JP6968735B2 - 弾性物質の製造方法及び弾性物質 - Google Patents
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Description
関連出願と優先権主張の相互参照
本出願は、台湾経済部智慧財産局での２０１７年３月２３日に出願された特許出願第１０６１０９８１９号に基づく利益を主張し、その内容は参考として本明細書に取り入れるものとする。
本出願は、台湾経済部智慧財産局での２０１７年３月２３日に出願された特許出願第１０６１０９８１９号に基づく利益を主張し、その内容は参考として本明細書に取り入れるものとする。
技術分野
本発明は、弾性物質強化用複合材料及びその製造方法に関し、ゴム又はシリコーン強化用複合材料及びその製造方法に関する。
本発明は、弾性物質強化用複合材料及びその製造方法に関し、ゴム又はシリコーン強化用複合材料及びその製造方法に関する。
背景技術
従来、ゴムの製造においては、ナノカーボン材料及び加工油が直接に及び別々に混練された。ゴムは、天然ゴム、汎用ゴム又は特殊合成ゴムである。この方法の欠点は、（１）混合プロセスで粉末が飛散し、（２）ゴム加工油を混練した後、ゴムの可塑性が増加するが、耐摩耗性が低く、老化特性が低下する。同時に、ゴムの物性（引張応力、弾性係数又は引裂強度）が低下し、導電特性が低下する。
従来、ゴムの製造においては、ナノカーボン材料及び加工油が直接に及び別々に混練された。ゴムは、天然ゴム、汎用ゴム又は特殊合成ゴムである。この方法の欠点は、（１）混合プロセスで粉末が飛散し、（２）ゴム加工油を混練した後、ゴムの可塑性が増加するが、耐摩耗性が低く、老化特性が低下する。同時に、ゴムの物性（引張応力、弾性係数又は引裂強度）が低下し、導電特性が低下する。
ゴムの引張強度、引裂強度、伸び率、耐老化性及び導電特性を向上させる弾性物質強化用複合材料を提供することが望ましい。
本発明は、ナノカーボン材料（単層、少層及び多層カーボンナノチューブ、グラフェン、グラフェンナノプレートレットなど）を含むゴム強化加工高分子材料に関する。このゴム強化加工高分子材料を使用することにより、混練混合プロセスで粉末が飛散する現象はない。本願のゴム強化加工高分子材料の粘度は、１０００〜３０００００ｃｐｓであり、従来のゴム加工油（シリコーン油、パラフィン系ゴム加工油、高ナフテン系加工油、ＴＤＡＥゴム加工油）よりも高い。また、本願のゴム強化加工高分子材料は、ゴムの硬度値を３度未満に増加させ、ゴムの引張強度、引裂強度及び伸び率を同時に高める。あるいは、本願のゴム強化加工高分子材料は、ゴムの硬度値を３度未満に増加させ、ゴムの耐老化性を高め、ゴムの導電特性を向上させる（表面抵抗特性を低下させ、体抵抗性を低下させる）。
上述の目的を達成するために、本願は、老化防止ゴムの製造方法を提案する。前記老化防止ゴムの製造方法は、ゴム加工油にカーボンチューブ材料又はグラフェン材料を添加し、均一に混合してゴム強化複合材料を得る工程と、前記ゴム強化複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する工程と、を含む。
上述の目的を達成するために、本願は、弾性物質強化用複合材料を提案する。前記弾性物質強化用複合材料は、炭素材料及び弾性物質加工油からなり、粘度値範囲が１０００ｃｐｓ〜３０００００ｃｐｓである。
上述の目的を達成するために、本願は、弾性物質強化用複合材料の製造方法を提案する。前記弾性物質強化用複合材料の製造方法は、炭素材料を用意する工程と、弾性物質加工油を用意する工程と、前記炭素材料と前記弾性物質加工油を均一に混合する工程と、を含む。
本発明は、老化防止ゴム又はシリコーンの製造方法に関する。強化複合材料をゴム又はシリコーンプロセスに添加し、ゴム又はシリコーン製品をより良好な特性にする。カーボンナノチューブ又はグラフェンをゴム又はシリコーン加工油に添加し、十分に機械的に分散させる。例えば、ローラーボール混合分散、ブレード剪断力撹拌分散、高圧均質化分散など剪断力を有する機械的方法を用いて、カーボンナノチューブ／グラフェンを含む強化複合材料を形成し、この過程で加熱し、加熱温度は３０〜１００℃である。カーボンナノチューブ又はグラフェンは、表面処理されてもよい、表面処理方法は、化学的改質方法及び物理的改質方法であり得る。化学的改質方法は、カップリング剤（シランカップリング剤及びチタネートカップリング剤などの化学的グラフト改質方法）を添加し、カーボンチューブを改質し、ゴム又はシリコーン材料の機械的強度を増加してもよい。