(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記非共役ジエンが、1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエンおよび7−メチル−1,6−オクタジエン;シクロヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、メチルテトラインデン、5−ビニルノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネンおよび6−クロロメチル−5−イソプロペニル−2−ノルボルネンなどの環状非共役ジエン;2,3−ジイソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−エチリデン−3−イソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−プロペニル−2,2−ノルボルナジエン、1,3,7−オクタトリエンおよび1,4,9−デカトリエンなどのトリエン;5−ビニル−2−ノルボルネン;5−(2−プロペニル)−2−ノルボルネン;5−(3−ブテニル)−2−ノルボルネン;5−(4−ペンテニル)−2−ノルボルネン;5−(5−ヘキセニル)−2−ノルボルネン;5−(5−ヘプテニル)−2−ノルボルネン;5−(7−オクテニル)−2−ノルボルネン;5−メチレン−2−ノルボルネン;6,10−ジメチル−1,5,9−ウンデカトリエン;5,9−ジメチル−1,4,8−デカトリエン;4−エチリデン−8−メチル−1,7−ノナジエン;13−エチル−9−メチル−1,9,12−ペンタデカトリエン;5,9,13−トリメチル−1,4,8,12−テトラデカジエン;8,14,16−トリメチル−1,7,14−ヘキサデカトリエンおよび4−エチリデン−12−メチル−1,11−ペンタデカジエンからなる群から選択される、請求項1または2のいずれか一項に記載の油展コポリマー組成物。
前記エキステンダー油が、石油の高沸点留分を精製することによって得られるパラフィン、ナフテンおよび芳香族エキステンダー油からなる群から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の油展コポリマー組成物。
【背景技術】
【0002】
エチレン−α−オレフィンエラストマー、特にエチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)は、多種多様な用途において有用である優れた汎用エラストマーとして認められている。
【0003】
EPDMは、不飽和を導入し、こうしてポリマー鎖の架橋を容易にするための少量のジエンとともにエチレンおよびプロピレン繰り返し単位からなる。ポリマー骨格中の不飽和の実質的な不在のために、EPDMゴムは、秀でた耐酸化性、耐オゾン性および耐候性、ならびに共役ジエンゴムと比較してより良好な熱老化を示す。さらに、EPDMゴムは有利にも、費用の点で多くの他のエラストマーに匹敵し、良好な物理的特性を維持しながら高濃度の充填材および油を許容する。これらの理由で、エチレン―α―オレフィン−エラストマー、特にEPDMは、例えばホース、シール、ガスケット、屋根材および隙間塞ぎなどの多数の用途において単独でか、他のエラストマーとブレンドされるかのいずれかで広く使用されてきた。
【0004】
しかし、EPDM材料の公知の不都合は、動的用途における劣ったそれらの性能である。この関連で動的用途は、造形品が繰り返しのストレス力および動的ローディングにさらされるそれらの用途である。不幸にも、エチレン−α−オレフィンエラストマーは、そのような用途においてほどほどの動的疲労抵抗、耐摩耗性、引張強度および弾性率を示すにすぎないことが知られている。これらの特性のいくつかは、改良ゴムコンパウンドが目的を達成するのを逆に困難にしている傾向さえある。例えば、硬化ゴムの架橋密度の増加は一般に、圧縮永久歪みを減らすのに役立つが、引裂強度の低下をまたもたらす。
【0005】
EPDMポリマーについては、過酸化物硬化が一般に、熱老化特性をさらに改善し、圧縮永久歪みを減らし、そして処理および未処理織物への接着を向上させるために硫黄硬化の代わりに用いられている。不幸にも、過酸化物硬化ゴムの動的特性は一般に、硫黄硬化ゴムのものよりも悪くさえなる。この事実は、動的用途におけるEPDM化合物の適用性をさらに低下させる。本発明は、過酸化物硬化商品についてもまた解決策を提供する。
【0006】
結果として、動力伝達ベルト類、平ベルト類、たわみ継手、ねじり振動ダンパー、空気バネ、エンジンマウントなどの、動的用途におけるEPDMの使用はそれ故、例えば(特許文献1)における過酸化物硬化コンパウンドについてはとりわけ、むしろ制限されてきた。
【0007】
これらのタイプの部品は代わりに、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンおよびそれらのブレンドなどの秀でた動的機械的特性を持ったエラストマーを使用して最も一般に製造されている。特に、天然ゴムは、その歪誘発結晶化のために動的用途においてはるかにより良好に機能するが、それは耐熱性および耐オゾン性に欠ける。
