JP7635470B2 - Ｅｐｄｍ組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ＥＰＤＭ組成物に関する。さらに詳しくは、自動車用防振ゴム等の成形材料として用いられるＥＰＤＭ組成物に関する。
自動車用防振ゴムは、主としてエンジンから発生する振動や騒音、走行中の路面から受ける振動や騒音を、車内に伝えないようにする上で不可欠なものである。昨今、自動車におけるエンジン高効率化や省スペース化の流れにより、エンジンルーム付近あるいは排気管まわりの耐熱環境は、以前と比べてさらに過酷なものとなってきている。
防振ゴムが熱劣化しまった場合、ばね定数あるいは弾性率が上昇することによって防振機能や制振機能が低下するばかりではなく、強度や伸びが低下することにより、耐久性の悪化も招くこととなる。したがって、防振ゴムにはその適用製品の機能維持のために高い耐熱性が求められている。
一方、自動車の極低温環境下における使用においては、ゴム材料がガラス状態に近づくことに起因して、防振ゴムのばね定数あるいは弾性率が上昇し、防振機能や制振機能が低下する場合がある。かかる観点より、低温性もまた自動車向け防振ゴムの重要な要件のひとつとなってきている。
ここでＥＰＤＭは、高い耐熱性とすぐれた低温性を兼ね備えたバランスの良いポリマーであり、一般的にＥＰＤＭをベースポリマーとして、その他の充填剤や可塑剤の配合技術により、自動車用防振ゴムとしての耐熱性や低温性を良化させることが行われている。
ＥＰＤＭの低温性を改良する方法としては、α-オレフィンオリゴマーを配合するもの(特許文献１等)、脂肪族二塩基酸エステルを配合するもの(特許文献２等)が知られているが、脂肪族二塩基酸エステルを配合したものは、低温性に非常にすぐれている一方で、カルボニル基の酸素原子によるアルコール由来のβ-水素原子の引き抜きを起点にして熱劣化し易く、ゴム材料の耐熱性を著しく損なう傾向がある。また、α-オレフィンオリゴマーを配合した場合には、低温性と耐熱性のバランスにすぐれてはいるものの、昨今のさらなる高水準の要求により、これら両特性についてより改善が求められている。
ＷＯ２００５／０５７０４５ 特開２００５－１７２１６５号公報
本発明の目的は、低温性と耐熱性とのバランスにすぐれたゴム、例えばクランクシャフト、プロペラシャフト用の制振製品や各種マウント系製品等の防振ゴムを与えるＥＰＤＭ組成物を提供することにある。
かかる本発明の目的は、エチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴムに、カーボンブラック、可塑剤および架橋剤が配合されたゴム組成物において、可塑剤がネオペンチル型ポリオールおよびモノカルボン酸の反応生成物であるポリオールエステルであり、かつ組成物中の可塑剤量が5～22重量％であるＥＰＤＭ組成物によって達成される。
本発明に係るＥＰＤＭ組成物は、混練性、加工性を損なうことなく、得られる架橋物が、熱老化試験後の硬度変化でみた場合に、α-オレフィンオリゴマーを同部数配合した場合と同等程度であり、また脂肪族二塩基酸エステルを配合した場合と比べて大幅に改善するといったすぐれた効果を奏する。
さらに、後記実施例および比較例に示される通り、粘弾性率温度依存性の試験において、-30℃における弾性率E'と60℃における弾性率E'との比であるE'(-30/60℃)についても、脂肪族二塩基酸エステルを配合した場合には及ばないものの、α-オレフィンオリゴマーを配合した場合より低温性に優れている。
これらの効果は、ネオペンチル型ポリオールおよびモノカルボン酸の反応生成物であるポリオールエステルがＥＰＤＭと相溶することにより、ゴム材料中の分子運動性が向上し、低温性が改善するとともに、ポリオールエステルが熱劣化しにくい構造故に材料の耐熱性を阻害しないことによるものである。
エチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴム(ＥＰＤＭ)としては、エチレンおよびプロピレンに各種のジエン成分を少量共重合させたもののいずれをも用いることができ、実際には各種の市販ＥＰＤＭ、例えばJSR社製品EPシリーズ、ARLANXEO社製品Keltanシリーズ等をそのまま用いることができる。
カーボンブラックとしては、一般に補強剤として用いられているファーネスブラックを用いることができ、好ましくは窒素吸着比表面積が20～240m2/gであって、DBP吸油量が40～180ml/100gのもの、例えばHAFカーボンブラック、FEFカーボンブラックなどが用いられる。カーボンブラックは、ＥＰＤＭ組成物中、約20～40重量％、好ましくは約25～40重量％の割合で用いられる。カーボンブラックがこれより少ない割合で用いられると、補強性が小さくなってしまい、基本的なゴム材料物性を満足させることが難しくなり、一方これより多い割合で用いられると、カーボンブラックの凝集がゴム材料物性に悪影響を与える場合があり、好ましくない。
