(57)【要約】【課題】赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を短時間に、しかも精度よく測定する方法を提供すること。【解決手段】赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を測定するに際し、少なくとも出射部が平滑である赤外線透過透明板の、該平滑面に対して試料ゴムを押圧しながら、前記透明板を介して試料ゴムに赤外線を照射する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を測定するに際し、少なくとも出射部が平滑である赤外線透過透明板の、該平滑面に対して試料ゴムを押圧しながら、前記透明板を介して試料ゴムに赤外線を照射することを特徴とするゴムの水分含有率測定方法。
【請求項２】
圧縮成形して得た試料ゴムを用いる請求項１記載の水分含有率測定方法。
【請求項３】
試料ゴムを圧縮成形しつつ赤外線照射を行う請求項１記載の水分含有率測定方法。
【請求項４】
少なくとも出射部が平滑である赤外線透過透明部を有し、前記赤外線透過透明部が金型キャビティ面の一部を構成する圧縮成形金型を備えた赤外線水分計。
【請求項５】
前記赤外線透過透明部と赤外線光源とが赤外線透過導光体で連結されている請求項４記載の赤外線水分計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゴムの水分含有率測定方法及びそれに適した赤外線水分計に関する。より詳しくは、赤外線水分計を用いて精度よく迅速にゴムの水分含有率を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成ゴム製造工場においては、例えば、モノマーを重合・凝固して得られるクラムゴムの乾燥工程を管理するために、あるいは最終製品である原料ゴムの品質を管理するために、ゴムの水分含有率が常時測定されている。この種のゴム中の水分含有率測定を行うためには、通常の場合、生産ラインの現場等においてゴムのサンプルを採取し、該サンプルを乾燥減量法（例えば、ＪＩＳ　Ｋ００６８の７）によって、その水分含有率を測定する方法が一般的である。
【０００３】
上記の乾燥減量法を用いたゴムの水分含有率測定は、比較的正確かつ確実な方法ではあっても、乾燥前後のサンプルの精密な秤量や乾燥後サンプルの放冷などの操作が極めて煩雑である。また、サンプルを完全に乾燥するのに、２〜４時間程度の加熱時間を要するという問題があった。
この測定時間の長さは、工程管理のために使用する測定方法としては大きな欠点である。特に、乾燥工程でクラムゴムの水分含有率を測定する意義は、その測定結果を、ほとんど乾燥した状態のゴムの乾燥工程をどこまで続けるかの判断指標にすることであるため、測定結果を知るのが遅れれば、正確な判断を乾燥工程にフィードバックできずに、例えば過剰な乾燥によりクラムゴムに悪影響を与える可能性も生じる。したがって測定結果を直ぐにフィードバックできるようなリアルタイムでの水分含有率測定が望まれる。
【０００４】
ところで、近年、様々な技術分野で用いられる部品（例えば、小麦粉、粘土、樹脂粉末など）に含まれる水分の測定方法として、赤外線水分計を用いる方法が注目されている。この赤外線を用いた測定法は、水分子による赤外線の吸収帯を利用して、２〜３種類の波長の赤外線を被測定物に照射し、その反射光の吸光度変化から水分を測定するものである。
【０００５】
この方法は、赤外線を利用するので非破壊的であり、しかも瞬時の水分含有率測定も可能であるが、精度よく測定できる被測定物は、同一な面形状を再現可能なもの、具体的には均一な微粉末や液体など一部のものに限られるという問題があった。例えば、合成ゴム製造工場の乾燥工程から採取されるクラムゴムの水分含有率測定に赤外線水分計を適用しようとしても、クラムの面形状は一定でなく、照射する赤外線の反射光の反射方向が一定にならず、さらに、周囲に散乱してしまうため、安定した測定は困難であった。また、仮にクラムを均一な平面をもつ状態に圧縮成形したとしても、応力緩和により形状は時間とともに変化して測定値が安定せず、時間をおいて安定させたとしても被測定面の形状は試料ごとに異なるため再現性がない。さらに、内部に封じられた気泡が応力緩和とともに大きくなることで、赤外線の散乱を生じるため、結局クラムそのものを測るのと同様に測定は困難となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の事情に鑑み、赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を短時間に、しかも精度よく測定する方法及びそれに適した赤外線水分計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を精度よく測定する方法について鋭意検討を重ねた結果、赤外線を透過する平滑透明板に試料ゴムを押圧することで試料ゴムに少なくとも一時的に平滑面を形成し、該透明板を介してゴムに赤外線を照射することにより、短時間にかつ精度よく水分含有率を測定できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
