TWI591112B - 橡膠組成物、其硫化物及成形品 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種橡膠組成物、其硫化物及成形品。更詳言之,關於含有氯丁二烯橡膠做為橡膠成分之橡膠組成物、其硫化物及成形品。
氯丁二烯橡膠其機械特性、耐候性及難燃性優異,而廣泛用來做為工業用橡膠零件的材料。又,近年來在工業用橡膠零件方面所要求的性能顯著提高,除了前述機械特性、耐候性及難燃性等外,亦謀求優異之耐熱性。尤其,汽車用橡膠零件會因引擎的高性能化及車體的省空間化,造成使用製品的環境顯著高溫化,因此對使用之橡膠製品的耐熱要求很高。
另一方面,氯丁二烯橡膠因為在硫化後仍殘留雙鍵,所以有耐熱性低的缺點。因此,先前為了解決關於其耐熱性的缺點,已進行各種檢討(例如,參照專利文獻1至5)。例如,專利文獻1所記載的氯丁二烯橡膠組成物係藉由在氯丁二烯橡膠添加鋅粉或鋅粉與水,以尋求耐熱性之改善。
又,專利文獻2至4所記載的橡膠組成物是在氯丁二烯橡膠中摻合晶格內的層平面在C軸方向之平均累積高度LC為2nm
以上的碳黑與鋅粉、或連同此等一併摻合特定塑化劑,藉以謀求硫化物之耐熱性改善。另一方面,專利文獻5記載的氯丁二烯橡膠組成物為了不使機械特性等降低且提升耐熱性,而在黃酸(xanthogen)改質氯丁二烯橡膠及/或硫醇改質氯丁二烯橡膠中添加數量平均粒徑及DBP吸油量在特定範圍內之碳黑。
專利文獻1:日本特開昭50-87437號公報。
專利文獻2:日本特開平11-323020號公報。
專利文獻3:日本特開2001-131341號公報。
專利文獻4:日本特開2005-60581號公報。
專利文獻5:國際公開第2009/035109號。
然而,前述專利文獻1至5所記載的習知橡膠組成物雖然在一般使用環境下可沒問題地使用,但與使用丁基橡膠(IIR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)等之高耐熱性橡膠的橡膠組成物相比時,耐熱性不良。因此,此等習知橡膠組成物在對耐熱性要求高水準的汽車用橡膠零件用途上,有時會無法滿足要求,現實上不可能適用於如輪胎胎囊(tire bladder)等般要求高耐熱的用途。
於是,本發明的主要目的為提供一種可得耐熱性優異之硫化物的橡膠組成物、其硫化物及成形品。
本發明之橡膠組成物係相對於100質量份之由50質量%至90質量%的氯丁二烯橡膠及10質量%至50質量%的彈性體而成
之橡膠成分而言,含有3質量份至20質量份之依照JIS Z8901規定的方法所測得的算術平均粒徑3μm至10μm的鋅粉、與4質量份至16質量份之依照JIS Z8830規定之1點法所測得的BET比表面積為20m2/g至150m2/g的氧化鎂。
此橡膠組成物可使用例如選自由乙烯/α-烯烴共聚物、乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物及丁基系橡膠所構成之群組中的至少1種做為前述彈性體。
又,可使用例如硫醇改質氯丁二烯橡膠或黃酸改質氯丁二烯橡膠做為前述氯丁二烯橡膠。
另一方面,每100質量份前述橡膠成分中,亦可含有合計3質量份至10質量份之選自芳香族胺系抗老化劑、受阻酚系抗老化劑及亞磷酸系抗老化劑之至少1種抗老化劑。
又,每100質量份前述橡膠成分中,亦可含有10質量份至50質量份之氮吸附比表面積(N2SA)為50m2/g至160m2/g的乙炔碳(acetylene black)。
再者,每100質量份前述橡膠成分中,亦可含有5質量份至20質量份之選自由植物油系軟化劑、醚/酯系塑化劑、酞酸酯系塑化劑、己二酸酯系塑化劑、脂肪族二元酸酯系塑化劑、磷酸酯系塑化劑、檸檬酸酯系塑化劑及石油系芳香族加工油所構成之群組中的至少1種軟化劑。
本發明之硫化物係將前述橡膠組成物硫化而成者。
又,本發明之成形品係由前述硫化物所構成者。
