WO2012157658A1 - 硫黄変性クロロプレンゴム、成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法 - Google Patents

硫黄変性クロロプレンゴム、成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法 Download PDF

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    • C08C19/00Chemical modification of rubber
    • C08C19/20Incorporating sulfur atoms into the molecule

Definitions

  • the present invention relates to a sulfur-modified chloroprene rubber, a molded body, and a method for producing a sulfur-modified chloroprene rubber.
  • sulfur-modified chloroprene rubber, molded products, and sulfur-modified chloroprene rubber which are suitable as materials for rubber products used in dynamic environments such as transmission belts and conveyor belts for general industries, air springs for automobiles, and vibration-proof rubber. It relates to a manufacturing method.
  • Sulfur-modified chloroprene rubber is used as a material for power transmission belts and conveyor belts for general industries, air springs for automobiles, anti-vibration rubber, etc., taking advantage of its excellent dynamic characteristics. These products have a problem that the product life is shortened due to deterioration as the use environment temperature rises. For this reason, the development of sulfur-modified chloroprene rubber with improved heat resistance has been demanded.
  • Patent Documents 1 and 2 alone is not sufficient to improve heat resistance, and it cannot be said that heat resistance is still sufficient particularly under severe use conditions. Therefore, there has been a demand for the development of sulfur-modified chloroprene rubber having dramatically improved heat resistance in order to cope with increasingly severe usage environments.
  • the main object of the present invention is to provide a sulfur-modified chloroprene rubber having improved heat resistance, a molded body using the sulfur-modified chloroprene rubber, and a method for producing the sulfur-modified chloroprene rubber.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber of the present invention is mainly composed of a sulfur-modified chloroprene polymer having sulfur in the molecule obtained by emulsion polymerization of chloroprene alone or chloroprene and another monomer in the presence of sulfur.
  • the polymerization rate of the sulfur-modified chloroprene polymer may be 60 to 95%.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber may be obtained by emulsion polymerization of a raw material monomer containing 10% by mass or less of a monomer copolymerizable with chloroprene.
  • the molded object of this invention is obtained using the sulfur-modified chloroprene rubber mentioned above. Examples of the molded body include transmission belts and conveyor belts for general industries, vibration proof rubber, automobile air springs, hoses and sponges.
  • the method for producing a sulfur-modified chloroprene rubber provides a sulfur-modified chloroprene polymer having sulfur in the molecule by emulsion polymerization of chloroprene alone or chloroprene and another monomer in the presence of sulfur. And a step of isolating the sulfur-modified chloroprene rubber from the polymerization solution obtained in the polymerization step by a freeze-coagulation method, and the amount of bound sulfur bound to the sulfur-modified chloroprene polymer is a rubber.
  • the ratio (bound sulfur amount / total sulfur amount) between the amount of bound sulfur (mass%) and the total amount of sulfur (mass%) contained in the entire rubber is 0.2 to 0.6% by mass per total amount.
  • the method for producing the sulfur-modified chloroprene rubber includes the step of isolating the sulfur-modified chloroprene rubber before isolating the sulfur-modified chloroprene rubber by the freeze-coagulation method before isolating the sulfur-modified chloroprene rubber.
  • the polymerization may be performed until the polymerization rate of the sulfur-modified chloroprene polymer becomes 60 to 95%.
  • a raw material monomer containing 10% by mass or less of the other monomer may be subjected to emulsion polymerization.
  • a sulfur-modified chloroprene rubber having improved heat resistance a molded body using the sulfur-modified chloroprene rubber, and a method for producing the sulfur-modified chloroprene rubber are provided.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber of this embodiment is a monomer 1 that can be copolymerized with 2-chloro-1,3-butadiene (hereinafter referred to as chloroprene) alone or with chloroprene in the presence of sulfur (S 8 ).
  • the main component is a sulfur-modified chloroprene polymer obtained by emulsion polymerization of at least seeds.
  • the amount of bound sulfur bonded to the sulfur-modified chloroprene polymer is 0.2 to 0.6% by mass with respect to the total amount of rubber, and the amount of bound sulfur (% by mass)
  • the ratio (bound sulfur amount / total sulfur amount) to the total amount (mass%) of sulfur contained in the entire rubber is set to 0.28 to 0.5.
  • Examples of monomers that can be copolymerized with chloroprene include 2,3-dichloro-1,3-butadiene, 1-chloro-1,3-butadiene, styrene, acrylonitrile, methacrylonitrile, isoprene, butadiene, and methacrylic acid. And esters thereof.
  • the content thereof is adjusted to a range that does not impair the properties of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber, preferably within a range of 10% by mass or less of the raw material monomer.
  • the crystallization rate of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber can be slowed.
  • Sulfur-modified chloroprene rubber having a slow crystallization rate can maintain rubber elasticity even in a low temperature environment.
  • the amount of bound sulfur is 0.2 to 0.6% by mass with respect to the total amount of rubber.
  • the bonded sulfur refers to a sulfur atom that is chemically bonded to the main chain of the sulfur-modified chloroprene polymer or its terminal site.
  • S 8 Sulfur (S 8 ) and sulfur-containing compounds such as polymerization catalyst, anti-aging agent, polymerization inhibitor, plasticizer, etc. are removed and then freeze-dried to obtain a sample, which is described in JIS K 6233-1. It can be measured by the oxygen combustion flask method.
