JPH0881505A - 解重合天然ゴムおよびその製造方法 - Google Patents
解重合天然ゴムおよびその製造方法Info
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- JPH0881505A JPH0881505A JP6220538A JP22053894A JPH0881505A JP H0881505 A JPH0881505 A JP H0881505A JP 6220538 A JP6220538 A JP 6220538A JP 22053894 A JP22053894 A JP 22053894A JP H0881505 A JPH0881505 A JP H0881505A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08C—TREATMENT OR CHEMICAL MODIFICATION OF RUBBERS
- C08C19/00—Chemical modification of rubber
- C08C19/08—Depolymerisation
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Abstract
均分子量が2000〜50000の範囲内である液状の
解重合天然ゴムであって、有機溶剤に1〜30重量%の
割合で溶解した脱蛋白天然ゴムを金属系触媒の存在下で
空気酸化して得られる。 【効果】 天然ゴム特有の臭いや着色がなく、また蛋白
質由来の即時性アレルギーの恐れもない。さらに、通常
の加硫ゴムと変わらない物理特性を付与することができ
る。
Description
リング剤、コーキング剤、可塑剤、ポリウレタン等の原
料として有用な解重合天然ゴムおよびその製造方法に関
する。
ゴムを解重合して得られる解重合天然ゴムは、液状ゴム
とも呼ばれ、強力な粘着力と優れた架橋反応性とを有す
ることから、接着剤、粘着剤、シーリング剤、コーキン
グ剤等の原料として広く活用される他、タイヤ用配合ゴ
ム等の固形ゴムの加工特性を改善するための反応性可塑
剤としても活用されている。
較して液状ゴムから製品を作るほうが加工が容易でエネ
ルギー的に有利なことから、多くの産業分野で着目され
ている。しかしながら、従来の解重合天然ゴムは、蛋白
質が除去されていない精製度の低い天然ゴムを原料にし
ているため、天然ゴム独特の臭いが抜けず、また蛋白質
の酸化等による着色などがあり、生活用品や介護用品な
どの身近に使われる製品用の粘着剤や無色透明であるこ
とが要求されるアルバム類の粘着剤等の人目にさらされ
る用途に使用し難いと言う致命的な欠点を有していた。
また、近年問題となっている蛋白質由来の即時性アレル
ギーの恐れもあり人体に接触する製品への利用は出来な
い。
練り、熱分解、光分解、化学分解等によって得ることが
出来るが、下記のようにそれぞれの問題点を有してい
た。素練りとは原料ゴムをロール機や密閉式混合機など
を用いて機械的作用と熱によってゴム分子鎖を切断さ
せ、メルカプタン類などのしゃく解剤(ごく少量の添加
で可塑性を付与し、素練り時間を短縮するための有機化
合物であり、素練り促進剤ともいう)を加えることで再
結合を防ぎ低分子量化を促進する方法である。この方法
では分子量の揃った解重合ゴムが得られるが、その分子
量分布は広く、また末端基構造の制御が困難などの問題
点がある。熱分解では反応温度が高温であるため、分解
だけではなく架橋や再結合などが起こり、分子量分布や
末端構造の制御が困難である。
鎖切断を起こす方法であるが、主鎖切断で出来たケトン
末端のパーオキサイドなどが増感剤となって連続的に分
解が起こるため、末端基の制御、分子量や分子量分布の
制御が困難であり、さらにシスー1.4構造からトラン
