(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースエラストマー、ポリビニルピロリドン、セルロース系繊維、加硫剤を含み、前記ポリビニルピロリドンは前記ベースエラストマー１００重量部に対して４〜５０重量部の量で存在し、かつ、前記セルロース系繊維は前記ベースエラストマー１００重量部に対して１〜５０重量部の量で存在する、ゴム組成物。
【請求項２】
前記ベースエラストマーはエチレンエラストマー、ニトリルエラストマー、ポリクロロプレンエラストマーから成るグループから選択される１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記ベースエラストマーはエチレン−α−オレフィン系エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項４】
前記ベースエラストマーはポリクロロプレンエラストマーであることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項５】
前記セルロース系繊維はケナフ、ジュート、タイマ、亜麻、ラミー、サイザル、木材、綿から成るグループから選択される１つ以上の天然繊維であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項６】
前記セルロース系繊維はケナフ、ジュート、タイマ、亜麻から成るグループから選択される１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項７】
前記セルロース系繊維はケナフ、ジュート、タイマ、亜麻、ラミーから成るグループから選択される一つ以上の靭皮繊維であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項８】
前記セルロース系繊維はケナフ、ジュート、亜麻から成るグループから選択される一つ以上の靭皮繊維であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項９】
前記セルロース系繊維は人工材料であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項１０】
加硫または硬化後の請求項１に記載のゴム組成物を含む動力伝達ベルト。
【請求項１１】
加硫または硬化後の請求項１に記載のゴム組成物。
【請求項１２】
エチレン−α−オレフィン系エラストマーと、ポリビニルピロリドンと、亜麻、ジュート、ケナフのグループから選択されるセルロース系靭皮繊維と、加硫剤とを含み、前記ポリビニルピロリドンは前記エラストマー１００重量部に対して４〜５０重量部の量で存在し、かつ、前記セルロース系繊維は前記エラストマー１００重量部に対して１〜５０重量部の量で存在する、ゴム組成物。
【請求項１３】
加硫または硬化後の請求項１２に記載のゴム組成物を含む動力伝達ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ベルトやホース等のゴム製品に有用なゴム組成物に関し、特にセルロース系繊維で補強したエラストマーへポリビニルピロリドンがブレンドされた組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力伝達用のベルトは、Ｖベルト、マルチＶリブドベルト、同期ベルトや歯付きベルトを含む。これらのベルトに使用されるゴム配合には、アラミド繊維のような高性能、合成、短繊維の補強材がよく使用される。これらの繊維は性能要件を満たすために必須と考えられているものの、高価かつ非再生可能資源から得られるものとなりがちである。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は環境にやさしいセルロース系補強繊維を用いる動力伝達ベルトやホースに有用なエラストマー組成物を提供するシステムと方法を対象とする。
【０００４】