  • the sulfur-modified chloroprene polymer contained in the sulfur-modified chloroprene rubber of the present embodiment has a scorch time of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber that is extremely short if the amount of bound sulfur is less than 0.2% by mass, and is molded. It will harden in the middle. On the other hand, if the amount of bound sulfur exceeds 0.6% by mass, the resulting sulfur-modified chloroprene rubber becomes too sticky to the metal and cannot be processed. It is more preferable that the amount of bound sulfur is in the range of 0.25 to 0.5% by mass because the effect of improving the heat resistance of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber is great.
  • sulfur (S 8 ) added at the time of polymerization or a sulfur-containing compound such as a polymerization catalyst, an antioxidant, a polymerization inhibitor, or a plasticizer containing a sulfur atom in the molecule. It is only necessary to adjust the addition amount, adjust the pH of the polymerization solution (finishing pH), or adjust the polymerization rate of the polymer before isolating the sulfur-modified chloroprene rubber by the conventional freeze-coagulation method. .
  • the ratio (bound sulfur amount / total sulfur amount) between the amount (% by mass) of bound sulfur of the sulfur-modified chloroprene polymer and the total amount (% by mass) of sulfur contained in the entire rubber is adjusted to 0.28 to 0.5.
  • the total amount of sulfur represents the total content of all sulfur contained in the entire sulfur-modified chloroprene rubber. That is, sulfur such as the above-mentioned bound sulfur, sulfur not bound to the sulfur-modified chloroprene polymer (S 8 ), a polymerization catalyst contained in the sulfur-modified chloroprene rubber, an antioxidant, a polymerization inhibitor, and a plasticizer. It is the total measurement (mass%) of the sulfur content contained in the contained compound.
  • the total amount of sulfur in the sulfur-modified chloroprene rubber can be directly measured by the oxygen combustion flask method described in JIS K 6233-1 without purifying the obtained sulfur-modified chloroprene rubber.
  • the method for producing a sulfur-modified chloroprene rubber according to this embodiment includes a sulfur-modified chloroprene having sulfur in the molecule by emulsion polymerization of a chloroprene monomer alone or a chloroprene monomer and another monomer in the presence of sulfur.
  • This is a production method for obtaining a sulfur-modified chloroprene rubber of 0.5 to 0.5.
  • a polymer is obtained by emulsion polymerization of chloroprene and, if necessary, one or more other monomers in the presence of sulfur.
  • the amount of sulfur (S 8 ) to be added is preferably 0.1 to 0.9 parts by mass, more preferably 0. 3 to 0.7 parts by mass.
  • a sulfur-modified chloroprene rubber excellent in mechanical properties, dynamic properties and processability can be obtained. If the amount of sulfur (S 8 ) is too small, the mechanical properties and dynamic properties of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber may not be obtained. On the other hand, if the amount of sulfur (S 8 ) is too large, the resulting sulfur-modified chloroprene rubber may become too sticky to the metal and cannot be processed.
  • rosin acids are suitable.
  • the emulsifier may be used in combination with other commonly used emulsifiers and fatty acids described below.
  • Other emulsifiers include, for example, metal salts of aromatic sulfonic acid formalin condensate, sodium dodecylbenzene sulfonate, potassium dodecylbenzene sulfonate, sodium alkyldiphenyl ether sulfonate, potassium alkyldiphenyl ether sulfonate, polyoxyethylene alkyl ether sulfonate Examples include sodium, sodium polyoxypropylene alkyl ether sulfonate, potassium polyoxyethylene alkyl ether sulfonate, potassium polyoxypropylene alkyl ether sulfonate, and the like.
  • rosin acid means rosin acid, disproportionated rosin acid, alkali metal salt of disproportionated rosin
  • aqueous alkaline soap solution composed of a mixture of an alkali metal salt of disproportionated rosin acid and a saturated or unsaturated fatty acid having 6 to 22 carbon atoms.
  • constituent components of disproportionated rosin acid include sesquiterpene, 8,5-isopimalic acid, dihydropimalic acid, secodehydroabietic acid, dihydroabietic acid, deisopropyldehydroabietic acid, demethyldehydroabietic acid, and the like.
  • the pH of the aqueous emulsion at the start of the emulsion polymerization is desirably 10.5 to 13.0, which allows stable polymerization.
  • the aqueous emulsion refers to a mixed solution of a chloroprene monomer, a monomer copolymerizable with chloroprene, an emulsifier, sulfur (S 8 ) and the like immediately before the start of emulsion polymerization.
  • S 8 sulfur
  • the pH of the aqueous emulsion can be appropriately adjusted according to the amount of alkali components such as sodium hydroxide and potassium hydroxide present during emulsion polymerization.
  • the polymerization temperature of emulsion polymerization is 0 to 55 ° C, preferably 30 to 55 ° C.
  • potassium persulfate As the polymerization initiator, potassium persulfate, benzoyl peroxide, ammonium persulfate, hydrogen peroxide and the like used in normal radical polymerization are used.
  • the polymerization is carried out at a polymerization rate of 60 to 95%, preferably 70 to 95%, and then stopped by adding a polymerization inhibitor.
  • a polymerization rate of 60 to 95%, preferably 70 to 95%
  • the chloroprene rubber excellent in heat resistance and workability is obtained. If the polymerization rate is too low, the amount of copolymerization with sulfur (S 8 ) is extremely small, and the heat resistance of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber may not be improved. On the other hand, if the polymerization rate is too high, the processability of the resulting sulfur-modified chloroprene rubber may deteriorate due to the development of a branched structure or the formation of a gel.
  • Examples of the polymerization inhibitor for the polymer of the sulfur-modified chloroprene rubber of the present embodiment include thiodiphenylamine, 4-tert-butylcatechol, 2,2'-methylenebis-4-methyl-6-tert-butylphenol, and the like.
