WO2019078167A1 - アクリルゴムの製造方法、アクリルゴム、アクリルゴム組成物、その加硫物及び加硫物の用途 - Google Patents

アクリルゴムの製造方法、アクリルゴム、アクリルゴム組成物、その加硫物及び加硫物の用途 Download PDF

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acrylic rubber
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acrylic
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辰哉 中野
俊明 宮内
孝史 河崎
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デンカ株式会社
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Definitions

  • the present invention provides a method for producing an acrylic rubber having excellent extrudability and excellent mechanical properties, heat resistance and bending fatigue when it is vulcanized, acrylic rubber, acrylic rubber composition, vulcanized product thereof and the like It relates to the use of a vulcanizate.
  • acrylic rubber and its vulcanized product are excellent in physical properties such as heat aging resistance, oil resistance, mechanical characteristics, compression set characteristics, etc., hose members and seal members in the engine room of automobiles where heat resistance is required It is often used as a material for
  • Patent Document 1 As a means for improving the heat resistance of acrylic rubber, a technology of causing a specific carbon black to be contained in an acrylic rubber composition (for example, see Patent Document 1), and a technology of containing a specific anti-aging agent in combination (See, for example, Patent Document 2).
  • the present invention provides a method for producing an acrylic rubber having excellent extrudability and excellent mechanical properties, heat resistance and bending fatigue when it is vulcanized, acrylic rubber, acrylic rubber composition, vulcanized product thereof and the like
  • the main purpose is to provide a use of a vulcanizate.
  • the present invention has the following gist.
  • a crosslinking site containing 100 parts by mass of acrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 1 to 3 carbon atoms, 20 to 160 parts by mass of acrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 4 to 8 carbon atoms, and a carboxyl group A method for producing an acrylic rubber, in which 80 to 100% by mass of the total mass of a monomer component containing 0.1 to 10 parts by mass of a monomer is added and emulsion polymerization is performed at a polymerization temperature of 20 to 60 ° C.
  • Mn number average molecular weight
  • the acrylic rubber according to (6) further comprising 10 to 50 parts by mass of a methacrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms as a monomer unit.
  • the acrylic rubber according to (6) or (7) further comprising 0 to 10 parts by mass of ethylene as a monomer unit.
  • An acrylic rubber composition comprising 100 parts by mass of the acrylic rubber according to any one of (6) to (8) and 30 to 80 parts by mass of carbon black.
  • Carbon black has an arithmetic average particle diameter of 25 to 40 nm, dibutyl phthalate (DBP) oil absorption of 150 to 240 ml / 100 g, nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) to iodine adsorption (IA) ratio (N 2 ) SA / IA)
  • DBP dibutyl phthalate
  • N 2 SA nitrogen adsorption specific surface area
  • IA iodine adsorption
  • (12) A vulcanized product of the acrylic rubber composition according to any one of (9) to (11).
  • the present invention provides a method, composition, vulcanized product and vulcanized acrylic rubber for obtaining acrylic rubber having excellent extrudability and mechanical properties and heat resistance when made into a vulcanized product, and excellent in flex fatigue resistance.
  • the application of the sulfide is provided.
  • the acrylic rubber of the present embodiment comprises an acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms, and a crosslinkable monomer containing a carboxyl group.
  • the monomer component to be contained is added by 80 to 100% by mass of the total mass of the monomer component, and emulsion polymerization is carried out at a polymerization temperature of 20 to 60.degree.
  • the crosslinking site monomer is a monomer having a functional group that forms a crosslinking site (also referred to as a crosslinking point).
  • the acrylic rubber may further be copolymerized with methacrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 1 to 4 carbon atoms and / or ethylene (that is, the monomer component has 1 to 4 carbon atoms). It may further contain methacrylic acid alkyl ester having an alkyl group and / or ethylene.
  • the acrylic acid alkyl ester is to be the skeleton of acrylic rubber, and the contents of acrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 1 to 3 carbon atoms and acrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 4 to 8 carbon atoms are adjusted By doing this, the cold resistance and oil resistance of the acrylic rubber and its vulcanized product can be adjusted.
  • the oil resistance of the vulcanizate can be improved by increasing the copolymerization ratio of ethyl acrylate, and acrylic acid can be used.
  • the cold resistance of the vulcanizate can be improved by increasing the copolymerization ratio of n-butyl.
  • alkyl acrylate having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms examples include methyl acrylate, ethyl acrylate and n-propyl acrylate.
  • the acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms is n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-pentyl acrylate, isoamyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2-methyl pentyl acrylate, acrylic There are n-octyl acid and 2-ethylhexyl acrylate.
  • acrylic acid alkyl esters ethyl acrylate is used as an acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and n-butyl acrylate is used as an acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms. It is preferred to use.
  • the content of these acrylic acid alkyl esters is 100 parts by mass of acrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 1 to 3 carbon atoms, and 20 to 160 mass parts of acrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 4 to 8 carbon atoms It is preferably in the range of 25 to 155 parts by mass, more preferably 30 to 150 parts by mass.
  • the content of the acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms is less than 20 parts by mass, the cold resistance and bending fatigue resistance of the resulting vulcanized acrylic rubber are not improved, and the content is 160 If it exceeds the mass part, the oil resistance and tensile strength of the resulting vulcanized acrylic rubber may not be improved.
  • the content of a monomer unit derived from an alkyl acrylate (hereinafter also referred to as an alkyl acrylate unit) is preferably in the above range.
  • the content of these monomer units in the acrylic rubber is quantified on the basis of the nuclear magnetic resonance spectrum obtained for the acrylic rubber or acrylic rubber composition.
  • the crosslinkable monomer enables intermolecular crosslinking of the resulting acrylic rubber by the carboxyl group derived from the crosslinkable monomer, and is used to adjust the hardness and elongation at break of the acrylic rubber.
  • crosslinkable monomer for example, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, 2-pentenoic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, monoalkyl ester of maleic acid, monoalkyl ester of fumaric acid, monocyclohexyl maleic acid, monofumaric acid
  • acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, 2-pentenoic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, monoalkyl ester of maleic acid, monoalkyl ester of fumaric acid, monocyclohexyl maleic acid, monofumaric acid examples include, but are not limited to, cyclohexyl and cinnamic acid.
  • the crosslinking site monomer may be used alone or in combination of two or more kinds.
  • the crosslinkable monomer is preferably a monoalkyl ester of maleic acid or monoalkyl ester of fumaric acid having 1 to 8 carbon atoms, and among these, monobutyl maleate is preferably used.
  • the content of the crosslinkable monomer is 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 10 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. More preferably, it is 1 to 5 parts by mass, particularly preferably 1 to 4 parts by mass.
  • the content of the crosslinking site monomer is less than 0.1 parts by mass, the effect of crosslinking the acrylic rubber is small, and the strength of the obtained vulcanized product may be insufficient.
  • the content of the crosslinking site monomer exceeds 10 parts by mass, the rubber elasticity of the vulcanized product may be lost due to the cured product of the vulcanized acrylic rubber being excessively cured.
  • the content of the monomer unit derived from the crosslinking site monomer (hereinafter, also referred to as the crosslinking site monomer unit) is preferably within the above range.
  • the quantification of the crosslinkable monomer unit can be carried out by dissolving the crude rubber of the copolymer in toluene and performing neutralization titration using potassium hydroxide.
  • the acrylic rubber 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, of the total mass of the above monomer components is previously charged in the polymerizer, and the remaining 80% by mass or more, preferably 90% by mass or more is dividedly added during polymerization It is obtained by emulsion polymerization at a polymerization temperature of 20 to 60.degree. C., preferably 30 to 55.degree. C. while (addition).
  • the total amount (100% by mass) of the monomer components may be added.
  • the amount of the monomer to be added is less than 80% by mass, heat removal from the heat of polymerization can not be sufficiently carried out, and it becomes difficult to stably carry out the polymerization.
  • the composition of the acrylic rubber obtained in the early stage and the late stage of polymerization is different, and the heat resistance, the bending fatigue resistance, and the extrudability are inferior.
  • the addition amount of the monomer component per hour is preferably 5 to 25% by mass, and more preferably 10 to 20% by mass of the total mass of the monomer component.
  • the addition amount of the monomer component is 5% by mass or more, the acrylic rubber is easily made to have a high molecular weight, and the mechanical strength is easily improved. It can carry out more efficiently than heat removal of polymerization heat as the amount of addition is 25 mass% or less, and it becomes easy to carry out polymerization more stably.
  • acrylic rubber can also be copolymerized with methacrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 1 to 4 carbon atoms. That is, the monomer component may further contain a methacrylic acid alkyl ester having an alkyl group of 1 to 4 carbon atoms.
  • the methacrylic acid alkyl ester is copolymerized with the main chain of the acrylic rubber, thereby suppressing curing deterioration when the acrylic rubber composition is heat-aged and maintaining mechanical properties such as elongation at break and ⁇ -It has the effect of improving the elongation at break, flexural fatigue, and extrudability of acrylic rubber by the methyl position.
  • alkyl ester of methacrylic acid having 1 to 4 carbon atoms examples include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate and isobutyl methacrylate.
  • the methacrylic acid alkyl ester may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use methyl methacrylate because the residual ratio of tensile strength after heat aging of the vulcanized product and the residual ratio of elongation at break can be maintained.
  • the content of the methacrylic acid alkyl ester is preferably 10 to 50 parts by mass, more preferably 15 to 45 parts by mass, with 100 parts by mass of the acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Heat resistance and bending fatigue resistance can be improved by setting it in this range. When the content of the methacrylic acid alkyl ester exceeds 50 parts by mass, the cold resistance of the vulcanized product of the acrylic rubber may be lowered.
  • the acrylic rubber preferably has a content of monomer units derived from methacrylic acid alkyl ester (hereinafter, also referred to as methacrylic acid alkyl ester units) within the above range.
  • the acrylic rubber may be copolymerized with ethylene. That is, the monomer component may further contain ethylene.
  • the content of ethylene is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Is 0.5 to 3 parts by mass.
  • the content of a monomer unit derived from ethylene is preferably within the above range.
  • the content of ethylene units in the acrylic rubber is quantified on the basis of the nuclear magnetic resonance spectrum obtained for the acrylic rubber or acrylic rubber composition.
  • the acrylic rubber may be copolymerized with an acrylic acid alkyl ester, a (meth) acrylic acid alkyl ester, or another monomer copolymerizable with the crosslinkable monomer, as long as the object of the present invention is not impaired.