可塑剤としては、ネオペンチル型ポリオールおよびモノカルボン酸から構成されるポリオールエステル、好ましくは低温性の観点からトリメチロールプロパン等の3価のネオペンチル型ポリオールおよび炭素原子数5～15、さらに好ましくは5～12の直鎖モノカルボン酸の反応生成物であるポリオールエステルが、ＥＰＤＭ組成物中約5～22重量％(例えば、ＥＰＤＭ100重量部に対して8～40重量部)、好ましくは約5～19重量％の割合で配合される。ネオペンチル型ポリオールとモノカルボン酸から構成されるポリオールエステルは、分子構造中にアルコール由来のβ-水素原子を持たないことから熱劣化しにくく、耐熱性と低温性とにすぐれており、実際には、市販品、例えば日本油脂製品ユニスターH-327R、H-334R等がそのまま用いられる。
ここで、可塑剤等重量割合の算出基礎となる組成物としては、エチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴムに、カーボンブラック、可塑剤および架橋剤、に加えて受酸剤、滑剤、老化防止剤および共架橋剤までを含めたものが該当し、これ以外の他の配合剤が配合された場合であっても、それらは可塑剤等重量割合の算出基礎となる組成物全重量には含まれない。ポリオールエステルの組成物中の配合量が、5重量％未満の場合には低温性の改良効果が小さく、一方22重量％を超えるとゴム材料の生産性、加工性が悪化し、架橋物からポリオールエステルが析出するようになる。
有機過酸化物架橋剤としては、例えばジクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ビス(第3ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ビス(第3ブチルパーオキシ)ヘキシン-3等の、ＥＰＤＭの架橋で一般的に用いられる有機過酸化物が、ＥＰＤＭ組成物中、約0.5～2.5重量％、好ましくは約1.0～1.8重量％の割合で用いられる。
有機過酸化物架橋剤と共に、一般に用いられているように、トリアリルイソシアヌネート、トリアリルシアヌレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、N,N′-m-フェニレンマレイミド等の多官能性不飽和化合物、また1,2-ポリブタジエンなどを併用することが好ましく、これらの共架橋剤は、ＥＰＤＭ 100重量部当り約1.0～5.0重量部の割合で用いられる。
また、２価金属の酸化物または水酸化物、ハイドロタルサイト等の受酸剤、ステアリン酸等の滑剤、一般に用いられているＥＰＤＭ用老化防止剤は、それぞれＥＰＤＭ 100重量部当り約3.0～5.0重量部、約0.5～3.0重量部、約0.5～3.0重量部の割合で用いられる。
また、以上の各成分を必須成分とするＥＰＤＭ組成物中には、従来より広く一般的に用いられている各種配合剤を、本発明の目的を損わない範囲内において任意に添加することもできる。
ＥＰＤＭ組成物の調製は、ニーダ、ロール等を用いて混練することによって行われ、混練物は一般に約170～190℃で約2～6分間程度プレス加硫することにより所望形状に架橋成形され、さらに必要に応じて約150～180℃で約1～5時間程度オーブン加硫(二次架橋)することも行われる。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例１
ＥＰＤＭ(JSR社製品EP22) 100重量部
HAFカーボンブラック 56.6 〃
ポリオールエステル可塑剤 24.4 〃
(日本油脂製品ユニスター H-327R) [可塑剤量12.6重量％]
酸化亜鉛 5 〃
ステアリン酸 0.5 〃
老化防止剤 0.5 〃
共架橋剤 5.0 〃
架橋剤 2.3 〃
以上の各成分中、架橋剤以外の各成分を密閉式混練機で混練した後、オープンロールに移し、そこに架橋剤を加え、さらに混練した後、180℃、6分間のプレス加硫および150℃、5時間のオーブン加硫を行い、架橋物を得た。混練時に、混練可否および可塑剤析出の有無の確認を行い、混練不可あるいは可塑剤析出が認められるものについては×と判定するとともに、得られた架橋物を用いて、常態物性、耐熱老化性および弾性率温度依存性の測定が行われた。なお、耐熱老化性および弾性率温度依存性については、可塑剤量5.5重量％および18.7重量％の場合の評価も行われている。

