JP6767390B2 - 加硫可能な混合物および加硫物を製造するための、改良された低温特性および良好な耐オイル性を有するアクリレートゴムの使用 - Google Patents

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Description

アクリレートモノマーのポリマー、およびアクリレートモノマーとエチレンとのコポリマー、特にアクリレートゴム(ACM)およびエチレン−アクリレートコポリマー(AEM)は、工業的に大規模で製造されているゴムであり、それからは、たとえばフリーラジカル架橋によるか、または主鎖に組み入れられた架橋点(cure−site)モノマーの手段による架橋によって、特にオイルおよび媒体に対する耐性ならびにさらには耐老化性の面で注目される加硫物を製造することが可能である。
しかしながら、低いオイル膨潤性と組み合わせて、低温可撓性を重要とする要求が高まってきているものの、現在市場で入手可能なACMゴムおよびAEMゴムではその要求を満たすことはほとんど不可能であり、その理由は、今日までのところ、耐オイル性は、それと同時に低温可撓性を犠牲にすることによってのみ改良することが可能であるためである。AEMゴムおよびACMゴムは、典型的には、ガラス転移温度とオイル膨潤性との間で相関関係を示す。すなわち、使用するアクリレートの極性が高くなるほど、オイル膨潤性が低下すると同時にガラス転移温度が高くなり、その逆も成立する。各種の追加のコモノマーを組み入れることによって、オイル膨潤性を同一に維持しながら、ガラス転移温度を下げよう、あるいは、ガラス転移温度を同一に維持しながらオイル膨潤性を低下させようというこれまでの試みは、完全に不成功であった。
ACMゴムおよびAEMゴムの低温特性を改良しようする各種のアプローチ方法が文献に記載されている。
ACMおよびAEMの加硫物の低温特性を改良するために可塑剤を採用するというのは、一つの可能性ではある。しかしながら、特には、低温特性を改良するのに最も効果的な可塑剤、たとえば、Rhenosin 759、アジピン酸ジオクチル(DOA)、セバシン酸ジオクチル(DOS)、またはクエン酸エステルたとえば、アセチルクエン酸トリ(2−エチルヘキシル)あるいはアセチルクエン酸トリブチルは、比較的に揮発性が高く、そのために、それらの加硫物の熱老化性に関する問題を引き起こすことが多く、このことは、ACMおよびAEMの場合においては特に大きな問題となるが、その理由は、これらのゴムが、高温用途に優先的に採用されているからである。それに加えて、混合することが可能な可塑剤の量にも制限があるが、その理由は、そうしないと、必要とされる硬度、および/またはその他の加硫物の物性たとえば破断時伸びおよび/または引張強度を達成することが不可能となるからである。さらには、可塑剤の滲出、加硫物からの可塑剤の移行、あるいは可塑剤の抽出が原因の問題も起きる可能性がある。したがって、単に可塑剤を採用するという方法ではなくて、使用されるゴムのガラス転移温度を下げるのが好ましい。配合業者は、可塑剤およびその使用量をより自由に選択できるし、または、望むならば、加硫物の低温特性または熱老化性の犠牲を受け入れることなく、それらのいかなる混合も完全に回避することさえ可能である。その一方で、より低いガラス転移温度を有する改良されたゴムを適切な可塑剤と組み合わせることによって、ゴムおよび/またはそれから製造された加硫物の使用可能温度範囲を、低い方向にさらに拡げることも可能であろう。
AEMゴムは、工業的に大規模で製造されている、頻用されるゴムであり、耐オイル性、熱安定性、および優れたUV安定性を有している。それらは市場で入手可能なコポリマーであって、モノマーの、エチレン、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、または同様のアクリル酸アルキル、および場合によっては、さらなる架橋点モノマーたとえば、フマル酸モノアルキルまたはマレイン酸モノアルキルから形成されている。エチレン−アクリレートゴムは、典型的には、900〜2800barの圧力の高圧プロセスで製造され、100℃よりも高い温度で重合される。(特許文献1)には、バッチ法で、これらの条件下でのエチレン/アクリル酸メチル/マレイン酸モノアルキルコポリマーの調製法が記載されている。(特許文献2)に記載されているように、重合の際にメタノールのような溶媒を混合すると、使用している反応器の稼働時間が少なくなる。市販されているエチレン−アクリレートゴムは、典型的には、ペルオキシドを用いるか、またはポリアミンおよび/またはカルバメート化ジアミンたとえばDIAK No.1を用いて架橋されている。このことは、たとえば(特許文献3)または(特許文献4)に記載されている。
(特許文献5)の記載では、さらなるモノマーとしてアクリル酸アルキル、特にアクリル酸ブチルを使用すると、低温可撓性は改良されるものの、それと同時に、極性がより低いモノマーを使用したことによって、オイル膨潤性が高くなる。したがって、良好なオイル膨潤性の維持と組み合わせて、低温可撓性を十分に改良することは、今日までのところ、従来技術におけるAEMに関しては、何の開示もない。
ACMゴムは、エマルションプロセスで製造され、各種のアクリレートの混合物からなっている。アクリル酸エチルおよびアクリル酸ブチルが最も一般的なモノマーであり、通常、適切な架橋点モノマー、たとえば酢酸クロロビニル、クロロエチルビニルエーテル、塩化4−ビニルベンジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸、マレイン酸モノアルキル、またはフマル酸モノアルキルと共に使用される。(特許文献6)に記載されているように、低温特性を改良する目的で、アクリル酸2−メトキシエチルを共重合させてもよい。一般的には、低温耐性を改良するためには、より長いアルキル基を使用することができるが、そうすると、耐オイル性が低下する。より短いアルキル基では、逆の影響が出る。アクリル酸アルコキシは、低温耐性と耐オイル性の両方を改良するものの、低温耐性におけるさらなる改良が、依然として必要とされている。
