JP3324399B2 - Clay composite rubber material and method for producing the same - Google Patents
Clay composite rubber material and method for producing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【技術分野】本発明は,極性の低いゴムポリマー中に粘
土鉱物を分子レベルで分散させた,粘土複合ゴム材料及
びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a clay composite rubber material in which a clay mineral is dispersed at a molecular level in a rubber polymer having low polarity, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来技術】従来より,ゴム材料の機械的特性を改良す
るために,粘土鉱物の添加,混合が検討されている。例
えば,特開平1−198645号公報において,末端又
は側鎖にオニウムイオンを導入したオリゴマーを使用し
て粘土鉱物の有機化を行い,これをゴム材料の中に混合
するという方法が開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, addition and mixing of clay minerals have been studied in order to improve the mechanical properties of rubber materials. For example, JP-A-1-198645 discloses a method of organizing a clay mineral using an oligomer having an onium ion introduced into a terminal or a side chain, and mixing the clay mineral into a rubber material. .
【0003】[0003]
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来の粘
土複合ゴム材料においては,オニウムイオンを導入した
オリゴマーの調製は,必ずしも容易ではなかった。ま
た,粘土層間へオリゴマーを直ちに導入させようとする
ため,粘土層間の膨潤が不十分な場合があった。また,
Giannelisらによれば,極性基のないポリスチ
レンを用いた場合には,層間にはポリスチレン分子が1
層しか入ることができず,層間膨潤にも限界がある
(E.P.Giannelisら,Chem.Mate
r.5,1694−1696(1993))。However, in the above-mentioned conventional clay composite rubber material, it is not always easy to prepare an oligomer into which onium ions are introduced. In addition, swelling between the clay layers was sometimes insufficient because the oligomer was immediately introduced into the clay layers. Also,
According to Giannelis et al., When polystyrene having no polar group is used, one polystyrene molecule is present between the layers.
Only layers can enter, and interlayer swelling is limited (EP Giannelis et al., Chem. Mate.
r. 5,1694-1696 (1993)).
【0004】尚,本願の発明者らは,分子内に極性基を
有するオリゴマー又はポリマーを,オニウムイオンによ
り有機化された粘土鉱物の層間に十分に入り込ませる技
術,及び有機化された粘土粘土の層間に極性基を有する
低分子物質を導入した後に極性基を有しないオリゴマー
又はポリマーを粘土層間に導入する技術について,先に
出願している(「粘土複合材料及びその製造方法」平成
7年6月5日出願,「粘土複合材料及びその製造方法,
並びにブレンド材料」平成7年6月30日出願)。しか
し,かかる技術は,プラスチックを主対象としたもので
あり,ゴム材料を対象としたものではない。[0004] The inventors of the present application have developed a technique of sufficiently allowing an oligomer or polymer having a polar group in a molecule to penetrate between layers of a clay mineral that has been organically treated by onium ions, and a technique of using an organic clay clay. A technique for introducing an oligomer or polymer having no polar group between the clay layers after introducing a low molecular substance having a polar group between the layers has already been filed (“Clay composite material and its production method”, June 1995). Filed on March 5, “Clay composite material and its manufacturing method,
And blended materials, filed June 30, 1995). However, such a technique is mainly intended for plastics, and is not intended for rubber materials.
【0005】本発明はかかる従来の問題点に鑑み,極性
の低いゴムポリマー中における粘土鉱物の分散性が高
い,粘土複合ゴム材料及びその製造方法を提供しようと
するものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a clay composite rubber material having a high dispersibility of a clay mineral in a rubber polymer having a low polarity and a method for producing the same.
【0006】[0006]
【課題の解決手段】請求項1の発明は,炭素数6以上の
有機オニウムイオンがイオン結合することにより有機化
された粘土鉱物と,分子長が上記有機オニウムイオンと
同じかそれよりも小さく,且つその分子内の極性基が上
記粘土鉱物と水素結合している第1ゲスト分子と,分子
長が上記有機オニウムイオンよりも大きく,且つその分
子内に極性基を有しない第2ゲスト分子とよりなり,上
記第1ゲスト分子及び第2ゲスト分子は,少なくともそ
の一部が上記粘土鉱物の層間に入り込んでいる第1粘土
複合材料及び/又は,炭素数6以上の有機オニウムイオ
ンがイオン結合することにより有機化された粘土鉱物
と,分子内に極性基を有し,且つ分子長が上記有機オニ
ウムイオンと同じかそれよりも大きい第3ゲスト分子と
からなり,上記第3ゲスト分子は少なくともその一部が
粘土鉱物の層間に入り込んでおり,上記第3ゲスト分子
の極性基は粘土鉱物と水素結合を形成している第2粘土
複合材料と,ゴム材料とが混練され,且つ上記第2ゲス
ト分子又は第3ゲスト分子の少なくとも一方が,上記ゴ
ム材料の分子と架橋結合していることを特徴とする粘土
複合ゴム材料である。According to the first aspect of the present invention, an organic onium ion having 6 or more carbon atoms is ionically bonded to an organic clay mineral, and the molecular length of the clay mineral is equal to or smaller than that of the organic onium ion. A first guest molecule in which a polar group in the molecule is hydrogen-bonded to the clay mineral; and a second guest molecule having a molecular length larger than that of the organic onium ion and having no polar group in the molecule. Wherein the first guest molecule and the second guest molecule are ionic-bonded to a first clay composite material and / or an organic onium ion having 6 or more carbon atoms, at least a part of which enters between layers of the clay mineral. And a third guest molecule having a polar group in the molecule and having a molecular length equal to or larger than that of the organic onium ion. At least a part of the strike molecule enters the interlayer of the clay mineral, and the polar group of the third guest molecule is kneaded with the second clay composite material forming a hydrogen bond with the clay mineral and a rubber material, The clay composite rubber material is characterized in that at least one of the second guest molecule and the third guest molecule is cross-linked to a molecule of the rubber material.
【0007】本発明において最も注目すべきことは,ゴ
ム材料が,粘土鉱物の層間にゲスト分子を導入させた粘
土複合材料と混練されていること,及び該粘土複合材料
の中のゲスト分子とゴム材料の分子とが架橋結合してい
ることである。The most remarkable point in the present invention is that the rubber material is kneaded with a clay composite material in which guest molecules are introduced between layers of the clay mineral, and the guest molecules in the clay composite material and the rubber are kneaded. That is, the molecules of the material are cross-linked.
【0008】次に,本発明の粘土複合ゴム材料の作用に
ついて説明する。粘土複合ゴム材料は,上記のごとく有
機化された粘土鉱物の層間にゲスト分子を入り込ませた
各種粘土複合材料のいずれかを,ゴム材料に混練してゲ
スト分子とゴム材料の分子との間に架橋結合を形成した
ものである。そのため,従来粘土鉱物の分散が困難であ
ったゴム分子に対しても粘土鉱物を均一に大きな層間距
離をもって分散させることができる。その理由は以下の
ように考えられる。Next, the operation of the clay composite rubber material of the present invention will be described. The clay composite rubber material is prepared by kneading one of various clay composite materials, in which guest molecules are inserted between layers of the clay mineral, which has been organized as described above, into the rubber material and interposing the guest molecules and the molecules of the rubber material. It is one in which a crosslink is formed. Therefore, the clay mineral can be uniformly dispersed with a large interlayer distance even for rubber molecules in which the clay mineral has conventionally been difficult to disperse. The reason is considered as follows.
【0009】即ち,図1に示すごとく,第1粘土複合材
料100においては,有機オニウムイオン6により有機
化された粘土鉱物7が,空間的に多くのスペースを有す
るため,その層間に一旦は極性の弱いオリゴマー又はポ
リマーを取り込むことができるが,粘土鉱物のシリケー
ト層の極性により直ちに排除される傾向が強かった。し
かし,上記のごとく,第1ゲスト分子1に極性基10を
結合させることにより,極性基10が粘土鉱物7のシリ
ケート層と水素結合を形成して,層間に留まる。このた
め,粘土鉱物7の層間は,疎水化され,極性基を有しな
い第2ゲスト分子2が安定して留まることができる。第
2ゲスト分子2は,有機オニウムイオンよりも分子長が
長いため,層間を著しく膨潤させる。That is, as shown in FIG. 1, in the first clay composite material 100, since the clay mineral 7 organically formed by the organic onium ions 6 has a large space in space, the polarity is once between the layers. Although oligomers or polymers having a low viscosity can be incorporated, they tend to be immediately excluded due to the polarity of the silicate layer of the clay mineral. However, as described above, by bonding the polar group 10 to the first guest molecule 1, the polar group 10 forms a hydrogen bond with the silicate layer of the clay mineral 7, and stays between the layers. For this reason, between the layers of the clay mineral 7, the second guest molecules 2 which are hydrophobicized and have no polar group can stably stay. Since the second guest molecule 2 has a longer molecular length than the organic onium ion, it significantly swells between the layers.
【0010】また,図2に示すごとく,第2粘土複合材
料200においては,有機オニウムイオン6により有機
化された粘土鉱物7の層間に,極性基30を有する第3
ゲスト分子3を導入して,粘土鉱物7のシリケート層と
水素結合を形成している。そのため,第3ゲスト分子3
は,粘土鉱物7の層間に留まることができる。第3ゲス
ト分子3は,有機オニウムイオン6よりも分子長が長い
ため,層間を著しく膨潤させる。[0010] As shown in FIG. 2, in the second clay composite material 200, the third group having the polar group 30 between the layers of the clay mineral 7 organized by the organic onium ions 6.
The guest molecules 3 are introduced to form hydrogen bonds with the silicate layer of the clay mineral 7. Therefore, the third guest molecule 3
Can stay between the layers of the clay mineral 7. Since the third guest molecule 3 has a longer molecular length than the organic onium ion 6, the third guest molecule 3 significantly swells between the layers.
【0011】上記のごとく,粘土鉱物の層間が十分に膨
潤した第1,第2粘土複合材料の少なくとも一方を,ゴ
ム材料と混練する。すると,ゴム材料中において粘土鉱
物は凝集することなく,分子レベルで均一に分散する。
また,粘土鉱物が均一に分散することにより,ガス等に
対する遮断性が向上する。また,シリケート層近傍のゴ
ム分子の運動が拘束される。そのため,粘土複合ゴム材
料の力学的性質に良好な影響を与える。As described above, at least one of the first and second clay composite materials in which the interlayer of the clay mineral is sufficiently swollen is kneaded with the rubber material. Then, the clay mineral does not agglomerate in the rubber material and is uniformly dispersed at the molecular level.
Further, since the clay mineral is uniformly dispersed, the barrier property against gas and the like is improved. In addition, the movement of rubber molecules near the silicate layer is restricted. Therefore, it has a good effect on the mechanical properties of the clay composite rubber material.
【0012】次に,本発明の詳細について説明する。本
発明の粘土複合ゴム材料においては,第1,第2粘土複
合材料の少なくとも一方又は双方が,ゴム材料と混練さ
れている。Next, the details of the present invention will be described. In the clay composite rubber material of the present invention, at least one or both of the first and second clay composite materials are kneaded with the rubber material.
