(57)【要約】【課題】  弾性と低損失性に優れるゴム組成物からなる伝動ベルトを提供する。【解決手段】  硫黄変性クロロプレンゴム１００重量部に対し、セルロースナノファイバーのヒドロキシメチル基をカルボン酸又はカルボン酸塩で変性せずに、機械的処理により解繊されたセルロースナノファイバー１．８〜３．０重量部を含むゴム組成物からなる伝動ベルトを用いる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄変性クロロプレンゴム１００重量部に対し、ヒドロキシメチル基をカルボン酸又はカルボン酸塩で変性せずに、機械的処理により解繊されたセルロースナノファイバー１．８〜３．０重量部を含むゴム組成物からなる伝動ベルト。
【請求項２】
セルロースナノファイバーの平均繊維径が１０〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝動ベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クロロプレンゴムは、各種合成ゴムの中でも各物性のバランスが良好であるため幅広い用途に使用されている。なかでも硫黄を共重合した硫黄変性クロロプレンゴムは、その優れた動的特性から伝動ベルトの原材料の１つとして使用されているが、近年の高性能化や燃費向上の要求により、更なる高弾性化、低損失化が要望されている。
【０００３】
弾性の指標としては、試料に一定の振動を与えた場合の応力変化から求める動的粘弾性や、その粘弾性における弾性比率である正接損失が挙げられ、正接損失が小さい程伝動ベルトにした際に伝動効率が高くなる。
【０００４】
加硫ゴムを作製する際には、通常カーボンブラックやシリカなどの補強材を配合することで強度や弾性率を高くすることができるが、これらの粒状補強材の配合による補強では、加硫ゴムの硬さも同時に著しく上昇しゴム製品への加工性低下や、弾性率向上に伴い正接損失も大きくなるため、適切なゴムの硬さを維持するためには、補強効果に限界がある。
【０００５】
一方で、繊維形状の補強材が提案されており、セルロース繊維を配合したタイヤ等が提案されている。（例えば特許文献１）しかし、疎水性のゴムに対し、親水性のセルロースは分散性が劣るため補強効果が低い。その対策として、ナノオーダーのセルロースと、それを分散するための分散剤や固定するためのシランカップリング剤を天然ゴムラテックスに配合したタイヤが提案されている。（特許文献２〜特許文献３）しかし、これらの方法では分散剤等のゴムとセルロースを分散するための薬剤が別途必要であり、コストが高くなる。また、クロロプレンゴムへの検討はあまりされていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０６８６４号公報
【特許文献２】特開２００９−１９１１９７号公報
【特許文献３】特開２００９−１９１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高弾性率で低正接損失を示すゴム組成物からなる伝動ベルトを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、このような背景の下、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、伝動ベルトに高弾性率でありながら低正接損失を示す硫黄変性クロロプレンゴムとセルロースナノファイバーを含むゴム組成物を用いることで、伝動効率に優れた伝動ベルトとなることを見出した。即ち、本発明は、硫黄変性クロロプレンゴム１００重量部に対し、セルロースナノファイバーのヒドロキシメチル基をカルボン酸又はカルボン酸塩で変性せずに、機械的処理により解繊されたセルロースナノファイバー１．８〜３．０重量部を含むことを特徴とするゴム組成物からなる伝動ベルトである。
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１０】
本発明の伝動ベルトに用いるゴム組成物は、硫黄変性クロロプレンゴム１００重量部に対し、セルロースのヒドロキシメチル基をカルボン酸又はカルボン酸塩で変性せず、機械解繊でのみ解繊されたセルロースナノファイバー１．８〜３．０重量部を含むものである。
【００１１】