常態物性：ISO 48-4:2018に対応するJIS K6253準拠、
ISO 37:2011に対応するJIS K6251準拠
耐熱老化性：120℃または150℃で70時間熱老化後の硬さHs変化を測定
可塑剤割合(5.5重量％、12.6重量％および18.7重量％以
上)により判断基準を分けて、下記の通り評価

〔120℃、70時間〕
5.5重量％ 12.6重量％ 18.7重量％以上
◎ ±0～＋1 ±0～＋2 ±0～＋3
○ ＋2～＋3 ＋3～＋4 ＋4～＋5
△ ＋3～＋5 ＋5～＋6 ＋6～＋7
× ＋6以上 ＋7以上 ＋8以上

〔150℃、70時間〕
5.5重量％ 12.6重量％ 18.7重量％以上
◎ ±0～＋3 ±0～＋5 ±0～＋7
○ ＋4～＋5 ＋6～＋7 ＋8～＋9
△ ＋6～＋7 ＋8～＋9 ＋10～＋11
× ＋8以上 ＋10以上 ＋12以上

弾性率温度依存性：-30℃～60℃の温度範囲において、-30℃より2℃/
minの昇温速度でE’を測定し、E’(-30℃)/E’
(60℃)の値を算出
可塑剤割合により下記の通り評価

5.5重量％ 12.6重量％ 18.7重量％以上
◎ 4.8未満 4.0未満 3.7未満
○ 4.8以上5.2未満 4.0以上4.3未満 3.7以上4.0未満
△ 5.2以上5.7未満 4.3以上4.8未満 4.0以上4.5未満
× 5.7以上 4.8以上 4.5以上
実施例２
実施例１において、可塑剤量が9.8重量部(5.5重量％)に変更されて用いられた。
実施例３
実施例１において、可塑剤量が39.1重量部(18.7重量％)に変更されて用いられた。
比較例１
実施例１において、可塑剤が用いられなかった。
比較例２
実施例１において、可塑剤量が5.2重量部(3.0重量％)に変更されて用いられた。
比較例３
実施例１において、可塑剤量が58.6重量部(25.6重量％)に変更されて用いられた。
比較例４
実施例１において、可塑剤量が87.9重量部(34.1重量％)に変更されて用いられた。
以上の実施例１～３および比較例１～４で得られた結果は、次の表１に示される。

表１
測定・評価項目 実1 実2 実3 比1 比2 比3 比4
混練性・成形性
混練可否 可 可 可 可 可 可 否
可塑剤析出有無 無 無 無 無 無 有 －
判定 ○ ○ ○ ○ ○ × ×
常態物性
硬さ (JIS A) 61 69 52 74 71 40 －
引張強さ (MPa) 13.7 18.3 13.6 19.4 18.4 5.9 －
伸び (％) 358 297 453 226 261 473 －
100％モジュラス(MPa) 1.6 2.8 1.2 4.5 3.6 0.7 －
比重 1.068 1.080 1.061 1.084 1.082 1.052 －
耐熱老化性(120℃、70時間)
硬さ変化 (ポイント) ±0 ±0 +1 +1 ±0 +3 －
引張強さ変化率 (％) ＋13 -5 -9 +8 +2 -7 －
伸び変化率 (％) ＋5 -9 -4 +1 -5 -1 －
判定 ◎ ◎ ◎ － ◎ ◎ －
耐熱老化性(150℃、70時間)
硬さ変化 (ポイント) +5 +4 +7 +4 +4 +11 －
引張強さ変化率 (％) +6 -10 -9 -21 -10 -1 －
伸び変化率 (％) -7 -18 -11 -23 -17 -8 －
判定 ◎ 〇 ◎ － ◎ △ －
弾性率温度依存性
E’(-30/60℃) 3.89 4.63 3.37 6.51 5.59 3.36 －
判定 ◎ ◎ ◎ × △ ◎ －
実施例４
実施例１において、可塑剤としてポリオールエステル(日本油脂製品ユニスター H-334R)が同量(25重量部；12.6重量％)用いられた。
実施例５
実施例４において、可塑剤量が9.8重量部(5.5重量％)に変更されて用いられた。
実施例６
実施例４において、可塑剤量が39.1重量部(18.7重量％)に変更されて用いられた。
比較例５
実施例４において、可塑剤量が58.6重量部(25.6重量％)に変更されて用いられた。
比較例６
実施例４において、可塑剤量が87.9重量部(34.1重量％)に変更されて用いられた。
以上の実施例４～６および比較例５～６で得られた結果は、次の表２に示される。

