JP2016060750A - Lignin derivative for rubber reinforcement, lignin resin composition and rubber composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴム補強用のリグニン誘導体、リグニン樹脂組成物およびゴム組成物に関するものである。 The present invention relates to a lignin derivative for reinforcing rubber, a lignin resin composition, and a rubber composition.
近年、石油由来製品の代替品や新たなマテリアルとしてバイオマスを利用する技術や、バイオマスを化学品や樹脂製品等に転換する技術の開発が求められている。特に、一般的な植物の主要成分であるセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンは、資源量が多いことから、有効に活用されることが期待されている。 In recent years, there has been a demand for the development of technology that uses biomass as an alternative to petroleum-derived products and new materials, and technology that converts biomass into chemical products and resin products. In particular, cellulose, hemicellulose, and lignin, which are main components of general plants, are expected to be effectively used because they have a large amount of resources.
このうち、リグニンは、樹種や部位にもよるが、例えば木質には約30%の割合で含まれている。このリグニンは、芳香環を豊富に含む構造を有しているため、芳香族樹脂原料として利用が可能である。 Of these, lignin depends on the species and part of the tree, but for example, it is contained in wood at a ratio of about 30%. Since this lignin has a structure rich in aromatic rings, it can be used as an aromatic resin raw material.
現在、工業的に得られるリグニンとしては、例えばパルプ製造法の主流であるクラフト蒸解プロセスにより得られるリグニンが挙げられる。一方で、一部のパルプ製造にも用いられるアルカリ蒸解プロセスにより得られるリグニン、例えば水酸化ナトリウムを用いるソーダ蒸解プロセスにより得られるリグニンは、分子構造に硫黄がほとんど入らないことから、比較的天然のリグニンに近い状態になっていると考えられる。 Currently, industrially obtained lignin includes, for example, lignin obtained by a kraft cooking process, which is the mainstream of pulp production methods. On the other hand, lignin obtained by an alkaline cooking process used for some pulp production, for example, lignin obtained by a soda cooking process using sodium hydroxide, is relatively natural because it contains almost no sulfur in its molecular structure. It is thought that it is close to lignin.
この他にもマテリアルとしての利用を目指し、種々の方法でリグニンを取り出し、樹脂原料として利用した樹脂組成物およびタイヤ等が開示されている(例えば、特許文献1、2参照。)。 In addition to this, there are disclosed resin compositions, tires, and the like that are used as resin raw materials by taking out lignin by various methods aiming at use as materials (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
また、リグニンは、フェノール性水酸基やアルコール性水酸基を豊富に含む極性の高い構造を有しているため、ゴム組成物添加用の粘着性付与剤および酸化防止剤として利用することも検討されている(例えば、特許文献3参照。)。 Moreover, since lignin has a highly polar structure rich in phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups, it is also considered to be used as a tackifier and an antioxidant for adding rubber compositions. (For example, refer to Patent Document 3).
さらに、リグニンは、ゴム補強材としての利用も期待されている。ゴム補強材は、ゴム組成物の弾性率を高めたり、ヒステリシスロスを低減したり、機械的強度を高めたりする機能を有しており、ゴム部品の剛性、低発熱性および機械的強度をそれぞれ高める効果をもたらす。 Further, lignin is expected to be used as a rubber reinforcing material. The rubber reinforcement has functions to increase the elastic modulus of rubber composition, reduce hysteresis loss, and increase mechanical strength. The rubber component rigidity, low heat generation and mechanical strength are Increases the effect.
ところで、特許文献1には、水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムとを含む黒液にリグニンを溶解させ、この黒液からリグニンを回収し、これをゴム組成物に添加するための粒子状の充填剤として利用することが開示されている。しかしながら、この場合、充填剤としての特性が十分でないため、ゴム組成物の剛性や機械的強度の低下を招く。 By the way, in Patent Document 1, lignin is dissolved in a black liquor containing sodium hydroxide and sodium sulfide, and lignin is recovered from the black liquor and used as a particulate filler for adding it to a rubber composition. Use is disclosed. However, in this case, since the properties as a filler are not sufficient, the rigidity and mechanical strength of the rubber composition are reduced.
一方、特許文献2には、クレゾールと濃硫酸とを用いてバイオマスを処理し、これにより得られたリグノフェノールをゴム補強樹脂として利用することが開示されている。しかしながら、このようなゴム補強樹脂は、石油由来成分であるフェノール類を多く含むため、バイオマスの有効利用が難しくなるとともに、ゴム組成物の剛性を十分に高めることができない。 On the other hand, Patent Document 2 discloses that biomass is treated using cresol and concentrated sulfuric acid, and lignophenol obtained thereby is used as a rubber reinforcing resin. However, since such a rubber-reinforced resin contains a large amount of phenols that are petroleum-derived components, it is difficult to effectively use biomass, and the rigidity of the rubber composition cannot be sufficiently increased.
本発明の目的は、優れた弾性率および引張特性を付与することができるゴム補強用のリグニン誘導体、ゴム弾性率とヒステリシスロス性とのバランスが良好なゴム組成物、ならびに、前記ゴム組成物を製造可能なリグニン樹脂組成物を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rubber-reinforced lignin derivative capable of imparting excellent elastic modulus and tensile properties, a rubber composition having a good balance between rubber elastic modulus and hysteresis loss, and the rubber composition. It is providing the lignin resin composition which can be manufactured.
このような目的は、下記(1)〜(10)の本発明により達成される。
(1) 硫黄を含まない薬剤を用いたバイオマス蒸解プロセスにより得られるものであることを特徴とするゴム補強用のリグニン誘導体。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (10) below.
(1) A rubber-reinforced lignin derivative, which is obtained by a biomass cooking process using a chemical containing no sulfur.
(2) 前記バイオマス蒸解プロセスは、アルカリ蒸解プロセスである上記(1)に記載のゴム補強用のリグニン誘導体。 (2) The lignin derivative for rubber reinforcement according to the above (1), wherein the biomass cooking process is an alkali cooking process.
(3) 前記バイオマス蒸解プロセスにより得られる黒液を二酸化炭素により中和する工程と、中和後の処理物を脱水する工程と、を経て得られる上記(1)または(2)に記載のゴム補強用のリグニン誘導体。 (3) The rubber according to (1) or (2), which is obtained through the step of neutralizing the black liquor obtained by the biomass cooking process with carbon dioxide and the step of dehydrating the treated product after neutralization. Lignin derivative for reinforcement.
(4) 前記薬剤は、水酸化ナトリウムを主成分とするものである上記(1)ないし(3)のいずれかに記載のゴム補強用のリグニン誘導体。 (4) The rubber-reinforced lignin derivative according to any one of the above (1) to (3), wherein the drug is mainly composed of sodium hydroxide.
(5) 90質量%以上が有機溶媒に可溶である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載のゴム補強用のリグニン誘導体。 (5) The rubber-reinforced lignin derivative according to any one of (1) to (4), wherein 90% by mass or more is soluble in an organic solvent.
(6) 有機溶媒に可溶であり、
数平均分子量が300〜5000であり、
軟化温度が200℃以下である上記(1)ないし(5)のいずれかに記載のゴム補強用のリグニン誘導体。
(6) soluble in organic solvents,
The number average molecular weight is 300-5000,
The lignin derivative for rubber reinforcement according to any one of (1) to (5), wherein the softening temperature is 200 ° C. or lower.
(7) 上記(1)ないし(6)のいずれかに記載のゴム補強用のリグニン誘導体を含むことを特徴とするリグニン樹脂組成物。
(8) さらにフェノール系樹脂を含む上記(7)に記載のリグニン樹脂組成物。
(7) A lignin resin composition comprising the rubber-reinforced lignin derivative according to any one of (1) to (6).
(8) The lignin resin composition according to (7), further including a phenolic resin.
(9) 前記フェノール系樹脂は、カシュー変性フェノール樹脂、トール変性フェノール樹脂、アルキル変性フェノール樹脂およびカシュー樹脂のうちの少なくとも1種を含む上記(8)に記載のリグニン樹脂組成物。 (9) The lignin resin composition according to (8), wherein the phenolic resin includes at least one of cashew-modified phenol resin, tall-modified phenol resin, alkyl-modified phenol resin, and cashew resin.
(10) 上記(7)ないし(9)のいずれかに記載のリグニン樹脂組成物を含むことを特徴とするゴム組成物。 (10) A rubber composition comprising the lignin resin composition according to any one of (7) to (9).
本発明によれば、比較的天然の構造に近く、硫黄分がほとんど含まれないアルカリ蒸解リグニンを用い、ゴム組成物に添加されることにより、優れた弾性率および引張特性を付与することができるゴム補強用のリグニン誘導体が得られる。 According to the present invention, it is possible to impart excellent elastic modulus and tensile properties by using an alkali-digested lignin that has a relatively natural structure and contains almost no sulfur, and is added to the rubber composition. A lignin derivative for rubber reinforcement is obtained.
また、本発明によれば、ゴム弾性率とヒステリシスロス性とのバランスが良好なゴム組成物、および、樹脂と混合されることにより、前記ゴム組成物を製造可能なリグニン樹脂組成物が得られる。 Further, according to the present invention, a rubber composition having a good balance between the rubber elastic modulus and the hysteresis loss property, and a lignin resin composition capable of producing the rubber composition are obtained by mixing with a resin. .
以下、本発明のゴム補強用のリグニン誘導体、リグニン樹脂組成物およびゴム組成物について好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the rubber-reinforcing lignin derivative, lignin resin composition and rubber composition of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.
本発明のゴム補強用のリグニン誘導体は、硫黄を含まない薬剤を用いたバイオマス蒸解プロセスにより得られるものであり、ゴムと混合されることにより、ゴム組成物を調製し得るものである。 The rubber-reinforcing lignin derivative of the present invention is obtained by a biomass cooking process using a chemical not containing sulfur, and can be mixed with rubber to prepare a rubber composition.
以下、本発明のゴム補強用のリグニン誘導体について説明する。
<ゴム補強用のリグニン誘導体>
まず、ゴム補強用のリグニン誘導体について説明する。リグニンは、セルロースおよびヘミセルロースとともに、植物体の骨格を形成する主要成分であり、かつ、自然界に最も豊富に存在する物質の1つである。
Hereinafter, the lignin derivative for rubber reinforcement of the present invention will be described.
<Lignin derivatives for rubber reinforcement>
First, the lignin derivative for rubber reinforcement will be described. Lignin, together with cellulose and hemicellulose, is a major component that forms the skeleton of plants and is one of the most abundant substances in nature.
ゴム補強用のリグニン誘導体は、フェノール誘導体を単位構造とする化合物である。この単位構造は、化学的および生物学的に安定な炭素−炭素結合や炭素−酸素−炭素結合を有するため、化学的な劣化や生物的分解を受け難い。このため、ゴム補強用のリグニン誘導体は、ゴム組成物に添加されるための樹脂原料として有用とされる。 The lignin derivative for rubber reinforcement is a compound having a phenol derivative as a unit structure. Since this unit structure has a chemically and biologically stable carbon-carbon bond or carbon-oxygen-carbon bond, it is less susceptible to chemical degradation and biological degradation. For this reason, the lignin derivative for rubber reinforcement is useful as a resin raw material to be added to the rubber composition.
なお、本明細書では、バイオマスに含まれる高分子量のリグニンのことを単に「リグニン」といい、このリグニンから誘導される相対的に低分子量のリグニンのことを「リグニン誘導体」という。また、本発明におけるバイオマスとは、リグニンを含有する植物または植物の加工品であり、植物としては、例えば、ブナ、白樺、ナラのような広葉樹、杉、松、桧のような針葉樹、竹、稲わらのようなイネ科植物、椰子殻等が挙げられる。 In the present specification, the high molecular weight lignin contained in biomass is simply referred to as “lignin”, and the relatively low molecular weight lignin derived from this lignin is referred to as “lignin derivative”. Further, the biomass in the present invention is a plant containing lignin or a processed product of the plant. Examples of plants include broadleaf trees such as beech, birch, oak, coniferous trees such as cedar, pine, and oak, bamboo, Examples include gramineous plants such as rice straw and coconut shells.
ゴム補強用のリグニン誘導体の具体例としては、下記式(1)で表わされるグアイアシルプロパン構造、下記式(2)で表わされるシリンギルプロパン構造、下記式(3)で表わされる4−ヒドロキシフェニルプロパン構造等が挙げられる。なお、針葉樹類からは主にグアイアシルプロパン構造が、広葉樹類からは主にグアイアシルプロパン構造およびシリンギルプロパン構造が、草本類からは主にグアイアシルプロパン構造、シリンギルプロパン構造および4−ヒドロキシフェニルプロパン構造がそれぞれ抽出される。 Specific examples of the lignin derivative for reinforcing rubber include a guaiacylpropane structure represented by the following formula (1), a syringylpropane structure represented by the following formula (2), and 4-hydroxyphenyl represented by the following formula (3). Examples include a propane structure. From conifers, mainly guaiacylpropane structures, from broadleaf trees, mainly guaiacylpropane structures and syringylpropane structures, and from herbs, mainly guaiacylpropane structures, syringylpropane structures, and 4-hydroxy Each phenylpropane structure is extracted.
