JPWO2009084617A1 - ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
このゴム−金属複合材料が高い補強効果を発揮し、信頼性を得るためには、ゴム−金属補強材間に安定した経時変化の少ない接着が必要である。
しかしながら、これらの特許文献1及び2に記載されているスルフェンアミド系加硫促進剤については、ゴム物性のみが記載され、接着性能についての記載や示唆はない。しかも、本発明のスルフェンアミド化合物がゴム用の新規な加硫促進剤として用いることができることについては全く記載も示唆もされていない。
(1) ゴム成分と、硫黄と、下記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤とを含有してなることを特徴とするゴム組成物。
(2) ゴム成分100質量部に対し、上記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤0.1〜10質量部を含有してなる上記(1)に記載のゴム組成物。
(3) ゴム成分100質量部に対し、硫黄0.3〜10質量部を含有してなる上記(1)に記載のゴム組成物。
(4) ゴム成分100質量部に対し、硫黄0.3〜10質量部と、上記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤0.1〜10質量部とを含有してなる上記(1)に記載のゴム組成物。
(5) 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0である上記(1)に記載のゴム組成物。
(6) 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、R2は、炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は炭素数3〜6の分岐アルキル基である上記(1)に記載のゴム組成物。
(7) 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0であり、R2は、炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は炭素数3〜6の分岐アルキル基である上記(1)に記載のゴム組成物。
(8) 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0であり、R2はメチル基、エチル基、n−プロピル基である上記(7)に記載のゴム組成物。
(9) 更に、コバルト及び/又はコバルトを含有する化合物を含有する上記(1)に記載のゴム組成物。
(10) コバルト及び/又はコバルトを含有する化合物の含有量が、コバルト量として、ゴム成分100質量部に対し、0.03〜3質量部である上記(9)に記載のゴム組成物。
(11) コバルトを含有する化合物が、有機酸のコバルト塩である上記(9)又は(10)に記載のゴム組成物。
(12) ゴム成分が、天然ゴム及びポリイソプレンゴムの少なくとも一方を含む上記(1)〜(11)の何れか一つに記載のゴム組成物。
(13) ゴム成分が、50質量%以上の天然ゴム及び残部が合成ゴムよりなる上記(1)〜(11)の何れか一つに記載のゴム組成物。
上記(2)〜(8)に記載の発明によれば、加硫物性を低下させることなく、ムーニースコーチタイムを更に好適な範囲で長くすることができるので、作業性及び引張り特性に更に優れると共に、ゴムやけの発生が格段に少ないゴム組成物が得られる。
上記(9)〜(11)に記載の発明によれば、更に、タイヤや工業用ベルト等のゴム製品に用いられるスチールコード等の金属補強材との接着耐久性に優れるゴム組成物が得られる。
上記(12)又は(13)に記載の発明によれば、更に、耐久性に優れるゴム組成物が得られる。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、硫黄と、下記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤とを含有してなることを特徴とするものである。
好ましくは、スチールコード等の金属補強材への接着性の点から、天然ゴム及びポリイソプレンゴムの少なくとも一方を含むことが好ましく、更に、ベルトゴムの耐久性の点から、ゴム成分が、50質量%以上の天然ゴムと残部が上記の少なくとも1種の合成ゴムよりなることが望ましい。
更に、上記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤の中で、特に、R1が、tert−アルキル基であり、x=1又は2、n=0であり、R2が直鎖であるものが好ましいが、直鎖の中でもメチル基、エチル基、n−ブチル基であるスルフェンアミド化合物を加硫促進剤として用いることが接着性と加硫遅延効果の点でより好ましい。これらのスルフェンアミド系加硫促進剤は、本発明で初めて加硫促進剤として用いられるものであり、かつ、従来のスルフェンアミド系加硫促進剤の中で、最も加硫反応に遅効性を与える加硫促進剤として知られるN,N−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド以上の加硫遅延効果を有しながら、十分な加硫促進能力を両立して有するものであり、しかも、スチールコード等の金属補強材との直接加硫接着における接着耐久性に優れている。そのため、肉厚のゴム製品やコーティング用等のゴム組成物に好適に使用することができる。