【0013】まず,第1粘土複合材料について説明す
る。上記第1粘土複合材料は,有機オニウムイオンによ
り有機化された粘土鉱物と,第1ゲスト分子と,第2ゲ
スト分子とよりなる。First, the first clay composite material will be described. The first clay composite material is composed of a clay mineral that is organized by an organic onium ion, a first guest molecule, and a second guest molecule.
【0014】上記第1粘土複合材料において,上記粘土
鉱物は,炭素数6以上の有機オニウムイオンとイオン結
合して有機化されている。炭素数が6未満の場合には,
有機オニウムイオンの親水性が高まり,第1,第2ゲス
ト分子との相溶性が低下する。上記有機オニウムイオン
としては,例えば,ヘキシルアンモニウムイオン,オク
チルアンモニウムイオン,2−エチルヘキシルアンモニ
ウムイオン,ドデシルアンモニウムイオン,オクタデシ
ルアンモニウムイオン,ジオクチルジメチルアンモニウ
ムイオン,トリオクチルアンモニウムイオン,又はジス
テアリルジメチルアンモニウムイオンを用いることがで
きる。In the first clay composite material, the clay mineral is organically formed by ionic bonding with an organic onium ion having 6 or more carbon atoms. If the carbon number is less than 6,
The hydrophilicity of the organic onium ion increases, and the compatibility with the first and second guest molecules decreases. As the organic onium ion, for example, hexyl ammonium ion, octyl ammonium ion, 2-ethylhexylammonium ion, dodecyl ammonium ion, octadecyl ammonium ion, dioctyl dimethyl ammonium ion, trioctyl ammonium ion, or distearyl dimethyl ammonium ion is used. Can be.
【0015】また,不飽和有機オニウムイオンとして1
−ヘキセニルアンモニウムイオン,1−ドデセニルアン
モニウムイオン,9−オクタデセニルアンモニウムイオ
ン(オレイルアンモニウムイオン),9,12−オクタ
デカジエニルアンモニウムイオン(リノールアンモニウ
ムイオン),9,12,15−オクタデカトリエニルア
ンモニウムイオン(リノレイルアンモニウムイオン)を
用いることができる。Further, as unsaturated organic onium ion, 1
-Hexenyl ammonium ion, 1-dodecenyl ammonium ion, 9-octadecenyl ammonium ion (oleyl ammonium ion), 9,12-octadecadienylammonium ion (linol ammonium ion), 9,12,15- Octadecatrienyl ammonium ion (linoleyl ammonium ion) can be used.
【0016】これらの有機オニウムイオンのうち,請求
項10に係る溶媒溶解法で粘土複合ゴム材料を製造する
場合には,溶媒に対する膨潤性の点で,2級オニウムイ
オンが特に好ましい。なお,図示する有機オニウムイオ
ンは,いずれも二股状に表記して2級オニウムイオンで
あることを示しているが,2級オニウムイオンに限定す
る趣旨ではない。Among these organic onium ions, when a clay composite rubber material is produced by the solvent dissolving method according to claim 10 , secondary onium ions are particularly preferred in terms of swelling with respect to a solvent. In addition, although the organic onium ions shown in the figures are represented in a bifurcated manner to indicate that they are secondary onium ions, they are not intended to be limited to secondary onium ions.
【0017】粘土鉱物としては,第1,第2ゲスト分子
との接触面積が大きいものを用いることが好ましい。こ
れにより,粘土鉱物の層間を大きく膨潤させることがで
きる。具体的には,粘土鉱物の陽イオンの交換容量は,
50〜200ミリ等量/100gであることが好まし
い。50ミリ等量/100g未満の場合には,オニウム
イオンの交換が十分に行われず,粘土鉱物の層間を膨潤
させることが困難な場合がある。一方,200ミリ等量
/100gを越える場合には,粘土鉱物の層間の結合力
が強固となり,粘土鉱物の層間を膨潤させることが困難
な場合がある。It is preferable to use a clay mineral having a large contact area with the first and second guest molecules. Thereby, the interlayer of the clay mineral can be greatly swollen. Specifically, the cation exchange capacity of clay minerals is
It is preferably 50 to 200 milliequivalents / 100 g. If the amount is less than 50 milliequivalents / 100 g, onium ions are not sufficiently exchanged, and it may be difficult to swell between layers of the clay mineral. On the other hand, if it exceeds 200 milliequivalents / 100 g, the bonding strength between the layers of the clay mineral becomes strong, and it may be difficult to swell between the layers of the clay mineral.
【0018】上記粘土鉱物としては,例えば,モンモリ
ロナイト,サポナイト,ヘクトライト,バイデライト,
スティブンサイト,ノントロナイトなどのスメクタイト
系粘土鉱物,バーミキュライト,ハロイサイト,又は膨
潤性マイカがある。天然のものでも,合成されたもので
もよい。Examples of the above clay mineral include montmorillonite, saponite, hectorite, beidellite,
There are smectite clay minerals such as stevensite and nontronite, vermiculite, halloysite, or swellable mica. It may be natural or synthetic.
【0019】第1ゲスト分子は,分子内に1つ又は2つ
以上の極性基を有している。極性基は,第1ゲスト分子
の主鎖,側鎖又は末端の少なくともいずれかに結合して
いる。この中,極性基は第1ゲスト分子の末端に結合し
ていることが好ましい。これにより,粘土鉱物の層間を
より大きく膨潤させることができる。The first guest molecule has one or more polar groups in the molecule. The polar group is bonded to at least one of the main chain, side chain, or terminal of the first guest molecule. Among them, the polar group is preferably bonded to the terminal of the first guest molecule. Thereby, the interlayer of the clay mineral can be swollen more.
【0020】本発明において,極性基とは,分子内で電
子が局在しており,電荷の偏りが生じたものをいい,完
全に分極したイオンは含まない。よって,オニウムイオ
ンは,上記極性基には含まれない。請求項2の発明のよ
うに,上記第1ゲスト分子及び/又は第3ゲスト分子の
上記極性基は,例えば,水酸基(OH),ハロゲン基
(F,Cl,Br,I),カルボキシル基(COO
H),無水カルボン酸基,チオール基(SH),エポキ
シ基,及びアミノ基のグループから選ばれる1種又は2
種以上である。上記アミノ基は,一級,二級,または三
級のアミン(NH2 ,NH,N)である。In the present invention, the term "polar group" refers to a substance in which electrons are localized in a molecule and a charge is biased, and does not include a completely polarized ion. Therefore, onium ions are not included in the polar groups. As in the invention of claim 2, the polar group of the first guest molecule and / or the third guest molecule is, for example, a hydroxyl group (OH), a halogen group (F, Cl, Br, I), a carboxyl group (COO).
H), one or two selected from the group consisting of a carboxylic anhydride group, a thiol group (SH), an epoxy group, and an amino group
More than a species. The amino group is a primary, secondary, or tertiary amine (NH 2 , NH, N).
【0021】尚,イミノ基,フォスフォニル基,スルフ
ォニル基等の分極の程度が相対的に強い基は,上記「極
性基」の定義には一応該当するが,これらの基は本発明
においては余り好ましくない。なぜなら,これらの基を
含む第1ゲスト分子は溶媒への溶解性が小さく,また溶
融するための高温安定性に欠けるからである。Incidentally, groups having a relatively strong degree of polarization, such as an imino group, a phosphonyl group, and a sulfonyl group, fall under the above definition of the "polar group", but these groups are more preferable in the present invention. Absent. This is because the first guest molecule containing these groups has low solubility in a solvent and lacks high-temperature stability for melting.
【0022】上記第1ゲスト分子の分子長は,有機オニ
ウムイオンと同じかそれよりも小さい。有機オニウムイ
オンの分子長よりも大きい場合には,第1ゲスト分子の
入手が困難となる場合があり,また,極性の低いポリマ
ーの中に相溶化する第1ゲスト分子の種類が限られると
いう問題がある。The molecular length of the first guest molecule is equal to or smaller than that of the organic onium ion. If the molecular length is longer than the organic onium ion, it may be difficult to obtain the first guest molecule, and the type of the first guest molecule that is compatible with the low-polarity polymer is limited. There is.
【0023】上記第1ゲスト分子は,例えば,直鎖状若
しくは分岐状の構造のオレフィン又はパラフィン,ある
いは,直鎖状若しくは分岐状の構造で且つ主鎖及び/若
しくは側鎖中に芳香環を有するオレフィン又はパラフィ
ンである。即ち,第1ゲスト分子は,例えば,1以上の
極性基を有し,かつ,飽和若しくは不飽和の直鎖状又は
分岐状の構造を有するものである。また,その主鎖及び
/又は側鎖に,芳香環を含むこともある。The first guest molecule is, for example, an olefin or paraffin having a linear or branched structure, or a linear or branched structure having an aromatic ring in a main chain and / or a side chain. Olefin or paraffin. That is, the first guest molecule has, for example, one or more polar groups and a saturated or unsaturated linear or branched structure. Further, the main chain and / or the side chain may contain an aromatic ring.
【0024】上記の極性基を有する第1ゲスト分子とし
ては,例えば,ラウリルアルコール(炭素数12),ス
テアリルアルコール(炭素数18),ステアリン酸(炭
素数18),又はステアリルクロライド(炭素数18)
を用いることができる。また,両末端にOH,COO
H,Cl,エポキシ基等の極性基を有するポリエチレ
ン,ポリプロピレン,ポリイソプレン,ポリブタジエ
ン,又はこれらの水添物若しくは共重合体でもよい。こ
れらの第1ゲスト分子は,有機オニウムイオンの分子長
と同程度以下となるように選択して用いる。第1ゲスト
分子は,炭素数6以上のものがより好ましい。Examples of the first guest molecule having a polar group include lauryl alcohol (C12), stearyl alcohol (C18), stearic acid (C18), and stearyl chloride (C18).
Can be used. OH, COO at both ends
Polyethylene, polypropylene, polyisoprene, polybutadiene having a polar group such as H, Cl, or an epoxy group, or a hydrogenated product or copolymer thereof may be used. These first guest molecules are selected and used so as to be substantially equal to or less than the molecular length of the organic onium ion. The first guest molecule preferably has 6 or more carbon atoms.
【0025】上記第1ゲスト分子は,その混合割合が大
きくなるに連れて,粘土鉱物の層間を広く拡張する傾向
にある。第1ゲスト分子の混合割合は,有機化された粘
土鉱物1重量部に対して,0.1重量部以上であること
が好ましい。0.1重量部未満の場合には,層間の膨潤
が不十分となるおそれがある。The first guest molecules tend to expand widely between the layers of the clay mineral as the mixing ratio increases. The mixing ratio of the first guest molecule is preferably 0.1 part by weight or more based on 1 part by weight of the organized clay mineral. If the amount is less than 0.1 part by weight, swelling between layers may be insufficient.
【0026】上記第1ゲスト分子は,その極性基によ
り,粘土鉱物と水素結合を形成している。そして,第1
ゲスト分子は,少なくともその一部が粘土鉱物の層間に
入り込んでいる。第1ゲスト分子の全てが層間に入り込
んでいる必要はない。例えば,請求項5の発明のよう
に,第1粘土複合材料における粘土鉱物の層間には,第
1ゲスト分子全量の中の10重量%以上が入り込んでい
れば,層間は十分に膨潤する。一方,10重量%未満の
場合には,層間の膨潤が不十分となるおそれがある。The first guest molecule forms a hydrogen bond with the clay mineral due to its polar group. And the first
At least a part of the guest molecule penetrates between layers of the clay mineral. Not all of the first guest molecules need to penetrate between layers. For example, as in the invention of claim 5 , if at least 10% by weight of the total amount of the first guest molecules enters between the layers of the clay mineral in the first clay composite material, the layers swell sufficiently. On the other hand, if it is less than 10% by weight, swelling between layers may be insufficient.