J.−F.Lutzらは、たとえば、(非特許文献1)および(非特許文献2)の中で、ポリエチレングリコール メタクリレートを重合させて、場合によっては温度の関数として水中への溶解性を高めたポリマーを合成している。ポリエチレングリコール メタクリレートとエチレンおよび/またはその他のアクリレートとのコポリマーについての記載はない。
(特許文献7)には、アクリル酸アルキル、ビニル芳香族化合物、およびポリエトキシアクリル酸アルキルからポリマーを調製することが記載されている。得られたポリマーは、セメントのための再分散可能な変性剤として採用されている。そのようにして得られたポリマーを、加硫物および加硫可能な混合物を製造するために使用するということについての開示はなく、さらには、加硫物そのもの、およびそれらの改良された性質についての開示もない。
米国特許第2599123号明細書 米国特許第4026851号明細書 米国特許第3883472号明細書 米国特許第40226851号明細書 欧州特許第1654687号明細書 欧州特許第905182号明細書 独国特許第19942301号明細書
J.−F.Lutz et al,J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,2008,46,3459 J.−F.Lutz et al,Macromolecules,2006,39,893
本発明が対象としている問題点は、アクリレートポリマー、およびエチレンとアクリレートとからのコポリマー、ならびにさらには、従来技術の欠点、好ましくは劣った耐老化性を回避しながらも、耐オイル性と組み合わせて改良された低温特性を有する加硫物および加硫可能な混合物の製造におけるそれらの使用を提供することであった。
この問題点は、
i)49〜99重量%、好ましくは55〜90重量%の、繰り返し単位ii)以外の少なくとも1種のアクリル酸アルキルから誘導される繰り返し単位、
ii)1〜51重量%の、一般式(I)の少なくとも1種のモノマーから誘導される繰り返し単位、
CH=C(R)(COO(RO)) (I)
[式中、
は、水素またはメチルを表し、
は、出現ごとに独立して、直鎖状もしくは分岐状のC〜Cアルキレン基を表し、
は、水素、非置換もしくはC〜Cアルキル置換のフェニル、直鎖状もしくは分岐状のC〜Cアルキル基、または−C(=O)Rを表し、
は、水素、または直鎖状もしくは分岐状のC〜Cアルキル基を表し、そして
nは、2〜30の数を表す]、および
iii)0〜50重量%、好ましくは0〜45重量%の、エチレンから誘導される繰り返し単位、
(ここで、それらの量はそれぞれ、繰り返し単位i)〜iii)を合計した量を基準としたものである)
を含むコポリマーによって解決される。
したがって、本発明の目的における「コポリマー」という用語は、2種以上の異なったモノマーの共重合された単位を含むポリマーを意味するものと理解されたいが、本発明におけるポリマーには、3種以上の異なったモノマーの共重合された単位も含まれる。
繰り返し単位i)を導入するのに有用なアクリル酸アルキルは、繰り返し単位ii)とは異なり、好ましくは以下のものから選択される:1〜10個の炭素原子のアルキル基を有するアクリレート、たとえばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸3−プロピルヘプチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸n−オクチル、ならびにそれらの混合物、より好ましくはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、およびアクリル酸n−ブチル、ならびにそれらの混合物。
一般式(I)のモノマーはR部分(moiety)を有しているが、そのR部分は、出現ごとに独立して以下のものを含む群より選択される:エタン−1,2−ジイル、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、ブタン−1,4−ジイル、ブタン−1,3−ジイル、ペンタン−1,3−ジイル、ペンタン−1,4−ジイル、ペンタン−1,5−ジイル、および2−メチルブタン−1,4−ジイル、好ましくはエタン−1,2−ジイル、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、およびブタン−1,4−ジイル、より好ましくはエタン−1,2−ジイル、およびプロパン−1,2−ジイル。「出現ごとに独立して(at each occurence independently)」という用語は、本明細書においては、一つの分子の中に各種のR部分が存在していてもよいということを明示することを意図したものである。それらから得られる各種のRO単位は、その分子のポリエーテル鎖の中で、ランダム、交互、またはブロック状、いずれの所望の配列を有していてよい。
一般式(I)のモノマーのR部分は、H、CH、CHCH、CHCHCH、CHCHCHCH、CHO、COCH、COCHCH、COCHCHCH、およびCOCHCHCHCHを含む群から、好ましくはH、CH、CHCH、およびCOCHを含む群から、より好ましくはCH、CHCH、およびCOCHを含む群から選択される。一般式(I)の有用なモノマーとしては、たとえば部分R、R、および/またはR、または繰り返し単位の数「n」が異なっている、2種以上の異なった一般式(I)のモノマーの混合物が挙げられる。
