリアルキルアルミニウム系、トリアルキルアルミニウム−三弗化ホウ素−ニッケル系、ジエチルアルミニウムクロライド−ニッケル系等のチーグラー系触媒、トリエチルアルミニウム−有機酸ネオジム−ルイス酸系等のランタノイド系希土類金属触媒、有機アルカリ金属化合物等を用いて重合された市販のブタジエンゴムを用いることができ、これらブタジエンゴムは1種のみを用いても2種以上を併用して用いてもよい。
前記ゴム系組成物改質剤のゴム組成物へのブレンド量に制限はなく、所望する耐熱性と耐オゾン性に応じて適宜変えることができるが、物性のバランス化を図る観点では、ゴム組成物に対して5〜30wt%の添加量が好適である。
また、上記ゴム系組成物改質剤をブレンドしたゴム組成物の加硫方法は、特に限定されるものではなく、成形中又は成形後に、例えばプレス加硫、インジェクション加硫、直接釜加硫、間接釜加硫、直接蒸気連続加硫、常圧連続加硫又は連続加硫プレス等の加硫方法により、加硫すればよい。
また、加硫温度及び加硫時間等の加硫条件も、特に限定されるものではなく、適宜設定することができるが、生産性及び加工安全性の観点から、加硫温度は130〜200℃とすることが好ましく、140〜190℃とすることがより好ましい。
ここで、「加工安全性」とは、スコーチタイムにより評価される加工特性であり、不良発生率に大きく影響する。具体的には、スコーチタイムが短いと、高温での成形中に未加硫ゴム成分が加硫されて成形不良が発生する頻度が高くなる。
本実施形態の加硫物は、前述した第1の実施形態のゴム系組成物改質剤をブレンドしたゴム組成物用いているため、従来の加硫物に比べて、耐熱性や耐オゾン性を大幅に向上させることができる。このため、本実施形態の加硫物は、クロロプレンゴムや天然ゴム、ブタジエンゴムが使用される現行用途の全般に適用でき、耐熱性や耐オゾン性を大幅に向上させることができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
各成分を表1及び表2に示す組成で配合した後、8インチロールを用いて混練して、実施例(1)及び比較例(1)のゴム系組成物改質剤を作製した。
下記の表1及び表2の各成分における混合ゴム成分について、JIS K6300に規定される方法により100℃の生ゴムのムーニー粘度を評価した。
また、作製したゴム系組成物改質剤について、ロール加工性、添加剤分散性、貯蔵安定性を評価した。ロール加工性については、ロール作業性に問題がなかった場合には○、作業に支障が生じた場合には×と評定し、添加剤分散性については、1mmに薄通ししたコンパウンドを肉眼で確認し、未溶解成分や異物あるいは凝集塊等が認められない場合には○、認められた場合には×と評定した。さらに、貯蔵安定性については、JIS K6300に規定される方法により100℃のコンパウンドのムーニー粘度を測定し、30℃で1ヶ月放置した後の数値変化が10%以下の場合には○、10%以上の場合には×と評定した。
Figure 0006745278
Figure 0006745278
表2の比較例(1)に示すように、比較配合例1及び2のゴム系組成物改質剤は、混合ゴム成分の生ゴムムーニー粘度が60よりも低い為、未加硫コンパウンドの粘度が低くなりロール作業性に支障をきたすとともに、添加剤の分散性に問題が生じた。
一方、比較配合例3のゴム系組成物改質剤では、酸化マグネシウムの添加量が少ない為、貯蔵安定性に問題が生じ、比較配合例4では、酸化マグネシウムの添加量が過剰な為、添加剤の分散性に問題が生じた。さらに、比較配合例5のゴム系組成物改質剤では、アセチレンブラックの添加量が少ない為、未加硫コンパウンドの粘度が低くなりロール作業性に支障をきたすとともに、添加剤の分散性に問題が生じた。比較配合例6では、アセチレンブラックの添加量が過剰な為、コンパウンドの発熱温度が高くなり焼けが生じるとともに、貯蔵安定性に問題が生じた。また、比較配合例7のゴム系組成物改質剤では、軟化剤の添加量が少ない為、コンパウンドの発熱温度が高くなり焼けが生じ、比較配合例8では、軟化剤の添加量が過剰な為、未加硫コンパウンドの粘度が低くなりロール作業性に支障をきたすとともに、添加剤の分散性に問題が生じた。以上のように、比較例(1)記載の比較配合例は、何れも未加硫特性に支障をきたし、加硫成形することができなかった。
一方、実施例(1)の各ゴム系組成物改質剤は、未加硫特性に問題はなく、下記の表3、表4、及び表5に示すクロロプレンゴム、天然ゴム、及びブタジエンゴムの何れかのゴム組成物にブレンドして加硫した後、その性能を評価した。
Figure 0006745278
Figure 0006745278
