JP2006316182A - 低反撥ゴム組成物及びそれを用いた免震構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ジエン系ゴム、熱可塑性ポリマー、カーボンブラック、シリカ等を含有する低反撥ゴム組成物であって、前記熱可塑性ポリマーが、エチレン・ブテン共重合体、エチレン・メチルメタアクリレート共重合体及びポリオクテネマーから1種類以上選ばれ任意の割合で配合されていることを特徴とする低反撥ゴム組成物、及び該ゴム組成物を軟質ゴム層に使用した免震構造体。
Description
これは、地盤と構造物を軟質層で絶縁し、地震時の地盤の振動数に対し構造物の固有振動数を減少させる、即ち振動の入力加速度を減少させることにより構造物への被害を最小限に止めるものである。
請求項1記載の発明の要旨は、ジエン系ゴム55〜90重量部と、
エチレン・ブテン共重合体、エチレン・メチルメタアクリレート共重合体及びポリオクテネマーから1種類以上選ばれる熱可塑性ポリマーの合計が10〜45重量部とからなり、
その合計をゴム成分とするゴム100重量部を含む低反撥ゴム組成物に存する。
請求項2記載の発明の要旨は、前記ゴム100重量部に対して、カーボンブラックとシリカの合計が50〜120重量部を含むことを特徴とする、請求項1に記載の低反撥ゴム組成物に存する。
請求項3記載の発明の要旨は、粘着付与剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、ワックス、活性化剤、亜鉛華、軟化剤、可塑剤、ステアリン酸、嚼解剤、各種充填剤、加工助剤、および各種樹脂類を任意の割合でさらに含みうる、請求項1又は2に記載の低反撥ゴム組成物に存する。
請求項4記載の発明の要旨は、前記ジエン系ゴムが、天然ゴム、イソプレンゴム、低シスイソプレンゴム、ブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム、末端変性ブタジエンゴムからなる群から1種類以上選択され、各々単独あるいは任意の比率で配合されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物に存する。
請求項5記載の発明の要旨は、前記カーボンブラックが、窒素吸着比表面積93〜142m2/gの範囲内にある微粒子径のカーボンブラックであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物に存する。
請求項6記載の発明の要旨は、前記シリカは、比表面積が100〜210m2/gの範囲内の無定形シリカ、あるいは上記無定形シリカに疎水処理を施こした疎水処理シリカで、それぞれ単独或いは任意の割合で配合したものであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物に存する。
請求項7記載の発明の要旨は、請求項1乃至6のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物を軟質ゴム層とし、硬質板とを交互に積層した免震構造体に存する。
ジエン系ゴム成分としては、ゴム成分として通常ゴム工業で使用されている天然ゴム、イソプレンゴム、シス−1.4結合の含有率(重量%)が92%以下であるポリイソプレンゴム、ブタジエンゴム、シス−1.4結合の含有率(重量%)が35〜40%である低シスブタジエンゴム、末端変性ブタジエンゴムを用いることができ、単独、或いは任意の比率でブレンドされ使用される。
ブタジエンゴムは、ジエン系ゴム全体の中で重量比率67%以下において使用されることが好ましく、さらに好ましくは重量比率で30〜50%である。ブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム及び末端変性ブタジエンゴムの併用は、該ゴム組成物よりなる免震構造体の破壊強度を犠牲とすることなく、また免震構造体の特性が使用温度環境に影響されることなくその作製、例えば未加硫ゴムのロール加工を容易にする。
また、末端変性ブタジエンゴムは、ポリマー分子中に特定の官能基を導入したポリマーであり、コンパウンド中のシリカ粒子の分散性を向上させることができるため、本発明においてシリカを配合する際に使用することが好適である。
スチレン・ブタジエンブロック共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体は、優れた低反撥性は得られるも、ゴム配合物特性の温度依存性が大きく、特性のバランスに欠ける。 一方、エチレン・ブテン共重合体、エチレン・メチルメタアクリレート共重合体、ポリオクテネマーにおいては、優れた低反撥性を有し、かつ損失係数、せん断弾性係数に対する雰囲気温度の影響が小さく、特性のバランスがとれているために好適である。
本発明の低反撥ゴム組成物では、無定形シリカであって比表面積が100m2/g〜210m2/gの範囲内のシリカか、又は、前記無定形シリカを疎水処理した疎水処理シリカの夫々単独かまたは任意の比率で併用して配合される。
この免震構造体10は、上下面に金属製のフランジ1、2を備えその間に軟質ゴム層3と硬質板4を交互に積層した積層体であり、この軟質ゴム層3は本発明の低反撥ゴム組成物を加硫成型することにより得られる。
