JP5999014B2 - コンベヤベルト用ゴム組成物およびコンベヤベルト - Google Patents
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Description
このため、設備コスト、消費電力が膨らんでおり、低コストおよび省電力のベルトコンベヤシステムが求められており、特に、ベルトを構成するゴム特性の改良により、ベルトコンベヤの低コスト化および省電力化が検討されている。
本発明者らは、特許文献1を参考に、ブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、硫黄と、加硫促進剤とを含有するコンベヤベルト用ゴム組成物について検討したところ、加硫後の低温(例えば、−40℃)におけるtanδが高く、低温における省電力性が昨今求められているレベルを満たしていないことが明らかになった。
そこで、本発明は、上記実情を鑑みて、コンベヤベルトを形成したときに低温における省電力性に優れるコンベヤベルト用ゴム組成物、および、そのようなコンベヤベルト用ゴム組成物を用いて形成されたコンベヤベルトを提供することを目的とする。
上記ブタジエンゴムおよび上記スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−65℃以下であり、
上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が、90m2/g以下であり、
上記ブタジエンゴムおよび上記スチレンブタジエンゴムの合計の含有量が、上記ゴム成分に対して50質量%以上であり、
上記カーボンブラックの含有量が、上記ゴム成分100質量部に対して30〜50質量部であり、
上記硫黄の含有量と上記加硫促進剤の含有量との質量比(硫黄/加硫促進剤)が1.5以下である、コンベヤベルト用ゴム組成物。
(2) 上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が、60m2/g以上である、上記(1に記載のコンベヤベルト用ゴム組成物。
(3) 寒冷地向けコンベヤベルトに用いられる、上記(1)または(2)に記載のコンベヤベルト用ゴム組成物。
(4) 上記(1)〜(3)のいずれかに記載のコンベヤベルト用ゴム組成物を用いて形成される、コンベヤベルト。
(5) 上面カバーゴム層と、補強層と、下面カバーゴム層とを有し、
少なくとも上記下面カバーゴム層が、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のコンベヤベルト用ゴム組成物を用いて形成される、コンベヤベルト。
(6) 寒冷地向けコンベヤベルトである、上記(4)または(5)に記載のコンベヤベルト。
本発明のコンベヤベルト用ゴム組成物(以下、本発明の組成物ともいう)は、ブタジエンゴムおよび/またはスチレンブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、硫黄と、加硫促進剤とを含有し、上記ブタジエンゴムおよび上記スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−65℃以下であり、上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が、90m2/g以下であり、上記ブタジエンゴムおよび上記スチレンブタジエンゴムの合計の含有量が、上記ゴム成分に対して50質量%以上であり、上記カーボンブラックの含有量が、上記ゴム成分100質量部に対して30〜50質量部であり、上記硫黄の含有量と上記加硫促進剤の含有量との質量比(硫黄/加硫促進剤)が1.5以下である。
本発明の組成物はこのような構成をとるため、コンベヤベルトを形成したときに低温における省電力性が優れるものと考えられる。
後述するとおり、本発明に含有されるゴム成分はガラス転移温度が−65℃以下のブタジエンゴムおよび/またはスチレンブタジエンゴムを合計で50質量%以上含む。また、後述するとおり、本発明に含有されるカーボンブラックの窒素吸着比表面積が、90m2/g以下である。そのため、低温環境下における変形時の発熱が抑えられるものと考えられる。
また、上述のとおり、本発明の組成物は、硫黄の含有量と加硫促進剤の含有量との質量比(硫黄/加硫促進剤)が1.5以下である。そのため、本発明の組成物を加硫して得られる架橋構造は極めて均一性が高い。結果として、変形時の応力分散に優れ、エネルギーロスが少ないものと考えられる。
このような理由から、本発明の組成物を用いて形成されるコンベヤベルトは低温において優れた省電力性を示すものと考えられる。
このことは後述する比較例が示すように、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムの合計の含有量がゴム成分に対して50質量%未満である場合(比較例1)、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムの合計の含有量がゴム成分に対して50質量%以上であっても上記ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムのいずれかのガラス転移温度が−65℃を超える場合(比較例2〜4)、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が90m2/gを超える場合(比較例6)、硫黄/加硫促進剤が1.5を超える場合(比較例5)には低温における省電力性が不十分となることからも推測される。
