JP2015189971A - ポリブタジエン - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、該ポリブタジエンはコールドフローが大きすぎて、輸送及び貯蔵の際、荷崩れを起こしやすい傾向を示す。
原料ポリブタジエンは、コバルト触媒、バナジウム触媒、リチウム触媒、ニッケル触媒およびネオジム触媒などを用いて重合したポリブタジエンである。特に、コバルトやネオジム触媒で重合したポリブタジエンが好ましい。
ミクロ構造としては、1,4−シス構造が80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上が好ましい。耐摩耗性や反発弾性の観点から、より高い率での1,4−シス構造は好都合であるからである。
分岐度の指標としての(Tcp/ML1+4)の値が低くなるほど分岐が大きくなり、逆に値が大きいほど分岐が小さい。
本願発明で使用する変性前のポリブタジエンの分岐は低く直鎖状であることが望まれる。低燃費性改善の観点から分岐状のポリブタジエンより有利だからである。
本願発明でのポリブタジエンは、原料ポリブタジエンを変性することで得る。いわゆる変性したポリブタジエンである。
変性方法としては微量の有機過酸化物を用いて架橋する方法である。
用いる有機過酸化物としては、パーオキサイド類が良く、たとえばジクミルパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサンなどが挙げられる。そのほか、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、クメンハイドロパーオキサイド、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、2,2-アゾビスイソブチロニトリル、2,2-アゾビス(2-ジアミノプロパン)ヒドロクロライド、2,2-アゾビス(2-ジアミノプロパン)ジヒドロクロライド、2,2-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられる。特にジクミルパーオキサイドの使用が好ましい。
上記範囲より少ないと変性による架橋効果が得られない。一方、上記範囲より多いと架橋が進行しすぎてゲルが発生してしまい、好ましくない。
有機過酸化物による変性方法は、市販グレードのシス−1,4−ポリブタジエン(UBEPOL BR150L)を、ミキシングロールを用いてロールに巻き付け、その後、所定量の有機過酸化物を添加して更に混練して得たサンプルを加圧プレスを用いて所定時間加熱処理することで得られる。
変性したポリブタジエンの5重量%トルエン溶液粘度(Tcp[cps])とJIS−K6300に基づいて測定した100℃におけるムーニー粘度(ML1+4)との比(Tcp/ML1+4)が1.8以上であることが好ましく、2.0以上であることがより好ましく、2.2以上であることが特に好ましい。
Tcp/ML1+4の値がある程度高くて直鎖状になっていないと、低燃費性に悪影響を及ぼすため、上記範囲が好ましい。
前記範囲より小さいと剪断応力を加えた際に十分な応力が掛からないため、良好なフィラーの分散状態が得られにくい問題を生ずる。一方、前記範囲より大きいと成形加工時の残留応力が増大するため、寸法安定性が劣るなど加工性の問題を生ずる。
本願発明のポリブタジエンの性能を把握するため、加硫した後、他のゴム成分とブレンドするなどして、いわゆるゴム組成物として各種物性を測定する必要がある。
前記の変性ポリブタジエン(A)にその他のジエン系ゴム(B)、ゴム補強材(C)および加硫剤をはじめとする各種添加剤をブレンドすることでゴム組成物とする。
当該範囲外での使用は、耐摩耗性、加工性に優れ、かつ低ロス性や引張特性にも優れた物性のバランス効果が低くなるため、好ましくない。
ゴム組成物に含まれる他のジエン系ゴム(B)としては、加硫可能なゴムが好ましく、具体的にはエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ニトリルゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、クロロプレンゴム(CR)、ポリイソプレン、ハイシスポリブタジエンゴム、ローシスポリブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム(NR)等を挙げることができる。これらの中でもSBRが好ましい。
さらにSBRの中でも溶液重合スチレンブタジエン共重合体ゴム(S−SBR)が特に好ましい。これらのゴムは単独でも、二種以上組合せて用いても良い。