Figure 0006745278
なお、上記表1〜表5に示す各配合成分は、以下の通りである。
(ゴム成分)
・メルカプタン変性クロロプレンゴム M−120(デンカ株式会社製)
・メルカプタン変性クロロプレンゴム DCR−36(デンカ株式会社製)
・キサントゲン変性クロロプレンゴム DCR−66(デンカ株式会社製)
・硫黄変性クロロプレンゴム DCR−40A(デンカ株式会社製)
・エチレン・プロピレンゴム 201(住友化学株式会社製 ESPRENE)
・エチレン・プロピレン・ジエンゴム 552(SK global chemical社製 SUPRENE)
・天然ゴム SMR−CV60(標準マレーシア産天然ゴム)
・ブタジエンゴム 01(JSR株式会社製)
(カーボンブラック)
・アセチレンブラック(デンカ株式会社製 デンカブラック粉状品(窒素吸着比表面積(NSA)(JIS K6217−2に規定される方法により測定、以下同じ)=69m/g))
・カーボンブラック SRF(旭カーボン株式会社製 旭#50(窒素吸着比表面積(NSA)=23m/g))
・カーボンブラック HAF(旭カーボン株式会社製 旭#70(窒素吸着比表面積(NSA)=77m/g))
(軟化剤)
・オレイン酸(花王株式会社製 ルナックO−V)
・リノール酸(ケイエフ・トレーディング株式会社製 ハイジエン)
(滑剤・加工助剤)
・ステアリン酸(新日本理化株式会社製 ステアリン酸50S)
(老化防止剤)
・アミン系老化防止剤(1)(大内新興化学工業株式会社製 ノクラックCD:4,4−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン)
・ヒンダードフェノール系老化防止剤(BASFジャパン製 IRGANOX 1010:ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)
・亜リン酸系老化防止剤(大内新興化学工業株式会社製 ノクラックTNP:トリス(ノニルフェニル)ホスファイト)
・イミダゾール系老化防止剤(大内新興化学工業株式会社製 ノクラックMB:2−メルカプトベンズイミダゾール)
・アミン系老化防止剤(2)(大内新興化学工業株式会社製 ノクラックPA:N-フェニル-1-ナフチルアミン)
(酸化マグネシウム)
・酸化マグネシウム#30(協和化学工業株式会社製 キョーワマグ30(BET比表面積(JIS Z8830に規定される1点法により測定、以下同じ)=40m/g))
・酸化マグネシウム#150(協和化学工業株式会社製 キョーワマグ150(BET比表面積=148m/g))
(加硫剤・加硫促進剤)
・酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製 酸化亜鉛2種)
・チオウレア系加硫促進剤(川口化学工業株式会社製 アクセル22S:エチレンチオ尿素)
・硫黄(細井化学工業株式会社製 油処理硫黄)
・チアゾール系加硫促進剤(大内新興化学工業株式会社製 ノクセラーDM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド)
・スルフェンアミンド系加硫促進剤(大内新興化学工業株式会社製 ノクセラーCZ:N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
<評価>
ゴム組成物(A)と、前述した方法で作製した実施例(1)の配合例1〜11の各ゴム系組成物改質剤を、90:10の重量比でブレンドし、油圧プレスにて、160℃で20分間加硫し、試験片を作製した。また、同様にゴム組成物(B)及び(C)と、前述した方法で作製した実施例(1)の配合例1〜11の各ゴム系組成物改質剤を、90:10の重量比でブレンドし、油圧プレスにて、150℃で10分間加硫し、試験片を作製した。そして、この試験片を用いて、「破断伸び(EB)」、「硬度(HS)」及び「耐熱性」並びに「耐オゾン性」について評価した。
「破断伸び(EB)」は、JIS K6251に準拠して測定した。また、「硬度(HS)」は、JIS K6253に準拠し、デュロメータ硬さ計を用いて測定した。更に、「耐熱性」は、試験片を、100℃あるいは120℃のギヤーオーブン中に360時間放置した後、破断伸びと硬度を測定し、その結果により評価した。
一方、「耐オゾン性」の評価は、JIS K6259に準拠し、20%静的伸長、40℃×50pphmにおいて、24時間あるいは12時間後の亀裂状態観察を行った。この時、試料に亀裂が全く観察されない場合には、N.C.とし、亀裂が観察される場合には、亀裂数のランク付け(A〜B)と、亀裂の大きさ及び深さのランク付け(1〜5)の組み合わせで評価した。以上の結果を、下記表6〜表11に示す。