上記一般式(I)で表される化合物のR1の具体例としては、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基,tert−ブチル基、イソアミル基(イソペンチル基)、ネオペンチル基、tert−アミル基(tert−ペンチル基)、イソヘキシル基、tert−ヘキシル基、イソヘプチル基、tert−ヘプチル基、イソオクチル基、tert−オクチル基、イソノニル基、tert−ノニル基、イソデシル基、tert−デシル基、イソウンデシル基、tert−ウンデシル基、イソドデシル基、tert−ドデシル基などが挙げられる。これらの中でも、好適なスコーチタイムが得られるなどの効果の点から、炭素数4〜12のtert−アルキル基が好ましく、特に、tert−ブチル基、tert−アミル基(tert−ペンチル基)、tert−ドデシル基、中でもtert−ブチル基が合成面、原料入手の観点から経済的に優れており望ましい。
上記一般式(I)で表される化合物のR2の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基,tert−ブチル基、n−アミル基(n−ペンチル基)、イソアミル基(イソペンチル基)、ネオペンチル基、tert−アミル基(tert−ペンチル基)、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル基、イソヘプチル基、n−オクチル基、イソ−オクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基などが挙げられる。これらの中でも、合成のし易さや原材料コストなどの効果の点から、炭素数1〜8の直鎖アルキル基又は炭素数3〜8の分岐アルキル基、更に炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は3〜6の分岐アルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基が好ましい。特に、好適なムーニースコーチタイムが得られ、かつ高いスチールコード接着が得られる点で、上記炭素数の分岐アルキル基よりも上記炭素数の直鎖アルキル基が好ましくい。これは分岐になると加硫が更に遅れるため生産性が低下したり、直鎖アルキル基と同じ炭素数で比較した場合接着性が低下するためである。これらの中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基が最も望ましい。
以上のように、本発明に用いる上記一般式(I)で表されるスルフェンアミド化合物の中で好ましい化合物から更に好ましい化合物を順番にまとめてみると、具体的には、ムーニースコーチタイムが早くなりすぎず、加工時にゴム焦げを起こさず、作業性の低下、かつ接着性の低下を回避する点等から、1)上記一般式(I)のR1は、tert−アルキル基であり、n=0、R2は、炭素数1〜10の直鎖アルキル基又は炭素数3〜10の分岐アルキル基であるもの、2)上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、nは0又は1の整数、R2は、炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は炭素数3〜6の分岐アルキル基であるもの、3)上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0であり、R2は、炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は炭素数3〜6の分岐アルキル基であるもの、4)上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0であり、R2はメチル基、エチル基、n−プロピル基であるものが好ましいものとなる(降順する程、好適なスルフェンアミド化合物となる)。
これらの中でも、特に、最も長いスコーチタイムと優れた接着性能を有する点で、N−メチル−N−t−ブチルベンゾチアゾ−ル−2−スルフェンアミド(BMBS)、N−エチル−N−t−ブチルベンゾチアゾ−ル−2−スルフェンアミド(BEBS)、N−n−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾ−ル−2−スルフェンアミドを用いることが望ましい。
これらの化合物は、1種でも組み合わせて使用してもよい。また、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾ−ルスルフェンアミド(TBBS)、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾ−ルスルフェンアミド(CBS)、ジベンゾチアゾリルジスルフィド(MBTS)などの汎用の加硫促進剤と組み合わせて使用することも可能である。
すなわち、対応するアミンと次亜塩素酸ソーダの反応によりあらかじめ調製したN−クロロアミンとビス(ベンゾチアゾ−ル−2−イル)ジスルフィドを、アミンおよび塩基存在下、適切な溶媒中で反応させる。塩基としてアミンを用いた場合は、中和を行い、遊離のアミンに戻した後、得られた反応混合物の性状に従って、ろ過、水洗、濃縮、再結晶など適切な後処理をおこなうと、目的とするスルフェンアミドが得られる。