物理的改質方法は、プラズマ処理であってもよい。強化複合材料は、異なる割合のパラフィン、ナフテン又は芳香族加工油を含み、加工油の種類は、高ナフテン系加工油、環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥ、パラフィン系ゴム加工油又はシリコーン系ゴム加工油（シリコーン油）である。さらに、非シリコーン系ゴム（例えば、合成ゴム）のプロセスでは、エチレングリコール（例えば、ＰＥＧ）又は可塑剤などの加工助剤を添加するができ、従って、製造される強化複合材料の粘度値は、１０００ｃｐｓ〜３０００００ｃｐｓであり、現在市販されているゴム又はシリコーン加工油よりも高い。次に、前記強化複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する。前記カーボンナノチューブ又は前記グラフェンは、前記強化複合材料の０．００１〜３０重量％であり、より好ましくは０．１〜５重量％である。前記充填剤は、前記ゴム又はシリコーンの１０〜７５％の割合を占め、より好ましくは２５〜５０％の割合を占める。前記充填剤は、カーボンブラック、ホワイトカーボン、炭素繊維又はガラス繊維である。
上記の強化複合材料は、ゴム又はシリコーン製品の硬度値を３度未満に増加し、引張強度、引裂強度及び伸び率を同時に高める。あるいは、ゴム又はシリコーン製品の硬度値を３度未満に増加し、耐老化性を同時に強化する。前記強化複合材料は、ゴム又はシリコーンを製造する時に２０ｐｈｒ未満で添加し、より好ましくは１０ｐｈｒ未満で添加する。前記強化複合材料は、ゴム又はシリコーンに対し、より良い耐老化性を提供し、タイヤのトレッド（トップ及びボトム）ゴム、サイドウォールゴム及びライニング製品がより良好な特性を有するようにすることができる。上記の比率の材料をタイヤのトレッドゴムに添加すると、その耐老化性を高めることができ、それにより寿命を延ばし、又は全体の量を減少させ、軽量化し、タイヤの動作中のエネルギー消費を低減し、コストを低減することができる。そして、前記強化複合材料を添加すると、ゴム又はシリコーンの導電特性をわずかに増加させることができ（抵抗率は１００倍未満に減少する）、例えば、実施例１の表面抵抗率は、３．６ｘ１０４ｏｈｍｓ／ｓｑから１．８ｘ１０４ｏｈｍｓ／ｓｑに減少する。
実施例１：
ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ高ナフテン系ゴム油との混練と、ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ強化複合材料（カーボンチューブ及び高ナフテン系ゴム加工油を含む）（例えば、ゲル状）との混練と、を比較する。
ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ高ナフテン系ゴム油との混練と、ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ強化複合材料（カーボンチューブ及び高ナフテン系ゴム加工油を含む）（例えば、ゲル状）との混練と、を比較する。
実施例２：
ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥとの混練と、ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ強化複合材料（カーボンチューブ及び環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥを含む）との混練と、を比較する。
ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥとの混練と、ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ強化複合材料（カーボンチューブ及び環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥを含む）との混練と、を比較する。
上記の亀裂成長試験は、試験仕様ＡＳＴＭ Ｄ８１３を使用し、試験方法はＤｅ Ｍａｔｔｉａ Ｆｌｅｘｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅであり、試験条件は温度１５０℃、周波数５Ｈｚ、曲げ工程５７ｍｍである。亀裂の開始は、ギャップの幅が０．１ｍｍ未満であることを意味し、著しい亀裂は、ギャップの幅が０．２ｍｍ未満であることを意味する。