かかるS−SBRは公知であり、例えば日本ゼオン Nipol NS110R、旭化成アサプレン 1204などの市販品を用いることができる。
当該範囲外での使用は、耐摩耗性、加工性に優れ、かつ低ロス性や引張特性にも優れた物性のバランス効果が低くなるため、好ましくない。
ゴム補強剤としては、無機系ゴム補強剤および有機系ゴム補強剤のいずれの補強材も適用することが出来る。無機系ゴム補強剤としては、沈降シリカ、金属酸化物、アルカリ金属塩およびカーボンブラックである。しかし、これらに限定されるものではない。有機系ゴム補強剤としては、例えば、繊維状の1,2−ポリブタジエンである。しかし、これに限定されるものではない。
本発明のゴム補強剤配合ゴム組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、通常、ゴム工業界で用いられる各種薬品、例えば加硫剤、加硫促進剤、プロセス油、老化防止剤、スコーチ防止剤、亜鉛華、ステアリン酸などを含有させることができる。 また、本発明のゴム組成物は、ロールなどの開放式混練機、バンバリーミキサーなどの密閉式混練機などの混練り機を用いて混練りすることによって得られ、成形加工後に加硫を行ない、各種ゴム製品に適用可能である。
他の添加剤成分であるシランカップリング剤としては、一般式R7nSiX4−nで表される有機珪素化合物で、R7はビニル基、アシル基、アリル基、アリルオキシ基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、クロル基、アルキル基、フェニル基、水素、スチリル基、メタクリル基、アクリル基、ウレイド基などから選ばれる反応基を有する炭素数1〜20の有機基であり、Xは、クロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、イソプロペノキシ基、アミノ基などから選ばれる加水分解基であり、nは1〜3の整数を示す。
本発明に係るゴム補強剤配合用ゴム組成物に用いられる加硫剤としては、特に限定はされないが主に硫黄であり、ゴム配合物全体100質量部に対して0.1〜10phrの量が好ましく、1〜5がより好ましい。加硫剤の量が多すぎると、架橋が進みすぎるためにゴム加流物の弾性が無くなるなどが知られている。また、加硫物の量が少なすぎるとゴム弾性や摩擦抵抗が不十分となる。
また、本発明に係るゴム補強剤配合用ゴム組成物に用いられる加硫促進剤は、2−メルカプトベンゾチアゾール(M),ジベンジルゾチアジルジスルフィド(DM),N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(CZ),およびジフェニルグアニジン(D)であるが、これらに限定されるものではない。また、これら加硫促進剤を組み合わせて使用しても良い。好ましい使用量としてはゴム配合物全体100質量部に対して0.1〜7phr、より好ましくは1〜5phrである。
プロセスオイルとしては、パラフィンオイル、ナフテンオイル、アロマオイルなどであるが、これらに限定されるものではないが、アロマオイルが好ましい。アロマオイルは、ゴム組成物の引張強度や摩擦抵抗の性能を最大限に維持するために使用されている。好ましいプロセスオイルの量は、1〜50phrであり、より好ましくは5〜30phrである。
加硫剤や加硫促進剤などを除く全てのゴム組成物がバンバリーミキサーのような密閉式混練機で90℃、5分以内にて混合される。その後直ちに、配合物がミキシングロールを使用して30〜60℃の温度範囲にて冷却後、シート状に成形される。故に、上記混合工程は、予備混合、又は加硫原料を除いたゴム組成物の混合工程を意味する。
前述した混合工程から得られたシリカ-ゴム化合物のシートは、30〜60℃の温度範囲にてミキシングロールを使用して、加硫剤や加硫促進剤とともに混合したものである。加硫剤としては、前述したように硫黄が好ましい。
加硫予備工程での第2ゴム組成物のシリカ配合ゴム組成物は、前述のRPA2000(登録商標)によって測定された最適加硫点に従い、160℃でプレス成形にて作られる。本発明のゴム加流物は、温度掃引、引張強度および発熱特性を通じ、粘弾性特性の測定に従う。
ミクロ構造は赤外吸収スペクトル分析によって行った。シス740cm−1、トランス967cm−1、ビニル910cm−1の吸収強度比からミクロ構造を算出した。
(2)Tcpの測定
トルエン溶液粘度(Tcp)は、ポリマー2.28gをトルエン50mlに溶解した後、標準液として粘度計校正用標準液(JIS Z8809)を用い、キャノンフェンスケ粘度計No.400を使用して、25℃で測定した。
(3)ML1+4,100℃の測定
ムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、JIS−K6300に準拠して測定した。
(4)数平均、重量平均およびZ平均分子量の測定
GPC法:HLC−8220(東ソー社製)で測定し、標準ポリスチレン換算により算出した。溶媒はテトラヒドロフランを用いて、カラムはShodx製KF−805L(2本直列)、検出器は示唆屈折計(RI)を使用した。
(5)T80の測定
T80の測定はASTM D1646−7に準じた応力緩和測定により算出した。
具体的には、ML1+4,100℃の条件下、測定4分後ローター停止時(0秒)のムーニー粘度を100%として、その値から80%緩和するまでの時間(秒)を測定した。
(6)ランボーン摩耗の測定
ランボーン摩耗性は、JIS−K6264に規定されている測定法に従って、スリップ率20パーセントおよび40パーセントで測定し、比較例1を100として指数で示した(指数は大きいほど良好)。
(7)硬度測定
JIS K6253に準じて、タイプAデュロメータを、用いて室温で測定した。
(8)粘弾性tanδ測定
GABO社製EPLEXOR 100Nを用いて、温度50℃および0℃にて周波数10Hz、動的歪み0.3%の条件で測定し、比較例1を100として指数表示した。
指数が大きいほど低ロス性(50℃)およびウェット性能(0℃)が良好である。
(9)引張強度、破断伸び
JIS K6251に従って測定した。数値が高いほど良好である事を示す。
(10)コールドフロー速度
コールドフロー速度(CF)は、得られたポリマーを50℃に保ち、内径6.4mmのガラス管で180mmHgの差圧により10分間吸引し、吸い込まれたポリマー重量を測定することにより、1分間当たり吸引されたポリマー量(mg/min)として求めた。
(11)長鎖分岐指数(LCB Index):RPA2000型試験機(アルファテクノロジーズ社製)を用いてLAOS(Large Amplitude Oscillatory Shear)測定方法により測定した。LCBにおいて、得られる数値が零に近づくほどリニアリティーの高い分岐度が低いポリマーである。
市販グレードのシス−1,4−ポリブタジエン(UBEPOL BR150L)であるポリブタジエン300グラムを6インチのミキシングロールを用い、温度35〜45℃にてロールに巻き付け、その後、0.001質量部の有機過酸化物を添加して更に混練することで変性したサンプルを得た。得られたポリブタジエンの各物性を表1に示す。
上記変性で得たポリブタジエンを表2に示す割合で各成分を配合してゴム組成物を得た。得られた結果を表2下段に示す。
ポリブタジエンを変性(架橋)する際に用いたパーオキサイドの量を0.005質量部に変えた以外は実施例1と同様の方法にてゴム組成物を製造した。結果を表1及び表2に示す。
実施例1で使用したポリブタジエンをパーオキサイドで変性せずにそのまま使用した以外は実施例1と同様の方法にてゴム組成物を製造した。結果を表1及び表2に示す。
比較例1で使用したポリブタジエンを市販品である宇部興産社製UBEPOL BR150Bに変えた以外は、比較例1と同様の方法にてゴム組成物を製造した。結果を表1及び表2に示す。
(1)変性前のポリブタジエン:宇部興産社製UBEPOL BR150LおよびBR150B
(2)有機過酸化物:日本油脂製パークミルD
(3)SBR:溶液重合SBR
(4)シリカ:東ソー・シリカ(株)製、商品名 ニップシールAQ
(5)シランカップリング剤:デグサ・ヒュルヌ製、商品名 Si69
(6)アロマオイル:日本サン石油製 サンセンオイル4240
(7)酸化亜鉛:堺化学工業 Sazex 1号
(8)ステアリン酸:花王製ステアリン酸
(9)酸化防止剤:住友化学製アンチゲン6C
(10)硫黄: 細井化学工業(株)製の硫黄
(11)加硫促進剤1: 大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ
(12)加硫促進剤2: 大内新興化学工業(株)製のノクセラーD
Claims (2)
- 温度50℃でのコールドフロー速度(mg/分)が17以下であって、5重量%トルエン溶液粘度(Tcp[cps])とJIS−K6300に基づいて測定した100℃におけるムーニー粘度(ML1+4)との比(Tcp/ML1+4)が1.8以上のポリブタジエン。
- 該ポリブタジエンのz平均分子量と数平均分子量の比から規定される高分子量成分の分子量分布Mz/Mnが5.70〜8.00であることを特徴とする請求項1に記載のポリブタジエン。
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