一般式(I)のモノマーの例は、ポリエチレングリコール アクリレート、ポリエチレングリコール メタクリレート、ポリプロピレングリコール アクリレート、ポリプロピレングリコール メタクリレート、混合のポリ(エチレングリコール プロピレングリコール) アクリレート、またはポリ(エチレングリコール プロピレングリコール) メタクリレート、またはポリ(THF) アクリレートもしくはポリ(THF) メタクリレートである。特に好ましいのは、2〜25個のエチレングリコールまたはプロピレングリコール繰り返し単位、最も好ましくは2〜20個のエチレングリコールまたはプロピレングリコール繰り返し単位を有する、メトキシ末端もしくはエトキシ末端のポリエチレングリコール アクリレートおよび/またはメタクリレート、メトキシ末端もしくはエトキシ末端のポリプロピレングリコール アクリレートおよび/またはメタクリレートである。
一般式(I)の繰り返し単位のレベルは、いずれも繰り返し単位i)〜iii)を合計した量を基準にして、好ましくは2〜40重量%、より好ましくは4〜25重量%、最も好ましくは6〜20重量%である。
好ましい実施態様においては、エチレンから誘導される繰り返し単位の比率が、いずれも繰り返し単位i)〜iii)を組み合わせた量を基準にして5重量%より大、好ましくは10重量%より大、より好ましくは20重量%より大である。
本発明のコポリマーにはさらに、1種または複数のさらなる共重合可能なモノマー(iv)、すなわち、上述の繰り返し単位i)〜iii)のモノマーの定義に入らないコポリマーを、いずれも繰り返し単位i)〜iii)ならびに1種または複数のさらなる共重合可能なモノマー(iv)を組み合わせた量を基準にして、25重量%未満、好ましくは20重量%未満、より好ましくは15重量%未満、さらにより好ましくは10重量%未満、さらにより好ましくは5重量%、最も好ましくは1重量%未満の量で含んでいてもよい。
これらのさらなるモノマー(iv)は、典型的には、エポキシ含有アクリレート、エポキシ含有メタクリレート、2〜8個の炭素原子のアルコキシアルキル基を有するアクリル酸アルコキシアルキル、ビニルケトン、ビニル芳香族化合物、共役ジエン、α−モノオレフィン、ヒドロキシル基を有するビニルモノマー、酢酸クロロビニル、マレイン酸モノアルキル、フマル酸モノアルキル、アクリル酸、メタクリル酸、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロペン、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、テトラクロロエチレン、塩化ビニル、不飽和アミドモノマー、一酸化炭素、およびそれらの混合物を含む群から選択される。
特に好ましい実施態様においては、本発明のコポリマーには、エチレン、アクリル酸メチル、および2〜20個のエチレングリコールおよび/またはプロピレングリコール繰り返し単位を有するポリアルキレングリコール (メタ)アクリレートから誘導される繰り返し単位を含むコポリマーが含まれる。さらに好ましい実施態様においては、それらに加えて、アクリル酸ブチル、マレイン酸モノアルキル、および/またはフマル酸モノアルキルから誘導される繰り返し単位が存在する。
さらに特に好ましい実施態様においては、本発明のコポリマーには、2種以上のアクリル酸アルキル、好ましくはアクリル酸エチルおよびアクリル酸ブチル、ならびに2〜20個のエチレングリコールおよび/またはプロピレングリコール繰り返し単位を有するポリアルキレングリコール (メタ)アクリレートから誘導される繰り返し単位を含むコポリマーが含まれる。さらに好ましい実施態様においては、(メタ)アクリル酸、メタクリル酸グリシジル、酢酸クロロビニル、マレイン酸モノアルキル、フマル酸モノアルキルから誘導される繰り返し単位がさらに存在している。
極めて特に好ましい実施態様には、それぞれの場合において繰り返し単位i)およびii)を基準にして、少なくとも10重量%のアクリル酸エチル、少なくとも10重量%のアクリル酸ブチル、20重量%までの式(I)のモノマー、および10重量%まで、好ましくは5重量%までの、エポキシ含有アクリレート、エポキシ含有メタクリレート、酢酸クロロビニル、マレイン酸モノアルキル、フマル酸モノアルキル、アクリル酸、メタクリル酸、塩化ビニリデン、塩化ビニル、およびそれらの混合物を含む群から選択されるさらなるモノマーが含まれる。
本発明のコポリマーにおいては、それらのモノマーが、ランダム配置、交互配置、またはブロック状の配置、好ましくはランダム配置をとっている。
本発明によるコポリマーのガラス転移温度は、(DSCにより20K/分の加熱速度で測定して)典型的には+10℃〜−50℃の範囲内、好ましくは0℃〜−45℃の範囲内、より好ましくは−5℃〜−40℃の範囲内である。
本発明はさらに、本発明のコポリマーを製造するためのプロセスも提供するが、そこでは、アクリレート、一般式(I)のモノマー、および場合によっては1種または複数のさらなるモノマー(iv)が、フリーラジカル重合により重合される。
好ましい実施態様においては、本発明のコポリマーを製造するためのプロセスが、重合反応を開始させ、その後でその反応混合物に一般式(I)のモノマーを添加することにより実施される。一般式(I)のモノマーの全使用量の内の幾分かが、重合反応の開始時に反応混合物の中に存在していてもよいし、あるいは一般式(I)のモノマーのすべてを、重合反応が開始された後に一度に添加してもよい。
本発明はさらに、本発明のコポリマーおよび場合によっては、1種または複数の架橋剤を含む加硫可能な混合物も提供する。後者は、放射線架橋によって架橋させる組成物では必須ではない。「混合物(mixture)」および「組成物(composition)」という用語は、本発明においては、相互に置きかえ可能とみなしてよい。
