JP2005344087A - 高減衰ゴム組成物及びそれを用いた免震構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 高減衰性及び強度や伸びなどのゴム特性に優れ、かつ未加硫ゴムの粘度上昇を抑えて工程性を損なうことのない免震構造体に好適な高減衰ゴム組成物及び減衰性能に優れた免震構造体を提供する。
【解決手段】 ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１００〜１７０ｍ^２ ／ｇであるカーボンブラック４０〜９５重量部と、樹脂を１０〜５０重量部含有し、前記樹脂含有量の１０重量％以上がフェノール系樹脂又は変性フェノール系樹脂などの熱硬化型樹脂からなる高減衰ゴム組成物２を用いた免震構造体１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高減衰ゴム組成物に関し、減衰性能及び破壊強度に優れるとともに、高剛性でありながら加工性を良好にすることのできる高減衰ゴム組成物に関する。

建築物の基礎免震、橋梁や高架道路などの構造物の支承には、ゴム組成物と鋼板等の硬質板とを交互に積層した免震構造体が用いられている。この免震構造体は、上下方向には高い剛性、せん断方向には低い剛性を有する弾性構造体であり、地震の振動数に対して建築物の固有振動数を低減することにより、振動の入力加速度を減少し、建築物あるいはその中の人、設備などに対する被害を最小限にするものである。

このような用途のゴム組成物としては、ジエン系ゴムをゴム成分とし、高減衰性を付与するために微粒子カーボンブラックと石油樹脂とを多量に配合することが行われている（特許文献１，２）。

しかし、カーボンブラックの多量配合はゴムの剛性を向上させ高減衰性を付与することはできるが、ゴム粘度の上昇により未加硫ゴムの混練や押出等の精練工程に悪影響し加工性を著しく低下させるとともに、ゴム硬度の上昇による破壊強度や破断伸びを低下させるという問題がある。
特開平１０−１１００６４号公報 特開平１０−１７６０８３号公報

そこで、高減衰ゴム組成物における優れた減衰性能やゴム特性を具え、高剛性でありながら加工工程での工程性を良好にする、二律背反する両性能をバランスよく両立することが求められている。

本発明は、高剛性のゴム組成物であって高減衰性及び強度や伸びのゴム特性に優れ、かつ未加硫ゴムの粘度上昇を抑えて工程性を損なうことのない免震構造体に好適に使用することができる高減衰ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、特定のコロイダル特性を有するカーボンブラックと特定の樹脂成分を併用することで、カーボンブラック配合量を抑えながら未加硫時はゴム粘度の上昇を抑制して加工性を維持し、加硫後は高剛性を発現して減衰性とゴム特性に優れるゴム組成物が得られることを見出し本発明に到達し完成させた。

すなわち、本発明の高減衰ゴム組成物は、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１００〜１７０ｍ^２ ／ｇであるカーボンブラック４０〜９５重量部と、樹脂を１０〜５０重量部含有し、前記樹脂含有量の１０重量％以上が熱硬化型樹脂からなることを特徴とする。

この場合、前記熱硬化性樹脂がフェノール系樹脂又は変性フェノール系樹脂であることが好ましい。

本発明の高減衰ゴム組成物によると、ＣＴＡＢが１００〜１７０ｍ^２ ／ｇである微粒子カーボンブラックはゴムの剛性（弾性率）を向上し高減衰性をゴム組成物に付与するものとなり、さらに熱硬化性樹脂は加硫後ゴム組成物の剛性を向上し減衰性を高めることでカーボンブラックの減量によっても剛性や減衰性を確保するものとなり、カーボンブラック配合量を制限して未加硫時の粘度上昇を抑えて加工性を良好にすることができる。すなわち、熱硬化性樹脂は、未加硫時には通常の樹脂と同じく軟化作用を発揮して微粒子カーボンブラック配合による高剛性配合のゴム粘度の上昇を抑制し、加硫後には樹脂の硬化作用によりゴム剛性を向上し高減衰性を発現しカーボンブラックの減量による剛性や減衰性の低下を補うものとなる。

これにより、微粒子カーボンブラックを多量配合した高剛性配合の場合にも、カーボンブラックの配合量を制限して未加硫ゴムの加工性を良好にして工程安定性を維持するとともに、高減衰性能及びゴム特性に優れた高減衰ゴム組成物を実現することができる。

そして、前記高減衰ゴム組成物を用いてなる免震構造体では、高減衰ゴム組成物により地震などの振動エネルギーを吸収、減衰し、建造物や内部の人、機械装置などを保護し、その振動減衰効果を長期間安定して継続する耐久性に優れたものとなる。