なお、ゴム補強用のリグニン誘導体は、上記基本構造の他、リグニン誘導体に官能基を導入したもの(リグニン二次誘導体)であってもよい。 In addition to the above basic structure, the lignin derivative for reinforcing rubber may be a lignin derivative obtained by introducing a functional group (lignin secondary derivative).
リグニン二次誘導体が有する官能基としては、特に限定されないが、例えば2個以上の同じ官能基が互いに反応し得るもの、または他の官能基と反応し得るものが好適である。具体的には、エポキシ基、メチロール基の他、炭素−炭素不飽和結合を有するビニル基、エチニル基、マレイミド基、シアネート基、イソシアネート基等が挙げられる。このうち、メチロール基を導入した(メチロール化した)リグニン誘導体が好ましく用いられる。このようなリグニン二次誘導体は、メチロール基同士の自己縮合反応により自己架橋が生じるとともに、下記架橋剤中のアルコキシメチル基や水酸基に対してより架橋するものとなる。その結果、特に均質で剛直な骨格を有し、耐溶剤性に優れた硬化物が得られる。 The functional group possessed by the lignin secondary derivative is not particularly limited, but for example, those in which two or more of the same functional groups can react with each other or those capable of reacting with other functional groups are suitable. Specific examples include an epoxy group, a methylol group, a vinyl group having a carbon-carbon unsaturated bond, an ethynyl group, a maleimide group, a cyanate group, and an isocyanate group. Of these, a lignin derivative having a methylol group introduced (methylolated) is preferably used. Such a lignin secondary derivative is self-cross-linked by a self-condensation reaction between methylol groups, and is more cross-linked to an alkoxymethyl group or a hydroxyl group in the following cross-linking agent. As a result, a cured product having a particularly homogeneous and rigid skeleton and excellent in solvent resistance can be obtained.
ここで、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体は、硫黄を含まない薬剤を用いたバイオマス蒸解プロセスにより得られたものである。このようなゴム補強用のリグニン誘導体は、ゴムと混合されることにより、ゴム組成物に対して優れた弾性率および引張特性を付与することができる。 Here, the lignin derivative for rubber reinforcement according to the present invention is obtained by a biomass cooking process using a chemical not containing sulfur. Such a lignin derivative for reinforcing rubber can be imparted with excellent elastic modulus and tensile properties to the rubber composition by being mixed with rubber.
すなわち、ゴム製品を製造するのに用いられるゴム組成物は、原料ゴムの他に、様々な目的の添加剤を含んでいる。これらの添加剤の1つとして、補強剤がある。補強剤を添加することにより、ゴム組成物に硬さ、引張強さ、耐摩耗性等を付与することができる。したがって、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体をゴムと混合することで、このようなゴム特性に優れたゴム組成物を調製することができる。 That is, the rubber composition used for manufacturing the rubber product contains additives for various purposes in addition to the raw rubber. One of these additives is a reinforcing agent. By adding a reinforcing agent, hardness, tensile strength, abrasion resistance, etc. can be provided to the rubber composition. Therefore, the rubber composition excellent in such rubber characteristics can be prepared by mixing the lignin derivative for reinforcing rubber according to the present invention with rubber.
一方、硫黄を含まない薬剤を用いたバイオマス蒸解プロセスによれば、分子中に硫黄をほとんど含まないゴム補強用のリグニン誘導体が得られる。このようなゴム補強用のリグニン誘導体は、その構造が比較的天然の構造に近く、硫黄分がほとんど含まれないアルカリ蒸解リグニンの誘導体である。このため、ゴムと混合された場合でも、加硫反応を生じるおそれが少なくなる。これにより、別途行う加硫剤の添加において加硫反応が開始させることができることとなり、加硫剤の添加量に応じて加硫反応の進行度合いを厳密に制御することができる。その結果、ゴム組成物において、混練時のゴム粘度の上昇、または、オーバーキュア(過加硫)やアンダーキュア(未加硫)を制御することができ、ゴム特性に優れたゴム組成物を調製することができる。 On the other hand, according to the biomass cooking process using the chemical | medical agent which does not contain sulfur, the lignin derivative for rubber reinforcement which hardly contains sulfur in a molecule | numerator is obtained. Such a lignin derivative for reinforcing rubber is a derivative of an alkali-digested lignin whose structure is relatively close to a natural structure and hardly contains sulfur. For this reason, even when mixed with rubber, the possibility of causing a vulcanization reaction is reduced. Thus, the vulcanization reaction can be started in the addition of the vulcanizing agent separately performed, and the progress of the vulcanization reaction can be strictly controlled according to the addition amount of the vulcanizing agent. As a result, in the rubber composition, the rubber viscosity can be increased during kneading, or overcuring (overcuring) and undercuring (unvulcanized) can be controlled, and a rubber composition having excellent rubber properties is prepared. can do.
本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体の硫黄含有率は、0.05質量%未満であるのが好ましく、0.03質量%以下であるのがより好ましい。このようなゴム補強用のリグニン誘導体は、前述したように、ゴムと混合された場合でも、リグニン誘導体とゴムの加硫反応がほとんど生じないので、加硫剤の添加によって加硫反応をより厳密に制御することができる。 The sulfur content of the rubber-reinforced lignin derivative according to the present invention is preferably less than 0.05% by mass, and more preferably 0.03% by mass or less. As described above, such a lignin derivative for reinforcing rubber hardly causes a vulcanization reaction between the lignin derivative and the rubber even when mixed with the rubber. Can be controlled.
また、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体は、有機溶媒に可溶なものが好ましく、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により測定されたポリスチレン換算の数平均分子量が300〜5000であるものが好ましく、300〜3000であるものがより好ましい。このような数平均分子量のリグニン誘導体は、例えば樹脂との混合に供されたとき、樹脂との反応性に優れるものとなり、また、樹脂との混合により樹脂組成物を調製したときには、ゴム補強特性に優れた樹脂組成物が得られる。 The rubber-reinforcing lignin derivative according to the present invention is preferably soluble in an organic solvent, and has a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 300 to 5000 measured by gel permeation chromatography (GPC) analysis. What is 300-3000 is more preferable. Such a lignin derivative having a number average molecular weight is excellent in reactivity with a resin when it is subjected to, for example, mixing with a resin, and when a resin composition is prepared by mixing with a resin, rubber reinforcing properties are obtained. An excellent resin composition can be obtained.
なお、有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノールのようなアルコール類、フェノール、クレゾールのようなフェノール類、メチルエチルケトン、アセトンのようなケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサンのような環状エーテル類、アセトニトリルのようなニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、n−メチルピロリドンのようなアミド類、塩化メチレン、クロロホルムのようなハロゲン化アルキル類等が挙げられる。 Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol and ethanol, phenols such as phenol and cresol, ketones such as methyl ethyl ketone and acetone, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and acetonitrile. Examples include nitriles, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, amides such as n-methylpyrrolidone, and halogenated alkyls such as methylene chloride and chloroform.
ここで、上記ゲル浸透クロマトグラフィー分析によって分子量を測定する手順の一例について説明する。 Here, an example of a procedure for measuring the molecular weight by the gel permeation chromatography analysis will be described.
まず、ゴム補強用のリグニン誘導体を溶媒に溶解し、測定サンプルを調製する。このときに用いられる溶媒は、リグニン誘導体を溶解し得るものであれば、特に限定されるものではないが、ゲル浸透クロマトグラフィーの測定精度の観点から、テトラヒドロフランが好ましい。 First, a lignin derivative for rubber reinforcement is dissolved in a solvent to prepare a measurement sample. The solvent used at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the lignin derivative, but tetrahydrofuran is preferable from the viewpoint of measurement accuracy of gel permeation chromatography.
次に、GPCシステム「HLC−8320GPC(東ソー製)」に、スチレン系ポリマー充填剤を充填した有機系汎用カラムである「TSKgelGMHXL(東ソー製)」、および「G2000HXL(東ソー製)」を直列に接続する。 Next, “TSKgelGMMHXL (manufactured by Tosoh)” and “G2000HXL (manufactured by Tosoh)”, which are organic general-purpose columns filled with a styrene polymer filler, are connected in series to the GPC system “HLC-8320GPC (manufactured by Tosoh)”. To do.
このGPCシステムに、前記の測定サンプルを200μL注入し、40℃において、溶離液のテトラヒドロフランを1.0mL/minで展開し、示差屈折率(RI)および紫外吸光度(UV)を利用して保持時間を測定する。一方、別に作製しておいた標準ポリスチレンの保持時間と分子量の関係を示した検量線から、前記のゴム補強用のリグニン誘導体の数平均分子量を算出することができる。 200 μL of the above measurement sample was injected into this GPC system, and at 40 ° C., tetrahydrofuran as an eluent was developed at 1.0 mL / min. Retention time using differential refractive index (RI) and ultraviolet absorbance (UV) Measure. On the other hand, the number average molecular weight of the rubber-reinforced lignin derivative can be calculated from a calibration curve showing the relationship between the retention time and molecular weight of standard polystyrene prepared separately.
検量線を作成するために使用する標準ポリスチレンの分子量としては、特に限定されるものではないが、例えば、数平均分子量が427,000、190,000、96,400、37,900、18,100、10,200、5,970、2,630、1,050および500の標準ポリスチレン(東ソー製)のものを用いることができる。 The molecular weight of the standard polystyrene used for preparing the calibration curve is not particularly limited. For example, the number average molecular weight is 427,000, 190,000, 96,400, 37,900, 18,100. Standard polystyrene (manufactured by Tosoh) of 10,200, 5,970, 2,630, 1,050 and 500 can be used.
また、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体の軟化点は、200℃以下であるのが好ましく、80〜160℃であるのがより好ましい。軟化点が前記上限値を上回ると、リグニン誘導体と混合されるゴムの組成によっては、ゴム補強用のリグニン誘導体の熱溶融性および流動性が低下し、ゴム中への分散不良によるゴム補強特性の悪化やゴム組成物の成形性が低下するおそれがある。一方、軟化点が前記下限値を下回ると、ゴム補強用のリグニン誘導体の熱溶融性および流動性が高くなり過ぎて、室温でのブロッキングにより固まってしまって保存性の悪化するおそれがある。 Moreover, the softening point of the lignin derivative for rubber reinforcement according to the present invention is preferably 200 ° C. or less, and more preferably 80 to 160 ° C. When the softening point exceeds the above upper limit, depending on the composition of the rubber mixed with the lignin derivative, the heat melting property and fluidity of the lignin derivative for rubber reinforcement are lowered, and the rubber reinforcement characteristics due to poor dispersion in the rubber. There exists a possibility that the moldability of a deterioration or a rubber composition may fall. On the other hand, when the softening point is below the lower limit, the heat melting property and fluidity of the lignin derivative for rubber reinforcement become too high, and it may be hardened by blocking at room temperature to deteriorate the storage stability.
なお、軟化点を測定する方法は、JIS K 2207に準じて、環球式軟化点試験機(メルテック(株)製ASP−MG2型)を用いた。 In addition, the method of measuring a softening point used the ring and ball type softening point tester (Mertec Co., Ltd. ASP-MG2 type | mold) according to JISK2207.
また、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体は、カルボキシル基を有していてもよい。前記カルボキシル基を有する場合は、下記に記載する架橋剤と架橋することがあり、架橋点が増加することにより架橋密度を向上させることができるため、耐溶剤性に優れる。また、架橋剤の触媒として作用することもあり、リグニン誘導体に対する架橋剤の架橋反応を促進させることができ、耐溶剤性や硬化速度に優れる。 Moreover, the lignin derivative for rubber reinforcement according to the present invention may have a carboxyl group. When it has the said carboxyl group, it may bridge | crosslink with the crosslinking agent described below, and since a crosslinking density can be improved by a crosslinking point increasing, it is excellent in solvent resistance. Moreover, it may act as a catalyst for the crosslinking agent, can promote the crosslinking reaction of the crosslinking agent with respect to the lignin derivative, and is excellent in solvent resistance and curing rate.
なお、上述したリグニン誘導体中がカルボキシル基を有する場合は、そのカルボキシル基は、13C−NMR分析に供されたとき、172〜174ppmのピークの吸収の有無によって確認することができる。 In addition, when the lignin derivative mentioned above has a carboxyl group, the carboxyl group can be confirmed by the presence or absence of absorption of a peak at 172 to 174 ppm when subjected to 13 C-NMR analysis.