【0027】次に,上記第2ゲスト分子は,極性基を有
していない,非極性又は極性の低いオリゴマー又はポリ
マーである。この第2ゲスト分子は,直鎖状又は分岐状
の構造を有しており,飽和又は不飽和であって,また,
芳香環を含む場合もあり,含まない場合もある。そし
て,第2ゲスト分子の分子長は,有機オニウムイオンよ
りも大きい。有機オニウムイオンの分子長と同じか又は
それよりも小さい分子長の場合には,粘土鉱物の層間の
膨潤が不充分となるという問題がある。Next, the second guest molecule is a non-polar or low-polarity oligomer or polymer having no polar group. The second guest molecule has a linear or branched structure, is saturated or unsaturated, and
It may or may not contain an aromatic ring. The molecular length of the second guest molecule is larger than that of the organic onium ion. When the molecular length is equal to or smaller than the molecular length of the organic onium ion, there is a problem that swelling between the layers of the clay mineral becomes insufficient.
【0028】請求項3の発明のように,上記第2ゲスト
分子は,分子量が1000〜500000の,非極性若
しくは極性の低いオリゴマー又はポリマーであることが
好ましい。1000未満の場合には,粘土鉱物の層間の
膨潤が不十分となるおそれがある。一方,500000
を越える場合には,溶媒に難溶となったり,軟化点又は
融点が粘土鉱物の分解点以上となってしまうおそれがあ
る。第2ゲスト分子は,有機オニウムイオンの3〜4倍
程度以上の分子長を有することが,より好ましい。上記
第2ゲスト分子としては,例えば,液状ポリブタジエ
ン,液状ポリイソプレン,液状ブチルゴムを用いること
ができる。As in the third aspect of the present invention, the second guest molecule is preferably a non-polar or low-polarity oligomer or polymer having a molecular weight of 1,000 to 500,000. If it is less than 1,000, swelling between layers of the clay mineral may be insufficient. On the other hand, 500000
If the melting point of the clay mineral is exceeded, the solvent may become insoluble or the softening point or melting point may be higher than the decomposition point of the clay mineral. It is more preferable that the second guest molecule has a molecular length of about 3 to 4 times or more of the organic onium ion. As the second guest molecule, for example, liquid polybutadiene, liquid polyisoprene, and liquid butyl rubber can be used.
【0029】上記第2ゲスト分子は,その混合割合が大
きくなるに連れて,上記粘土鉱物の層間が膨潤する傾向
にある。第2ゲスト分子の混合割合は,有機化された粘
土鉱物1重量部に対して,0.1重量部以上であること
が好ましい。0.1重量部未満の場合には,粘土鉱物の
層間の膨潤が不十分となるおそれがある。上記第2ゲス
ト分子は,粘土鉱物の層間に,少なくともその一部が入
り込んでいる。第2ゲスト分子のすべてが入り込んでい
る必要はない。The second guest molecules tend to swell between the layers of the clay mineral as the mixing ratio increases. The mixing ratio of the second guest molecule is preferably 0.1 part by weight or more based on 1 part by weight of the organized clay mineral. If the amount is less than 0.1 part by weight, the swelling between layers of the clay mineral may be insufficient. At least a part of the second guest molecule enters between layers of the clay mineral. Not all of the second guest molecules need be involved.
【0030】次に,第2粘土複合材料について説明す
る。上記第2粘土複合材料は,有機オニウムイオンによ
り有機化された粘土鉱物と,第3ゲスト分子とよりな
る。Next, the second clay composite material will be described. The second clay composite material is composed of a clay mineral that has been organized by an organic onium ion and a third guest molecule.
【0031】上記第2粘土複合材料において,粘土鉱
物,有機オニウムイオンは,上記粘土鉱物,有機オニウ
ムイオンとして列挙したもののいずれかを用いることが
好ましい。また,第3ゲスト分子は,主鎖及び/若しく
は側鎖に1つ又は2つ以上の極性基を有している。該極
性基としては,上記第1ゲスト分子の極性基として列挙
した基のいずれかを用いることが好ましい。第2粘土複
合材料における粘土鉱物,有機オニウムイオン,第3ゲ
スト分子の極性基は,第1粘土複合材料における粘土鉱
物,有機オニウムイオン,第1ゲスト分子の極性基と,
同種又は異種のいずれでもよい。In the second clay composite material, it is preferable to use any of the clay minerals and organic onium ions listed above as the clay mineral and organic onium ions. Further, the third guest molecule has one or more polar groups in the main chain and / or the side chain. As the polar group, it is preferable to use any of the groups listed as the polar group of the first guest molecule. The polar groups of the clay mineral, the organic onium ion, and the third guest molecule in the second clay composite material are the same as those of the clay mineral, the organic onium ion, and the first guest molecule in the first clay composite material.
Either the same type or different types may be used.
【0032】上記第3ゲスト分子の分子長は,有機オニ
ウムイオンと同じかそれよりも大きい。有機オニウムイ
オンの分子長よりも小さい場合には,第3ゲスト分子
が,有機オニウムイオンが粘土界面に存在する領域より
も外側へ突出しないため,粘土鉱物が,ゴム材料中に分
散しにくくなる。The molecular length of the third guest molecule is equal to or larger than that of the organic onium ion. When the molecular length of the organic onium ion is smaller than the molecular length of the organic onium ion, the third guest molecule does not protrude outside the region where the organic onium ion exists at the clay interface, so that the clay mineral is less likely to be dispersed in the rubber material.
【0033】上記第3ゲスト分子は,例えば,直鎖状若
しくは分岐状の構造のオレフィン又はパラフィン,ある
いは,直鎖状若しくは分岐状の構造で且つ主鎖及び/若
しくは側鎖中に芳香環を有するオレフィン又はパラフィ
ンである。即ち,第3ゲスト分子は,例えば,1以上の
極性基を有し,かつ,飽和若しくは不飽和の直鎖状又は
分岐状の構造を有するものである。その主鎖及び/又は
側鎖に芳香環を含むこともある。The third guest molecule is, for example, an olefin or paraffin having a linear or branched structure, or a linear or branched structure having an aromatic ring in a main chain and / or a side chain. Olefin or paraffin. That is, the third guest molecule has, for example, one or more polar groups and a saturated or unsaturated linear or branched structure. The main chain and / or side chain may contain an aromatic ring.
【0034】上記第3ゲスト分子としては,例えば,ラ
ウリルアルコール(炭素数12),ステアリルアルコー
ル(炭素数18),ステアリン酸(炭素数18),ステ
アリルクロライド(炭素数18)等が特に好適である。
また,両末端にOH,COOH,Cl,エポキシ基等の
極性基を有するポリエチレン,ポリプロピレン,ポリイ
ソプレン,ポリブタジエン,又はこれらの水添物若しく
は共重合体でもよい。これらの第3ゲスト分子は,有機
オニウムイオンの分子長と同じかそれよりも大きくなる
ように選択して用いる。As the third guest molecule, for example, lauryl alcohol (carbon number 12), stearyl alcohol (carbon number 18), stearic acid (carbon number 18), stearyl chloride (carbon number 18) and the like are particularly preferable. .
In addition, polyethylene, polypropylene, polyisoprene, polybutadiene having polar groups such as OH, COOH, Cl, and epoxy groups at both terminals may be used, or a hydrogenated product or copolymer thereof. These third guest molecules are selected and used so as to be equal to or longer than the molecular length of the organic onium ion.
【0035】上記第3ゲスト分子は,その混合割合が大
きくなるに連れて,粘土鉱物の層間が広く拡張される傾
向にある。第3ゲスト分子の混合割合は,有機化された
粘土鉱物1重量部に対して,0.5重量部以上であるこ
とが好ましい。0.5重量部未満の場合には,粘土鉱物
の層間の膨潤が不充分となるおそれがある。As the mixing ratio of the third guest molecule increases, the interlayer between the clay minerals tends to expand widely. The mixing ratio of the third guest molecule is preferably 0.5 part by weight or more based on 1 part by weight of the organized clay mineral. If the amount is less than 0.5 part by weight, the swelling between layers of the clay mineral may be insufficient.
【0036】また,請求項4の発明のように,上記第3
ゲスト分子の分子量は,500〜100000であるこ
とが好ましい。500未満の場合には,粘土鉱物の層間
の膨潤が不十分となるおそれがある。一方,10000
0を越える場合には,溶媒に不溶となったり,軟化点又
は融点が粘土鉱物の分解点以上となってしまうおそれが
ある。第3ゲスト分子は,有機オニウムイオンの3〜4
倍程度以上の分子長を有することが,より好ましい。Also, as in the fourth aspect of the present invention, the third
The molecular weight of the guest molecule is preferably from 500 to 100,000. If it is less than 500, the swelling between layers of the clay mineral may be insufficient. On the other hand, 10,000
If it exceeds 0, it may become insoluble in the solvent or its softening point or melting point may be higher than the decomposition point of the clay mineral. The third guest molecule is composed of 3 to 4 organic onium ions.
More preferably, it has a molecular length about twice or more.
【0037】上記第3ゲスト分子は,少なくともその一
部が粘土鉱物の層間に入り込んでいる。粘土鉱物の層間
には,第3ゲスト分子のすべてが入り込む必要はない。
例えば,請求項6の発明のように,上記第2粘土複合材
料における粘土鉱物の層間には,第3ゲスト分子全量の
中の10重量%以上が入り込めば,層間は十分に膨張す
る。10重量%未満の場合には,粘土鉱物の層間に膨潤
が不十分となるおそれがある。特に,第3ゲスト分子が
分子量1000〜10000程度のポリマーの場合に
は,第3ゲスト分子全量の10重量%入り込めば,層間
の膨張は十分である。At least a part of the third guest molecule enters between layers of the clay mineral. It is not necessary for all of the third guest molecules to enter between the layers of the clay mineral.
For example, as in the invention of claim 6 , if 10% by weight or more of the total amount of the third guest molecules enters between the layers of the clay mineral in the second clay composite material, the layers expand sufficiently. If it is less than 10% by weight, the swelling between layers of the clay mineral may be insufficient. In particular, in the case where the third guest molecule is a polymer having a molecular weight of about 1,000 to 10,000, the interlayer expansion is sufficient if 10% by weight of the total amount of the third guest molecule is contained.
【0038】次に,請求項7の発明のように,上記ゴム
材料は,天然ゴム,イソプレンゴム,クロロプレンゴ
ム,スチレンゴム,ニトリルゴム,エチレン−プロピレ
ンゴム,ブタジエンゴム,スチレン−ブタジエンゴム,
ブチルゴム,エピクロルヒドリンゴム,アクリルゴム,
ウレタンゴム,フッ素ゴム,及びシリコーンゴムのグル
ープから選ばれる1種又は2種以上を用いることができ
る。Next, as in the invention of claim 7 , the rubber material includes natural rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene rubber, nitrile rubber, ethylene-propylene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber,
Butyl rubber, epichlorohydrin rubber, acrylic rubber,
One or more kinds selected from the group consisting of urethane rubber, fluorine rubber, and silicone rubber can be used.