本発明の組成物に含有されるゴム成分は、ブタジエンゴム(BR)および/またはスチレンブタジエンゴム(SBR)を含む。
上記ブタジエン系単量体としては、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエンなどが挙げられる。
なお、本願において重量平均分子量(Mw)は、テトラヒドロフランを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算で求めたものである。
なお、本願においてTgは、示差走査熱量計(DSC)を用いて20℃/分の昇温速度で測定し、中点法にて算出したものである。
上記スチレン系単量体としては、例えば、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、α−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,4−ジイソプロピルスチレン、4−tert−ブチルスチレン、tert−ブトキシスチレン、N,N−ジメチルアミノエチルスチレンなどが挙げられる。
そのようなゴムとしては特に制限されないが、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、Cl−IIR)、クロロプレンゴム(CR)などが挙げられる。
本発明の組成物に含有されるカーボンブラックは、窒素吸着比表面積(N2SA)が90m2/g以下であれば特に制限されない。
ここで、上記窒素吸着比表面積は、カーボンブラックがゴム分子との吸着に利用できる表面積の代用特性であり、カーボンブラック表面への窒素吸着量をJIS K6217−2:2001「第2部:比表面積の求め方−窒素吸着法−単点法」に従い測定した値である。
上記カーボンブラックのN2SAの下限値は特に制限されないが、通常、10m2/g以上である。
本発明の組成物には含有される硫黄としては特に制限されないが、例えば、粉末硫黄、沈降性硫黄、高分散性硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄、ジモルフォリンジサルファイド、アルキルフェノールジサルファイドなどが挙げられる、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物に含有される加硫促進剤としては特に制限されないが、例えば、アルデヒド・アンモニア系、グアニジン系、チオウレア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジチオカルバミン酸塩系等の加硫促進剤が挙げられる。
アルデヒド・アンモニア系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、ヘキサメチレンテトラミン(H)等が挙げられる。
グアニジン系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、ジフェニルグアニジン等が挙げられる。
チオウレア系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、エチレンチオウレア等が挙げられる。
チアゾール系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、ジベンゾチアジルジスルフィド(DM)、2−メルカプトベンゾチアゾールおよびそのZn塩等が挙げられる。
スルフェンアミド系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CZ)、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(NS)等が挙げられる。
チウラム系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等が挙げられる。
ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、Na−ジメチルジチオカーバメート、Zn−ジメチルジチオカーバメート、Te−ジエチルジチオカーバメート、Cu−ジメチルジチオカーバメート、Fe−ジメチルジチオカーバメート、ピペコリンピペコリルジチオカーバメート等が挙げられる。
上記質量比(以下、「硫黄/加硫促進剤」ともいう)は、低温における省電力性により優れ、また、過加硫時のtanδ(20℃)の変化率がより小さくなる理由から、1.3以下であることが好ましく、1.1以下であることがより好ましい。
本発明の組成物は、上述した各成分以外に、シリカ、シランカップリング剤、上記硫黄以外の加硫剤、加硫助剤、加硫遅延剤などのその他の成分を含有していてもよく、さらに、本発明の目的を損なわない範囲で、各種配合剤を含有していてもよい。