  • the unreacted monomer can be removed from the polymerization solution by a conventional method such as vacuum distillation.
  • Sulfur-modified chloroprene rubber can be used with its Mooney viscosity lowered depending on the purpose.
  • the method for reducing the Mooney viscosity of the sulfur-modified chloroprene rubber is not particularly limited.
  • tetraalkylthiuram disulfide having an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms dialkyl having an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms.
  • a method of cutting the molecular chain of the sulfur-modified chloroprene polymer by adding at least one plasticizer selected from dithiocarbamates can be applied.
  • timing of adding these compounds may be added to the aqueous emulsion after emulsion polymerization before removing the unreacted monomer, or may be added to the aqueous emulsion after removing the unreacted monomer. . Further, although depending on the amount of plasticizer added, it is also possible to carry out a combination before and after removing the unreacted monomer.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber of the present embodiment can contain a small amount of stabilizer in the polymer in order to prevent Mooney viscosity change during storage.
  • stabilizers include phenyl- ⁇ -naphthylamine, octylated diphenylamine, 2,6-di-tert-butyl-4-phenylphenol, 2,2′-methylenebis (4-methyl-6-tert- Butylphenol), 4,4′-thiobis- (6-tert-butyl-3-methylphenol), and the like.
  • 4,4'-thiobis- (6-tert-butyl-3-methylphenol) is used.
  • an isolation step is performed in which the sulfur-modified chloroprene rubber is isolated by a conventional freeze-coagulation method.
  • a pH adjustment step of adjusting the pH of the polymerization solution to 5.5 to 7.5 with an acid such as acetic acid may be performed before the isolation step.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber of the present embodiment has an amount of bound sulfur of 0.2 to 0.6% by mass based on the total amount of rubber, and an amount (% by mass) of bound sulfur. Since the ratio of the total amount of sulfur contained (bound sulfur amount / sulfur total amount) is 0.28 to 0.5, the heat resistance is improved.
  • the molded body of the present embodiment is formed by molding the sulfur-modified chloroprene rubber of the first embodiment described above, and is suitable as a molded body of a transmission belt, a conveyor belt, a vibration proof rubber, an air spring, a hose, a sponge, and the like. Can be used.
  • examples of the molding method for producing the molded body of the present embodiment include extrusion molding, injection molding, compression molding, and calendar molding, but are not limited thereto.
  • the heat-resistant sulfur-modified chloroprene rubber is used as a material, even if it is stimulated by heat, the rubber itself may be deteriorated by heat or the product life may be shortened. Can be suppressed.
  • Example 1 [Production of sulfur-modified chloroprene rubber]
  • 100 parts by mass of chloroprene monomer 100 parts by mass of chloroprene monomer, 0.7 parts by mass of sulfur, 105 parts by mass of pure water, 3.80 parts by mass of disproportionated potassium rosinate (manufactured by Harima Chemicals), hydroxylation 0.55 parts by mass of sodium and 0.5 parts by mass of a sodium salt of ⁇ -naphthalenesulfonic acid formalin condensate (trade name Demol N: manufactured by Kao Corporation) were added.
  • 0.1 parts by mass of potassium persulfate was added as a polymerization initiator, and polymerization was performed at a polymerization temperature of 40 ° C.
  • this polymerization-terminated latex is abbreviated as “latex”).
  • the latex was cooled, acetic acid was added to adjust the pH of the latex to 6.0, and the polymer was isolated by a conventional freeze-coagulation method to obtain a sulfur-modified chloroprene rubber.
  • the ratio of the amount of bound sulfur of the obtained sulfur-modified chloroprene polymer to the total amount of sulfur contained in the entire rubber was 0.36.
  • the residual elongation at break of the obtained sample was 55%.
  • ⁇ Compression set> Moreover, the compression set of the sample for evaluation was measured.
  • the compression set at low temperature was measured in accordance with JIS K 6262 under test conditions of 0 ° C. and 70 hours.
  • the compression set at low temperature of the obtained sample was 95%.
  • the sulfur-modified chloroprene rubbers of Examples 1 to 8 are not inferior in compression set at a low temperature as compared with the sulfur-modified chloroprene rubbers of Comparative Examples 3 and 4, and are indicative of heat resistance. It was excellent in the residual elongation at break.
  • Comparative Example 1 the combined sulfur of the sulfur-modified chloroprene polymer exceeded 0.6% by mass, and the sample could not be prepared because the sulfur-modified chloroprene rubber was stuck to the roll and could not be evaluated. Further, in Comparative Example 2, the amount of bound sulfur in the sulfur-modified chloroprene polymer was less than 0.2% by mass, and the sample could not be evaluated by scorching during kneading.
  • Comparative Example 3 the ratio of the amount of bound sulfur of the sulfur-modified chloroprene polymer to the total amount of sulfur contained in the whole rubber (bound sulfur amount / total sulfur amount) is less than 0.28, that is, bound to the polymer. The residual elongation at break was inferior because there was an excess of sulfur that was not done.
  • Comparative Example 4 the ratio of the amount of bound sulfur in the sulfur-modified chloroprene polymer to the total amount of sulfur contained in the entire rubber (bound sulfur amount / total sulfur amount) exceeds 0.5, and the polymer Since there was too little sulfur which did not couple
  • Example 7 although the residual elongation at break was superior to those of Comparative Examples 1 to 4, the results were lower than those of other Examples, particularly Examples 1 to 6. This is considered to be due to the effect that the pH of the polymerization solution before isolation by the freeze-coagulation method exceeded 7.5 and the coagulation was insufficient when frozen.