Figure 0006745278
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以上、表6に示す実施例(2)、表8に示す実施例(3)、及び表10に示す実施例(4)は、実施例(1)記載のゴム系組成物改質剤をブレンドして加硫した試験片であり、表7、表9及び表11に示す該改質剤をブレンドしない加硫試験片と比べて、100℃または120℃の温度条件下に360時間放置した場合の破断伸びの低下が小さく、また硬度上昇が小さいため、耐熱性に優れていた。また、20%静的伸長、40℃×50pphmにおいて、24時間あるいは12時間後の耐オゾン性の評価にも優れていた。この結果より、本発明によれば、耐熱性、耐オゾン性に優れた加硫物を供するゴム系組成物改質剤が得られ、該改質剤を添加したゴム組成物は耐熱性、耐オゾン性に優れることが確認された。
実施例(2)の配合例1を用いた加硫物と配合例7を用いた加硫物を比較すると、イミダゾール系老化防止剤を含有する配合例1を用いた加硫物の方が、破断伸びの低下が小さく、また硬度上昇が小さいため、耐熱性に優れていた。
また、実施例(3)の配合例8を用いた加硫物と配合例10を用いた加硫物を比較すると、老化防止剤の含有量が混合ゴム成分100質量部あたり80質量部以下の配合例8を用いた加硫物の方が、破断伸びの低下が小さく、また硬度上昇が小さいため、耐熱性に優れていた。
さらに、実施例(2)の配合例1を用いた加硫物と配合例11を用いた加硫物を比較すると、酸化マグネシウム、軟化剤、アセチレンブラック、老化防止剤の合計量が100〜300質量部の範囲の配合例1を用いた加硫物の方が、破断伸びの低下が小さく、また硬度上昇が小さいため、耐熱性に優れていた。

Claims (6)

  1. クロロプレンゴムと、エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体から選択される少なくとも1種からなる混合ゴム成分100質量部に対して、
    酸化マグネシウム10〜60質量部、
    軟化剤3〜30質量部、
    及びアセチレンブラック30〜120質量部、
    を含有し、
    前記クロロプレンゴムは、メルカプタン変性クロロプレンゴム、キサントゲン変性クロロプレンゴム又は硫黄変性クロロプレンゴムである、ゴム系組成物改質剤。
    但し、前記混合ゴム成分は、JIS K6300に規定される方法により測定した100℃のムーニー粘度が60〜180であり、
    前記酸化マグネシウムは、JIS Z8830に規定される1点法により測定したBET比表面積が20〜150m/gであり、
    前記軟化剤は、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ピノレン酸、ヒマシ油、菜種油、大豆油、ごま油、トール油、ヤシ油、パーム油、オリーブ油、コーン油、サフラワー油、桐油、及びこめ油からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
    前記アセチレンブラックは、JIS K6217−2に規定される方法により測定した窒素吸着比表面積(NSA)が50〜160m/gである。
  2. 芳香族アミン系老化防止剤、ヒンダードフェノール系老化防止剤及び亜リン酸系老化防止剤から選択される少なくとも1種の老化防止剤を、前記混合ゴム成分100質量部あたり、合計で10〜80質量部含有することを特徴とする請求項1に記載のゴム系組成物改質剤。
  3. イミダゾール系老化防止剤を、前記混合ゴム成分100質量部あたり5〜30質量部含有する請求項1又は2に記載のゴム系組成物改質剤。
  4. 前記混合ゴム成分100質量部あたり、酸化マグネシウム、軟化剤、アセチレンブラック、老化防止剤の合計量が100〜300質量部であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のゴム系組成物改質剤。
  5. クロロプレンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴムのいずれか1つ以上のゴム組成物と、
    請求項1〜のいずれか1項に記載のゴム系組成物改質剤を含む組成物と、
    を加硫した加硫物。
  6. 請求項に記載の加硫物からなる成形品。
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