JP2010509409A - エラストマーを補強するための方法および配合物 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2006年11月7日に出願された米国仮特許出願第60/857,445号および2007年10月24日に出願された通常の特許出願第11/977,390号に基づき、そして上記出願の利益を主張する。
大豆タンパク質は、大豆を使用して製造されるバイオディーゼル燃料の到来とともに、より利用可能になるであろう材料である。大豆を使用して生産されたバイオディーゼルの1ポンドにつき、数ポンドの大豆副産物が生産される。キャノーラ油等の他の種油がバイオディーゼルを生産するために使用されれば、同様に、それらの工程からもタンパク質含有副産物が生じよう。現在、ほとんどの大豆タンパク質は動物飼料に使用されているが、バイオディーゼル燃料に関して、動物飼料市場がタンパク質含有副産物を全て吸収することはできないと予測されている。
本発明は、大豆タンパク質等のタンパク質および結合剤を基材ゴムと共に利用するゴム組成物/配合物に関する。以下の実施例の実験データから理解できるように、弾性率、耐摩耗性、牽引力、操縦性(handling)、および転がり抵抗等の性能特性を向上させたゴム配合物を得るために、大豆タンパク質と共に、シランまたは他の好適な結合剤を使用することが望ましい。
バイオ系材料を充填材として使用してゴム化合物の物理的特性を向上させる手段としてのシラン結合剤の評価。「特製」と題した列で示された配合では、シラン結合剤(Si−266/2(Degussa AG社製、ドイツ)はジスルフィドである)を使用したが、「参照」と題した列で示された配合では使用しなかった。材料SBR1712は、百分率で23.5%がスチレンSBR、37.5%が油分であった。
従来の2つのパスの手順を使用して、参照化合物を混合した。第1パスは、硬化剤(硫黄、TBBS、およびTMTD)を除く全ての材料からなっていた。手順を下記で概説する。
化合物について実施された試験は以下の通りである。
ムーニー粘度(ML1+4@212°F)
スコーチ(ts5@275°F)
MDR(380°Fx6’、340°Fx24’、325°Fx60’)
応力/ひずみ(硬化340°Fx15’及び22’、原物及び3日加齢@212°F)
熱間亀裂(硬化340°Fx15’、試験@240°F)
DIN摩耗(硬化340°Fx15’)
動的特性(硬化340°Fx15’;引張試験@10Hz、−50℃から+80℃)。
300%弾性率
シラン結合剤の使用は、化合物の弾性率を著しく向上させることができた。340°Fx15’硬化条件の非加齢(unaged)データを以下に示す。効果は、両硬化条件の加齢(aged)データについてだけでなく、340°Fx22’硬化条件でも類似した。実験値を表に示し、括弧内の値は対照に対して標準化されたこれらの値を表す。
Zwick社製磨耗試験機を使用して測定されるような耐摩耗性(トレッド磨耗に関する)も、シラン結合剤の使用で著しく向上した。注:この試験においては、低い値ほど良好であると見なされる。
動的特性は、牽引力(E”@0℃)、操縦性(E*@55℃)、および転がり抵抗(tanδ@60℃)の分野におけるタイヤ性能を予測するために使用されることが多い。シラン結合剤の使用は、これらの分野の各々において化合物の性能を向上させることができた。注:tanδ@60℃の場合は、低いほど良好である。
上記の試験結果から、様々なバイオ系材料を充填材として用い、ゴム化合物の静的および動的な物理的特性を向上させるために、シラン結合剤の使用が利用可能であることが明白に示される。
縮小された粒径のタンパク質に基づく充填材、及びタンパク質に基づく材料を充填材として使用した化合物の特性をさらに向上させる手段としての種々のタイプの結合剤の評価。
実験#1における種々の大豆材料評価物の粒径は、約150ミクロンである。タイヤ化合物に典型的に使用されるカーボンブラックの径範囲は、10〜60nmである。大豆材料の粒径を縮小すると、さらに化合物の特性が向上するはずだと考えられた。ADM社は、その材料の実用的限界であると考えられた約30ミクロンおよび約10ミクロンに粉砕された焙り大豆粉の試料を提供した。さらに、Silquest A−189(アルファ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)、(ジチオジプロピオン酸(DTDPA)Ken−React(登録商標)KR(登録商標)44(チタネート結合剤)、及びKen−React(登録商標)NZ(登録商標)37(ジルコネート結合剤)を含む他のタイプの結合剤を異なるレベルで評価した。
従来の2つのパスの手順を使用して、参照化合物、結合剤を含有しない他の化合物、およびチタネート結合剤またはジルコネート結合剤を含有する化合物を混合した。チタネート材料およびジルコネート材料の製造業者は、それらの材料について特殊な混合手順が必要であるとは主張していない。第1パスは、硬化剤(硫黄、TBBS、およびTMTD)を除く全ての材料からなっていた。手順を下記で概説する。
化合物について実施された試験は以下の通りである。
ムーニー粘度(ML1+4@212°F)
スコーチ(ts5@275°F)
MDR(380°Fx6’、340°Fx24’、325°Fx60’)
応力/ひずみ(硬化340°Fx15’及び22’、原物及び3日加齢@212°F)
熱間亀裂(硬化340°Fx15’、試験@240°F)
DlN摩耗(硬化340°Fx15’)
動的特性(硬化340°Fx15’;引張試験@10Hz、−50℃から+80℃)。
以下の結果は、種々の粒径の材料の比較を詳述する。結合剤は本実験では使用しない。約150ミクロンの材料についての結果は、後で説明するDIN摩耗を除いて同一配合の2つの混合物の平均である。
異なる粒径の焙り大豆粉に関する化合物弾性率に有意差はなかった。340oFx15’硬化条件の非加齢データを以下に示す。
Zwick社製磨耗試験機を使用して、耐摩耗性(トレッド磨耗に関する)を測定した。試験の性質により、異なる時に試験された化合物の有力な比較はできない。約30ミクロンの材料についての研究は、約10ミクロン材料を使用した研究とは別に実行されたため、これらの結果を直接比較することはできないが、各研究には比較のため、約150ミクロンの材料を使用した化合物が含まれていた。有意差は認められなかった。
異なる粒径の同一のタンパク質に基づく充填材を使用した化合物の結果と比較して、動的特性では有意差は認められなかった。