根據本發明,由於摻合特定量的彈性體做為橡膠成分,並且摻合特定鋅粉及氧化鎂,所以不會使壓縮永久應變降低,且可使硫化物之耐熱性大幅提升。
以下針對實施本發明之形態加以詳細說明。此外,本發明係不限於以下說明之實施形態。
(第1實施形態)
首先說明本發明之第1實施形態的橡膠組成物。本實施形態之橡膠組成物是橡膠成分由氯丁二烯橡膠與彈性體所構成之摻合橡膠,含有特定鋅粉與氧化鎂。又,本實施形態之橡膠組成物除了前述各成分之外,亦可摻合抗老化劑、碳黑、軟化劑及填充劑等。
[氯丁二烯橡膠]
構成橡膠成分的氯丁二烯橡膠係將主成分為氯丁二烯之原料單體聚合後,視需要進行洗淨、乾燥而得,除了聚合反應的生成物之氯丁二烯單獨聚合物或氯丁二烯與其他單體之共聚物以外,也有包含聚合時添加之乳化劑、分散劑、觸媒、觸媒活性化劑、鏈轉移劑及聚合抑制劑等的情形。
做為可與氯丁二烯共聚之單體,可列舉例如:丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸2-乙基己酯等之丙烯酸酯類;甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸2-乙基己酯等之甲基丙烯酸酯類;(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基甲酯及(甲基)丙烯酸2-羥基丙酯等之(甲基)丙烯酸羥酯類;與2,3-二氯-1,3-丁二烯、1-氯-1,3-丁二烯、丁二烯、異戊二烯、乙烯、苯乙烯及丙烯腈等。
又,與氯丁二烯共聚合之單體不限定於1種,例如亦可使
用將含氯丁二烯之3種以上單體共聚合而成者。又,氯丁二烯聚合物的聚合物構造亦無特別限定。
另一方面,氯丁二烯橡膠大致分為硫改質氯丁二烯橡膠與非硫改質氯丁二烯橡膠,非硫改質者依照分子量調整劑的種類而進一步分類為硫醇改質氯丁二烯橡膠與黃酸改質氯丁二烯橡膠。硫改質氯丁二烯橡膠是把主成分為氯丁二烯的原料單體與硫共聚,將所得共聚物以二硫化甲硫碳醯胺(thiuram disulfide)塑化,而調整為預定之木尼黏度(Mooney viscosity)者。
另一方面,硫醇改質氯丁二烯橡膠是藉由在分子量調整劑使用正十二烷基硫醇、第三-十二烷基硫醇及辛基硫醇等之烷基硫醇類而得。又,黃酸改質氯丁二烯橡膠是藉由在分子量調整劑使用烷基黃氧化合物而得。而且,摻合於本實施形態之橡膠組成物的氯丁二烯橡膠可為前述各種氯丁二烯橡膠中之任一者,特別適合為硫醇改質氯丁二烯橡膠或黃酸改質氯丁二烯橡膠等之非硫改質氯丁二烯橡膠。
再者,氯丁二烯橡膠根據其結晶化速度,可分類為例如:結晶化速度慢的類型、結晶化速度中等之類型及結晶化速度快的類型等。而本實施形態之橡膠組成物係可使用前述各類型的氯丁二烯橡膠中之任一者,可依照用途等加以適當選擇使用。
製造氯丁二烯橡膠的方法係無特別限定,只要將原料單體在乳化劑、聚合起始劑及分子量調整劑等之存在下,以一般使用之乳化聚合法予以聚合即可。此時,乳化劑可使用例如碳數6至22之飽和或不飽和脂肪族鹼金屬鹽、松香酸或非均化松香酸的鹼金屬鹽及β-萘磺酸的甲醛縮合物之鹼金屬鹽等一般用於氯丁二烯之乳化聚合的乳化劑。
又,聚合起始劑可使用例如過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸
鈉、過氧化氫及第三丁基氫過氧化物等有機過氧化物類之類的一般用於氯丁二烯之乳化聚合的周知聚合起始劑。
又,乳化聚合時的聚合溫度係無特別限定,從生產性及聚合穩定性的觀點而言,較佳為0℃至50℃、更佳為20℃至50℃。又,單體的最終轉化率亦無特別限定,由生產性的觀點而言,較佳為60%至90%之範圍。
而且,在最終轉化率達預定範圍的時點,於聚合液中少量添加聚合抑制劑以停止聚合反應,此時,可使用例如:硫二苯基胺、4-第三丁基兒茶酚及2,2-亞甲基雙-4-甲基-6-第三丁基酚等一般使用者做為聚合抑制劑。又,聚合反應後,可例如藉蒸汽汽提法等去除未反應單體後,調整乳膠的pH,且藉由常法之冷凍凝固、水洗及熱風乾燥等之方法分離聚合物。