エラストマー組成物やゴム組成物は、エラスマー、ポリビニルピロリドン、セルロース系繊維、加硫剤を含む。
【０００５】
エラストマーは、エチレンエラストマー、ニトリルエラストマー、ポリクロロプレンエラストマーのいずれか１つ以上であってよい。エラストマーはエチレン−α−オレフィン系エラストマーであってよい。
【０００６】
ポリビニルピロリドンはエラストマー１００に対して５〜５０重量部（ＰＨＲ）存在してよい。
【０００７】
セルロース系繊維は、ケナフ、ジュート、タイマ、亜麻、ラミー、サイザル、木材、レーヨン、アセテート、トリアセテート、綿のいずれか１つ以上であってよい。セルロース系繊維は天然繊維か人工材料であってよい。セルロース系繊維は靭皮繊維であってよい。セルロース系繊維はエラストマー１００に対して1〜５０重量部存在してよい。
【０００８】
本発明は、本発明のゴム組成物の反応生成物を使用した動力伝達ベルトも対象とする。ゴム組成物は加硫または硬化されてもよい。
【０００９】
本発明は比較的高価値のゴム化合物の提供に貢献してもよい。高価値のゴム化合物は、たとえば再生可能な天然資源から比較的安価な繊維を用いて比較的高い化合物のモジュラスを達成するものである。
【００１０】
ポリクロロプレンエラストマーに基づく本発明の実施形態は、マーチングモジュラスではなくキュアにおいてモジュラスの頭打ちを示してよい。
【００１１】
以下の本発明の詳しい説明がよりよく理解できるよう、上記では比較的おおまかに本発明の特徴と技術的優位性を概説した。本発明のその他の特徴や利点は、本発明のクレームの主題を成す以下において説明する。開示されている概念および具体的な実施例は本発明と同じ目的を達成するために他の構造を変更または設計するための基礎として容易に用いることができることは当業者に理解されるべきである。このような同等の構造は添付のクレームで明らかにされている本発明の範囲から外れないことも当業者に理解されるべきである。構成および運用方法の両方に関して本発明に特有と考えられる新規な特徴は、さらに目的や利点とともに添付の図面と関連付けて検討することで以下の説明からよりよく理解される。しかし、それぞれの図面は例解および説明のために供されるだけであり、本発明の範囲を定義することを意図していないことは明確に理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付の図面は本発明の実施形態を図示し、記述とともに本発明の原理の説明に寄与する。添付の図面は本明細書に組み込まれてその一部を構成し、同様の数字は同様の要素を示す。
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の動力伝達Ｖベルトの部分斜視図である。
【００１４】
【図２】本発明の実施形態の動力伝達Ｖリブドベルトの断面図である。
【００１５】
【図３】本発明の実施形態の歯付き動力伝達ベルトの部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は動力伝達ベルトやホース等の力学的製品に有用なゴム組成物を対象とする。ゴム組成物はポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）とブレンドされたベースエラストマーおよびセルロース系繊維成分を有する。
【００１７】
「ゴム」は、大きな変形から素早くかつ強制的に復帰し得て（すなわちゴム状である）、かつ沸騰した溶媒において（共有結合架橋の存在のため）本質的に溶解しない素材を意味する。他の有用な定義は参照により本明細書に援用されるＡＳＴＭＤ−１５６６で入手できる。「エラストマー」は、架橋結合時にゴムを形成するゴム状ポリマーを意味する。
【００１８】
ゴムやゴム状の「組成物」や「調合物」は、ゴム素材を作るのに使用される原料の組み合わせを意味する。ゴム「化合物」は、混合後かつ硬化または加硫前のゴム組成物の材料の混合物を意味する。ゴム組成物は、加硫剤、充填剤、増量剤、軟化剤、抗分解物、着色剤、加工助剤、硬化剤、促進剤、抑制剤、助剤、燃焼抑制剤等の多数の付加成分を一つ以上のエラストマーに加えて含んでもよい。「ベースエラストマー」は、ゴムの組成物に用いられるゴム状ポリマーを意味し、複数のエラストマーのブレンドであってもよい。