有用な架橋剤としては、たとえば、以下のものが挙げられる:ペルオキシド系架橋剤たとえば、ビス(2,4−ジクロロベンジル)ペルオキシド、ジベンゾイルペルオキシド、ビス(4−クロロベンゾイル)ペルオキシド、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、tert−ブチル ペルベンゾエート、2,2−ビス(t−ブチルペルオキシ)ブテン、4,4−ジ−tert−ブチルペルオキシノニル バレレート、ジクミルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、tert−ブチルクミルペルオキシド、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、ジ−t−ブチルペルオキシド、および2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキシ−3−イン。架橋剤を合計した量が、本発明のコポリマーを基準にして、典型的には0.5〜15phrの範囲内、好ましくは1〜10phrの範囲内、より好ましくは1.5〜6phrの範囲内である。ここでは、担持させたペルオキシドを好適に使用することもできるが、その場合、上記の量は、担体の量に合わせた修正しなければならない。
架橋収率を向上させる目的で、これらのペルオキシド系架橋剤を、架橋助剤として知られるさらなる成分と組み合わせて使用するのも有利である。有用な架橋助剤としては、たとえば以下のものが挙げられる:トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリメチロールプロパン トリメタクリレート、トリアリル トリメリテート、エチレングリコール ジメタクリレート、ブタンジオール ジメタクリレート、トリメチロールプロパン トリアクリレート、亜鉛ジアクリレート、亜鉛ジメタクリレート、1,2−ポリブタジエン、またはN,N’−m−フェニレンジマレイミド。架橋助剤の合計量は、本発明のコポリマーを基準にして、典型的には0.2〜10phr、好ましくは0.4〜4phr、より好ましくは0.6〜2phrの範囲内である。この場合もまた、担持された化合物を採用してもよいが、その場合には、上記の量は、担体の質量に合わせた修正しなければならない。
本発明によるコポリマーがエポキシ官能基を含んでいる場合(これは、たとえば追加のモノマーとしてメタクリル酸グリシジルを導入することにより可能である)には、ペルオキシド架橋に代えて、ポリ酸もしくはポリ酸の無水物および適切な加硫促進剤を混合して架橋させることが可能である。たとえば、ポリ酸としてグルタル酸またはアジピン酸を、そして加硫促進剤として臭化テトラブチルアンモニウムを使用することも可能である。
コポリマーが、フマル酸モノアルキルまたはマレイン酸モノアルキルを含んでいる場合には、加硫剤としての脂肪族もしくは芳香族ジアミン化合物、および加硫促進剤としての塩基を使用するのも、通常の選択であろう。脂肪族もしくは芳香族ジアミン化合物としては、たとえば、ヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンカルバメート、4,4’−メチレンジアニリン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミン、p,p’−エチレンジアニリン、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェノール、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、および1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンが挙げられるが、その中でも、p−アミノ−二置換された化合物およびヘキサメチレンジアミンカルバメートが好ましい。ジアミン化合物は、約0.1〜約5phr、好ましくは約0.2〜約4phr、より好ましくは約0.5〜約3phrの量で使用される。約0.1phrよりも少ないと、加硫が不十分となり、満足のいく圧縮永久歪み特性が得られないし、その一方で、約5重量部よりも多いと、スコーチ現象が起きて、加硫に失敗することになるであろう。有用な塩基としては、たとえば、グアニジンおよび二環もしくは多環のアミン性塩基たとえば、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデス−7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン(DBN)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デス−5−エン(TBD)、7−メチル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デス−5−エン(MTBD)およびそれらの誘導体が挙げられる。これらの化合物の混合物も、同様に採用することができる。それらの化合物は、純粋な形で採用することも、あるいは予備分散させた形で採用することもできる。予備分散させた化合物では、キャリヤー物質として、特に、ポリエチレンワックスまたはエチレン−酢酸ビニルコポリマーが使用できる。それらの塩基はさらに、たとえば対イオンとして、ギ酸塩または酢酸塩を用いた、プロトン化させた形で使用してもよい。
使用可能なグアニジンのリストとしては、グアニジンそのもの、ジフェニルグアニジン(DPG)、テトラメチルグアニジン、テトラエチルグアニジン、N,N’−ジ−o−トリルグアニジン(DOTG)などが挙げられるが、それらの内でも、ジフェニルグアニジンおよびN,N’−ジ−o−トリルグアニジンが好ましい。その塩基は、約0.1〜約10phr、好ましくは約0.3〜約6phr、より好ましくは約0.5〜約4phrの量で使用される。