[彈性體]
彈性體是為使橡膠組成物之耐熱性提高而摻合者。本實施形態的橡膠組成物中摻合的彈性體係無特別限定,宜為乙烯/α-烯烴共聚物、乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物及丁基系橡膠。藉此可進一步提高橡膠組成物的耐熱性。又,此等彈性體可單獨使用、亦可組合複數種使用。
在此,雖然乙烯/α-烯烴共聚物及乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物中的α-烯烴沒有特別限定,但從加工性的觀點而言,較佳為碳數3至20的α-烯烴。做為碳數3至20的α-烯烴,可列舉例如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯及1-癸烯等。
而在此等α-烯烴之中,從加工性與耐熱性之物性平衡的觀點而言,較佳為丙烯、1-丁烯、1-己烯及1-辛烯、特佳為丙烯。又,構成乙烯/α-烯烴共聚物及乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物的
α-烯烴不限定於1種,亦可使2種以上之α-烯烴進行共聚合。
又,做為構成乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物之非共軛多烯,可列舉例如:5-亞乙基-2-降莰烯、二環戊二烯、5-亞丙基-2-降莰烯、5-乙烯基-2-降莰烯、2,5-原冰片二烯、1,4-環己二烯、1,4-環辛二烯及1,5-環辛二烯等之環狀多烯、1,4-己二烯、4-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,5-庚二烯、6-甲基-1,5-庚二烯、6-甲基-1,6-辛二烯、7-甲基-1,6-辛二烯、5,7-二甲基-1,6-辛二烯、7-甲基-1,7-壬二烯、8-甲基-1,7-壬二烯、8-甲基-1,8-癸二烯、9-甲基-1,8-癸二烯、4-亞乙基-1,6-辛二烯、7-甲基-4-亞乙基-1,6-辛二烯、7-甲基-4-亞乙基-1,6-壬二烯、7-乙基-4-亞乙基-1,6-壬二烯、6,7-二甲基-4-亞乙基-1,6-辛二烯及6,7-二甲基-4-亞乙基-1,6-壬二烯等之碳數6至15的具有內部不飽和鍵之鏈狀多烯、以及1,5-己二烯、1,6-庚二烯、1,7-辛二烯、1,8-壬二烯、1,9-癸二烯、1,10-十一烷二烯、1,11-十二烷二烯、1,12-十三烷二烯及1,13-十四烷二烯等之α,ω-二烯。
而在此等非共軛多烯當中,從交聯效率的觀點來看,較佳為5-亞乙基-2-降莰烯、二環戊二烯、5-乙烯基-2-降莰烯、7-甲基-1,6-辛二烯及5-甲基-1,4-己二烯、特佳為5-亞乙基-2-降莰烯。又,構成乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物的非共軛多烯不限定於1種,亦可使2種以上之非共軛多烯進行共聚合。
前述乙烯/α-烯烴共聚物或乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物可利用氣相聚合法、溶液聚合法及漿液聚合法等以往周知的方法,使乙烯與α-烯烴或非共軛多烯共聚合而製造。
另一方面,做為丁基系橡膠,有丁基橡膠、鹵化丁基橡膠及異丁烯/p-甲基苯乙烯之溴化物等。例如,做為鹵化丁基橡膠,可用氯化丁基橡膠(Cl-IIR)或溴化丁基橡膠(Br-IIR)。又,摻合
於本實施形態之橡膠組成物的丁基系橡膠係不限於1種,亦可摻合2種以上的丁基系橡膠。
[氯丁二烯橡膠:彈性體=50:50至90:10]
在橡膠成分中彈性體的比例小於10質量%的情況下,無法充分獲得橡膠組成物之耐熱性提升效果,又,若彈性體的比例超過50質量%,則與氯丁二烯橡膠的相溶性降低,橡膠組成物不易硫化。因此,在本實施形態的橡膠組成物中,使彈性體的摻合比例為橡膠成分總量之10質量%至50質量%。