【００１９】
本発明のゴムは任意の適切なベースエラストマーをベースとしてよいが、代表的なエラストマーとしては、天然ゴム、ポリクロロプレン（ＣＲ）、ポリイソプレン、スチレンブタジエンゴム、エチレンエラストマー、ニトリルエラストマー、ポリウレタンエラストマー等が挙げられる。エチレンエラストマーは、エチレンビニルアセテートエラストマー、エチレンアクリルエラストマー、エチレン−α−オレフィンエラストマーを含む。ニトリルエラストマーは、アクリロニトリルーブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、カルボキシル化したＮＢＲおよびＨＮＢＲ等を含む。本発明は代表的なゴム組成がエチレン−α−オレフィンエラストマーのような無極性のエラストマー、例えばエチレンプロピレンジエンエラストマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンエラストマー（ＥＰＭ）、エチレンオクテンエラストマー（ＥＯＭ）、エチレンブテンエラストマー（ＥＢＭ）等をベースとしていると特に有利である。ゴム組成物は２つ以上のエラストマーのブレンドをベースとしていてもよい。
【００２０】
本発明のゴムは、ベースエラストマーと他の全ての原料が混合された重合体マトリックスとしてのポリビニルピロリドンとのブレンドをベースとする。ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）は弱い臭気特性を有する白い吸湿性の粉である。ほとんどのポリマーと異なり、ＰＶＰは水およびアルコール、アミン、酸、塩素化炭化水素、アミド、ラクタム等の多数の有機溶剤に対して容易に溶解する。一方、ポリマーは一般的なエステル類、エーテル類、炭化水素、ケトンに対して溶解しない。非常に優れた膜形成、他の素材への初期の粘着度および粘着力、複雑な組成への高い適応力、良好な安定性および可溶性、ｐＨ変化への不感性、放射線誘発の架橋結合への即時性、良好な生物学的適合性と、その吸湿特性が組み合わされることで、ＰＶＰは溶媒、乳剤、コーティング、フィルムにおいて特によく使用される有利なポリマーとなっている。
【００２１】
ＰＶＰはＮ−ビニルピロリドンを水かアルコール中で適切な開始剤と終了方法によって遊離ラジカル重合させることで合成される。適切な重合条件を選択することで、数千ダルトンの小さい値から約２２０万ダルトンにわたる広い範囲の分子量を得ることができる。選択されたコモノマーは重合中にＰＶＰポリマーに組み込むことでその特性を変更できる。このようなコモノマーは、酢酸ビニル（ＶＡ）およびＮ−ビニルピロリドン（ＶＣＡＰ）を含む。例えば、Luvitec（登録商標）ＶＡ６４はおおよそ４０％のＶＡコモノマーを含有し、ＰＶＰホモポリマーよりも吸湿性が低い。表１はKollidon（登録商標）やLuvitec（登録商標）で売られているいくつかの市販のＢＡＳＦグレードの同種重合体と共重合体のＰＶＰ平均重量と数平均分子量をダルトンで示す。
【００２２】
【表１】
0006545352.tif 000002
【００２３】
本発明は、自然に発生する植物由来繊維または主要成分が木材、ケナフ、ジュート、タイマ、ラミー、亜麻等のセルロースをベースとする人造繊維であるセルロース系繊維の、可撓性の動力伝達ベルトやホースに有用なゴム組成物への使用を対象とする。植物の樹皮部分から得られる靱皮繊維が第一の関心対象であるが、いくつかの葉繊維や種繊維も有用であり得る。靱皮繊維としては他にサンヘンプ、ボンテンカ、カディロ、ローゼルが挙げられる。葉繊維としてはアバカ、カンタラ、エネケン、イストゥル、フロミウム、サンセベリア、サイザルが挙げられる。有用な種繊維としては綿とカポックが挙げられる。木質繊維としては広葉樹種や針葉樹種由来のものが挙げられる。人造のセルロース系繊維としては、レーヨン（再生セルロース）、ビスコース、アセテート（セルロースアセテート）、トリアセテート（セルローストリアセテート）等が挙げられる。