また、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体は、その90質量%以上が有機溶媒に可溶であるのが好ましい。このようなリグニン誘導体は、一様に低分子量化が図られたものとなるため、ゴムと混合されてゴム組成物を調製する際、リグニン誘導体の分散性を高めることができる。このため、均質なゴム組成物を調製することができる。また、フェノール系樹脂との樹脂組成物の均一性が高まり、優れたゴム補強特性が得られる。 Moreover, it is preferable that 90 mass% or more of the lignin derivative for rubber reinforcement according to the present invention is soluble in an organic solvent. Since such a lignin derivative is uniformly reduced in molecular weight, the dispersibility of the lignin derivative can be enhanced when preparing a rubber composition by mixing with rubber. For this reason, a homogeneous rubber composition can be prepared. In addition, the uniformity of the resin composition with the phenolic resin is increased, and excellent rubber reinforcement characteristics are obtained.
なお、このときの有機溶媒としては、例えば、メタノール等の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類が挙げられる。 Examples of the organic solvent at this time include lower alcohols such as methanol, and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone.
<ゴム補強用のリグニン誘導体の製造方法>
次に、前述したゴム補強用のリグニン誘導体の製造方法について説明する。
<Method for producing lignin derivative for rubber reinforcement>
Next, the manufacturing method of the lignin derivative for rubber reinforcement mentioned above is demonstrated.
ゴム補強用のリグニン誘導体は、硫黄を含まない薬剤を用いたバイオマス蒸解プロセスにより得られるものであれば、その製造方法は特に限定されない。 The manufacturing method of the lignin derivative for rubber reinforcement is not particularly limited as long as it is obtained by a biomass cooking process using a chemical not containing sulfur.
バイオマス蒸解プロセスには、いくつかの種類が知られており、例えば、クラフト蒸解プロセス、アルカリ蒸解プロセス、サルファイト蒸解プロセス等が多く用いられている。このうち、バイオマスの蒸解に用いる薬剤として、硫黄を含まない薬剤を用いるプロセスであるアルカリ蒸解プロセスは、本発明のゴム補強用のリグニン誘導体を含めたマテリアルとしての利用のためのプロセスとして有用である。 Several types of biomass cooking processes are known. For example, a kraft cooking process, an alkali cooking process, a sulfite cooking process, and the like are often used. Of these, the alkali cooking process, which is a process using a sulfur-free chemical as a chemical for biomass digestion, is useful as a process for use as a material including the lignin derivative for rubber reinforcement of the present invention. .
その理由として、紙パルプ産業においては、一部アルカリ蒸解プロセスが実用されており、かつ主流であるクラフト蒸解プロセスの設備の転用が可能である。一般に、アルカリ蒸解プロセスからはパルプ製造の黒液としてリグニンが得られるが、このリグニンは硫黄が含まないために、ゴム補強用も含めたマテリアルに活用できる可能性がある。 The reason for this is that, in the pulp and paper industry, some alkali cooking processes have been put into practical use, and the mainstream kraft cooking process equipment can be diverted. Generally, lignin is obtained as a black liquor for pulp production from an alkali cooking process, but since this lignin does not contain sulfur, it may be used for materials including rubber reinforcement.
リグニンを含む黒液は、従来、燃料として利活用されてきたが、より付加価値の高いゴム補強用のリグニン誘導体の製造に向けられることは、バイオマスの高付加価値化という観点から意義が深い。さらに近年では木質に含まれる主要三成分を化学品利用する動きがある。よって三成分のトータル利用が比較的に容易であり、さらにゴム補強用のリグニンの製造コストの低コスト化、安定的な入手が可能になる。 Conventionally, black liquor containing lignin has been utilized as a fuel, but it is significant from the viewpoint of increasing the added value of biomass to be directed to the production of lignin derivatives for reinforcing rubber with higher added value. In recent years, there is a movement to use chemicals for the three main components contained in wood. Therefore, the total use of the three components is relatively easy, and the production cost of lignin for rubber reinforcement can be reduced and can be obtained stably.
なお、硫黄を含まない薬剤(アルカリ蒸解液)としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウムを含むアルカリ溶液等が挙げられるが、好ましくは水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液(ソーダ蒸解液)が用いられる。水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液を用いてバイオマスを蒸解したときには、有害物質の発生が抑えられるため、環境負荷の少ない蒸解処理を行うことができる。 In addition, as a chemical | medical agent (alkali cooking liquid) which does not contain sulfur, For example, Although sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, the alkali solution containing sodium carbonate etc. are mentioned, Preferably sodium hydroxide is used as a main component. An aqueous solution (soda cooking liquor) is used. When biomass is digested using an aqueous solution containing sodium hydroxide as a main component, generation of harmful substances can be suppressed, so that cooking with less environmental load can be performed.
アルカリ蒸解液の濃度は、特に限定されないが、2〜25質量%(水溶液)程度であるのが好ましく、4〜15質量%程度であるのがより好ましい。 Although the density | concentration of an alkali cooking liquid is not specifically limited, It is preferable that it is about 2-25 mass% (aqueous solution), and it is more preferable that it is about 4-15 mass%.
また、アルカリ蒸解液に添加される添加剤としては、例えば、硫化ナトリウム、キノン系蒸解助剤、酸素系、過酸化水素系、ポリサルファイド系の各種還元剤が挙げられる。 Examples of the additive added to the alkaline cooking liquid include sodium sulfide, quinone cooking aid, oxygen-based, hydrogen peroxide-based, and polysulfide-based various reducing agents.
また、アルカリ蒸解液の活性アルカリ(対チップ質量)は5〜30%、チップ質量に対する液比は1〜5L/kgであるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the active alkali (vs. chip | tip mass) of an alkali cooking liquid is 5-30%, and the liquid ratio with respect to a chip | tip mass is 1-5 L / kg.
また、アルカリ蒸解プロセスにおける処理温度は140〜180℃であり、処理時間10〜400分間であるのが好ましい。 Moreover, the processing temperature in an alkali cooking process is 140-180 degreeC, and it is preferable that it is processing time 10-400 minutes.
なお、硫黄を含まない薬剤とは、硫化度が5%未満(好ましくは3%以下)であるアルカリ溶液のことをいう。硫化度とは、例えば、アルカリ溶液中の酸化ナトリウム換算した水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムの合計濃度に対する酸化ナトリウム換算した硫化ナトリウム濃度をパーセント表示した数字である。 In addition, the chemical | medical agent which does not contain sulfur means the alkaline solution whose sulfurization degree is less than 5% (preferably 3% or less). The degree of sulfidization is, for example, a numerical value that indicates the sodium sulfide concentration in terms of sodium oxide with respect to the total concentration of sodium hydroxide and sodium sulfide in terms of sodium oxide in the alkaline solution.
また、上述したようなバイオマス蒸解プロセスにより製造されたリグニン誘導体に対し、必要に応じて精製処理、改質処理、溶媒抽出処理等の各種追加処理を施すようにしてもよい。 Moreover, you may make it perform various additional processes, such as a refinement | purification process, a modification | reformation process, and a solvent extraction process, with respect to the lignin derivative manufactured by the biomass cooking process as mentioned above.
例えば、精製処理を施すことにより、バイオマス蒸解プロセスにより製造されたリグニン誘導体を精製することができる。この精製処理は、例えば、バイオマス蒸解プロセスにより得られる黒液(蒸解プロセスにおいて溶解パルプを生成した後の副生成物)を酸性化する工程と、酸性化後の処理物を脱水する工程と、を有する。このような精製処理を経ることにより、黒液に含まれるリグニン誘導体を、高い純度に精製するとともに、固体の状態で回収することができる。このため、固体状態のリグニン誘導体を得ることができる。こうして回収された固体状態のリグニン誘導体は、ゴム補強用のリグニン誘導体、すなわち補強剤としての機能を有するリグニン誘導体として利用可能なものとなる。 For example, the lignin derivative manufactured by the biomass cooking process can be refine | purified by giving a refinement | purification process. This refining process includes, for example, a step of acidifying black liquor (by-product after producing dissolved pulp in the cooking process) obtained by a biomass cooking process, and a step of dehydrating the processed product after acidification. Have. By undergoing such a purification treatment, the lignin derivative contained in the black liquor can be purified to a high purity and recovered in a solid state. For this reason, a solid state lignin derivative can be obtained. The solid lignin derivative recovered in this way can be used as a lignin derivative for rubber reinforcement, that is, a lignin derivative having a function as a reinforcing agent.
また、純度の高いリグニン誘導体は、ゴム組成物を均質に補強し、かつ均質なゴム弾性および優れた引張特性を与え得る点でも有用である。 Moreover, a highly purified lignin derivative is useful also in the point which can reinforce a rubber composition uniformly, and can give a uniform rubber elasticity and the outstanding tensile characteristic.
酸性化する工程では、黒液を酸性化し得る任意の方法、例えば、ギ酸、酢酸のような有機酸や塩酸、硝酸、硫酸のような無機酸を添加する方法、二酸化硫黄、二酸化炭素のようなガスを導入する方法等が用いられる。このうち、酸性化後のリグニン誘導体のゴム補強特性が良好になるという観点から、二酸化炭素を導入する方法が好ましく用いられる。 In the acidifying step, any method capable of acidifying the black liquor, for example, adding an organic acid such as formic acid or acetic acid or an inorganic acid such as hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid, sulfur dioxide, carbon dioxide, etc. A method of introducing gas or the like is used. Among these, a method of introducing carbon dioxide is preferably used from the viewpoint that the rubber reinforcement property of the lignin derivative after acidification becomes good.
処理物を脱水する工程では、処理物中の水分を除去し得る任意の方法、例えば、遠心分離装置、フィルタープレス装置、バンドフィルター、回転フィルター、ドラムフィルター、沈殿タンク等の各種装置を用いた方法が用いられる。なお、本明細書における脱水とは、処理物中に含まれた水のみでなく、水以外の液体も含めて除去することをいう。 In the process of dehydrating the processed product, any method capable of removing moisture in the processed product, for example, a method using various devices such as a centrifugal separator, a filter press device, a band filter, a rotary filter, a drum filter, a precipitation tank, etc. Is used. In addition, dehydration in this specification means removing not only the water contained in the processed material but also liquids other than water.
また、この精製処理は、例えば、特表2008−516100号公報に記載されている方法に基づいて行うことができる。 Moreover, this refinement | purification process can be performed based on the method described in the Japanese translations of PCT publication No. 2008-516100, for example.
一方、改質処理としては、例えば、バイオマス蒸解プロセスにより製造されたリグニン誘導体に対して官能基を導入する処理が挙げられる。例えば、導入する官能基を含む化合物をリグニン誘導体に接触させる処理等が挙げられる。 On the other hand, examples of the reforming treatment include a treatment for introducing a functional group into a lignin derivative produced by a biomass cooking process. For example, the process etc. which contact the compound containing the functional group to introduce | transduce with a lignin derivative are mentioned.
また、溶媒抽出は、バイオマス蒸解プロセスにより製造されたリグニン誘導体を、リグニン誘導体を溶解可能な溶媒に対して溶解させ、その後、主に溶媒可溶分を取り出す処理である。溶媒可溶分を取り出す処理としては、例えば溶媒溶解後の固体残渣を濾過して可溶分を濃縮、乾燥すること等が挙げられる。このような溶媒抽出処理を経たリグニン誘導体は、低分子量で熱溶融性に優れるためゴムに混ざり易く、ゴム補強特性を向上させることができる。また、分子量や物性が均一なものになるため、均質なゴム組成物を調製可能であるという点で有用である。 Solvent extraction is a process in which a lignin derivative produced by a biomass cooking process is dissolved in a solvent capable of dissolving the lignin derivative, and then the solvent-soluble component is mainly extracted. Examples of the process for taking out the solvent-soluble component include filtering the solid residue after dissolving the solvent to concentrate and drying the soluble component. The lignin derivative that has undergone such solvent extraction treatment has a low molecular weight and is excellent in heat melting property, so that it can be easily mixed with rubber and can improve rubber reinforcing properties. Further, since the molecular weight and physical properties become uniform, it is useful in that a homogeneous rubber composition can be prepared.
<リグニン樹脂組成物>
次に、本発明のリグニン樹脂組成物について説明する。
<Lignin resin composition>
Next, the lignin resin composition of the present invention will be described.
本発明のリグニン樹脂組成物は、ゴム補強用のリグニン誘導体と、樹脂と、を含む。このようなリグニン樹脂組成物は、原料ゴムと混合されることにより、ゴム弾性率とヒステリシスロス性とのバランスが良好なゴム組成物を調製し得るものである。 The lignin resin composition of the present invention contains a lignin derivative for rubber reinforcement and a resin. Such a lignin resin composition is capable of preparing a rubber composition having a good balance between rubber elastic modulus and hysteresis loss by being mixed with raw material rubber.