又,在本實施形態之橡膠組成物中,由於彈性體以外的橡膠成分為氯丁二烯橡膠,所以氯丁二烯橡膠的摻合比例為橡膠成分總量之50質量%至90質量%。又,氯丁二烯橡膠與彈性體的混合方法無特別限定,可用軋輥、班布里混合機及擠壓機等。
[鋅粉:相對於100質量份橡膠成分而言為3質量份至20質量份]
鋅粉藉由與做為橡膠成分而摻合的彈性體或後述氧化鎂的相乘效果,而具有使橡膠組成物的耐熱性更為提升之效果。惟,鋅粉的算術平均粒徑小於3μm的情況下,有在橡膠組成物中分散不良之虞,若算術平均粒徑超過10μm,則會無法得到耐熱性提升效果。此處,鋅粉末的算術平均粒徑可依照JIS Z8901:2006規定的穿透型電子顯微鏡法或穿透型光學顯微鏡法來進行測定。
又,鋅粉的摻合量在每100質量份的橡膠成分中小於3質量份時,無法獲得耐熱性提升效果,又,縱使摻合超過20質量份,不僅耐熱性提升效果已經到極限,且橡膠組成物的比重變高而增加了製品成本。因此,本實施形態之橡膠組成物為每100質量份的橡膠成分中摻合3質量份至20質量份範圍之依照JIS
Z8901規定的方法所測得的算術平均粒徑為3μm至10μm的鋅粉。
[氧化鎂:相對於100質量份橡膠成分而言為4質量份至16質量份]
氧化鎂藉由與做為橡膠成分而摻合的彈性體或前述鋅粉的相乘效果,而有使橡膠組成物的耐熱性非常迅速地提升之效果。惟,氧化鎂的BET比表面積小於20m2/g的情況下,做成硫化物或成形品時,會無法得到目標機械強度。又,若使用BET比表面積大於150m2/g的氧化鎂,則耐熱性提升效果減低。
又,前述BET比表面積是依照JIS Z8830所規定之1點法測得之值。BET法是指在粉體粒子表面上吸附已知佔有面積的分子(通常是N2氣體),而從其吸附量算出試料粉體的比表面積之方法。以此方法求出的比表面積稱為「BET比表面積」,在氧化鎂的情況下,BET比表面積越高表示活性度越高。
又,氧化鎂的摻合量為每100質量份的橡膠成分中未滿4質量份的情況時,無法使橡膠組成物之耐熱性提升,又,若摻合超過16質量份,則會有發生硫化阻礙且耐熱性提升效果減緩之傾向。因此,本實施形態的橡膠組成物為每100質量份的橡膠成分中摻合4質量份至16質量份範圍的BET比表面積為20m2/g至150m2/g之氧化鎂。
[抗老化劑:相對於橡膠成分100質量份而言為3質量份至10質量份]
抗老化劑有防止做為橡膠成分摻合之氯丁二烯橡膠或彈性體因臭氧或熱產生劣化的效果。此種抗老化劑可列舉例如芳香族胺系抗老化劑、受阻酚系抗老化劑及亞磷酸系抗老化劑等。
因此,在本實施形態之橡膠組成物中,可視需要每100質
量份的橡膠成分中摻合3質量份至10質量份範圍的芳香族胺系抗老化劑、受阻酚系抗老化劑及亞磷酸系抗老化劑中的1種或2種以上之抗老化劑。又,抗老化劑的摻合量為每100質量份的橡膠成分未滿3質量份時,會無法充分獲得防止氯丁二烯橡膠劣化的效果。又,每100質量份的橡膠成分摻合超過10質量份之抗老化劑時,會發生硫化阻礙或抗老化劑之滲出,而導致耐熱性等之各種物性降低,並且在做為硫化物或成形品時會成為製品不良的原因。
在此,做為芳香族胺系抗老化劑,可列舉:N-苯基-1-萘基胺、烷基化二苯基胺、辛基化二苯基胺、4,4'-雙(α,α-二甲基苄基)二苯基胺、p-(p-甲苯磺胺)二苯基胺、N,N'-二-2-萘基-p-苯二胺、N,N'-二苯基-p-苯二胺、N-苯基-N'-異丙基-p-苯二胺、N-苯基-N'-(1,3-二甲基丁基)-p-苯二胺、N-苯基-N'-(3-甲基丙烯醯基氧基-2-羥基丙基)-p-苯二胺等。又,此等亦可併用2種類以上。
