JP2004137391A - 耐ジメチルエーテル性ゴム組成物及びゴム部材 - Google Patents

耐ジメチルエーテル性ゴム組成物及びゴム部材 Download PDF

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Kazuo Uchida
内田 一雄
Hiroshi Uchida
内田 浩
Hidenori Tokushima
徳島 英憲
Hiroshi Sakama
阪間 寛
Takeshi Kondo
近藤 健
Yuji Watanabe
渡邉 祐司
Yoshiro Hashimoto
橋本 欣郎
Nobuyuki Harasawa
原澤 延幸
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Abstract

【課題】DME及びLPGに対する耐性を有するゴム組成物及びゴム部材を提供する。
【解決手段】ジメチルエーテルのガスまたは液体と接触する部材を形成するためのニトリルゴム組成物であって、アクリロニトリルを38重量%以上含有するニトリル系ゴムをベースゴムとする耐ジメチルエーテル性ゴム組成物、並びに前記耐ジメチルエーテル性ゴム組成物を架橋してなるゴム部材。
【選択図】   なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジメチルエーテル(以下、「DME」と略す)を製造・貯蔵・輸送・供給・使用する段階で、気体または液体のDMEと接触する装置・機器に使用される部材を形成するのに適したゴム組成物、並びにDMEをLPGの代替燃料として使用する装置に使用され、DME用、更にはLPG用として共用可能なゴム部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
ゴムOリングのように、合成ゴムを主材料とし、これに架橋剤・架橋助剤・充填材等のゴム薬品を配合して金型等によって加圧加熱成型したゴム系シール材は、適度の柔軟性を有し、接合面とのなじみが良く、シール性が優れているために、各種産業の装置・機器に幅広く使用されている。
【0003】
このうち、LPG業界においては、一次基地・二次基地・充填所等の供給設備や外航船、沿岸船、タンクローリ等の輸送設備において、配管の接続部分やバルブ等の機器にゴム系シール材、特にLPGに対する耐薬品性の良いNBRやふっ素ゴムが多く使われている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
ここで、LPGはプロパンとブタンを主成分とし、運搬・保管が容易なことから民生用のエネルギーとして、全国の総世帯の約55%、2,500万世帯で使用されており、運輸用としてもほぼすべてのタクシーで燃料として使用されている。また、産業用としても鉄鋼を始めとする工業用や電力用、石油化学原料など幅広く利用されており、国民生活ならびに産業経済においてなくてはならないエネルギーとなっている。
【0005】
ところが、このLPGは供給の約8割を輸入に依存し、かつ輸入の約8割を中東に依存している上に、近年、中国・インド等のアジア諸国において所得水準の上昇に伴い、分散型燃料としてのLPGの需要が急増しつつあり、需給の逼迫による価格の高値安定が恒常化しつつあるという問題が発生している。
【0006】
このような情勢を受けて、新たなエネルギー源を見つけようという動きが活発になっており、LPG代替燃料としてLNGやGTLが注目されているが、LNGやGTLは他の代替燃料、特にDMEと比べて、プラントの建設費用が高いという問題がある。
【0007】
その他の代替燃料の中で、DMEはCHOCHという化学構造を有し、通常は天然ガス・随伴ガス・石炭等をガス化して得られる合成ガス(CO、H)を原料としてDME合成によって得られ、燃やした時に煤塵・SOxが発生せず、NOxも少ないというクリーンな特徴を有することから、発電用・ボイラー用・家庭用・自動車用等の燃料としての利用が検討されている。しかも、このDMEは蒸気圧のような物理的性状がLPGに似ていることから、LPGのインフラを活用することが可能と考えられており、近年ではLPGの代替燃料としてDMEを利用しようとする動きが高まってきている。
【非特許文献1】
「DME検討会」報告書、平成13年8月8日発行、資源エネルギー庁 資源・燃料部 石油流通課、財団法人エルピーガス振興センター 日本LPガス協会。p.5〜p.6