上記シリカとしては特に制限されないが、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ、無水微粉ケイ酸、含水微粉ケイ酸、含水ケイ酸アルミニウム、含水ケイ酸カルシウム等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記シランカップリング剤としては特に制限されないが、ゴム用途に使用されるポリスルフィド系シランカップリング剤を用いるのが好ましい。
上記ポリスルフィド系シランカップリング剤としては、具体的には、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド等が挙げられる。
上記硫黄以外の加硫剤としては特に制限されないが、例えば、有機過酸化物系、金属酸化物系、フェノール樹脂、キノンジオキシム等の加硫剤が挙げられる。
有機過酸化物系の加硫剤としては、具体的には、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジ(パーオキシルベンゾエート)等が挙げられる。
その他として、酸化マグネシウム、リサージ、p−キノンジオキシム、p−ジベンゾイルキノンジオキシム、ポリ−p−ジニトロソベンゼン、メチレンジアニリン等が挙げられる。
上記加硫助剤としては、一般的なゴム用助剤を併せて用いることができ、例えば、亜鉛華、ステアリン酸やオレイン酸およびこれらのZn塩等が挙げられる。
上記加硫遅延剤としては、具体的には、例えば、無水フタル酸、安息香酸、サリチル酸、アセチルサリチル酸などの有機酸;N−ニトロソージフェニルアミン、N−ニトロソーフェニル−β−ナフチルアミン、N−ニトロソ−トリメチル−ジヒドロキノリンの重合体などのニトロソ化合物;トリクロルメラニンなどのハロゲン化物;2−メルカプトベンツイミダゾール;サントガードPVI:等が挙げられる。
これらの配合剤は、ゴム用組成物用の一般的なものを用いることができる。それらの配合量も特に制限されず、任意に選択できる。
また、本発明の組成物は、後述する実施例が示すように、過加硫時のtanδ(20℃)の変化率が小さいため、エンドレス部を有するコンベヤベルト(例えば、長距離コンベヤベルト)用途にも好適である。
本発明の組成物の製造は、特に限定されず、例えば、上述したゴム成分およびカーボンブラックをバンバリーミキサー等で混練し、次いで、混練ロール機等で硫黄および加硫促進剤等を混練して行うことができる。
また、加硫は、通常行われる条件で行うことができる。具体的には、例えば、温度140〜150℃程度、0.5時間の条件下、加熱することにより行われる。
本発明のコンベヤベルトは、上述した本発明の組成物を用いて形成されたコンベヤベルトである。
本発明のコンベヤベルトは、上述のとおり、低温における省電力性に優れるため、寒冷地向けコンベヤベルトとして好適である。
以下に、図1を用いて、本発明のコンベヤベルトの上記好適な態様を説明する。
図1に示すように、コンベヤベルト1は、補強層3を中心層とし、その両側に上面カバーゴム層2と下面カバーゴム層4とが設けられている。上面カバーゴム層2は、外層11と内層12との2層で構成されている。下面カバーゴム層4は、外層16と内層15との2層で構成されている。ここで、上面カバーゴム層2および下面カバーゴム層4における外層および内層(外層11および内層12、外層16および内層15)は、それぞれ互いに異なるゴム組成物を用いて形成されていてもよい。
上面カバーゴム層2の運搬物搬送面5を構成する外層11は、耐熱性、耐摩耗性、耐油性等に優れたゴム組成物から形成されるのが望ましい。また、上面カバーゴム層2の内層12は、補強層3および外層11の接着に寄与する。そのため、上面カバーゴム層2は、外層と内層との2層で構成されていることが好ましい。
下面カバーゴム層4の裏面表面を構成する外層16は、本発明のゴム組成物により形成されている。また、下面カバーゴム層4の内層15は、製造コストや補強層3との接着性が重視されることから他のゴム組成物から形成されるのが望ましい。そのため、カバーゴム層4は、2層で構成されていることが好ましい。
また、補強層3の形状は特に限定されず、図1に示すようにシート状であってもよく、ワイヤー状の補強線を並列に埋込むものであってもよい。
下面カバーゴム層4の厚さがこの範囲であると、高温の運搬物を搬送に用いる場合であっても、ゴムの劣化等により生ずるベルトの反り返り(カッピング)を防ぐことができる。
下記第1表に示す成分を、下記第1表に示す割合(質量部)で混合し、コンベヤベルト用ゴム組成物を調製した。
得られたゴム組成物を148℃で30分間加硫し、加硫ゴム組成物を調製した。さらに、作製した加硫ゴム組成物を短冊状(長さ20mm×幅5mm×厚み2mm)に切り抜き、試験片を得た。
得られた試験片について、粘弾性スペクトロメータ(東洋精機製作所社製)によりtanδを測定した(測定温度:−40℃、−20℃、20℃)。なお、tanδの測定は、試験片を10%伸張させ、振幅±2%の振動を振動数20Hzで与えて行った。結果を第1表に示す。低温における省電力性に優れる理由から、実用上、−40℃におけるtanδは0.600以下であることが好ましい。
なお、比較例2の−40℃におけるtanδは測定上限値を超えたため測定することができなかった。
得られたゴム組成物を148℃で90分間加硫し、過加硫ゴム組成物を調製した。調製した過加硫ゴム組成物について、上述のとおり、tanδ(20℃)を測定した。