【００２４】
ケナフ（Hibiscus cannabinus L.）はアフリカ原産の一年生草本である。ケナフはアメリカではより新しい作物である。ケナフは、ミシシッピ州、テキサス州、カリフォルニア州、ルイジアナ州、ニューメキシコ州、ジョージア州等の南部の温暖な地域で主に栽培されている。ケナフの生育期間は９０〜１５０日であって、２．４〜６メートルの高さに成長する。ケナフの一本の真っ直ぐな幹は外側の繊維状の樹皮と内側の木質コアからなり、これによって二つの異なる種類の繊維、すなわち靱皮繊維とコア繊維とが得られる。靱皮繊維は幹の２６〜３５重量％（重量パーセント）を構成し、靱皮部分を３５重量％またはそれ以上もたらす遺伝的な品種が開発されている。収穫したケナフの幹は通常樹皮をコアから分離するためにまず剥皮し、これによってケナフの靱皮繊維のリボンが生産される。これらのリボンは繊維束や単一の繊維へと浸水できる。一旦繊維が空気乾燥されたら（おおよそ１０％の含水量）、ケナフ作物は収穫されることが望ましい。乾燥は、作物を畑に立たせておくことで実行されてよい。
【００２５】
一般的に、ケナフの靱皮繊維は、長さが平均２．６ｍｍ、直径が平均２１μｍ、長さ／直径の平均アスペクト比が１２４である中空の管であって、針葉樹種と酷似している。コア繊維は、 平均長さが０．５ｍｍであって、広葉樹のそれとよく一致している。
【００２６】
ケナフの靱皮繊維束（ＫＢＦＢ）の主要成分はセルロース、ヘミセルロース、リグニンである。それぞれの成分の量は、栽培環境、地理的な起源、年代、植物における位置（根から先端）、浸水および分類技術によって大きく変化し得る。http://www.hempology.org/CURRENT%20HISTORY/1996%20HEMP%20COMPOSIT ES.htmlで入手可能なLloyd E. H.、D. Seber"Bast fiber applications for composites," (1996)において、セルロース６０．８重量％、ヘミセルロース２０．３重量％、リグニン１１．０重量％、抽出物３．２重量％、灰４．７重量％と報告されている。Mohanty et al, "Biofibres, biodegradable polymers and biocomposites: an overview," Macromolecular materials and engineering, 276-277(1): 1-24 (2000)においては、より少ないセルロース（３１〜３９重量％）と多いリグニン（１５〜１９重量％）の量が報告されている。Frollini E, Leao AL, Mattoso LHC,編集の"Natural polymers and agrofibers based composites: preparation, properties and applications," San Carlos, Brazil: L.H.C., Embrapa. pp. 115-134 (2000)内の、Rowell et al., "Characterization and factors effecting fiber properties"においては、セルロース４４〜５７重量％とリグニン１５〜１９重量％が報告されている。他の情報源では、ケナフ、ジュート、タイマ、亜麻繊維に約７１〜７６％のセルロース含有量、より少ない（＜８％）リグニンと１３〜１９％のヘミセルロースとが開示されている。
【００２７】
ケナフは、豊作、低密度な生息、処理中の非研磨性、高い特定の機械的特性、生分解性、安価な価格等、生態的および経済的な利点を有するセルロース源である。歴史的に、ケナフ繊維はロープとして最初に使われた。現在、産業界は製紙および不織布織物におけるケナフの使用を検討している。ケナフ製品の潜在的用途としては、製紙用パルプ、ロープ、草浸食マット、床敷、油吸着剤、動物の寝わら、断熱ボード、プラスチック用充填剤、織物が挙げられる。
