JPH0764938B2 - Nbrシートの気体遮蔽性の改質法 - Google Patents

Nbrシートの気体遮蔽性の改質法

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JPH0764938B2
JPH0764938B2 JP4137660A JP13766092A JPH0764938B2 JP H0764938 B2 JPH0764938 B2 JP H0764938B2 JP 4137660 A JP4137660 A JP 4137660A JP 13766092 A JP13766092 A JP 13766092A JP H0764938 B2 JPH0764938 B2 JP H0764938B2
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純男 山田
勤 仲川
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工業技術院長
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】ニトリルゴム(アクリロニトリル
−ブタジエン共重合体、NBR)を全体のゴム弾性を失
わずに、ゴムシート状態あるいは固体状態のまゝ気体遮
蔽性を著しく向上させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】NBRは耐油性、耐摩耗性、耐熱性、機
械的性質が優れたゴム材料である。同時にブチルゴム、
チオコールゴムと共に気体遮蔽性の良好なことで知られ
ており、耐油性ホース、印刷用ゴムロール、パッキン
グ、ガスケットやシール材料として広く利用されてい
る。
【0003】ゴム製品の中には、ゴム弾性、耐劣化性な
どと共に通気性、すなわち気体の透過性が問題になるこ
とがある。例えば自動車や自転車の空気入れタイヤのチ
ューブにおける空気のもれ、パッキングやシール材の気
密性、あるいはグローブボックスのゴム手袋として使用
したときの有毒ガスや悪臭の遮蔽の問題がある。
【0004】ゴム材料の気体透過性は材料の種類と透過
気体によって著しく変わる。一般にゴム材料の場合分子
構造中に極性基やかさ高い基が入ると透過性が悪くな
る。すなわち、気体遮蔽性がよくなる。例えばニトリル
ゴム、ブチルゴム、イソプチレンゴムに見られる通りで
ある。また同じNBR、SBRでも結合ニトリル量、ス
チレン量が増すに従って拡散係数は小さくなる。すなわ
ち一般的にはゴム分子の凝集エネルギーが大きく、内部
粘性の大きいほど拡散に対する抵抗が大きい。
【0005】同様にゴムが加硫されるとガスの拡散が妨
げられ透過率、拡散係数は小さくなり、これらは網目密
度に逆比例する。したがって逆にゴム分子の運動性をよ
くする可塑剤やエクステンダーを混入すると拡散性を大
きくする。一方各種充填剤は加硫ゴムのかたさ、モジュ
ラスを増大させる点において透過を小さくする傾向があ
る。
【0006】ゴム材料のなかでもパッキング、シール材
などの気密性を要する用途では、更に遮蔽性のよいゴム
材料が求められている。例えば耐油性や耐摩耗性の優れ
たNBRのゴム弾性はさほど犠牲にしないで、気体遮蔽
性を更に改善することができないか、すなわち気体透過
性を著しく下げること、好ましくは1桁ほど透過係数を
抑えることができないか、ということは産業界からの強
い要望である。
【0007】しかもその改質法は安全かつ、簡便で、で
きたらゴム製品を成形加工後の二次加工工程の段階で使
えるものが望まれる。
【0008】ゴム材料の気体透過性を下げるには、ニト
リルゴム、ブチルゴム、チオコールゴムなどのように分
子構造中に極性基を導入することが必要であることは判
っている。従来、極性基導入の有効な方法としては、ハ
ロゲン化法が検討されてきた。同じような目的で行われ
たポリオレフィン・シートの表面改質法として、表面光
塩素化法(特許第696136号明細書)がある。しか
し処理法の対象としてはポリオレフィンであり、NBR
などのゴム材料ではない。
【0009】代表的なゴム材料であるポリブタジェンに
対するハロゲン化反応としては、ポリブタジェンを四塩
化炭素に希釈して溶解し、乾燥塩素ガスを吹き込んで塩
素化する方法がある。しかしこの場合表面反応を狙っ
て、ポリブタジェン単体に直接塩素ガスを吹き付けなが
ら、紫外線を当てる反応条件では反応が厳し過ぎるの
と、副反応として起きる分解反応によってポリブタジェ
ンゴムが劣化し、表面反応としては制御できない。ま
た、光塩素化反応で必要とする塩素は強い毒性と腐食性
のある気体であるため取扱いが厄介である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の実状に鑑みなされたものであって、ニトリルゴム