スー1.4構造への異性化反応が進みやすい欠点があ
る。
ェニルヒドラジン等の酸化剤による酸化分解および金属
イオン触媒による酸化分解が知られている。オゾン分解
は低温で反応を行う必要があり、さらにオゾニドを大量
に扱うことは危険なことから分析の手段に応用されてい
るのみで工業的価値がない。過酸化水素やフェニルヒド
ラジンによる酸化分解を利用した解重合天然ゴムは工業
化されている。ポリマーダイジェスト1981年10月
号90頁に紹介されている低分子化天然ゴムラテックス
は、天然ゴムラテックスを過酸化水素で酸化解重合した
ものとされるが、液状化が十分進行したものではなく、
固体状であり且つ分子鎖の両端が官能基で置換されたも
のではない。同じ例を特開昭58ー152075号公報
にもみることができ、天然ゴムラテックスに過酸化水素
を添加し、酸素を吹き込みながら反応させて得た解重合
天然ゴムは3.5kgの破断強度をもつ固体ゴムであ
る。
Plast 61巻643号79頁(1984)には、
フェニルヒドラジンと空気で天然ゴムラテックスを解重
合して、分子量3000〜20000の解重合天然ゴム
を得る技術の紹介がある。その末端基についてはMak
romol.Chem.186巻12号2441頁(1
985)に明らかなように、フェニルヒドラジンであ
り、主鎖延長に必要な反応性を有さない。その他、天然
ゴムのトルエン溶液中に過酸化水素とメタノールあるい
はテトラヒドロフランを添加して紫外線照射することに
よって分子量1万以下でMw/Mn比が1.6、1.7
等の分子量分布の狭い末端が水酸基の液状天然ゴムを得
たとの報告があるが(Makromol.Chem.R
apidCommun.7巻3号159頁、1986
年)、その後の追試によって分子内エポキシド基を末端
水酸基と誤認したものであることが報告されている(M
akromol.Chem.189巻3号523頁、1
988年)。
条件下での紫外線照射による解重合において、エポキシ
化および主鎖の異性化が起きており、さらに分子鎖の末
端にカルボニル基、カルボキシル基、水酸基等の官能基
の生成が認められなかった。さらに得られた解重合天然
ゴムの分子量分布はMw/Mn(重量平均分子量/数平
均分子量の比、以下同じ)が4以上と大きく、制御が困
難であった。
解重合天然ゴムを硫黄やパーオキサイド等で架橋する
と、その架橋点は分子末端でなく分子内で起こり、架橋
ゴムは末端自由鎖の割合の多い架橋ゴムとなる。末端自
由鎖は力学特性やゴム弾性に寄与せず、架橋ゴムの動的
特性を損なうため製品への応用が出来ない。この欠点を
克服するためには、液状ゴムは分子の両端に官能基を有
するものを使用し三官能以上の硬化剤で架橋するか、あ
るいは分子の両端と内部の三箇所に官能基を有するもの
を使用し二官能性の硬化剤で架橋して三次元網目構造を
形成する必要がある。
るためには、その分子量分布は出来るだけ狭いこと、さ
らにその分子鎖は出来るだけ柔軟であることすなわち解
重合天然ゴムの場合に元の天然ゴムのミクロ構造を出来
るだけ維持していることが好ましい。すなわち、解重合
天然ゴムを種々な用途に使用する場合、適当な硬化剤を
用いて三次元網目構造にし、通常の加硫ゴムと変わらな
い物理特性を得ることが前提となるのである。
変わらない物理特性を得ることが可能であり、かつ天然
ゴム特有の臭いや着色がなく、また蛋白質由来の即時性
アレルギーの恐れもない解重合天然ゴムおよびその製造
方法を提供することである。本発明の他の目的は、適当
な架橋剤(連鎖延長剤)を用いて三次元網目構造を生成
するために好適な両末端あるいは両末端と分子中とに官
能基を有する液状の解重合天然ゴムおよびその製造方法
を提供することである。
は、前記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、蛋