  • copolymerizable monomers include, but are not limited to, for example, (meth) acrylic acid alkoxy esters such as methoxyethyl acrylate, alkyl vinyl ketones such as vinyl acetate and methyl vinyl ketone, and vinyl ethyl Ether, vinyl and allyl ethers such as allyl methyl ether, styrene, vinyl aromatic compounds such as ⁇ -methylstyrene, chlorostyrene, vinyl toluene and vinyl naphthalene, vinyl nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile, acrylamide, propylene, butadiene, Isoprene, pentadiene, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, ethylene, vinyl propionate, maleic acid diester such as dimethyl maleate, fumaric acid such as dimethyl fumarate Alkyl esters, itaconic acid dialkyl esters such as
  • acrylic rubber can be obtained by adding 80 to 100% by mass of the total mass of the monomer components to the reaction system of emulsion polymerization.
  • Water, an emulsifier, a pH adjuster, a polymerization initiator, a polymerization terminator, a chain transfer agent and the like may be added to the reaction system of the emulsion polymerization.
  • These components may be added to the reaction system before the addition of the monomer components, or may be added to the reaction system along with the addition of the monomer components.
  • the reaction system of the emulsion polymerization is maintained at 20 to 60 ° C. while the monomer components are added.
  • the amount of water added to the reaction system of the emulsion polymerization is, for example, preferably 80 parts by mass or more, more preferably 100 parts by mass or more, and still more preferably 120 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the total amount of monomer components.
  • the amount of water added to the reaction system of the emulsion polymerization is, for example, preferably 500 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less, and still more preferably 300 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of monomer components.
  • an emulsifier added to the reaction system of emulsion polymerization for example, completely saponified polyvinyl alcohol, partially saponified polyvinyl alcohol, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenol ether, polyoxyethylene alkyl ester, polyoxyethylene sorbitan alkyl ester, etc.
  • Nonionic emulsifiers salts of fatty acids such as myristic acid, palmitic acid, oleic acid, linolenic acid, alkyl benzene sulfonates such as sodium dodecyl benzene sulfonate, anionic alcohols such as higher alcohol sulfates, alkyl sulfosuccinates Cationic emulsifiers such as alkyltrimethyl ammonium chloride, dialkyl ammonium chloride, benzyl ammonium chloride, etc .; Examples thereof include sulfoesters of rubonic acid, sulfate esters of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids, and copolymerizable emulsifiers such as sulfoalkyl aryl ethers.
  • partially saponified polyvinyl alcohol is preferable.
  • emulsifiers may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the emulsifier in the reaction system of the emulsion polymerization is, for example, 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer components.
  • a pH adjuster added to the reaction system of emulsion polymerization for example, ammonia, monomethylamine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, diethylamine, triethylamine, monoisopropylamine, diisopropylamine, triisopropylamine, monobutylamine, dibutylamine Alkylamines such as tributylamine, diethanolamine, diisopropanolamine, alkanolamines such as triethanolamine, dimethylethanolamine and diethylethanolamine ethylenediamine, propylenediamine, alkylenepolyamines such as diethylenetriamine and triethylenetetramine, ammonia, ethyleneimine, Pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine, and sodium acetate , Sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium phosphate, alkali metal salts such as sodium citrate and the like.
  • pH adjusters may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the pH adjuster in the reaction system of the emulsion polymerization is preferably 5 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer components.
  • the polymerization initiator to be added to the reaction system of the emulsion polymerization includes, for example, azo compounds such as azobisisobutyronitrile, organic peroxides such as tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide and benzoyl peroxide, Inorganic peroxides, such as sodium sulfate and ammonium persulfate, etc. are mentioned. Among these, tert-butyl hydroperoxide is preferred. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the polymerization initiator in the reaction system of the emulsion polymerization is, for example, 0.01 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer components.
  • the polymerization initiator which is a peroxide can be used as a redox type polymerization initiator in combination with a reducing agent.
  • the reducing agent is not particularly limited, but is a compound containing a metal ion in a reduced state such as ferrous sulfate or cuprous naphthenate, a sulfonic acid compound such as sodium methanesulfonate, or an amine compound such as dimethylaniline Etc. Among these, ferrous sulfate is preferred.
  • ferrous sulfate is preferred.
  • These reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the reducing agent in the reaction system of the emulsion polymerization is preferably 0.01 to 2 parts by mass or less with respect to 1 part by mass of the peroxide initiator.
  • Examples of the polymerization terminator added to the reaction system of the emulsion polymerization include hydroxylamine, hydroxyamine sulfate, diethylhydroxyamine, hydroxyamine sulfonic acid and its alkali metal salt, sodium dimethyldithiocarbamate, hydroquinone, 1,4- Benzoquinone etc. are mentioned. Among these, hydroquinone is preferred.
  • These polymerization terminators can be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the polymerization terminator in the reaction system of the emulsion polymerization is, for example, preferably 0.1 parts by mass or more and 2 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer components.
  • chain transfer agents added to the reaction system of emulsion polymerization include mercaptans such as n-butyl mercaptan and t-dodecyl mercaptan, sulfides such as tetraethylthiuram sulfide and dipentamethylenethiuram hexasulfide, and ⁇ -methylstyrene. Examples include dimers and carbon tetrachloride. Among these, t-dodecyl mercaptan is preferred. These chain transfer agents can be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the chain transfer agent in the reaction system of the emulsion polymerization is preferably 1 part by mass or less, more preferably 0.001 to 0.3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer components.
  • the acrylic rubber obtained by the method for producing an acrylic rubber according to this embodiment has (1) a temperature of 150 ° C., a die swell at a shear rate of 6080 s ⁇ 1 in the range of 1.3 to 2.0, and (2) number average molecular weight (Mn) Is 100,000 to 400,000, the molecular weight distribution (Mw / Mn) is 2 to 4, and (3) the toluene insoluble content is 15% or less.
  • Dicewell (%) (W / (l S S 0 )-1) ⁇ 100 (W and l are the mass (g) and length (cm) of the sample, ⁇ is the specific gravity of the acrylic rubber, and S 0 is the area of the die (cm 2 ).)
  • the die swell value of acrylic rubber is in the range of 1.3 to 2.0, and more preferably in the range of 1.5 to 1.9. In order to adjust the value of the die swell, it is sufficient to adjust the monomer addition ratio, the insoluble matter in toluene, and the molecular weight distribution at the time of producing the acrylic rubber.
  • the number average molecular weight (Mn) of the acrylic rubber is a value which can be determined by gel permeation chromatography (GPC), and may be adjusted in the range of 100,000 to 400,000, more preferably in the range of 150,000 to 350,000.
  • GPC gel permeation chromatography
  • the amount of the chain transfer agent at the time of producing the acrylic rubber may be adjusted. If the Mn of the acrylic rubber is less than 100,000, the tensile strength may decrease, while if it is greater than 400,000, handling may be difficult.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn) of acrylic rubber is a ratio of weight average molecular weight and number average molecular weight which can be determined by gel permeation chromatography (GPC), and is in the range of 2 to 4, more preferably 2.5 to Adjust to the range of 3.5.
  • GPC gel permeation chromatography
  • the polymerization temperature at the time of producing the acrylic rubber may be adjusted.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn) is less than 2
  • the extrudability and flexural fatigue may decrease.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn) is greater than 4
  • the tensile strength may decrease.
  • the molecular weight and molecular weight distribution by GPC measurement can be determined in terms of polystyrene using a polystyrene gel column with tetrahydrofuran as a mobile phase.
  • the toluene insoluble content of the acrylic rubber may be adjusted to a range of 15% or less, more preferably to a range of 10% or less.
  • the final polymerization rate and the polymerization temperature at the time of producing the acrylic rubber may be adjusted.
  • the adjustment of the toluene insolubles can be carried out by adjusting the polymerization temperature, the type of emulsifier and coagulant.
  • the toluene insoluble content can be calculated as follows.
  • Acrylic rubber can improve the mechanical physical properties and heat resistance of the resulting vulcanizate by containing carbon black.
  • carbon black include, but are not limited to, acetylene black, ketjen black, thermal black, channel black, furnace black, lamp black, graphitized carbon black and the like. In the present embodiment, among these carbon blacks, it is particularly preferable to use acetylene black in order to achieve the effects of the present invention.
  • the content of the carbon black in the acrylic rubber composition is 30 to 80 parts by mass, more preferably 40 to 75 parts by mass, and still more preferably 45 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acrylic rubber. If the content of carbon black is less than 30 parts by mass, the effect of improving the strength of the vulcanized product may not appear. If the content is more than 90 parts by mass, the tensile strength of the vulcanized product may decrease.
  • the arithmetic mean particle size of the carbon black is preferably in the range of 25 to 45 nm, more preferably 30 to 40 nm.
  • the said arithmetic mean particle diameter is an average value of the largest diameter of arbitrary 30 particle
  • the DBP oil absorption of the carbon black is, for example, 150 to 240 ml / 100 g, preferably 155 to 225 ml / 100 g. If the DBP oil absorption is less than 150 ml / 100 g, the dispersibility of carbon black may be poor and heat resistance may be reduced. On the other hand, when it is larger than 220 ml / 100 g, the particle hardness of the carbon black is reduced, the powder tends to be fine powder, and the handling may be difficult.
  • the ratio (N 2 SA / IA) of nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) to iodine adsorption amount (IA) of the carbon black is 0.6 to 0.9, and 0.7 to 0.8 Particularly preferred.
  • N 2 SA / IA indicating the surface activity of carbon black is less than 0.6, the reinforcing property may be inferior and the mechanical strength may be reduced.
  • it exceeds 0.9 processability, bending fatigue property, and extrudability may be inferior.
  • the average stacking height Lc in the C-axis direction of the layer plane in the crystallite of the carbon black is, for example, 2 nm or more, and particularly preferably 2.5 nm or more. If Lc is less than 2 nm, the rubber composition may have little reinforcement and mechanical strength may be reduced.
  • the acrylic rubber composition may further contain a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator.
  • the vulcanizing agent is not particularly limited as long as it is generally used for vulcanization of a carboxyl group-containing acrylic rubber composition, and a polyhydric amine compound and a carbonate salt of a polyhydric amine compound are preferable, and has 4 to 30 carbon atoms. Polyvalent amine compounds and their carbonates are more preferred. These vulcanizing agents may be used alone or in combination of two or more. Not only a single substance but also two or more kinds may be used in combination.