本製造方法に用いる溶媒としては、アルコールが望ましく、特にメタノールが望ましい。
この加硫促進剤の含有量が0.1質量部未満であると、十分に加硫しなくなり、一方、10質量部を越えると、ブルームが問題となり、好ましくない。
この硫黄の含有量が0.3質量部未満であると、十分に加硫しなくなり、一方、10質量部を越えると、ゴムの耐老化性能が低下し、好ましくない。
用いることができるコバルトを含有する化合物としては、有機酸のコバルト塩、無機酸のコバルト塩である塩化コバルト、硫酸コバルト、硝酸コバルト、リン酸コバルト、クロム酸コバルトの少なくとも1種が挙げられる。
好ましくは、更なる初期接着性能の向上の点から、有機酸のコバルト塩の使用が望ましい。
これらのコバルト及び/又はコバルトを含有する化合物の(合計)含有量は、コバルト量として、ゴム成分100質量部に対し、0.03〜3質量部、好ましくは、0.03〜1質量部、更に好ましくは、0.05〜0.7質量部とすることが望ましい。
これらのコバルト量の含有量が0.03質量部未満では、更なる接着性を発揮することができず、一方、3質量部を越えると、耐老化物性が大きく低下し、好ましくない。
本発明のゴム組成物では、自動車用タイヤ、コンベアベルト、ホース等、特に強度が要求されるゴム製品、具体的には、ゴムを補強し強度、耐久性を向上させる目的で、スチールコード等の金属補強材をゴム組成物で被覆したゴム−金属複合材料用に好適に適用することができる。
N−t−ブチルエチルアミン16.4g(0.162mol)に12%次亜塩素酸ナトリウム水溶液148gを0℃以下で滴下し、2時間攪拌後油層を分取した。ビス(ベンゾチアゾール−2−イル)ジスルフィド39.8g(0.120mol)、N−t−ブチルエチルアミン24.3g(0.240mol)および前述の油層を、メタノ−ル120mlに懸濁させ、還流下2時間攪拌した。冷却後、水酸化ナトリウム6.6g(0.166mol)で中和し、ろ過、水洗、減圧濃縮した後、再結晶することで目的とするBEBSを41.9g(収率66%)の白色固体(融点60〜61℃)として得た。
得られたBEBSのスペクトルデータを以下に示す。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ=1.29(t,3H,J=7.1Hz,CH3(エチル))、1.34(s,9H,CH3(t−ブチル))、2.9−3.4(br−d,CH2)、7.23(1H,m)、7.37(1H,m)、7.75(1H,m)、7.78(1H,m):
13C−NMR(100MHz,CDCl3)δ=15.12、28.06、47.08、60.41、120.70、121.26、123.23、125.64、134.75、154.93、182.63:
質量分析(EI、70eV):m/z;251(M+−CH4)、167(M+−C6H14N)、100(M+−C7H5NS2):
IR(KBr,cm−1):3061,2975,2932,2868,1461,1429,1393,1366,1352,1309,1273,1238,1198,1103,1022,1011,936,895,756,727。
N−t−ブチルエチルアミンの代わりにN−t−ブチルメチルアミン14.1g(0.162mol)と20.9g(0.240mol)用いて製造例1と同様に行い、BMBSを46.8g(収率82%)の白色固体(融点56〜58℃)として得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ=1.32(9H,s,CH3(t−ブチル))、3.02(3H,s,CH3(メチル))、7.24(1H,m)、7.38(1H,m)、7.77(1H,m)、7.79(1H,m):
13C−NMR(100MHz,CDCl3)δ=27.3、41.9、59.2、120.9、121.4、123.3、125.7、135.0、155.5、180.8:
質量分析(EI,70eV)m/z;252(M+)、237(M+−CH3)、223(M+−C2H6)、195(M+−C4H9)、167(M+−C5H12N)、86(M+−C7H4NS2)。
N−t−ブチルエチルアミンの代わりにN−n−プロピル−t−ブチルアミン18.7g(0.162mol)と27.7g(0.240mol)を用いて製造例1と同様に行い、N−n−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾ−ル−2−スルフェンアミドを白色固体(融点50〜52℃)として得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ:0.92(t,J=7.3Hz,3H),1.34(s,9H),1.75(br,2H),3.03(brd,2H),7.24(t,J=7.0Hz,1H),7.38(t,J=7.0Hz,1H),7.77(d,J=7.5Hz,1H),7.79(d,J=7.5Hz,1H):
13C−NMR(100MHz,CDCl3)δ:11.7,23.0,28.1,55.3,60.4,120.7,121.3,123.3,125.7,134.7,154.8,181.3。