また、積層体の外周は軟質ゴム層3と同様のゴム組成物或いは天然ゴム又は本発明の中で特定されたジエン系ゴムより耐候性の優れたクロロプレンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン等の本発明の低反撥ゴム組成物の加硫ゴムと伸びの近似した一般のカーボンブラック配合ゴム組成物からなる被覆ゴム層5により被覆されていても良い。
硬質板4の材質としては、金属セラミック、プラスチックを用いることが出来、特に鋼板を用いることが好ましい。
表1記載のジエン系ゴムを以下に示す。
天然ゴム(NR):CV−60(恒粘度ゴム)
イソプレンゴム(IR):IR・2200
低シスイソプレンゴム(低シスIR):シス−1.4結合の含有率(重量%)が92%以下の低シスイソプレンゴム
ブタジエンゴム(BR):シス−1.4結合の含有率(重量%)が96%の高シスブタジエンゴム
低シスブタジエンゴム(低シスBR):シス−1.4結合の含有率(重量%)が35〜40%の低シスブタジエンゴム
末端変性ブタジエンゴム(末端変性BR):シリカ粒子の分散性向上のためポリマー中に特定の官能基を導入したブタジエンゴム
表1記載の熱可塑性ポリマーを示す。
スチレン・ブタジエン系:スチレン/ブタジエン比(重量比)が40/60のスチレン・ブタジエンブロック共重合体
エチレン・酢酸ビニル系:酢酸ビニル含有率(重量比)14%のエチレン・酢酸ビニル共重合体
エチレン・ブテン系:エチレン・ブテン共重合体 エチレン・メチルメタアクリレート系:メチルメタアクリレートの含有率が20%(重量%)以下であるエチレン・メチルメタアクリレート共重合体
ポリオクテネマー:シクロオクテンの重合体であるトランスポリオクテネマー
カーボンブラック:窒素吸着比表面積140m2/g の微少粒子径のカーボンブラック
無定形シリカ:窒素吸着比表面積205m2/g の無定形シリカ
本発明の低反撥ゴム組成物には、前記必須ゴム成分及び必須配合成分の他に通常ゴム工業で使用される硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、ワックス、活性化剤、亜鉛華、軟化剤、可塑剤、ステアリン酸、嚼解剤、各種充填剤、加工助剤、各種樹脂類などの公知の配合剤を通常の配合量の範囲内で適宜配合することができる。
各低反撥ゴム組成物の引張強さ、伸びは、JISK6251(ダンベル状試験片3号使用)に従い測定した。硬さをJISK6253に従い測定した。
ムーニー粘度(比):JISK6300に従い測定し、比較例1を基準(100)とし、それに対する比率で表示した。
図2の「2ブロック・ラップ・シェア型」試験体(ゴム部:幅25mm、長さ25mm、厚さ4mm)を各配合ゴム組成物を用い、140℃、30分間加硫成形し、得た。
周 波 数:0.05Hz
歪 み 率:175%
測定温度:23℃
せん断弾性係数(G)及び損失係数の測定:11回連続加振させ、第2回〜第11回の算術平均値を採用。
損失係数(比):比較例1を基準(100)とし、それに対する比率で表示した。
G(−10℃)/G(23℃):−10℃及び23℃で夫々測定されたせん断弾性係数(G)の比を示す。
これらの比較例に対し、ジエン系ゴムと熱可塑ポリマーを併用した実施例1〜15においては、ジエン系ゴムとして低シスブタジエンゴム単体である実施例15を除くいずれの配合系も、損失係数が大きく改良されている。また、実施例3〜14は、比較例2と同様に無定形シリカを大量配合したにもかかわらず、比較例2に比べムーニー粘度が低くなっている。しかし、熱可塑性ポリマーの中で実施例7のスチレン・ブタジエン共重合体及び実施例8のエチレン酢酸ビニル共重合体はいずれもG(−10℃)/G(23℃)の比が1.70以上と大きく支承体設置温度環境の影響が大きく好ましくない。
また、ジエン系ゴムとして、ブタジエンゴム単体使用の実施例15においては損失係数の改良効果が小さい。ブタジエンゴムの併用においては、実施例4のように、ジエン系ゴムでの比率が67%以下であることが望ましい。従って、ジエン系ゴムとしては天然ゴム、イソプレンゴムが、また混練時のロール粘着改良の観点からブタジエンゴムとの併用が望ましい。
熱可塑性ポリマーについては、エチレン・ブテン共重合体、エチレン・メチルメタアクリレート共重合体及びポリオクテネマーを配合した実施例1〜6、実施例9〜10、及び、ポリオクテネマーとエチレン・ブテン共重合体、ポリオクテネマーとエチレン・メチルメタアクリレート共重合体を併用した実施例11〜12では、G(−10℃)/G(23℃)の比が比較的小さく、損失係数が改良され、バランスのとれた組成物となっている。
また、ムーニー粘度においても低下が見られるため加工性に優れており、低反撥ゴム組成物として好ましい組成物を提供できる。即ち、熱可塑性ポリマーとしては、エチレン・ブテン共重合体、エチレン・メチルメタアクリレート共重合体及びポリオクテネマーの単体或いは混合しての使用が好適である。
カーボンブラックA:窒素比表面積 79m2/g(HAF級)
カーボンブラックB:窒素比表面積 109m2/g(ISAF級)
カーボンブラックC:窒素比表面積 140m2/g(SAF級)