  • polyvalent amine compound and carbonate of polyvalent amine compound Although it does not specifically limit as a polyvalent amine compound and carbonate of polyvalent amine compound, An aliphatic polyvalent amine compound, its carbonate, an aromatic polyvalent amine compound, etc. are mentioned. Among these, aliphatic polyhydric amine compounds and carbonates thereof are particularly preferable.
  • aliphatic polyhydric amine compounds and carbonates thereof include, but are not particularly limited to, hexamethylene diamine, hexamethylene diamine carbamate, and N, N'-dicinnamylidene-1,6-hexane diamine. Among these, hexamethylene diamine carbamate is preferable.
  • the aromatic polyvalent amine compound is not particularly limited.
  • 2,2'-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane is preferable.
  • the content of the vulcanizing agent is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 parts by mass, and more preferably 0.3 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acrylic rubber. By setting this range, necessary and sufficient vulcanization treatment is performed.
  • vulcanization accelerator is added to adjust the vulcanization rate.
  • the vulcanization accelerator is not particularly limited, but aliphatic monovalent secondary amine compounds, aliphatic monovalent tertiary amine compounds, guanidine compounds, imidazole compounds, quaternary onium salts, tertiary phosphine compounds, Alkali metal salts of weak acids, diazabicycloalkene compounds and the like are preferably used, and among these, diazabicycloalkene compounds are preferred.
  • the addition amount of the vulcanization accelerator may be added within a range that does not reduce the properties of the vulcanizate obtained from the acrylic rubber composition in the present embodiment.
  • the aliphatic monovalent secondary amine compound is a compound in which two of the hydrogen atoms of ammonia are substituted with aliphatic hydrocarbon groups.
  • the aliphatic hydrocarbon group to be substituted with a hydrogen atom is not particularly limited, but preferably has 1 to 30 carbon atoms, and more preferably 8 to 20 carbon atoms.
  • aliphatic monovalent secondary amine compounds include dimethylamine, diethylamine, di-n-propylamine, diallylamine, diisopropylamine, di-n-butylamine, di-t-butylamine, di-sec-butylamine and dipentyl Amine, dihexylamine, diheptylamine, dioctylamine, dinonylamine, didecylamine, diundecylamine, didodecylamine, ditridecylamine, ditetradecylamine, dipentadecylamine, dipentadecylamine, dicetylamine, di-2-ethylhexylamine, dioctadecylamine Di-cis-9-octadecenylamine, dinonadecylamine and the like.
  • the aliphatic monovalent tertiary amine compound is a compound in which all three hydrogen atoms of ammonia are substituted with an aliphatic hydrocarbon group.
  • the aliphatic hydrocarbon group to be substituted with a hydrogen atom is not particularly limited, but preferably has 1 to 30 carbon atoms, and more preferably 1 to 22 carbon atoms.
  • aliphatic monovalent tertiary amine compounds include trimethylamine, triethylamine, tri-n-propylamine, triallylamine, triisopropylamine, tri-n-butylamine, tri-t-butylamine, tri-sec-butylamine, Tripentylamine, Trihexylamine, Triheptylamine, Trioctylamine, Torinylamine, Tridecylamine, Triundecylamine, Tridodecylamine, Tridecylamine, Tritetradecylamine, Tripentadecylamine, Tricetylamine , Tri-2-ethylhexylamine, trioctadecylamine, tri-cis-9-octadecenylamine, torinadecylamine, N, N-dimethyldecylamine, N, N-dimethyldodecylamine, N, N-dimethyltetra
  • guanidine compounds include 1,3-di-o-tolyl guanidine, 1,3-diphenyl guanidine and the like.
  • imidazole compound examples include 2-methylimidazole, 2-phenylimidazole and the like.
  • quaternary onium salt examples include tetra n-butyl ammonium bromide, octadecyl tri n-butyl ammonium bromide and the like.
  • tertiary phosphine compounds include triphenyl phosphine, tri-p-tolyl phosphine and the like.
  • alkali metal salts of weak acids include inorganic weak acid salts such as sodium and potassium phosphates and carbonates, and organic weak acid salts such as sodium and potassium stearates and lauric acid salts.
  • diazabicycloalkene compound examples include 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU), 1,5-diazabicyclo [4.3.0] no-5-nene DBN) and the like.
  • the above-mentioned vulcanizing agent, vulcanization accelerator and the like are kneaded with the acrylic rubber composition of the present embodiment at a temperature not higher than the vulcanization temperature.
  • the acrylic rubber composition of the present embodiment can be molded into various desired shapes and then vulcanized into a vulcanized product, or can be molded into various shapes after being vulcanized.
  • the vulcanization temperature can be appropriately set depending on the content of each component in the acrylic rubber composition and the type of vulcanizing agent, and is usually 100 to 200 ° C., preferably 130 to 180 ° C.
  • the time required for vulcanization is 1 to 10 hours, preferably 2 to 6 hours.
  • an apparatus for kneading, molding and vulcanizing an acrylic rubber composition As an apparatus for kneading, molding and vulcanizing an acrylic rubber composition, and an apparatus for kneading and molding a vulcanized product of an acrylic rubber composition, those generally used in the rubber industry can be used.
  • a vulcanization method steam vulcanization or press vulcanization is preferable.
  • the acrylic rubber composition is subjected to secondary vulcanization by hot air vulcanization as needed.
  • the vulcanization temperature can be appropriately set depending on the content of each component in the acrylic rubber composition and the type of vulcanizing agent, and is usually 100 to 200 ° C., preferably 130 to 180 ° C.
  • the time required for vulcanization is 1 to 10 hours, preferably 2 to 6 hours.
  • a filler When the acrylic rubber composition is put to practical use, a filler, a reinforcing agent, a plasticizer, a lubricant, an antiaging agent, a stabilizer, a silane coupling agent and the like may be added according to the purpose.
  • fillers and reinforcing agents used in ordinary rubber applications can be added in addition to carbon black, and examples thereof include fillers such as silica, talc and calcium carbonate, and reinforcing agents. .
  • the total content of these additives is preferably in the range of 20 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acrylic rubber composition.
  • plasticizers used in general rubber applications can be added, and examples thereof include ester plasticizers, polyoxyethylene ether plasticizers, trimellitate plasticizers, and the like.
  • the content of the plasticizer is preferably in the range of up to about 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acrylic rubber composition.
  • the vulcanized product of the present embodiment has a tensile strength of 2.0 to 7.0 MPa and an elongation at break of 100 to 210% after heating at 190 ° C. for 500 hours.
  • carbon black with high Lc may be used, and to adjust the elongation at cutting after heating to this range, carbon black with a small amount of N 2 SA / IA is used. It may be used.
  • the vulcanized product of the present embodiment is one in which no crack or crack is observed in the appearance after bending operation of 1.5 million times in a bending crack initiation test measured according to JIS-K6260: 2010. In order to prevent the occurrence of cracks or cracks in the appearance, it is sufficient to adjust the amount of insoluble matter in toluene, the amount of crosslinking, and the polymerization temperature.
  • the vulcanized product of the acrylic rubber composition of the present embodiment is particularly suitably used as a rubber hose, and a sealing component such as a gasket and a packing.
  • sticker components may consist only of the acrylic rubber composition of this embodiment, its vulcanized material, or may be combined with other components.
  • Examples of rubber hoses include transmission oil cooler hoses for automobiles, construction machines and hydraulic equipment, engine oil cooler hoses, air duct hoses, turbo intercooler hoses, hot air hoses, radiator hoses, power steering hoses, fuel system hoses, drain systems There is a hose etc.
  • a reinforcement yarn or wire is provided in the middle of the hose or on the outermost layer of the rubber hose, or laminated with a rubber such as fluorine rubber or silicone rubber. It may be
  • seal parts for example, engine head cover gasket, oil pan gasket, oil seal, lip seal packing, O-ring, transmission seal gasket, crankshaft, camshaft seal gasket, valve stem, power steering seal belt cover seal, equal speed
  • boot materials for joints and rack and pinion boots There are boot materials for joints and rack and pinion boots.
  • the reagents used for the test are as follows.
  • -Acetylene black granular material Denka black carbon granules-Acetylene black
  • FX-35 Denka black carbon-FX-35
  • Acetylene black HS-100 Denka black HS-100 manufactured by Denka ⁇
  • FEF carbon black SEAT SO made by Tokai Carbon Co., Ltd.
  • An acrylic rubber was produced under the conditions shown below.
  • the copolymer composition of this acrylic rubber A is as follows: 2.0% by mass of ethylene monomer unit, 1.6% by mass of monobutyl maleate monomer unit, 53.0% by mass of ethyl acrylate monomer unit, acrylic acid n- It was 33.7 mass% of butyl monomer units and 9.7 mass% of methyl methacrylate monomer units.
  • ⁇ Acrylic rubber B> A method similar to that of acrylic rubber A, but changing tert-dodecyl mercaptan to 12.4 g, obtained acrylic rubber B with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber C> The polymerization was carried out at normal pressure without using ethylene in the same manner as in the case of acrylic rubber A, and acrylic rubber C was obtained with a final polymerization rate of 95%.
  • the copolymer composition of this acrylic rubber C is 1.6% by mass of monobutyl maleate monomer unit, 53.9% by mass of ethyl acrylate monomer unit, 34.5% by mass of n-butyl acrylate monomer unit, methacrylic
  • ⁇ Acrylic rubber D> The method was the same as that of acrylic rubber A, but the polymerization temperature was changed to 30 ° C. to obtain acrylic rubber D with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber E> It is a method similar to acrylic rubber A, but changing to 3.9 kg of ethyl acrylate, 5.6 kg of n-butyl acrylate, 1.7 kg of methyl methacrylate, 300 g of monobutyl maleate, and 1.1 g of tert-dodecyl mercaptan The acrylic rubber E was obtained with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber G> The method is the same as that of the acrylic rubber A, but the polymerization is started in the state where all the monomer mixed solution is charged into the reaction vessel in advance, and the acrylic rubber G is obtained with the final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber H> The method is the same as that of the acrylic rubber F, but the polymerization is started in a state where all the monomer mixture liquid is charged into the reaction vessel in advance, and the acrylic rubber H is obtained with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber I> It is a method similar to acrylic rubber A, but changing it to 10.7 kg of ethyl acrylate, 500 g of n-butyl acrylate, 300 g of monobutyl maleate, and 1.4 g of tert-dodecyl mercaptan, and acrylic rubber with a final polymerization rate of 95%. I got.