【0008】
これらのポリマーは、許容できる性能を提供し、そして良好な加工性を示すが、上述の動的用途におけるその使用を可能にするのに十分な動的機械的耐久性を示すEPDMゴムを開発することが非常に望ましいであろう。
【0009】
この目標を達成するために、EPDMは、改善された動的特性を有するゴムを開発するために、より有利な機械的特性を示す他のエラストマーとブレンドされてきた。これらのエラストマーとしては、ポリクロロプレン、ジエンゴムおよびオルガノ−ポリシロキサン樹脂が挙げられる。そのような場合には、EPDMは、最終組成物の費用を維持または削減しながら耐熱性、耐オゾン性または耐酸素性を向上させるために添加される。
【0010】
これらのコンパウンドの有効性は、許容できる機械的特性を持ったコンパウンドを生成するために利用されてもよいEPDMの割合がかなり制限されるという事実によって制限される。さらに、そのようなコンパウンドの加工は、多くの場合厄介であり、かつ、費用がかかる。
【0011】
さらに、EPDMおよび使用されてもよい他のエラストマーの許容できる硬化のために必要な条件は、多くの場合食い違っている。EPDMおよび高不飽和ジエンゴムの不十分な混合性および硬化不一致は、結果として生じる組成物の応力−歪み試験での不十分な性能によって実証されている。実際に、そのような組成物は一般に、どちらの純ポリマーよりも悪く機能する。この不十分な性能は一部分において幾つかの要因による。1つの原因は、加硫速度の差である。ゴムの1つにとって最適な加硫は多くの場合、他の不十分な加硫をもたらすであろう。これは、他のものよりも1つのポリマーにとっての様々な加硫促進剤の優先傾向と組み合わせて、両ポリマーにとって満足できる加硫を達成することを困難にする。不十分な加硫に関与する第2の要因は、2つのゴム間で一様な分散を達成することの困難さである。重要なことに、異なる溶解性パラメータは、ゴム間の不十分な相溶性を生み出し、そのようなゴムを一様な分散まで混合しようと試みる場合に困難さをもたらす。これは、不規則で非一様な特性を持った不均一な生成物を生成する。テルペン樹脂および表面活性化低分子量ポリマーなどの伝統的な相溶化剤は、この不相溶性を軽減するのに有効ではなかった。
【0012】
別のアプローチでは、様々な添加剤がEPDMコンパウンドにおいて、それらの引張強度および疲労抵抗を上げるために試験されてきた。補強充填材および過酸化物の量を増やすと、最終ゴムの硬度および弾性率の両方を上げることが示されている。しかし、充填材の増加はまた、結果として生じる製品の動的曲げ疲労抵抗を相応して下げることも示されている。さらに、高レベルの過酸化物は、最終製品の引裂強度を低下させ得る。(メタ)アクリル酸の亜鉛塩がまた、動的ローディング条件下でエラストマーの耐摩耗性、引張強度、弾性率および寿命を高めようとする試みでEPDMに添加されている、例えば、(特許文献1)および(特許文献2)を参照されたい。このアプローチは、過酸化物硬化に限定され、圧縮永久歪みに悪影響を及ぼし得る。さらなる欠点は、そのような亜鉛塩と未硬化EPDMとの制限された相溶性であり、それは混合を非常に困難にする。
【0013】
これらの方法のすべてにとって一般的な問題は、それらが追加の費用を要することおよび/またはコンパウンドを加工するのが少なくとも比較的困難であることである。
【0014】
それ故、耐候性、耐熱性、耐酸素性および耐オゾン性ならびに加工の容易さおよびほどほどの費用を維持しながら秀でた引張および引裂強度を示す動的用途向けに好適なEPDMゴムの必要性は残っている。
【0015】
(特許文献3)において、様々なEPDMが動的用途向けゴムの製造のために使用されており、ここで使用されるゴムは油展中位分子量エラストマーである。しかし、開示されたポリマーは依然として、それらの加硫物の動的特性に関して改善の余地を示す。
【0016】
(特許文献4)において、3〜5のかなり幅広い多分散性を有する油展EPDMが動的用途向けに述べられている。幅広い分子量分布を持ったそのようなポリマーから製造された加硫物は、それらが動的特性を悪化させる多量の遊離の懸垂鎖末端を有するという欠点を有する。
【0017】
(特許文献5)において、2.8〜3.7のEPDMの固有粘度(70℃でキシレン中)および30〜50phrの油含有量を有する油展EPDM。触媒システムでの再活性化剤の不使用のために、この特許に記載されているゴムはまた、それらが不均一であり、そして例えば(特許文献6)に述べられているように比較的高い分岐を有するという欠点を有する。
【0018】
今まで、マウント、特にエンジンマウント、動力伝達および平ベルト類などのベルト類、空気バネなどの用途において第一のベースエラストマー組成物としてのその使用を可能にするための、容易に加工でき、かつ、動的用途において適切で熱安定性の機械的特性を持った、そして優れた防振特性とともに非常に弾力性のあるエチレン―アルファ―オレフィンエラストマー組成物は知られていない。
【発明を実施するための形態】
【0022】
エチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)
エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマーの、好ましいエチレン含有量、より正確に言えばエチレン単位含有量は、ポリマーの48〜65重量%である。ここで、「単位」は、重合したモノマー単位を意味する。例えば、「エチレン単位」は、重合したエチレン単位を意味する。
【0023】
本発明の使用される油展コポリマー中に含有されるエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマーのα−オレフィンの例は、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテンおよび1−デセンである。これらのうちで、プロピレンおよび1−ブテンが好ましい。プロピレンが最も好ましい。
【0024】
特にα−オレフィン含有量は、エチレンおよびジエンの残りである。好ましくはC
2/α−オレフィン比は、73/27〜40/60、特に68〜32である。
【0025】
好ましくは前記コポリマーの「非共役ジエン」は、非共役ジエンのみならず、非共役トリエンなどの非共役ポリエンをも意味する。そのような化合物の例は、1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエンおよび7−メチル−1,6−オクタジエンなどの線状の非共役ジエン;シクロヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、メチルテトラインデン、5−ビニルノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネンおよび6−クロロメチル−5−イソプロペニル−2−ノルボルネンなどの環状の非共役ジエン;2,3−ジイソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−エチリデン−3−イソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−プロペニル−2,2−ノルボルナ−ジエン、1,3,7−オクタトリエンおよび1,4,9−デカトリエンなどのトリエン;5−ビニル−2−ノルボルネン;5−(2−プロペニル)−2−ノルボルネン;5−(3−ブテニル)−2−ノルボルネン;5−(4−ペンテニル)−2−ノルボルネン;5−(5−ヘキセニル)−2−ノルボルネン;5−(5−ヘプテニル)−2−ノルボルネン;5−(7−オクテニル)−2−ノルボルネン;5−メチレン−2−ノルボルネン;6,10−ジメチル−1,5,9−ウンデカトリエン;5,9−ジメチル−1,4,8−デカトリエン;4−エチリデン−8−メチル−1,7−ノナジエン;13−エチル−9−メチル−1,9,12−ペンタデカトリエン;5,9,13−トリメチル−1,4,8,12−テトラデカジエン;8,14,16−トリメチル1,7,14−ヘキサデカトリエンおよび4−エチリデン−12−メチル−1,11−ペンタデカジエンである。これらの化合物は、単独でまたは2つ以上の組み合わせで使用されてもよい。好ましい化合物は、5−エチリデン−2−ノルボルネンもしくはジシクロペンタジエンまたは両方の組み合わせである。
【0026】
好ましくはジエン含有量は、エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマーの3〜7重量%である。
【0027】
エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)は好ましくは、少なくとも300,000g/モル、好ましくは少なくとも400,000g/モル、特に400,000〜700,000g/モルの高温GPCによって測定される重量平均分子量(Mw)を有する。70℃でキシレン中で測定される、固有粘度は好ましくは、少なくとも4.2であろう。
【0028】
油展組成物中に含有されるエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマーの高温ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定される、多分散性、すなわち、重量平均分子量/数平均分子量は、2〜2.8、好ましくは2〜2.5の範囲にある。
【0029】
エキステンダー油(ii)
本発明において使用される「エキステンダー油」は好ましくは、油展ゴムの製造に従来使用されている石油軟化剤を意味する。エキステンダー油の例は、石油の高沸点留分の精製、必要ならばさらなる処理によって得られるパラフィン系、ナフテン系および芳香族エキステンダー油である。これらのエキステンダー油は一般に、100℃で5〜35mm
2/秒の動的粘度を示す。好ましいプロセス油はパラフィン系のものである。好適なパラフィン系油は、例えば、Sunocoから入手可能な、Sunpar(登録商標)2280またはConocoPhillipsから入手可能な、Conopure(登録商標)12Pのような無色透明のパラフィン系油である。例えばShell製のRisella(登録商標)X 430のような、天然ガス液体燃料化(GTL)プロセスによって製造される油もまた好ましい。
【0030】
助剤(iii)