ハロゲン含有、またはハロゲンおよびカルボキシル含有の繰り返し単位を有するコポリマーは、加硫剤として、特に、硫黄、トリアジンたとえば、2,4,6−トリメルカプト−S−トリアジン、またはトリチオシアヌル酸たとえば1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリチオールを使用して加硫させてもよい。有用な加硫促進剤としては、1〜15phr、好ましくは1.5〜10phrの量の、以下のものが挙げられる:グアニジンたとえば、1,3−ジ−o−トリルグアニジンまたはジフェニルグアニジン、チウラムおよび/またはチウラムポリスルフィドたとえば、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィドまたはテトラブチルチウラムジスルフィド、尿素誘導体たとえば、N,N’−ジエチルチオ尿素またはN,N’−ジメチルチオ尿素、ジウロン、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムたとえば臭化オクタデシルトリメチルアンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、または臭化テトラブチルアンモニウム、カルボン酸塩たとえばステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、または安息香酸アンモニウム、ステアリン酸、ジチオカルバメート類および/またはそれらの塩たとえば、亜鉛ジメチルジチオカルバメート、亜鉛ジエチルジチオカルバメート、亜鉛ジブチルジチオカルバメート、または鉄ジメチルジチオカルバメート。それらの加硫剤は、単独で使用することも、あるいは組み合わせて使用することもできる。
これらの形態の架橋に代わるものとして、高エネルギー線、たとえばベータ線またはガンマ線も、本発明のコポリマーを架橋させるのに使用できるが、この場合もまた、架橋収率を改良する目的で、上述の架橋助剤を使用してもよい。
場合によっては、このタイプの加硫可能な混合物には、ゴム業界熟練者には馴染みの深い添加剤および繊維質物質の1種または複数をさらに含んでいてもよい。そのようなものとしては、たとえば以下のものが挙げられる:充填剤、可塑剤、老化調節剤、光安定剤、加工助剤、粘着付与剤、発泡剤、染料、顔料、ワックス、樹脂、有機酸および/またはそれらの塩、加硫遅延剤、金属酸化物、繊維、さらには充填剤活性化剤またはゴム工業で公知のその他の添加剤(参照、たとえばUllmann’s Encylopedia of Industrial Chemistry,VCH Verlagsgesellschaft mbH,D−69451 Weinheim,1993,Vol.A23,“Chemicals and Additives”,pp.366〜417、またはBayer AG,“Manual for the Rubber Industry”,2nd Fully revised Edition,Leverkusen,1993)。
したがって、本発明の加硫可能な組成物には、追加として、たとえば、カーボンブラック、タルカン(talcum)、シリカ、炭酸カルシウムおよび(焼成)カオリン、(焼成)アルミノシリケート、より好ましくはカーボンブラック、シリカ、焼成アルミノシリケートおよび/または焼成カオリンの1種または複数の充填剤をさらに含んでいるのが好ましい。
本発明の加硫可能な組成物にはさらに、1種または複数の可塑剤、たとえばセバシン酸ジオクチル、アジピン酸ジオクチル、リン酸エステル、TOTMなどをさらに含んでいてもよい。
有用な充填剤活性化剤としては、たとえば、以下のものが挙げられる:有機シランたとえば、ビニルトリメチルオキシシラン、ビニルジメトキシメチルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−シクロヘキシル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、メチル−トリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、イソオクチルトリメトキシシラン、イソオクチルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、(オクタデシル)メチルジメトキシシラン、ならびにエポキシ含有シラン、たとえば、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、または3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン。有用な充填剤活性化剤としてはさらに、たとえば、界面活性物質たとえば、トリエタノールアミン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、および74〜10,000g/molの分子量を有するポリエチレングリコールが挙げられる。充填剤変性剤の量は、100重量部の本発明によるコポリマーを基準にして、典型的には0〜10重量部の範囲内である。
加硫可能な組成物の中には、当業者には公知の各種の抗酸化剤を、100重量部の本発明によるコポリマーを基準にして、典型的には0〜5重量部、好ましくは0.5〜3重量部の量で含んでいてもよい。CDPAおよびTMQを使用するのが好ましい。
有用な加工助剤および/または離型剤としては、たとえば、飽和もしくは部分的に不飽和の脂肪酸およびオレイン酸およびそれらの誘導体(脂肪酸エステル、脂肪酸の塩、脂肪族アルコール、脂肪酸アミド)が挙げられる。オゾン亀裂防止ワックス(たとえば、商品名Antilux(登録商標))を、加工助剤として、低添加量で追加的に使用してもよい。これらの助剤および薬剤は、100重量部の本発明によるコポリマーを基準にして0〜10重量部、好ましくは0〜2重量部、より好ましくは0〜1重量部の量で採用される。離型性をさらに改良する目的で、金型表面に塗布することが可能な製品、たとえば低分子量シリコーン化合物をベースとする製品、フルオロポリマーをベースとする製品、さらにはフェノール樹脂をベースとする製品を追加的に採用してもよい。
発泡製品を製造するために有用な発泡剤としては、たとえば、OBSHおよびADCが挙げられる。
米国特許出願公開第A−4,826,721号明細書に教示されているような、ガラス製の補強材(繊維)を用いて補強することもまた可能であり、たとえば、脂肪族および芳香族ポリアミド(Nylon(登録商標)、Aramid(登録商標))、ポリエステル、および天然繊維製品のコード、織布、繊維による補強が挙げられる。