  • ⁇ Acrylic rubber K> In the same manner as for the acrylic rubber A, the polymerization was initiated without using monobutyl maleate to obtain an acrylic rubber K with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber L> The method was the same as that of acrylic rubber A, but the amount of monobutyl maleate was changed to 3.0 kg to obtain acrylic rubber L at a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber M> The method is the same as that of acrylic rubber A, but 30% by mass of the monomer mixture liquid is charged in advance in the reaction vessel to start polymerization, and acrylic rubber M is obtained with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber N> The method was the same as that of acrylic rubber A, but polymerization was started at a polymerization temperature of 10 ° C., and acrylic rubber N was obtained with a final polymerization rate of 95%.
  • ⁇ Acrylic rubber O> The method was the same as that of acrylic rubber A, but polymerization was started at a polymerization temperature of 80 ° C., and acrylic rubber O was obtained with a final polymerization rate of 95%.
  • Dicewell (%) (W / (l S S 0 )-1) ⁇ 100 (W and l are the mass (g) and length (cm) of the sample, ⁇ is the specific gravity of the acrylic rubber, and S 0 is the area of the die (cm 2 ).)
  • the acrylic rubber obtained by the above method was kneaded for 15 minutes in a 0.5 L pressure type kneader with the composition of Table 3 and then for 20 minutes using a 6 inch open roll.
  • the obtained acrylic rubber composition is divided into a sheet having a thickness of 2.4 mm, and after primary vulcanization for 40 minutes at 170 ° C. with a press vulcanizer, secondary addition is performed in a gear oven for 4 hours at 170 ° C. It was vulcanized to make a vulcanizate.
  • Acrylic rubber is kneaded using a 0.5 L pressure type kneader and a 6 inch open roll according to the composition of Table 1 and divided into a sheet of 2.4 mm in thickness, and then 170 ° C. and 40 minutes with a press vulcanizer. The product was press-cured and then subjected to secondary curing in a gear oven at 170 ° C. for 4 hours.
  • the evaluation of bending fatigue was evaluated according to the following. A: 2 million times or more B: 1.5 million times or more and less than 2 million times C: less than 1.5 million times
  • the acrylic rubber of the present invention is excellent in extrudability (die swell), and the vulcanized product of the acrylic rubber composition obtained by vulcanizing this has mechanical properties and heat resistance, bending fatigue resistance It was excellent.

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Abstract

炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル100質量部と、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル20~160質量部と、カルボキシル基を含有する架橋席モノマー0.1~10質量部とを含有するモノマー成分の全質量のうち80~100質量%を分添させて、重合温度20~60℃で乳化重合を行うアクリルゴムの製造方法。モノマー成分には、さらに炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステル及びエチレンを含有させてもよい。

Description

アクリルゴムの製造方法、アクリルゴム、アクリルゴム組成物、その加硫物及び加硫物の用途
 本発明は、優れた押出性を有し、加硫物とした際の機械物性及び耐熱性、屈曲疲労性に優れたアクリルゴムの製造方法、アクリルゴム、アクリルゴム組成物、その加硫物及び加硫物の用途に関する。
 近年、高性能・高機能化の要求の高まりを背景に、ゴム部品に対しても高度の耐熱性が要求されている。
 アクリルゴムやその加硫物は、耐熱老化性や耐油性、機械的特性、圧縮永久歪み特性等の物性に優れているため、耐熱性が要求される自動車のエンジンルーム内のホース部材やシール部材等の材料として多く使用されている。
 しかしながら、近年の排ガス対策やエンジンの高出力化等の影響を受け、アクリルゴムに対してもより一層の耐熱性の向上が求められている。
 アクリルゴムに対して耐熱性を向上させるための手段としては、アクリルゴム組成物に特定のカーボンブラックを含有させる技術(例えば、特許文献1参照)や、特定の老化防止剤を組み合わせて含有させる技術(例えば、特許文献2参照)が知られている。
国際公開第2008/143300号 特開2011-032390号公報
 本発明は、優れた押出性を有し、加硫物とした際の機械物性及び耐熱性、屈曲疲労性に優れたアクリルゴムの製造方法、アクリルゴム、アクリルゴム組成物、その加硫物及び加硫物の用途を提供することを主目的とする。
 すなわち、本発明は、以下の要旨を有する。
(1)炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル100質量部と、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル20~160質量部と、カルボキシル基を含有する架橋席モノマー0.1~10質量部とを含有するモノマー成分の全質量のうち80~100質量%を分添させて、重合温度20~60℃で乳化重合を行うアクリルゴムの製造方法。
(2)前記モノマー成分が、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステル10~50質量部を更に含有する、(1)に記載のアクリルゴムの製造方法。
(3)前記モノマー成分が、エチレン0~10質量部を更に含有する、(1)又は(2)に記載のアクリルゴムの製造方法。
(4)一時間当たりの前記モノマー成分の分添量が、前記モノマー成分の全質量の5~25質量%である、(1)~(3)のいずれかに記載のアクリルゴムの製造方法。
(5)(1)~(4)のいずれかに記載の製造方法で得られる、150℃で剪断速度6080s-1におけるダイスウェルが1.3~2.0以下、数平均分子量(Mn)が10万~40万かつ分子量分布(Mw/Mn)が2~4、トルエン不溶分が15%以下のアクリルゴム。
(6)モノマー単位として、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル100質量部と、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル20~160質量部と、カルボキシル基を含有する架橋席モノマー0.1~10質量部を含有し、150℃、剪断速度6080s-1におけるダイスウェルが1.3~2.0、数平均分子量(Mn)が10万~40万かつ分子量分布(Mw/Mn)が2~4、トルエン不溶分が15%以下のアクリルゴム。
(7)さらに、モノマー単位として、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルを10~50質量部含有する、(6)記載のアクリルゴム。
(8)さらに、モノマー単位として、エチレンを0~10質量部含有する、(6)又は(7)に記載のアクリルゴム。
(9)(6)~(8)のいずれかに記載のアクリルゴム100質量部と、カーボンブラック30~80質量部を含むアクリルゴム組成物。
(10)カーボンブラックが、算術平均粒子径25~40nm、ジブチルフタレート(DBP)吸油量150~240ml/100g、窒素吸着比表面積(NSA)とよう素吸着量(IA)の比(NSA/IA)0.6~0.9、かつ結晶子内の層平面のC軸方向の平均積み重なり高さ(Lc)が2nm以上である(9)に記載のアクリルゴム組成物。
(11)カーボンブラックが、アセチレンブラックである、(9)又は(10)に記載のアクリルゴム組成物。
(12)(9)~(11)のいずれかに記載のアクリルゴム組成物の加硫物。
(13)190℃で500時間加熱した後の引張強さが2.0~7.0MPa、切断時伸びが100~210%である(12)に記載の加硫物。
(14)JIS-K6260:2010に準拠して測定した屈曲き裂発生試験において、150万回折り曲げ操作をした後に外観にひび割れ及び亀裂が認められない(12)又は(13)に記載の加硫物。
(15)100~200℃で1~10時間スチーム加硫又はプレス加硫を行う一次加硫工程と、一次加硫工程で得られた加硫物を100~200℃で1~10時間熱空気加硫を行う二次加硫工程を有する、(12)~(14)のいずれかに記載の加硫物の製造方法。
(16)(12)~(14)のいずれかに記載の加硫物を用いたゴムホース。
(17)(12)~(14)のいずれかに記載の加硫物を用いたシール部品。
 本発明により、優れた押出性を有し、加硫物とした際の機械物性及び耐熱性、屈曲疲労性に優れたアクリルゴムを得るアクリルゴムの製造方法、組成物、その加硫物及び加硫物の用途が提供される。
 以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下に示す各実施形態に限定されるものではない。
 本実施形態のアクリルゴムは、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルと、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルと、カルボキシル基を含有する架橋席モノマーとを含有するモノマー成分を、当該モノマー成分の全質量のうち80~100質量%を分添させて、重合温度20~60℃で乳化重合させたものである。架橋席モノマーとは、架橋席(架橋点ともいう)を形成する官能基を有するモノマーのことである。また、当該アクリルゴムは、さらに炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステル及び/又はエチレンを共重合させたものであってもよい(すなわち、モノマー成分は、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステル及び/又はエチレンをさらに含有していてよい。)。
 アクリル酸アルキルエステルは、アクリルゴムの骨格となるものであり、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル及び炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルの含有量を調整することで、アクリルゴムやその加硫物の耐寒性及び耐油性を調整することができる。例えば、アクリル酸エチルとアクリル酸n-ブチルとを使用してアクリルゴムを製造する場合、アクリル酸エチルの共重合比率を多くすることで加硫物の耐油性を向上させることができ、アクリル酸n-ブチルの共重合比率を多くすることで加硫物の耐寒性を向上させることができる。
 炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルは、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピルがある。炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルは、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n-ペンチル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n-ヘキシル、アクリル酸2-メチルペンチル、アクリル酸n-オクチル、アクリル酸2-エチルヘキシルがある。これらのアクリル酸アルキルエステルの中でも、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルとしてアクリル酸エチルを、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルとしてアクリル酸n-ブチルを用いることが好ましい。
 これらのアクリル酸アルキルエステルの含有量は、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルを100質量部として、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルは20~160質量部であり、好ましくは25~155質量部、より好ましくは30~150質量部の範囲である。炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルの含有量が20質量部未満の場合は、得られるアクリルゴムの加硫物の耐寒性、屈曲疲労性が向上せず、含有量が160質量部を超えてしまうと、得られるアクリルゴムの加硫物の耐油性、引張強さが向上しない場合がある。アクリルゴムは、アクリル酸アルキルエステル由来のモノマー単位(以下、アクリル酸アルキルエステル単位ともいう。)の含有量が、上記範囲内であることが好ましい。アクリルゴムにおけるこれらのモノマー単位の含有量は、アクリルゴム又はアクリルゴム組成物について得られた核磁気共鳴スペクトルに基づき定量される。
 架橋席モノマーは、当該架橋席モノマー由来のカルボキシル基により、得られるアクリルゴムの分子間架橋を可能とするものであり、アクリルゴムの硬度や切断時伸びを調整するために用いるものである。
 架橋席モノマーとしては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2-ペンテン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、マレイン酸モノシクロヘキシル、フマル酸モノシクロヘキシル、桂皮酸等が挙げられるがこれらに限定されない。架橋席モノマーは、単体だけでなく2種類以上のものを併用してもよい。
 架橋席モノマーは、炭素数が1~8のマレイン酸モノアルキルエステル又はフマル酸モノアルキルエステルがよく、これらの中でもマレイン酸モノブチルを用いることが好ましい。
 架橋席モノマーの含有量は、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルを100質量部として、0.1~10質量部であり、より好ましくは0.5~10質量部であり、さらに好ましくは1~5質量部、特に好ましくは1~4質量部である。架橋席モノマーの含有量が0.1質量部より少ない場合、アクリルゴムを架橋させる効果が少なく、得られた加硫物の強度が不足する場合がある。架橋席モノマーの含有量が10質量部を超える場合、アクリルゴムの加硫物が硬化し過ぎることにより、当該加硫物のゴム弾性が失われる場合がある。アクリルゴムは、架橋席モノマー由来のモノマー単位(以下、架橋席モノマー単位ともいう。)の含有量が、上記範囲内であることが好ましい。架橋席モノマー単位の定量は、共重合体の生ゴムをトルエンに溶解し、水酸化カリウムを用いた中和滴定により行うことができる。
 アクリルゴムは、上記モノマー成分の全質量のうちの20質量%以下、好ましくは10質量%以下を重合缶に予め仕込み、残りの80質量%以上、好ましくは90質量%以上を重合中に分割添加(分添)しながら、重合温度20~60℃、好ましくは30~55℃で乳化重合することによって得られる。なお、本実施形態では、モノマー成分の全量(100質量%)を分添してもよい。分添するモノマーが80質量%より少ない場合、重合熱の除熱が十分に行うことができずに重合を安定的に行うことが困難となる。また、重合初期と後期で得られるアクリルゴムの組成が異なり、耐熱性、屈曲疲労性、押出性に劣るものになる。
 一時間当たりのモノマー成分の分添量は、モノマー成分の全質量のうちの5~25質量%が好ましく、10~20質量%がより好ましい。モノマー成分の分添量が5質量%以上であると、アクリルゴムが高分子量化しやすく、機械強度がより向上しやすくなる。分添量が25質量%以下であると、重合熱の除熱より効率よく行うことができ、重合をより安定的に行いやすくなる。
 アクリルゴムは熱や空気などの影響により、その主鎖が酸化劣化によって架橋反応を引き起こして、切断時伸びなどの機械的特性が急激に低下してしまうことが知られている。これを一般的に熱老化という。
 当該熱老化を抑制するために、アクリルゴムには、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルを共重合させることもできる。すなわち、上記モノマー成分は、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルをさらに含有していてもよい。メタクリル酸アルキルエステルは、アクリルゴムの主鎖に共重合させておくことにより、アクリルゴム組成物が熱老化した際に硬化劣化を抑制し、切断時伸びなどの機械的特性を維持させるとともに、α-メチル位によってアクリルゴムの切断時伸び、及び屈曲疲労性、押出性を向上させる効果を有するものである。
 炭素数1~4のメタクリル酸アルキルエステルは、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチルがある。メタクリル酸アルキルエステルは、単体だけでなく2種類以上のものを併用してもよい。これらの中でも、メタクリル酸メチルを用いると、加硫物の熱老化後の引張強さの残留率、及び切断時伸びの残留率を維持できるため好ましい。
 メタクリル酸アルキルエステルの含有量は、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルを100質量部として、10~50質量部が好ましく、より好ましくは15~45質量部の範囲である。この範囲にすることで耐熱性、及び屈曲疲労性を向上させることができる。メタクリル酸アルキルエステルの含有量が50質量部を超えると、アクリルゴムの加硫物の耐寒性が低下する場合がある。アクリルゴムは、メタクリル酸アルキルエステル由来のモノマー単位(以下、メタクリル酸アルキルエステル単位ともいう。)の含有量が、上記範囲内であることが好ましい。
 得られる加硫物の機械的特性を向上させるために、アクリルゴムには、エチレンを共重合させてもよい。すなわち、上記モノマー成分は、エチレンをさらに含有していてもよい。エチレンの含有量は、好ましくは炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステルを100質量部として、10質量部以下であり、より好ましくは0.1~5質量部であり、さらに好ましくは0.5~3質量部である。エチレンをこの数値範囲で共重合させることによって、加硫物の切断時伸び、及び屈曲疲労性を向上させたアクリルゴム組成物が得られる。アクリルゴムは、エチレン由来のモノマー単位(以下、エチレン単位ともいう。)の含有量が、上記範囲内であることが好ましい。アクリルゴム中のエチレン単位の含有量は、アクリルゴム又はアクリルゴム組成物について得られた核磁気共鳴スペクトルに基づき定量される。
 アクリルゴムには、本発明の目的を損なわない範囲で、アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸アルキルエステル又は架橋席モノマーと共重合可能な他のモノマーを共重合させることもできる。共重合可能な他のモノマーとしては、特に限定するものではないが、例えば、アクリル酸メトキシエチルのような(メタ)アクリル酸アルコキシエステル、酢酸ビニル、メチルビニルケトンのようなアルキルビニルケトン、ビニルエチルエーテル、アリルメチルエーテル等のビニル及びアリルエーテル、スチレン、α-メチルスチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン等のビニル芳香族化合物、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル、アクリルアミド、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、エチレン、プロピオン酸ビニル、マレイン酸ジメチルのようなマレイン酸ジエステル、フマル酸ジメチルのようなフマル酸ジアルキルエステル、イタコン酸ジメチルのようなイタコン酸ジアルキルエステル、シトラコン酸ジメチルのようなシトラコン酸ジアルキルエステル、メサコン酸ジメチルのようなメサコン酸ジアルキルエステル、2-ペンテン二酸ジメチルのような2-ペンテン二酸ジアルキルエステル、アセチレンジカルボン酸ジメチルのようなアセチレンジカルボン酸ジアルキルエステル等のエチレン性不飽和化合物が挙げられる。
 本実施形態では、乳化重合の反応系に、モノマー成分の全質量のうち80~100質量%を分添させることによって、アクリルゴムを得ることができる。乳化重合の反応系には、水、乳化剤、pH調整剤、重合開始剤、重合停止剤、連鎖移動剤等が添加されていてよい。これらの成分は、モノマー成分の分添前に反応系に添加されていてよく、モノマー成分の分添とともに反応系に分添されてもよい。乳化重合の反応系は、モノマー成分を分添させる間、20~60℃に保持される。
 乳化重合の反応系における水の添加量は、例えば、モノマー成分の全量100質量部に対して80質量部以上が好ましく、100質量部以上がより好ましく、120質量部以上がさらに好ましい。また、乳化重合の反応系における水の添加量は、例えば、モノマー成分の全量100質量部に対して500質量部以下が好ましく、400質量部以下がより好ましく、300質量部以下がさらに好ましい。
 乳化重合の反応系に添加される乳化剤としては、例えば、完全けん化ポリビニルアルコール、部分けん化ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステルなどの非イオン性乳化剤;ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノレン酸などの脂肪酸の塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルスルホコハク酸塩などのアニオン性乳化剤;アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアルキルアンモニウムクロライド、ベンジルアンモニウムクロライドなどのカチオン性乳化剤;α,β-不飽和カルボン酸のスルホエステル、α,β-不飽和カルボン酸のサルフェートエステル、スルホアルキルアリールエーテルなどの共重合性乳化剤等が挙げられる。これらの中でも、部分けん化ポリビニルアルコールが好ましい。これらの乳化剤は1種単独でも、2種類以上を組合せて用いることもできる。乳化重合の反応系における乳化剤の添加量は、モノマー成分の全量100質量部に対して、例えば0.1質量部以上10質量部以下である。
 乳化重合の反応系に添加されるpH調整剤としては、例えば、アンモニア、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノイソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、モノブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミンなどのアルキルアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミンなどのアルカノールアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどのアルキレンポリアミン、アンモニア、エチレンイミン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、および、酢酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムなどアルカリ金属塩等が挙げられる。これらの中でも、酢酸ナトリウムが好ましい。これらのpH調整剤は1種単独でも、2種類以上を組合せて用いることもできる。乳化重合の反応系におけるpH調整剤の添加量は、モノマー成分の全量100質量部に対して、好ましくは5質量部以下、より好ましくは0.1~2質量部である。
 乳化重合の反応系に添加される重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、tert-ブチルヒドロペルオキシド、クメンハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイドなどの有機過酸化物、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどの無機過酸化物等が挙げられる。これらの中でも、tert-ブチルヒドロペルオキシドが好ましい。これらの重合開始剤は、1種単独でも、2種類以上を組み合わせて使用することもできる。乳化重合の反応系における重合開始剤の添加量は、モノマー成分の全量100質量部に対して、例えば0.01~2質量部である。