測定した「過加硫ゴム組成物のtanδ(20℃)」と、上述のとおり測定した「加硫ゴム組成物のtanδ(20℃)」とを用いて、下記式から「過加硫時のtanδ(20℃)の変化率」を算出した。
過加硫時のtanδ(20℃)の変化率={(過加硫ゴム組成物のtanδ(20℃))−(加硫ゴム組成物のtanδ(20℃))}/(加硫ゴム組成物のtanδ(20℃))]
ロールにゴムを巻き付けた際に、ロールに巻き付き、切り返し作業性に優れるものを「A」と評価し、ロールに巻きつけた際にたるみが生じ、切り返し作業性に劣るものを「B」と評価した。結果を第1表に示す。
・NR:天然ゴム(RSS#3、Tg:−60℃)
・BR:ブタジエンゴム(NipolBR1220、Tg:−105℃、日本ゼオン社製)
・SBR1:スチレンブタジエンゴム(Nipol NS116、Tg:−22℃、日本ゼオン社製)
・SBR2:スチレンブタジエンゴム(Nipol 1502、Tg:−54℃、日本ゼオン社製)
・SBR3:スチレンブタジエンゴム(タフデン1000R、Tg:−74℃、旭化成社製)
・SBR4:スチレンブタジエンゴム(タフデン2000R、Tg:−71℃、旭化成社製)
・CB1:カーボンブラック(ISAF)(ニテロン#300、N2SA:101m2/g、新日化カーボン社製)
・CB2:カーボンブラック(HAF)(ショウブラックN339、N2SA:90m2/g、キャボットジャパン社製)
・CB3:カーボンブラック(HAF)(ショウブラックN330、N2SA:70m2/g、キャボットジャパン社製)
・CB4:カーボンブラック(FEF)(ダイアブラックE、N2SA:40m2/g、三菱化学社製)
・硫黄:油処理硫黄(細井化学工業社製)
・加硫促進剤:N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(ノクセラーNS、大内新興化学工業社製)
実施例1と2との対比から、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が60m2/g以上である実施例1の方が、過加硫時のtanδ(20℃)の変化率がより小さかった。
また、実施例1と5との対比から、「硫黄/加硫促進剤」が1.3以下である実施例1の方が、低温における省電力性により優れ、また、過加硫時のtanδ(20℃)の変化率がより小さかった。
一方、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムの合計の含有量がゴム成分に対して50質量%未満である比較例1は低温における省電力性が不十分であった。
また、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムの合計の含有量がゴム成分に対して50質量%以上であるが、上記ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムのいずれかのガラス転移温度が−65℃を超える比較例2〜4も低温における省電力性が不十分であった。
また、「硫黄/加硫促進剤」が1.5を超える比較例5も低温における省電力性が不十分であった。さらに、過加硫時のtanδ(20℃)の変化率が大きかった。
また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が90m2/gを超える比較例6は常温および低温における省電力性が不十分であった。
2:上面カバーゴム層
3:補強層
4:下面カバーゴム層
5:運搬物搬送面
11、16:外層
12、15:内層
Claims (6)
- ブタジエンゴムおよび/またはスチレンブタジエンゴムを含むゴム成分と、カーボンブラックと、硫黄と、加硫促進剤とを含有し、
前記ブタジエンゴムおよび前記スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−65℃以下であり、
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が、90m2/g以下であり、
前記ブタジエンゴムおよび前記スチレンブタジエンゴムの合計の含有量が、前記ゴム成分に対して50質量%以上であり、
前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して30〜50質量部であり、
前記硫黄の含有量と前記加硫促進剤の含有量との質量比(硫黄/加硫促進剤)が1.1以下である、コンベヤベルト用ゴム組成物。 - 前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が、60m2/g以上である、請求項1に記
載のコンベヤベルト用ゴム組成物。 - 寒冷地向けコンベヤベルトに用いられる、請求項1または2に記載のコンベヤベルト用ゴム組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のコンベヤベルト用ゴム組成物を用いて形成される、コンベヤベルト。
- 上面カバーゴム層と、補強層と、下面カバーゴム層とを有し、
少なくとも前記下面カバーゴム層が、請求項1〜3のいずれかに記載のコンベヤベルト用ゴム組成物を用いて形成される、コンベヤベルト。 - 寒冷地向けコンベヤベルトである、請求項4または5に記載のコンベヤベルト。
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