  • Example 8 the residual elongation at break was superior to those of Comparative Examples 1 to 4, but the results were lower than those of other Examples, particularly Examples 1 to 6. This is due to the fact that the pH of the polymerization solution before isolation by the freeze-coagulation method exceeds 5.5, and therefore aggregates are generated, and the aggregates are mixed into the isolated sulfur-modified chloroprene rubber. it is conceivable that.
  • the compound used in the preparation of the heat resistance evaluation sample was mixed with the sulfur-modified chloroprene rubber prepared in Examples 1 to 8 using an 8-inch roll, and molded and vulcanized to obtain a transmission belt.
  • the obtained transmission belt was excellent in heat resistance as in the heat resistance evaluation sample.
  • the compounds used in the preparation of heat resistance evaluation samples were mixed with the sulfur-modified chloroprene rubber prepared in Examples 1 to 8 using an 8-inch roll, and molded and vulcanized to obtain a conveyor belt.
  • the obtained conveyor belt was excellent in heat resistance similarly to the heat resistance evaluation sample.
  • the compound used in the preparation of the heat resistance evaluation sample was mixed with the sulfur-modified chloroprene rubber prepared in Examples 1 to 8 using an 8-inch roll, and molded and vulcanized to obtain a vibration-proof rubber.
  • the obtained anti-vibration rubber was excellent in heat resistance like the heat resistance evaluation sample.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber prepared in Examples 1 to 8 was mixed with the compound used in the preparation of the heat resistance evaluation sample using an 8-inch roll, and molded and vulcanized to obtain an automotive air spring.
  • the obtained automobile air spring was excellent in heat resistance as in the heat resistance evaluation sample.
  • the compound used in the preparation of the heat resistance evaluation sample was mixed with the sulfur-modified chloroprene rubber prepared in Examples 1 to 8 using an 8-inch roll, and molded and vulcanized to obtain a hose.
  • the obtained hose was excellent in heat resistance similarly to the heat resistance evaluation sample.
  • the sulfur-modified chloroprene rubber prepared in Examples 1 to 8 was mixed with the compound used in the preparation of the heat resistance evaluation sample using an 8-inch roll, and molded and vulcanized to obtain a sponge.
  • the obtained sponge was excellent in heat resistance like the heat resistance evaluation sample.

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Abstract

 耐熱性を向上させた硫黄変性クロロプレンゴム、この硫黄変性クロロプレンゴムを用いた成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法を提供する。 硫黄の存在下で、クロロプレン単独又はクロロプレンと他の単量体とを乳化重合して得られ、分子中に硫黄を有する硫黄変性クロロプレン重合体を主成分とする硫黄変性クロロプレンゴムであって、前記硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、前記結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)が0.28~0.5である硫黄変性クロロプレンゴム。本発明の硫黄変性クロロプレンゴムは、一般産業用の伝動ベルトやコンベヤベルト、防振ゴム、自動車用空気バネ、ホース及びスポンジ等の成形体に好適に用いることができる。

Description

硫黄変性クロロプレンゴム、成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法
 本発明は、硫黄変性クロロプレンゴム、成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法に関する。詳しくは、一般産業用の伝動ベルトやコンベヤベルト、自動車用空気バネ、防振ゴム等、動的環境用途に用いられるゴム製品の材料として好適な硫黄変性クロロプレンゴム、成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法に関する。