(樹脂)
ゴム補強用のリグニン誘導体と混合される樹脂は、特に限定されないが、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、フラン系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂等が挙げられる。このうち、フェノール系樹脂が好ましく用いられる。フェノール系樹脂とゴム補強用のリグニン誘導体とを混合することにより、フェノール系樹脂とリグニン誘導体とが架橋するため、ゴム組成物として用いたときにゴム補強特性をより向上させることができる。
(resin)
The resin mixed with the lignin derivative for reinforcing rubber is not particularly limited, and examples thereof include phenol resins, epoxy resins, furan resins, urea resins, and melamine resins. Of these, phenol resins are preferably used. By mixing the phenolic resin and the lignin derivative for rubber reinforcement, the phenolic resin and the lignin derivative are cross-linked, so that the rubber reinforcing characteristics can be further improved when used as a rubber composition.
リグニン樹脂組成物における樹脂の添加量は、ゴム補強用のリグニン誘導体100質量部に対し、樹脂が10質量部以上1000質量部以下であるのが好ましく、20質量部以上500質量部以下であるのがより好ましい。このような割合で樹脂を添加することにより、フェノール系樹脂とリグニン誘導体とをより過不足なく架橋させることができる。 The amount of resin added in the lignin resin composition is preferably 10 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less, and 20 parts by mass or more and 500 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the lignin derivative for rubber reinforcement. Is more preferable. By adding the resin at such a ratio, the phenolic resin and the lignin derivative can be crosslinked without excess or deficiency.
また、フェノール系樹脂としては、例えば、フェノール類、または、フェノール類と変性化合物とをアルデヒド類とともに反応させたもの、が挙げられる。このうち、フェノール類としては、例えば、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等のクレゾール類、o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール等のエチルフェノール類、イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、p−tert−ブチルフェノール等のブチルフェノール類、p−tert−アミルフェノール、p−オクチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−クミルフェノール等の長鎖アルキルフェノール類等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the phenolic resin include phenols or those obtained by reacting phenols and a modified compound with aldehydes. Among these, as phenols, for example, cresols such as o-cresol, m-cresol and p-cresol, ethylphenols such as o-ethylphenol, m-ethylphenol and p-ethylphenol, isopropylphenol and butylphenol , Butylphenols such as p-tert-butylphenol, long-chain alkylphenols such as p-tert-amylphenol, p-octylphenol, p-nonylphenol, p-cumylphenol, etc., one or two of these A mixture of seeds or more can be used.
一方、変性化合物としては、例えば、2つ以上の水酸基を分子内に有するカテコール、ピロガロール、ビスフェノールF、ビスフェノールAのような芳香族構造を有する化合物、水酸基を有するナフトールのような多環芳香族構造を有する化合物、メラミン、テルペン類、フルフラールのようなフラン樹脂、桐油、亜麻仁油、カシューオイル、タンニン、トール油のような植物由来成分等が挙げられる。なお、カシューオイル等はフェノール構造を有するために、フェノール系樹脂にはカシュー樹脂も含まれる。 On the other hand, examples of the modifying compound include compounds having an aromatic structure such as catechol, pyrogallol, bisphenol F, and bisphenol A having two or more hydroxyl groups in the molecule, and polycyclic aromatic structures such as naphthol having a hydroxyl group. , Melamine, terpenes, furan resins such as furfural, plant-derived components such as tung oil, linseed oil, cashew oil, tannin, tall oil, and the like. Since cashew oil has a phenol structure, the phenolic resin includes cashew resin.
このうち、フェノール系樹脂は、カシュー変性フェノール樹脂、トール変性フェノール樹脂、アルキル変性フェノール樹脂およびカシュー樹脂のうちの少なくとも1種を含むものであるのが好ましい。このようなフェノール系樹脂は、原料ゴムとの相溶性に優れていることから、原料ゴムと混合したとき均一に分散し、均質なゴム組成物を調製することができると考えられる。すなわち、均質でかつゴム弾性率が大きいゴム組成物を得ることができる。 Among these, the phenolic resin preferably contains at least one of cashew-modified phenol resin, tall-modified phenol resin, alkyl-modified phenol resin, and cashew resin. Since such a phenolic resin is excellent in compatibility with the raw rubber, it is considered that it can be uniformly dispersed when mixed with the raw rubber to prepare a homogeneous rubber composition. That is, a rubber composition that is homogeneous and has a large rubber elastic modulus can be obtained.
なお、カシュー変性フェノール樹脂としては、例えば、側鎖に不飽和二重結合を有するカルダノールやカルドールを含む天然物であるカシューオイルを用い、これをフェノール類およびアルデヒド類とともに縮合または付加反応させて得られるものが挙げられる。また、カシュー変性フェノール樹脂には、ノボラック型とレゾール型があり、いずれも用いられるが、コスト面等を考慮するとノボラック型が好ましく用いられる。 As the cashew-modified phenol resin, for example, cashew oil which is a natural product containing cardanol or cardol having an unsaturated double bond in the side chain is used, and this is obtained by condensation or addition reaction with phenols and aldehydes. Can be mentioned. The cashew-modified phenolic resin includes a novolak type and a resol type, both of which are used. However, considering the cost and the like, the novolak type is preferably used.
また、トール変性フェノール樹脂は、トール油により変性したフェノール樹脂である。トール油が有する不飽和脂肪酸の二重結合がフェノール樹脂のフェノール環等と結合した形態や、フェノール樹脂中にトール油が分散混合した形態、あるいは、これらが混合した形態になっていると考えられる。 The tall-modified phenol resin is a phenol resin modified with tall oil. It is thought that the form in which the double bond of unsaturated fatty acid in tall oil is bonded to the phenol ring of the phenol resin, the form in which tall oil is dispersed and mixed in the phenol resin, or the form in which these are mixed .
また、アルキル変性フェノール樹脂としては、例えば、ビスフェノールA、または、ノニルフェノール、オクチルフェノール、ドデシルフェノールのようなアルキル基を有するフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるものが挙げられる。 Examples of the alkyl-modified phenol resin include those obtained by reacting aldehydes with phenols having an alkyl group such as bisphenol A or nonylphenol, octylphenol, and dodecylphenol.
また、カシュー樹脂としては、例えば、側鎖に不飽和二重結合を有するカルダノールやカルドールを含む天然物であるカシューオイルもしくはその重合物、または、アルデヒド類や糖類で反応させた重合物等が挙げられる。 Examples of the cashew resin include cashew oil or a polymer thereof, which is a natural product containing cardanol or cardol having an unsaturated double bond in the side chain, or a polymer reacted with an aldehyde or a saccharide. It is done.
なお、フェノール類と変性化合物とを反応させる際には、触媒として、例えば、塩酸、硫酸、リン酸、亜リン酸のような無機酸類、蓚酸、ジエチル硫酸、パラトルエンスルホン酸、有機ホスホン酸のような有機酸類、酢酸亜鉛のような金属塩類等を、1種または2種以上組み合わせて用いることができる。 In addition, when the phenols and the modified compound are reacted, examples of the catalyst include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, oxalic acid, diethyl sulfuric acid, paratoluenesulfonic acid, and organic phosphonic acid. Such organic acids, metal salts such as zinc acetate, and the like can be used alone or in combination of two or more.
このようなフェノール系樹脂の分子量は、特に限定されないが、数平均分子量で400〜5000程度であるのが好ましく、500〜3000程度であるのがより好ましい。フェノール系樹脂の数平均分子量を前記範囲内に設定することで、フェノール系樹脂の取り扱い性が良好になる。なお、フェノール系樹脂の平均分子量が前記下限値を下回ると、フェノール系樹脂の組成によっては、フェノール系樹脂が高粘度な粘凋の物質になったり、固体化しても環境によって固結し易くなったりするおそれがある。一方、フェノール系樹脂の平均分子量が前記上限値を上回ると、フェノール系樹脂の組成によっては、フェノール系樹脂が溶媒に溶解し難くなったり、配合物との相溶性が低下したりするおそれがある。 Although the molecular weight of such a phenol-type resin is not specifically limited, It is preferable that it is about 400-5000 in a number average molecular weight, and it is more preferable that it is about 500-3000. By setting the number average molecular weight of the phenolic resin within the above range, the handleability of the phenolic resin is improved. If the average molecular weight of the phenolic resin is below the lower limit, depending on the composition of the phenolic resin, the phenolic resin becomes a highly viscous material, or even when solidified, it tends to solidify depending on the environment. There is a risk of On the other hand, if the average molecular weight of the phenolic resin exceeds the upper limit, depending on the composition of the phenolic resin, the phenolic resin may be difficult to dissolve in the solvent, or the compatibility with the compound may be reduced. .
なお、フェノール系樹脂の数平均分子量は、前述したリグニン誘導体と同様の方法を用いて測定することができる。 In addition, the number average molecular weight of a phenol-type resin can be measured using the method similar to the lignin derivative mentioned above.
このような樹脂とゴム補強用のリグニン誘導体とを用いて得られるリグニン樹脂組成物の形態は、特に限定されないが、例えば、粉末状、粒状、ペレット状、ワニス状等が挙げられる。なお、原料ゴムと混合する際の取り扱い性の観点から、リグニン樹脂組成物の形態は、粒状またはペレット状であるのが好ましい。 The form of the lignin resin composition obtained using such a resin and a lignin derivative for reinforcing rubber is not particularly limited, and examples thereof include powder, granules, pellets, and varnishes. In addition, from a viewpoint of the handleability at the time of mixing with raw material rubber, it is preferable that the form of a lignin resin composition is a granular form or a pellet form.
また、本発明のゴム組成物は、この他に、後述するような充填剤や架橋剤、その他の成分を含んでいてもよい。 In addition, the rubber composition of the present invention may further contain a filler, a crosslinking agent, and other components as described later.
また、リグニン樹脂組成物中の固形分濃度は、特に制限されないが、一例として60〜98質量%程度とされ、好ましくは70〜95質量%程度とされる。 Moreover, the solid content concentration in the lignin resin composition is not particularly limited, but is, for example, about 60 to 98% by mass, preferably about 70 to 95% by mass.
<リグニン樹脂組成物の製造方法>
次に、前述したリグニン樹脂組成物の製造方法について説明する。
<Method for producing lignin resin composition>
Next, the manufacturing method of the lignin resin composition mentioned above is demonstrated.
リグニン樹脂組成物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、混練機に上述した原料を投入し、混練する方法が挙げられる。なお、必要に応じて、任意の原料を予備混合した後、混練するようにしてもよい。また、上述した原料を混練する順序は、特に限定されず、全ての原料を同時に混練してもよく、任意の順序で順次混練するようにしてもよい。
混練機としては、例えば、ミキサー、ニーダー、ロール等が挙げられる。
Although the manufacturing method of a lignin resin composition is not specifically limited, For example, the raw material mentioned above is thrown into a kneader and the method of kneading | mixing is mentioned. If necessary, any raw materials may be premixed and then kneaded. Further, the order of kneading the raw materials described above is not particularly limited, and all the raw materials may be kneaded at the same time, or may be kneaded sequentially in an arbitrary order.
Examples of the kneader include a mixer, a kneader, and a roll.
また、混練するときには、必要に応じて、加熱してもよいし、有機溶媒を用いるようにしてもよい。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、キノリン、シクロペンタノン、m−クレゾール、クロロホルム等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 Moreover, when kneading | mixing, you may make it heat or use an organic solvent as needed. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol, propanol, butanol, methyl cellosolve, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and quinoline. , Cyclopentanone, m-cresol, chloroform and the like, and one or a mixture of two or more of these is used.
<ゴム組成物>
次に、本発明のゴム組成物について説明する。
<Rubber composition>
Next, the rubber composition of the present invention will be described.
本発明のゴム組成物は、少なくとも原料ゴムと、前述したゴム補強用のリグニン誘導体と、を含む。あるいは、本発明のゴム組成物は、少なくとも原料ゴムと、前述したリグニン樹脂組成物と、を含む。このようなゴム組成物は、ゴム弾性率とヒステリシスロス性とのバランスが良好なものとなる。このようなゴム組成物は、例えば良好な操縦安定性と転がり抵抗の低減とを両立し得るタイヤ用ゴム組成物として有用なものとなる。 The rubber composition of the present invention includes at least a raw rubber and the above-described lignin derivative for reinforcing rubber. Alternatively, the rubber composition of the present invention includes at least a raw rubber and the above-described lignin resin composition. Such a rubber composition has a good balance between rubber elastic modulus and hysteresis loss. Such a rubber composition is useful, for example, as a tire rubber composition capable of achieving both good steering stability and reduction in rolling resistance.