做為受阻酚系抗老化劑,可列舉:1,1,3-參-(2-甲基-4-羥基-5-第三丁基苯基)丁烷、4,4'-亞丁基雙-(3-甲基-6-第三丁基酚)、2,2-硫雙(4-甲基-6-第三丁基酚)、7-十八烷基-3-(4'-羥基-3',5'-二-第三丁基苯基)丙酸酯、肆-[亞甲基-3-(3',5'-二-第三丁基-4'-羥基苯基)丙酸酯]甲烷、異戊四醇-肆[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、三甘醇-雙[3-(3-第三丁基-5-甲基-4-羥基苯基)丙酸酯]、1,6-己二醇-雙[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、2,4-雙(n-辛基硫)-6-(4-羥基-3,5-二-第三丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪、參-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)-三聚異氰酸酯、2,2-硫-二伸乙基雙[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、N,N'-六亞甲基雙(3,5-二-第三丁基-4-羥基)-氫桂皮醯胺、2,4-雙[(辛基硫)甲基]-o-甲酚、3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基-磷酸酯-二乙基酯、
肆[亞甲基(3,5-二-第三丁基-4-羥基氫桂皮酸)]甲烷、十八烷基-3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯及3,9-雙[2-{3-(3-第三丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙醯基氧基}-1,1-二甲基乙基]-2,4-8,10-四噁螺[5.5]十一烷等。又,此等亦可併用2種類以上。
做為亞磷酸系抗老化劑,可列舉:亞磷酸參(壬基苯基)酯、亞磷酸參(混合單-及二-壬基苯基)酯、亞磷酸二苯基單(2-乙基己基)酯、亞磷酸二苯基單十三烷基酯、亞磷酸二苯基異癸基酯、亞磷酸二苯基異辛基酯、亞磷酸二苯基壬基苯酯、亞磷酸三苯酯、亞磷酸參(十三烷基)酯、亞磷酸三異癸酯、亞磷酸參(2-乙基己基)酯、亞磷酸參(2,4-二-第三丁基苯基)酯、四苯基二丙二醇二亞磷酸酯、四苯基四(十三烷基)異戊四醇四亞磷酸酯、1,1,3-參(2-甲基-4-二-十三烷基亞磷酸酯-5-第三丁基苯基)丁烷、4,4'-亞丁基雙(3-甲基-6-第三丁基-二-十三烷基亞磷酸酯)、2,2'-亞乙基雙(4,6-二-第三丁基酚)氟亞磷酸酯、亞磷酸4,4'-亞異丙基-二酚烷基(C12至C15)酯、環狀新戊烷四基雙(2,4-二-第三丁基苯基亞磷酸酯)、環狀新戊烷四基雙(2,6-二-第三丁基-4-苯基亞磷酸酯)、環狀新戊烷四基雙(壬基苯基亞磷酸酯)、雙(壬基苯基)異戊四醇二亞磷酸酯、二丁基氫亞磷酸酯、二硬脂醯異戊四醇二亞磷酸酯及氫化雙酚A異戊四醇亞磷酸酯聚合物等。又,此等亦可併用2種類以上。
[碳黑:相對於100質量份橡膠成分而言為10質量份至50質量份]
碳黑具有補強橡膠組成物或將其硫化而得之硫化物或成形品以使其具有強度之效果。本實施形態之橡膠組成物中摻合之碳黑種類係無特別限定,從耐熱性提升之觀點而言,宜使用氮
吸附比表面積(N2SA)為50m2/g至160m2/g之乙炔碳。
惟,相對於100質量份橡膠成分而言,碳黑摻合量小於10質量份的情況下,於硫化橡膠組成物時的補強性降低,且有缺乏做為傳動皮帶或汽車構件之實用性的情形。又,碳黑摻合量若相對於100質量份橡膠成分超過50質量份時,則有橡膠組成物之耐熱性急遽降低的情形。因此,本實施形態之橡膠組成物中,可視需要每100質量份的橡膠成分中摻合10質量份至50質量份範圍之氮吸附比表面積(N2SA)為50m2/g至160m2/g的乙炔碳。
[軟化劑:相對於100質量份橡膠成分而言為5質量份至20質量份]