これらの結果から、10〜150ミクロンの範囲の粒径については、化合物特性に有意差が得られないことが明瞭に理解できる。
以下の結果は、異なるレベルの種々の結合剤の評価を詳述する。約30ミクロンおよび約10ミクロンの材料で取得された結果は類似していたため、約10ミクロンの材料からのデータのみ本明細書中に示す。
340°Fx15’硬化条件の非加齢データを以下に示す。Si−266およびA−189の結合剤で弾性率における顕著な傾向が見られ、それらの結合剤により、弾性率はより多くの結合剤の使用により増加した。A−189は、Si−266より強い効果を有する。DTDPAの効果は疑わしく、チタネート材料またはジルコネート材料では効果は見られなかった。
Zwick社製磨耗試験機を使用して、耐摩耗性(トレッド磨耗に関する)を測定した。Si−266およびA−189材料で顕著な傾向が再び見られ、A−189がより良好であるが、他の結合剤では有意な効果は認められない。
Si−266結合剤は、E”@0℃およびE*@55℃の両方に向上をもたらす。DTDPAの結果は、至適レベルが存在することを恐らくは示す。A−189、チタネート結合剤、およびジルコネート結合剤は、試験されたレベルでは動的特性に有益性を示さない。
これらの結果から、特定の結合剤は物理的特性に効果を与え得るが、他の結合剤は必ずしもそうではないことが理解できる。特性に関する最良の全体的バランスは、最初のシラン結合剤、すなわちビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、またはSi−266(TESPD)で得られた。使用可能な他のシラン結合剤には、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(そうでなければTESPTとして公知)、アルファ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−チオシアナートプロピルトリエトキシシランが含まれる。
Claims (23)
- (a)基材ゴムであり、前記基材ゴムが、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリブタジエン、エチレン−プロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、イソプレンブタジエンゴム(IBR)、およびその組み合わせからなる群から選択されるメンバーである基材ゴムと;
(b)大豆タンパク質と;
(c)結合剤とを含むゴム組成物。 - カーボンブラックをさらに含む、請求項1に記載のゴム組成物。
- シリカをさらに含む、請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記結合剤がシランである、請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記シラン結合剤が、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(TESPT)、アルファ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド(TESPD)、およびその組み合わせからなる群から選択されるメンバーである、請求項4に記載のゴム組成物。
- 大豆タンパク質の量が1重量%から50重量%の範囲にある、請求項1に記載のゴム組成物。
- 大豆タンパク質の量が1重量%から30重量%の範囲にある、請求項1に記載のゴム組成物。
- 大豆タンパク質の量が1重量%から10重量%の範囲にある、請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記結合剤が、前記大豆タンパク質の1重量%から20重量%の範囲にある、請求項4に記載のゴム組成物。
- 前記結合剤が、前記大豆タンパク質の4重量%から12重量%の範囲にある、請求項4に記載のゴム組成物。
- (a)基材ゴムであり、前記基材ゴムが、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリブタジエン、エチレン−プロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、およびイソプレンブタジエンゴム(IBR)からなる群から選択されるメンバーである基材ゴムと;
(b)タンパク質含有材料の充填材と;
(c)結合剤とを含むゴム組成物。 - カーボンブラックをさらに含む、請求項11に記載のゴム組成物。
- シリカをさらに含む、請求項11に記載のゴム組成物。
- 前記充填材が大豆タンパク質である、請求項11に記載のゴム組成物。
- 前記結合剤がシランである、請求項11に記載のゴム組成物。
- 前記結合剤が、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(そうでなければTESPTとして公知)、アルファ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド(そうでなければTESPDとして公知)、およびその組み合わせからなる群から選択されるメンバーである、請求項11に記載のゴム組成物。
- 天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリブタジエン、エチレン−プロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、およびイソプレンブタジエンゴム(IBR)、からなる群から選択されるメンバーである基材ゴムと、タンパク質含有材料の充填材と、シラン結合剤とを有するゴム組成物。
- 前記充填材が大豆タンパク質である、請求項17に記載のゴム組成物。
- 少なくとも1つのゴム成分を有するタイヤであって、前記成分が請求項1に記載のゴム組成物で構成されるタイヤ。
- 少なくとも1つのゴム成分を有するタイヤであって、前記成分が請求項11に記載のゴム組成物で構成されるタイヤ。
- 少なくとも1つのゴム成分を有するタイヤであって、前記成分が請求項17に記載のゴム組成物で構成されるタイヤ。
- タイヤ用のゴム組成物を配合する方法において、基材ゴムのバッチに、タンパク質含有材料の充填材およびシラン結合剤を組み込むことを含む改善。
- 前記タンパク質含有材料が大豆タンパク質である、請求項22に記載の方法。
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