【0039】上記第1,第2粘土複合材料の中に含まれ
る,第2ゲスト分子又は第3ゲスト分子は,ゴム材料の
分子との間に,例えば,「加硫」と呼ばれる硫黄架橋結
合,又はこれに準ずる架橋結合等を形成している。これ
に準ずる架橋結合としては,例えば,過酸化物架橋結合
を挙げることができる。The second guest molecule or the third guest molecule contained in the first and second clay composite materials is, for example, sulfur cross-linking called “vulcanization” between the second guest molecule and the rubber material molecule. Alternatively, a cross-linking bond or the like corresponding thereto is formed. As a cross-linking equivalent thereto, for example, a peroxide cross-linking can be mentioned.
【0040】次に,上記第1粘土複合材料又は第2粘土
複合材料の少なくとも一方の中の有機オニウムイオン
は,上記第2ゲスト分子又は上記第3ゲスト分子の少な
くとも一方と,上記ゴム材料の分子との間に架橋結合を
形成していることが好ましい。これにより,粘土鉱物の
シリケート層とゴムとの界面が非常に強固に結合する。
そのため,さらにシリケート層近傍のゴム分子の運動が
拘束され,力学的性質特に硬さや弾性率が向上する。Next, the upper Symbol least one organic onium ion in the first clay composite or second clay composite material, said at least one of the second guest molecules or the third guest molecule, of the rubber material It is preferable that a crosslink is formed between the molecule and the molecule. As a result, the interface between the silicate layer of the clay mineral and the rubber is very strongly bonded.
Therefore, the movement of the rubber molecules near the silicate layer is further restricted, and the mechanical properties, particularly the hardness and the elastic modulus, are improved.
【0041】本発明の粘土複合ゴム材料は,例えば,プ
レス成形法又は押出成形法により成形される。本発明の
粘土複合ゴム材料は,通常のゴムの各種用途に利用する
ことができる。特に,ガス等に対するバリヤ性や,ゴム
材料の力学的性質の改良が要求されている場合に利用す
ると,本発明の効果を最も有効に発揮させることができ
る。The clay composite rubber material of the present invention is formed by, for example, a press molding method or an extrusion molding method. The clay composite rubber material of the present invention can be used for various uses of ordinary rubber. In particular, the effect of the present invention can be most effectively exerted when it is used when improvement in barrier properties against gas and the like and mechanical properties of a rubber material are required.
【0042】次に,上記粘土複合ゴム材料を製造する第
1の方法としては,例えば,請求項8の発明のように,
粘土鉱物を,炭素数6以上の有機オニウムイオンに接触
させることにより,上記粘土鉱物と上記有機オニウムイ
オンとの間にイオン結合を形成して上記粘土鉱物を有機
化し,次に,分子長が上記有機オニウムイオンと同じか
それよりも小さく,且つその分子内に極性基を有する第
1ゲスト分子と,分子長が上記有機オニウムイオンより
も大きく,且つその分子内に不飽和基を有しており,極
性基を有しない第2ゲスト分子とを,上記粘土鉱物に接
触させることにより,上記第1ゲスト分子の極性基を上
記粘土鉱物に水素結合を形成させて上記粘土鉱物の表面
を疎水化すると共に,上記粘土鉱物の層間に第2ゲスト
分子の少なくとも一部を入り込ませることにより第1粘
土複合材料を得た後,該第1粘土複合材料をゴム材料と
混練すると共に,上記第2ゲスト分子の不飽和基とゴム
材料の分子との間に架橋結合を形成させることを特徴と
する粘土複合ゴム材料の製造方法がある。Next, a first method for manufacturing the clay composite rubber material, for example, as in the invention of claim 8,
By contacting the clay mineral with an organic onium ion having 6 or more carbon atoms, an ionic bond is formed between the clay mineral and the organic onium ion to organically form the clay mineral. A first guest molecule which is the same as or smaller than the organic onium ion and has a polar group in the molecule; and a first guest molecule having a molecular length larger than that of the organic onium ion and having an unsaturated group in the molecule. A second guest molecule having no polar group is brought into contact with the clay mineral to form a hydrogen bond with the polar group of the first guest molecule in the clay mineral to hydrophobize the surface of the clay mineral. At the same time, a first clay composite material is obtained by causing at least a part of the second guest molecule to enter between the layers of the clay mineral, and the first clay composite material is kneaded with a rubber material. There are provided methods for producing the clay composite rubber material, characterized in that the formation of crosslinks between the molecules of the unsaturated group and the rubber material of the serial second guest molecules.
【0043】上記第1の方法において最も注目すべきこ
とは,有機化された粘土鉱物の表面を極性基を有する第
1ゲスト分子により疎水化すること,不飽和基を有する
第2ゲスト分子を粘土鉱物の層間に入り込ませること,
及び該不飽和基とゴム材料の分子との間に架橋結合を形
成させることである。The most remarkable point in the first method is that the surface of the organized clay mineral is hydrophobized by a first guest molecule having a polar group, and the second guest molecule having an unsaturated group is converted to a clay. To penetrate between mineral layers,
And forming a cross-linking between the unsaturated group and the molecule of the rubber material.
【0044】次に,上記第1の方法の作用について説明
する。上記の製造方法においては,先ず,図1に示すご
とく,粘土鉱物7に有機オニウムイオン6を結合させる
ことによって,粘土鉱物を有機化している。これによ
り,粘土鉱物7の層間に,ある程度のスペースが発生す
る。Next, the operation of the first method will be described. In the above manufacturing method, first, as shown in FIG. 1, an organic onium ion 6 is bonded to a clay mineral 7 to make the clay mineral organic. As a result, some space is generated between the layers of the clay mineral 7.
【0045】次に,有機化された粘土鉱物に,第1,第
2ゲスト分子を接触させると,上記の層間のスペース
に,第1,第2ゲスト分子1,2が入り込む。第1ゲス
ト分子1は極性基10を有する。そのため,粘土鉱物7
と水素結合して,粘土鉱物7の層間に留まり,粘土鉱物
7の層間を疎水化する。そのため,粘土鉱物7の層間に
入り込んだ,極性の低い第2ゲスト分子2は,粘土鉱物
の極性により排除されることはなく,層間に安定して留
まることができる。Next, when the first and second guest molecules are brought into contact with the organic clay mineral, the first and second guest molecules 1 and 2 enter the space between the above-mentioned layers. The first guest molecule 1 has a polar group 10. Therefore, clay mineral 7
And hydrogen bonds between the layers of the clay mineral 7 to make the layers of the clay mineral 7 hydrophobic. Therefore, the second guest molecules 2 having low polarity that have entered the layers of the clay mineral 7 are not eliminated by the polarity of the clay mineral, but can stably remain between the layers.
【0046】また,第2ゲスト分子2は,その分子長が
有機オニウムイオン6よりも大きく,嵩高である。それ
故,第2ゲスト分子2が粘土鉱物7の層間に留まること
により,層間が無制限に膨潤した無限膨潤状態となる。
従って,上記無限膨潤状態にある第1粘土複合材料10
0をゴム材料中に混練することにより,元来極性物質で
ある粘土鉱物を,極性の低いゴム材料中に分子レベルで
均一に分散させた,粘土複合ゴム材料を得ることができ
る。The second guest molecule 2 has a larger molecular length than the organic onium ion 6 and is bulky. Therefore, when the second guest molecules 2 stay between the layers of the clay mineral 7, the layers are infinitely swollen with the layers being swollen indefinitely.
Therefore, the first clay composite material 10 in the infinite swelling state
By kneading 0 into a rubber material, a clay composite rubber material can be obtained in which clay minerals, which are naturally polar substances, are uniformly dispersed at a molecular level in a rubber material having low polarity.
【0047】また,第2ゲスト分子は,不飽和基を有し
ている。不飽和基は,ゴム材料との混練の際に,ゴム材
料の分子と架橋結合する。そのため,シリケート層近傍
のゴム分子の運動が拘束され,粘土複合ゴム材料の力学
的性質に良好な影響を与える。The second guest molecule has an unsaturated group. The unsaturated groups crosslink with molecules of the rubber material when kneaded with the rubber material. Therefore, the movement of the rubber molecules in the vicinity of the silicate layer is restricted, which has a favorable effect on the mechanical properties of the clay composite rubber material.
【0048】次に,上記有機オニウムイオンは不飽和基
を有し,上記第1粘土複合材料をゴム材料と混練するス
テップにおいて,上記有機オニウムイオンの不飽和基
と,上記第2ゲスト分子の不飽和基と,上記ゴム材料の
中の不飽和基との間に架橋結合を形成させることが好ま
しい。上記有機オニウムイオンを使用すると,第2ゲス
ト分子とゴム材料とを混練,架硫するときに,有機オニ
ウムイオンの不飽和基と第2ゲスト分子の不飽和基とゴ
ム材料の分子との間に架橋結合が形成される。そのた
め,粘土鉱物のシリケート層とゴムの界面とが非常に強
固に結合される。それ故,シリケート層近傍のゴム分子
がさらに運動が拘束され,力学的性質時に硬さ弾性率が
向上する。Next, the upper Symbol organic onium ion has an unsaturated group, in the step of the first clay composite material is kneaded with a rubber material, and the unsaturated group of the organic onium ion, the second guest molecule It is preferable to form a crosslink between the unsaturated group and the unsaturated group in the rubber material. When the organic onium ion is used, when the second guest molecule and the rubber material are kneaded and crosslinked, the unsaturated group of the organic onium ion, the unsaturated group of the second guest molecule, and the molecule of the rubber material are mixed. Crosslinks are formed. Therefore, the silicate layer of the clay mineral and the interface of the rubber are bonded very firmly. Therefore, the movement of the rubber molecules in the vicinity of the silicate layer is further restricted, and the hardness elastic modulus is improved during the mechanical properties.
【0049】先ず,上記粘土鉱物を有機オニウムイオン
と接触させる方法としては,例えば,イオン交換法があ
る。このイオン交換法は,例えば,有機オニウムイオン
を含む水溶液中に粘土鉱物を浸漬した後,該粘土鉱物を
水洗して過剰な有機オニウムイオンを除去する方法であ
る。First, as a method of bringing the clay mineral into contact with an organic onium ion, for example, there is an ion exchange method. This ion exchange method is, for example, a method of immersing a clay mineral in an aqueous solution containing an organic onium ion and then washing the clay mineral with water to remove excess organic onium ion.
【0050】次に,上記第1ゲスト分子としては,上述
したものを用いることができる。上記第2ゲスト分子と
しては,不飽和基を有する,液状ポリブタジエン,液状
ポリイソプレン,液状ブチルゴム等を用いることができ
る。第1,第2ゲスト分子を,有機化された粘土鉱物に
接触させるに当たっては,両者を接触させる順序は問わ
ない。即ち,両者を同時に投与して接触させても良く,
いずれか一者を接触させた後に他者を接触させても良
い。いずれの場合においても,結果的に同じ作用・効果
が得られる。Next, as the first guest molecule, those described above can be used. As the second guest molecule, liquid polybutadiene, liquid polyisoprene, liquid butyl rubber or the like having an unsaturated group can be used. The order in which the first and second guest molecules are brought into contact with the organic clay mineral does not matter. That is, both may be administered simultaneously and brought into contact,
You may contact another person after contacting any one person. In any case, the same operation and effect can be obtained as a result.