かくして、本発明によれば、
１．赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を測定するに際し、
少なくとも出射部が平滑である赤外線透過透明板の、該平滑面に対して試料ゴムを押圧しながら、前記透明板を介して試料ゴムに赤外線を照射することを特徴とするゴムの水分含有率測定方法、
２．圧縮成形して得た試料ゴムを用いる上記１記載の水分含有率測定方法、
３．試料ゴムを圧縮成形しつつ赤外線照射を行う上記１記載の水分含有率測定方法、
４．少なくとも出射部が平滑である赤外線透過透明部を有し、前記赤外線透過透明部が金型キャビティ面の一部を構成する圧縮成形金型を備えた赤外線水分計、
５．前記赤外線透過透明部と赤外線光源とが赤外線透過導光体で連結されている上記４記載の赤外線水分計、
が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の測定方法は、赤外線水分計を用いて試料ゴムの含有水分に基づく赤外線の一定波長の吸光度の変化を測定し、乾燥減量法で求めた値との検量線から試料ゴムの水分含有率を知ろうとするものである。赤外線水分計としては、市販の赤外線３色水分計、赤外線２色水分計等であってもよく、それらを適宜選択して用いることができる。
前述の如く、赤外線水分計は、反射光の水に起因する吸光度変化を測定するものであるため、精度よく測定できる被測定物は、同一な面形状を再現可能なもの、形状変化がないもの等、無規則な散乱面が存在しないものである必要がある。
【００１０】
本発明は、形状不定性、応力緩和性、気泡の混入等、赤外線水分計での測定にはむしろ不向きな物性を有するゴム材料、特にクラムゴムの乾燥工程の条件管理に、赤外線水分計を利用しようとするものであり、そのために次のような工夫をこらすものである。すなわち、最も重要な点は、赤外線を照射すべき試料の面を平滑面とすることであり、応力緩和による形状変化のない安定な面とすることである。さらには、ゴム試料ができるだけ気泡の混入のないものであり、気泡の混入があったとしても安定状態に封じておくことである。
【００１１】
このような状態を実現する手段として、本発明では、少なくとも出射部が平滑である赤外線透過透明板の、該平滑面に対して試料ゴムを押圧しながら試料ゴム表面に平滑面を形成するという方法を採用する。そして平滑面が形成されたゴム試料に、透明板を介して赤外線を入射してゴム試料中の水の吸光度を測定する。本発明に用いる赤外線透過透明板は、少なくとも赤外線出射部が平滑であることを特徴とする。透過透明板の「赤外線出射部」とは、光源からの赤外線が該透明板中を透過して最初に出射する透明板部分であり、試料ゴムと接する面の一部分のことである。また、「平滑」とは、赤外線が、出射する際に散乱しない程度の面の状態である。また、赤外線透過透明板は、赤外線の透過部分の透過率が６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上である。
「押圧しながら」とは、試料ゴムに平滑面が形成される程度に押圧されることが必要であり、応力緩和による形状変化を抑え、気泡の混入があったとしても安定状態に封じておくように、押圧状態が保持される必要がある。
【００１２】
前記透明板は、板材全体が透明である必要はなく、少なくとも赤外線が透過する部分が透明であればよく、少なくとも赤外線出射部が平滑であればよいが、測定精度をより向上させるためには、前記赤外線出射部がある面と反対側の面も平滑であることが好ましい。
また、上記透明板に対して試料ゴムを押圧状態に保持するためには、透明板と試料ゴムとを、単にいずれかの重量等により押圧するのみではなく、試料ゴムを透明板による押圧面の反対側から支持する部材を用い、該支持部材と透明板とで試料ゴムを挟持するのが好ましい。
好ましくは透明板と前記支持部材とのネジ止め結合等により、透明板と試料ゴムとの間に必要な押圧状態が実現され維持される。かかる押圧状態保持方法の一例としては、図１に示すようなサンプルホルダーがある。
【００１３】
透明板は、ガラス製でも合成樹脂製でもよく、全面が透明板であってもよいが、周囲が金属板等であってよい。試料ゴムを下方から支持する部材は、ガラス製、合成樹脂製、金属製の板等、特に制限されない。
【００１４】
使用する試料ゴムとしては、クラムゴムそのものであってもよいが、平滑面の形成が容易ではなく、応力緩和や気泡混入の影響を受け易いため、クラムゴムを一度圧縮成形した試験ゴム片を調製した上、上記のように、赤外線を透過する透明板の裏側平滑面に対して試料ゴムを押圧状態に保持して吸光度測定をすることが好ましい。
【００１５】