硫黄変性クロロプレンゴムは、クロロプレン単量体と硫黄を乳化重合することにより得ることができる。
【００１２】
硫黄の使用量は特に限定するものでは無いが、過剰に添加すると耐熱性に悪影響するため、通常クロロプレン単量体またはクロロプレン単量体とクロロプレンと共重合可能な単量体の合計１００重量部に対し、０．２〜１重量部である。
【００１３】
クロロプレンゴムの乳化重合では、例えば、上記の単量体を乳化剤、水、重合開始剤、連鎖移動剤、その他安定剤等を混合し、所定温度にて重合を行い、所定の重合転化率で重合停止剤を添加し重合を停止する方法があげられる。
【００１４】
乳化重合の開始剤としては、公知のフリーラジカル性物質、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過酸化物、過酸化水素、ターシャリーブチルヒドロパーオキサイド等の無機又は有機過酸化物等を用いることができる。また、これらは単独又は還元性物質、例えば、チオ硫酸塩、チオ亜硫酸塩、ハイドロサルファイト、有機アミン等との併用レドックス系で用いても良い。
【００１５】
重合温度は特に限定するものではないが、１０〜５０℃の範囲が好ましい。
【００１６】
クロロプレンゴムの製造方法では、重合終了時期は特に限定するものでは無いが、生産性の面から、単量体の転化率が６０％以上９５％まで重合を行うことが一般的である。６０％以下では生産量が少なくラテックスの固形分が低く、水の乾燥コストが高くなり、９５％以上では重合時間が非常に長くなる。
【００１７】
重合停止剤としては、通常用いられる停止剤であれば特に限定するものでなく、例えば、フェノチアジン、２，６−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ヒドロキシルアミン等が使用できる。
【００１８】
また、重合停止したラテックスに解膠剤及び解膠助剤を添加し適当なムーニー粘度になるようムーニー粘度を調整することが可能である。解膠剤にはテト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、テトラオクチルチウラムジスルフィド等のチウラム化合物が挙げられる。解膠助剤としてはジブ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アンモニウム等のチオカルバミン酸化合物等が挙げられる。
【００１９】
解膠反応を終了させるムーニー粘度は、本発明の高弾性応力を満足させるものであれば特に限定はしないが、混練作業性を考慮すると２０〜８０が好ましい。
【００２０】
セルロースナノファイバーは木材に含まれるセルロースの繊維を平均繊維径数ナノ〜数十ナノレベルまで解繊したものである。セルロースの解繊処理は主に機械的処理によるものと、化学処理により各種官能基を付与し、機械処理を併用することでセルロースナノファイバー同士の凝集を抑制し、より細いシングルナノレベルまで実施するものがあるが、本発明では化学処理をせず機械処理のみにより得たものを用いる。一般的に機械解繊のみでは平均繊維径が１０ｎｍ以下とすることが困難であるが、本発明では１０〜３００ｎｍが好ましく、更に好ましくは３０〜２００ｎｍである。平均繊維径が１０ｎｍ以上とすることで物性が良好となり、３００ｎｍ以下では加硫ゴムの成形加工性や物性が良好である。また、繊維長は０．５μｍから数μｍ程度まで様々であるが、平均繊維長が０．５μｍ以上のセルロースナノファイバーは加硫ゴムの加工性や物性に優れ、平均繊維長が１５００μｍ未満のものは、セルロースナノファイバー含有ゴムの成形加工性が良好となるため、好ましくは１０〜１５００μｍである。また、セルロースナノファイバーがカルボン酸塩又はカルボン酸を有するとゴム中でのセルロースナノファイバーの分散状態が悪化し、凝集するため、得られる加硫ゴムの引張応力の増大効果が低下したり、ハンドリングが低下する。そのため、セルロースにはカルボン酸塩及びカルボン酸を含まないものを用いる。
【００２１】
本発明において、セルロースナノファイバーの含有量は、クロロプレンゴム１００重量部に対して１．８〜３．０重量部であり、２．０〜２．５重量部が好ましい。セルロースナノファイバー含有量が１．８重量部以上とすることで弾性率に優れセルロースナノファイバー含有量が３．０重量部以下であればセルロースナノファイバー混合時のハンドリング性が良好である。。