製造後にゴム中に残るであろう酸化防止剤(BASF製のIrganox(登録商標)1076などの)、UV安定剤、分配剤または加工助剤(タルクまたは例えば亜鉛、マグネシウムもしくはステアリン酸カルシウムなどの金属塩のような)のような助剤が、油展エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマーのさらなる原料である。合計でそれらの含有量は、好ましくは実にまったく低く、特に、エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)の100重量部当たり0〜2重量部、最も好ましくは0〜1重量部である。
【0031】
位相角δ
min
位相角δ
minは、例えばS.Trinkle、およびC.Friedrich,Rheol.Acta,40:322−328,2001ならびにM.van Gurp、およびJ.Palmen,J.Rheol.Bull.,67:5−8,1998において当業者によって知られている。δ
min値は、分子量、モノマー分布、多分散性、長鎖分岐およびエキステンダー油濃度などの幾つかのポリマー特性を含む複雑な量である。これらの特性を単一パラメータに組み合わせることによって、δ
minは、EPDMベースの防振装置の固有動的特性を特徴付けるために用いられる。位相角δ
minは、例えば上述の論文に述べられている当業者に公知の従来法によって測定することができる。具体的にはこの測定は次の通りである:振動数掃引は、それぞれ、−60、−50、−40、−30、−20、−10、0、10、20、40、60、80、100、および120度摂氏で範囲10
−2〜10
3Hz(振動数の10年当たり8つのデータ点の対数スケーリング)で行われる。適用される応力および変形が線形粘性の限度内にあることを確実にするために、試料の変形が0.5μm以下である場合には0.5Nの一定力を加える。さもなければ0.5μmの一定変形が用いられる。振動測定は、剛性率、G
*、および損失率、tan(δ)の大きさを明らかにする。位相角、δを|G
*|に対してプロットすることによってvan Gurp−Palmenプロットが得られる。δ(|G
*|)の最小値がδ
minを示す。位相角δ
minは好ましくは2.3よりも低い。
【0032】
本発明の油展エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー組成物は好ましくは、50〜90MU、特に60〜80MUのムーニー(Mooney)粘度ML(1+8)150℃を有する。
【0033】
方法
本発明の油展コポリマー中に含有されるエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)の製造方法は、特に制限されない。それは、例えば従来のバナジウム系触媒またはメタロセンもしくはポスト−メタロセン触媒を使用してスラリー、溶液または気相重合法によって製造することができる。好適な方法および触媒は、文献において公知である。
【0034】
本発明の油展EPDM組成物は、その製造工程中にエキステンダー油がエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)とブレンドされる方法によって製造することができる。この添加は好ましくは、反応器の後で、しかし揮発性物質の除去前に、例えばスチームストリッパーの前で行われる。より具体的には、それは、エキステンダー油が、重合反応器から来る反応媒体中に溶解しているかまたは懸濁しているエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)とブレンドされる方法によって製造される。その理由はそれ故、油を後で添加する場合には、本発明に使用されるエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)の高い分子量のためにコポリマーをエキステンダー油と十分にブレンドできないという結果を招き得ることである。
【0035】
加硫可能なゴム組成物
本発明はまた、
a)本発明による油展エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー組成物と、
b)油展エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり30〜100重量部の充填材と、
c)組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり0〜30重量部の追加のプロセス油(ただし組成物a)からのエキステンダー油および追加のプロセス油の総量は、組成物a)のエチレン−α−オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり80重量部を超えない)と、
d)加硫剤と
を含む加硫可能なゴム組成物に関する。
【0036】
充填材
好ましくは充填材は、エチレン−α−オレフィン−非共役ジエン(i)を基準として100重量部当たり50〜80重量部の量で使用される。好ましい充填材は、ゴム用に従来使用されている、カーボンブラックまたはシリカ、炭酸カルシウム、タルクおよび粘土などの無機充填材である。カーボンブラックのタイプは、その粒度(m