白質を除去し高度に精製した天然ゴムを出発原料として
使用することで、解重合反応中に天然ゴムに含まれる蛋
白質等の分解による異臭成分の発生や着色を防止すると
共に、不純物による複雑な副反応の発生を防止し、かつ
適切な触媒の存在下で空気との均一な接触を図ることに
よって天然ゴム主鎖の解重合を効率良く進めることがで
きるという新たな事実を見いだした。
であり、かつ蛋白質に起因する即時的アレルギーを引き
起こすおそれのない液状解重合天然ゴムを得るのに成功
した。第2に、ゴム弾性を損なう原因となる主鎖のエポ
キシ化、異性化等の副反応を極めて低いレベルに押さえ
ることに成功した。複雑な副反応の発生の機会が減少し
たことで分子末端に水酸基等への変性が可能なカルボニ
ル基(>C=O)をもつ解重合天然ゴムが得られた。末
端のカルボニル基を水酸基で変性することにより、解重
合天然ゴムを三官能性の架橋剤で架橋して三次元網目構
造を容易に形成できる。ただし、カルボニル基を官能基
としてそのまま使用することも可能である。第3に、分
子量分布の狭い液状の解重合天然ゴムを得ることが可能
になった。
蛋白天然ゴムを解重合して得られた液状ゴムであり、数
平均分子量が2000〜50000の範囲内であること
を特徴とする。ここで、数平均分子量を2000〜50
000としたのは、この範囲より高いものは充分液状と
はならず、またこの範囲より低いものは均一な分子量分
布が得難く実用価値が少ないためである。
は、有機溶剤に1〜30重量%の割合で溶解した脱蛋白
天然ゴムを、金属系触媒の存在下で空気酸化することを
特徴とする。これにより、解重合を効率よく進めること
ができる 本発明の解重合天然ゴムでは、副反応によって生成した
エポキシ基は1分子鎖あたり1個以下の割合であり、か
つ天然ゴムと同じ高シス構造を維持している。従って、
これを架橋して得られるゴム製品は通常の天然ゴムと変
わらない物理特性を有する。
した分子鎖の末端のカルボニル基は容易にアルドール縮
合、ついで水の脱離反応を起こすため、アルドール縮合
によって生成したホルミル基(−CHO)が一方の炭素
原子に置換したC=C結合を1分子鎖中に有し、この1
分子鎖の両末端がケトン基であるテレキレック液状ゴム
を主成分とする構造を有する。
ゴムとなるまでの一連の反応経過を以下に示す。
く振盪させながら行うのが、空気との接触を多くし、分
子量分布を狭くする上で望ましい。本発明で出発原料と
して用いられる脱蛋白天然ゴムは、本発明者らによって
開発された方法(特開平6−56902号公報)に基づ
いて製造することができる。この方法は、フィールドラ
テックス、アンモニア処理ラテックスなどのラテックス
に蛋白分解酵素を添加して蛋白質を分解させた後、界面
活性剤によって繰り返し洗浄して精製するものである。
洗浄には遠心分離法が好適に採用される。
のもの、糸状菌由来のもの、酵母由来のものなどのいず
れであってもよく、特に限定されるものではないが、細
菌由来のプロテアーゼを使用するのが好ましい。かかる
蛋白分解用酵素による分解処理は、通常、天然ゴムラテ
ックスに蛋白分解用酵素を0.01〜10重量%の割合
で添加し、数分間ないし1週間静置または攪拌すること
により行うことができる。蛋白分解処理は、5〜90
℃、好ましくは20〜60℃の温度で行うのが適当であ
る。
理後のいずれに添加してもよい。界面活性剤としては、
たと陰イオン性界面活性剤および/または非イオン性界
面活性剤が使用可能である。陰イオン性界面活性剤とし
ては、例えばカルボン酸系、スルホン酸系、硫酸エステ
ル系、リン酸エステル系などがあげられる。非イオン性
界面活性剤としては、例えばポリオキシアルキレンエー
テル系、ポリオキシアルキレンエステル系、多価アルコ
ール脂肪酸エステル系、糖脂肪酸エステル系、アルキル
ポリグリコシド系などがあげられる。界面活性剤の添加