(原料ゴム)
原料ゴムとしては、例えば、各種天然ゴム、各種合成ゴム等が挙げられる。具体的には、天然ゴム(NR)、改質天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。特に、耐外傷性、耐摩耗性、耐疲労特性および耐屈曲亀裂成長性等の特性に優れることから、天然ゴム(NR)、改質天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびブタジエンゴム(BR)のうちから選択される1種以上のゴムが好ましく用いられ、さらに、入手のし易さの点で、天然ゴムおよびブタジエンゴム(BR)のうちの少なくとも1種がより好ましく用いられる。
(Raw material rubber)
Examples of the raw rubber include various natural rubbers and various synthetic rubbers. Specifically, natural rubber (NR), modified natural rubber, styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), butyl rubber (IIR), ethylene propylene diene rubber (EPDM), acrylonitrile butadiene Examples thereof include rubber (NBR), chloroprene rubber (CR) and the like, and one or more of these can be used in combination. In particular, natural rubber (NR), modified natural rubber, styrene butadiene rubber (SBR), and butadiene rubber (BR) are superior in properties such as trauma resistance, wear resistance, fatigue resistance, and flex crack growth resistance. One or more rubbers selected from among these are preferably used, and at least one of natural rubber and butadiene rubber (BR) is more preferably used from the viewpoint of availability.
スチレンブタジエンゴム(SBR)およびブタジエンゴム(BR)を配合する場合、SBRおよびBRの含有率は、ゴム組成物中でそれぞれ50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。SBRおよびBRの含有率が前記上限値以下である場合、ゴム組成物中の石油資源比率を低く抑え、環境への負荷をより小さくすることができる。 When blending styrene butadiene rubber (SBR) and butadiene rubber (BR), the content of SBR and BR is preferably 50% by mass or less in the rubber composition, more preferably 30% by mass or less. preferable. When the SBR and BR content is less than or equal to the above upper limit, the ratio of petroleum resources in the rubber composition can be kept low, and the burden on the environment can be further reduced.
また、本発明のゴム組成物は、アルコキシル基、アルコキシシリル基、エポキシ基、グリシジル基、カルボニル基、エステル基、ヒドロキシ基、アミノ基、およびシラノール基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を含む官能基含有天然ゴム(改質天然ゴム)、ならびに、官能基含有ジエン系ゴムのうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。天然ゴムおよびジエン系ゴムがこれらの官能基を含む場合、これらの原料ゴムが充填剤の表面と反応または相互作用することにより、ゴム組成物中の充填剤の分散性が良好になる。 Further, the rubber composition of the present invention has at least one functional group selected from the group consisting of alkoxyl groups, alkoxysilyl groups, epoxy groups, glycidyl groups, carbonyl groups, ester groups, hydroxy groups, amino groups, and silanol groups. It may contain at least one of a functional group-containing natural rubber containing a group (modified natural rubber) and a functional group-containing diene rubber. When natural rubber and diene rubber contain these functional groups, these raw rubbers react or interact with the surface of the filler, thereby improving the dispersibility of the filler in the rubber composition.
なお、上述した官能基は、原料ゴムの0.001〜80モル%の割合で含まれているのが好ましく、0.01〜50モル%の割合で含まれているのがより好ましく、0.02〜25モル%の割合で含まれているのがさらに好ましい。官能基の含有量が前記範囲内であれば、充填剤の表面と反応または相互作用する効果がより良好に得られるとともに、未加硫ゴム(加硫剤を含まないゴム組成物)の製造時の粘度上昇が抑えられ、加工性が良好となる。 In addition, it is preferable that the functional group mentioned above is contained in the ratio of 0.001-80 mol% of raw material rubber, and it is more preferable that it is contained in the ratio of 0.01-50 mol%, and 0.0. More preferably, it is contained at a ratio of 02 to 25 mol%. If the content of the functional group is within the above range, the effect of reacting with or interacting with the surface of the filler can be obtained better, and at the time of producing unvulcanized rubber (rubber composition not containing a vulcanizing agent) The increase in the viscosity is suppressed, and the processability is improved.
原料ゴムに上述した官能基を含ませる方法としては、例えば、炭化水素溶媒中で有機リチウム開始剤を用いて重合されたスチレン−ブタジエン共重合体の重合末端に官能基を導入する方法や、天然ゴムあるいはジエン系ゴムをクロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法等の方法によりエポキシ化する方法等が挙げられる。 Examples of the method of incorporating the above-described functional group into the raw rubber include, for example, a method of introducing a functional group into the polymerization terminal of a styrene-butadiene copolymer polymerized using an organolithium initiator in a hydrocarbon solvent, Examples thereof include a method of epoxidizing rubber or diene rubber by a method such as a chlorohydrin method, a direct oxidation method, a hydrogen peroxide method, an alkyl hydroperoxide method, or a peracid method.
本発明のゴム組成物では、天然ゴム、改質天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびブタジエンゴム(BR)のうちの少なくとも1種が原料ゴムの50〜100質量%を占めるように、ゴム成分の配合が設定されているのが好ましい。ゴム成分の配合が前記範囲内に設定されると、ゴム弾性率(貯蔵弾性率E’)を高めることができ、かつ、ヒステリシスロス性(60℃付近の損失正接tanδ)を低減させることができる。これにより、例えば良好な操縦安定性と転がり抵抗の低減とを両立し得るタイヤ用のゴム組成物を得ることができる。 In the rubber composition of the present invention, the rubber component is such that at least one of natural rubber, modified natural rubber, styrene butadiene rubber (SBR) and butadiene rubber (BR) accounts for 50 to 100% by mass of the raw rubber. Is preferably set. When the composition of the rubber component is set within the above range, the rubber elastic modulus (storage elastic modulus E ′) can be increased, and the hysteresis loss (loss tangent tan δ near 60 ° C.) can be reduced. . Thereby, for example, it is possible to obtain a rubber composition for tires that can achieve both good steering stability and reduction in rolling resistance.
なお、環境負荷を低減させるという観点からは、天然ゴムや改質天然ゴムの割合を高めることが望ましいが、これらにスチレンブタジエンゴム(SBR)やブタジエンゴム(BR)等の他のゴム成分を添加することにより、ゴム組成物の耐摩耗性や耐屈曲亀裂成長性をより高めることができるので、このような観点に基づいてゴム成分を選択すればよい。 From the viewpoint of reducing environmental impact, it is desirable to increase the proportion of natural rubber and modified natural rubber, but other rubber components such as styrene butadiene rubber (SBR) and butadiene rubber (BR) are added to these. By doing so, the wear resistance and flex crack growth resistance of the rubber composition can be further increased, and therefore the rubber component may be selected based on such a viewpoint.
原料ゴムの添加量は、特に限定されないが、ゴム補強用のリグニン誘導体と樹脂の合計100質量部に対して、100質量部以上10000質量部以下であるのが好ましく、200質量部以上5000質量部以下であるのがより好ましく、300質量部以上2000質量部以下であるのがさらに好ましい。原料ゴムの添加量を前記範囲内に設定することで、ゴム組成物の補強効果を十分に確保しつつ、ゴム組成物の硬度が高くなり過ぎて伸びが小さくなるのを抑制することができる。 The addition amount of the raw rubber is not particularly limited, but is preferably 100 parts by mass or more and 10000 parts by mass or less, and 200 parts by mass or more and 5000 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the lignin derivative for rubber reinforcement and the resin. More preferably, it is more preferably 300 parts by mass or more and 2000 parts by mass or less. By setting the addition amount of the raw rubber within the above range, it is possible to suppress the elongation of the rubber composition from being excessively increased due to the hardness of the rubber composition being sufficiently secured while ensuring the reinforcing effect of the rubber composition.
(充填剤)
また、本発明のゴム組成物は、上述した成分の他に、充填剤を含んでいてもよい。
(filler)
Moreover, the rubber composition of this invention may contain the filler other than the component mentioned above.
充填剤としては、樹脂組成物やゴム組成物において通常用いられるものを採用できる。具体的には、カーボンブラック、シリカ、アルミナおよびセルロースファイバーよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられ、特にシリカおよびカーボンブラックから選択される少なくとも1種が好ましく用いられる。これらの充填剤を用いることにより、ゴム弾性率(貯蔵弾性率E’)を高めるとともに、ヒステリシスロス性(60℃付近の損失正接tanδ)を低減させることができる。 As the filler, those usually used in resin compositions and rubber compositions can be employed. Specific examples include at least one selected from the group consisting of carbon black, silica, alumina, and cellulose fiber. Particularly, at least one selected from silica and carbon black is preferably used. By using these fillers, it is possible to increase the rubber elastic modulus (storage elastic modulus E ′) and reduce the hysteresis loss (loss tangent tan δ near 60 ° C.).
充填剤の含有量は、原料ゴム100質量部に対して、10〜150質量部であるのが好ましい。充填剤の含有量を前記下限値以上に設定することで、ゴム組成物のゴム弾性率を高めることができる。一方、充填剤の含有量を前記上限値以下に設定することで、ゴム弾性率が過度に上昇するのを抑制し、ゴム組成物の調製時の加工性を高めるとともに、ゴム組成物中の充填剤の分散性が悪化することによる耐摩耗性や破断伸び等の低下を抑制することができる。また、ゴム組成物のヒステリシスロス性の増大を抑制することができる。 The content of the filler is preferably 10 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw rubber. The rubber elastic modulus of the rubber composition can be increased by setting the filler content to the lower limit value or more. On the other hand, by setting the filler content to the upper limit value or less, the rubber elastic modulus is prevented from excessively increasing, and the processability during the preparation of the rubber composition is improved, and the filling in the rubber composition is performed. It is possible to suppress a decrease in wear resistance, elongation at break and the like due to deterioration of the dispersibility of the agent. Moreover, the increase in the hysteresis loss property of a rubber composition can be suppressed.
特に充填剤としてシリカが配合される場合、原料ゴム100質量部に対して、シリカを3〜150質量部の割合で配合するとともに、シランカップリング剤を、シリカの含有量の1〜20質量%の割合で配合するのが好ましい。ゴム組成物において、原料ゴム100質量部に対するシリカの含有量を前記下限値以上に設定することで、ゴム組成物のゴム弾性率を高めることができる。一方、原料ゴム100質量部に対するシリカの含有量を前記上限値以下に設定することで、ゴム弾性率が過度に上昇するのを抑制しつつ、ゴム組成物の調製時の加工性を高めるとともに、ゴム組成物中の充填剤の分散性が悪化することによる耐摩耗性や破断伸び等の低下を抑制することができる。また、ゴム組成物のヒステリシスロス性の増大を抑制することができる。 In particular, when silica is blended as a filler, the silica is blended at a ratio of 3 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the raw rubber, and the silane coupling agent is 1 to 20% by weight of the silica content. It is preferable to mix | blend in the ratio. In the rubber composition, the rubber elastic modulus of the rubber composition can be increased by setting the silica content with respect to 100 parts by mass of the raw rubber to the lower limit value or more. On the other hand, by setting the content of silica relative to 100 parts by mass of the raw rubber to be equal to or less than the above upper limit, while suppressing the rubber elastic modulus from rising excessively, while improving the workability at the time of preparing the rubber composition, It is possible to suppress a decrease in abrasion resistance, elongation at break and the like due to deterioration of the dispersibility of the filler in the rubber composition. Moreover, the increase in the hysteresis loss property of a rubber composition can be suppressed.
なお、シリカの含有量は、原料ゴム100質量部に対して5〜100質量部の割合であるのがより好ましく、10〜80質量部の割合であるのがさらに好ましい。 In addition, as for content of a silica, it is more preferable that it is a ratio of 5-100 mass parts with respect to 100 mass parts of raw rubber, and it is further more preferable that it is a ratio of 10-80 mass parts.
シリカとしては、従来ゴム補強用として慣用されているものが使用可能であり、例えば、乾式法シリカ、湿式法シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。特に、窒素吸着比表面積(N2SA)が20〜600m2/gであるものが好ましく用いられ、40〜500m2/gであるものがより好ましく用いられ、50〜450m2/gであるものがさらに好ましく用いられる。シリカのN2SAが前記下限値以上である場合、ゴム組成物に対する補強効果が大きくなる。一方、シリカのN2SAが前記上限値以下である場合、ゴム組成物中でのシリカの分散性が良好になり、例えば低ヒステリシスロス性に優れたゴム組成物を得ることができる。 As silica, those conventionally used for reinforcing rubber can be used, and examples thereof include dry method silica, wet method silica, colloidal silica and the like. In particular, those having a nitrogen adsorption specific surface area (N2SA) of 20 to 600 m 2 / g are preferably used, those having 40 to 500 m 2 / g are more preferably used, and those having 50 to 450 m 2 / g are further used. Preferably used. When N2SA of silica is not less than the lower limit, the reinforcing effect on the rubber composition is increased. On the other hand, when N2SA of silica is not more than the above upper limit value, the dispersibility of silica in the rubber composition becomes good, and for example, a rubber composition excellent in low hysteresis loss can be obtained.