 また、過酸化物である重合開始剤(過酸化物開始剤)は、還元剤との組み合わせで、レドックス系重合開始剤として使用することができる。この還元剤としては、特に限定されないが、硫酸第一鉄、ナフテン酸第一銅などの還元状態にある金属イオンを含有する化合物、メタンスルホン酸ナトリウムなどのスルホン酸化合物、ジメチルアニリンなどのアミン化合物等が挙げられる。これらの中でも、硫酸第一鉄が好ましい。これらの還元剤は1種単独でも、2種類以上を組合せて用いることもできる。乳化重合の反応系における還元剤の添加量は、過酸化物開始剤1質量部に対して、好ましくは0.01~2質量部以下である。
 乳化重合の反応系に添加される重合停止剤としては、例えば、ヒドロキシルアミン、ヒドロキシアミン硫酸塩、ジエチルヒドロキシアミン、ヒドロキシアミンスルホン酸及びそのアルカリ金属塩、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ヒドロキノン、1,4-ベンゾキノン等が挙げられる。これらの中でも、ヒドロキノンが好ましい。これらの重合停止剤は、1種単独でも、2種類以上を組み合わせて使用することもできる。乳化重合の反応系における重合停止剤の添加量は、例えば、モノマー成分の全量100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上2質量部以下である
 乳化重合の反応系に添加される連鎖移動剤としては、例えば、n-ブチルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン類、テトラエチルチウラムスルフィド、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィドなどのスルフィド類、α-メチルスチレン2量体、四塩化炭素等が挙げられる。これらの中でも、t-ドデシルメルカプタンが好ましい。これらの連鎖移動剤は、1種単独でも、2種類以上を組み合わせて使用することもできる。乳化重合の反応系における連鎖移動剤の添加量は、モノマー成分の全量100質量部に対して好ましくは1質量部以下、より好ましくは0.001~0.3質量部である。
 本実施形態のアクリルゴムの製造方法によって得られるアクリルゴムは、(1)150℃、剪断速度6080s-1におけるダイスウェルが1.3~2.0の範囲、(2)数平均分子量(Mn)が10万~40万、かつ分子量分布(Mw/Mn)が2~4、(3)トルエン不溶分が15%以下を満たすものである。
 ダイスウェルは、アクリルゴムの押出性を表す値であり、キャピログラフ1D型(東洋精機社製)を使用し、バレル温度150℃、バレル径9.55mm、キャピラリー長さ:L=40mm、キャピラリー径:D1=1mm(L/D=40)、ピストン降下速度500mm/分(剪断速度6080s-1)、室温環境下(25±2℃)にてアクリルゴムをストランド状に押出し、下記式により求めた。
ダイスウェル(%)=(W/(lρS)-1)×100
(ただし、W、lはサンプルの質量(g)と長さ(cm)、ρはアクリルゴムの比重、Sはダイの面積(cm)である。)
 アクリルゴムのダイスウェルの値は、1.3~2.0の範囲であり、より好ましくは1.5~1.9の範囲である。ダイスウェルの値を調整するには、アクリルゴムを製造する際のモノマー分添割合やトルエン不溶分、分子量分布を調整すればよい。
 アクリルゴムの数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で求めることができる値であり、10万~40万の範囲、より好ましくは15万~35万の範囲に調整するとよい。アクリルゴムの数平均分子量(Mn)の値を調整するには、アクリルゴムを製造する際の連鎖移動剤の量を調整すればよい。アクリルゴムのMnが10万より少ない場合、引張強さが低下する場合があり、一方40万より大きい場合、取扱いが困難となる場合がある。
 アクリルゴムの分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で求めることができる重量平均分子量と数平均分子量との比であり、2~4の範囲、より好ましくは2.5~3.5の範囲に調整するとよい。アクリルゴムの分子量分布(Mw/Mn)を調整するには、アクリルゴムを製造する際の重合温度を調整すればよい。分子量分布(Mw/Mn)が2より小さい場合、押出性、屈曲疲労性が低下する場合があり、4より大きい場合、引張強さが低下する場合がある。GPC測定による分子量、分子量分布は、テトラヒドロフランを移動相として、ポリスチレンゲルカラムを用い、ポリスチレン換算で求めることができる。
 アクリルゴムのトルエン不溶分は、15%以下の範囲、より好ましくは10%以下の範囲に調整するとよい。アクリルゴムのトルエン不溶分を調整するには、アクリルゴムを製造する際の最終重合率や重合温度を調整すればよい。トルエン不溶分が15%より大きい場合、引張強さ、屈曲疲労性、押出性、及び耐熱性が低下する場合がある。トルエン不溶分の調整は重合温度、乳化剤や凝固剤の種類の調整にて行うことができる。
 トルエン不溶分は以下の様に算出できる。
 試料1g(a)を精秤しトルエン100mlに温度25℃で48時間かけて溶解させた後、溶解液を事前に質量(b)を測定した容量250mlの遠心管に移し、最大遠心半径13.8cmのアングルローターを用いて、温度10℃以下、8500rpmで60分間遠心分離し、非沈殿物をデカンテーションにより取り除き、温度70℃の真空乾燥器で24時間乾燥させ、乾燥後の遠心管の質量(d)を測定し、下式により算出する。
 トルエン不溶分(%)=(d-b)/a×100
 アクリルゴムは、カーボンブラックを含有させることにより、得られる加硫物の機械的物性及び耐熱性を向上させることができる。カーボンブラックとしては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、黒鉛化カーボンブラック等が挙げられるがこれらに限定されない。本実施形態において、本発明の効果をより奏するために、これらのカーボンブラックのうちアセチレンブラックを用いるのが特に好ましい。
 前記カーボンブラックのアクリルゴム組成物中の含有量は、アクリルゴム100質量部に対して30~80質量部、より好ましくは40~75質量部、さらにより好ましくは45~70質量部である。カーボンブラックの含有量が30質量部未満であると、加硫物の強度向上効果が現れない場合がある。含有量が90質量部超である場合、加硫物の引張強さが低下する場合がある。
 前記カーボンブラックの算術平均粒子径は、25~45nmの範囲が好ましく、より好ましくは30~40nmである。当該算術平均粒子径は、任意の30個の粒子の最大径の平均値である。当該最大径は、電子顕微鏡により確認される。算術平均粒子径が25nm未満の場合、得られるアクリルゴム組成物の流動性が失われ、押出性に劣る場合がある。また、算術平均粒子径が45nmを超える場合、アクリルゴムの補強性が少なく、機械強度が低下する場合がある。
 前記カーボンブラックのDBP吸油量は、例えば150~240ml/100gであり、好ましくは155~225ml/100gである。DBP吸油量が150ml/100g未満である場合、カーボンブラックの分散性に劣り、耐熱性が低下する場合がある。また、220ml/100gより大きい場合、カーボンブラックの粒硬度が小さくなり、微粉末となりやすく、取り扱いが困難となる場合がある。
 前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)とよう素吸着量(IA)の比(NSA/IA)は、0.6~0.9であり、0.7~0.8が特に好ましい。カーボンブラックの表面活性を示すNSA/IAが0.6未満の場合、補強性に劣り、機械強度が低下する場合がある。また、0.9を超える場合、加工性、屈曲疲労性、押出性に劣る場合がある。
 前記カーボンブラックの結晶子内の層平面のC軸方向の平均積み重なり高さLcは例えば2nm以上であり、2.5nm以上のものが特に好ましい。Lcが2nm未満の場合、ゴム組成物の補強性が少なく、機械強度が低下する場合がある。
 アクリルゴム組成物は、さらに、加硫剤や加硫促進剤を含有させてもよい。
 加硫剤は、カルボキシル基含有アクリルゴム組成物の加硫に通常用いられるものであれば特に限定されず、多価アミン化合物、及び多価アミン化合物の炭酸塩が好ましく、炭素数4~30の多価アミン化合物、及びその炭酸塩がより好ましい。なお、これらの加硫剤は、単体だけでなく2種類以上のものを併用してもよい。単体だけでなく2種類以上のものを併用してもよい。
 多価アミン化合物、及び多価アミン化合物の炭酸塩としては、特に限定されないが、脂肪族多価アミン化合物、及びその炭酸塩、ならびに芳香族多価アミン化合物などが挙げられる。これらの中でも、脂肪族多価アミン化合物、及びその炭酸塩が特に好ましい。
 脂肪族多価アミン化合物、及びその炭酸塩としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンカーバメート、及びN,N’-ジシンナミリデン-1,6-ヘキサンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、ヘキサメチレンジアミンカーバメートが好ましい。
 芳香族多価アミン化合物としては、特に限定されないが、例えば、4,4’-メチレンジアニリン、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-(m-フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、4,4’-(p-フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、2,2’-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、m-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン、及び1,3,5-ベンゼントリアミンなどが挙げられる。これらの中でも、2,2’-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕プロパンが好ましい。
 加硫剤の含有量は、特に限定するものではないが、アクリルゴム100質量部に対して、0.1~10質量部が好ましく、0.3~5質量部がより好ましい。この範囲にすることで必要十分な加硫処理が行われる。
 また、加硫剤に対して、さらに加硫促進剤を含有していることが好ましい。加硫促進剤は、加硫速度を調整するために添加する。加硫促進剤としては特に限定するものではないが、脂肪族1価2級アミン化合物、脂肪族1価3級アミン化合物、グアニジン化合物、イミダゾール化合物、第四級オニウム塩、第三級ホスフィン化合物、弱酸のアルカリ金属塩、及びジアザビシクロアルケン化合物などが好ましく用いられ、これらのなかでも、ジアザビシクロアルケン化合物が好ましい。
 加硫促進剤の添加量は、本実施形態におけるアクリルゴム組成物から得られる加硫物の特性を減退しない範囲で添加すればよい。
 脂肪族1価2級アミン化合物は、アンモニアの水素原子の2つを脂肪族炭化水素基で置換した化合物である。水素原子と置換する脂肪族炭化水素基は、特に限定されないが、好ましくは炭素数1~30のものであり、より好ましくは炭素数8~20のものである。脂肪族1価2級アミン化合物の具体例としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、ジアリルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ-n-ブチルアミン、ジ-t-ブチルアミン、ジ-sec-ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジウンデシルアミン、ジドデシルアミン、ジトリデシルアミン、ジテトラデシルアミン、ジペンタデシルアミン、ジセチルアミン、ジ-2-エチルヘキシルアミン、ジオクタデシルアミン、ジ-シス-9-オクタデセニルアミン、及びジノナデシルアミンなどが挙げられる。
 脂肪族1価3級アミン化合物は、アンモニアの3つの水素原子全てを脂肪族炭化水素基で置換した化合物である。水素原子と置換する脂肪族炭化水素基は、特に限定されないが、好ましくは炭素数1~30のものであり、より好ましくは炭素数1~22のものである。脂肪族1価3級アミン化合物の具体例としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリアリルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ-n-ブチルアミン、トリ-t-ブチルアミン、トリ-sec-ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリウンデシルアミン、トリドデシルアミン、トリデシルアミン、トリテトラデシルアミン、トリペンタデシルアミン、トリセチルアミン、トリ-2-エチルヘキシルアミン、トリオクタデシルアミン、トリ-シス-9-オクタデセニルアミン、トリノナデシルアミン、N,N-ジメチルデシルアミン、N,N-ジメチルドデシルアミン、N,N-ジメチルテトラデシルアミン、N,N-ジメチルセチルアミン、N,N-ジメチルオクタデシルアミン、N,N-ジメチルベヘニルアミン、N-メチルジデシルアミン、N-メチルジドデシルアミン、N-メチルジテトラデシルアミン、N-メチルジセチルアミン、N-メチルジオクタデシルアミン、N-メチルジベヘニルアミン、及びジメチルシクロヘキシルアミンなどが挙げられる。
 グアニジン化合物の具体例としては、1,3-ジ-o-トリルグアニジン、1,3-ジフェニルグアニジンなどが挙げられる。
 イミダゾール化合物の具体例としては、2-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾールなどが挙げられる。
 第四級オニウム塩の具体例としては、テトラn-ブチルアンモニウムブロマイド、オクタデシルトリn-ブチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。