本實施形態之橡膠組成物可摻合植物油系軟化劑、醚/酯系塑化劑、酞酸酯系塑化劑、己二酸酯系塑化劑、脂肪族二元酸酯系塑化劑、磷酸酯系塑化劑、檸檬酸酯系塑化劑及石油系芳香族加工油之中的1種或2種以上之軟化劑。
此等軟化劑的摻合量係無特別限定,可因應要求之硬度予以適宜設定,從進一步提升耐熱性之觀點而言,每100質量份的橡膠成分宜為5質量份至20質量份。藉此,可使耐熱性提升,同時可調節將橡膠組成物硫化而得之硫化物或成形品之硬度。
[其他成分]
本實施形態之橡膠組成物亦可與前述各成分一起摻合矽石及矽烷偶合劑。藉由摻合矽石及矽烷偶合劑,可使所得橡膠組成物的動態低發熱性提高。摻合於本實施形態之橡膠組成物的矽石沒有特別限定,可任意選擇使用例如濕式矽石、乾式矽石及膠態矽石等之可使用做為橡膠之補強用填充材者。
又,每100質量份的橡膠成分,矽石的摻合量較佳為50質
量份以下。若矽石摻合量超過50質量份,則會有所得橡膠組成物的耐熱性提升效果減緩的情況。另一方面,矽烷偶合劑的摻合量較佳為相對於100質量份矽石而言為0.5質量份至25質量份。藉由將矽烷偶合劑的摻合量調整在此範圍內,可無損耐熱性且有效率地提升動態低發熱性。
摻合於本實施形態之橡膠組成物的矽烷偶合劑只要是不會對硫化等造成影響者即可,例如有雙-(3-三乙氧基矽基丙基)四硫化物、雙-(3-三甲氧基矽基丙基)四硫化物、雙-(3-甲基二甲氧基矽基丙基)四硫化物、雙-(2-三乙氧基矽基乙基)四硫化物、雙-(3-三乙氧基矽基丙基)二硫化物、雙-(3-三甲氧基矽基丙基)二硫化物、雙-(3-三乙氧基矽基丙基)三硫化物、3-己醯基硫丙基三乙氧基矽烷、3-辛醯基硫丙基三乙氧基矽烷、3-癸醯基硫丙基三乙氧基矽烷、3-月桂醯基硫丙基三乙氧基矽烷、2-己醯基硫乙基三乙氧基矽烷、2-辛醯基硫乙基三乙氧基矽烷、2-癸醯基硫乙基三乙氧基矽烷、2-月桂醯基硫乙基三乙氧基矽烷、3-己醯基硫丙基三甲氧基矽烷、3-辛醯基硫丙基三甲氧基矽烷、3-癸醯基硫丙基三甲氧基矽烷、3-月桂醯基硫丙基三甲氧基矽烷、2-己醯基硫乙基三甲氧基矽烷、2-辛醯基硫乙基三甲氧基矽烷、2-癸醯基硫乙基三甲氧基矽烷、2-月桂醯基硫乙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-三甲氧基矽基丙基-N,N-二甲基硫胺甲醯基四硫化物、3-三甲氧基矽基丙基苯并四唑四硫化物、3-三甲氧基矽基丙基甲基丙烯醯基一硫化物等。此等矽烷偶合劑可個別單獨使用,亦可組合2種以上使用。
又,本實施形態之橡膠組成物亦可摻合矽石以外之無機填充材。具體而言,可使用γ-氧化鋁及α-氧化鋁等之氧化鋁(Al2O3)、水鋁土(boehmite)及水鋁石(diaspore)等之氧化鋁一水合物(Al2O3.H2O)、水礬土(gibbsite)及三水鋁石(bayerite)等之氫氧化鋁[Al(OH)3]、碳酸鋁[Al2(CO3)2]、氫氧化鎂[Mg(OH)2]、碳酸鎂(MgCO3)、滑石(3MgO.4SiO2.H2O)、綠坡縷石(5MgO.8SiO2.9H2O)、鈦白(TiO2)、鈦黑(TiO2n-1)、氧化鈣(CaO)、氫氧化鈣[Ca(OH)2]、氧化鋁鎂(MgO.Al2O3)、黏土(Al2O3.2SiO2)、高嶺土(Al2O3.2SiO2.2H2O)、葉蠟石(Al2O3.4SiO2.H2O)、皂土(Al2O3.4SiO2.2H2O)、矽酸鋁(Al2SiO5、Al4.3SiO4.5H2O等)、矽酸鎂(Mg2SiO4、MgSiO3等)、矽酸鈣(Ca2SiO4等)、矽酸鋁鈣(Al2O3.CaO.2SiO2等)、矽酸鎂鈣(CaMgSiO4)、碳酸鈣(CaCO3)、氧化鋯(ZrO2)、氫氧化鋯[ZrO(OH)2.nH2O]、碳酸鋯[Zr(CO3)2]、如各種沸石般含有補充電荷的氫、與鹼金屬或鹼土族金屬之結晶性鋁矽酸鹽等。
再者,本實施形態之橡膠組成物在無損前述效果的範圍,可摻合一般橡膠工業界所用之各種藥品,例如硫化劑、硫化促進劑、抗焦劑、加工助劑等。