量は、天然ゴムラテックスの0.001〜10重量%で
あるのが適当である。
ともその窒素含有量が0.02%以下で実質的に蛋白質
が完全に除去されたものであることが望ましい。窒素含
有量が前記範囲の脱蛋白天然ゴムは、水溶性蛋白質だけ
ではなく天然ゴム分子に結合した蛋白質も蛋白分解酵素
等により分解除去されたものである。また、その生ゴム
フィルムの赤外線吸収スペクトルにおいては、3280
cm-1に現れるポリペプチドの吸収が検出できないレベ
ルまで精製された天然ゴムであることが望ましい。
ル法によって決定される窒素含有率(N%)の6.3倍
量で表されてきた。新鮮な天然ゴムラテックス(フィー
ルドラテックス)で固形分に対する重量%として約3〜
5重量%(N%として約0.5〜0.8)、市販の精製
ラテックスおよび生ゴム(スモークドシートゴム)で約
2重量%(N%として約0.3)以上である。
白質量を窒素含有量から推定する方法では不正確である
ことが、本発明者らよってなされた脱蛋白精製ゴムの赤
外線吸収スペクトルの研究によって判明した。ゴム分子
に結合した蛋白質が存在し、蛋白質が蛋白分解酵素によ
って加水分解された後も、ゴムとの結合部にアミノ酸あ
るいは短鎖のペプチド分子が残るためである。
00万〜250万と10万〜20万の高分子量成分と低
分子量成分との混合体であることが知られている。高分
子量成分は、低分子量成分が天然ゴムに含まれているア
ブノーマル基を介して相互に結合し分枝したものと推測
されている。本来の生合成で生成したと考えられる分子
量10万の低分子量ゴム1分子に、分子間結合に介在す
るモノペプチドが1分子、即ち窒素原子(原子量14)
が1原子結合したときの窒素含量は0.014%であ
る。この量に相当する窒素は除去されずに残ると考えら
れる。したがって、蛋白質を完全に除去した天然ゴムに
おいても、0.02%以下の窒素含量は残存する。
するためには、本発明者らによって開発された赤外線吸
収スペクトルによる分析手法の採用が望ましい。本発明
者らは、種々のレベルに精製した天然ゴムについてフー
リエ変換赤外線分光器を用いて赤外線吸収スペクトルを
測定した。その結果をNaumannら(Biopolymers 26,79
5.)のペプチド類の赤外線吸収スペクトルと比較検討す
ることにより、蛋白質が除去されるとゴム分子と結合し
た短鎖ペプチドあるいはアミノ酸の>NーH基に起因す
る3315〜3320cm-1は残るがポリペプチドに起
因する3280cm-1の吸収が消滅することを明らかに
した。
空気酸化を促進するために金属系酸化触媒が用いられ
る。好適な金属種はコバルト、銅、鉄等であり、これら
の塩化物や有機化合物との塩や錯体が用いられる。なか
でも塩化コバルト、コバルトアセチルアセトナート、ナ
フテンサン酸コバルト等のコバルト系触媒が好適であ
る。
れ自体がゴムと反応せず、また容易に酸化されることが
なく、ゴムを溶解するものであれば良く、種々の炭化水
素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、有機ハロゲン系溶媒
等が好適に用いられる。炭化水素系溶媒としては、例え
ばヘキサン、ガソリンなどが使用可能である。芳香族炭
化水素系溶媒としては、例えばトルエン、キシレン、ベ
ンゼンなどが使用可能である。有機ハロゲン系溶媒とし
ては、例えばクロロホルム、ジクロロメタンなどが使用
可能である。中でも芳香族炭化水素系のトルエンを用い
るのが好適である。また、それらとアルコール等との混
合溶媒を用いることも可能である。
しくは1〜10重量%、より好ましくは2〜5重量%の
濃度で上記溶媒に溶解させ、溶液として酸化反応に供せ
られる。ここで、脱蛋白天然ゴムの濃度が前記範囲より
低いと経済的に不利となり、また前記範囲より高いと粘
度が高くなりすぎて空気との均一な接触を行うことが困