本発明の高減衰ゴム組成物は、減衰性能及び破壊特性に優れ、ゴム組成物の剛性（弾性率）の任意の調整が可能であり、カーボンブラックの配合量を抑えて加工性を良好に維持し高減衰性を得ることができる。従って、各種の免震、防震、除震等の振動エネルギーの吸収効果に優れる免震構造体に好適に使用することができる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

本発明の高減衰ゴム組成物は、ジエン系ゴム成分に特定のコロイダル特性を有するカーボンブラックと樹脂として熱硬化性樹脂を含有するものである。

本発明の高減衰ゴム組成物で使用されるゴム成分は、ジエン系ゴムを主成分とする。ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、各種のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、各種のブタジエンゴム（ＢＲ）、シンジオタクチック−１，２ポリブタジエンで変性したシス−１，４ブタジエンゴム（ＶＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）などを挙げることができ、その単独又は任意の２種以上を併用し使用することができる。

なかでも、機械的強度特性、減衰性、加工性等のバランスの観点から、ＮＲやＩＲの天然ゴム系ゴム成分が好適であり、ＮＲ及び／又はＩＲを主成分としてＢＲやＶＣＲを配合し減衰性や低温特性の向上を図るものでもよい。

本発明に使用されるカーボンブラックは、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１００〜１７０ｍ^２ ／ｇであり、その配合量が前記ジエン系ゴム成分１００重量部に対し４０〜９５重量部である。

このカーボンブラックのＣＴＡＢが１００〜１７０ｍ^２ ／ｇである微粒子カーボンブラックは、ゴム組成物を高剛性（高弾性）にし、かつ減衰性に優れたものとすることができる。カーボンブラックのＣＴＡＢが１００ｍ^２ ／ｇ未満であると、粒径が大きくなり良好な減衰性能が得られず、また１７０ｍ^２ ／ｇを越えると分散性が悪化し、未加硫ゴムのムーニー粘度も上昇し混練性や押出性などの加工性を悪化させ、ゴム硬度も高くなってゴム特性が低下し、この上限を越えると減衰性能と加工性やゴム特性との両立が困難になる。なお、ＣＴＡＢは、ＡＳＴＭ Ｄ３７６５ に準拠する測定値である。

また、カーボンブラックの配合量がジエン系ゴム成分１００重量部に対して４０重量部未満では所望の減衰性能が得難くなり、９５重量部を越えるとカーボンブラックの分散性が悪化し強度や伸びなどのゴム特性が低下し、加工性の低下も大きくなり好ましくない。もちろん、上記カーボンブラック以外のカーボンブラックを併用してもよい。

本発明の高減衰ゴム組成物においては、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して樹脂が１０〜５０重量部配合され、その樹脂含有量の１０重量％以上が熱硬化型樹脂からなる。

樹脂の配合量が１０重量部未満では樹脂による減衰性向上の効果が得られないだけでなく加工性が悪化し製造工程に問題を生じ、５０重量部を越えると未加硫ゴムの粘度の低下が大きくなってゴムの混練工程が困難となり、またゴム組成物の粘着が過大となりロール粘着等の作業性悪化、さらに加硫ゴムのクリープ性も大きくなり減衰性や耐久性が低下する。

本発明に使用される樹脂としては、オレフィン、ジオレフィンなどのＣ５，Ｃ９石油留分を重合し樹脂化した石油樹脂、クマロン−インデン樹脂やクマロン樹脂／ナフテン系油／フェノール樹脂／ロジンの混合品のようなクマロン樹脂系樹脂、フェノール−アセチレン樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、テルペン−フェノール樹脂、ポリテルペン樹脂、キシレン−ホルムアルデヒド樹脂などのフェノール−テルペン系樹脂、芳香族系炭化水素樹脂、脂肪族系炭化水素樹脂、脂肪族−芳香族系石油樹脂などの石油系炭化水素樹脂が挙げられ、また、ロジンやロジン誘導体樹脂、テルペン系樹脂等が挙げられ、その単独或いは任意の２種以上を併用し用いることができる。

本発明の高減衰ゴム組成物においては、前記樹脂含有量の１０重量％以上が熱硬化性樹脂が配合され使用される。熱硬化性樹脂としては、特にその種類に制限を受けることはないが、フェノール系樹脂又は変性フェノール系樹脂が好適に使用される。