2/g単位でのBET)および構造(cm
3/100g単位でのDBP吸着)についてASTM D−1765に従って分類される。好ましくは、5〜150でのBET数、および30〜140のDBP数のカーボンブラック充填材が使用される。工業界では、カーボンブラックのこれらのタイプは多くの場合、MT、SRF、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFなどの、省略形によって指定される。無機充填材は、例えば、好適なシランで表面処理されてもよい。そのような充填材の2つ以上の組み合わせが使用されてもよい。最も好ましくは、カーボンブラックおよび/またはシラン処理シリカが使用される。
【0037】
プロセス油
プロセス油としてエキステンダー油と同じものを使用することができる。さらにプロセス油として、潤滑油、パラフィン、液体パラフィン、石油アスファルト、ワセリン、低分子量ポリイソブチレンまたはポリブチレン、液体EPDMまたはEPM、コールタールピッチ、ヒマシ油、アマニ油、蜜ろう、アタクチックポリプロピレンおよびクマロンインデン樹脂を挙げることができる。しかし、油展EPDM組成物のエキステンダー油が本発明の目的のために十分であり得るので、さらなる油が加硫可能なゴム組成物を形成するために添加される必要はまったくない。もしそうならば、総油含有量は、EPDM組成物a)のエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり80重量部に制限されるものとする。エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり5〜15重量部のパラフィン系エキステンダー油の添加が好ましい。このパラフィン系油は、GTLプロセスに従って製造されてもよい。
【0038】
加硫剤
加硫剤の例は、硫黄;塩化硫黄;二塩化硫黄;4,4’−ジチオジモルホリン;モルホリンジスルフィド;アルキルフェノールジスルフィド;テトラメチルチウラムジスルフィド;ジメチルジチオカルバミン酸セレン;ならびにジクミルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルペルオキシ)−ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−(t−ブチルペルオキシ)ヘキシン−3、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンおよびt−ブチルヒドロペルオキシドなどの有機過酸化物である。これらのうちで、硫黄、ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシドおよびt−ブチルペルオキシド−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンが好ましい。
【0039】
硫黄硬化の場合には、硫黄は好ましくは、エチレン―α―オレフィン−非共役ジエン(i)の100重量部当たり、0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部の量で使用される。
【0040】
過酸化物硬化の場合には、有機過酸化物は、前記コポリマーの100重量部当たり、通常0.1〜15重量部、好ましくは0.5〜8重量部の量で使用される。
【0041】
加硫剤は、必要ならば、加硫促進剤および共加硫剤と組み合わせて、使用されてもよい。加硫促進剤の例は、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾール−スルフェンアミド、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾール−スルフェン−アミド、N,N−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾール−スルフェンアミド、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−(2,4−ジニトロフェニル)メルカプトベンゾチアゾール、2−(2,6−ジエチル−4−モルホリノチオ)ベンゾチアゾール、ジベンゾチアジル−ジスルフィド、ジフェニルグアニジン、トリフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジン、o−トリル−ビ−グアナイド、ジフェニルグアニジン−フタレート、アセトアルデヒド−アニリン反応生成物、ブチルアルデヒド−アニリン縮合物、ヘキサメチレンテトラミン、アセトアルデヒドアンモニア、2−メルカプトイミダゾリン、チオカルバニリド、ジエチルチオ尿素、ジブチルチオ尿素、トリメチルチオ尿素、ジ−o−トリルチオ尿素、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テラメチルチウラムジスルフィド、テラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、ジペンタ−メチレンチウラムテトラスルフィド、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチル−チオカルバミン酸亜鉛、ジ−n−ブチルチオカルバミン酸亜鉛、エチルフェニルジチオカルバミン酸亜鉛、ブチルフェニル−ジチオカルバミン酸亜鉛、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ジメチル−ジチオカルバミン酸セレン、ジエチルジチオカルバミン酸テルル、ジブチルキサントゲン酸亜鉛およびエチレンチオ尿素である。加硫促進剤は使用される場合には、エチレン―α―オレフィン−非共役ジエン(i)の100重量部当たり、0.1〜20重量部、特に0.2〜10重量部の量で好ましくは使用される。