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、DMEは化学的にはエーテルに分類され、パラフィン系炭化水素であるプロパンやブタンからなるLPGとは化学的性質がまったく異なり、プラスチックやゴムなどの有機化合物に対して、ガス透過性が高く、膨潤や溶解させやすいという特徴を有している。上記のように、LPGの貯蔵タンクや配管にはシール材としてNBRやふっ素ゴムが使用されているが、これらのゴム材料はDMEに対する耐性が低く、比較的容易に侵蝕される。
【0009】
具体的には、本発明者らの実験によると、DMEとの接触によりNBRやふっ素ゴムは著しく膨潤し、DMEの透過性がLPGに比べて10倍以上となってしまい、シール材としての機能を十分果たせない恐れがあることが判明した。
【0010】
このように、DMEがLPGの代替燃料として有力な候補として注目されているなかで、LPGのインフラをそのまま使用できるようにするためには、DMEに対する耐性(耐DME性)が高いゴム材料の開発が急務となっている。そこで、本発明は、DME及びLPGに対する耐性を有するゴム組成物及びゴム部材を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題を解決すべく検討を重ねたところ、NBR系ゴムの中でアクリロニトリル含有量が高いものは耐DME性および耐LPG性が良好であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
即ち、上記目的を達成するために、本発明の請求項1にかかる耐DME性ゴム組成物は、ジメチルエーテルのガスまたは液体と接触する部材を形成するためのニトリルゴム組成物であって、アクリロニトリルを38重量%以上含有するニトリル系ゴムをベースゴムとすることを特徴とする。
【0013】
また、請求項2にかかる耐DME性ゴム組成物は、上記ニトリル系ゴムがNBRまたはHNBRであることを特徴とする。
【0014】
さらに、請求項3にかかるゴム部材は、請求項1または2に記載の耐DME性ゴム組成物を成形してなることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【0016】
本発明の耐DME性ゴム組成物の母材となるベースゴムは、アクリロニトリルの含有量が38重量%以上のニトリル系ゴムである。また、ニトリル系ゴムとしては、NBRといわれるアクリロニトリルとブタジエンの共重合体、HNBRといわれるNBRに水素を添加させたものが好ましい。
【0017】
一般に、ゴムの膨潤に関しては溶解パラメーター(Solubility Parameter;SP値)によって説明され、ゴムと溶剤のSP値が近いものほど良く溶け合うと言われており、NR(SP値=7.9〜8.4)やSBR(SP値=8.1〜8.6)がシクロヘキサン(SP値=8.2)やトルエン(SP値=8.9)等の無極性炭化水素系溶媒に溶けることについては説明できるが、ふっ素ゴム(SP値=7.3)がガソリン(SP値=7.0) やヘキサン(SP値=7.3)に溶けないことについては説明できず、ゴムの溶媒に対する溶解性はSP値だけでは決められず、水素結合等の影響が複雑に絡み合ったものとして、実験によって確認していく以外に方法がないのが現状である。
【0018】
この一例として、NBR(SP値=8.7〜10.5)はふっ素ゴムとともにガソリン(SP値=7.0)に耐える数少ないゴムの一つであるが、SP値がNBRに近いシクロヘキサン(SP値=8.2)よりもDME(SP値=7.3)に膨潤し易いことについてもSP値だけでは説明できない。
【0019】
そこで、本発明者らは膨大な種類のゴムについてDME浸漬試験を実施して、ゴムの耐DME性について検討した結果、アクリロニトリルの含有量が38重量%以上のニトリル系ゴムが、DMEによるゴムの膨潤量が十分使用可能と推定できる範囲内に収まり、DMEおよびLPG用のシール材用ゴム原料として使用できる可能性が高いことが判った。
【0020】
そして、アクリロニトリルの含有量が38重量%以上のニトリル系ゴムに架橋系薬剤、添加剤、充填材等を配合して本発明の耐DME性ゴム組成物が得られる。配合される添加剤は、この耐DME性ゴム組成物を用いて製造される製品に応じて適宜選択されるが、以下に代表例を示す。
【0021】
架橋系薬剤は、従来よりニトリル系ゴムを架橋させるために使用している過酸化物系や硫黄系の架橋剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、共架橋剤等を特に制限されることなく用いることができ、その添加量も架橋に必要な量が適宜選択される。