圧縮成形は、通常、プレス機と金型とからなる圧縮成形装置を用いて行われる。プレス機は、一般的にゴムや樹脂を圧縮成形する際に用いられるものと同様のものを使用することができる。金型の構造は特に限定されないが、通常、成形されるべき試験片の形状にあったキャビティを形成するように作成されたキャビティ型（凹状金型）とコア型（凸状金型）とからなる割型構造の金型が用いられる。
【００１６】
金型の材質は特に限定されず、例えば、鋳鉄、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属のみに限られず、合成樹脂あるいはその他の材質であってもよい。本方法における圧縮成形は比較的低圧での成形が可能であり、必ずしも剛性の高い金型を用いる必要はない。
【００１７】
圧縮成形の条件は、測定対象とする未加硫ゴムの種類や性状に応じて適宜選択すればよいが、通常０．５ＭＰａ以上の荷重下で行われる。好ましくは１ＭＰａ以上であり、より好ましくは３ＭＰａ以上である。このような荷重下でのゴム試料の保持時間は通常２０秒以上、好ましくは４０秒以上、より好ましくは６０秒以上である。前記荷重の上限値は特に限定されないが、金型が備える剛性の観点からは通常５０ＭＰａ以下、好ましくは３０ＭＰａ以下である。
【００１８】
金型温度は特に限定されないが、必ずしも金型を加熱する必要はなく、常温（室温）でもゴム試料を圧縮成形することができる。金型を加熱する場合は、加熱手段および温度制御手段を設けた金型を用いて成形すればよい。加熱温度は、試料ゴム中の水分量が変化しないように、通常は４０〜９０℃であるのが好ましい。圧縮成形時の雰囲気も特に限定されず、通常、空気または窒素雰囲気下で行われる。
【００１９】
また、本発明においては、クラムゴムを一度圧縮成形して得た試験ゴム片を、再度押圧状態に保持するという工程を経ずに、クラムゴムを圧縮成形しながら赤外線吸光度測定を行ってもよい。この方法を用いる場合、圧縮成形用の金型は、赤外線を透過する透明部分を有し、該透明部分の少なくとも赤外線出射部が平滑でありキャビティ面（ゴムとの接触面）の一部を構成する必要がある。前記透明部分を通して赤外線のゴムへの入射及び反射光の受光を行う。上記において、赤外線光源及び反射光を受光する受光部は、金型の透明部に内蔵されていてもよく、金型の外部に設置されていてもよい。赤外線の光源及び受光部が金型外部に設置される場合は、これらと金型透明部とが、赤外線を透過できる導光体で連結されているのが好ましく、導光体としては光ファイバーや導波管などが好ましく、光フィバーが最も好ましい。また、金型は圧縮成形時の圧力に十分耐え得る構造を有している必要があるため、赤外線透過部以外は金属であることが好ましい。本発明においては、上記構造の金型によりクラムゴムを圧縮成形し、成形が完了した時点で、金型を開かずにそのまま水分測定を行うことができる。
【００２０】
本発明の測定方法が適用されるゴムは、未加硫のゴムであれば特に限定されず、例えば（ア）合成ゴム製造工場の乾燥工程から採取されたクラム状ゴム、（イ）合成ゴム製造工場の最終製品である原料ゴム、（エ）ゴム製品製造工場で使用する配合ゴム、などが挙げられる。本方法は、ゴムの水分含有量を精度よく短時間に測定データを得ることできるので、合成ゴム製造工場における工程管理、特に乾燥工程における乾燥条件の管理に好ましく適用される。
【００２１】
ゴムの種類は特に限定されず、例えば、ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどの共役ジエンゴム；ブタジエン−スチレン共重合体ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム、アクリロニトリル−イソプレン共重合体ゴムなどの共役ジエン共重合体ゴムおよびその水素化物；クロロプレンゴム；イソブチレン−イソプレン共重合体ゴム（ブチルゴム）；アクリルゴム；エピクロルヒドリンゴム；フッ素ゴム；天然ゴム；などが挙げられる。
【００２２】
なお、本発明の測定方法は、比較的低水分含有率のゴム試料に対して、再現性よく、正確な水分含有率を測定することができる。高水分含有率のゴム試料では再現性悪く、乾燥減量法で求めた値との相関性もよくない。高水分含有率のゴム試料の場合、試料中の水分の分布が不均一であったり、ゴムの形状が安定しなかったり、不透明となったりして、赤外線水分計による測定には不適切な試料状態になっているものと考えられる。しかしながら、前述の如く、クラムゴムの乾燥の工程管理においては、低水分含有率での迅速測定が要請されるものであり、本発明の有用性は極めて高い。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例によって、本発明をより具体的に説明する。
【００２４】