【００２８】
表２はケナフと他のセルロース系繊維の機械的特性といくつかの一般的な合成繊維との比較を示している。ケナフ、亜麻、タイマ、ジュートは靱皮繊維、サイザルは葉繊維、綿は種子毛繊維である。引張強さと伸張性の観点において、セルロース系繊維はナイロンやポリエステルよりかなり良好な特性を示す。ケナフ繊維の優れた特徴は、Ｅガラス繊維やアラミド繊維に匹敵するヤング率を有することである。これらのセルロース系繊維の引張強さはベルト引張コードの用途としては十分には高くないが、本発明の実施形態によれば、ベルトの形状安定性、補剛やコード支持のためにゴムベルト化合物を補強する充填剤として使用するのに適している。
【００２９】
【表２】
0006545352.tif 000003
【００３０】
本発明を実施するための、ケナフ繊維を含む望ましい靭皮繊維は、短いコア繊維から分離されてベルト組成物の用途に便利な長さに切断される樹皮から採れる長い靭皮繊維である。繊維の適切な長さは０．５〜５ｍｍ、１〜４ｍｍ、１〜３ｍｍ、あるいは２〜３ｍｍの範囲であってよい。望ましい負荷は所望の補強の量によるが、ベースエラストマー（ＰＨＲ）１００に対して０．５５〜５０重量部、あるいは１〜３０重量部の範囲が有利であり得る。適切な繊維は、たとえばProcotex Corporation SA, Kenactiv InnoＶＡtions, Inc.やInternational Fiber Corporationから入手できる。
【００３１】
亜麻繊維（Linum usitatissimum L）は温暖かつ湿潤な気候で育つ同名の一年生草本から採れる。亜麻の靭皮繊維の収穫および処理はケナフと同様である。茹でて漂白された亜麻は９５％以上セルロースを含有し得る。適切な繊維は例えばProcotex Corporation SAから入手できる。
【００３２】
麻繊維は、中国起源であり、現在はアジアやヨーロッパでも生育している植物である大麻から採れる。
【００３３】
ジュートはインドアサとモロヘイヤの二つの植物から採れる。これらは主にインド、バングラデシュ、ビルマ、ネパール、ブラジルで生育している。ケナフとジュートはその剛性に寄与するリグノセルロースを含有する。ロゼルはケナフと密接に関係しているH. Sabdarifaから抽出される。
【００３４】
ラミー靭皮繊維はカラムシの樹皮から採れる。その高い樹液含有量のため、ラミー靭皮繊維はケナフのように浸水することができない。その代わり、アルカリ溶液で煮ることで繊維を分離し、その後洗浄、漂白、中和、乾燥を行う。このように精練されたラミーは９５％以上セルロースを含有し得る。このような化学処理は他の種類の繊維の調合にも用いることができ、酵素処理を含んでもよい。
【００３５】
サイザルはサイザルアサから得ることができ、葉繊維の中で最も商業的に重要である。
【００３６】
多数の他の植物繊維も合成における使用の可能性を研究されている。セルロース系であって適切な物理的、寸法的特性を有している限り、それらもゴム組成物に有用となり得る。これらの他の植物繊維は、バナナ植物繊維、パイナップル、ヤシ、竹等である。
【００３７】
木質繊維（セルロース繊維、木材パルプあるいは単に「パルプ」としても知られている）は広葉樹および針葉樹の両方のいかなる木材種からも入手することができる。繊維を分離する工程は、補強ゴム組成物に適した繊維を得るための既知のいかなるパルプ化工程であってもよい。再生パルプを用いてもよい。
【００３８】
セルロース系繊維はエラストマーＰＶＰブレンド組成物における唯一の繊維補強材として用いられてもよく、あるいは他の種類の繊維が追加で含まれてもよい。たとえば、アラミド、ポリアミド、ポリエステル、カーボンガラス等の付加的繊維が組成物にセルロース系繊維とともにブレンドされてもよい。
【００３９】
混合するためには、内部バッチミキサー、開放型ロール機、混合押出機等、従来のあるいは既知のいかなる混合装置を用いてもよい。同様に、混合物の成形、形成、保存処理、加硫において、従来のあるいは既知のいかなる方法や装置を用いてもよい。