 硫黄変性クロロプレンゴムは、その優れた動的特性を生かし、一般産業用の伝動ベルトやコンベヤベルト、自動車用空気バネ、防振ゴム等の材料として使用されている。これらの製品は、使用環境温度の上昇に伴って劣化し、製品寿命が短くなるという課題がある。このため、耐熱性を向上させた硫黄変性クロロプレンゴムの開発が要望されていた。
 硫黄変性クロロプレンゴムの耐熱性を向上させる手段としては、硫黄変性クロロプレンゴムを可塑化(ペプチゼーション)する際に、特殊なテトラアルキルチウラムジスルフィドを存在させる手段(特許文献1参照)や、非置換または置換チアゾリジン-チオン-2と、イミダゾール基を含む化合物とを含有させる手段(特許文献2参照)等が知られている。
特開2009-275124号公報 特開2002-060550号公報
 しかしながら、特許文献1や2に記載される技術だけでは、耐熱性の向上は不十分であり、特に過酷な使用条件では耐熱性はまだ十分なものとは言えなかった。そのため、益々厳しくなる使用環境に対応すべく、耐熱性が飛躍的に改良された硫黄変性クロロプレンゴムの開発が要望されていた。
 そこで、本発明は、耐熱性を向上させた硫黄変性クロロプレンゴム、この硫黄変性クロロプレンゴムを用いた成形体及び硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法を提供することを主目的とする。
 すなわち、本発明の硫黄変性クロロプレンゴムは、硫黄の存在下で、クロロプレン単独又はクロロプレンと他の単量体とを乳化重合して得られた分子中に硫黄を有する硫黄変性クロロプレン重合体を主成分とする硫黄変性クロロプレンゴムであって、前記硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、前記結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)を0.28~0.5にしている。
 硫黄変性クロロプレンゴムは、前記硫黄変性クロロプレン重合体の重合率が60~95%であってもよい。
 また、硫黄変性クロロプレンゴムは、クロロプレンと共重合可能な単量体を10質量%以下含有する原料単量体を乳化重合したものであってもよい。
 また、本発明の成形体は、上述した硫黄変性クロロプレンゴム用いて得られる。
 成形体としては、一般産業用の伝動ベルトやコンベヤベルト、防振ゴム、自動車用空気バネ、ホース及びスポンジ等が挙げられる。
 また、本発明の硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法は、硫黄の存在下で、クロロプレン単独又はクロロプレンと他の単量体とを乳化重合して、分子中に硫黄を有する硫黄変性クロロプレン重合体を得る重合工程と、前記重合工程で得られる重合液から凍結-凝固法で硫黄変性クロロプレンゴムを単離する工程と、を有し、前記硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、かつ前記結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)が0.28~0.5である硫黄変性クロロプレンゴムを得る製造方法である。
 また、前記硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法は、前記硫黄変性クロロプレンゴムを単離する工程の前に、前記凍結-凝固法で前記硫黄変性クロロプレンゴムを単離する前に、前記硫黄変性クロロプレン重合体を含有する重合液のpHを5.5~7.5に調整するpH調整工程を行ってもよい。
 また、前記重合工程は、前記硫黄変性クロロプレン重合体の重合率が60~95%になるまで重合を行ってもよい。
 また、前記重合工程では、前記他の単量体を10質量%以下含有する原料単量体を乳化重合してもよい。
 本発明によれば、耐熱性を向上させた硫黄変性クロロプレンゴム、この硫黄変性クロロプレンゴムを用いた成形体及びこの硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法が提供される。
 以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
(第1の実施形態)
<硫黄変性クロロプレンゴム>
 まず、本発明の第1の実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムについて説明する。本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムは、硫黄(S)の存在下で、2-クロロ-1,3-ブタジエン(以下、クロロプレンという)単独または、クロロプレン及びこれと共重合可能な単量体1種以上を乳化重合させて得られた硫黄変性クロロプレン重合体を主成分とする。本実施形態の硫黄変性クロロプレン重合体は、硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)を0.28~0.5にしている。
 クロロプレンと共重合可能な単量体としては、例えば、2,3-ジクロロ-1,3-ブタジエン、1-クロロ-1,3-ブタジエン、スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イソプレン、ブタジエン、メタクリル酸及びこれらのエステル類等がある。
 これらクロロプレンと共重合可能な単量体を用いる場合は、その含有量を、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの特性を損なわない範囲、好ましくは原料単量体の10質量%以下の範囲に調整する。クロロプレンと共重合可能な単量体の含有量を10質量%以下にすることで、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの耐熱性及び加工特性を向上することができる。
 これら共重合可能な単量体のうち、例えば、2,3-ジクロロ-1,3-ブタジエンを用いると、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの結晶化速度を遅くすることができる。結晶化速度が遅い硫黄変性クロロプレンゴムは、低温環境下においてもゴム弾性を維持することができる。
[結合硫黄]
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムに含まれる硫黄変性クロロプレン重合体は、その結合硫黄の量をゴム全量あたり0.2~0.6質量%にしている。ここで、結合硫黄とは、硫黄変性クロロプレン重合体の主鎖やその末端部位に化学的に結合している硫黄原子をいう。硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量は、硫黄変性クロロプレンゴムを、ベンゼン:メタノール=3:5の混合溶液で精製して、硫黄変性クロロプレンゴム重合体の主鎖やその末端部位に結合しなかった硫黄(S)や、重合触媒、老化防止剤、重合禁止剤、可塑化剤等の硫黄含有化合物を除去した後、再度凍結乾燥して試料を得て、JIS K 6233-1に記載された酸素燃焼フラスコ法によって測定することができる。
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムに含まれる硫黄変性クロロプレン重合体は、結合硫黄の量が0.2質量%に満たないと、得られる硫黄変性クロロプレンゴムのスコーチタイムが極端に短くなって成形加工する途中で硬化してしまう。一方、結合硫黄の量が0.6質量%を超えると、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの金属への粘着性が強くなりすぎて加工できなくなる。結合硫黄の量を0.25~0.5質量%の範囲とすると、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの耐熱性を向上させる効果が大きいため、より好ましい。