実施例３：
ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥとの混練と、１０ｐｈｒ、ＳＢＲゴムと２０ｐｈｒ強化複合材料（グラフェン及び環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥを含む）との混練と、を比較する。
ＳＢＲゴムと１０ｐｈｒ環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥとの混練と、１０ｐｈｒ、ＳＢＲゴムと２０ｐｈｒ強化複合材料（グラフェン及び環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥを含む）との混練と、を比較する。
上記実施例１〜３から分かるように、本願の強化複合材料と混練するゴムは、加工油にかかわらずカーボンチューブ又はグラフェンの添加に用いて、引張応力、伸び率及び引裂強度が向上し、表面抵抗率はわずかに減少する。これはゴムの物理的特性が上がり、老化防止特性を強化し、また、帯電防止特性が増加することを示す。実施例２において、一般的なＴＤＡＥの処方は、一万回の亀裂成長特性の試験をした後に、亀裂を開始し、三万回の試験の後に、著しい亀裂を示す。しかし、本願の強化複合材料を添加すると、八万回の試験の後に著しい亀裂を開始する。
実施例４：
ＳＢＲは油展ＳＢＲであり、例えば、ＳＢＲ−１７２３、ＳＢＲ−１７１２などの油展ＳＢＲゴム又はＳＳＢＲゴムである。
実施例４から分かるように、強化複合材料を２ｐｈｒ、５ｐｈｒ及び１２ｐｈｒの量で添加する時、強化複合材料２ｐｈｒの添加は、引張強度及び引裂強度に関して非常に良好な性能を有する。実施例１〜４の場合、強化複合材料は、２０ｐｈｒ未満の量で添加されてもよく、より好ましくは１０ｐｈｒ未満の量で添加される。
実施例
１、老化防止ゴムの製造方法は、ゴム加工油にカーボンチューブ材料又はグラフェン材料を添加し、均一に混合してゴム強化複合材料を得る工程と、前記ゴム強化複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する工程と、を含む。
１、老化防止ゴムの製造方法は、ゴム加工油にカーボンチューブ材料又はグラフェン材料を添加し、均一に混合してゴム強化複合材料を得る工程と、前記ゴム強化複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する工程と、を含む。
２、実施例１に記載の老化防止ゴムの製造方法において、前記カーボンチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記ゴム強化複合材料の０．００１〜３０重量％である。
３、実施例１〜２に記載の老化防止ゴムの製造方法において、前記カーボンチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記ゴム強化複合材料の０．１〜５重量％である。
４、実施例１〜３に記載の老化防止ゴムの製造方法において、前記充填剤は、前記老化防止ゴムの１０〜７５％である。
５、実施例１〜４に記載の老化防止ゴムの製造方法において、前記充填剤は、前記老化防止ゴムの２５〜５０％である。
６、実施例１〜５に記載の老化防止ゴムの製造方法において、前記充填剤は、カーボンブラック、ホワイトカーボン、炭素繊維又はガラス繊維である。
７、弾性物質強化用複合材料は、炭素材料及び弾性物質加工油からなり、粘度値範囲が１０００ｃｐｓ〜３０００００ｃｐｓである。
８、実施例７に記載の弾性物質強化用複合材料において、前記弾性物質強化用複合材料は、弾性物質を製造する時に２０ｐｈｒ未満添加する。
９、実施例７〜８に記載の弾性物質強化用複合材料において、前記弾性物質強化用複合材料は、弾性物質を製造する時に１０ｐｈｒ未満添加する。
１０、弾性物質強化用複合材料の製造方法は、炭素材料を用意する工程と、弾性物質加工油を用意する工程と、前記炭素材料と前記弾性物質加工油を均一に混合する工程と、を含む。
