JP2020030133A - 無機充填剤の分散性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム工業の分野では、ゴムの補強性を高めるため、無機充填剤のゴム中での分散状態が非常に重要であり、分散性評価の方法を提供する。【解決手段】有機溶媒に、無機充填剤を添加および混合して混合溶液を調製する工程と、混合溶液中の前記無機充填剤の状態を目視にて観察する工程と、を有する、無機充填剤の分散性評価方法。【選択図】図３

Description

本発明は、無機充填剤の分散性評価方法に関し、簡便かつ低コストでゴムに対する無機充填剤の分散性を評価することのできる、無機充填剤の分散性評価方法に関する。

ゴム工業の分野では、ゴムの補強性を高めるため、各種無機充填剤が使用され、配合に供されている（例えば特許文献１〜３等参照）。その補強性を十分に発揮するためには、無機充填剤のゴム中での分散状態が非常に重要である。そのため、分散剤等の各種添加剤を配合し、無機充填剤とゴムの相互作用等を高め、無機充填剤の分散を促す処方が施されている。それゆえに、分散に寄与する添加剤の開発も盛んに行われているが、無機充填剤の分散性を見極めるためには、通常、ゴム、無機充填剤、添加剤を配合し、各種物性試験、各種機器分析等を行うことが必要であり、分散性評価に時間を要していた。

特開昭６１−２１５６３８号公報 特開平５−２７１４７７号公報 特開平１０−６７８８７号公報

したがって本発明の目的は、簡便かつ低コストでゴムに対する無機充填剤の分散性を評価することのできる、無機充填剤の分散性評価方法を提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、有機溶媒に無機充填剤を添加および混合した後、得られた混合溶液中の無機充填剤の状態を目視にて観察することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。

１．有機溶媒に、無機充填剤を添加および混合して混合溶液を調製する工程と、
前記混合溶液中の前記無機充填剤の状態を目視にて観察する工程と、
を有する、無機充填剤の分散性評価方法。
２．前記混合溶液に対して、レーザー光を照射して、前記無機充填剤の状態を目視にて観察する、前記１に記載の無機充填剤の分散性評価方法。
３．前記無機充填剤がシリカである、前記１または２に記載の無機充填剤の分散性評価方法。
４．前記有機溶媒がトルエンである、前記１〜３のいずれかに記載の無機充填剤の分散性評価方法。
５．前記混合溶液に分散剤を添加した後、前記無機充填剤の状態を目視にて観察する、前記１〜４のいずれかに記載の無機充填剤の分散性評価方法。
６．超音波を印加して、前記有機溶媒と前記無機充填剤との混合を行う、前記１〜５のいずれかに記載の無機充填剤の分散性評価方法。

本発明の無機充填剤の分散性評価方法は、有機溶媒に、無機充填剤を添加および混合して混合溶液を調製する工程と、前記混合溶液中の前記無機充填剤の状態を目視にて観察する工程と、を有しているので、従来技術のようにゴム、無機充填剤および添加剤をゴムに配合し、各種物性試験、各種機器分析等を行うことが不必要となり、簡便かつ低コストでゴムに対する無機充填剤の分散性を評価することができる。

実施例における目視観察の結果を示す写真である。 実施例における目視観察の結果を示す写真である。 実施例における目視観察の結果を示す写真である。 実施例における目視観察の結果を示す写真である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の無機充填剤の分散性評価方法は、有機溶媒に、無機充填剤を添加および混合して混合溶液を調製する工程と、前記混合溶液中の前記無機充填剤の状態を目視にて観察する工程と、を有する。

（有機溶媒）
本発明で使用される有機溶媒としては、ゴムに対する無機充填剤の分散性を評価するという観点から、非極性である有機溶媒が好ましい。
例えば溶解度パラメータ（ＳＰ値）が１０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^０．５以下の非極性溶媒が挙げられ、具体的には、トルエン、ｎ−ヘキサン、酢酸ブチル、キシレン、ベンゼン、アセトン、スチレン、低分子量のスチレンブタジエン共重合体や低分子量のポリイソプレンなどの液状ゴム等が挙げられる。なお、溶解度パラメータ（ＳＰ値）とは、ヒルデブラント（Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ）によって導入された正則溶液論により定義された値である。
中でも、ゴムに対する無機充填剤の分散性との相関関係が高いという観点から、トルエンが好ましい。