 この結合硫黄の量を調節するには、重合時に添加する硫黄(S)や分子内に硫黄原子を含有する、重合触媒や老化防止剤、重合禁止剤、可塑化剤等の硫黄含有化合物の添加量を調節したり、硫黄変性クロロプレンゴムを常法の凍結-凝固法で単離する前に重合液のpH(仕上げpH)を調整したり、重合体の重合率を調節したりすればよい。
[結合硫黄量/硫黄総量]
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムでは、硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)を0.28~0.5の範囲に調節している。
 ここで、硫黄の総量とは、硫黄変性クロロプレンゴム全体に含まれているすべての硫黄分の合計含有量を表す。つまり、上述の結合硫黄と、硫黄変性クロロプレン重合体に結合しなかった硫黄(S)、硫黄変性クロロプレンゴムに含まれている重合触媒、老化防止剤、重合禁止剤、可塑化剤等の硫黄含有化合物に含まれる硫黄分の総合計量(質量%)である。
 硫黄変性クロロプレンゴムの硫黄の総量は、得られた硫黄変性クロロプレンゴムを精製せず、そのままJIS K 6233-1に記載された酸素燃焼フラスコ法によって測定することができる。
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムに含まれる硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄の含有量/硫黄総量)が0.28に満たないと、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの耐熱性を向上させる効果が得られなく、スコーチタイムが極端に短くなって加工途中で硬化してしまう。また0.5を超える硫黄変性クロロプレンゴムは、極端な高温高圧の条件下で製造しなければならず、製造が困難である。
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムに含まれる硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量との比を0.3~0.45の範囲とすると、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの耐熱性を向上させる効果が大きいため、より好ましい。
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムに含まれる硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量との比を調節するには、結合硫黄の含有量を調節する方法と同様に、硫黄変性クロロプレンゴムを常法の凍結-凝固法で単離する前に重合液のpH(仕上げpH)を調整したり、硫黄変性クロロプレン重合体の重合率を調節したりすればよい。
<硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法>
 次に、本発明の第1の実施形態に係る硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法について説明する。本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法は、硫黄の存在下で、クロロプレン単量体単独又はクロロプレン単量体と他の単量体とを乳化重合して分子中に硫黄を有する硫黄変性クロロプレン重合体を得る重合工程と、重合液から凍結-凝固法で硫黄変性クロロプレンゴムを単離する工程と、を有し、硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄の量/硫黄の総量)が0.28~0.5である硫黄変性クロロプレンゴムを得る製造方法である。
 まず、重合工程では、硫黄の存在下、クロロプレンと、必要に応じてその他の単量体1種以上とを乳化重合させて重合体を得る。
 この乳化重合に際して、添加する硫黄(S)の量は、重合させる単量体の合計100質量部に対して、0.1~0.9質量部であることが好ましく、より好ましくは0.3~0.7質量部である。これにより、機械的特性、動的特性及び加工性に優れた硫黄変性クロロプレンゴムが得られる。なお、硫黄(S)の量があまりに少ないと、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの機械的特性や動的特性が得られない場合がある。一方、硫黄(S)の量があまりに多いと、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの金属への粘着性が強くなりすぎて加工できなくなる場合がある。
 乳化重合に用いる乳化剤としては、ロジン酸類が好適である。乳化剤には、一般的に用いられるその他の乳化剤や後述する脂肪酸類を併用することもできる。その他の乳化剤としては、例えば、芳香族スルフォン酸ホルマリン縮合物の金属塩、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸カリウム、アルキルジフェニルエーテルスルフォン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルスルフォン酸カリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルフォン酸ナトリウム、ポリオキシプロピレンアルキルエーテルスルフォン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルフォン酸カリウム、ポリオキシプロピレンアルキルエーテルスルフォン酸カリウム等がある。なお、ここで、ロジン酸類とは、ロジン酸または不均化ロジン酸、あるいは不均化ロジン酸のアルカリ金属塩、もしくはこれらの化合物等を意味する。
 特に好適に用いられる乳化剤としては、不均化ロジン酸のアルカリ金属塩と、炭素数が6~22である飽和または不飽和の脂肪酸の混合物からなるアルカリ石鹸水溶液である。不均化ロジン酸の構成成分としては、例えば、セスキテルペン、8,5-イソピマル酸、ジヒドロピマル酸、セコデヒドロアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸、デイソプロピルデヒドロアビエチン酸、デメチルデヒドロアビエチン酸等が挙げられる。
 乳化重合開始時の水性乳化液のpHは、10.5~13.0であることが望ましく、これにより、安定して重合することができる。ここで、水性乳化液とは、乳化重合開始直前の、クロロプレン単量体およびクロロプレンと共重合可能な単量体、乳化剤、硫黄(S)等との混合液を指す。勿論、これらの単量体や硫黄(S)等の後添加、分割添加等によりその組成が変わる場合も包含される。なお、pH10.5未満では、乳化剤としてロジン酸類を用いた場合に、重合中の重合体の析出等で安定的に重合が制御できなくなる場合があり、pH13.0を超えると、得られる硫黄変性クロロプレンゴムのムーニー粘度を制御することが困難となる場合がある。水性乳化液のpHは、乳化重合時に存在している水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ成分量によって適宜調整することができる。