難となる。
液中に溶解ないし分散させて用いられる。金属系酸化触
媒の添加量は脱蛋白天然ゴムに対して0.05〜5重量
%、好ましくは0.1〜1重量%であるのが適当であ
る。金属系酸化触媒の添加量が前記範囲より低いと空気
酸化の速度が遅く実用的ではなく、また前記範囲より高
いと反応後の触媒の除去が困難になる等の不利益が発生
する。
せることが望ましい。空気との接触を均一にする手法は
特に限定されるないが、例えば振盪フラスコ中で振盪さ
せること等により容易に行うことができる。空気酸化を
進める温度は、通常、室温〜100℃で行われるが、特
に限定されるものではない。反応は、通常1〜3時間程
度で終了する。
製する。反応後の反応液には、金属系酸化触媒が残存し
ているため、例えば、金属イオンに対して大過剰の酸
(塩酸など)を加えたアルコール(メタノール等)の溶
液に反応液を投入し、ゴム分のみを沈澱させて精製す
る。
明する。 実施例1〜11 窒素含有量が0.01%でそのフィルムの赤外線吸収ス
ペクトルにおいて3280cm-1に吸収が認められない
脱蛋白天然ゴムの2%(W/V)トルエン溶液50ml
に、表1に示す金属系酸化触媒をゴム分に対して同表に
示す割合(重量%)でそれぞれ添加し、300mlの振
盪フラスコに入れ、65℃の振盪恒温水槽中で振幅2c
m、振動数135回/分の条件で所定時間振盪した。反
応生成物は金属イオンの10倍量の塩酸を加えた冷メタ
ノールに投入してゴム分を分離した。これを再度トルエ
ンに溶解させ、さらに塩酸酸性冷メタノールに投入し、
再沈澱させて精製し、解重合天然ゴムを得た。 実施例12 実施例1〜11で用いたのと同じ脱蛋白天然ゴムの2%
(W/V)トルエン溶液50mlにコバルトアセチルア
セトナートをゴム分に対して1重量%の10mgを加え
て、65℃の恒温水槽中に設置した200ml丸底フラ
スコに入れ、ゴム溶液中に挿入した多孔質ガラス製の吹
き出し口から微細な空気泡を1リットル/分で流して表
1に示す時間だけ反応させた。その他は実施例1と同様
に行い、解重合天然ゴムを得た。 比較例1 窒素含有量が0.38%の市販のペールクレープを用
い、それの2%(W/V)トルエン溶液50mlにコバ
ルトアセチルアセトナートをゴムに対して1重量%の1
0mgを加えて、300mlの振盪フラスコに入れ、6
5℃の振盪恒温水槽中で振幅2cm、振動数135回/
分の条件で所定時間振盪した。反応生成物を金属イオン
の10倍量の塩酸を加えた冷メタノールに投入してゴム
分を分離した。これを再度トルエンに溶解させ、同様に
塩酸酸性冷メタノールに加えて再沈澱させて精製し、解
重合天然ゴムを得た。 比較例2 天然ゴムとして、ペールクレープに代えて、窒素含有量
が0.07%の市販の脱蛋白天然ゴムを用いた他は比較
例1と同様にして解重合天然ゴムを得た。 比較例3 実施例1〜11で用いたのと同じ脱蛋白天然ゴムの5%
(W/V)トルエン溶液200mlにメタノール50m
l、30%過酸化水素水10mlを加えた。トルエン/
メタノール/過酸化水素水の体積比は20/5/1であ
る。これに100W高圧水銀ランプで紫外線を照射し
た。反応温度はクーリングジャケットに10℃の冷水を
通してその水温下で行った。その他は実施例と同様に行
い、解重合天然ゴムを得た。 〔評価試験〕得られた解重合天然ゴムの形態を目視にて
観察し、さらに〔η〕、Mn、MwおよびMw/Mnを
それぞれ求めた。その結果を表1に併せて示す。
れも無色に近く無臭の液状ゴムであり、それらの窒素含
有率はいずれも0.01%以下であった。これに対し
て、比較例1〜2ではいずれも液状ゴムが得られなかっ
た。比較例3において液状ゴムが得られたが、生成物の
C13NMR分析から主鎖のcis-1,4連鎖単位が290個
に一つの割合でtrans-1,4構造に異性化していること、