本発明の加硫可能な組成物は、慣用される混合装置、たとえばロールミルまたはインターナルミキサーを使用して、本発明のコポリマーを、架橋剤、場合によっては1種または複数の架橋助剤、および場合によってはゴム工業界で一般的に採用されるさらなる化学物質および添加物質、たとえば先に挙げたものと混合することにより製造するのが好ましい。その混合手順には、一段または複数段の工程が含まれる。
ここでは、例として、本発明を実施することが可能な二つのモードを挙げる。
プロセスA:インターナルミキサー中での製造
最初に、インターナルミキサー(好ましくは、「かみ合い型(intermeshing)」ローター形状を有するインターナルミキサー)に、本発明のコポリマーを仕込み、原料を微粉砕する。適切な混合時間の後に、充填剤および添加剤を混合する。その混合プロセスの際には、温度を監視して、原料が、80〜150℃の範囲内の温度で適切な時間経過するようにする。さらなる適切な混合時間の後に、その混合物のさらなる構成成分、たとえば、場合によっては、ステアリン酸、架橋助剤、抗酸化剤、可塑剤、白色顔料(たとえば二酸化チタン)、染料、およびその他の加工活性成分を混ぜ込む。さらなる適切な混合時間の後に、インターナルミキサーのガス抜きをし、シャフトをきれいにする。さらに適切な時間の後に、架橋剤を混ぜ込む。この段階では、混合温度を厳密に監視して、ミキサーの中でスコーチがまったく起きないようにしなければならない。必要があれば、ローター速度を下げて、混合温度が上がらないようにする。さらなる適切な時間の後に、インターナルミキサーを空にして、加硫可能な混合物を得る。「適切な時間(suitable period)」とは、数秒〜数分間を意味していると理解されたい。そのようにして得られた加硫可能な混合物は、慣用される方法、たとえば、ムーニー粘度を用いるか、ムーニースコーチを用いるか、またはレオメーター試験を用いて、評価することができる。別な方法として、架橋剤を混合することなく、その混合物を抜き出し、ロールミル上で架橋剤を混ぜ込むことも可能である。
プロセスB:ロール上での製造
添加される成分は、上記のプロセスAと同様であってよい。
本発明によるコポリマーおよび/またはそれを含む加硫可能な組成物の加硫温度は、典型的には100〜250℃、好ましくは140〜220℃、より好ましくは160〜200℃の範囲内である。必要があるか、または望むならば、そのようにして得られた加硫物を、次いで約150〜200℃の温度で1〜24時間かけてコンディショニングして、それら末端製品の性質を改良してもよい。
前記加硫によって得ることが可能な加硫物もまた、本発明の主題の一部を構成している。したがって「加硫物(vulcanizate)」という用語は、加硫された本発明のコポリマー、ならびに本発明のコポリマーと、好ましくは1種または複数の架橋剤を含む加硫された組成物と理解されたい。このタイプの加硫物は、室温および150℃での圧縮永久歪み試験で極めて良好な特性を示し、そして、高い引張応力値および良好な破断時伸び値、さらには低いオイル膨潤性と低いガラス転移温度の極めて良好な組合せを示す。
本発明のコポリマー、ならびにそれから製造される加硫物および/または加硫可能な混合物は、発泡もしくは非発泡の成形物の製造において、ならびにさらに自立フィルム/シートおよび各種のタイプのコーティングの製造、特にケーブル伝導層(cable conduction layer)、ケーブルシース、ガスケット、輸送ベルト、ベローズ、ホース、シリンダーヘッドカバーガスケットおよびOリングの製造において有用である。したがって、本発明には、本発明の加硫物を含む上述の成形物も包含される。本発明の加硫物はさらに、プラスチックの中に混ぜ込んで、不揮発性の帯電防止剤として機能させることも可能である。したがって、ポリマーに帯電防止性を与えるための本発明によるコポリマーの使用、ならびに本発明の加硫物を含む帯電防止処理されたプラスチックもまた、本発明の主題のさらなる一部を構成する。
本発明のコポリマーはさらに、熱可塑性プラスチックの加硫物におけるエラストマー相として、さらにはプラスチックまたはゴム、好ましくはPVC、ポリアミド、ポリエステルおよび/またはHNBRにおけるブレンド成分としても有用である。
さらなる採用の可能性は、プラスチック、好ましくはPVC、ポリアミド、および/またはポリエステルにおける不揮発性の可塑剤および/または耐衝撃性改良剤としての本発明によるコポリマーの使用にある。
したがって、エラストマー相として本発明の加硫物を含む熱可塑性プラスチックの加硫物、さらには特に不揮発性の可塑剤として本発明の加硫物を含むプラスチックおよびゴム、ならびに耐衝撃性改良剤として本発明の加硫物を含むプラスチックもまた、本発明の主題の一部を構成する。
本発明の一つの顕著な利点は、本発明の加硫物が、耐オイル性と低いガラス転移温度とを効果的に組み合わせて示す初めてのものであるということである。
実施例:
試験方法:
ガラス転移温度(Tg)は、EN ISO 11357−1:2009およびEN ISO 11357−2:2014に従い、示差走査熱量測定(DSC)により測定し、不活性ガスとしてヘリウムを使用し、変曲点法によりガラス転移温度を求める。温度のスキャン速度は、コポリマーでは20K/分、加硫物では10K/分である。
コポリマーの組成は、H NMR(Bruker DPX400、XWIN−NMR3.1ソフトウェア付き、測定周波数400MHz)により測定した。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)は、DIN 55672−1、Gel Permeation Chromatography(GPC)Part 1に従い、溶離液としてテトラヒドロフラン(THF)を使用し、0.5重量%のトリエチルアミンを添加して実施した。標準としてはポリスチレンを使用した。
ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)値は、それぞれ、ISO 289に従い、剪断ディスク粘度計を使用して100℃で測定する。
機械的性質を測定するためのスラブは、Werner & Pfleiderer加硫プレスの中で、Teflonフォイルに挟んで、所定の条件で加硫させた。