【００４０】
本発明のゴム化合物は、Ｖベルト、歯付きベルト、同期ベルト、マルチＶリブドベルト等の動力伝達用ベルト、ホースや他の適切なゴム製品に用いてよい。
【００４１】
図１は、本発明の実施形態による動力伝達ベルトを、可変速駆動用のＶベルトの形態で示す。Ｖベルト１００は一般的に等脚台形断面を有し、後側、上側、外側、または表側に配置された引張またはオーバーコード層１３０と、底側、下側、または内側に配置された圧縮またはアンダーコード層１１０と、オーバーコード層１３０とアンダーコード層１１０の間に配置された粘着層１２０と、粘着層１２０に埋め込まれた螺旋巻きの引張コード１４０とを有する。Ｖベルト１００の側面はＶ形状を画定するプーリー接触面である。粘着層１２０、オーバーコード層１３０、アンダーコード層１１０を含むベルト本体の層は、一般的に加硫ゴム化合物であって、各層は互いに異なる組成であっても同じ組成であってもよい。Ｖベルトはその後側、内側、またはその両方に歯か窪みを有してよい。Ｖベルトの表面またはその内部に織物が用いられてもよい。コードは高モジュラス、耐疲労であって、既知のポリアミド、ポリエステル、アラミド、カーボン、ポリベンゾビスオキサゾール、ホウ素、またはガラスのねじられたまたは配線された束、繊維または紡績糸、またはそれらの混成であってよく、接着剤等で処理されてよい。エラストマー、ＰＶＰ、セルロース系繊維を含む本発明の実施形態のゴム組成物は、上記ベルトの組立に用いられるエラストマー層のうちいずれか一つ以上に用いられてよい。一つ以上の層は、横方向に向けて散らばって配置された短繊維を含んでもよい。これによって、ベルト本体の縦方向の柔軟性を維持しながら横方向の剛性が高められる。
【００４２】
図２はＶリブドベルトの形態の本発明の実施形態による動力伝達ベルトの断面を示す。Ｖリブドベルト２００は、後側に配置された引張またはオーバーコード層２３０と、底側に配置された圧縮またはアンダーコード層２１０と、オーバーコード層２３０とアンダーコード層２１０の間に配置された粘着層２２０と、粘着層２２０に埋め込まれた螺旋巻きの引張コード２４０とを有する。Ｖ字型のリブはプーリー接触面となる。粘着層２２０、オーバーコード層２３０、アンダーコード層２１０を含むベルト本体の層は、一般的に加硫ゴム化合物であって、各層は互いに異なる組成であっても同じ組成であってよい。Ｖベルトの表面またはその内部に織物が用いられてもよい。コードは上述のＶベルトと同様であってよい。エラストマー、ＰＶＰ、セルロース系繊維を含む本発明のゴム組成物は、上記ベルトの組立に用いられるエラストマー層のうちいずれか１つ以上に用いられてよい。一つ以上の層は、横方向に向けて散らばって配置された短繊維を含んでもよい。これによって、ベルト本体の縦方向の柔軟性を維持しながら横方向の剛性が高められる。
【００４３】
図３は同期ベルトや歯付きベルトの形態の本発明の動力伝達ベルトを示す。歯付きベルト３００は、後側に配置された引張またはオーバーコード層３３０と、歯部に歯ゴム３１０と、歯部を覆う歯布３２０と、ベルトに埋め込まれた螺旋巻きの引張コード３４０とを有する。歯部はプーリー接触面となる。歯ゴム３１０とオーバーコード層３３０を含むベルト本体のゴム層は、一般的に加硫ゴム組成物であって、各層は互いに異なる組成であっても同じ組成であってよい。コードは上述のＶベルトと同様であってよい。エラストマー、ＰＶＰ、セルロース系繊維を含む本発明のゴム組成物は、上記ベルトの組立に用いられるエラストマー層のうちいずれか１つ以上に用いられてよい。１つ以上の層は有利な方向に向けて散らばって配置された短繊維を含んでもよい。
【００４４】
同様に、ホースの実施形態（不図示）はいずれかが本発明のゴム組成物に基づいて形成された１つ以上のゴム層を含んでもよい。ホースは１つ以上の織物補強層または１つ以上の粘着層も有してよい。
【００４５】
例：
【００４６】
