JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

Surface Modification of Vulcanized Rubber by
Radiation Co-grafting
N. Mizote a) , A. Katakai b) and M. Tamada b)
a) Mitsuba Co. Ltd.,
b) Environmental and Industrial Materials Research Division, QuBS, JAEA
In this study, hydrophilic monomer, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), and hydrophobic monomer,
3-(Methacryloyloxy) propyltris (trimethylsiloxy) silane (MPTS), were co-grafted on vulcanized rubber surface by
simultaneous electron beam irradiation. Monomer solution was prepared by mixing of HEMA and MPTS. Composition
of graft layer was investigated by ATR-FTIR and SEM-EDX. As a result, it was found that graft polymer of MPTS was
eccentrically located in the near-surface region in the case that MPTS concentration of monomer solution was about 90
weight percent.
加硫ゴム製品は摩擦、粘着性、耐摩耗性等の向上を
目的として塩素化処理やコーティングなどの表面処理
が行われている。しかしこれらの表面処理は、塩素に
よる環境負荷やコーティング剥離による耐久性の問題
を有するため、新しい表面改質が求められている。我々
は電子線照射グラフト重合法による加硫ゴム表面改質
を検討している。本研究では、親水性モノマーの HEMA
と疎水性モノマーMPTS の電子線同時照射共グラフト
によるゴム表面改質特性について評価した。
ゴム基材として、カーボンブラックを配合した厚さ
2 mm の架橋 EPDM ゴム用いた。HEMA と MPTS を所
定の割合で混合したモノマー溶液を用い、加速エネル
ギー2 MeV、電流値 1 mA、照射線量 7 kGy の照射条件
で電子線同時照射グラフト重合を行った。グラフト重
合した基材表面の組成を、ATR-FTIR 法で得られた
MPTS グラフトポリマーの Si-C 吸収(845 cm -1 )と EPDM
の C-H 3 吸収(1375 cm -1 )の吸光度比により評価した。
表面改質層の深さ方向の分布は、断面の SEM-EDX で
測定した Si 元素分布により評価した。
Fig. 1 にモノマー溶液の MPTS 濃度と、ATR-FTIR で
求めた MPTS グラフトポリマー由来の Si-C 吸光度比の
関係を示す。Si-C 吸光度比は MPTS 濃度に対し直線的
に増加せず、MPTS 濃度 90 wt%付近で極大ピークを示
した。Fig. 2 にモノマー溶液の MPTS 濃度と SEM-EDX
により求めたグラフト層深さの関係を示す。MPTS 濃度
Absorbance ratio
(845cm -1 /1375cm -1 )
2-07
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100
Concentration of MPTS(wt%)
Fig. 1 Relationship between absorbance ratio of Si-C
and MPTS concentration.
JAEA-Review 2010-065
- 47 -
の増加に伴いグラフト層深さはおおむね一様な増大を
示しており、ATR-FTIR で得られた結果のような MPTS
高濃度域での特異的な変化は見られなかった。MPTS
高濃度領域での Si 元素デプスプロファイルの比較を
Fig. 3 に示す。MPTS 100 wt%では表面から内部へ緩や
かに Si 検出強度が低下していくのに対し、HEMA が少
量添加された MPTS 90 wt%、95 wt%では表面から 10 µm
程度のごく浅い領域に強いピーク状の Si 強度プロファ
イルが見られた。この結果は、MPTS 100%よりも HEMA
が少量含まれたほうがより表面近傍に MPTS が偏在す
ることを示しており、ATR-FTIR の結果と一致する。
これまでの研究で、HEMA グラフト層は 10 µm 程度
の厚さであることが確認されており、MPTS は HEMA
グラフト層に選択的に取り込まれると考えられる。
Depth of graft layer(µm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100
Concentration of MPTS(wt%)
Fig. 2 Relationship between depth of graft layer and
MPTS concentration.
(a) (b) (c)
Fig. 3 Cross-sectional SEM micrograph of graft
layer and depth profile of Si: (a) 90 wt% MPTS,
(b) 95 wt% MPTS, (c) 100 wt% MPTS.