【００２２】
ゴム組成物は、硫黄変性クロロプレンゴムのラテックスにセルロースナノファイバーの水分散体を混合し、セルロースナノファイバー分散液を作製し、そこから水を除去することにより得ることができる。
【００２３】
硫黄変性クロロプレンゴムラテックスは、クロロプレン単量体と硫黄の重合体、又はクロロプレン単量体と硫黄及びこれと共重合可能な単量体が、カルボン酸のアルカリ金属塩で乳化・分散されたもので、その製造方法は特に制限されるものではなく、クロロプレン単量体と硫黄の重合体、又はクロロプレン単量体と硫黄及びこれと共重合可能な単量体を乳化重合した反応液や、硫黄変性クロロプレンゴムを溶剤に溶解後、カルボン酸のアルカリ金属塩で乳化・分散した液を用いることができる。
【００２４】
セルロースナノファイバーの水分散体は、木材やパルプ等を機械処理にて所定の繊維径・繊維長に解繊したものである。
【００２５】
硫黄変性クロロプレンゴムラテックスとセルロースナノファイバーの水分散体を混合する方法としては、特に制限はなく、プロペラ型の攪拌装置や、ホモミキサー、高圧ホモジナイザーなどを用い、クロロプレンラテックスとセルロースナノファイバーの水分散体が外観上均一（塊等が無いこと）になるまで混合とすることで得ることができる。
【００２６】
セルロースナノファイバー分散ゴムラテックス混合液からの水の除去方法（乾燥方法）としては、加熱乾燥や、酸や塩による凝集および凍結乾燥があるが、乳化剤や凝固液および水分がゴムの内部に残存し、乾燥が困難となるため、凍結によりゴムを析出（凍結凝固）させ、余分な乳化剤等を水洗除去してから熱風乾燥する凍結乾燥法が最も効率的で乾燥も容易である。更には、ゴムが析出しやすくなるよう、セルロースナノファイバー分散ゴムラテックス混合液のｐＨを１０以下として凍結乾燥することが更に好ましい。
【００２７】
セルロースナノファイバー分散ゴムラテックス混合液から凍結凝固させ乾燥する方法において、セルロースナノファイバー分散ゴムラテックス混合液の粘度は１０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上とすることで、分散液の取り扱いが容易となる。
【００２８】
得られたセルロースナノファイバー含有ゴム組成物は、通常のクロロプレンゴム同様に各種配合剤を配合混練し、加熱により加硫ゴムとすることができる。
【００２９】
得られた加硫ゴムは、弾性率が高く、正接損失が低くなる。伝動ベルトには、その伝動効率や耐久性を高めるために、適度摩擦性や耐摩耗性などの種々の特性が要求される。弾性率や正接損失もベルトにおける重要な因子であるが、ある特性を改善すると他の特性が低下するため、両立は困難であったが、弾性率と正接損失の比が大きくなるゴム組成物を用いることにより伝動効率に優れた伝動ベルトとすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、高弾性率でありながら低正接損失を示す加硫ゴムを用いることにより伝動効率に優れた伝動ベルトを得ることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３２】
＜硫黄変性クロロプレンゴムラテックスの作成＞
単量体混合物としてクロロプレン１００重量部に対して硫黄０．３重量部を加え、ロジン酸のカリウム塩４．０重量部、ナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物のナトリウム塩０．５重量部、水酸化ナトリウム０．０５重量部及び正燐酸ナトリウム１．０重量部、水１００重量部を含む乳化水溶液と混合攪拌し乳化させ、これに過硫酸カリウム１．０重量部、アントラキノン−β−スルホン酸ナトリウム０．０１重量部、水３０重量部からなる重合触媒をポンプにより一定速度で添加し重合を行なった。重合は重合転化率７０％になるまで重合触媒を添加して行ない、ここにチオジフェニルアミン０．０１重量部、４−ｔ−ブチルカテコール、２，２’−メチレンビス−４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール０．０５重量部、ジエチルヒドロキシルアミン０．１重量部、ラウリル硫酸ナトリウム０．０５重量部、クロロプレン５．０重量部、水１．０重量部からなる重合停止剤を添加して重合を停止させた。続いて、これにテトラエチルチウラムジスルフィド２重量部のトルエン溶液をロジン酸カリウムで乳化した物、及びジブチルジチオカルバミン酸ナトリウム０．３重量部を添加し、ムーニー粘度が６０になるまで４０℃で解膠を行った後、減圧下でスチームストリッピングにより未反応のクロロプレンを除去回収し、硫黄変性クロロプレンゴムラテックスを得た。尚、得られた硫黄変性クロロプレンゴムラテックスのｐＨは１１．３であった。