 第三級ホスフィン化合物の具体例としては、トリフェニルホスフィン、トリ-p-トリルホスフィンなどが挙げられる。
 弱酸のアルカリ金属塩の具体例としては、ナトリウム、カリウムのリン酸塩、炭酸塩などの無機弱酸塩、及びナトリウム、カリウムのステアリン酸塩、ラウリン酸塩などの有機弱酸塩が挙げられる。
 ジアザビシクロアルケン化合物の具体例としては、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノ-5-ネン(DBN)などが挙げられる。
 上記加硫剤及び加硫促進剤等は、本実施形態のアクリルゴム組成物と加硫温度以下の温度で混練する。本実施形態のアクリルゴム組成物は、所望する各種の形状に成形された後に加硫して加硫物としたり、加硫させた後に各種の形状に成形することもできる。加硫温度はアクリルゴム組成物中の各成分の含有量や加硫剤の種類によって適宜設定でき、通常は100~200℃、好ましくは130~180℃である。また、加硫に要する時間は1~10時間、好ましくは2~6時間である。
 アクリルゴム組成物を混練、成型、加硫する装置、及びアクリルゴム組成物の加硫物を混練、成型する装置は、通常ゴム工業で用いるものを使用することができる。加硫方法としてはスチーム加硫、又はプレス加硫が好ましい。
 また、アクリルゴム組成物は必要に応じて熱空気加硫による二次加硫が行われる。加硫温度はアクリルゴム組成物中の各成分の含有量や加硫剤の種類によって適宜設定でき、通常は100~200℃、好ましくは130~180℃である。また、加硫に要する時間は1~10時間、好ましくは2~6時間である。二次加硫を行うことによって十分な機械特性とゴム弾性を得られる場合がある。
 アクリルゴム組成物は、実用に供するに際してその目的に応じ、充填剤、補強剤、可塑剤、滑剤、老化防止剤、安定剤、シランカップリング剤等を添加してもよい。
 充填剤、補強剤としては、カーボンブラック以外に通常のゴム用途に使用されている充填剤や補強剤を添加することができ、例えば、シリカ、タルク、炭酸カルシウム等の充填剤、補強剤がある。これら添加剤の含有量は、合計で、アクリルゴム組成物100質量部に対して20~100質量部の範囲が好ましい。
 可塑剤としては、通常のゴム用途に使用されている可塑剤を添加することができ、例えば、エステル系可塑剤、ポリオキシエチレンエーテル系可塑剤、トリメリテート系可塑剤等がある。可塑剤の含有量は、アクリルゴム組成物100質量部に対して、50質量部程度までの範囲が好ましい。
 本実施形態の加硫物は、190℃で500時間加熱した後の引張強さが2.0~7.0MPa、切断時伸びが100~210%のものである。加熱後の引張強さをこの範囲に調整するには、Lcの高いカーボンブラックを用いればよく、加熱後の切断時伸びをこの範囲に調整するには、NSA/IAの少ないカーボンブラックを用いればよい。
 本実施形態の加硫物は、JIS-K6260:2010に準拠して測定した屈曲き裂発生試験において、150万回折り曲げ操作をした後に外観にひび割れや亀裂が認められないものである。外観にひび割れや亀裂を生じないようにするためには、トルエン不溶分、架橋席量、重合温度を調整すればよい。
 本実施形態のアクリルゴム組成物の加硫物は、特に、ゴムホースや、ガスケット、パッキング等のシール部品として好適に用いられる。当該ゴムホース及びシール部品は、本実施形態のアクリルゴム組成物のみ又はその加硫物のみからなってもよく、又は他の部品との組み合わせられていてもよい。
 ゴムホースとしては、例えば、自動車、建設機械、油圧機器等のトランスミッションオイルクーラーホース、エンジンオイルクーラーホース、エアダクトホース、ターボインタークーラーホース、ホットエアーホース、ラジエターホース、パワーステアリングホース、燃料系統用ホース、ドレイン系統用ホース等がある。
 ゴムホースの構成としては、一般的に行われているように補強糸あるいはワイヤーをホースの中間あるいは、ゴムホースの最外層に設けたものや、フッ素ゴムやシリコーンゴム等のゴムとの積層構造となっているものでもよい。
 シール部品としては、例えば、エンジンヘッドカバーガスケット、オイルパンガスケット、オイルシール、リップシールパッキン、O-リング、トランスミッションシールガスケット、クランクシャフト、カムシャフトシールガスケット、バルブステム、パワーステアリングシールベルトカバーシール、等速ジョイント用ブーツ材及びラックアンドピニオンブーツ材等がある。
 以下に実施例をもって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
 試験に用いた試薬は以下の通りである。
・アセチレンブラック粒状品:デンカ社製デンカブラック粒状品
・アセチレンブラックFX-35:デンカ社製デンカブラックFX-35
・アセチレンブラックHS-100:デンカ社製デンカブラックHS-100
・FEFカーボンブラック:東海カーボン社製シーストSO
・ステアリン酸:花王社製ルナックS-90
・老化防止剤:ユニロイヤル社製ナウガード445(4,4’-ビス(α,α-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン)
・流動パラフィン:カネダ社製ハイコールK-230
・ステアリルアミン:花王社製ファーミン80
・Diak#1:デュポン社製 加硫剤 6-アミノヘキシルカルバミド酸
・XLA-60:ランクセス社製 加硫促進剤
 アセチレンブラック3種及びFEFカーボンブラックの物性は以下に従って測定し、測定結果を表1に示した。
(1)算術平均粒子径
 カーボンブラック粉体を透過型電子顕微鏡にて5万倍で撮影し、粒子径を30個測定した平均値。
(2)DBP吸油量
 JIS K 6217-4:2008に準拠して測定した。
(3)窒素吸着比表面積(NSA)
 JIS K 6217-2:2008に準拠して測定した。
(4)よう素吸着量(IA)
 JIS K 6217-1:2008に準拠して測定した。
(5)結晶子内の層平面のC軸方向の平均積み重なり高さ(Lc)
 Cu-Kα線を用いたX線回折法における(002)回折線により、次式に従って計算した。
Lc=(180・K・λ)/(π・β・cosΘ)
(ただし、K=形状因子(0.9を用いた)、λ=X線の波長(0.154nm)、Θ=(002)回折線吸収バンドにおける極大値を示す角度、β=(002)回折線吸収バンドにおける半価幅を角度で示したものである。)
(6)かさ密度
 JIS K 6219-2:2006に準拠して測定した。
(7)加熱減量
 JIS K 6218-1:2005に準拠して測定した。
(8)灰分
 JIS K 6218-2:2005に準拠して測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 下記に示す条件でアクリルゴムを作製した。
<アクリルゴムA>
 内容積40リットルの耐圧反応容器に部分ケン化ポリビニルアルコール4質量%の水溶液17kg、酢酸ナトリウム22gを投入し、攪拌機でよく混合しながら槽内上部の空気を窒素で置換後、エチレン0.95kgを槽上部に圧入し、圧力を3.5MPaに調整した。攪拌を続行し、槽内を55℃に保持した後、アクリル酸エチル6.2kg、アクリル酸n-ブチル3.9kg、メタクリル酸メチル1.1kg、マレイン酸モノブチル300g、tert-ドデシルメルカプタン1.8gのモノマー混合液を6時間かけて圧入した。同時に、別途注入口よりt-ブチルヒドロペルオキシド水溶液(0.25質量%、2リットル)を6時間かけて圧入し、最終重合率95%まで重合を行った。生成した重合液に硼酸ナトリウム水溶液(3.5質量%、7リットル)を凝固剤として添加して重合体を固化し、脱水及び乾燥を行ってアクリルゴムAとした。
 このアクリルゴムAの共重合体組成は、エチレンモノマー単位2.0質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位53.0質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位33.7質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.7質量%であった。マレイン酸モノブチルモノマー単位の定量は、共重合体の生ゴムをトルエンに溶解し、水酸化カリウムを用いた中和滴定により測定した。その他の共重合体組成は、核磁気共鳴スペクトルを採取し、各成分を定量した。また、数平均分子量Mn=35万、分子量分布Mw/Mn=3.7であった。
<アクリルゴムB>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、tert-ドデシルメルカプタンを12.4gに変更して、最終重合率95%でアクリルゴムBを得た。
 このアクリルゴムBの共重合体組成は、エチレンモノマー単位2.0質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位52.8質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位33.8質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.8質量%であった。また、数平均分子量Mn=12万、分子量分布Mw/Mn=3.9であった。
<アクリルゴムC>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、エチレンを使用せずに常圧で重合を行い、最終重合率95%でアクリルゴムCを得た。
 このアクリルゴムCの共重合体組成は、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位53.9質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位34.5質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位10質量%であった。また、数平均分子量Mn=33万、分子量分布Mw/Mn=3.8であった。
<アクリルゴムD>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、重合温度を30℃に変更して、最終重合率95%でアクリルゴムDを得た。
 このアクリルゴムDの共重合体組成は、エチレンモノマー単位3.6質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.7質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位52.2質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位33.1質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.4質量%であった。また、数平均分子量Mn=34万、分子量分布Mw/Mn=3.7であった。
<アクリルゴムE>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、アクリル酸エチル3.9kg、アクリル酸n-ブチル5.6kg、メタクリル酸メチル1.7kg、マレイン酸モノブチル300g、tert-ドデシルメルカプタン1.1gに変更して、最終重合率95%でアクリルゴムEを得た。
 このアクリルゴムEの共重合体組成は、エチレンモノマー単位2.1質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位33.1質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位48.7質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位14.5質量%であった。また、数平均分子量Mn=33万、分子量分布Mw/Mn=3.6であった。
<アクリルゴムF>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、アクリル酸エチル7.8kg、アクリル酸n-ブチル3.4kg、マレイン酸モノブチル300g、tert-ドデシルメルカプタン1.4gに変更して、最終重合率95%でアクリルゴムFを得た。
 このアクリルゴムFの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.9質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.7質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位67.5質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位28.9質量%であった。また、数平均分子量Mn=21万、分子量分布Mw/Mn=3.7であった。
<アクリルゴムG>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、モノマー混合液をあらかじめ反応容器にすべて投入した状態で重合を開始させ、最終重合率を95%でアクリルゴムGを得た。
 このアクリルゴムGの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.7質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.5質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位52.9質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位34.1質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.8質量%であった。また、数平均分子量Mn=36万、分子量分布Mw/Mn=4.2であった。
<アクリルゴムH>