第一のセットのゴム組成物の例では、ＰＶＰをケナフか亜麻のセルロース系繊維を含むＥＰＤＭ組成物に加える効果について検討した。表３に記載された組成物は従来のゴム混練機によって混合された。すなわち、内部ミキサーによって混合し、その後挽いてつや出しを行った。比較例を「比較例」、本発明の例を「例」と示す。
【００４７】
化合物の物理的特性は標準のゴム試験法によってテストした。引張強さ、極限伸、およびモジュラスは、列理方向（「ＷＧ」）および反列理（「ＸＧ」）方向においてＡＳＴＭＤ−４１２準拠（ダイＣ、クロスヘッド速度６インチ／分を使用）の共通の強度試験法を用いて測定した。ここで、「モジュラス」とは、ＡＳＴＭＤ−１５６６およびＡＳＴＭＤ−４１２で定義されているように所定の伸長（たとえば５％か１０％）における引張応力を意味する。ゴム硬度はＡＳＴＭＤ−２２４０準拠のタイプＡデュロメータを用いてテストした。引裂強度は、列理方向および反列理方向において、ダイＣ、ＡＳＴＭＤ−６２４に従ってテストした。化合物弾性モジュラス（Ｇ’）はＡＳＴＭＤ−６２０４準拠のＲＰＡ２０００試験機を用いて、混合物を試験機内で硬化した後に歪度６．９８％、１．６６７Ｈｚの条件下で評価した。
【００４８】
計測結果を表４に示す。セルロース系繊維を有するＥＰＤＭ化合物へのＰＶＰの添加によって混合物弾性モジュラス（Ｇ’）、引張強さ、引張モジュラス、および引裂強度が増加することが分かった。たとえば、比較例２と例３、例４との比較、あるいは例５、例６との比較によって、ケナフ充填ゴムへのＰＶＰの増加によって物理的特性が向上していることが分かる。同様に、比較例２と例３、例４との比較、あるいは例５、例６との比較によって、ケナフ充填ゴムへのＰＶＰの増加によって物理的特性が向上していることが分かる。制限することを意図するわけではないが、これらの結果はセルロース系繊維と無極性ＥＰＤＭゴムマトリックス間の適合性が極性ＰＶＰの添加で向上したことを示すと考えられる。この結果はＰＶＰ改質ＥＰＤＭエラストマーを有するセルロース系繊維が少なくとも部分的には比較例１における最高水準の高性能切断アラミド繊維の代替となり得ることを示す。このように、例３〜８は比較例１と同等あるいはより良好な物理的特性を有する。
【００４９】
【表３】
0006545352.tif 000004
【００５０】
表３における２つの類似した組成物がＶベルトでテストされた。比較例ベルトＡの比較例１と例ベルトＢの例６である。Ｖベルトは図１に示すように構成され、オーバーコードとアンダーコードの両方が各例の化合物で作られた。ベルトのピッチ長は４５インチ、全厚が０．５５インチ、トップ幅が１．２５インチ、Ｖ角度が２４°であった。異なる粘着層組成物が使用されたが、ベルトの構成は両者同じとした。両者のベルト構成には同じコードが使用された。ベルトはＣＶＴベルトをテストするために設計された高負荷運転状況下の耐久性試験でテストされた。試験機はこのように２６°に設定された滑車を有する２本ベルトリグであって、駆動滑車は５インチピッチ直径を有して２０００ｒｐｍで駆動し、従動滑車は７．６インチピッチ直径を有して１２５７ｒｐｍで駆動し、トルク負荷は１００３ｌｂ・ｉｎ（２０馬力）とした。耐久性試験の結果を表５に示す。比較例ベルトＡのテストされた３つの対照ベルトはそれぞれ２１６時間、５０６時間、３３２時間の寿命を示した。例ベルトＢのテストされた３つの本発明のベルトはそれぞれ３４８時間、３７８時間、３５８時間のベルト寿命を示し、対照に匹敵する平均を出した。このように、少なくともこの試験においては、同等のベルト寿命を示した２つのゴム組成物は同等の物理的特性を示した。
【００５１】
【表４】
0006545352.tif 000005
【００５２】