【0042】
共加硫剤の例は、酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛などの金属酸化物である。これらのうちで、酸化亜鉛が好ましい。共加硫剤は通常、エチレン―α―オレフィン−非共役ジエン(i)の100重量部当たり2〜20重量部の量で使用される。
【0043】
過酸化物が加硫剤として使用される場合、共架橋剤または活性化剤の例は、トリアリルシアヌレート(TAC)およびトリアリルイソシアヌレート(TAIC)などの、シアヌレート化合物、トリメチロールプロパン−トリメタクリレート(TMPTまたはTRIM)およびエチレングリコールジメタクリレート(EDMA)、亜鉛−ジメタクリレート(ZDMA)および亜鉛ジアクリレート(ZDA)などの,(メタ)アクリレート化合物、ジビニルベンゼン、p−キノンジオキシム、m−フェニレンジマレイミド(HVA−2)、(高ビニル)ポリブタジエン、ならびにそれらの組み合わせである。過酸化物がさらに加硫剤として使用される場合、好ましくは硫黄(元素状または硫黄促進剤もしくは供与体の一部として)をいわゆるハブリッド硬化システムを得るために使用することができる。これらの硬化システムは、過酸化物硬化に典型的な、高い耐熱性特性を、引張および引裂などの、非常に良好な究極の特性、ならびに硫黄硬化システムと典型的に関連した優れた動的および疲労特性と組み合わせる。硫黄の適用される用量レベルは好ましくは、エチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり0.05〜1.0重量部、好ましくは0.2〜0.5重量部である。
【0044】
加硫可能なゴム組成物はさらにまた、酸化防止剤(例えば、TMQ)、防湿剤(例えば、CaO)、粘着性付与剤(例えば、樹脂)、結合剤、顔料、プロセス助剤(例えば、ファクチス、脂肪酸、ステアレート、ポリまたはジ−エチレングリコール)などの、他の原料を含有してもよい。
【0045】
本発明はまた、本発明の加硫可能なゴム組成物から製造された加硫ゴム物品に関する。そのような加硫ゴム物品は好ましくはエンジンマウントである。
【0046】
本発明はまた、本発明によるゴム組成物を加工して成形品の最終形状を形成する工程と前記ゴム組成物を硬化させる工程とを含む加硫ゴム物品の形成方法に関する。
【0047】
そのような方法は好ましくは、例えば、(i)本発明の油展EPDM組成物、加硫剤、充填材および、必要ならば、上述の他の原料を、オープンロールミル、内部ミキサー、ニーダーおよび押出機などの従来型混練機で混練して混合生成物を得る工程と、(ii)結果として生じる混練生成物を加熱下に加硫する(架橋する)工程とを含む。そのような混合プロセスは、当業者に知られているように1つもしくは複数の工程で行うことができる。
【0048】
本発明に従った加硫ゴム物品は、エンジンマウントおよびマフラーハンガーなどのゴム防振体またはたわみ継手およびねじり振動ダンパー、しかしまたベルト、空気バネおよびブリッジ・ベアリングなどの動的用途での使用を意図される他の物品向けに最も好適に使用することができる。
【実施例】
【0049】
測定
位相角δ
レオロジー的測定は、Mettler−Toledo製のDMA/STDA 861e機器を用いて成し遂げられる。EPDM試料は、1ミリメートルの厚さおよび6ミリメートルの直径を有する。2つの試料を二面剪断サンドイッチ試料ホルダーに対称的に取り付ける。炉の温度を、液体窒素および電気ヒーターを用いて0.5度ケルビン(Kelvin)の精度で制御する。ポリマー動的特性を特徴付けるために、振動数掃引を、それぞれ、−60、−50、−40、−30、−20、−10、0、10、20、40、60、80、100、および120度摂氏で10
−2〜10
3Hzの範囲(振動数の10年当たり8つのデータ点の対数スケーリング)で行う。適用される応力および変形は、線形粘性の限度内にある。試料の変形が0.5μm以下である場合には0.5Nの一定力を加える。さもなければ0.5μmの一定変形を用いる。振動測定は、剛性率、G
*、および損失率、tan(δ)の大きさを明らかにする。位相角、δを|G
*|に対してプロットすると、
図1から見ることができるような、いわゆるvan Gurp−Palmen(vGP)プロットが得られる。M.van Gurp,およびJ.Palmen,J.Rheol.Bull.,67:5−8、1998をまた参照されたい。
【0050】
図1は、実施例1の油変性EPDMについてのvGP−プロットを示す。vGP−プロットは、δ(|G