 乳化重合の重合温度は0~55℃、好ましくは30~55℃である。
 重合開始剤としては通常のラジカル重合で用いられる過硫酸カリウム、過酸化ベンゾイル、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等が用いられる。
 本実施形態の製造方法では、重合は重合率60~95%、好ましくは70~95%の範囲で行われ、ついで重合禁止剤を加えて停止させる。これにより、耐熱性及び加工性に優れたクロロプレンゴムが得られる。なお、重合率があまりに少ないと硫黄(S)との共重合量が極端に少なく、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの耐熱性が向上しない場合がある。また、重合率があまりに多いと分岐構造の発達やゲルの生成により、得られる硫黄変性クロロプレンゴムの加工性が悪くなる場合がある。
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムの重合体の重合禁止剤としては、例えばチオジフェニルアミン、4-tert-ブチルカテコール、2,2’-メチレンビス-4-メチル-6-tert-ブチルフェノール等が挙げられる。
 重合終了後の重合液は、常法の減圧蒸留等の方法で、未反応単量体を除去することができる。
 硫黄変性クロロプレンゴムは、目的に応じて、そのムーニー粘度を低下させて使用することができる。硫黄変性クロロプレンゴムのムーニー粘度を低下させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、炭素数1~7のアルキル基を有するテトラアルキルチウラムジスルフィド、炭素数1~7のアルキル基を有するジアルキルジチオカルバミン酸塩から選ばれる少なくとも一種の可塑化剤を添加して、硫黄変性クロロプレン重合体の分子鎖を切断する方法等を適用することができる。
 これらの化合物を添加するタイミングは、乳化重合後の水性乳化液に、未反応単量体除去の前に添加したり、未反応単量体除去後の水性乳化液に添加したりしてもよい。また、可塑化剤の添加量にもよるが、未反応単量体除去の前後で組み合わせて実施することも可能である。
 本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムには、貯蔵時のムーニー粘度変化を防止するため、少量の安定剤を重合体に含有させることもできる。そのような安定剤の例としては、フェニル-α-ナフチルアミン、オクチル化ジフェニルアミン、2,6-ジ-tert-ブチル-4-フェニルフェノール、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、4,4’-チオビス-(6-tert-ブチル-3-メチルフェノール)等がある。好ましくは、4,4’-チオビス-(6-tert-ブチル-3-メチルフェノールが良い。
 その後、硫黄変性クロロプレンゴムを常法の凍結-凝固法で単離する単離工程を行う。なお、本実施形態の製造方法では、単離工程の前に、重合液のpHを、酢酸等の酸で5.5~7.5に調整するpH調整工程を行ってもよい。pHを5.5~7.5に調整することで、結合硫黄の含有量を調節することができ、更に、凝集物の発生を抑制することができるため、ゴムの単離が容易になる。
 以上説明したように、本実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムは、結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、且つ結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量との比(結合硫黄量/硫黄総量)が0.28~0.5であるため、耐熱性が向上する。
(第2の実施形態)
 次に、本発明の第2の実施形態に係る成形体について説明する。本実施形態の成形体は、前述した第1の実施形態の硫黄変性クロロプレンゴムを成形したものであり、伝動ベルトやコンベヤベルト、防振ゴム、空気バネ、ホース、スポンジ等の成形体として好適に用いることができる。
 また、本実施形態の成形体を製造する際の成形方法としては、例えば押出成形、射出成形、圧縮成形及びカレンダー成形等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 本実施形態の成形体では、耐熱性を向上させた硫黄変性クロロプレンゴムを材料としているため、熱による刺激を受けても、ゴム自体が熱により劣化したり、製品寿命が短縮したりすることを抑制することができる。
 以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1
[硫黄変性クロロプレンゴムの作製]
 内容積30リットルの重合缶に、クロロプレン単量体100質量部、硫黄0.7質量部、純水105質量部、不均化ロジン酸カリウム(ハリマ化成社製)3.80質量部、水酸化ナトリウム0.55質量部、β-ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩(商品名デモールN:花王社製)0.5質量部を添加した。重合開始剤として過硫酸カリウム0.1質量部を添加し、重合温度40℃にて窒素気流下で重合を行った。重合率82%となった時点で重合停止剤であるジエチルヒドロキシアミンを加えて重合を停止させた。重合終了後の重合液を減圧蒸留して未反応の単量体を除去して、可塑化前の重合終了ラテックスを得た(以下、この重合終了ラテックスを「ラテックス」と略称する。)。
 続いて、このラテックスに、クロロプレン単量体3.0質量部、テトラエチルチウラムジスルフィド(商品名ノクセラーTET:大内新興化学工業社製)2.0質量部、β―ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩0.05質量部、ラウリル硫酸ナトリウム0.05質量部からなる可塑化剤乳化液を添加した後、撹拌しながら温度50℃で1時間保持して可塑化した。
 その後、ラテックスを冷却し、酢酸を添加してラテックスのpHを6.0に調整し、常法の凍結-凝固法で重合体を単離して硫黄変性クロロプレンゴムを得た。
<硫黄変性クロロプレンゴムの結合硫黄の量(質量%)の測定>
 結合硫黄の量は、得られた硫黄変性クロロプレンゴムをベンゼンとメタノールベンゼン:メタノール=3:5の混合溶液で精製して、再度凍結乾燥して試料を得て、JIS K 6233-1に定義された酸素燃焼フラスコ法によって測定した。得られた硫黄変性クロロプレンゴムの結合硫黄の量(質量%)は、0.53質量%であった。
<結合硫黄の量(質量%)と硫黄の総量(質量%)との比の測定>
 得られた硫黄変性クロロプレンゴムを精製せずに、そのままJIS K 6233-1に記載された酸素燃焼フラスコ法によって硫黄の総量(質量%)を測定した。
 得られた硫黄の総量と上述の結合硫黄の量から以下の式1により算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

  
 得られた硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量とゴム全体に含まれる硫黄総量との比は、0.36であった。
[耐熱性評価サンプルの作製]
 硫黄変性クロロプレンゴム100質量部に、ステアリン酸1質量部、オクチル化ジフェニルアミン2質量部、酸化マグネシウム4質量部、カーボンブラック(SRF)40質量部、酸化亜鉛5.0質量部を、8インチロールを用いて混合し、160℃で20分間プレス架橋して評価用のサンプルを作製した。
<破断伸び>