またcis-1,4連鎖単位が40個に一つの割合でエポキシ
化されていることが解析された。
のC13NMR分析から、エポキシ化はcis-1,4連鎖単位
の約80個に一つの割合であり、比較例3の約半分と少
なかった。また、ゲルパーミエーションクロマトグラフ
ィー(GPC)から求めた数平均分子量Mnが6,60
0、すなわち97量体であることから、エポキシ基は1
分子鎖あたり約1個であると判断される。また、上記C
13NMR分析から、イソプレン連鎖の異性化は認められ
ず、天然ゴムの高シス構造を維持していることが判明し
た。
て、各実施例で得た解重合天然ゴムには、分子鎖内のC
=C結合の一方の炭素原子に結合したホルミル基の存在
が確認された。これは主鎖が空気酸化によって片方がカ
ルボニル基に他方がホルミル基に分解するが、ホルミル
基はアルドール縮合反応によって再結合したことを意味
する。生成物の末端にホルミル基の存在が認められない
こと及び上記アルドール縮合基の量が液状ゴム1分子鎖
あたり1個に相当することから、両末端がケトンのテレ
キレック構造の液状ゴムが反応生成物の主成分であると
考えられる。
均一な条件下では、Mw/Mn比が3以下と従来法では得ら
れない分子量分布の狭い液状ゴムが得られた。
は、天然ゴム特有の臭いや着色がなく、また蛋白質由来
の即時性アレルギーの恐れもないため、人体の近くで使
用される粘・接着剤や透明製品に好適に使用することが
できる。また、本発明の解重合天然ゴムは、1分子鎖あ
たりエポキシ基を約1個有し、かつイソプレン連鎖の構
造が天然ゴムと同じ高シス構造を維持しているため、通
常の加硫ゴムと変わらない物理特性を付与することがで
きる。
ドール縮合によって生成したホルミル基が一方の炭素原
子に置換したC=C結合を1分子鎖中に有し、この1分
子鎖の両末端がケトン基であるテレキレック液状ゴムを
主成分とするため、適当な架橋剤(連鎖延長剤)を用い
て三次元網目構造を生成することが可能である。また、
本発明の解重合天然ゴムの製造方法は、有機溶剤中、脱
蛋白天然ゴムを金属系触媒の存在下で空気酸化するた
め、上述したような物理特性に優れた解重合天然ゴムを
簡単に効率よく製造することができる。
Claims (9)
- 【請求項1】脱蛋白天然ゴムを解重合して得られた液状
ゴムであり、数平均分子量が2000〜50000の範
囲内であることを特徴とする解重合天然ゴム。 - 【請求項2】前記脱蛋白天然ゴムは、窒素含有量が0.
02%以下で実質的に蛋白質を有しないものである請求
項1記載の解重合天然ゴム。 - 【請求項3】エポキシ基を1分子鎖あたり1個以下の割
合で有し、かつ天然ゴムの高シス構造を維持している請
求項1または2記載の解重合天然ゴム。 - 【請求項4】1分子鎖中に、ホルミル基が一方の炭素原
子に置換したC=C結合を有し、この1分子鎖の両末端
がカルボニル基であるテレキレック液状ゴムを主成分と
する請求項1、2または3記載の解重合天然ゴム。 - 【請求項5】有機溶剤に1〜30重量%の割合で溶解し
た脱蛋白天然ゴムを、金属系触媒の存在下で空気酸化す
ることを特徴とする解重合天然ゴムの製造方法。 - 【請求項6】窒素含有量が0.02%以下である実質的
に蛋白質を含有しない脱蛋白天然ゴムを用いる請求項5
項記載の解重合天然ゴムの製造方法。 - 【請求項7】有機溶剤が芳香族炭化水素である請求項5
または6記載の解重合天然ゴムの製造方法。 - 【請求項8】金属系触媒がコバルト系触媒である請求項
5、6または7記載の解重合天然ゴムの製造方法。 - 【請求項9】空気酸化が、脱蛋白天然ゴムを溶解した溶
液を振盪させることによって行われる請求項5、6、7
または8記載の解重合天然ゴムの製造方法。
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