はじめに
イソブチレンとイソプレンの共重合体であるブチルゴムは、自転車用タイヤのインナーチューブに最もよく使われる素材である。その利点は、比較的低価格、長寿命、空気漏れの最小化などである。柔軟性の最大化や転がり抵抗の最小化といった特性を最適化するためには、いくつかの添加剤が低割合で必要となる。本研究では、2つの異なるメーカーの使用済み自転車用インナーチューブをTGAで分析し、その違いを明らかにした。
方法と試料調製
測定に先立ち、試料はsmall の大きさに切断され、Al2O3のるつぼに入れられた。試料は、窒素雰囲気中で850℃まで、空気雰囲気中で850℃から1100℃まで加熱した。熱重量測定には、NETZSCH TGLibra 、QMSAëolos 。測定は表1の条件で行った。
表1：測定条件
| 試料質量 | メーカーA (10.34 mg) | メーカーB (10.06 mg) |
| るつぼ材質 | 酸化アルミニウム 85 μl、オープン | |
| 温度プログラム | 窒素中40℃～850℃、空気中850℃～1100 | |
| 加熱速度 | 10K/分 | |
| 雰囲気 | 窒素、空気 | |
| ガス流量 | 40 ml/分 | |
| QMS | 1～300amu、質量あたりのスキャン：20 ms | |
結果と考察
得られたサーモグラムを図1に示す。不活性雰囲気下において、両試料とも3段階の質量減少を示した。最初の2つの質量減少ステップは、200℃から500℃の間で、ゴム混合物の分解に関連している。検出された割合がわずかに異なり、質量損失率（DTG）のピークがシフトしていることから、この2つのサンプルではゴム組成が異なっていたと考えられる。第3の質量減少ステップは、カーボネートフィラーの分解によるものである。異なる質量変化量が検出されたことから、異なるフィラー量が使用されたと考えられる。
850℃以上では、空気雰囲気が残留炭素の燃焼を引き起こした。その結果生じた残留質量が灰分に相当する。ここでも、2つの試料の間に特有の違いが観察され、酸化鉱物の量が異なることが示された。B社のサンプルの灰分は、A社のサンプルの約2倍であった。
さらに、熱天秤のガス出口に接続した四重極型質量分析計（QMS）で、発生ガスを分析した。218℃（214℃）では、両試料とも質量数76の増加を示したが、これは加硫残渣であるCS2の放出に関連したものと考えられる；図2を参照。
420℃で検出されたマススペクトルは、どちらの試料でも有意な差は見られず、m/z 41が最も強いフラグメントであった（図2および3a参照）。測定されたスペクトルは、ブチルゴムの主な熱分解生成物である1-ブテン1（図3aおよび3b参照）と高い類似性を示した。
634℃で、質量分析計は、製造業者Bのサンプルのm/z 44の増加を検出し、炭酸塩の分解によるCO2の放出を確認した。このことは、製造業者Bのサンプルに、より多量のカーボネートフィラーが使用されていることを示している。
異なる質量数の放出は、温度に依存したスケーリングでTGA曲線と容易に比較することができる；図2を参照。
1合成ポリマーの熱分解GC/MSデータブック、柘植伸、大谷肇、渡辺忠市、Elsevier、2011年
概要
結論として、TGA-MS分析により、自転車用タイヤの競合する2種類のインナーチューブの組成を詳細に知ることができる。熱天秤は熱安定性を決定し、ゴム含有量、充填剤含有量、炭素含有量、灰分含有量などの組成に関する結論を導き出すことを可能にする。わずかな違いも識別できた。同時に記録された質量分析計のデータは、放出されたガスを特定することで分解プロセスの解釈を容易にします。例えば、炭酸カルシウムは天然ゴムと合成ゴムの両方に大きな補強効果があり、一貫性を向上させることができる。また、ゴムの動的特性にも影響を与える。