【0022】
また、添加剤や充填材も従来よりニトリル系ゴム組成物の特性を向上させるために使用している老化防止剤、可塑剤、カーボンブラック、ホワイトカーボン等を特に制限されることなく用いることができる。これらの配合量は、目的とするゴム製品に要求される物性や特性に合わせて適宜選択される。
【0023】
本発明の耐DME性ゴム組成物並びにゴム部材は、通常のゴム製品の製造方法と同様にして製造することができる。即ち、オープンロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等による混練を行うことで耐DME性ゴム組成物が得られ、これを金型による熱プレス成形、押出成形、ブロー成型、トランスファー成型、射出成型等の方法によって所望の形状に成形することによりゴム部材が得られる。
【0024】
成形条件も通常のニトリル系ゴムの成形条件と同様でかまわないが、140℃〜190℃で、3〜60分間加熱加圧することが好ましい。140℃未満では硬化時間が長くなってしまうため工業的生産性に劣り、190℃を越えるとスコーチ発生や加硫戻りの危険性がある。より望ましくは160〜180℃である。
【0025】
また、特にシール材とする場合には、そのシール性質を向上させるために、上記の一次架橋の後、100〜160℃で1〜24時間程度熱処理して二次架橋させても良い。二次架橋条件は、製品の形状を損なわないように可塑剤等の配合剤が揮発しない条件が望ましい。
【0026】
【実施例】
以下、実施例と比較例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【0027】
(実施例1〜3、比較例1〜4)
表1に示す配合にて各材料を混合容器に投入し、ロールにて混練してゴムコンパウンドとし、これを金型に充填し、実施例1〜3及び比較例1〜3については160℃で15分間架橋成形してゴムシートを作製し、比較例4については170℃で10分間架橋成形した後、230℃で24時間加熱して2次架橋を行いゴムシートを作製した。
【0028】
【表1】
Figure 2004137391
【0029】
そして、作製したゴムシートについて、JIS K6258に準ずる方法で引張強さ、DMEおよびLPG浸漬(23±2℃×2Week)後の引張強さ変化率、厚さ変化率を測定した。試験の結果を表2に示す。
【0030】
【表2】
Figure 2004137391
【0031】
表2から判るように、本発明にかかる各実施例のゴムシートは、比較例のゴムシートに比べてDME浸漬後の引張強さと厚さの変化率が格段に小さく、耐DME性に優れるとともに、耐LPG性も良好であり、耐DME性と耐LPG性とを兼ね備えている。
【0032】
以上、本発明の耐DME性ゴム組成物及びゴム部材について、シール材を代表例として説明を行ってきたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えばホースやガス栓等にも適用できることは言うまでもない。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、DMEと接触する装置・機器に十分使用可能で、またLPG用の装置・機器にも従来と同様に使用できるゴム部材を提供することができる。

Claims (3)

  1. ジメチルエーテルのガスまたは液体と接触する部材を形成するためのニトリルゴム組成物であって、アクリロニトリルを38重量%以上含有するニトリル系ゴムをベースゴムとすることを特徴とする耐ジメチルエーテル性ゴム組成物。
  2. 上記ニトリル系ゴムが、NBRまたはHNBRであることを特徴とする請求項1記載の耐ジメチルエーテル性ゴム組成物。
  3. 請求項1または2に記載の耐ジメチルエーテル性ゴム組成物を成形してなることを特徴とするゴム部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006002877A (ja) * 2004-06-18 2006-01-05 Yokohama Rubber Co Ltd:The ジメチルエーテル輸送用ホース
JP2009298936A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Fujikura Rubber Ltd ゴム組成物、シール材、耐dme用ゴム組成物、及び、ゴム成分の耐dme性の付与方法

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