JPWO2013015373A1 - ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、自動車のエンジンの高出力化、FF化、排ガス対策などによって、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴムの高性能化(高引張応力、低発熱性)が種々検討されている。
このため、特許文献1においては、ポリマーと短繊維との混練り時に軟化剤を用いることによりゴム組成物中に短繊維を分散させる技術が開示されている。この技術は、軟化剤を短繊維に浸透させて短繊維同士が絡まるのを防止することによりゴム組成物中の短繊維の分散性を向上させるものであるが、軟化剤を短繊維に十分に浸透させるためには、多量の軟化剤を配合する必要がある。
そして、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴムなどの比較的極性の高いゴムを用いる場合には、軟化剤とゴムの相溶性が悪く、多量の軟化剤を配合するとブリードが発生してしまい、また、得られるゴム架橋物も、高性能化の要求には不十分なものであった。
さらに、特許文献2においては、ムーニー粘度測定法([ML1+4(100℃)])では測定できないほど低い粘度(実質1以下)の液状ゴムと短繊維を併用する技術が開示されているが、この場合においては、得られるゴム架橋物の引張応力および低発熱性が十分では無かった。
また、本発明のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物は、前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)および前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)の合計100重量%中、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)を5〜75重量%含有することが好ましい。
さらに、本発明のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物は、前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)および前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)の合計100重量部に対し、前記短繊維(C)を0.1〜50重量部含有することが好ましい。
また、本発明のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物は、さらにα,β−エチレン性不飽和カルボン酸金属塩(D)を含有することが好ましい。
本発明で用いるニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)は、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位を有し、ムーニー粘度[ML1+4、100℃]が50〜200のゴムである。
α,β−エチレン性不飽和多価カルボン酸多価エステルとしては、例えば、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジ−n−ブチル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジ−2−エチルヘキシルなどが挙げられる。
α,β−エチレン性不飽和多価カルボン酸無水物としては、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが挙げられる。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)が有するその他の単量体単位の含有量は、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下、特に好ましくは10重量%以下である。
一般的には、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体、共役ジエン単量体、並びに必要に応じて加えられるこれらと共重合可能なその他の単量体を共重合する方法が便利で好ましい。重合法としては、公知の乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法および溶液重合法のいずれをも用いることができるが、重合反応の制御が容易なことから乳化重合法が好ましい。
なお、乳化重合に際しては、乳化剤、重合開始剤、分子量調整剤等の通常用いられる重合副資材を使用することができる。
本発明で用いるニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)は、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位を有し、ムーニー粘度[ML1+4、100℃]が5〜45のゴムである。
なお、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)が有するその他の単量体単位の含有量は、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下、特に好ましくは10重量%以下である。
この場合、二軸押出機のスクリュー回転数は、200〜400rpmが好ましい。
また、高せん断力を与える際の温度は、200〜350℃が好ましい。
さらに、高せん断力を与える時間(連続式の場合は「滞留時間」)は、5秒〜5分が好ましい。
本発明に用いる短繊維(C)は、平均繊維長が0.1〜12mmである。
ここで、平均繊維長とは、光学顕微鏡で写真撮影し、得られる写真において無作為に選んだ100個の短繊維の長さを測定し、算術平均により求めた値である。
短繊維(C)の平均繊維長が大きすぎると、短繊維同士が絡まって塊になりやすく、ゴム組成物中に分散しにくくなる傾向にあり、逆に小さすぎると所望の引張応力が得られにくい。
なお、短繊維(C)の平均繊維長は、0.5〜10mmが好ましく、1〜8mmが特に好ましい。
短繊維(C)のアスペクト比が上記範囲にある場合に、本発明の効果がより一層顕著になる。
これらの中でも、本発明の効果がより一層顕著になることから、有機繊維を用いることが好ましく、合成樹脂からなる繊維を用いることがより好ましく、ポリアミドからなる繊維を用いることがさらに好ましい。
短繊維(C)の含有割合は、引張応力が非常に高く、低発熱性に優れたゴム架橋物が得られ易いことから、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)とニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)の合計100重量部に対し、0.1〜50重量部が好ましく、0.5〜20重量部がより好ましく、1〜10重量部が特に好ましい。