【0051】そして,第1,第2ゲスト分子の接触法と
しては,例えば,請求項10の発明のように,第1,第
2ゲスト分子を溶媒に溶解した状態で,上記有機化され
た粘土鉱物に接触させる方法がある。また,請求項11
の発明のように,第1,第2ゲスト分子を熱により軟化
又は溶融した状態で,上記有機化された粘土鉱物に接触
させる方法がある。As a method of contacting the first and second guest molecules, for example, as in the tenth aspect of the present invention, the first and second guest molecules are dissolved in a solvent, and the organic clay is dissolved. There is a method of contacting with minerals. Claim 11
As in the invention, there is a method in which the first and second guest molecules are brought into contact with the above-mentioned organic clay mineral in a state of being softened or melted by heat.
【0052】前者の請求項10の方法によれば,室温で
第1,第2ゲスト分子を粘土鉱物の層間に入り込ませる
ことができる。この方法において使用し得る溶媒として
は,例えば,トルエン,ベンゼン,キシレン,ヘキサ
ン,オクタン等の極性の低い溶媒がある。一方,後者の
請求項11の方法において,第1,第2ゲスト分子を軟
化又は溶融させるためには,第1,第2ゲスト分子を軟
化温度又は溶融温度と同じか又はそれよりも高い温度に
加熱する。この加熱は,第1,第2ゲスト分子及び粘土
鉱物が分解せず,安定に存在する程度の温度において行
う。例えば,加熱温度は,250℃以下であることが好
ましい。250℃を越える場合には,有機化された粘土
鉱物が分解するおそれがある。[0052] According to the method of the former claims 10, it is possible to enter the first, the second guest molecules between the layers of the clay mineral at room temperature. Solvents that can be used in this method include, for example, low polarity solvents such as toluene, benzene, xylene, hexane, and octane. On the other hand, in the latter method of claim 11 , in order to soften or melt the first and second guest molecules, the first and second guest molecules are heated to a temperature equal to or higher than the softening temperature or melting temperature. Heat. This heating is performed at a temperature at which the first and second guest molecules and the clay mineral do not decompose and stably exist. For example, the heating temperature is preferably 250 ° C. or less. If the temperature exceeds 250 ° C., the organized clay mineral may be decomposed.
【0053】上記第1粘土複合材料とゴム材料との混練
方法は,ゴムを混練する一般的な方法を用いることがで
きる。特に,100℃以下にしてゴムロールで混練する
方法が好ましい。100℃を越える場合には,混練中に
架橋反応が進行してしまうおそれがあるからである。As the method of kneading the first clay composite material and the rubber material, a general method of kneading rubber can be used. In particular, a method of kneading with a rubber roll at a temperature of 100 ° C. or less is preferable. If the temperature exceeds 100 ° C., the crosslinking reaction may proceed during kneading.
【0054】第1粘土複合材料とゴム材料とを混練する
際には,両者間に「加硫」と呼ばれる硫黄架橋結合,又
はこれに準ずる架橋結合を形成させる必要がある。その
ためには,第1粘土複合材料である場合にはその第2ゲ
スト分子が,不飽和基を含んだものである必要がある。
不飽和基とは,炭素間に二重結合又は三重結合を形成し
た基をいう。上記不飽和基を有する第2ゲスト分子とし
ては,例えば,液状ポリブタジエン,液状ポリイソプレ
ン,液状ブチルゴムがある。混練の際には,例えば,硫
黄等の加硫剤,加硫促進剤,過酸化物等の架橋剤,カー
ボン等の充填剤を添加することが好ましい。When kneading the first clay composite material and the rubber material, it is necessary to form a sulfur cross-linking called "vulcanization" or a cross-linking equivalent thereto between them. For that purpose, in the case of the first clay composite material, the second guest molecule needs to contain an unsaturated group.
An unsaturated group refers to a group having a double or triple bond formed between carbon atoms. Examples of the second guest molecule having an unsaturated group include liquid polybutadiene, liquid polyisoprene, and liquid butyl rubber. In kneading, for example, it is preferable to add a vulcanizing agent such as sulfur, a vulcanization accelerator, a crosslinking agent such as a peroxide, and a filler such as carbon.
【0055】次に,上記粘土複合ゴム材料を製造する第
2の方法としては,例えば,請求項9の発明のように,
粘土鉱物を,炭素数6以上の有機オニウムイオンに接触
させることにより,上記粘土鉱物と上記有機オニウムイ
オンとの間にイオン結合を形成して上記粘土鉱物を有機
化し,次に,上記粘土鉱物を,分子内に極性基と不飽和
基とを有し,且つ分子長が上記有機オニウムイオンと同
じかそれよりも大きい第3ゲスト分子に接触させること
により,上記粘土鉱物の層間に,上記第3ゲスト分子の
少なくとも一部を入り込ませて,粘土鉱物との間に水素
結合を形成して第2粘土複合材料を得た後,該第2粘土
複合材料をゴム材料と混練すると共に,上記第3ゲスト
分子の不飽和基とゴム材料の分子との間に架橋結合を形
成させることを特徴とする粘土複合ゴム材料の製造方法
がある。Next, a second method for producing the clay composite rubber material, for example, as in the invention of claim 9,
By contacting the clay mineral with an organic onium ion having 6 or more carbon atoms, an ionic bond is formed between the clay mineral and the organic onium ion to organically form the clay mineral. Contacting a third guest molecule having a polar group and an unsaturated group in the molecule and having a molecular length equal to or larger than that of the organic onium ion to form a third layer between the clay mineral layers; After at least a part of the guest molecules are allowed to enter and form a hydrogen bond with the clay mineral to obtain a second clay composite material, the second clay composite material is kneaded with a rubber material, and the third clay composite material is mixed. There is a method for producing a clay composite rubber material, which comprises forming a cross-link between an unsaturated group of a guest molecule and a molecule of the rubber material.
【0056】上記第2の方法において最も注目すべきこ
とは,有機化された粘土鉱物の層間に,極性基と不飽和
基とを有する第3ゲスト分子を入り込ませること,該不
飽和基とゴム材料の分子との間に架橋結合を形成させる
ことである。The most remarkable point of the second method is that a third guest molecule having a polar group and an unsaturated group is introduced between the layers of the organized clay mineral, and the unsaturated group and the rubber The formation of cross-links between the molecules of the material.
【0057】第2の方法は,第3ゲスト分子を用いてい
る点が,第1,第2ゲスト分子を用いている上述の第1
の方法と異なる。第3ゲスト分子は,極性基と不飽和基
とを有しており,その分子長は有機オニウムイオンと同
じか又はそれよりも長い。かかる第3ゲスト分子として
は,例えば,両末端に−OH基を有するポリブタジエ
ン,両末端に−OH基を有するポリイソプレン等を用い
ることができる。その他は,上記第1の方法と同様であ
る。The second method is different from the first method in which the third guest molecule is used, in that the first and second guest molecules are used.
Different from the method. The third guest molecule has a polar group and an unsaturated group, and its molecular length is the same as or longer than the organic onium ion. As the third guest molecule, for example, polybutadiene having -OH groups at both ends, polyisoprene having -OH groups at both ends, or the like can be used. Others are the same as in the first method.
【0058】次に,上記第2の方法の作用について説明
する。上記の方法においては,まず,図2に示すごと
く,粘土鉱物7に有機オニウムイオン6を結合させるこ
とにより,粘土鉱物7の層間にある程度のスペースが発
生する。次に,有機化された上記粘土鉱物7に,極性基
30を有する第3ゲスト分子3を接触させる。すると,
第3ゲスト分子3は,粘土鉱物7の層間のスペースに入
り込み,その極性基30によって粘土鉱物7のシリケー
ト層と水素結合する。これにより,第3ゲスト分子3
は,粘土鉱物7の表面の極性によって排除されることな
く,層間に留まる。このため,上記の第1の方法と同様
に,粘土鉱物7の層間は,更に膨潤して,無限膨潤状態
となる。従って,この無限膨潤状態にある第2粘土複合
材料200をゴム材料中に混練することにより,元来極
性物質である粘土鉱物を,ゴム材料中で分子レベルで均
一に分散させることができる。Next, the operation of the second method will be described. In the above method, first, as shown in FIG. 2, a certain amount of space is generated between the layers of the clay mineral 7 by bonding the organic onium ions 6 to the clay mineral 7. Next, a third guest molecule 3 having a polar group 30 is brought into contact with the organic clay mineral 7. Then
The third guest molecule 3 enters the space between the layers of the clay mineral 7 and hydrogen bonds with the silicate layer of the clay mineral 7 by the polar group 30. Thereby, the third guest molecule 3
Remains between the layers without being excluded by the polarity of the surface of the clay mineral 7. For this reason, similarly to the above-mentioned first method, the interlayer of the clay mineral 7 further swells to an infinite swelling state. Therefore, by kneading the second clay composite material 200 in the infinitely swollen state into the rubber material, the clay mineral which is originally a polar substance can be uniformly dispersed at the molecular level in the rubber material.
【0059】また,第3ゲスト分子は,不飽和基を有し
ている。そのため,この不飽和基がゴム材料の分子と架
橋結合することによって,上記と同様に,粘土複合ゴム
材料の力学的性質に良好な影響を与える。The third guest molecule has an unsaturated group. For this reason, the unsaturated group cross-links with the molecules of the rubber material, thereby similarly favorably affecting the mechanical properties of the clay composite rubber material.
【0060】次に,上記有機オニウムイオンは不飽和基
を有し,上記第2粘土複合材料をゴム材料と混練するス
テップにおいて,上記有機オニウムイオンの不飽和基
と,上記第3ゲスト分子の不飽和基と,上記ゴム材料の
不飽和基との間に架橋結合を形成させることが好まし
い。有機オニウムイオンを使用すると,有機オニウムイ
オンの不飽和基と第3ゲスト分子とゴム材料の分子との
間に架橋結合を形成し,上記と同様に,粘土複合ゴム材
料の力学的性質に良好な影響を与える。Next, the upper Symbol organic onium ion has an unsaturated group, in the step of kneading the rubber material the second clay composite material, the unsaturated group of the organic onium ion, the third guest molecule It is preferable to form a cross-link between the unsaturated group and the unsaturated group of the rubber material. When an organic onium ion is used, a cross-linking is formed between the unsaturated group of the organic onium ion, the third guest molecule, and the rubber material molecule. Affect.
【0061】また,上記第1粘土複合材料及び第2粘土
複合材料の両方を,ゴム材料に混練して第2,第3ゲス
ト分子とゴム材料の分子との間に架橋結合を形成させる
こともできる。この場合にも,上記と同様の効果を得る
ことができる。Further, both the first clay composite material and the second clay composite material may be kneaded with a rubber material to form a cross-link between the second and third guest molecules and the rubber material molecules. it can. In this case, the same effect as above can be obtained.