表２
測定・評価項目 実4 実5 実6 比5 比6
混練性・成形性
混練可否 可 可 可 可 否
可塑剤析出有無 無 無 無 有 －
判定 ○ ○ ○ × ×
常態物性
硬さ (JIS A) 61 69 51 41 －
引張強さ (MPa) 14.0 18.1 13.6 7.3 －
伸び (％) 354 276 457 499 －
100％モジュラス(MPa) 1.6 3.0 1.1 0.8 －
比重 1.068 1.080 1.062 1.053 －
耐熱老化性(120℃、70時間)
硬さ変化 (ポイント) ±0 ±0 +1 +1 －
引張強さ変化率 (％) -2 +1 -5 -3 －
伸び変化率 (％) -3 +3 -3 ±0 －
判定 ◎ ◎ ◎ ◎ －
耐熱老化性(150℃、70時間)
硬さ変化 (ポイント) +5 +4 +7 +11 －
引張強さ変化率 (％) ＋11 +1 -4 +3 －
伸び変化率 (％) -2 -3 -9 -9 －
判定 ◎ ○ ◎ △ －
弾性率温度依存性
E’(-30/60℃) 3.87 4.61 3.56 3.45 －
判定 ◎ ◎ ◎ ◎ －
比較例７
実施例１において、可塑剤としてポリα-オレフィン(INEOS Oligomers社製品Durasyn170)が同量(24.4重量部；12.6重量％)用いられた。
比較例８
比較例７において、可塑剤量が9.8重量部(5.5重量％)に変更されて用いられた。
比較例９
比較例７において、可塑剤量が39.1重量部(18.7重量％)に変更されて用いられた。
比較例１０
実施例１において、可塑剤としてポリα-オレフィン(INEOS Oligomers社製品Durasyn164)が同量(24.4重量部；12.6重量％)用いられた。
比較例１１
実施例１において、可塑剤としてジオクチルセバケート(田岡化学工業製品DOS)が同量(24.4重量部；12.6重量％)用いられた。
比較例１２
実施例１において、可塑剤としてアジピン酸ジイソデシル(田岡化学工業製品DIDA)が同量(24.4重量部；12.6重量％)用いられた。
比較例１３
実施例１において、可塑剤としてパラフィン系プロセスオイル(出光興産製品ダイアナ プロセスオイルPW-90)が同量(24.4重量部；12.6重量％)用いられた。
比較例１４
実施例１において、可塑剤としてパラフィン系プロセスオイル(出光興産製品ダイアナ プロセスオイルPW-32)が同量(24.4重量部；12.6重量％)用いられた。
以上の比較例７～１４で得られた結果は、次の表３に示される。

表３
測定・評価項目 比7 比8 比9 比10 比11 比12 比13 比14
混練性・成形性
混練可否 可 可 可 可 可 可 可 可
可塑剤析出有無 無 無 無 無 無 無 無 無
判定 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
常態物性
硬さ (JIS A) 60 68 53 60 61 61 61 63
引張強さ (MPa) 13.7 17.0 11.2 13.4 14.1 17.2 11.9 14.0
伸び (％) 323 264 381 308 359 399 312 343
100％モジュラス(MPa) 1.8 3.0 1.2 1.9 1.6 1.8 1.7 1.7
比重 1.049 1.071 1.029 1.058 1.066 1.072 1.053 1.058
耐熱老化性(120℃、70時間)
硬さ変化(ポイント) ±0 ±0 +2 +3 +4 +5 +1 +2
引張強さ変化率(％) -2 +3 -4 +11 +2 +8 +11 +6
伸び変化率 (％) -2 ±0 -2 +3 -1 +3 +3 -2
判定 ◎ ◎ ◎ 〇 〇 △ ◎ ◎
耐熱老化性(150℃、70時間)
硬さ変化(ポイント) ＋2 +2 +5 +10 +14 +14 +6 +9
引張強さ変化率(％) -4 -4 -6 +14 +9 -8 +2 -4
伸び変化率 (％) -9 -12 -8 -5 -12 -23 -8 -16
判定 ◎ ◎ ◎ × × × 〇 △
弾性率温度依存性
E’(-30/60℃) 4.46 5.53 4.30 3.81 3.40 3.51 5.09 4.37
判定 △ △ △ ◎ ◎ ◎ × △
本発明のＥＰＤＭ組成物の架橋物は、低温性と耐熱性のバランスにすぐれているので、過酷な熱環境や寒冷地で使用される自動車向け防振ゴム、例えばクランクシャフト、プロペラシャフト用の制振製品、また各種マウント系製品等の成形材料として有効に用いられる。

Claims (5)

  1. エチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴムに、カーボンブラック、可塑剤および架橋剤が配合されたゴム組成物において、可塑剤がネオペンチル型ポリオールおよびモノカルボン酸の反応生成物であるポリオールエステルであり、かつ組成物中の可塑剤量が5～22重量％であるＥＰＤＭ組成物。
  2. ポリオールエステルが、3価のネオペンチル型ポリオールおよび炭素原子数5～15の直鎖カルボン酸の反応生成物であるポリオールエステルである請求項１記載のＥＰＤＭ組成物。
  3. 3価のネオペンチル型ポリオールがトリメチロールプロパンである請求項２記載のＥＰＤＭ組成物。
  4. 請求項１記載のＥＰＤＭ組成物の架橋成形物。
  5. 請求項４記載の架橋成形物からなる防振ゴム。
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