ショアーAは、ASTM−D2240−81に従って測定した。
変形の関数として応力を測定する引張試験は、DIN 53504および/またはASTM D412−80に従って実施した。
加熱エージングは、DIN 53508/2000に従って実施した。Method4.1.1“Ageing in oven with forced air circulaton”を採用した。
オイルおよび水中の浸漬は、DIN ISO 1817に従って実施した。
商品名の物質:
VAMAC GLS AEM(DuPont製):62.7重量%のアクリル酸メチル、33.4重量%のエチレン、3.9重量%のフマル酸モノエチル、T=−25.6℃
VAMAC DP AEM(DuPont製):59.0重量%のアクリル酸メチル、41.0重量%のエチレン、T=−29℃
SR550 メトキシポリエチレングリコール メタクリレート(PEG単位のM:350g/mol)(Sartomer Europe製)
SR552 メトキシポリエチレングリコール メタクリレート(PEG単位のM:約553g/mol)(Sartomer Europe製)
Antilux 110 パラフィンワックス(Rheinchemie Rheinau GmbH製)
Rhenofit TAC/S シリカ(30%)上のトリアリルシアヌレート(70%)(Rheinchemie Rheinau GmbH製)
Rhenofit DDA 老化抑制剤(ジフェニルアミン誘導体)(Rheinchemie Rheinau GmbH製)
Perkadox 14−40 B−PD 担持されたジ(tert−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン(AkzoNobel N.V.製)
Corax(登録商標)N550/30 カーボンブラック(Orion Engineered Carbons GmbH製)
コポリマーの製造:
M1
5Lの撹拌オートクレーブの中で、ポリマーを製造した。1492gの量の、1490.0gのtert−ブタノールおよび2.0gのアクリル酸メチルからなる溶液、ならびに、252.5gの、2.5gのAIBN(アゾビス(イソブチロニトリル))および250.0gのtert−ブタノール溶液からなる活性化剤溶液を、5Lの反応器の中に30℃で連続的に吸引させた。窒素を用いてその反応器をパージしてから、960.0gのエチレンを用いて加圧した。温度を70℃にまで上げると、約380barの圧力となった。次いで、200.0gのアクリル酸メチルおよび50.0gのSR550からなる溶液を、その反応混合物の中に約0.46g/分の速度で9時間かけて計量仕込みした。エチレンを注入することによって、重合の間を通して圧力を380bar±10barに維持した。
10時間の反応時間の後で、エチレンのフィードを停止させ、ポリマー溶液を5Lの反応器から強制的に徐々に抜き出して、最終オートクレーブに移した。溶媒および残存モノマーを除去すると、312.0gのSR550−エチレン−アクリル酸メチルコポリマーが得られた。
Mn=48,880g/mol、Mw=109,106g/mol、Mz=183,890g/mol
エチレン=36.1重量%、アクリル酸メチル=48.2重量%、SR550=15.7重量%
ML(1+4)100℃≦10;Tg=−34℃
M2
Teflonスターラーおよびハイインテンシティ(high−intensity)コンデンサーを取り付けた4口フラスコに、窒素下に、75gの水、5.5gのドデシル硫酸ナトリウム、62gのアクリル酸エチル、24gのアクリル酸ブチル、12gのSR552および2gのフマル酸モノエチルを仕込んだ。それに続けて、0.002gのホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウムと0.005gのブチルヒドロペルオキシドとの混合物を添加した。重合を開始させ、温度を上げて30℃とした。0.5時間の重合時間の後、NaClの20%水溶液を用いて、ポリマーを沈殿させた。次いで水を用いてそのポリマーを洗浄し、75℃で真空乾燥させると、次の組成のアクリレートゴム85gが得られた:
アクリル酸エチル:62重量%、アクリル酸ブチル:24.0重量%、SR552:12重量%、フマル酸モノエチル:2.0重量%
Tg=−31℃
加硫物および加硫可能な混合物の製造
方法Bによりロール上でポリマーを加工して、以下の表1に示した配合にした。
加硫は、プレス硬化として180℃で実施した(厚み2mmのスラブ/試験片では10分間、厚み6mmのスラブ/試験片では12分間)。加硫の後、そのスラブ/試験片は、175℃で4時間かけて、コンディショニングした。
表2に見られるように、本発明によるポリマーから製造した加硫物は、相応のオイル膨潤性で、明らかに低いガラス転移温度を示している。
Figure 0006767390
Figure 0006767390
本発明に従った実施例M1は、比較例のVM1およびVM2と比較して顕著に低いガラス転移温度を有しているが、他の物理的性質たとえば、破断時伸び、オイル膨潤性などは、エチレン含量に見合うものである。実施例M1の場合におけるムーニー粘度が驚くほど低いので、加硫に使用するペルオキシドの量を増やすことがさらに可能であり、それによって、ガラス転移温度の上昇を起こさせることなくオイル膨潤性をさらに低下させることが可能となるであろう。

Claims (14)

  1. 加硫物および加硫可能な組成物の製造において使用するためのコポリマーであって、
    i)49〜99重量%の、繰り返し単位ii)以外の少なくとも1種のアクリル酸アルキルから誘導される繰り返し単位、
    ii)1〜51重量%の、一般式(I):
    CH=C(R)(COO(RO)) (I)
    [式中、
    は、水素またはメチルを表し、
    は、出現ごとに独立して、直鎖状もしくは分岐状のC〜Cアルキレン基を表し、