*|)の最小値を明らかに示す。最小値、δ
minは、分子量、多分散性、長鎖分岐(S.Trinkle,およびC.Friedrich,Rheol.Acta,40:322−328,2001を参照されたい)、およびエキステンダー油濃度などの幾つかのポリマー特性を含む複雑な量である。
【0051】
実施例1
油展ポリマーの製造:
エチレン、プロピレン、および5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)のターポリマーは、バナジウムトリスアセチルアセトネート(V(acac)
3)を触媒として、アルミニウムアルキルハライド(ジエチルアルミニウムクロリド(DEAC))を共触媒として、およびトリクロロ酢酸エチルエステル(ETA)を触媒活性化剤として含む触媒システムを使用して製造した。コポリマーのC2/C3比およびジエン含有量は、表1から見ることができる。
【0052】
連続重合反応を、攪拌を備えた、そして蒸発冷却装置を取り付けた反応器で行った。反応器に先ず、プロピレン、ENB、エチレンおよびブタンを装入し、反応器内容物を12℃の温度で平衡させた。蒸発冷却装置からの凝縮した揮発性物質を、反応器に供給して戻した。3Aおよび13Xモレキュラーシーブのそれに続くベッドを、この流れをきれいにし、乾燥させ、そして触媒活性およびポリマー特性を損なうであろうとりわけ酸素化不純物を除去するために用いた。
【0053】
ガス状エチレン、シクロヘキサン中のDEACの1重量パーセント溶液およびトルエン中のV(acac)
3の0.2重量パーセント溶液(さらに活性化剤を活性化剤対バナジウムの4:1のモル比で含有する)の連続流れを次に、反応器に供給した。DEAC対V(acac)
3のモル比は22対1であった。
【0054】
反応器内容の圧力を、12℃で温度を維持するために約71psigに定期的に調整した。反応の開始は通常、触媒および共触媒流れの添加の開始から10〜20分を要した。その後、反応器をモノマーの連続的流れで連続モードの運転状態にした。ムーニーを、約100ppmのジエチル亜鉛を添加することによって制御した。
【0055】
用いられる反応器供給レシピは、100モルのプロピレンに対する様々な成分のモル比に基づくものであったし、表1に提示される。反応剤の平均滞留時間は1時間であった。ポリマースラリーを、水を含有する容器に集めた。同時に、ヘキサン中のIrganox 1076の溶液および無色透明のエキステンダー油Conopure(登録商標)12Pを、最終油展ゴムの油含有量が50phrであり、そしてIrganox 1076含有量がエチレン―α―オレフィン−非共役ジエンコポリマー(i)を基準として100重量部当たり0.3重量部である量で容器に連続的に添加した。
【0056】
ポリマースラリーをその後、残留炭化水素を除去するためにスチームでストリッピングし、ポリマー生成物を次に乾燥させた。上記の方法で製造されたポリマーを、その組成およびムーニー粘度について分析した。
【0057】
Mwは470kg/モルであったし、Mnは205kg/モルであることが分かった。多分散性(PDI)は2.3であった。δ
minは1.9である。ムーニー粘度ML(1+8)150℃は67MUである。exp.1のポリマー試料は、4.4(dl/g)の70℃でキシレン中で測定される固有粘度を示す。
【0058】
【表1】
【0059】
表1において、δ
minが、幾つかの異なる市販のEPDM銘柄について示され、上に示された方法に従って測定される。従来型EPDMは、約2.6〜4.1度のδ
min値を示す。対照的に、実施例1の油変性EPDMは、たったの1.9度という極めて低い値を有する。Keltan(登録商標)銘柄はすべて、DSMまたはLanxessの製品であったし、Vistalon(登録商標)はExxonMobilの製品である。
【0060】
加硫可能なゴム組成物の調製
原料:
異なる油展EPDM組成物をベースとする様々な加硫可能なゴム組成物を調製した。様々なコンパウンド評価のために使用される原料を表2にリストアップする。
【0061】
【表2】
【0062】
すべてのコンパウンドは、実験室内部ミキサー(Harburg−Freudenberger Maschinenbau GmbH製のGK1,5 E1;ラム圧 7バール、45rpm、70%度の充填、混合時間 4分)で調製し;硬化システムの化学品は、200mm直径のロールを有するオープンミル(20rpm、40℃ロール温度、摩擦 1.22)で添加した。
【0063】
試験検体は、t95(t95は、MDR測定中に最大トルクの95%に達するための時間である)に等価の時間180℃で2mmおよび6mm厚さの試験プレートを硬化させることによってすべてのコンパウンドについて調製した。
【0064】
様々な処理、物理的および動的機械特性を測定した。様々な試行での試験される特性は、表3にリストアップされる以下の試験方法に従って測定した。
【0065】
【表3】
【0066】
半円筒状凹部を持ったゴムストリップをDIN 53522に記載されているように曲げる。強い圧縮のために、検体は曲がる。この曲がりは、凹部におけるゴム材料の大きい伸びを引き起こし、それは亀裂の形成をもたらし得る。亀裂の形成が目に見えるまでの曲げの数を測定する。この試験は、23℃および250℃で着手する。