本発明のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物は、得られるゴム架橋物の引張強度および低発熱性向上の観点から、さらにα,β−エチレン性不飽和カルボン酸金属塩(D)を含有することが好ましい。α,β−エチレン性不飽和カルボン酸金属塩(D)の含有量は、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)とニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)の合計100重量部に対し、好ましくは3〜120重量部、より好ましくは5〜100重量部、特に好ましくは5〜50重量部である。α,β−エチレン性不飽和カルボン酸金属塩(D)の含有量が少なすぎると引張強度改善効果が得られない場合があり、逆に、多すぎると伸びが小さくなる可能性がある。
上記の塩を形成する際のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸中のフリーのカルボキシル基1モルに対する金属量は、好ましくは0.2〜3モル、より好ましくは0.3〜2.5モル、特に好ましくは0.4〜2モルである。α,β−エチレン性不飽和カルボン酸が多すぎる(金属量が少なすぎる)場合は、ゴム組成物において残留モノマーの臭気が激しくなり、また、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸が少なすぎる(金属量が多すぎる)場合は、ゴム架橋物の強度が低下する場合がある。
本発明の架橋性ニトリルゴム組成物は、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)、短繊維(C)、および、必要に応じて用いられるα,β−エチレン性不飽和カルボン酸金属塩(D)に、架橋剤を含有させてなるものである。本発明で使用される架橋剤は、本発明のニトリル基含有高飽和共重合ゴムを架橋できるものであれば良く、特に限定されないが、有機過酸化物架橋剤、硫黄架橋剤、ポリアミン架橋剤などが挙げられ、有機過酸化物架橋剤が好ましい。
このようなゴムとしては、アクリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ポリイソプレンゴムなどが挙げられる。
本発明のゴム架橋物は、上述した本発明の架橋性ニトリルゴム組成物を架橋してなるものである。
本発明のゴム架橋物は、本発明の架橋性ニトリルゴム組成物を用い、たとえば、所望の形状に対応した成形機、例えば押出機、射出成形機、圧縮機、ロールなどにより成形を行い、加熱することにより架橋反応を行い、架橋物として形状を固定化することにより製造することができる。この場合においては、予め成形した後に架橋しても、成形と同時に架橋を行ってもよい。成形温度は、通常、10〜200℃、好ましくは25〜120℃である。架橋温度は、通常、100〜200℃、好ましくは130〜190℃であり、架橋時間は、通常、1分〜24時間、好ましくは2分〜6時間である。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴムのヨウ素価は、JIS K 6235に準じて測定した。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴムを構成する各単量体単位の含有割合は、以下の方法により測定した。
すなわち、1,3−ブタジエン単位(水素化された部分を含む)の含有割合は、水素添加前のニトリルゴムを用いて、ヨウ素価(JIS K 6235による)を測定することにより算出した。
アクリロニトリル単位の含有割合は、JIS K6383に従い、ケルダール法により、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム中の窒素含量を測定することにより算出した。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴムのムーニー粘度(ポリマー・ムーニー)、および、架橋性ニトリルゴム組成物のムーニー粘度(コンパウンド・ムーニー)は、JIS K6300−1に従って測定した(単位は[ML1+4、100℃])。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物をバンバリーミキサーで混練する際の、加工性を以下の方法によって評価した。
バンバリーミキサーで、架橋剤を配合する前のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物を混練し、混練後のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物のダンプアウト(排出)時に、目視により粘着状況を観察し、以下の基準でバンバリー加工性を評価した。
○ ゴム組成物がバンバリーミキサーの排出口に粘着しない。
△ ゴム組成物がバンバリーミキサーの排出口に若干粘着する。
× ゴム組成物がバンバリーミキサーの排出口に著しく粘着する。
架橋性ニトリルゴム組成物を、縦15cm、横15cm、深さ0.2cmの金型に入れ、プレス圧10MPaで加圧しながら170℃で20分間プレス成形してシート状のゴム架橋物を得た。得られたシート状のゴム架橋物を3号形ダンベルで打ち抜いて試験片を作製した。そして、得られた試験片を用いて、JIS K6251に従い、ゴム架橋物の破断時の引張強度、10%引張応力、20%引張応力、100%引張応力、および、破断時の伸びを、また、JIS K6253に従い、デュロメータ硬さ試験機(タイプA)を用いてゴム架橋物の硬さをそれぞれ測定した。
上記常態物性の評価と同様にしてシート状のゴム架橋物を得た後、得られたシート状のゴム架橋物を幅10mm、長さ50mmに打ち抜いて動的粘弾性試験用のゴム架橋物を得た。そして、得られた動的粘弾性試験用のゴム架橋物について、動的粘弾性測定装置(商品名「Explexor 500N」、GABO QUALIMETER Testanlagen GmbH社製)を用いて、測定周波数:50Hz、静的歪:1.0%、動的歪:0.2%、温度:100℃、チャック間距離:30mm、測定モード:テンションモード、の条件でtanδを測定した。
そして、得られたtanδの値を、比較例1の測定値を100とする指数で示した。この値が小さいほど、動的発熱が少なく、低発熱性に優れる。
反応器内に、イオン交換水200部、脂肪酸カリウム石鹸(脂肪酸のカリウム塩)2.25部を添加して石鹸水溶液を調製した。そして、この石鹸水溶液に、アクリロニトリル42部、およびt−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.45部をこの順に仕込み、内部の気体を窒素で3回置換した後、1,3−ブタジエン58部を仕込んだ。次いで、反応器内を5℃に保ち、クメンハイドロパーオキサイド(重合開始剤)0.1部を仕込み、攪拌しながら16時間重合反応を行なった。次いで、濃度10%のハイドロキノン(重合停止剤)水溶液0.1部を加えて重合反応を停止し、水温60℃のロータリーエバポレ−タを用いて残留単量体を除去して、ニトリルゴムのラテックス(固形分濃度約25重量%)を得た。