    は、非置換もしくはC〜Cアルキル置換のフェニル、直鎖状もしくは分岐状のC〜Cアルキル基、または−C(=O)Rを表し、
    は、水素、または直鎖状もしくは分岐状のC〜Cアルキル基を表し、そして
    nは、2〜30の数を表す]
    の少なくとも1種のモノマーから誘導される繰り返し単位、および
    iii)5重量%を超えて50重量%までの、エチレンから誘導される繰り返し単位、
    (ここで、これらの量はそれぞれ、繰り返し単位i)〜iii)を合計した量を基準とする)
    を含み、
    前記コポリマーが、繰り返し単位i)〜iii)のモノマーの定義に入らない1種または複数のさらなる共重合可能なモノマーから誘導される繰り返し単位iv)を、繰り返し単位i)〜iii)および1種または複数のさらなる共重合可能なモノマーから誘導される繰り返し単位iv)を組み合わせた量を基準にして、合計して1重量%未満の量で含むか又は含まない、コポリマー。
  2. 前記アクリル酸アルキルが、1〜10個の炭素原子のアルキル部分を有し、好ましくはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸3−プロピルヘプチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸n−オクチル、およびさらにはそれらの混合物、より好ましくはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、およびアクリル酸n−ブチル、およびさらにはそれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
  3. 前記コポリマーが、いずれも繰り返し単位i)〜iii)を合計した量を基準にして、2〜40重量%、好ましくは4〜25重量%、より好ましくは6〜20重量%の一般式(I)のモノマーから誘導される繰り返し単位を含む、請求項1または2に記載のコポリマー。
  4. 部分が、出現ごとに独立して、エタン−1,2−ジイル、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、ブタン−1,4−ジイル、ブタン−1,3−ジイル、ペンタン−1,3−ジイル、ペンタン−1,4−ジイル、ペンタン−1,5−ジイル、および2−メチルブタン−1,4−ジイル、好ましくはエタン−1,2−ジイル、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、およびブタン−1,4−ジイル、より好ましくはエタン−1,2−ジイル、およびプロパン−1,2−ジイルからなる群より選択される、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコポリマー。
  5. 前記R部分が、CH、CHCH、CHCHCH、CHCHCHCH、CHO、COCH、COCHCH、COCHCHCH、およびCOCHCHCHCHから、好ましくはCH、CHCH、およびCOCHからなる群より選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコポリマー。
  6. 前記コポリマーが、エチレン、アクリル酸メチル、および、2〜20個のエチレングリコールおよび/またはプロピレングリコール繰り返し単位を有するポリアルキレングリコール (メタ)アクリレートから誘導される繰り返し単位を含む、請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマー。
  7. 前記コポリマーが、2種以上のアクリル酸アルキル、好ましくはアクリル酸エチルおよびアクリル酸ブチル、および2〜20個のエチレングリコールおよび/またはプロピレングリコール繰り返し単位を有するポリアルキレングリコール (メタ)アクリレートから誘導される繰り返し単位を含む、請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマー。
  8. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマーを、1種または複数の架橋剤と混合することによる、加硫可能な組成物を製造するためのプロセス。
  9. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマー、1種または複数の架橋剤、および場合により架橋収率を向上させるための架橋助剤を含む、加硫可能な組成物。
  10. 請求項に記載の加硫可能な組成物を架橋させることによる、加硫物を製造するためのプロセス。
  11. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマー又は請求項に記載の加硫可能な組成物から、請求項10に記載のプロセスによるかまたはよらないで、得ることが可能な加硫物。
  12. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマーを含む製品であって、前記製品が、発泡もしくは非発泡の成形物、好ましくはケーブル導電層、ケーブルシース、ガスケット、輸送ベルト、ベローズ、ホース、シリンダーヘッドカバーガスケット、およびOリングから選択される、製品。
  13. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマーを不揮発性の可塑剤および/または耐衝撃性改良剤として含む、プラスチック。
  14. 請求項1〜のいずれか1項に記載のコポリマーをブレンド成分として含む、プラスチックまたはゴム。
JP2017556900A 2015-04-30 2016-04-29 加硫可能な混合物および加硫物を製造するための、改良された低温特性および良好な耐オイル性を有するアクリレートゴムの使用 Active JP6767390B2 (ja)

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