【0062】また,上述したように,上記第3ゲスト分
子を有機化された粘土鉱物に接触させる方法としては,
請求項10の発明のように,上記第3ゲスト分子を溶媒
に溶解した状態で有機化された粘土鉱物に接触させる方
法がある。また,請求項11の発明のように,第3ゲス
ト分子を熱により軟化又は溶融した状態で,上記有機化
された粘土鉱物に接触させる方法がある。As described above, as a method of bringing the third guest molecule into contact with the organic clay mineral,
As in the tenth aspect of the present invention, there is a method in which the third guest molecule is brought into contact with an organized clay mineral in a state of being dissolved in a solvent. Further, there is a method as in the eleventh aspect , wherein the third guest molecule is brought into contact with the organic clay mineral in a state of being softened or melted by heat.
【0063】[0063]
実施形態例1 本発明の実施形態例に係る粘土複合ゴム材料について例
示説明する。本例の粘土複合ゴム材料は,第1粘土複合
材料とゴム材料とが混練され,かつ,上記第1粘土複合
材料中の第2ゲスト分子が,ゴム材料の分子と架橋結合
をしている。First Embodiment A clay composite rubber material according to an embodiment of the present invention will be exemplified and described. In the clay composite rubber material of the present example, the first clay composite material and the rubber material are kneaded, and the second guest molecules in the first clay composite material are cross-linked with the molecules of the rubber material.
【0064】上記粘土複合材料は,図1に示すごとく,
炭素数6以上の有機オニウムイオン6で有機化された粘
土鉱物7と,分子長が上記有機オニウムイオンと同じか
それよりも小さく,且つその分子内の極性基10が粘土
鉱物7と水素結合している第1ゲスト分子1と,分子長
が上記有機オニウムイオンよりも大きく,且つその分子
内に極性基を有しない第2ゲスト分子2とよりなる。第
1ゲスト分子1及び第2ゲスト分子2は,少なくともそ
の一部が粘土鉱物7の層間に入り込んでいる。As shown in FIG.
A clay mineral 7 organically treated with an organic onium ion 6 having 6 or more carbon atoms, and a polar group 10 having a molecular length equal to or smaller than that of the organic onium ion and being hydrogen bonded to the clay mineral 7 And a second guest molecule 2 having a larger molecular length than the organic onium ion and having no polar group in the molecule. At least a part of the first guest molecule 1 and the second guest molecule 2 penetrates between layers of the clay mineral 7.
【0065】粘土鉱物は,ナトリウム型モンモリロナイ
ト(山形県産,イオン交換容量120meq/100
g)である。有機オニウムイオンは,ジステアリルジメ
チルアンモニウムイオン(以下,DSDMという。)で
あり,その炭素数は38である。第1ゲスト分子はステ
アリン酸であり,その炭素数は18である。第2ゲスト
分子は,液状ブチルゴム(ハードマン社製,商品名カレ
ン800)であり,その分子量は約5000である。The clay mineral is sodium-type montmorillonite (produced in Yamagata Prefecture, with an ion exchange capacity of 120 meq / 100).
g). The organic onium ion is distearyl dimethyl ammonium ion (hereinafter referred to as DSDM) and has 38 carbon atoms. The first guest molecule is stearic acid, which has 18 carbon atoms. The second guest molecule is liquid butyl rubber (manufactured by Hardman Co., trade name: Karen 800), and its molecular weight is about 5,000.
【0066】次に,上記粘土複合ゴム材料の製造方法に
ついて説明する。まず,モンモリロナイト20.0gを
80℃の水2000mlに分散させた。次に,ジステア
リルジメチルアンモニウムクロライド21.0gを80
℃の水1500mlに溶解した。上記の分散液と溶解液
とを一気に混合した。その沈澱物を80℃の水で2回洗
浄して,DSDMで有機化されたモンモリロナイトを得
た。これを,以下,DSDM−モンモリロナイトとい
う。Next, a method for producing the above-mentioned clay composite rubber material will be described. First, 20.0 g of montmorillonite was dispersed in 2000 ml of water at 80 ° C. Next, 21.0 g of distearyl dimethyl ammonium chloride was added to 80
Dissolved in 1500 ml of water at ℃. The dispersion and the solution were mixed at once. The precipitate was washed twice with water at 80 ° C. to obtain montmorillonite organically treated with DSDM. This is hereinafter referred to as DSDM-montmorillonite.
【0067】灼残法により求めたDSDM−モンモリロ
ナイト中の無機含量は,54.2重量%であった。X線
回折法により,DSDM−モンモリロナイトの層間距離
を測定して,膨潤挙動を観察した。DSDM−モンモリ
ロナイトの層間距離は,32.8Åであった。The inorganic content in the DSDM-montmorillonite determined by the burning method was 54.2% by weight. The interlayer distance between DSDM and montmorillonite was measured by an X-ray diffraction method, and the swelling behavior was observed. The interlayer distance between DSDM and montmorillonite was 32.8 °.
【0068】次に,溶媒としてのトルエン20gの中
に,上記DSDM−モンモリロナイト1.0g,ステア
リン酸0.5g,及び液状ブチルゴム(ハードマン社
製,商品名カレン800)1.0gを添加し,6時間混
合した。次に,減圧下においてトルエンを蒸発させた。
これにより,第1粘土複合材料を得た。Next, in 20 g of toluene as a solvent, 1.0 g of the above-mentioned DSDM-montmorillonite, 0.5 g of stearic acid, and 1.0 g of liquid butyl rubber (trade name: Karen 800, manufactured by Hardman) were added. Mix for 6 hours. Next, the toluene was evaporated under reduced pressure.
Thus, a first clay composite material was obtained.
【0069】X線回折法により粘土複合材料におけるモ
ンモリロナイトの層間距離を測定したところ,54.8
Åであった。このことから,ステアリン酸と液状ブチル
ゴムとを添加することにより,無添加の場合に比べて,
モンモリロナイトの層間距離が拡大し,膨潤することが
わかる。The interlayer distance of montmorillonite in the clay composite material was measured by an X-ray diffraction method.
Was Å. From this, the addition of stearic acid and liquid butyl rubber, compared to the case without addition,
It can be seen that the interlayer distance of montmorillonite increases and swells.
【0070】次に,上記第1粘土複合材料とゴム材料と
を,ASTM D 3182に準拠し,ロールで混練し
た。上記ゴム材料は,ブチルゴム(日本合成ゴムBut
yl268)を用いた。粘土複合ゴム材料の配合割合
は,ゴム材料100重量部に対し,第1粘土複合材料2
0重量部(内,粘土鉱物5重量部),カーボン(旭カー
ボン#70)20重量部,亜鉛華1重量部,イオウ1.
75重量部,加硫促進剤1重量部である。Next, the first clay composite material and the rubber material were kneaded with a roll according to ASTM D 3182. The rubber material is butyl rubber (Nippon Synthetic Rubber But)
yl268) was used. The mixing ratio of the clay composite rubber material is such that the first clay composite material 2
0 parts by weight (including 5 parts by weight of clay mineral), 20 parts by weight of carbon (Asahi Carbon # 70), 1 part by weight of zinc white, 1 part by weight of sulfur.
75 parts by weight and 1 part by weight of a vulcanization accelerator.
【0071】次に,均一に混練した後,150℃,40
分間加硫で厚み2mmのシートを成形した。シートから
ダンベル3号の試験片を切りだし,引っ張り試験を行っ
た。その結果,18.0MPaの引っ張り強さであっ
た。また,厚み0.5mmのシートも同様に成形し,窒
素でのガス透過性を評価した。その結果,ガス透過率係
数は1.9×10-11 cm3 ・cm・cm-2・sec-1
・cmHg-1であった。Next, after uniformly kneading, at 150 ° C., 40
A sheet having a thickness of 2 mm was formed by vulcanization for one minute. A dumbbell No. 3 test piece was cut out from the sheet and subjected to a tensile test. As a result, the tensile strength was 18.0 MPa. Also, a sheet having a thickness of 0.5 mm was formed in the same manner, and gas permeability with nitrogen was evaluated. As a result, the gas permeability coefficient was 1.9 × 10 −11 cm 3 · cm · cm −2 · sec −1
-It was cmHg- 1 .
【0072】実施形態例2 本例においては,粘土複合ゴム材料の配合割合を変化さ
せて,シートを成形し(試料1〜16),その力学的性
質を評価した。粘土複合ゴム材料は,表1に示すごと
く,第2粘土複合材料を用いた。第2粘土複合材料は,
有機化された粘土鉱物と第3ゲスト分子とよりなる。有
機化された粘土鉱物としては,DSDM−モンモリロナ
イト(DSDM−Mtと表示する。)を用いた。DSD
M−モンモリロナイトにおいて,DSDMとモンモリロ
ナイトとの重量比は,常に同じとした。第3ゲスト分子
としては,両末端に−OH基を有する液状ポリブタジエ
ン(日本曹達(株) 商品名G2000)(液状ゴムと
表示する。)を用いた。ゴム材料としては,ブチルゴム
(日本合成ゴムButyl 268)を用いた。尚,比
較のために,有機化されていない粘土鉱物として,未処
理モンモリロナイト(Na−Mtと表示する。)を用い
た。Embodiment 2 In this embodiment, a sheet was formed by changing the mixing ratio of the clay composite rubber material (samples 1 to 16), and the mechanical properties were evaluated. As shown in Table 1, a second clay composite material was used as the clay composite rubber material. The second clay composite material is
It consists of an organized clay mineral and a third guest molecule. As the organized clay mineral, DSDM-montmorillonite (referred to as DSDM-Mt) was used. DSD
In M-montmorillonite, the weight ratio between DSDM and montmorillonite was always the same. As the third guest molecule, liquid polybutadiene having a -OH group at both ends (trade name G2000, trade name of Nippon Soda Co., Ltd.) (denoted as liquid rubber) was used. As a rubber material, butyl rubber (Nippon Synthetic Rubber Butyl 268) was used. For comparison, untreated montmorillonite (denoted as Na-Mt) was used as an unorganized clay mineral.
【0073】粘土複合ゴム材料の成形シートの力学的性
質は,ガス透過率係数,貯蔵弾性率,引張り強さ,伸
び,引張り応力により評価した。貯蔵弾性率は,粘弾性
スペクトロメータにより測定した。引張り応力は,引張
り試験により測定した。The mechanical properties of the molded sheet of the clay composite rubber material were evaluated by gas permeability coefficient, storage modulus, tensile strength, elongation, and tensile stress. The storage modulus was measured with a viscoelastic spectrometer. Tensile stress was measured by a tensile test.
【0074】上記力学的特性の測定結果を表1に示し
た。尚,同表中,DSDM−Mtの組成比の数値欄中,
( )内の数値はモンモリロナイトの重量比を,( )
左隣の数値はDSDM−Mtの重量比を,それぞれ重量
部にて示すものである。表1の数値欄中,「−」,
「×」は,測定不能であることを示す。Table 1 shows the measurement results of the mechanical characteristics. In the same table, in the numerical value column of the composition ratio of DSDM-Mt,
Figures in parentheses indicate the weight ratio of montmorillonite,
The numerical value on the left indicates the weight ratio of DSDM-Mt in parts by weight. In the numerical value column of Table 1, "-",
“X” indicates that measurement is not possible.