製造例1において、t−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.45部を0.55部に変更した以外は製造例1と同様にして、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a2)を得た。得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a2)の組成は、アクリロニトリル単位40.5重量%、1,3−ブタジエン単位(水素化された部分を含む)59.5重量%であり、ヨウ素価は7、ポリマー・ムーニー粘度[ML1+4、100℃]は75であった。
製造例1において、アクリロニトリル42部を37部に、t−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.45部を0.5部に、1,3−ブタジエン58部を63部に変更した以外は製造例1と同様にして、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a3)を得た。得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a3)の組成は、アクリロニトリル単位36.2重量%、1,3−ブタジエン単位(水素化された部分を含む)63.8重量%であり、ヨウ素価は7、ポリマー・ムーニー粘度[ML1+4、100℃]は85であった。
製造例3において、t−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.5部を0.55部に変更した以外は製造例3と同様にして、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a4)を得た。得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a4)の組成は、アクリロニトリル単位36.2重量%、1,3−ブタジエン単位(水素化された部分を含む)63.8重量%であり、ヨウ素価は7、ポリマー・ムーニー粘度[ML1+4、100℃]は72であった。
二軸押出機(7つのバレルを結合して構成したもの)を用いて、製造例1で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)100部に対しポリ(2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン)(商品名「ノクラック224」、大内新興化学社製、アミン・ケトン類老化防止剤)1部を添加し、下記条件で、高せん断力付与処理を行い、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)を得た。
スクリュー回転数:300rpm
設定温度:バレル1(投入ゾーン)100℃
設定温度:バレル2(溶融ゾーン)250℃
バレル3〜6(混練、せん断ゾーン)250〜290℃
バレル7(混練、脱気ゾーン)200〜250℃
得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)の組成は、アクリロニトリル単位40.5重量%、1,3−ブタジエン単位(水素化された部分を含む)59.5%であり、ヨウ素価は7、ポリマー・ムーニー粘度[ML1+4、100℃]は25であった。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)に代えて製造例3で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a3)を用いた以外は製造例5と同様にして、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b2)を得た。得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b2)の組成は、アクリロニトリル単位36.2重量%、1,3−ブタジエン単位(水素化された部分を含む)63.8重量%であり、ヨウ素価は7、ポリマー・ムーニー粘度[ML1+4、100℃]は25であった。
バンバリーミキサを用いて、製造例1で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)50部、製造例5で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)50部、N774カーボンブラック(商品名「シーストS」、東海カーボン社製)50部、4,4’−ジ−(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン(商品名「ノクラックCD」、大内振興化学社製、老化防止剤)1.5部、トリメリット酸トリ−2−エチルヘキシル(商品名「アデカサイザーC−8」、ADEKA社製、可塑剤)5部、およびコポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維(商品名「テクノーラDCF 3mm」、帝人テクノプロダクツ社製、平均繊維長3mm、平均繊維直径12μm、アスペクト比250の短繊維)3部を混練した。次いで、混合物をロールに移して、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン40%品(商品名「Vul Cup 40KE」、GEO Specialty Chemicals Inc製、有機過酸化物架橋剤)8部を添加して混練することで、架橋性ニトリルゴム組成物を得た。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)50部を65部に、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)50部を35部に変更した以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)50部を75部に、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)50部を25部に変更した以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)50部を30部に、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)50部を70部に変更した以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)50部を製造例3で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a3)50部に、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)50部を、製造例6で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b2)50部に変更した以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
コポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維(商品名「テクノーラDCF 3mm」、帝人テクノプロダクツ社製、平均繊維長3mm、平均繊維直径12μm、アスペクト比250の短繊維)3部を、コポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維(商品名「テクノーラDCF 6mm」、帝人テクノプロダクツ社製、平均繊維長6mm、平均繊維直径12μm、アスペクト比500の短繊維)に変更した以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
N774カーボンブラック50部を20部に変更し、メタクリル酸亜鉛15部を加えた以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
N774カーボンブラック50部を20部に変更し、メタクリル酸亜鉛15部を加えた以外は、実施例5と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)50部を100部に変更し、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)を配合しなかった以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)100部を、製造例2で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a2)100部に変更した以外は、比較例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)100部を、製造例3で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a3)100部に変更した以外は、比較例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)100部を、製造例4で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a4)100部に変更した以外は、比較例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)100部を、製造例5で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b1)100部に変更した以外は、比較例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(a1)100部を、製造例6で得られたニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(b2)100部に変更した以外は、比較例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
コポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミド短繊維(商品名「テクノーラDCF 3mm」、帝人テクノプロダクツ社製、平均繊維長3mm、平均繊維直径12μm、アスペクト比250の短繊維)を配合しなかった以外は、実施例1と同様にして架橋性ニトリルゴム組成物を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
またムーニー粘度[ML1+4、100℃]5〜45のニトリル基含有高飽和共重合体ゴムのみを用い、ムーニー粘度[ML1+4、100℃]が50〜200のニトリル基含有高飽和共重合体ゴムを用いなかった場合は、ゴム組成物の加工性が良好でなく(ダンプアウト時の粘着性が悪い)、また得られるゴム架橋物の低発熱性が劣り、引張応力も十分でなかった(比較例5および6)。
さらに、アラミド短繊維を配合しなかった場合は、得られるゴム架橋物の引張応力が著しく低く、また低発熱性にも劣る結果となった(比較例7)。
Claims (7)
- ムーニー粘度[ML1+4、100℃]50〜200のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)、ムーニー粘度[ML1+4、100℃]5〜45のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)、および、平均繊維長0.1〜12mmの短繊維(C)を含有してなるニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物。
- 前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)および前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)のヨウ素価が共に120以下である請求項1に記載のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物。
- 前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)および前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)の合計100重量%中、ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)を5〜75重量%含有することを特徴とする請求項1または2に記載のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物。
- 前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(A)および前記ニトリル基含有高飽和共重合体ゴム(B)の合計100重量部に対し、前記短繊維(C)を0.1〜50重量部含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物。
- さらにα,β−エチレン性不飽和カルボン酸金属塩(D)を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のニトリル基含有高飽和共重合体ゴム組成物に、架橋剤を含有させてなる架橋性ニトリルゴム組成物。
- 請求項6に記載の架橋性ニトリルゴム組成物を架橋してなるゴム架橋物。
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