JP2006045325A

JP2006045325A - 高減衰ゴム組成物及びそれを用いた免震構造体

Info

Publication number: JP2006045325A
Application number: JP2004227367A
Authority: JP
Inventors: Toshio Azechi; 利夫畦地; Hiroaki Oe; 裕彰大江
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】高減衰性能と加工性を両立することのできるカーボンブラックの多量配合を可能とする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％以上が軟化点１００〜１８０℃の範囲にある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り、高減衰ゴム組成物における減衰性能と加工性やゴム物性とのバランスよい両立を図ることが求められ、また、ゴム組成物の更なる高減衰性を得るためにカーボンブラックを増量配合することが望まれている。

また、ゴム組成物の減衰性を向上し、加工性を改善するためにカーボンブラックと共に石油樹脂などの樹脂類を配合することが行われているが、樹脂を多量に配合するとクリープ特性が低下し長期耐久性に劣るという不具合が生じてくる。
特開平１０−１１００６４号公報特開平１０−１７６０８３号公報

本発明は、上記実状に鑑み、高減衰性及び強度や伸びのゴム特性に優れ、ゴム組成物の剛性（弾性率）の調整が可能であり、カーボンブラックの更なる多量配合を可能とし、この多量配合時にも未加硫ゴムの粘度上昇を抑えて加工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、カーボンブラックの多量配合によるゴム組成物の高剛性配合時に、軟化点が特定範囲にある樹脂を含むことにより、ゴム組成物の高減衰性付与のために必要なカーボンブラックを多量に配合した場合にも未加硫ゴムの粘度上昇を抑え加工性を良好に維持することができる知見を得て本発明を完成させるに到った。

すなわち、本発明は、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％以上が軟化点１００〜１８０℃の範囲にある樹脂からなることを特徴とする高減衰ゴム組成物である。

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を含有することで、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ことができ、さらに軟化点が１００〜１８０℃の範囲にある樹脂を所定量以上配合することで未加硫ゴムのムーニー粘度の上昇を抑えて加工性を改善することができるようになり、カーボンブラックのより多量配合を可能としてゴム組成物の更なる高減衰性を加工性を損なうことなく引き出すことができる。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、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物性に優れたゴム組成物を得ることができる。

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に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）の調整が可能であり、カーボンブラックの配合量範囲を広範囲にして、特にカーボンブラックの多量配合による高剛性配合の場合にも未加硫ゴムの加工性を良好にし工程安定性を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特定の軟化点を有する樹脂を含有するものである。

すなわち、本発明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％以上が軟化点１００〜１８０℃の範囲にある樹脂からなる高減衰ゴム組成物である。

本発明に用いられ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。

本発明に用いら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重量部であることが好ましい。

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、ＡＳＴＭＤ３７６５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。

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、その樹脂配合量の１０重量％以上が軟化点１００〜１８０℃の範囲の樹脂から構成される。

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も悪化し、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、またゴム組成物のタック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。

本発明に用いられる樹脂としては、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は、樹脂配合量の１０重量％以上が軟化点が１００〜１８０℃の範囲にある樹脂からなり、この軟化点の範囲にある樹脂を含むことでカーボンブラックの多量配合時の未加硫ゴムの粘度上昇を抑え加工性の低下を補う効果を向上し、さらに多量のカーボンブラックの配合が可能となりゴム組成物の減衰性を一層高めながらゴム組成物の加工性を維持することができる。軟化点が１００〜１８０℃の範囲にある樹脂が樹脂配合量の１０重量％未満の場合は上記効果を十分に満たすことができない。

ここで用いられる軟化点が１００〜１８０℃の範囲にある樹脂の種類は特に制限されることはなく、上記石油系樹脂、ロジン誘導体樹脂、テルペン系樹脂等の樹脂から適宜選択し、またこれらの樹脂を変性したり水添したものを用いることができる。

この樹脂の軟化点が１００℃未満では、未加硫ゴムの粘度上昇を抑える効果が十分でなくカーボンブラックを増量することが難しくなり、軟化点が１８０℃を越えるとゴムの混練中に樹脂が溶融し難くゴム組成物の調整が困難となる。

従って、本発明は、ＣＴＡＢを限定するカーボンブラックと特定範囲の軟化点を有する樹脂とを含有することで、加工性を損なうことなくカーボンブラックの配合量範囲を広範囲にして多量配合を可能とし、ゴム組成物の減衰性をより向上し、剛性（弾性率）を任意に設定することのできる各種免震装置の用途に適合するゴム組成物とすることができる。

本発明の高減衰ゴム組成物には、前記ゴム成分、樹脂、カーボンブラックの他に、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Ａ，Ｂ、軟化点の異なる石油樹脂Ａ〜Ｃ、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（Ａ）：ＣＴＡＢ＝１３５ｍ^２／ｇ
・カーボンブラック（Ｂ）：ＣＴＡＢ＝１２０ｍ^２／ｇ
・石油樹脂（Ａ）：東邦化学（株）トーホーハイレジン＃９０軟化点９５℃
・石油樹脂（Ｂ）：東邦化学（株）トーホーハイレジン＃７５軟化点７５℃
・石油樹脂（Ｃ）：日本ゼオン（株）クイントン１３４５軟化点１３０℃
・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、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作製した。

［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、ＪＩＳＫ６３００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ＪＩＳＫ６２５１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、各比較例の石油樹脂（Ｂ）を軟化点が１３０℃にある石油樹脂（Ｃ）に置換した実施例１〜４のゴム組成物は、基本物性及び免震特性を比較例と同等以上に保ちながらムーニー粘度を低いレベルに維持し、カーボンブラック配合量を増量した場合にもムーニー粘度の上昇を抑えることが明らかであり、また実施例１，３に対して石油樹脂（Ｃ）を増量した実施例４，５はその増量効果が明らかに現れムーニー粘度の低下代を大きくすることが分かる。従って、本発明の高減衰ゴム組成物はカーボンブラックの配合量の増量を可能とし、増量によるゴム組成物の減衰性向上を一層図ることができる。

以上説明したように、本発明による高減衰ゴム組成物は、カーボンブラックの多量配合による高剛性配合のゴム組成物においても、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得ることができ、さらなる高減衰性を実現するものとなり、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

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％以上が軟化点１００〜１８０℃の範囲にある樹脂からなる
ことを特徴とする高減衰ゴム組成物。
前記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。