 作製した評価用のサンプルにつき、耐熱性の評価として、JIS K6257に準拠し、100℃×500時間の熱処理を行う前後の試験片の切断時伸び(%)を測定し、以下の式2を用いて破断伸び残率(%)を求めた。破断伸び残率(%)は、その値が大きいほど耐熱性が良いことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 得られたサンプルの破断伸び残率は55%であった。
<圧縮永久歪み>
 また、評価用のサンプルの圧縮永久歪みを測定した。低温における圧縮永久歪みは、JIS K 6262に準拠し、0℃、70時間の試験条件で測定した。
 得られたサンプルの低温における圧縮永久歪みは、95%であった。
実施例2~8、比較例1~4
 実施例1の重合条件のうち、表1~3に示したものを変更し、実施例1と同様にサンプルを作製して評価をした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 上記表1~3から明らかなように、実施例1~8の硫黄変性クロロプレンゴムは、比較例3及び4の硫黄変性クロロプレンゴムと比べて低温における圧縮永久歪みで劣ることなく、耐熱性の指標である破断伸び残率に優れていた。
 比較例1では、硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄が0.6質量%を超えており、硫黄変性クロロプレンゴムがロールに粘着してサンプルを作製できず、評価することができなかった。また、比較例2では、硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量が0.2質量%未満であり、混練り時にスコーチしてサンプルを作製できず、評価することができなかった。
 比較例3では、硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量との比(結合硫黄量/硫黄総量)が、0.28未満であり、すなわち重合体に結合しなかった硫黄が過剰であったため、破断伸び残率が劣っていた。一方、比較例4では、硫黄変性クロロプレン重合体の結合硫黄の量と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量との比(結合硫黄量/硫黄総量)が、0.5を超えており、重合体に結合しなかった硫黄が少なすぎたため、評価サンプル作製時の架橋が不十分であり、破断伸び残率が劣っていた。
 ここで、実施例7では、破断伸び残率が、比較例1~4と比べると優れているものの、他の実施例、特に実施例1~6に比べると低めの結果であった。これは、凍結-凝固法で単離する前の重合液のpHが7.5を超えており、凍結させた際の凝固が不十分であった影響で考えられる。
 また、実施例8では、破断伸び残率が、比較例1~4と比べると優れているものの、他の実施例、特に実施例1~6に比べると低めの結果であった。これは、凍結-凝固法で単離する前の重合液のpHが5.5を超えているため、凝集物が発生し、単離した硫黄変性クロロプレンゴムにその凝集物が混入した影響であると考えられる。
 実施例1~8で作製した硫黄変性クロロプレンゴムに、耐熱性評価サンプルの作製で用いた化合物を、8インチロールを用いて混合し、成形、加硫して伝動ベルトを得た。得られた伝動ベルトは、耐熱性評価サンプルと同様に耐熱性に優れていた。
 実施例1~8で作製した硫黄変性クロロプレンゴムに、耐熱性評価サンプルの作製で用いた化合物を、8インチロールを用いて混合し、成形、加硫してコンベアベルトを得た。得られたコンベヤベルトは、耐熱性評価サンプルと同様に耐熱性に優れていた。
 実施例1~8で作製した硫黄変性クロロプレンゴムに、耐熱性評価サンプルの作製で用いた化合物を、8インチロールを用いて混合し、成形、加硫して防振ゴムを得た。得られた防振ゴムは、耐熱性評価サンプルと同様に耐熱性に優れていた。
 実施例1~8で作製した硫黄変性クロロプレンゴムに、耐熱性評価サンプルの作製で用いた化合物を、8インチロールを用いて混合し、成形、加硫して自動車用空気バネを得た。得られた自動車用空気バネは、耐熱性評価サンプルと同様に耐熱性に優れていた。
 実施例1~8で作製した硫黄変性クロロプレンゴムに、耐熱性評価サンプルの作製で用いた化合物を、8インチロールを用いて混合し、成形、加硫してホースを得た。得られたホースは、耐熱性評価サンプルと同様に耐熱性に優れていた。
 実施例1~8で作製した硫黄変性クロロプレンゴムに、耐熱性評価サンプルの作製で用いた化合物を、8インチロールを用いて混合し、成形、加硫してスポンジを得た。得られたスポンジは、耐熱性評価サンプルと同様に耐熱性に優れていた。
 
 

Claims (9)

  1.  硫黄の存在下で、クロロプレン単独又はクロロプレンと他の単量体とを乳化重合して得られた分子中に硫黄を有する硫黄変性クロロプレン重合体を主成分とする硫黄変性クロロプレンゴムであって、
     前記硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、
     前記結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)が0.28~0.5である硫黄変性クロロプレンゴム。
  2.  前記硫黄変性クロロプレン重合体の重合率が60~95%であることを特徴とする請求項1に記載の硫黄変性クロロプレンゴム。
  3.  前記他の単量体を10質量%以下含有する原料単量体を乳化重合したものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の硫黄変性クロロプレンゴム。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載した硫黄変性クロロプレンゴムを用いた成形体。
  5.  伝動ベルト、コンベヤベルト、防振ゴム、自動車用空気バネ、ホース又はスポンジである請求項4に記載の成形体。
  6.  硫黄の存在下で、クロロプレン単独又はクロロプレンと他の単量体とを乳化重合して、分子中に硫黄を有する硫黄変性クロロプレン重合体を得る重合工程と、
     前記重合工程で得られる重合液から凍結-凝固法で硫黄変性クロロプレンゴムを単離する工程と、
    を有し、
     前記硫黄変性クロロプレン重合体に結合している結合硫黄の量がゴム全量あたり0.2~0.6質量%であり、かつ前記結合硫黄の量(質量%)と、ゴム全体に含まれる硫黄の総量(質量%)との比(結合硫黄量/硫黄総量)が0.28~0.5である硫黄変性クロロプレンゴムを得る硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法。
  7.  前記硫黄変性クロロプレンゴムを単離する工程の前に、前記硫黄変性クロロプレン重合体を含有する重合液のpHを5.5~7.5に調整するpH調整工程を行うことを特徴とする請求項6に記載の硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法。
  8.  前記重合工程は、前記硫黄変性クロロプレン重合体の重合率が60~95%になるまで重合を行うことを特徴とする請求項6又は7に記載の硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法。
  9.  前記重合工程では、前記他の単量体を10質量%以下含有する原料単量体を乳化重合することを特徴とする請求項6~8の何れか1項に記載の硫黄変性クロロプレンゴムの製造方法。
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