(NBR)の全体のゴム弾性を失わずに、その気体遮蔽
性を向上させる方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、NBR
をゴムシート状態のまゝ飽和臭素水溶液中に浸漬し、紫
外線を0.5〜3時間照射し、膜厚平均の臭素含有率が
1.5〜10.0重量%になるまでゴムシートの片面も
しくは両面を光臭素化することによって、全体のゴム弾
性を余り失わずに、気体遮蔽性を向上させる改質法が提
供される。
【0012】本発明者らは、塩素と同じハロゲンである
が、反応がより温和で、簡便な臭素化について鋭意研究
を重ねた結果、NBRゴムシートを臭素飽和水溶液中で
紫外線を特定時間照射すれば、全体のゴム弾性を失わず
に、固体物の極く表面のみを改質することができ、NB
Rの気体遮蔽性を著しく向上しうることを見いだし、こ
の知見に基づいて本発明をなすに至った。
【0013】NBRを光臭素化するにあたって問題にな
ることは、NBRが表面臭素化することによって、全体
のゴム弾性が失われることがないにしても、ゴム表面が
固くなり、ついには表層部分のゴム弾性が完全に失わ
れ、パッキング材料等の用途として不向きになる恐れが
あることである。本発明者の検討によれば、かかる問題
点は上述したように、ハロゲン化剤として飽和臭素水溶
液を用いると共に紫外線を0.5〜3時間照射するとい
う条件を採ることにより解決できることが判明した。ハ
ロゲン化剤として、塩素ガスを吹込み方法や塩素ガスと
紫外線を照射する方法を組み合わせた方法では、反応が
進行し過ぎてゴム弾性を損なったり、副反応や分解反応
によりNBRが劣化してしまう。また、ハロゲン化剤と
して臭素を用いた場合でも、その形態がガス状のもので
は、上記と同様に反応の進行が速すぎ、ゴム弾性を損な
う場合が多く、また、液状のものでも飽和臭素水溶液で
ないものは、臭素化反応が温和すぎて、NBRの気体遮
蔽効果が不充分となる。また、紫外線照射時間が0.5
時間未満であると、臭素化反応が十分に進まず、NBR
の気体遮蔽性の改質が不充分となり、一方、紫外線照射
時間が3時間を越えると、臭素化反応が進みすぎ、内部
のゴム弾性が失なわれる恐れがあるので好ましくない。
【0014】本発明に係わるゴム材料の気体遮蔽性の改
質法は、上述のとおり、紫外線を用いた飽和臭素水溶液
中における、不均質な高分子反応で極性基を導入する方
法である。したがって、極性基が付与された反応層はご
く表面にだけ形成され膜厚平均の臭素含有率が1.5〜
10.0重量%であるため、内部のゴム弾性は失われ
ず、表面特性である気体遮蔽性を向上させることができ
る。また紫外線を用いた飽和臭素水溶液中におけるゴム
固体のまゝの高分子反応であるので、改質法としては、
安全で簡便な方法であり、更に本発明はハロゲン化反応
のなかでは比較的温和な、水溶液中での光臭素化反応を
選んだので、ゴム材料の分解や劣化が伴わずに気体遮蔽
性の改質を行うことができる。また、本発明のNBRの
光臭素化が温和な反応条件でうまく進んだのは、NBR
中のポリブタジェン成分のようなジェン系ゴムが臭素な
どのハロゲンと反応する場合、ポリジェンが不飽和二重
結合およびそれによって活性化された隣接メチレン基を
もつため、反応性が高いことに帰因しているものと思わ
れる。
【0015】
【実施例】次に本発明におけるNBRシートの気体遮蔽
性の改質法と、それによって得られるNBRの気体遮蔽
性の改質結果について説明する。
【0016】実施例1 NBRとしては、アクリロニトリルを41wt%含むハ
イカー1041を使用した。使用に先立ちNBR中に含
まれる開始剤や安定剤などの添加物を取り除くため精製
した。製膜は、精製したNBRを1,4−ジオキサンに
溶解し、約10%のNBR溶液とした後、水銀上にのせ
たガラス板にNBR溶液をキャステングして行った。一
週間以上にわたって、大気中で乾燥したあと、必要な場
合にはメタノール中でガラス板から剥し、多孔質テフロ
ンシートにはさみ、一週間以上真空乾燥を行った。NB
Rシートの光臭素化反応は、ガラス板上に製膜したNB
Rシートが剥しにくいため、製膜したNBRシートをガ
ラス板につけたまま行った。図1に示した光臭素化反応
装置において、飽和臭素水(3.46%)をシャーレに
入れ、水面下1cmのところにNBRシートの付いたガ
ラス板をNBRシートを上向きに固定し、水面上9cm
の位置から低圧水銀灯(615V、25mA)によっ
て、1時間紫外線を照射した。光臭素化終了後、NBR
シートを約1%の水酸化ナトリウム水溶液に約1時間浸
漬し、反応を停止させた。その後純水中に漬け、一晩放
置後ガラス板より光臭素化NBRシートを剥し、テフロ
ンシートで挟んでから更に外側を濾紙に挟んで真空乾燥
し、次の気体の透過係数の測定に供した。
【0017】図2に示した装置を用いて、NBRシート