また、充填剤は、上述したものに限定されない。充填剤の構成材料としては、例えば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラスのようなケイ酸塩、酸化チタン、アルミナのような酸化物、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイトのような炭酸塩、酸化亜鉛、酸化マグネシウムのような酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムのような水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウムのような硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウムのようなホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素のような窒化物等が挙げられる。そして、充填剤には、これらの材料で構成された粉末や粒子、繊維片等が用いられる。 Moreover, a filler is not limited to what was mentioned above. Examples of the constituent material of the filler include talc, fired clay, unfired clay, mica, silicates such as glass, oxides such as titanium oxide and alumina, magnesium silicate, calcium carbonate, magnesium carbonate, hydro Carbonates such as talcite, oxides such as zinc oxide and magnesium oxide, hydroxides such as aluminum hydroxide, magnesium hydroxide and calcium hydroxide, sulfates such as barium sulfate, calcium sulfate and calcium sulfite Alternatively, borates such as sulfite, zinc borate, barium metaborate, aluminum borate, calcium borate, sodium borate, nitrides such as aluminum nitride, boron nitride, and silicon nitride can be given. And the powder, particle | grains, fiber piece, etc. which were comprised with these materials are used for a filler.
この他、炭素繊維のような無機充填剤、木粉、パルプ粉砕粉、布粉砕粉、熱硬化性樹脂硬化物粉、アラミド繊維、タルクのような有機充填剤等も、本発明のリグニン樹脂組成物に含まれる充填剤として利用可能である。 In addition, organic fillers such as inorganic fillers such as carbon fiber, wood powder, pulp pulverized powder, cloth pulverized powder, thermosetting resin cured powder, aramid fiber, and talc are also included in the lignin resin composition of the present invention. It can be used as a filler contained in a product.
(架橋剤)
また、本発明のゴム組成物は、上述した成分の他に、架橋剤を含んでいてもよい。
(Crosslinking agent)
Moreover, the rubber composition of this invention may contain the crosslinking agent other than the component mentioned above.
架橋剤としては、原料ゴムおよびゴム補強用のリグニン誘導体のいずれか一方または双方と架橋し得るものであれば、特に限定されないが、下記式(4)で表される化合物を含むものが好ましく用いられる。 The cross-linking agent is not particularly limited as long as it can cross-link either one or both of the raw rubber and the rubber-reinforcing lignin derivative, but preferably includes a compound represented by the following formula (4). It is done.
このような化合物を含むゴム組成物は、硬化後の機械的特性に優れるとともに、硬化物の耐久性および外観の向上に寄与する。これは、架橋剤中に含まれる上記式(4)で表される化合物が、多官能性の架橋点を形成し得るため、ゴム補強用のリグニン誘導体を高密度かつ均一に架橋し、均質で剛直な骨格を形成するからである。剛直な骨格によって硬化物の機械的特性および耐久性(耐煮沸性等)が向上するとともに、膨れや亀裂等の発生が抑制されるため硬化物の外観も向上することとなる。 A rubber composition containing such a compound is excellent in mechanical properties after curing, and contributes to improvement in durability and appearance of the cured product. This is because the compound represented by the above formula (4) contained in the cross-linking agent can form a polyfunctional cross-linking point. Therefore, the lignin derivative for rubber reinforcement is cross-linked uniformly and uniformly. This is because a rigid skeleton is formed. The rigid skeleton improves the mechanical properties and durability (boiling resistance, etc.) of the cured product, and also suppresses the occurrence of blisters and cracks, thereby improving the appearance of the cured product.
また、−CH2ORは、前述したようにメラミン残基の窒素原子、尿素残基の1級アミノ基の窒素原子、グリコリル残基の2級アミノ基の窒素原子、イミダゾリジノン残基の2級アミノ基の窒素原子および芳香環残基の芳香環の炭素原子のうちのいずれかに直接結合しているが、同一の窒素原子または炭素原子に2つ以上の「−CH2OR」が結合している場合、そのうちの少なくとも1つの「−CH2OR」が含む「R」はアルキル基であるのが好ましい。これにより、リグニン誘導体(A)を確実に架橋させることができる。 In addition, as described above, —CH 2 OR is a nitrogen atom of a melamine residue, a nitrogen atom of a primary amino group of a urea residue, a nitrogen atom of a secondary amino group of a glycolyl residue, or 2 of an imidazolidinone residue. It is directly bonded to either the nitrogen atom of the primary amino group or the carbon atom of the aromatic ring residue, but two or more “—CH 2 OR” are bonded to the same nitrogen atom or carbon atom. In this case, it is preferable that “R” included in at least one of “—CH 2 OR” is an alkyl group. Thereby, a lignin derivative (A) can be bridge | crosslinked reliably.
なお、本明細書においてメラミン残基とは、下記式(A)で表されるメラミン骨格を有する基のことをいう。 In this specification, the melamine residue refers to a group having a melamine skeleton represented by the following formula (A).
また、本明細書において尿素残基とは、下記式(B)で表される尿素骨格を有する基のことをいう。 In this specification, the urea residue refers to a group having a urea skeleton represented by the following formula (B).
また、本明細書においてグリコリル残基とは、下記式(C)で表されるグリコリル骨格を有する基のことをいう。 In this specification, the glycolyl residue refers to a group having a glycolyl skeleton represented by the following formula (C).
また、本明細書においてイミダゾリジノン残基とは、下記式(D)で表されるイミダゾリジノン骨格を有する基のことをいう。 In the present specification, the imidazolidinone residue refers to a group having an imidazolidinone skeleton represented by the following formula (D).
また、本明細書において芳香環残基とは、芳香環(ベンゼン環)を有する基のことをいう。 In this specification, an aromatic ring residue refers to a group having an aromatic ring (benzene ring).
また、上記式(4)で表される化合物としては、特に、下記式(5)〜(8)のうちのいずれかで表される化合物が好ましく用いられる。これらは、ゴム補強用のリグニン誘導体中のフェノール骨格に含まれる芳香環上の架橋反応点に対して反応し、リグニン誘導体を確実に架橋するとともに、官能基同士の自己縮合反応により自己架橋を生じる。その結果、特に均質で剛直な骨格を有し、機械的特性、耐久性および外観に優れた硬化物が得られる。 Moreover, especially as a compound represented by the said Formula (4), the compound represented by either of following formula (5)-(8) is used preferably. These react with the cross-linking reaction points on the aromatic ring contained in the phenol skeleton in the lignin derivative for rubber reinforcement, thereby surely cross-linking the lignin derivative and causing self-crosslinking by self-condensation reaction between functional groups. . As a result, a cured product having a particularly homogeneous and rigid skeleton and excellent in mechanical properties, durability and appearance can be obtained.
また、上記式(5)で表される化合物としては、特に、下記式(9)または下記式(10)で表される化合物が好ましく用いられる。これらは、リグニン誘導体中のフェノール骨格に含まれる芳香環上の架橋反応点に対して反応しリグニン誘導体を特に確実に架橋するとともに、官能基同士の自己縮合反応により自己架橋を生じる。その結果、とりわけ均質で剛直な骨格を有し、機械的特性、耐久性および外観に優れた硬化物が得られる。 As the compound represented by the above formula (5), a compound represented by the following formula (9) or the following formula (10) is particularly preferably used. These react with a crosslinking reaction point on the aromatic ring contained in the phenol skeleton in the lignin derivative to particularly surely crosslink the lignin derivative and cause self-crosslinking by self-condensation reaction between functional groups. As a result, a cured product having a particularly uniform and rigid skeleton and excellent mechanical properties, durability and appearance can be obtained.
また、上記架橋剤は、上記式(4)で表される化合物に代えて、またはこの化合物とともに、ヘミサメチレンテトラミン、キヌクリジンおよびピジンのうちの少なくとも1種の化合物を含むものであってもよい。このような架橋剤を含む硬化物は、機械的強度に優れるとともに、耐久性および外観の高いものとなる。これは、ヘキサメチレンテトラミン、キヌクリジンおよびピジンがゴム補強用のリグニン誘導体を高密度かつ均一に架橋し、均質で剛直な骨格を形成するからである。 The cross-linking agent may contain at least one compound of hemisamethylenetetramine, quinuclidine, and pidgin instead of or together with the compound represented by the formula (4). . A cured product containing such a cross-linking agent has excellent mechanical strength and high durability and appearance. This is because hexamethylenetetramine, quinuclidine, and pidgin cross-link the lignin derivative for rubber reinforcement uniformly and densely to form a homogeneous and rigid skeleton.
また、架橋剤には、上記化合物以外の架橋剤成分が含まれていてもよい。上記化合物以外の架橋剤成分としては、例えば、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ化グリセリン、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化大豆油のようなエポキシ樹脂、ヘキサメチレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネートのようなイソシアネート化合物、リグニン誘導体の芳香環に対し親電子置換反応して架橋し得る化合物として、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラールのようなアルデヒド類、ポリオキシメチレンのようなアルデヒド源、レゾール型フェノール樹脂等の通常のフェノール樹脂で公知の架橋剤、リグニン誘導体の芳香環に対し親電子置換反応して架橋し得る化合物等を挙げることができる。そして、架橋剤中におけるこれらの架橋剤成分の含有率は、架橋反応前において80質量%以上であるのが好ましい。 The crosslinking agent may contain a crosslinking agent component other than the above compound. Examples of the cross-linking agent component other than the above compound include, for example, orthocresol novolac epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, epoxidized glycerin, epoxidized linseed oil, epoxy resin such as epoxidized soybean oil, hexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate. Isocyanate compounds, compounds that can be cross-linked by electrophilic substitution reaction on aromatic rings of lignin derivatives, aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, paraformaldehyde, furfural, aldehyde sources such as polyoxymethylene, resol type phenol Examples of the conventional phenol resin such as a resin include a known crosslinking agent and a compound that can be crosslinked by electrophilic substitution reaction on the aromatic ring of the lignin derivative. And it is preferable that the content rate of these crosslinking agent components in a crosslinking agent is 80 mass% or more before crosslinking reaction.
なお、架橋剤の添加量は、特に限定されないが、ゴム補強用のリグニン誘導体100質量部に対して、5〜120質量部であるのが好ましく、10〜100質量部であるのがより好ましい。 The addition amount of the crosslinking agent is not particularly limited, but is preferably 5 to 120 parts by mass, and more preferably 10 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the lignin derivative for rubber reinforcement.
(その他の成分)
また、本発明のゴム組成物は、上述した成分の他に、その他の成分を含んでいてもよい。
(Other ingredients)
The rubber composition of the present invention may contain other components in addition to the components described above.
その他の成分としては、例えば、軟化剤、粘着付与剤、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、老化防止剤、硫黄その他の加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、過酸化物、酸化亜鉛、ステアリン酸等が挙げられる。 Examples of other components include softeners, tackifiers, antioxidants, ozone degradation inhibitors, anti-aging agents, sulfur and other vulcanizing agents, vulcanization accelerators, vulcanization accelerators, peroxides, Examples include zinc oxide and stearic acid.
加硫剤としては、例えば、有機過酸化物または硫黄系加硫剤を使用できる。
このうち、有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、1,3−ビス(t−ブチルパーオキシプロピル)ベンゼン等が挙げられる。
As the vulcanizing agent, for example, an organic peroxide or a sulfur vulcanizing agent can be used.
Among these, examples of the organic peroxide include benzoyl peroxide, dicumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, t-butyl cumyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, cumene hydroperoxide, and 2,5-dimethyl. -2,5-di (t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) ) Hexin-3,1,3-bis (t-butylperoxypropyl) benzene and the like.
一方、硫黄系加硫剤としては、例えば、硫黄、モルホリンジスルフィド等が挙げられる。これらの中では特に硫黄が好ましく用いられる。 On the other hand, examples of the sulfur-based vulcanizing agent include sulfur and morpholine disulfide. Of these, sulfur is particularly preferably used.
加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、キサンテート系の各種加硫促進剤等が挙げられ、これらのうち少なくとも1種を含むものが用いられる。 Examples of the vulcanization accelerator include sulfenamide, thiazole, thiuram, thiourea, guanidine, dithiocarbamic acid, aldehyde-amine, aldehyde-ammonia, imidazoline, and xanthate vulcanization accelerators. An agent etc. are mentioned, and the thing containing at least 1 sort is used among these.