（無機充填剤）
本発明で使用される無機充填剤としては、とくに制限されないが、例えばシリカ、クレー、マイカ、タルク、シラス、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム等を挙げることができる。
中でも本発明では、目視にて観察し、その分散性を良好に評価できるという観点から、シリカが好ましい。
以下、無機充填剤としてシリカを例に取り説明する場合があるが、本発明で使用される無機充填剤はシリカに制限されるものではない。

（混合溶液の調製方法）
本発明の無機充填剤の分散性評価方法は、有機溶媒に、無機充填剤を添加および混合して混合溶液を調製する工程を有する。
混合溶液の調製方法としては、従来から公知の各種手段を採用することができる。例えば、ガラス瓶等の透明な容器に有機溶媒および無機充填剤を導入し、超音波を印加する；撹拌子を用いる；ミキサーを用いる；等の方法により、混合溶液を調製することができる。
中でも、超音波を印加して混合溶液を調製する方法が好ましい。無機充填剤として例えばシリカを使用する場合、通常シリカは凝集体を形成しているので、超音波を印加することにより、該凝集体が砕けて有機溶媒に分散し易くなる。
有機溶媒の使用量は、無機充填剤を１００質量部としたときに、例えば４００〜５０００００質量部であり、好ましくは９００〜５００００質量部である。

（分散剤）
本発明の無機充填剤の分散性評価方法では、混合溶液に分散剤を添加することができる。
よく知られているように、例えばシリカは水酸基に基づく極性を有しており、通常、ゴム中に分散することは困難である。したがって従来技術では、シリカとゴムとの相互作用を高めるため、分散剤が使用されている。しかし、分散剤の評価、すなわちシリカのゴム中への分散性の評価は、通常、ゴム、シリカおよび分散剤を配合し、各種物性試験、各種機器分析等を行うことが必要であった。これに対し本発明では、有機溶媒およびシリカを含む混合溶液を調製し、これにさらに分散剤を添加し、その混合溶液中のシリカの状態を目視にて観察することで、シリカの分散性に対し分散剤がどの程度寄与するのか、その評価を行うことが可能となる。
分散剤としては、無機充填剤を分散するために通常用いられる分散剤が挙げられ、とくに制限されないが、無機充填剤がシリカの場合は、例えば変性液状スチレン−ブタジエン共重合体（変性液状ＳＢＲ）、１，３−ジフェニルグアニジン、ステアリルアミン等のアミン化合物、分子内にアルコキシシリル基を持つシランカップリング剤等が挙げられる。
また混合溶液に対する分散剤の添加量としては、とくに制限されないが、ゴムに添加される分散剤の量を想定し、適宜決定すればよい。例えば、混合溶液中、分散剤は0.1〜20質量％程度である。

なお、無機充填剤、分散剤の他に、ポリイソプレンゴムやスチレンブタジエンゴムなどのゴム成分や老化防止剤、硫黄など、一般的にゴムに配合される配合剤などを混合溶液に溶解させても構わない。

（分散性の評価）
本発明における無機充填剤の分散性の評価は、混合溶液中の無機充填剤の状態を目視にて観察することにより行われる。
例えば、前記のように混合溶液を調製した後、静置させ、無機充填剤の沈殿が目視にて観察されなかった場合は、無機充填剤の分散性が良好であると評価することができる。具体的には、前記分散剤を添加する形態において、混合溶液に分散剤を添加、混合し、静置した後、無機充填剤の沈殿が目視にて観察されなかった場合は、分散剤の効果が良好に奏されている、と評価することができる。
これとは別に、混合溶液を調製した後、静置させ、無機充填剤の沈殿が目視にて観察された場合は、無機充填剤の分散性が不良であると評価される。

また本発明では、前記分散性の評価方法として、混合溶液に対してレーザ光を照射し、無機充填剤の状態を目視にて観察する方法が挙げられる。例えば、有機溶媒としてトルエンを、無機充填剤としてシリカを採用した場合、レーザ光の波長としては、５３２±１０ｎｍが好ましい。
混合溶液にレーザ光を照射し、目視にて観察したときに、混合溶液中をレーザ光が直進した場合は、無機充填剤の分散性が良好であると評価することができる。具体的には、前記分散剤を添加する形態において、混合溶液に分散剤を添加、混合し、静置した後、レーザ光を混合溶液に照射したとき、混合溶液中をレーザ光が直進した場合は、分散剤の効果が良好に奏されている、と評価することができる。
これとは別に、混合溶液を調製し、静置した後、レーザ光を混合溶液に照射したときに混合溶液中をレーザ光が直進せず散乱した場合は、無機充填剤の分散性が不良であると評価される。