又,本實施形態之橡膠組成物能夠以與通常橡膠組成物的相同方法製造。具體而言,將橡膠成分(氯丁二烯橡膠、彈性體)、鋅粉、氧化鎂及其他成分,藉由捏合機、班布里或軋輥等之混練機在硫化溫度以下之溫度進行混練而得。
如以上詳述,本實施形態之橡膠組成物由於摻合特定量之彈性體做為橡膠成分,並且摻合特定之鋅粉及氧化鎂,所以能夠不使氯丁二烯橡膠所具有之壓縮永久應變降低且大幅提昇耐熱性。藉此,可實現能得到耐熱性優異之硫化物的氯丁二烯系
橡膠組成物。
(第2實施形態)
接著說明本發明第2實施形態之硫化物。本實施形態之硫化物是把前述第1實施形態之橡膠組成物成形加工為依照目的之形狀,且進行硫化而成者。此時,橡膠組成物之硫化方法沒有特別限定,可在成形中或成形後藉由例如加壓硫化、注射硫化、直接釜硫化、間接釜硫化、直接蒸氣連續硫化、常壓連續硫化或連續硫化加壓等之硫化方法,只要進行硫化即可。
又,硫化溫度及硫化時間等之硫化條件亦無特別限定,可適宜設定,從生產性及加工安全性之觀點而言,硫化溫度較佳為130℃至200℃、更佳為140℃至190℃。在此,「加工安全性」是指藉由焦化時間予以評價之加工特性,對不良發生率有很大影響。具體而言,焦化時間短,則在高溫的成形中,未硫化橡膠成分被硫化而使成形不良發生頻率變高。
本實施形態之硫化物由於使用前述第1實施形態的橡膠組成物,所以與習知用氯丁二烯橡膠之硫化物相比,可大幅提高耐熱性。因此,不僅是隔震橡膠與海綿,而且傳動皮帶、輸送帶、氣墊、汽車用膠管、汽車用橡皮套、防振橡膠及胎囊製品等之類要求高耐熱性的成形品,亦適合使用本實施形態之硫化物。
以下列舉本發明之實施例及比較例具體說明本發明之效果。又,本發明不受此等實施例限定。在本實施例中,將各成分依照下述表1及表2所示組成摻合後,用8吋軋輥進行混練,製作實施例及比較例的橡膠組成物。然後將實施例及比較例的各橡膠組成物硫化,評價其性能。
又,上述表1及表2所示各摻合成分如下。
(橡膠成分)
.硫醇改質氯丁二烯橡膠(電氣化學工業股份有限公司製M-40)。
.黃酸改質氯丁二烯橡膠(電氣化學工業股份有限公司製DCR-66)。
.硫改質氯丁二烯橡膠(電氣化學工業股份有限公司製DCR-40A)。
.乙烯丙烯橡膠(住友化學股份有限公司製ESPRENE 201)。
.乙烯丙烯二烯橡膠(三井化學股份有限公司製EPT 4045M)。
.丁基系橡膠(JSR股份有限公司製JSR BUTYL 268)
(碳黑)。
.乙炔碳(電氣化學工業股份有限公司製DENKABLACK粉狀品)。
.碳黑GPF(ASAHI CARBON股份有限公司製 旭#55)。
(塑化劑)
.菜籽油(TOEI CHEMICAL股份有限公司製#8115-R)。
(滑劑/加工助劑)
.硬脂酸(新日本理化股份有限公司製 硬脂酸50S)。
(抗老化劑)
.胺系抗老化劑(大內新興化學工業股份有限公司製NOCRAC CD:4,4-雙(α,α-二甲基苄基)二苯基胺)。
.受阻酚系抗老化劑(BASF Japan製IRGANOX 1010:季戊四醇肆[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯)。
.亞磷酸系抗老化劑(大內新興化學工業股份有限公司製NOCRAC TNP:參(壬基苯基)亞磷酸酯)。
(氧化鎂)
.氧化鎂#30(協和化學工業股份有限公司製Kyowamag 30(BET比表面積=40m2/g))。
.氧化鎂#150(協和化學工業股份有限公司製Kyowamag 150(BET比表面積=148m2/g))。
(鋅粉)
.鋅粉A(堺化學工業股份有限公司製鋅粉#F(平均粒徑:3.8μm))。
.鋅粉B(東邦鋅股份有限公司製AN-325(平均粒徑:18μm))。
.鋅粉C(白水化學工業股份有限公司(HAKUSUI TECH.,CO LTD)製R末(平均粒徑:7μm))。
(硫化促進劑)
.硫脲系硫化促進劑(川口化學工業股份有限公司製Accel 22S:乙烯硫脲)。