老化防止剤としては、例えば、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックス等が適宜選択されて用いられる。 As the anti-aging agent, for example, amine-based, phenol-based, and imidazole-based compounds, carbamic acid metal salts, waxes, and the like are appropriately selected and used.
本発明のゴム組成物は、さらに、ステアリン酸、酸化亜鉛といったような、通常ゴム工業にて使用される配合剤を適宜配合することができる。 The rubber composition of the present invention can further be appropriately mixed with compounding agents usually used in the rubber industry, such as stearic acid and zinc oxide.
また、ゴム組成物中の固形分濃度は、特に制限されないが、一例として60〜98質量%程度とされ、好ましくは70〜95質量%程度とされる。 Moreover, the solid content concentration in the rubber composition is not particularly limited, but is, for example, about 60 to 98% by mass, and preferably about 70 to 95% by mass.
このようなゴム組成物は、従来のゴム組成物のあらゆる用途に適用可能であり、具体的には、タイヤ、ベルト、ゴムクローラー、防振ゴム、靴等の用途に適用可能である。 Such a rubber composition can be applied to all uses of conventional rubber compositions, and specifically, can be applied to uses such as tires, belts, rubber crawlers, anti-vibration rubbers, and shoes.
<ゴム組成物の製造方法>
次に、前述したゴム組成物の製造方法について説明する。
<Method for producing rubber composition>
Next, the manufacturing method of the rubber composition described above will be described.
ゴム組成物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、原料ゴムと、ゴム補強用のリグニン誘導体と、その他の原料と、を混練する工程を含む。なお、必要に応じて、任意の原料を予備混合した後、混練するようにしてもよい。また、上述した原料を混練する順序は、特に限定されず、全ての原料を同時に混練してもよく、任意の順序で順次混練するようにしてもよい。 Although the manufacturing method of a rubber composition is not specifically limited, For example, the process of kneading | mixing raw material rubber | gum, the lignin derivative for rubber reinforcement, and another raw material is included. If necessary, any raw materials may be premixed and then kneaded. Further, the order of kneading the raw materials described above is not particularly limited, and all the raw materials may be kneaded at the same time, or may be kneaded sequentially in an arbitrary order.
混練機としては、例えば、ミキサー、ニーダー、ロール等が挙げられる。
また、混練するときには、必要に応じて、有機溶媒を用いるようにしてもよい。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、キノリン、シクロペンタノン、m−クレゾール、クロロホルム等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。
Examples of the kneader include a mixer, a kneader, and a roll.
Further, when kneading, an organic solvent may be used as necessary. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol, propanol, butanol, methyl cellosolve, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and quinoline. , Cyclopentanone, m-cresol, chloroform and the like, and one or a mixture of two or more of these is used.
ここで、ゴム組成物の製造方法の一例を工程ごとに説明する。
まず、(1)ゴム補強用のリグニン誘導体と樹脂とを混合し、混合樹脂を得る。
Here, an example of the manufacturing method of a rubber composition is demonstrated for every process.
First, (1) a rubber-reinforced lignin derivative and a resin are mixed to obtain a mixed resin.
次に、(2)原料ゴムと、混合樹脂と、任意成分(加硫剤および加硫促進剤を除く。)とを、密閉式混練機により混練して、加硫系を含有していないゴム組成物(未加硫のゴム組成物)を得る。このとき、混練条件(混練温度、混練時間等)は混練機に応じて適宜設定される。 Next, (2) rubber containing no vulcanization system by kneading raw material rubber, mixed resin and optional components (excluding vulcanizing agent and vulcanization accelerator) with a closed kneader. A composition (unvulcanized rubber composition) is obtained. At this time, kneading conditions (kneading temperature, kneading time, etc.) are appropriately set according to the kneader.
次に、(3)上記(2)により得られたゴム組成物に対し、オープンロール等のロール類を含む前記混練機を用いて加硫剤および加硫促進剤を添加し、再度混練して、加硫系を含有するゴム組成物を得る。 Next, (3) A vulcanizing agent and a vulcanization accelerator are added to the rubber composition obtained by the above (2) using the kneader including rolls such as an open roll, and kneaded again. A rubber composition containing a vulcanization system is obtained.
<ゴム組成物の硬化方法>
次に、ゴム組成物の硬化物を得る工程について説明する。
<Method of curing rubber composition>
Next, a process for obtaining a cured product of the rubber composition will be described.
ゴム組成物の硬化物は、ゴム組成物を成形し、硬化させることによって得ることができる。成形方法は、用途によって異なるため、特に限定されるものではないが、金型を用いて成形する場合は、作製したゴム組成物を、油圧プレスを備えた金型を用いて成形する方法である。これにより、目的の形状に成形されたゴム組成物の硬化物を得る。 A cured product of the rubber composition can be obtained by molding and curing the rubber composition. The molding method is not particularly limited because it varies depending on the application, but when molding using a mold, the produced rubber composition is molded using a mold equipped with a hydraulic press. . Thereby, the hardened | cured material of the rubber composition shape | molded by the target shape is obtained.
また、本発明のゴム組成物は、一例としてタイヤ用のゴム組成物として使用することが可能である。例えば、本発明のゴム組成物をタイヤのキャップトレッド用ゴム組成物として用いる場合は、通常の方法により製造される。すなわち、未加硫のゴム組成物をタイヤのトレッド部の形状に押出し加工した後、タイヤ成形機により通常の方法で貼り合わせて未加硫タイヤを成形する。次いで、未加硫タイヤを加硫機中で加熱・加圧してタイヤを得ることができる。 Moreover, the rubber composition of this invention can be used as a rubber composition for tires as an example. For example, when the rubber composition of the present invention is used as a rubber composition for tire cap treads, it is produced by a usual method. That is, after an unvulcanized rubber composition is extruded into the shape of a tread portion of a tire, it is bonded together by a tire molding machine by a normal method to form an unvulcanized tire. Next, the unvulcanized tire can be heated and pressurized in a vulcanizer to obtain a tire.
成形温度は、100〜280℃程度であるのが好ましく、120〜250℃程度であるのがより好ましく、130〜230℃程度であるのがさらに好ましい。なお、成形温度が前記上限値を上回ると、ゴムが劣化するおそれがあり、一方、成形温度が前記下限値を下回ると、十分な成形ができないおそれがある。 The molding temperature is preferably about 100 to 280 ° C, more preferably about 120 to 250 ° C, and still more preferably about 130 to 230 ° C. If the molding temperature exceeds the upper limit, the rubber may be deteriorated. On the other hand, if the molding temperature is lower than the lower limit, sufficient molding may not be possible.
以上、本発明のゴム補強用のリグニン誘導体、リグニン樹脂組成物およびゴム組成物について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、リグニン樹脂組成物およびゴム組成物には、それぞれ任意の成分が添加されていてもよい。 As mentioned above, although the lignin derivative for reinforcing rubber, the lignin resin composition and the rubber composition of the present invention have been described, the present invention is not limited thereto. For example, the lignin resin composition and the rubber composition include Arbitrary components may be added respectively.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.ゴム組成物の製造
以下、実施例および比較例において用いた各種原料について列挙する。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of Rubber Composition Hereinafter, various raw materials used in Examples and Comparative Examples are listed.
天然ゴム :東知製RSS3
硬化剤 :ヘキサメチレンテトラミン
カーボンブラック :三菱化学社製、HAF
シリカ :エボニック社製、Ultrasil VN3(BET比表面積:175m2/g)
シランカップリング剤 :エボニック社製、Si−69
酸化亜鉛 :堺化学工業社製
ステアリン酸 :日油社製ビーズステアリン酸YR
硫黄 :細井化学工業社製、微粉硫黄
加硫促進剤 :大内新興化学工業社製、MSA−G
フェノール樹脂 :住友ベークライト社製、PR−50731
カシュー変性ノボラック型フェノール樹脂 :住友ベークライト社製、PR−12686
トール変性ノボラック型フェノール樹脂 :住友ベークライト社製、PR−13349
Natural rubber: RSS3 manufactured by Tochi
Curing agent: Hexamethylenetetramine Carbon black: HAF manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
Silica: manufactured by Evonik, Ultrasil VN3 (BET specific surface area: 175 m 2 / g)
Silane coupling agent: Si-69, manufactured by Evonik
Zinc oxide: Made by Sakai Chemical Industry Co., Ltd. Stearic acid: Beads stearic acid YR made by NOF Corporation
Sulfur: manufactured by Hosoi Chemical Industry Co., Ltd., fine sulfur vulcanization accelerator: manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd., MSA-G
Phenolic resin: Sumitomo Bakelite, PR-50731
Cashew modified novolac type phenolic resin: PR-12686, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
Tall-modified novolac type phenolic resin: PR-13349, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
(実施例1)
(1)クラフト蒸解プロセス
スギのチップ300g(絶乾量)に対し、蒸解液を添加し、オートクレーブにおいて温度170℃、圧力0.8MPaで120分間、蒸解した。なお、蒸解液は、水の含有率が92.9質量%、水酸化ナトリウムの含有率が7.1質量%となるように調製されたアルカリ溶液である。また、この蒸解液の活性アルカリ(対チップ質量)は23%、液比3L/kgであった。この蒸解により、ソーダパルプ(AP)を得るとともに、リグニン誘導体を含む黒液を得た。
Example 1
(1) Kraft cooking process A cooking solution was added to 300 g of cedar chips (absolutely dry amount) and cooked in an autoclave at a temperature of 170 ° C and a pressure of 0.8 MPa for 120 minutes. The cooking liquor is an alkaline solution prepared so that the water content is 92.9% by mass and the sodium hydroxide content is 7.1% by mass. Further, the active alkali (to the mass of the chip) of this cooking liquid was 23%, and the liquid ratio was 3 L / kg. By this cooking, soda pulp (AP) was obtained and black liquor containing a lignin derivative was obtained.
(2)精製プロセス
次に、80℃において、得られた黒液(pH13〜13.5)を二酸化炭素でpH9に調整した。調整後の黒液をフィルタープレスで脱水し、固形分約30%のケーキを得た。得られたケーキに2倍量の水を加えて再懸濁し、硫酸でpH5に調整した。調整後の懸濁液を80℃に調整し、フィルタープレスで脱水した後、ケーキの2倍量の80℃の水で洗浄を行い、固形分約70%のリグニンケーキを得た。これにより、ゴム補強用のリグニン誘導体を得た。
(2) Purification process Next, at 80 ° C., the obtained black liquor (pH 13 to 13.5) was adjusted to pH 9 with carbon dioxide. The adjusted black liquor was dehydrated with a filter press to obtain a cake having a solid content of about 30%. The obtained cake was resuspended by adding twice the amount of water, and adjusted to pH 5 with sulfuric acid. The adjusted suspension was adjusted to 80 ° C., dehydrated with a filter press, and then washed with 80 ° C. water twice the amount of cake to obtain a lignin cake having a solid content of about 70%. Thereby, a lignin derivative for rubber reinforcement was obtained.
ここで、得られたゴム補強用のリグニン誘導体について、フラスコ燃焼ー滴定法により硫黄の含有率を測定した。その結果、実施例1および後述する各実施例で得られたゴム補強用のリグニン誘導体のいずれにおいても、硫黄の含有率は0.04質量%未満であった。 Here, about the obtained lignin derivative for rubber reinforcement, the content rate of sulfur was measured by the flask combustion-titration method. As a result, in any of the rubber-reinforced lignin derivatives obtained in Example 1 and each Example described later, the sulfur content was less than 0.04% by mass.
また、得られたゴム補強用のリグニン誘導体について、数平均分子量および軟化点を測定した。測定結果を表1に示す。 In addition, the number average molecular weight and softening point of the obtained rubber-reinforced lignin derivative were measured. The measurement results are shown in Table 1.
(3)ゴム組成物の作製
次に、ゴム補強用のリグニン誘導体50質量部と、カシュー変性フェノール樹脂50質量部とを、あらかじめ130℃の熱板において溶融混合し、粉砕して混合樹脂を得た。
(3) Preparation of rubber composition Next, 50 parts by mass of a lignin derivative for reinforcing rubber and 50 parts by mass of a cashew-modified phenol resin were previously melt-mixed in a hot plate at 130 ° C. and pulverized to obtain a mixed resin. It was.
次いで、得られた混合樹脂100質量部と、天然ゴム化合物500質量部と、カーボンブラック350質量部と、樹脂架橋剤としてヘキサメチレンテトラミン10質量部と、加硫剤として硫黄15質量部と、加硫促進剤としてMSA−G7.5質量部と、加硫促進助剤として酸化亜鉛25質量部と、離型剤としてステアリン酸10質量部とを、バンバリーミキサーにおいて100℃で混練し、ゴム組成物を得た。 Next, 100 parts by mass of the obtained mixed resin, 500 parts by mass of a natural rubber compound, 350 parts by mass of carbon black, 10 parts by mass of hexamethylenetetramine as a resin cross-linking agent, 15 parts by mass of sulfur as a vulcanizing agent, 7.5 parts by mass of MSA-G as a sulfur accelerator, 25 parts by mass of zinc oxide as a vulcanization accelerator, and 10 parts by mass of stearic acid as a mold release agent are kneaded at 100 ° C. in a Banbury mixer, and a rubber composition Got.