１１、実施例１０に記載の弾性物質強化用複合材料の製造方法において、前記炭素材料は、カーボンナノチューブ材料又はグラフェン材料であり、前記弾性物質は、ゴム又はシリコーンであり、前記弾性物質の弾性係数の範囲は、１４００ＭＰａ未満であり、前記混合工程は、ローラーボール混合分散、ブレード剪断力撹拌分散、及び高圧均質化分散の少なくとも一つを含み、前記カーボンナノチューブ材料又は前記グラフェン材料は、予め表面処理され、前記表面処理は、物理的改質処理及び化学的改質処理を含み、前記弾性物質加工油は、高ナフテン系加工油、環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥ、パラフィン系ゴム加工油及びシリコーン系ゴム加工油（シリコーン油）を含む。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ゴム加工油にカーボンチューブ材料又はグラフェン材料を添加し、均一に混合してゴム強化複合材料を得る工程と、
前記ゴム強化複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する工程と、を含むことを特徴とする老化防止ゴムの製造方法。
［２］前記カーボンチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記ゴム強化複合材料の０．００１〜３０重量％であることを特徴とする［１］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［３］前記カーボンチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記ゴム強化複合材料の０．１〜５重量％であることを特徴とする［２］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［４］前記充填剤は、前記老化防止ゴムの１０〜７５％であることを特徴とする［１］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［５］前記充填剤は、前記老化防止ゴムの２５〜５０％であることを特徴とする［４］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［６］前記充填剤は、カーボンブラック、ホワイトカーボン、炭素繊維又はガラス繊維であることを特徴とする［１］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［７］炭素材料及び弾性物質加工油からなる弾性物質強化用複合材料であって、粘度値範囲が１０００ｃｐｓ〜３０００００ｃｐｓであることを特徴とする弾性物質強化用複合材料。
［８］前記弾性物質強化用複合材料は、弾性物質を製造する時に２０ｐｈｒ未満添加することを特徴とする［７］に記載の弾性物質強化用複合材料。
［９］前記弾性物質強化用複合材料は、弾性物質を製造する時に１０ｐｈｒ未満添加することを特徴とする［８］に記載の弾性物質強化用複合材料。
［１０］炭素材料を用意する工程と、弾性物質加工油を用意する工程と、前記炭素材料と前記弾性物質加工油を均一に混合する工程と、を含むことを特徴とする弾性物質強化用複合材料の製造方法。
［１１］前記炭素材料は、カーボンナノチューブ材料又はグラフェン材料であり、前記弾性物質は、ゴム又はシリコーンであり、前記弾性物質の弾性係数の範囲は、１４００ＭＰａ未満であり、前記混合工程は、ローラーボール混合分散、ブレード剪断力撹拌分散、及び高圧均質化分散の少なくとも一つを含み、前記カーボンナノチューブ材料又は前記グラフェン材料は、予め表面処理され、前記表面処理は、物理的改質処理及び化学的改質処理を含み、前記弾性物質加工油は、高ナフテン系加工油、環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥ、パラフィン系ゴム加工油及びシリコーン系ゴム加工油（シリコーン油）を含むことを特徴とする［１０］に記載の弾性物質強化用複合材料の製造方法。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ゴム加工油にカーボンチューブ材料又はグラフェン材料を添加し、均一に混合してゴム強化複合材料を得る工程と、
前記ゴム強化複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する工程と、を含むことを特徴とする老化防止ゴムの製造方法。