【0075】表1に示した結果より,まず,モンモリロ
ナイトの有機化の有無について考察する。有機化された
モンモリロナイト(DSDM−Mt)を用いた試料9
と,有機化されていないモンモリロナイト(Na−M
t)を用いた試料12とを比較すると,試料9の方が,
貯蔵弾性率及びガス遮断性に優れていた。このことか
ら,モンモリロナイトを有機化した方が優れた力学的特
性が得られることがわかる。First, based on the results shown in Table 1, the presence or absence of montmorillonite is considered. Sample 9 using Organized Montmorillonite (DSDM-Mt)
And non-organized montmorillonite (Na-M
Comparing with sample 12 using t), sample 9 has
Excellent storage modulus and gas barrier properties. From this, it can be seen that organic properties of montmorillonite can provide better mechanical properties.
【0076】その理由は,モンモリロナイトを有機化す
ると,モンモリロナイトの層間に液状ブチルゴムが入り
込み,層間が膨潤して,モンモリロナイトがゴム材料中
において分子レベルで均一に分散する。これにより,モ
ンモリロナイトがゴム材料の分子運動を拘束して,粘土
複合ゴム材料の貯蔵弾性率及びガス遮断性等の力学的特
性に良影響を与えることとなったものと考えられる。The reason is that when montmorillonite is made organic, liquid butyl rubber enters between the layers of montmorillonite, the layers swell, and the montmorillonite is uniformly dispersed at the molecular level in the rubber material. It is considered that the montmorillonite constrained the molecular motion of the rubber material and had a good effect on the mechanical properties such as the storage elastic modulus and gas barrier properties of the clay composite rubber material.
【0077】一方,モンモリロナイトを有機化しない場
合には,その層間に液状ブチルゴムが入り込むことがで
きず,層間は膨潤しない。そのため,モンモリロナイト
がゴム材料中に均一に分散しない。そのため,ゴム材料
の分子運動は拘束を受けにくい状態となる。このため,
粘土複合ゴム材料の力学的特性は改良されなかったもの
と考えられる。On the other hand, when the montmorillonite is not made organic, liquid butyl rubber cannot enter between the layers, and the layers do not swell. Therefore, montmorillonite is not uniformly dispersed in the rubber material. Therefore, the molecular motion of the rubber material is hardly restricted. For this reason,
It is considered that the mechanical properties of the clay composite rubber material were not improved.
【0078】次に,粘土複合ゴム材料の貯蔵弾性率につ
いて考察する。試料5,6,7より,モンモリロナイト
含量を5,10,15重量部と増加させると,貯蔵弾性
率が著しく向上することがわかる。その理由は,有機化
されたモンモリロナイトの層間に液状ブチルゴムが多く
入り込むほど,層間が大きく膨潤して,モンモリロナイ
トがゴム材料の中に均一に分散しやすい状態となる。そ
して,モンモリロナイトが均一に分散することによっ
て,貯蔵弾性率が高くなったものと考えられる。また,
試料9,10はいずれもカーボンが0であるが,この場
合にも,モンモリロナイトの含量が高い試料10の方が
貯蔵弾性率が向上した。Next, the storage elastic modulus of the clay composite rubber material will be considered. Samples 5, 6, and 7 show that when the montmorillonite content was increased to 5, 10, and 15 parts by weight, the storage modulus was significantly improved. The reason is that the more liquid butyl rubber enters between the layers of the organized montmorillonite, the more the layers swell and the more easily the montmorillonite is easily dispersed in the rubber material. It is considered that the storage elastic modulus was increased by the uniform dispersion of montmorillonite. Also,
Samples 9 and 10 each had zero carbon, but also in this case, sample 10 having a higher content of montmorillonite had an improved storage modulus.
【0079】次に,成形シートのガス遮断性について考
察する。試料1は,カーボン量が多くモンモリロナイト
が0である。一方,試料9,10は,カーボン量が少な
くモンモリロナイト量が多い。これらを比較すると,モ
ンモリロナイトの多い試料9,10の方がガス透過性が
60〜70%低減した。このことから,モンモリロナイ
トの含量が多いほど,ガス遮断性が高くなることがわか
る。Next, the gas barrier properties of the molded sheet will be considered. Sample 1 has a large amount of carbon and no montmorillonite. On the other hand, Samples 9 and 10 have a small amount of carbon and a large amount of montmorillonite. When these are compared, the gas permeability of Samples 9 and 10 containing more montmorillonite was reduced by 60 to 70%. This indicates that the higher the content of montmorillonite, the higher the gas barrier properties.
【0080】[0080]
【表1】 [Table 1]
【0081】実施形態例3 本例においては,粘土複合ゴム材料の配合割合を変化さ
せて,シートを成形し(試料21〜26),その力学的
性質を評価した。粘土複合ゴム材料は,第2粘土複合材
料とゴム材料とを混練したものである。粘土鉱物として
はナトリウム型モンモリロナイト(山形県産,イオン交
換容量120meq/100g)を用いた。有機オニウ
ムイオンとしては,不飽和基を分子内に持つオレイルア
ンモニウムイオンを用いた。第3ゲスト分子としては水
酸基を持つポリイソプレン(クラレ製:LIR506)
を用いた。Embodiment 3 In this embodiment, a sheet was formed by changing the compounding ratio of the clay composite rubber material (samples 21 to 26), and its mechanical properties were evaluated. The clay composite rubber material is obtained by kneading a second clay composite material and a rubber material. As the clay mineral, sodium-type montmorillonite (produced in Yamagata Prefecture, ion exchange capacity: 120 meq / 100 g) was used. As the organic onium ion, an oleyl ammonium ion having an unsaturated group in the molecule was used. As the third guest molecule, polyisoprene having a hydroxyl group (manufactured by Kuraray: LIR506)
Was used.
【0082】次に,上記粘土複合材料の製造方法につい
て説明する。まず,モンモリロナイト20.0gを80
℃の水2000mlに分散させた。次に,オレイルアミ
ンの塩酸塩8.8gを80℃の水1500mlに溶解し
た。この両方の水溶液を一気に混合した。その沈澱物を
80℃の水で2回洗浄し,オレイルアンモニウムイオン
で有機化したモンモリロナイトを得た。これを,OL−
モンモリロナイトという。灼残法により求めたOL−モ
ンモリロナイト中の無機含量は,69.4重量%であっ
た。X線回折法により,モンモリロナイトの層間距離を
測定したところ,OL−モンモリロナイトの層間距離
は,22.5Åであった。Next, a method for producing the above-mentioned clay composite material will be described. First, add 20.0 g of montmorillonite to 80
Dispersed in 2000 ml of water at ℃. Next, 8.8 g of oleylamine hydrochloride was dissolved in 1500 ml of water at 80 ° C. The two aqueous solutions were mixed at once. The precipitate was washed twice with water at 80 ° C. to obtain montmorillonite organically treated with oleyl ammonium ion. This is OL-
Montmorillonite. The inorganic content in OL-montmorillonite determined by the burning method was 69.4% by weight. When the interlayer distance of montmorillonite was measured by the X-ray diffraction method, the interlayer distance of OL-montmorillonite was 22.5 °.
【0083】ポリイソプレン100gに対し,上記OL
−モンモリロナイトをそれぞれ70,140,210g
混合し,80℃で4時間混合し,3種の第2粘土複合材
料を得た。X線回折法により粘土複合材料におけるモン
モリロナイトの層間距離を測定したところ,70.0Å
であった。ここへ,硫黄3.0g,亜鉛華5.0g,ス
テアリン酸3.0g,加硫促進剤(大内新興化学工業
(株)製ノクセラーMSA−G)1.5gを添加して混
練した。The above OL was used for 100 g of polyisoprene.
-70, 140, 210 g of montmorillonite respectively
The mixture was mixed at 80 ° C. for 4 hours to obtain three kinds of second clay composite materials. When the interlayer distance of montmorillonite in the clay composite material was measured by the X-ray diffraction method,
Met. To this, 3.0 g of sulfur, 5.0 g of zinc white, 3.0 g of stearic acid, and 1.5 g of a vulcanization accelerator (Noxeller MSA-G manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.) were added and kneaded.
【0084】これらの混練物に表2に示す組成でブチル
ゴム及びカーボンを混練し,シートを成形した(試料2
1〜26)。また,比較のために,第2粘土複合材料を
添加しないでシートに成形したものを作製し,これらを
試料21〜23とした。上記試料21〜26の力学的特
質を実施形態例2と同様に測定した。測定結果を表2に
示した。The kneaded product was kneaded with butyl rubber and carbon in the composition shown in Table 2 to form a sheet (Sample 2).
1-26). Further, for comparison, those formed into sheets without adding the second clay composite material were produced, and these were designated as Samples 21 to 23. The mechanical properties of the samples 21 to 26 were measured in the same manner as in Example 2. Table 2 shows the measurement results.
【0085】上記力学的特性の測定結果を表2に示し
た。尚,同表中,OL−モンモリロナイトの組成比の数
値欄中,( )内の数値はモンモリロナイトの重量比
を,()左隣の数値はOL−モンモリロナイトの重量比
を,それぞれ重量部にて示すものである。表2の数値欄
中,「−」,「×」は,測定不能であることを示す。Table 2 shows the measurement results of the mechanical characteristics. In the same table, in the numerical value column of the composition ratio of OL-montmorillonite, the numerical value in parentheses indicates the weight ratio of montmorillonite, and the numerical value to the left of () indicates the weight ratio of OL-montmorillonite in parts by weight. Things. In the numerical value column of Table 2, "-" and "x" indicate that measurement is impossible.
【0086】同表より,OL−モンモリロナイトを用い
た試料24〜26は,OL−モンモリロナイトを用いて
いない試料22とを比較すると,試料24〜26の方
が,優れた力学的特性が得られることがわかる。また,
本例の試料24〜26は,前述の実施形態例2における
試料5〜7と比較して,貯蔵弾性率,引張り強さ,伸び
及び引張り応力が高かった。また,ガス遮断性能も高か
った。[0086] From the table, it can be seen that the samples 24-26 using OL-montmorillonite have better mechanical properties as compared with the sample 22 not using OL-montmorillonite. I understand. Also,
Samples 24 to 26 of this example had higher storage elastic modulus, tensile strength, elongation, and tensile stress than Samples 5 to 7 of Embodiment 2 described above. Also, the gas shutoff performance was high.
【0087】この理由は,以下のように推定される。即
ち,第3ゲスト分子であるポリイソプレン,及び有機オ
ニウムイオンであるオレイルアンモニウムイオンは,い
ずれも分子内に不飽和基を持つ。そのため,両者を混
練,架硫するときに,同時に有機オニウムイオンにも架
橋結合が形成される。それ故,モンモリロナイトのシリ
ケート層とブチルゴムとの界面が非常に強固に結合され
る。故に,シリケート層近傍のゴム分子の運動が拘束さ
れ,力学的性質,特に硬さや弾性率が向上すると考えら
れる。The reason is presumed as follows. That is, the polyisoprene as the third guest molecule and the oleyl ammonium ion as the organic onium ion each have an unsaturated group in the molecule. Therefore, when both are kneaded and sulfurized, a cross-link is also formed in the organic onium ion at the same time. Therefore, the interface between the montmorillonite silicate layer and the butyl rubber is very strongly bonded. Therefore, it is considered that the movement of the rubber molecules near the silicate layer is restricted, and the mechanical properties, particularly the hardness and the elastic modulus, are improved.