【００３３】
＜セルロースナノファイバ分散液およびゴム組成物の作成＞
硫黄変性クロロプレンゴムラテックスに、セルロースナノファイバーの水分散体を所定量添加し、オートホモミキサー（プライミックス社製：ＰＲＩＭＩＸ）にて２，０００ｒｐｍで１０分間混合した。その後、１５重量％希酢酸を用いてｐＨを６．５に調整し、ついで凍結凝固によりポリマーを析出させ、乾燥させることによりゴム組成物を作成した。
【００３４】
＜粘度、ｐＨ＞
粘度は、ビスメトロン粘度計（芝浦セムテック（株）社製：ＶＤ２）にて測定した。
【００３５】
ｐＨはｐＨメーター（（株）堀場製作所製）により、２３℃におけるラテックスのｐＨを測定した。
【００３６】
＜ゴムコンパウンドの作製＞
【００３７】
【表１】
2020200907.tif 000002
【００３８】
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）含有クロロプレンゴムのクロロプレンゴム成分１００重量部に対し、表１に示す重量部の酸化マグネシウム、ステアリン酸、カーボンブラック（ＦＥＦ）、可塑剤（ＤＯＡ）および酸化亜鉛をオープンロール混練機にて添加し、ゴムコンパウンドを得た。
【００３９】
＜加硫物の作成＞
得られたゴムコンパウンドを１６０℃で１５分プレス加硫し、加硫シートを作成した。
【００４０】
＜加硫物の力学物性測定＞
得られた加硫シートの弾性率（動的粘弾性Ｅ’）および正接損失（ｔａｎδ）は、動的粘弾性試験機ＶＲ−７１２０（上島製作所製）を用い、初期歪５％、動的歪１％、周波数１Ｈｚの条件にて、１００℃における値を測定した。
【００４１】
実施例１
硫黄変性クロロプレンゴムラテックスに、機械的解繊手段によって製造されたセルロースナノファイバーの水分散体（モリマシナリー社製  グレード：Ｃ−１００  繊維径：３０〜２００ｎｍ、平均繊維長：１００μｍ）をセルロースナノファイバーが固形換算した硫黄変性クロロプレンゴム１００重量部に対し２．５重量部となるよう混合し、１０分間上記の方法で撹拌してセルロースナノファイバー分散液を得た。分散液の粘度は５４０ｍＰａ・ｓであり、ハンドリングに問題は無く、凍結乾燥によりゴム組成物を得た。
【００４２】
このゴム組成物をゴムコンパウンドとし、次いで加硫物を作製し、弾性率および正接損失の測定を実施した。結果を表２に示す。表２から、弾性率は１５．７ＭＰａ、正接損失（Ｔａｎδ）は０．０９であり、弾性率は高く、正接損失は低くなり、弾性率と正接損失の比は大きく良好な結果であった。
【００４３】
【表２】
2020200907.tif 000003
【００４４】
実施例２
用いるセルロースナノファイバーの水分散体をダイセルファインケム社製ＫＹ−１００Ｇ（繊維径：１０〜１００ｎｍ、平均繊維長：１０〜１５００μｍ）に変更した以外は実施例１と同様にセルロースナノファイバー分散液を得て、ゴム組成物および加硫物を作製し、弾性率および正接損失の測定を実施した。弾性率は高く、正接損失は低くなり、弾性率と正接損失の比は大きく良好な結果であった。
【００４５】
比較例１
セルロースナノファイバーを混合しなかった以外は実施例１と同様にゴム組成物および加硫物を作製し、弾性率および正接損失の測定を実施した。弾性率および正接損失とも低くなり、弾性率と正接損失の比は小さい結果であった。
【００４６】
比較例２
セルロースナノファイバーの混合量を、１．５％となる量にした以外は実施例１と同様にゴム組成物および加硫物を作製し、弾性率および正接損失の測定を実施した。弾性率および正接損失とも低くなり、弾性率と正接損失の比は小さい結果であった。
【００４７】
比較例３
セルロースナノファイバーの混合量を、４％となる量にした以外は実施例１と同様にセルロースナノファイバー分散液を得たが、分散液の粘度は１０７０ｍＰａ・ｓであり、ハンドリング性が劣った。