なお、前記静置時間としては、通常、10秒以上であり、好ましくは30秒〜1800秒である。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

例１
100ｍｌ容のガラス瓶に、トルエンを50ｇ、シリカを0.5ｇ導入し（トルエン：シリカ＝１０：０．１）、密閉した後、超音波を印加し、混合溶液を調製した。
得られた混合溶液を、60秒静置した。
静置後、ガラス瓶中のシリカの状態を目視で観察した。
その結果、シリカはガラス瓶中で沈降していることが確認された。
したがってこの場合、シリカのトルエンに対する分散性、ひいてはゴムに対する分散性は不良であると評価された。

例２
例１において、ガラス瓶中に分散剤として末端変性液状ＳＢＲ（日本ゼオン社製商品名Nipol NS616）を2.5ｇ添加し（トルエン：シリカ：分散剤＝１０：０．１：０．５）、密閉した後、超音波を印加し、混合溶液を調製した。それ以降は、例１と同様に目視観察を行ったところ、シリカはガラス瓶中で沈降していなかった。
したがってこの場合、分散剤はシリカをトルエン中で良好に分散させる効果が確認されたことから、シリカのゴムに対する分散性は良好となる、と評価された。

例３
例２において、分散剤をアミン化合物（東京化成工業社製商品名ステアリルアミン）に変更したこと以外は、例２を繰り返した。
目視観察の結果、シリカはガラス瓶中で沈降していなかった。
したがってこの場合、分散剤はシリカをトルエン中で良好に分散させる効果が確認されたことから、シリカのゴムに対する分散性は良好となる、と評価された。

例１〜３における、静置後のガラス瓶中の混合溶液の状態を図１に示す。

例４
例１において、ガラス瓶中のシリカの状態の目視観察を、混合溶液中のレーザ光（波長５３２±１０ｎｍ）の進行状態の目視観察に変更したこと以外は、例１を繰り返した。
目視観察の結果、照射したレーザ光は、混合溶液中で散乱していた。
したがってこの場合、シリカのトルエンに対する分散性、ひいてはゴムに対する分散性は不良であると評価された。
例４における照射したレーザ光の進行状態を図２に示す。

例５
例２において、ガラス瓶中のシリカの状態の目視観察を、混合溶液中のレーザ光（波長５３２±１０ｎｍ）の進行状態の目視観察に変更したこと以外は、例２を繰り返した。
目視観察の結果、照射したレーザ光は、混合溶液中を直進していた。
したがってこの場合、分散剤はシリカをトルエン中で良好に分散させる効果が確認されたことから、シリカのゴムに対する分散性は良好となる、と評価された。
例５における照射したレーザ光の進行状態を図３に示す。

例６
例３において、ガラス瓶中のシリカの状態の目視観察を、混合溶液中のレーザ光（波長５３２±１０ｎｍ）の進行状態の目視観察に変更したこと以外は、例３を繰り返した。
目視観察の結果、照射したレーザ光は、混合溶液中を直進していた。
したがってこの場合、分散剤はシリカをトルエン中で良好に分散させる効果が確認されたことから、シリカのゴムに対する分散性は良好となる、と評価された。
例５における照射したレーザ光の進行状態を図４に示す。

Claims (6)

1. 有機溶媒に、無機充填剤を添加および混合して混合溶液を調製する工程と、
   前記混合溶液中の前記無機充填剤の状態を目視にて観察する工程と、
   を有する、無機充填剤の分散性評価方法。
2. 前記混合溶液に対して、レーザー光を照射して、前記無機充填剤の状態を目視にて観察する、請求項１に記載の無機充填剤の分散性評価方法。
3. 前記無機充填剤がシリカである、請求項１または２に記載の無機充填剤の分散性評価方法。
4. 前記有機溶媒がトルエンである、請求項１〜３のいずれかに記載の無機充填剤の分散性評価方法。
5. 前記混合溶液に分散剤を添加した後、前記無機充填剤の状態を目視にて観察する、請求項１〜４のいずれかに記載の無機充填剤の分散性評価方法。
6. 超音波を印加して、前記有機溶媒と前記無機充填剤との混合を行う、請求項１〜５のいずれかに記載の無機充填剤の分散性評価方法。