【0088】[0088]
【表2】 [Table 2]
【0089】[0089]
【発明の効果】以上のごとく,本発明によれば,極性の
低いゴムポリマー中における粘土鉱物の分散性が高く,
且つ力学的特性に優れた,粘土複合ゴム材料及びその製
造方法を提供することができる。As described above, according to the present invention, the dispersibility of a clay mineral in a rubber polymer having a low polarity is high,
A clay composite rubber material having excellent mechanical properties and a method for producing the same can be provided.
【図1】本発明における,第1粘土複合材料の説明図。FIG. 1 is an explanatory view of a first clay composite material according to the present invention.
【図2】本発明における,第2粘土複合材料の説明図。FIG. 2 is an explanatory view of a second clay composite material according to the present invention.
【符号の説明】 1...第1ゲスト分子, 10,30...極性基, 100...第1粘土複合材料, 2...第2ゲスト分子, 200...第2粘土複合材料, 3...第3ゲスト分子, 6...有機オニウムイオン, 7...粘土鉱物,[Explanation of Codes] . . First guest molecule, 10, 30. . . Polar group, 100. . . 1. first clay composite material; . . Second guest molecule, 200. . . 2. second clay composite, . . 5. third guest molecule, . . 6. organic onium ions, . . Clay minerals,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−12769(JP,A) 特開 平8−333114(JP,A) 特開 平4−357108(JP,A) 特開 平4−357107(JP,A) 特開 昭52−111945(JP,A) 特開 平1−198645(JP,A) 特開 昭51−106147(JP,A) 特開 昭61−213231(JP,A) 特開 昭55−13791(JP,A) 特開 平5−194851(JP,A) 特開 平10−7418(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 21/00 C08K 3/34 C08K 9/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-9-12769 (JP, A) JP-A-8-333114 (JP, A) JP-A-4-357108 (JP, A) JP-A-4-127108 357107 (JP, A) JP-A-52-111945 (JP, A) JP-A-1-198645 (JP, A) JP-A-51-106147 (JP, A) JP-A-61-213231 (JP, A) JP-A-55-13791 (JP, A) JP-A-5-194485 (JP, A) JP-A-10-7418 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C08L 21/00 C08K 3/34 C08K 9/04
Claims (11)
オン結合することにより有機化された粘土鉱物と,分子
長が上記有機オニウムイオンと同じかそれよりも小さ
く,且つその分子内の極性基が上記粘土鉱物と水素結合
している第1ゲスト分子と,分子長が上記有機オニウム
イオンよりも大きく,且つその分子内に極性基を有しな
い第2ゲスト分子とよりなり,上記第1ゲスト分子及び
第2ゲスト分子は,少なくともその一部が上記粘土鉱物
の層間に入り込んでいる第1粘土複合材料及び/又は, 炭素数6以上の有機オニウムイオンがイオン結合するこ
とにより有機化された粘土鉱物と,分子内に極性基を有
し,且つ分子長が上記有機オニウムイオンと同じかそれ
よりも大きい第3ゲスト分子とからなり,上記第3ゲス
ト分子は少なくともその一部が粘土鉱物の層間に入り込
んでおり,上記第3ゲスト分子の極性基は粘土鉱物と水
素結合を形成している第2粘土複合材料と, ゴム材料とが混練され, 且つ上記第2ゲスト分子又は第3ゲスト分子の少なくと
も一方が,上記ゴム材料の分子と架橋結合していること
を特徴とする粘土複合ゴム材料。An organic onium ion having 6 or more carbon atoms is ionically bonded to the clay mineral, and a clay mineral having a molecular length equal to or smaller than that of the organic onium ion and having a polar group in the molecule. A first guest molecule hydrogen-bonded to the clay mineral; and a second guest molecule having a molecular length larger than that of the organic onium ion and having no polar group in the molecule. The second guest molecule is composed of the first clay composite material, at least a part of which is penetrated between the layers of the clay mineral, and / or a clay mineral organically formed by ionic bonding of an organic onium ion having 6 or more carbon atoms. A third guest molecule having a polar group in the molecule and having a molecular length equal to or larger than that of the organic onium ion, wherein the third guest molecule is at least Of the second guest composite material, in which the polar group of the third guest molecule forms a hydrogen bond with the clay mineral, is kneaded with a rubber material; A clay composite rubber material, wherein at least one of a guest molecule and a third guest molecule is cross-linked to a molecule of the rubber material.
及び/又は第3ゲスト分子の極性基は,水酸基,ハロゲ
ン基,カルボキシル基,無水カルボン酸基,チオール
基,エポキシ基,及びアミノ基のグループから選ばれる
1種又は2種以上であることを特徴とする粘土複合ゴム
材料。2. The method according to claim 1 , wherein the polar group of the first guest molecule and / or the third guest molecule includes a hydroxyl group, a halogen group, a carboxyl group, a carboxylic anhydride group, a thiol group, an epoxy group, and an amino group. A clay composite rubber material comprising one or more members selected from the group.
ト分子は,分子量が1000〜500000の非極性の
オリゴマー又はポリマーであることを特徴とする粘土複
合ゴム材料。3. The method of claim 1 or 2, the second guest molecule, clay composite rubber material having a molecular weight characterized in that it is a non-polar oligomers or polymers of 1,000 to 500,000.
上記第3ゲスト分子は,分子量が500〜100000
の非極性のオリゴマー又はポリマーであることを特徴と
する粘土複合ゴム材料。4. A any one of claims 1 to 3
The third guest molecule has a molecular weight of 500 to 100,000.
A clay composite rubber material, characterized by being a non-polar oligomer or polymer.
上記第1粘土複合材料における粘土鉱物の層間には,上
記第1ゲスト分子全量の中の10重量%以上が入り込ん
でいることを特徴とする粘土複合ゴム材料。5. according to any one of claims 1-4,
A clay composite rubber material, wherein at least 10% by weight of the total amount of the first guest molecules enters between layers of the clay mineral in the first clay composite material.
上記第2粘土複合材料における粘土鉱物の層間には,上
記第3ゲスト分子全量の中の10重量%以上が入り込ん
でいることを特徴とする粘土複合ゴム材料。6. A any one of claims 1 to 5
A clay composite rubber material, wherein at least 10% by weight of the total amount of the third guest molecules enters between layers of the clay mineral in the second clay composite material.
上記ゴム材料は,天然ゴム,イソプレンゴム,クロロプ
レンゴム,スチレンゴム,ニトリルゴム,エチレン−プ
ロピレンゴム,ブタジエンゴム,スチレン−ブタジエン
ゴム,ブチルゴム,エピクロルヒドリンゴム,アクリル
ゴム,ウレタンゴム,フッ素ゴム,及びシリコーンゴム
のグループから選ばれる1種又は2種以上であることを
特徴とする粘土複合ゴム材料。7. A any one of claims 1 to 6
The rubber materials include natural rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene rubber, nitrile rubber, ethylene-propylene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, butyl rubber, epichlorohydrin rubber, acrylic rubber, urethane rubber, fluorine rubber, and silicone rubber A clay composite rubber material, characterized in that it is at least one member selected from the group consisting of:
ムイオンに接触させることにより,上記粘土鉱物と上記
有機オニウムイオンとの間にイオン結合を形成して上記
粘土鉱物を有機化し, 次に,分子長が上記有機オニウムイオンと同じかそれよ
りも小さく,且つその分子内に極性基を有する第1ゲス
ト分子と,分子長が上記有機オニウムイオンよりも大き
く,且つその分子内に不飽和基を有しており,極性基を
有しない第2ゲスト分子とを,上記粘土鉱物に接触させ
ることにより,上記第1ゲスト分子の極性基を上記粘土
鉱物に水素結合を形成させて上記粘土鉱物の表面を疎水
化すると共に,上記粘土鉱物の層間に第2ゲスト分子の
少なくとも一部を入り込ませることにより第1粘土複合
材料を得た後, 該第1粘土複合材料をゴム材料と混練すると共に,上記
第2ゲスト分子の不飽和基とゴム材料の分子との間に架
橋結合を形成させることを特徴とする粘土複合ゴム材料
の製造方法。8. The clay mineral is contacted with an organic onium ion having 6 or more carbon atoms, thereby forming an ionic bond between the clay mineral and the organic onium ion to organically convert the clay mineral. A first guest molecule having a molecular length equal to or smaller than the organic onium ion and having a polar group in the molecule; and a first guest molecule having a molecular length larger than the organic onium ion and having an unsaturated group in the molecule. And contacting the clay mineral with a second guest molecule having no polar group to form a hydrogen bond between the polar group of the first guest molecule and the clay mineral to form the clay mineral. After the surface is made hydrophobic and at least a part of the second guest molecule is inserted between the layers of the clay mineral, a first clay composite material is obtained. Then, the first clay composite material is mixed with a rubber material. While manufacturing method of the clay composite rubber material, characterized in that the formation of crosslinks between the molecules of the unsaturated group and the rubber material of the second guest molecule.
ムイオンに接触させることにより,上記粘土鉱物と上記
有機オニウムイオンとの間にイオン結合を形成して上記
粘土鉱物を有機化し, 次に,上記粘土鉱物を,分子内に極性基と不飽和基とを
有し,且つ分子長が上記有機オニウムイオンと同じかそ
れよりも大きい第3ゲスト分子に接触させることによ
り,上記粘土鉱物の層間に,上記第3ゲスト分子の少な
くとも一部を入り込ませて,粘土鉱物との間に水素結合
を形成して第2粘土複合材料を得た後, 該第2粘土複合材料をゴム材料と混練すると共に,上記
第3ゲスト分子の不飽和基とゴム材料の分子との間に架
橋結合を形成させることを特徴とする粘土複合ゴム材料
の製造方法。9. The clay mineral is brought into contact with an organic onium ion having 6 or more carbon atoms to form an ionic bond between the clay mineral and the organic onium ion to organically convert the clay mineral. Contacting the clay mineral with a third guest molecule having a polar group and an unsaturated group in the molecule and having a molecular length equal to or larger than the organic onium ion to form an interlayer of the clay mineral; And at least a part of the third guest molecule is made to enter therein to form a hydrogen bond with the clay mineral to obtain a second clay composite material, and the second clay composite material is kneaded with a rubber material. A method for producing a clay composite rubber material, wherein a cross-linking is formed between an unsaturated group of the third guest molecule and a molecule of the rubber material.
スト分子及び/若しくは第2ゲスト分子,又は第3ゲス
ト分子は,溶媒に溶解した状態で,上記有機化された粘
土鉱物に接触させることを特徴とする粘土複合ゴム材料
の製造方法。10. The method according to claim 8 , wherein the first guest molecule and / or the second guest molecule or the third guest molecule is brought into contact with the organic clay mineral while being dissolved in a solvent. A method for producing a clay composite rubber material, comprising:
スト分子及び/若しくは第2ゲスト分子,又は第3ゲス
ト分子は,熱により軟化又は溶融した状態で,上記有機
化された粘土鉱物に接触させることを特徴とする粘土複
合ゴム材料の製造方法。11. The organic or mineral clay mineral according to claim 8 , wherein the first guest molecule and / or the second guest molecule or the third guest molecule is in a state of being softened or melted by heat and being in contact with the organized clay mineral. A method for producing a clay composite rubber material.
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