フェノール系樹脂としては、フェノール類（フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン等）とアルデヒド類（ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール等）との縮合反応により得られる熱硬化性を有するレゾール型の各フェノールとアルデヒドとの組み合わせによる樹脂が使用でき、中でもフェノール−ホルムアルデヒド樹脂が好適である。

また、フェノール系樹脂は、ノボラック型のフェノール−アルデヒド縮合物を使用することもでき、この場合は加熱により樹脂を架橋させるヘキサメチレンテトラミン等のポリアミンを硬化剤として内添加したものを使用すればよい。

変性フェノール樹脂としては、上記フェノール系樹脂を基本としてオイル等の変性剤を用いて変性したものが使用される。

この変性剤としては、ロジン油、トール油、カシュー油、リノール油、オレイン酸、リノリン酸等のオイル、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができるが、中でもカシュー油で変性されたものが好ましい。

フェノール系樹脂又は変性フェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂は、樹脂含有量の１０重量％以上が配合され使用されることで、ゴム組成物の未加硫時には通常の樹脂と同様にその軟化作用によってゴム粘度の上昇を抑制し微粒子カーボンブラックの配合による加工性の低下を補い、加硫後には熱硬化性樹脂の硬化作用によりゴム組成物の剛性を向上し減衰性を高めることができる。

従って、この熱硬化性樹脂を使用することにより、カーボンブラックの配合量を減量した場合にも、加硫後ゴム組成物に所望の減衰性やゴム特性を付与することができるようになり、カーボンブラックの配合量を制限し未加硫時の粘度上昇を抑えて加工性を確保し工程安定性を維持することができる。なお、熱硬化性樹脂の使用量が１０重量％未満であると、その硬化効果は急激に低下し加硫後ゴム組成物の剛性が得られず、剛性確保のためにカーボンブラックの多量配合を要して本発明の加工性改善の目的を達成できない。

本発明の高減衰ゴム組成物には、前記ゴム成分、カーボンブラック、熱硬化性樹脂及び樹脂の他に、必要に応じて通常にゴム工業で使用されている硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、シリカ、シランカップリング剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、オイル等の軟化剤、ワックス、各種充填剤、可塑剤、各種樹脂類などの配合剤を通常の配合量の範囲で適宜配合することができる。

本発明の高減衰ゴム組成物は、上記成分をバンバリーミキサーやニーダーなどのゴム工業で通常使用されるゴム用混合機を用いて混合することにより得られる。

本発明の免震構造体は、前記高減衰ゴム組成物からなるゴム部材と鋼板などの硬質板とからなる構造体である。

この免震構造体としては、図１に示すような高減衰ゴム層２と硬質板３とを交互に積層して接着し、上下面にフランジ４、４’を備えた免震構造体１が例示され、その内部構造、形状、大きさなどは制限されず、形状は円柱状の他に四角柱状、多角柱状、楕円柱状など用途により選択でき、また前記硬質板やフランジは冷間圧延鋼板や各種金属板、セラミック材、ＦＲＰなどの強化プラスチック材などの各種材質のものが用いられる。

前記免震構造体の製造方法は、高減衰ゴムを成形、加硫して得たシート状のゴム部材と硬質板やフランジとを積層し接着剤により接着する方法、またはシート状に成形した未加硫の高減衰ゴムと硬質板やフランジと積層し加硫接着し製造することができる。

この免震構造体はビルや戸建て建築物などの基礎免震、橋梁や道路の支承などの免震、除振、防振などの振動エネルギーの吸収に安定した効果を有し、好適に使用することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。

表１に示す各実施例、比較例について、天然ゴム（ＮＲ、ＲＳＳ＃３相当）１００重量部に対して、ＣＴＡＢを限定したカーボンブラック、熱硬化性樹脂のフェノール系樹脂、通常の石油樹脂、及び可塑剤（プロセスオイル）を表１に記載の配合量（重量部）で配合した。

［カーボンブラック、樹脂及び可塑剤］
・カーボンブラック：ＣＴＡＢ＝１３５ｍ^２ ／ｇ
・フェノール系樹脂：住友ベークライト（株）製、ＰＲ１２６８６Ｒ
・石油樹脂：日本ゼオン（株）製、クイントン１３４５
・可塑剤：アロマ系プロセスオイル

上記ＮＲ、カーボンブラック、フェノール系樹脂、石油樹脂、可塑剤に、下記の共通配合成分を配合（重量部）し、各実施例、比較例の各ゴム組成物を通常の密閉式バンバリーミキサーを用いて混練し調整した。