及び光臭素化NBRシートの気体の透過係数の測定を行
った。この測定の原理は、試料のゴムシートを境にし
て、高圧側には数mmHg〜800mmHgの気体を加
圧し、10−5〜10−6mmHgに保持した低圧側に
透過してきた気体量を低圧側の圧力増加としてバラトロ
ン真空計で計測し、透過曲線を描き、その直線部分の勾
配から単位時間当りの透過量(dh/dt)を測定し
た。気体の透過係数(P)は次の(1)式より算出し
た。
【化1】 ここでtは気温(℃)、Vは透過側の体積(cm3)、
Aは透過面積(cm2)、Pは供給気体の圧力(cmH
g)、dh/dtは透過側の圧力増加の速度(mmHg
/sec)、〓は膜厚(cm)である。用いた装置のV
は410cm3、Aは15.90cm2であった。透過係
数の測定は同一条件で3回行い、その平均値をもって表
した。膜厚は1/100mm精度のマイクロメーターで
測定した。用いたゴムシートの厚さは141〜223μ
mであった。
【0018】実施例1で得られた光臭素化したNBRシ
ートの臭素含有率はフラスコ燃焼法で分析したところ、
膜厚平均の臭素含有率が8.82%であった。ゴムシー
トの厚さは167μmで、光臭素化後に表面は硬くなっ
たが、全体のゴム弾性はまだ失われていなかった。光臭
素化したNBRシートの透過係数の測定結果を表1に示
す。なお表1の括弧内の数字は、直上の透過係数と、表
4の比較例1に示す未処理NBRシートの相当する透過
係数との比率を表す。
【0019】
【表1】
【0020】実施例2 光臭素化の反応時間を3時間とした以外は、実施例1と
全く同様にして光臭素化反応及び気体の透過係数の測定
を行った。ここで得られた光臭素化NBRのゴムシート
の厚さは223μmで、膜厚平均の臭素含有率は6.1
6%であった。透過係数の測定結果を表2に示す。なお
表2の括弧内の数字は表4の比較例1に示す未処理NB
Rの相当する透過係数との比率を表す。
【0021】
【表2】
【0022】実施例3 光臭素化の反応時間を0.5時間とした以外は、実施例
1と全く同様にして光臭 素化反応及び気体の透過係数
の測定を行った。ここで得られた光臭素化NBRのゴム
シートの厚さは181μmで、膜厚平均の臭素含有率は
1.87%であった。透過係数の測定結果を表3に示
す。なお表3の括弧内の数字は表4の比較例1に示す未
処理NBRの相当する透過係数との比率を表す。
【0023】
【表3】
【0024】比較例1 実施例1〜3に使用した、光臭素化反応前のNBRゴム
シートの透過係数の測定結果を表4に示す。ゴムシート
の厚さは141μmであった。なお括弧内の数字は表1
〜3までに説明したと同じ意味である。
【0025】
【表4】
【0026】本発明の改質方法は前記構成からなり、N
BRは表面臭素化することによって、殆ど全体のゴム弾
性は失われず、表面が多少硬くなる程度であった。また
実施例で取り扱ったNBRは臭素化できるポリブタジェ
ン部分の少ない、アクリロニトリル含有率の高い、いわ
ゆる高ニトリルゴムであるが、本発明の表面臭素化によ
る気体遮蔽性の改質法は高ニトリルゴムに対しても有効
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この図は、本発明の気体遮蔽性の改質に用いた
光臭素化反応装置の装置説明図である。
【符号の説明】
1 低圧水銀灯 2 石英ガラス板 3 NBRゴムシート(ガラス板上に付着している場合
もある) 4 飽和臭素水 5 光臭素化反応層 6 未反応ゴム状部分 7 シャーレ
【図2】この図は、本発明の気体遮蔽性の改質法によっ
て改質したNBRシートの気体透過測定を行うための装
置説明図である。
【符号の説明】
1 気体透過セル 2 気体供給マノメータ 3 圧力測定ヘッド 4 恒温水槽 5 センシティブリレー 6 拡散ポンプ 7 油回転ポンプ 8 コールドトラップ 9 マクレオドゲージ 10 ガス溜め 11 ガラスコック 12 予備のガス溜め 13 ピラニーゲージ 14 パラトロン圧力真空計

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NBRをゴムシート状態のまゝ飽和臭素
    水溶液中に浸漬し、紫外線を0.5〜3時間照射し、膜
    厚平均の臭素含有率が1.5〜10.0重量%になるま
    でゴムシートの片面もしくは両面を光臭素化することに
    よって、全体のゴム弾性を余り失わずに、気体遮蔽性を
    向上させる改質法。
JP4137660A 1992-04-28 1992-04-28 Nbrシートの気体遮蔽性の改質法 Expired - Lifetime JPH0764938B2 (ja)

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