［２］前記カーボンチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記ゴム強化複合材料の０．００１〜３０重量％であることを特徴とする［１］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［３］前記カーボンチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記ゴム強化複合材料の０．１〜５重量％であることを特徴とする［２］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［４］前記充填剤は、前記老化防止ゴムの１０〜７５％であることを特徴とする［１］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［５］前記充填剤は、前記老化防止ゴムの２５〜５０％であることを特徴とする［４］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［６］前記充填剤は、カーボンブラック、ホワイトカーボン、炭素繊維又はガラス繊維であることを特徴とする［１］に記載の老化防止ゴムの製造方法。
［７］炭素材料及び弾性物質加工油からなる弾性物質強化用複合材料であって、粘度値範囲が１０００ｃｐｓ〜３０００００ｃｐｓであることを特徴とする弾性物質強化用複合材料。
［８］前記弾性物質強化用複合材料は、弾性物質を製造する時に２０ｐｈｒ未満添加することを特徴とする［７］に記載の弾性物質強化用複合材料。
［９］前記弾性物質強化用複合材料は、弾性物質を製造する時に１０ｐｈｒ未満添加することを特徴とする［８］に記載の弾性物質強化用複合材料。
［１０］炭素材料を用意する工程と、弾性物質加工油を用意する工程と、前記炭素材料と前記弾性物質加工油を均一に混合する工程と、を含むことを特徴とする弾性物質強化用複合材料の製造方法。
［１１］前記炭素材料は、カーボンナノチューブ材料又はグラフェン材料であり、前記弾性物質は、ゴム又はシリコーンであり、前記弾性物質の弾性係数の範囲は、１４００ＭＰａ未満であり、前記混合工程は、ローラーボール混合分散、ブレード剪断力撹拌分散、及び高圧均質化分散の少なくとも一つを含み、前記カーボンナノチューブ材料又は前記グラフェン材料は、予め表面処理され、前記表面処理は、物理的改質処理及び化学的改質処理を含み、前記弾性物質加工油は、高ナフテン系加工油、環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥ、パラフィン系ゴム加工油及びシリコーン系ゴム加工油（シリコーン油）を含むことを特徴とする［１０］に記載の弾性物質強化用複合材料の製造方法。
Claims (7)
- 弾性物質加工油にカーボンナノチューブ材料又はグラフェン材料を添加し、均一に混合して弾性物質強化用複合材料を得る工程と、
前記弾性物質強化用複合材料を主ゴム、充填剤及び架橋剤と混合する工程と、を含み、
前記弾性物質強化用複合材料は、前記主ゴム、前記充填剤及び前記架橋剤と混合する時に１０ｐｈｒ以下を添加し、粘度値範囲が１０００ｃｐｓ〜３０００００ｃｐｓであり、
前記弾性物質強化用複合材料を得る工程は、ローラーボール混合分散、ブレード剪断力撹拌分散、及び高圧均質化分散の少なくとも一つを含むことを特徴とする弾性物質の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記弾性物質強化用複合材料の０．００１〜３０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の弾性物質の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ材料又は前記グラフェン材料は、前記弾性物質強化用複合材料の０．１〜５重量％であることを特徴とする請求項２に記載の弾性物質の製造方法。
- 前記充填剤は、前記弾性物質の１０〜７５％であることを特徴とする請求項１に記載の弾性物質の製造方法。
- 前記充填剤は、前記弾性物質の２５〜５０％であることを特徴とする請求項４に記載の弾性物質の製造方法。
- 前記充填剤は、カーボンブラック、ホワイトカーボン、炭素繊維又はガラス繊維であることを特徴とする請求項１に記載の弾性物質の製造方法。
- 前記弾性物質は、ゴム又はシリコーンであり、
前記カーボンナノチューブ材料又は前記グラフェン材料は、予め表面処理され、
前記表面処理は、物理的改質処理及び化学的改質処理を含み、
前記弾性物質加工油は、高ナフテン系加工油、環境保護型ゴム加工油ＴＤＡＥ、パラフィン系ゴム加工油及びシリコーン系ゴム加工油（シリコーン油）を含むことを特徴とする請求項１に記載の弾性物質の製造方法。
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