(実施例2)
カシュー変性フェノール樹脂の添加を省略するとともに、ゴム補強用のリグニン誘導体を100質量部にした以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 2)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition of the cashew-modified phenol resin was omitted and the lignin derivative for rubber reinforcement was changed to 100 parts by mass.
(実施例3)
スギのチップに代えて、ユーカリのチップを用いるとともに、カシュー変性フェノール樹脂に代えて、トール変性フェノール樹脂を添加するようにした以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 3)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that a eucalyptus chip was used instead of a cedar chip and a tall-modified phenol resin was added instead of a cashew-modified phenol resin.
(実施例4)
トール変性フェノール樹脂に代えて、ノボラック型フェノール樹脂を添加するようにした以外は、実施例3と同様にしてゴム組成物を得た。
Example 4
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 3 except that a novolac type phenol resin was added instead of the toll-modified phenol resin.
(実施例5)
スギのチップに代えて、ユーカリのチップを用いるようにした以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 5)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that eucalyptus chips were used instead of cedar chips.
(実施例6)
ゴム補強用のリグニン誘導体の添加量とカシュー変性フェノール樹脂の添加量をそれぞれ表1に示すように変更した以外は、実施例5と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 6)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 5 except that the addition amount of the lignin derivative for rubber reinforcement and the addition amount of the cashew-modified phenol resin were changed as shown in Table 1, respectively.
(実施例7)
ゴム補強用のリグニン誘導体の添加量とカシュー変性フェノール樹脂の添加量をそれぞれ表1に示すように変更した以外は、実施例5と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 7)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 5 except that the addition amount of the lignin derivative for rubber reinforcement and the addition amount of the cashew-modified phenol resin were changed as shown in Table 1, respectively.
(実施例8)
カシュー変性フェノール樹脂の添加を省略するとともに、ゴム補強用のリグニン誘導体を100質量部にした以外は、実施例5と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 8)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 5 except that the addition of the cashew-modified phenol resin was omitted and the lignin derivative for rubber reinforcement was changed to 100 parts by mass.
(実施例9)
充填剤として、さらにシリカを添加するとともに、カーボンブラックの添加量を表1に示すように変更した以外は、実施例5と同様にしてゴム組成物を得た。
Example 9
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 5 except that silica was further added as a filler and the addition amount of carbon black was changed as shown in Table 1.
(実施例10)
ゴム補強用のリグニン誘導体の作製において精製プロセスを省略し、黒液から直接抽出されたゴム補強用のリグニン誘導体を用いるようにした以外は、実施例5と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 10)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 5 except that the purification process was omitted in the production of the rubber-reinforced lignin derivative and a rubber-reinforced lignin derivative extracted directly from the black liquor was used.
(実施例11)
ヘキサメチレンテトラミンを使用しなかった以外は、実施例8と同様にしてゴム組成物を得た。
(Example 11)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 8 except that hexamethylenetetramine was not used.
(比較例1)
(1)バイオマス分解プロセス
スギのチップ300g(絶乾量)と純水1600gとを、容量2.4Lの回転型オートクレーブに導入した。そして、内容物を回転数300rpmで撹拌しながら、処理温度300℃、処理圧力9MPaで180分間処理してスギのチップを分解した。
(Comparative Example 1)
(1) Biomass decomposition process 300 g of cedar chips (absolutely dry amount) and 1600 g of pure water were introduced into a rotary autoclave having a capacity of 2.4 L. Then, while the contents were stirred at a rotation speed of 300 rpm, the cedar chips were decomposed by processing at a processing temperature of 300 ° C. and a processing pressure of 9 MPa for 180 minutes.
次いで、分解物を濾過し、純水で洗浄することにより、水不溶部を分離した。この水不溶部をアセトンに浸漬し、その後、濾過し、アセトン可溶部を回収した。
次いで、アセトン可溶部からアセトンを留去し、リグニン誘導体を得た。
Subsequently, the decomposition product was filtered and washed with pure water to separate a water-insoluble portion. This water-insoluble part was immersed in acetone and then filtered to recover the acetone-soluble part.
Subsequently, acetone was distilled off from the acetone soluble part to obtain a lignin derivative.
(2)精製プロセス
次に、実施例1と同様にして、(1)で得られたリグニン誘導体を精製した。
(2) Purification process Next, in the same manner as in Example 1, the lignin derivative obtained in (1) was purified.
(3)ゴム組成物の作製
次に、実施例6と同様にして、ゴム組成物を得た。
(3) Production of rubber composition Next, a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 6.
(比較例2)
カシュー変性フェノール樹脂の添加を省略するとともに、リグニン誘導体を100質量部にした以外は、比較例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Comparative Example 2)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the addition of the cashew-modified phenol resin was omitted and the lignin derivative was changed to 100 parts by mass.
(比較例3)
ゴム補強用のリグニン誘導体の添加、カシュー変性フェノール樹脂の添加および樹脂架橋剤の添加をそれぞれ省略した以外は、比較例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Comparative Example 3)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the addition of the lignin derivative for rubber reinforcement, the addition of the cashew-modified phenol resin, and the addition of the resin crosslinking agent were omitted.
(比較例4)
ゴム補強用のリグニン誘導体の添加およびカシュー変性フェノール樹脂の添加をそれぞれ省略するとともに、ノボラック型フェノール樹脂を100質量部添加した以外は、比較例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Comparative Example 4)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the addition of the lignin derivative for rubber reinforcement and the addition of the cashew-modified phenol resin were omitted, and 100 parts by mass of the novolac type phenol resin was added.
(比較例5)
ゴム補強用のリグニン誘導体の添加を省略するとともに、カシュー変性フェノール樹脂を100質量部添加した以外は、比較例1と同様にしてゴム組成物を得た。
(Comparative Example 5)
A rubber composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the addition of the lignin derivative for rubber reinforcement was omitted and 100 parts by mass of the cashew-modified phenol resin was added.
2.ゴム組成物の評価
まず、各実施例および各比較例で得られたゴム組成物を、油圧プレスにより160℃で20分間加硫して、厚さ2mmの加硫ゴムシートを作製した。
2. Evaluation of Rubber Composition First, the rubber compositions obtained in each Example and each Comparative Example were vulcanized at 160 ° C. for 20 minutes using a hydraulic press to prepare a vulcanized rubber sheet having a thickness of 2 mm.
2.1 切断時引張応力および切断時引張伸びの測定
次に、ゴムシートについて、JIS K 6251に規定の方法に準拠して、東洋精機社製ストログラフを用いて切断時引張応力および切断時引張伸びを測定した。なお、測定時の引張速度は50mm/分とした。また、試験片の形状はダンベル型、つかみ具間距離は60mm、幅は5mm、測定温度は25℃であった。
2.1 Measurement of Tensile Stress at Cutting and Tensile Elongation at Cutting Next, the rubber sheet was subjected to the tensile stress at the time of cutting and the tensile at the time of cutting using a strograph manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. Elongation was measured. The tensile speed at the time of measurement was 50 mm / min. Moreover, the shape of the test piece was a dumbbell type, the distance between grips was 60 mm, the width was 5 mm, and the measurement temperature was 25 ° C.
次いで、比較例3で得られたゴムシートについての測定結果を100としたときの各実施例および各比較例で得られたゴムシートについての測定結果の相対値を求めた。算出結果を表1に示す。 Subsequently, the relative value of the measurement result about the rubber sheet obtained by each Example and each comparative example when the measurement result about the rubber sheet obtained by the comparative example 3 was set to 100 was calculated | required. The calculation results are shown in Table 1.
2.2 貯蔵弾性率E’および損失正接tanδの測定
次に、ゴムシートについて、TAインスツルメント社製動的粘弾性測定装置を用い、動的の条件下で、30℃における貯蔵弾性率E’および60℃における損失正接tanδの逆数を測定した。
2.2 Measurement of storage elastic modulus E ′ and loss tangent tan δ Next, the rubber sheet was subjected to storage elastic modulus E at 30 ° C. under dynamic conditions using a dynamic viscoelasticity measuring device manufactured by TA Instruments. 'And the reciprocal of the loss tangent tan δ at 60 ° C were measured.
なお、試験片の長さを22mm、幅を10mm、昇温速度を5℃/分、歪みを2%、測定周波数を1Hzとした。 The length of the test piece was 22 mm, the width was 10 mm, the heating rate was 5 ° C./min, the strain was 2%, and the measurement frequency was 1 Hz.
次いで、比較例3で得られたゴムシートについての測定結果を100としたときの各実施例および各比較例で得られたゴムシートについての測定結果の相対値を求めた。算出結果を表1に示す。 Subsequently, the relative value of the measurement result about the rubber sheet obtained by each Example and each comparative example when the measurement result about the rubber sheet obtained by the comparative example 3 was set to 100 was calculated | required. The calculation results are shown in Table 1.
なお、損失正接tanδの逆数の値が大きいということは、粘弾性特性の損失正接tanδが小さいことを意味し、ひいては繰り返し変形で発生する熱エネルギーを抑えられること、すなわちヒステリシスロス性が小さいことを意味するので、例えば各実施例および各比較例で得られたゴム組成物をタイヤ用ゴム組成物に適用した場合、転がり抵抗の小さいタイヤを得ることができる。 Note that a large value of the reciprocal of the loss tangent tan δ means that the loss tangent tan δ of the viscoelastic property is small, and consequently that the thermal energy generated by repeated deformation can be suppressed, that is, the hysteresis loss property is small. Therefore, for example, when the rubber composition obtained in each example and each comparative example is applied to a rubber composition for a tire, a tire having a small rolling resistance can be obtained.
表1から明らかなように、各実施例で得られたゴム組成物の硬化物は、各比較例で得られたゴム組成物の硬化物に比べて、硬度の目安である貯蔵弾性率E’が大きい。また、各実施例で得られたゴム組成物の硬化物は、比較例4、5で得られたゴム組成物の硬化物に比べて、切断時引張応力および切断時引張伸びが大きい。よって、本発明によれば、優れた弾性率および引張特性を有するゴム組成物を実現し得ることが明らかとなった。 As can be seen from Table 1, the cured product of the rubber composition obtained in each example has a storage elastic modulus E ′ that is a measure of hardness compared to the cured product of the rubber composition obtained in each comparative example. Is big. In addition, the cured product of the rubber composition obtained in each example has a larger tensile stress at cutting and tensile elongation at cutting than the cured product of the rubber composition obtained in Comparative Examples 4 and 5. Therefore, according to this invention, it became clear that the rubber composition which has the outstanding elasticity modulus and the tensile characteristic can be implement | achieved.
また、リグニン誘導体とともに樹脂を添加することによって、樹脂を添加しない場合に比べて、60℃における損失正接tanδの逆数を大きくすることができ、ゴム組成物の硬化物のヒステリシスロス性を小さくし得ることが認められた。 Further, by adding the resin together with the lignin derivative, the reciprocal of the loss tangent tan δ at 60 ° C. can be increased and the hysteresis loss of the cured product of the rubber composition can be reduced as compared with the case where no resin is added. It was recognized that
したがって、本発明によれば、60℃におけるtanδの逆数に関連するヒステリシスロス性が小さく、かつ、30℃における貯蔵弾性率E’に関連するゴム弾性率が大きいゴム組成物、すなわち、ゴム弾性率とヒステリシスロス性とのバランスが良好なゴム組成物を実現し得ることが明らかとなった。 Therefore, according to the present invention, the rubber composition having a small hysteresis loss property related to the reciprocal of tan δ at 60 ° C. and a large rubber elastic modulus related to the storage elastic modulus E ′ at 30 ° C., that is, the rubber elastic modulus It was revealed that a rubber composition having a good balance between the hysteresis loss and the hysteresis loss can be realized.
よって、本発明に係るゴム補強用のリグニン誘導体は、補強剤として機能し得ることが明らかとなった。 Therefore, it became clear that the lignin derivative for rubber reinforcement according to the present invention can function as a reinforcing agent.
Claims (10)
数平均分子量が300〜5000であり、
軟化温度が200℃以下である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のゴム補強用のリグニン誘導体。 Soluble in organic solvents,
The number average molecular weight is 300-5000,
The lignin derivative for rubber reinforcement according to any one of claims 1 to 5, which has a softening temperature of 200 ° C or lower.
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