N−t−ブチルエチルアミンの代わりにN−i−プロピル−t−ブチルアミン18.7g(0.162mol)と27.7g(0.240mol)を用いて製造例1と同様に行い、N−i−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾ−ル−2−スルフェンアミドを白色固体(融点68〜70℃)として得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ:1.20−1.25(dd,(1.22ppm:J=6.4Hz,1.23ppm:J=6.4Hz)6H),1.37(s,9H),3.78(m,J=6.3Hz,1H),7.23(t,J=7.0Hz,1H),7.38(t,J=7.0Hz,1H),7.77(d,J=7.5Hz,1H),7.79(d,J=7.5Hz,1H):
13C−NMR(100MHz,CDCl3)δ:22.3,23.9,29.1,50.6,61.4,120.6,121.2,123.2,125.6,134.5,154.5,183.3。
N−t−ブチルエチルアミンの代わりにN−ジ−i−プロピルアミン16.4g(0.162mol)と24.3g(0.240mol)を用いて製造例1と同様に行い、N,N−ジ−i−プロピルベンゾチアゾ−ル−2−スルフェンアミドを白色固体(融点57〜59℃)として得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)d1.26(d,J=6.5Hz,12H),3.49(dq,J=6.5Hz,2H),7.24(t,J=7.0Hz,1H),7.37(t,J=7.0Hz,1H),7.75(d,J=8.6Hz,1H),7.79(d,J=8.6Hz,1H):
13C−NMR(100MHz,CDCl3)d21.7,22.5,55.7,120.8,121.3,123.4,125.7,134.7,155.1,182.2:
質量分析(EI,70eV),m/z266(M+),251(M+−15),218(M+−48),209(M+−57),182(M+−84),167(M+−99),148(M+−118),100(M+−166:base)。
N−t−ブチルエチルアミンの代わりにN−t−ブチル−n−ブチルアミン20.9g(0.162mol)と31.0g(0.240mol)を用いて製造例1と同様に行い、BBBSを42.4g(収率60%)の白色固体(融点55〜56℃)として得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ=0.89(3H,t,J=7.32Hz,CH3(n−Bu))、1.2−1.4(s+m,11H,CH3(t−ブチル)+CH2(n−ブチル))、1.70(br.s,2H,CH2)、2.9−3.2(br.d,2H,N−CH2)、7.23(1H,m)、7.37(1H,m)、7.75(1H,m)、7.78(1H,m):
13C−NMR(100MHz,CDCl3)δ:14.0、20.4、27.9、31.8、53.0、60.3、120.6、121.1、123.1、125.5、134.6、154.8、181.2:
質量分析(EI,70eV)、m/z294(M+)、279(M+−CH3)、237(M+−C4H9)、167(M+−C8H18N)、128(M+−C7H4NS2):IR(neat):1707cm−1,3302cm−1。
2200mlのバンバリーミキサーを使用して、ゴム成分、硫黄、上記製造例で得た加硫促進剤、有機酸コバルト塩、その他の配合剤を下記表1及び表2に示す配合処方で混練り混合して未加硫のゴム組成物を調製し、以下の方法で、ムーニー粘度、ムーニースコーチタイム、破断時の伸び(Eb)と応力(Tb)、300%伸張時の引張応力(M300)、接着性能を以下に示す方法で評価した。
これらの結果を下記表1及び表2に示す。
JIS K 6300−1:2001に準拠して行った。
なお、評価は、比較例1の値を100として指数表示した。ムーニー粘度は、値が小さいほど作業性が良好であることを示し、ムーニースコーチタイムは、値が大きい程、作業性が良好であることを示す。
上記ゴム組成物を145℃で60分間加硫して得た加硫ゴムに対し、JIS K 6301−1995(3号形試験片)に準拠して25℃にて測定試験を行い、破断時の伸び(Eb)と応力(Tb)、並びに、300%伸張時の引張応力(M300)を測定し、比較例1のゴム組成物の引張特性を100として指数表示した。値が大きい程、引張り特性が良好であることを示す。
黄銅めっき(Cu:63wt%、Zu:37wt%)したスチールコード(外径0.5mm×長さ300mm)3本を10mm間隔で平行に並べ、このスチールコードを上下両側から各ゴム組成物でコーティングして、これを160℃、20分間の条件で加硫し、サンプルを作製した。
得られた各サンプルの接着性について、ASTM−D−2229に準拠して、各サンプルに対してスチールコードを引き抜き、ゴムの被覆状態を目視で観察し、0〜100%で表示し、接着性の指標とした。耐熱接着性は、各アンプルを100℃のギヤオーブンに15日、30日間放置した後に、上記試験法にて、スチールコードを引き抜き、ゴムの被覆状態を目視で観察し、0〜100%で表示し、各耐熱接着性の指標とした。数値が大きい程、耐熱接着性に優れていることを示す。
*1:BR01
*2:SBR#1778
*3:N−フェニル−N’−1,3−ジメチルブチル−p−フェニレンジアミン
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラー6C)
*4:N,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラーDZ)