ゴム試料は、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）製品の製造工程から採取したクラムゴムを使用した。乾燥工程の各所から抜き取ることにより、含水分率の異なるクラムゴムを用意した。これらを実施例１および比較例１〜３に示したそれぞれの条件でゴム試験片の作成に用いた。
【００２５】
実施例１および比較例１と２では、採取したクラムゴムを直径５０ｍｍ×高さ６ｍｍの円盤型のダイキャビティーを有する金型に入れ、プレスによる圧縮成形を行なった。プレス機は東洋精機製ミニテストプレスで手動油圧ポンプにより、最大出力１００ｋＮ、熱盤寸法２００ｍｍ×２００ｍｍ、ストローク１００ｍｍの装置を使用した。金型の部品は全てクロムめっきを施したスチール製のものを使用した。
【００２６】
圧縮成形に使用したクラムゴム量は、上記の金型の円盤型の間隙をほぼ充填する体積を重量に換算して測りとった。圧縮成形を行なう際には、金型の表面とゴムの離型性を良くするために、透明なポリエチレンフィルムでクラム状ゴムをはさんでから金型に入れた。圧縮成形の条件は室温で、金型内部のゴム試料にかかる圧力が３．５ＭＰａになるように調整した。この圧力を５分間保持した後、圧力を開放し圧縮成形されたゴム試験片をフィルムごと金型から取り出した。
【００２７】
実施例１では上記の圧縮成形されたゴム試験片を、透明なフィルムにはさんだままサンプルホルダー（図１）を用いてパイレックス（Ｒ）ガラス板により押圧し、圧力を保持した状態で赤外線水分計により赤外線吸光度を測定した。ここで用いたサンプルホルダーは、主に幅と奥行き８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのスチール板と幅８０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、厚さ５ｍｍのパイレックス（Ｒ）ガラス板で構成した。
【００２８】
比較例１と比較例２では、圧縮成形された円盤状のゴムを、圧縮成形からそれぞれ５分および１２０分後に、透明板による押圧操作を加えることなく、そのまま裸の状態で赤外線水分計により赤外線吸光度を測定した。
【００２９】
比較例３ではクラムゴムを圧縮成形せずに、透明板による押圧操作を加えることなく、そのままの状態で直径５０ｍｍ×厚さ５ｍｍ程度になるように赤外線水分計の試料室に置いて赤外線吸光度を測定した。
【００３０】
上記実施例及び比較例で赤外線水分計により赤外線吸光度を測定したゴム試験片そのものを、乾燥減量法により水分含有率を測定した。乾燥減量法では、１０５℃の乾燥器内で２時間乾燥した。乾燥器から取り出したゴム試験片の温度が室温に下がるまでデシケーター内で放冷し、恒量化した後に重量を測定した。乾燥前後の重量の差を乾燥前の重量で割ることで、水分含有率（以下、乾燥減量率ともいう。）を算出した。
【００３１】
実施例及び比較例１〜３においては、乾燥減量率が異なるそれぞれ１２個のゴム試験片（例えば、実施例では、乾燥減量率が最小０．０２４％から最大０．７２２％の１２個の試験片）を作製し、赤外吸光度測定における含有水分による吸光度の１２個の測定値と乾燥減量法による水分含有率（乾燥減量率）の１２個の測定値との間の相関係数（寄与率）を回帰分析により求めた。
【００３２】
以上の結果を、表１に示す。
【００３３】
【表１】
2004020192.tif 000002
【００３４】
表１の結果から明らかなように、赤外吸光度と乾燥減量法による水分含有率（乾燥減量率）との相関係数は、本発明の方法を用いた実施例１においては極めて高い。これに比較してゴム試験片を押圧せずに吸光度測定を行った比較例においては、赤外吸光度変化と乾燥減量法による水分含有率（乾燥減量率）との相関係数は低くなっている、そしてさらには、比較例１と比較例２との比較からクラムゴムを一旦圧縮成形してから測定する場合においても、金型から解放後、測定までの時間が長くなるほど測定精度が低くなっていくことがわかる。以上より、本発明による赤外線水分計により赤外線吸光度測定がゴム試料の迅速な水分含有率推定法となり、クラムゴムの乾燥工程などの工程管理に好適に使用できることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の測定方法によれば、赤外線水分計を用いてゴムの水分含有率を短時間に、しかも精度よく測定する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明でゴム試験片の押圧保持に使用することができる器具の一例で、実施例１で使用したサンプルホルダーの概略図である。
【符号の説明】
１　ゴム試験片
２　強化ガラス製透明板
３　ステンレス製板
４　ステンレス製挟持部材
５　締め付けネジ
【図１】
2004020192.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月25日(2002.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004020192.tif 000004