［共通配合成分と配合量］
・亜鉛華：３重量部（３号亜鉛華）
・ステアリン酸：２重量部（工業用ステアリン酸）
・老化防止剤：３重量部（フレキシス（株）サントフレックス１３）
・硫黄：２重量部（５％油処理粉末硫黄）
・加硫促進剤：１．２重量部（大内新興化学工業（株）ノクセラーＣＺ）

得られた各ゴム組成物について、加工性、基本物性（引張強さ、破断時伸び）、及び免震特性を下記方法に従って評価を行い、その結果を表１に示す。

［加工性］
各高減衰ゴム組成物のムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）、温度１００℃）を、ＪＩＳ Ｋ ６３００に従い測定し、加工性の指標とした。数値が小さいほど加工性が良い。

［引張強さ、破断伸び］
各高減衰ゴム組成物の引張強さ（ＴＢ）、及び破断伸び（ＥＢ）をＪＩＳ Ｋ６２５１に従い（３号形ダンベル使用）測定した。数値が大きいほど良い。

［免震特性］
図２に示す「２ブロック・ラップ・シェア型」試験体（ゴム部：幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍ、厚み５ｍｍ）を各ゴム組成物を用いて加硫作製し、油圧式振動試験機を用いて周波数０．５Ｈｚで、下記３シリーズの歪み条件でせん断加振を与え、図３に示すような応力−歪み曲線を得、せん断弾性係数（Ｇｅｑ）と振動吸収特性（Ｈｅｑ）を求めた。測定温度は２０℃とした。

歪み加振条件
第１シリーズ：歪み１００％で１０回加振する。
第２シリーズ：歪み２００％で１０回加振する。
第３シリーズ：歪み１００％で２回加振する。

第１シリーズにおける加振１０回目と第３シリーズにおける加振２回目について、図３に示す応力−歪み曲線からＧｅｑとＨｅｑをそれぞれ下記式（１）、（２）から算出し、その平均値をそのゴム組成物のＧｅｑ及びＨｅｑとし、表１に示す。Ｇｅｑは剛性の指標であり任意の値に設定され、Ｈｅｑは減衰性の指標であり大きいほど良好である。

Ｇｅｑ（Ｋｇｆ／ｃｍ^２ ）＝Ｆ／２ …（１）
Ｈｅｑ（％）＝（ΔＷ／（Ｗ１＋Ｗ２））×１／２π×１００ …（２）
ここで、ΔＷは図３における応力−歪み曲線のループ内の面積であり、Ｗ１，Ｗ２はそれぞれ図３における三角形領域の面積である。

表１の結果より、比較例１に対しカーボンブラックを増量した比較例２は、剛性と減衰性を向上するがムーニー粘度が上昇し加工性が悪化し、カーボンブラックと石油樹脂を増量した比較例３はムーニー粘度を保つことはできるがカーボンブラック増量により剛性を高める効果がそれほど得られない。これに対して、フェノール系の熱硬化性樹脂を添加した実施例１はカーボンブラックの増量を抑えてムーニー粘度を低レベルに維持し、比較例１と遜色のない剛性や減衰性、ゴム物性を有し、さらにフェノール系樹脂を増量することで未加硫時の加工性と加硫後の剛性、減衰性を向上し、加工性と免震特性との両立が図られることが分かる。

以上説明したように、本発明による高減衰ゴム組成物は、優れた免震性能を具えつつ未加硫ゴムの粘度上昇を抑えて加工性を維持し工程安定性を良好に維持するものとなり、ビル等の建築構造物、橋梁や道路の支承など各種の免震構造体に好適に使用してすることができる。

本発明の高減衰ゴム組成物を適用した免震構造体である。 「２ブロック・ラップ・シェア型」試験体の斜視図である。 応力−歪み曲線の説明図である。

符号の説明

１……免震構造体
２……高減衰ゴム
３……硬質板
４，４’……フランジ

Claims (3)

1. ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が１００〜１７０ｍ^２ ／ｇであるカーボンブラック４０〜９５重量部と、樹脂を１０〜５０重量部含有し、
   前記樹脂含有量の１０重量％以上が熱硬化性樹脂からなる
   ことを特徴とする高減衰ゴム組成物。
2. 前記熱硬化型樹脂がフェノール系樹脂又は変性フェノール系樹脂である
   ことを特徴とする請求項１に記載の高減衰ゴム組成物。
3. 請求項１又は２に記載の高減衰ゴム組成物を用いてなる
   ことを特徴とする免震構造体。
   

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