 アクリルゴムFと同様な方法であるが、モノマー混合液をあらかじめ反応容器にすべて投入した状態で重合を開始させ、最終重合率95%でアクリルゴムHを得た。
 このアクリルゴムHの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.7質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位67.6質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位29.1質量%であった。また、数平均分子量Mn=20万、分子量分布Mw/Mn=4.3であった。
<アクリルゴムI>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、アクリル酸エチル10.7kg、アクリル酸n-ブチル500g、マレイン酸モノブチル300g、tert-ドデシルメルカプタン1.4gに変更して、最終重合率95%でアクリルゴムIを得た。
 このアクリルゴムIの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.6質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位91.7質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位5.1質量%であった。また、数平均分子量Mn=21万、分子量分布Mw/Mn=3.8であった。
<アクリルゴムJ>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、アクリル酸エチル4.4kg、アクリル酸n-ブチル6.8kg、マレイン酸モノブチル300g、tert-ドデシルメルカプタン1.4gに変更して、最終重合率95%でアクリルゴムJを得た。
 このアクリルゴムJの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.7質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位37.6質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位59.1質量%であった。また、数平均分子量Mn=21万、分子量分布Mw/Mn=3.6であった。
<アクリルゴムK>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、マレイン酸モノブチルを用いずに重合を開始して、最終重合率95%でアクリルゴムKを得た。
 このアクリルゴムKの共重合体組成は、エチレンモノマー単位2.2質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位53.6質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位34.3質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.9質量%であった。また、数平均分子量Mn=34万、分子量分布Mw/Mn=3.8であった。
<アクリルゴムL>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、マレイン酸モノブチル量を3.0kgに変更して、最終重合率95%でアクリルゴムLを得た。
 このアクリルゴムLの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.9質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位15.3質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位47.2質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位26.5質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.1質量%であった。また、数平均分子量Mn=29万、分子量分布Mw/Mn=3.6であった。
<アクリルゴムM>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、モノマー混合液の内、30質量%をあらかじめ反応容器にすべて投入した状態で重合を開始させ、最終重合率95%でアクリルゴムMを得た。
 このアクリルゴムMの共重合体組成は、エチレンモノマー単位2.1質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位53.1質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位33.5質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.7質量%であった。また、数平均分子量Mn=35万、分子量分布Mw/Mn=4.1であった。
<アクリルゴムN>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、重合温度を10℃の状態で重合を開始させ、最終重合率95%でアクリルゴムNを得た。
 このアクリルゴムNの共重合体組成は、エチレンモノマー単位2.5質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位52.8質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位33.4質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.7質量%であった。また、数平均分子量Mn=38万、分子量分布Mw/Mn=2.9であった。
<アクリルゴムO>
 アクリルゴムAと同様な方法であるが、重合温度を80℃の状態で重合を開始させ、最終重合率95%でアクリルゴムOを得た。
 このアクリルゴムNの共重合体組成は、エチレンモノマー単位1.8質量%と、マレイン酸モノブチルモノマー単位1.6質量%と、アクリル酸エチルモノマー単位53.1質量%と、アクリル酸n-ブチルモノマー単位33.6質量%、メタクリル酸メチルモノマー単位9.9質量%であった。また、数平均分子量Mn=33万、分子量分布Mw/Mn=4.1であった。
<物性試験方法>
 アクリルゴムA~Oのトルエン不溶分とダイスウェルを以下の条件で評価し、測定結果を表2に示した。
(1)トルエン不溶分
 試料1g(a)を精秤しトルエン100mlに温度25℃で48時間かけて溶解させた後、溶解液を事前に質量(b)を測定した容量250mlの遠心管に移し、最大遠心半径13.8cmのアングルローターを用いて、温度10℃以下、8500rpmで60分間遠心分離し、非沈殿物をデカンテーションにより取り除き、温度70℃の真空乾燥器で24時間乾燥させ、乾燥後の遠心管の質量(d)を測定し、下式により算出した。
トルエン不溶分(%)=(d-b)/a×100
(2)ダイスウェル
 キャピログラフ1D型(東洋精機製作所社製)を使用し、バレル温度150℃、バレル径9.55mm、キャピラリー長さ:L=40mm、キャピラリー径:D1=1mm(L/D=40)、ピストン降下速度500mm/分(せん断速度6080s-1)、室温環境下(25±2℃)にてアクリルゴムをストランド状に押出し、下記式により求めた。
ダイスウェル(%)=(W/(lρS)-1)×100
(ただし、W、lはサンプルの質量(g)と長さ(cm)、ρはアクリルゴムの比重、Sはダイの面積(cm)である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
<アクリルゴム組成物の作製>
 上記の方法で得たアクリルゴムを、表3の組成で、0.5L加圧型ニーダーにて15分混練後、6インチオープンロールを用いて20分混練した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
<アクリルゴム組成物の加硫物の作製>
 得られたアクリルゴム組成物を厚さ2.4mmのシートに分出しした後、プレス加硫機で170℃、40分間一次加硫をした後、170℃、4時間のギヤーオーブンで二次加硫をして、加硫物を作製した。
<物性試験方法>
 得られたアクリルゴム組成物の押出性と、アクリルゴム組成物の加硫物の引張強さ・切断時伸び、硬度、耐熱性試験及び屈曲疲労性を以下の条件で評価し、測定結果を表3に示した。
(1)押出性
 ゴム単軸押出機(スクリュー径:50mm)を使用し、チューブ状(内径:9mm、外径:14mm)に成形して、鉛直方向のチューブ押出長さ及びダイスウェルを測定した。ダイスウェルは、上述と同一の方法で測定した。
(2)引張強さ・切断時伸び
 JIS K6251-2010に準拠して測定した。
(3)硬度
 JIS K6253-3に準拠してタイプAデュロメータを用いて測定した。
(4)耐熱性試験
 JIS K6257-2010に準拠して試験温度190℃、試験時間504時間熱処理した後の、アクリルゴム組成物の加硫物の引張強さ・切断時伸び及び硬度変化を測定した。
(5)硬度変化
 JIS K6253-3に準拠してタイプAデュロメータを用いて測定した。
(6)屈曲疲労性(屈曲き裂発生試験)
 JIS-K6260:2010に準拠して測定した。アクリルゴムは、表1の組成で0.5L加圧型ニーダー、6インチオープンロールを用いて混練し、厚さ2.4mmのシートに分出しした後、プレス加硫機で170℃、40分のプレス加硫、その後170℃、4時間のギヤーオーブンによる二次加硫を行ったものを使用した。
屈曲疲労性の評価は以下に従い評価した。
A:200万回以上
B:150万回以上200万回未満
C:150万回未満
 表2及び3に示されるとおり、本発明のアクリルゴムは押出性(ダイスウェル)に優れ、これを加硫して得られるアクリルゴム組成物の加硫物は機械物性及び耐熱性、屈曲疲労性に優れていた。

Claims (17)

  1.  炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル100質量部と、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル20~160質量部と、カルボキシル基を含有する架橋席モノマー0.1~10質量部とを含有するモノマー成分の全質量のうち80~100質量%を分添させて、重合温度20~60℃で乳化重合を行うアクリルゴムの製造方法。
  2.  前記モノマー成分が、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステル10~50質量部を更に含有する、請求項1記載のアクリルゴムの製造方法。
  3.  前記モノマー成分が、エチレン0~10質量部を更に含有する、請求項1又は2に記載のアクリルゴムの製造方法。
  4.  一時間当たりの前記モノマー成分の分添量が、前記モノマー成分の全質量の5~25質量%である、請求項1~3のいずれか一項に記載のアクリルゴムの製造方法。
  5.  請求項1~4いずれか一項に記載の製造方法で得られる、150℃で剪断速度6080s-1におけるダイスウェルが1.3~2.0以下、数平均分子量(Mn)が10万~40万かつ分子量分布(Mw/Mn)が2~4、トルエン不溶分が15%以下のアクリルゴム。
  6.  モノマー単位として、炭素数1~3のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル100質量部と、炭素数4~8のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル20~160質量部と、カルボキシル基を含有する架橋席モノマー0.1~10質量部を含有し、150℃、剪断速度6080s-1におけるダイスウェルが1.3~2.0、数平均分子量(Mn)が10万~40万かつ分子量分布(Mw/Mn)が2~4、トルエン不溶分が15%以下のアクリルゴム。
  7.  さらに、モノマー単位として、炭素数1~4のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルを10~50質量部含有する、請求項6記載のアクリルゴム。
  8.  さらに、モノマー単位として、エチレンを0~10質量部含有する、請求項6又は7に記載のアクリルゴム。
  9.  請求項5~8のいずれか一項に記載のアクリルゴム100質量部と、カーボンブラック30~80質量部を含むアクリルゴム組成物。
  10.  カーボンブラックが、算術平均粒子径25~40nm、ジブチルフタレート(DBP)吸油量150~240ml/100g、窒素吸着比表面積(NSA)とよう素吸着量(IA)の比(NSA/IA)0.6~0.9、かつ結晶子内の層平面のC軸方向の平均積み重なり高さ(Lc)が2nm以上である、請求項9に記載のアクリルゴム組成物。
  11.  カーボンブラックが、アセチレンブラックである、請求項9又は10に記載のアクリルゴム組成物。
  12.  請求項9~11のいずれか一項に記載のアクリルゴム組成物の加硫物。
  13.  190℃で500時間加熱した後の引張強さが2.0~7.0MPa、切断時伸びが100~210%である請求項12に記載の加硫物。
  14.  JIS-K6260:2010に準拠して測定した屈曲き裂発生試験において、150万回折り曲げ操作をした後に外観にひび割れ及び亀裂が認められない請求項12又は13に記載の加硫物。
  15.  100~200℃で1~10時間スチーム加硫又はプレス加硫を行う一次加硫工程と、一次加硫工程で得られた加硫物を100~200℃で1~10時間熱空気加硫を行う二次加硫工程を有する、請求項12~14のいずれか一項に記載の加硫物の製造方法。
  16.  請求項12~14のいずれか一項に記載の加硫物を用いたゴムホース。
  17.  請求項12~14のいずれか一項に記載の加硫物を用いたシール部品。
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