上記２つの組成物は標準のＢＸ断面Ｖベルトの寸法、すなわちＶ角度が３４°、上部幅がそれぞれ２１／３２インチ、全厚がそれぞれ１３／３２インチを有するいくつかのＶベルトの構成にも使用され、比較例ベルトＣと例ベルトＤと名づけた。そして、これらのベルトについて、Ｖベルト耐久性試験、Ｖベルト裏面繰返し曲げ試験、Ｖベルトミスアライメント試験によってテストした。耐久性試験は４．５インチ直径の１：１ドライブ、１７７０ｒｐｍ、１０ＨＰ負荷で３４°の滑車走行を含む。裏面繰返し曲げ試験は同様だがゼロ負荷、３６００ｒｐｍ、５０ｌｂ総張力、スパンで５インチＯＤフラット裏面遊び車で実施する。ミスアライメント試験は耐久性試験と同じ構成を用いるが、従動滑車はアライメントから１°シフトアウトされる。表５にも記載されたこれら３つの試験の結果は、本発明のベルトと対照との間で同等の性能を示している。また、これらのベルトの結果は天然セルロース系繊維がしばしば高性能Ｖベルトに使用される切断アラミド繊維の一部または全部の代替として適していることを示している。
【００５３】
【表５】
0006545352.tif 000006
【００５４】
第２のセットのゴム組成物の例では、ＰＶＰをケナフ、ジュート、または亜麻のセルロース系繊維を含むＣＲ化合物に加える効果について検討した。表６に記載の組成物が第１のセットと同様に混合された。ＣＲ計測の結果を表７に示す。セルロース系繊維を有するＣＲ化合物へのＰＶＰの添加によって混合物弾性モジュラス（Ｇ’）、引張強さ、引張モジュラス、および引裂強度が増加することが分かった。ほとんどの場合において、結果としてＥＰＤＭ化合物の場合と同じ水準の特性向上は見られなかった。これはＥＰＤＭとＣＲとの間の極性の違いに基づいて説明できると考えられる。具体的には、セルロース系繊維を分散させる際にＰＶＰのような極性ポリマーの添加において、ＣＲよりも極性が低いＥＰＤＭの方がより利すると考えられる。それにもかかわらず、ＰＶＰを、セルロース系繊維を有するＣＲへの混合に使用することでいくつかの顕著な利点が見られた。
【００５５】
【表６】
0006545352.tif 000007
【００５６】
特筆すべき第１の利点としては、ＣＲの通常のマーチングモジュラスが消失し、表７の結果におけるＭＤＲキュアの良好なキュアの頭打ちに置き換えられた。これははるかに短いｔ９０の結果（完全硬化の９０％までの時間）から示される。対照合成物を検討すると、比較例９、１３、１６では漸進的で断続的なモジュラスの増加のためにｔ９０は３０分試験の終了間際となっている。しかし、表７の「例」では頭打ちとなり、ｔ９０ははるかに短くなっている。用途によってはこの効果は有利であり得る。望ましい硬化の程度に応じて、ＰＶＰ／ＣＲブレンドゴムの硬化状態を対照ＣＲゴムに一致させるために硬化システムは調整が必要となり得る。
【００５７】
特筆すべき第２の利点としては、ＰＶＰがない比較例１５と比べて例１６、１７のようにＰＶＰが添加された亜麻の例では大幅な伸長の向上が見られる。これは同じ亜麻充填化合物におけるモジュラスと引裂強度（「Ｃ引裂」）の向上にも相関するようである。
【００５８】
【表７】
0006545352.tif 000008
【００５９】
このように、本発明の様々な実施形態によるゴム組成物はベルト、ホース、およびその他の動的ゴム物品に有用である。これらの組成物は、自然や再生可能資源由来で生分解性がある「環境にやさしい」補強繊維を使用する。
【００６０】
本発明およびその利点を詳しく説明したが、添付のクレームで定義する本発明の範囲から外れない限り様々な変更、置換、および修正がなされ得ると理解される。さらに、本出願の範囲は本明細書に記載の工程、機械、製造、物質の組成物、手段、方法、および手順の特定の実施形態に制限する意図ではない。当業者が本発明の開示から容易に理解するように、ここで説明した実施形態と実質的に同じ機能または実質的に同じ結果をもたらす現在存在するあるいは後に開発される工程、機械、製造、物質の組成物、手段、方法、または手順は本発明によって使用されてよい。したがって、添付のクレームはそのような工程、機械、製造、物質の組成物、手段、方法、または手順をその範囲内に含むことを意図する。ここで開示した発明はここで特に開示されていない要素を省略して適切に実行されてもよい。
【図１】
0006545352.tif 000009
【図２】
0006545352.tif 000010
【図３】
0006545352.tif 000011