.氧化鋅(堺化學工業股份有限公司製 氧化鋅2種)。
<評價>
將前述方法所製得之實施例1至13及比較例1至7
的各橡膠組成物以油壓加壓,在160℃下硫化20分鐘,製作試驗片。然後用此試驗片針對「斷裂伸度(EB)」、「硬度(HS)」及「耐熱性」加以評價。
「斷裂伸度(EB)」係依據JISK6251進行測定。又,「硬度(HS)」係依據JISK6253用橡膠硬度計(durometer)進行測定。此外,「耐熱性」是把試驗片在160℃的基爾熱老化試驗機(geer oven)中放置48小時、96小時及144小時後,測定斷裂伸度,利用其結果進行評價。
另一方面,「壓縮永久應變」的評價係使用以前述方法製作之實施例1至13及比較例1至7的各橡膠組成物以油壓加壓在160℃硫化30分鐘而得之試驗片。然後,依照JISK6262,將各試驗片在160℃之基爾熱老化試驗機中放置72小時後,測定壓縮永久應變。將以上結果示於以下表3及表4。
如上表4所示,氯丁二烯橡膠的摻合量較少之比較例1的橡膠組成物發生硫化阻礙,而無法成形。另一方面,比較例2為未摻合彈性體之橡膠組成物,比較例3為使用平均粒徑大於10μm之鋅粉的橡膠組成物。又,比較例4為每100質量份的橡膠成分中鋅粉摻合量小於3質量份之橡膠組成物,比較例5為鋅粉摻合量超過20質量份之橡膠組成物。
再者,比較例6為每100質量份的橡膠成分中氧化鎂摻合量小於4質量份之橡膠組成物,比較例7為氧化鎂摻合量超過16質量份之橡膠組成物。而將此等比較例2至7的橡膠組成物硫化而成的試驗片皆無法耐受在160℃放置144小時的熱老化條件而硬化,而無法測定斷裂伸度(EB)。
相對於此,示於表3及表4的將實施例1至13之橡膠組成物經硫化而成之試驗片即使在160℃之溫度條件下放置144小時也不會硬化,維持了橡膠彈性,且斷裂伸度(EB)及拉伸特性亦為優異。由此結果,可確認根據本發明,能夠獲得壓縮永久應變不會降低且可大幅提昇硫化物之耐熱性的橡膠組成物。
而且,用實施例1至13之橡膠組成物製造輪胎胎囊時,可得耐熱性優異之輪胎胎囊。
又,用實施例1至13之橡膠組成物製造汽車用膠管時,可得耐熱性優異之汽車用膠管。
用實施例1至13之橡膠組成物製造防振橡膠時,可得耐熱性優異之防振橡膠。
Claims (7)
- 一種橡膠組成物,其係相對於100質量份之由50質量%至90質量%的氯丁二烯橡膠及10質量%至50質量%的彈性體而成之橡膠成分而言,含有3質量份至20質量份之依照JIS Z8901規定的方法所測得的算術平均粒徑為3μm至10μm之鋅粉、4質量份至16質量份之依照JIS Z8830規定之1點法所測得的BET比表面積為20m2/g至150m2/g之氧化鎂、以及10質量份至50質量份之氮吸附比表面積為50m2/g至160m2/g之乙炔碳。
- 如請求項1項所記載之橡膠組成物,其中前述彈性體係選自由乙烯/α-烯烴共聚物、乙烯/α-烯烴/非共軛多烯共聚物及丁基系橡膠所構成之群組中之至少1種。
- 如請求項1或2所記載之橡膠組成物,其中前述氯丁二烯橡膠為硫醇改質氯丁二烯橡膠或黃酸改質氯丁二烯橡膠。
- 如請求項1所記載之橡膠組成物,其中每100質量份之前述橡膠成分,含有合計3質量份至10質量份之選自芳香族胺系抗老化劑、受阻酚系抗老化劑及亞磷酸系抗老化劑的至少1種抗老化劑。
- 如請求項1所記載之橡膠組成物,其中每100質量份之前述橡膠成分,含有5質量份至20質量份之選自由植物油系軟化劑、醚/酯系塑化劑、酞酸酯系塑化劑、己二酸酯系塑化劑、脂肪族二元酸酯系塑化劑、 磷酸酯系塑化劑、檸檬酸酯系塑化劑及石油系芳香族加工油所構成之群組中的至少1種軟化劑。
- 一種硫化物,其係將如請求項1至5中任一項所記載之橡膠組成物硫化而得。
- 一種成形品,其係由如請求項6所記載之硫化物所構成。
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