*5:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラーCZ)
*6:N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラーNS)
*7:N−メチル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*8:N−エチル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*9:N−n−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*10:N−i−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*11:N,N−ジ−i−プロピルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*12:N−n−ブチル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*1:BR01
*2:SBR#1778
*3:N−フェニル−N’−1,3−ジメチルブチル−p−フェニレンジアミン
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラー6C)
*4:N,N’−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラーDZ)
*5:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
(大内新興化学工業製、商品名:ノクセラーCZ)
*6:OMG社製、商品名:マノボンドC22.5、コバルト含有量22.5質量%
*7:N−メチル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*8:N−エチル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*9:N−n−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*10:N−i−プロピル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*11:N,N−ジ−i−プロピルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
*12:N−n−ブチル−N−t−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド
上記表2は、コバルトを含有する化合物等を更に含有せしめた各ゴム組成物の配合処方であり、表2の結果の結果から明らかなように、本発明範囲となる実施例11〜19は、本発明の範囲外となる比較例6〜9に較べて、加硫物性(Eb、Tb、M300)を低下させることなく、ムーニースコーチタイムを長くすることができるので、作業性及び引張り特性に優れると共に、更に優れた耐熱接着性を発揮せしめることが判った。
Claims (13)
- ゴム成分100質量部に対し、上記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤0.1〜10質量部を含有してなる請求項1に記載のゴム組成物。
- ゴム成分100質量部に対し、硫黄0.3〜10質量部を含有してなる請求項1に記載のゴム組成物。
- ゴム成分100質量部に対し、硫黄0.3〜10質量部と、上記一般式(I)で表されるスルフェンアミド系加硫促進剤0.1〜10質量部とを含有してなる請求項1に記載のゴム組成物。
- 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0である請求項1に記載のゴム組成物。
- 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、R2は、炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は炭素数3〜6の分岐アルキル基である請求項1に記載のゴム組成物。
- 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0であり、R2は、炭素数1〜6の直鎖アルキル基又は炭素数3〜6の分岐アルキル基である請求項1に記載のゴム組成物。
- 上記一般式(I)中のR1は、tert−アルキル基であり、n=0であり、R2はメチル基、エチル基、n−プロピル基である請求項7に記載のゴム組成物。
- 更に、コバルト及び/又はコバルトを含有する化合物を含有する請求項1に記載のゴム組成物。
- コバルト及び/又はコバルトを含有する化合物の含有量が、コバルト量として、ゴム成分100質量部に対し、0.03〜3質量部である請求項9に記載のゴム組成物。
- コバルトを含有する化合物が、有機酸のコバルト塩である請求項9又は10に記載のゴム組成物。
- ゴム成分が、天然ゴム及びポリイソプレンゴムの少なくとも一方を含む請求項1〜11の何れか一つに記載のゴム組成物。
- ゴム成分が、50質量%以上の天然ゴムと残部が合成ゴムよりなる請求項1〜11の何れか一つに記載のゴム組成物。
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