【0067】
Eplexor
この測定は、Gabo Quali−meter Testanlagen GmbH製のEplexor動的機械分析装置を使って実施する。それぞれ、10mmの高さおよび直径を有する円筒状検体を10Hzの振動数で定期的に圧縮する。検体を、15Nのプレロードおよび±10Nの力振幅を加えて変形させる。温度は23℃に設定する。
【0068】
MTS
MTS製の動的機械分析装置を用いる。検体は、高さが6mm、直径が20mmである。二面剪断サンドイッチ試料ホルダーを適用し、このホルダーに2つの試料を対称的に取り付ける。試料ホルダーを、測定を開始する前に少なくとも30分間23℃に加減された炉に入れる。ゴム材料の線形粘弾性特性を、0.1〜200Hzの範囲の振動数について単純剪断ジオメトリで測定する(10年当たり8つのデータ点での対数スケーリング)。0.3mmの頂点間振幅を適用する。
【0069】
配合結果:実施例1:
様々な実験を、国際公開第03/020806号パンフレットに規定されているようなKeltan DE304およびVistalon 8800をベースとするゴム組成物を特に考慮して様々な油展EPDMをベースとする表4に示されるような加硫可能なゴム組成物をベースとする加硫物の特性を比較するために行った。
【0070】
【表4】
【0071】
ゴムマウントについての重要な性能判定基準は、防振、すなわち、規定された歪みで、そして所与の範囲の振動数について可能な限り低い損失角デルタ(またはタン・デルタ(Tan Delta)、上の表を参照されたい)である。言い換えれば、ゼロのタン・デルタ値は「理想的な」弾性材料を意味する。そのような材料は、高い復元力値、理想的には100%を示す。
【0072】
ポリマータイプExp1は、ポリマータイプVistalon 8800およびKeltan DE 304と比較して最低のタン・デルタ値および最高の反発弾性を示す。これは、両ポリマータイプについてのδ
min値と一致しており、それは、Exp1について最低である。
【0073】
重要な設計パラメータは、ゴムマウントの剛性(または「バネ定数」)である。実際面でそれは多くの場合、ゴム材料の低い伸びでの硬度または弾性率(すなわち、応力/歪み曲線においてゼロ歪みでのタンゼント)を意味する。動的性能比較はそれ故理想的には、同じ剛性、すなわち、硬度レベルについて行われるべきである。EPDM配合において、必要とされる硬度レベルは、カーボンブラックなどの、適切な充填材の補強メカニズムによって達成される。しかし、高レベルのカーボンブラックは、より不十分な防振性能を持ったより高いタン・デルタ値をもたらすことがよく知られている。
【0074】
上の例(表4)において、100phr油展のポリマータイプKeltan 5469Qは、45ShA硬度(または1.0MPaの100%伸びでの弾性率)に達するためにはより多くのカーボンブラック(60phrの代わりに120phr)と配合される必要があることを理解することができる。そしてこのポリマータイプはかなり高いMwおよび狭いMWDを示すが、その動的性能レベルは、そのほどほどのδ
min値によって結論できるようにほどほどであるにすぎない。
【0075】
同じ議論は、実際に低すぎる硬度レベル(たったの40ShA)をもたらした、75phr油展のポリマータイプDE304にも適用できる。このためにポリマーは同じレベルの硬度/剛性を得るためにより高い充填材レベルのカーボンブラックと配合される必要があろうけれども、それは、その結果として動的性能をさらに悪化させる、すなわち、より高いタン・デルタ値が得られるであろう。
【0076】
たったの15phr油展のポリマータイプVistalon 8800の場合には、カーボンブラックの総レベルはより低いものであり得るが、それにもかかわらず、不十分な動的特性(最高のタン・デルタ値)が、全体的な低いMwおよび比較的高いPDIのために得られる。
【0077】
すべての場合に、ある種の低いδ
min値を持った本発明による油展EPDM、最適防振性能のためのEPDMタイプの相対的な動的性能を得ることができる。
【0078】
配合結果:実施例2:
115℃の試験温度で最小セットの機械的特性を保持するための異なる硬化システムを比較するために追加の試行を行った。この温度で天然ゴム標準試料は、7日間暴露後に完全に劣化した。
【0079】
【表5】
【0080】
十分なセットの機械的特性は、20MPa以上の引張強度および600%以上の破断点伸びを含む。
【0081】
表5から、(従来の)硫黄硬化システム、ならびにハイブリッド硬化システム(2.0過酸化物上の0.24硫黄)が両方とも非常に良好な機械的特性を示すと結論することができるが、過酸化物硬化システム(共硬化剤/活性化剤としてTRIMを使った)は劣った機械的特性を示した。さらに、前述のクラス最高の硬化システムは両方とも、動的曲げ疲労試験において破損なしに10000kサイクル超に達するが、過酸化物硬化システムは早期破損を示した。
【0082】
さらに、ハイブリッド硬化システムは、7日/115℃熱老化で引張強度および伸びが実質的にまったく変化せずに、優れた熱安定性性能を示した。