ジエン系ゴム:イソプレンゴム(IR・2200)
熱可塑性ポリマー:ポリオクテネマー
無定形シリカ:窒素比表面積 205m2/gの無定形シリカ
本発明の低反撥ゴム組成物には、前記必須ゴム成分及び必須配合成分の他に通常ゴム工業で使用される硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、ワックス、活性化剤、亜鉛華、軟化剤、可塑剤、ステアリン酸、嚼解剤、各種充填剤、加工助剤、各種樹脂類などの公知の配合剤を通常の配合量の範囲内で適宜配合することが出来る。
実施例1と同様の実験条件において、各種特性を測定した。
一方、本発明においては、HAF級カーボンブラックより粒子径の小さい、即ち窒素比表面積の大きいカーボンブラック、具体的には窒素比表面積が93〜142m2/gの範囲にある実施例16、実施例17に示すカーボンブラックを使用することで繰返しせん断変形に対し大きな損失係数を得ることが出来た。窒素比表面積が143m2/g以上のカーボンブラック使用時においては、ゴム組成物中への良好な分散が得られず不均一な組成物となってしまうため、好ましくない。
乾燥試料250mgを250ml共栓付三角フラスコに精秤し、これに50mlのN/500−nジブチルアミン溶液(石油ベンジン溶媒)をピペットで加え、振とう器で約1時間振とうする。
この上澄液25mlをピペットで注意しながら吸い上げ、100mlビーカーに移しエタノール10mlを加え、電位差自働滴定装置で滴定する。(Aml)
別にN/500−nジブチルアミン溶液25mlとエタノール10mlをビーカーに入れ、電位差自働滴定装置で滴定し、ブランク(Bml)を行い、次式によってDBA吸着量を算出する。
DBA吸着量(m−mol/kg)=80(B−A)f
但しfはN/100過塩素酸の力価
注)使用電極:ガラス電極/比較電極(ダブル外部液には塩素酸カリ酢酸液)
ジエン系ゴム:イソプレンゴム(IR・2200)
熱可塑性ポリマー:ポリオクテネマー
カーボンブラック:窒素比表面積140m2/gのカーボンブラック
本発明の低反撥ゴム組成物には、前記必須ゴム成分及び必須配合成分の他に通常ゴム工業で使用される硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、ワックス、活性化剤、亜鉛華、軟化剤、可塑剤、ステアリン剤、嚼解剤、各種充填剤、加工助剤、各種樹脂類などの公知の配合剤を通常の配合量の範囲内で適宜配合することが出来る。
実施例1と同様の実験条件において、各種特性を測定した。
実施例18では、無定形シリカより二次粒子径の小さい結晶性シリカを併用したが、併用により損失係数(減衰性)は大幅に減少した。実施例19では、比較例4より2次粒子径の小さい無定形シリカを配合したために、損失係数が減少した。また、実施例20では、2次粒子径の小さい無定形シリカを配合したために、比較例4と損失係数は同レベルであるが、ムーニー粘度が著しく上昇した。
一方、実施例21、22では、疎水処理シリカを使用することにより、高い損失係数を得ながら、ムーニー粘度が低く抑えられている。疎水処理シリカは、未加硫ゴムのムーニー粘度上昇を抑える効果を有し、単体、又は、無定形シリカとの併用のいずれかの組み合わせでも、高い損失係数を得ることができる。
しかしながら、実施例23、25は、カーボンブラックとシリカの添加量の合計を45重量部とした配合であるため、損失係数は低下し、実施例24、26は、カーボンブラックとシリカの添加量の合計を120重量部としたために、ムーニー粘度の著しい上昇が見られた。
本発明の低反撥ゴム組成物においてはゴム成分に対しカーボンブラックとシリカの合計配合量が49重量部以下では損失係数改良効果が大巾に減少し、また121重量部以上では未加硫ゴムの著しい粘度上昇がおこり好ましくない。
従って、この低反撥ゴム組成物を適用した免震構造体は、破壊強度と免震性能に優れ、地震時の振動エネルギー吸収能を長期に亙って安定的に発揮することが出来る。
3 ・・・ 軟質ゴム層(低反撥ゴム)
4 ・・・ 硬質板
5 ・・・ 被覆ゴム層
10 ・・・ 免震構造体
Claims (7)
- ジエン系ゴム55〜90重量部と、
エチレン・ブテン共重合体、エチレン・メチルメタアクリレート共重合体及びポリオクテネマーから1種類以上選ばれる熱可塑性ポリマーの合計が10〜45重量部とからなり、
その合計をゴム成分とするゴム100重量部を含む低反撥ゴム組成物。 - 前記ゴム100重量部に対して、カーボンブラックとシリカの合計が50〜120重量部を含むことを特徴とする、請求項1に記載の低反撥ゴム組成物。
- 粘着付与剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、ワックス、活性化剤、亜鉛華、軟化剤、可塑剤、ステアリン酸、嚼解剤、各種充填剤、加工助剤、および各種樹脂類を任意の割合でさらに含みうる、請求項1又は2に記載の低反撥ゴム組成物。
- 前記ジエン系ゴムが、天然ゴム、イソプレンゴム、低シスイソプレンゴム、ブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム、末端変性ブタジエンゴムからなる群から1種類以上選択され、各々単独あるいは任意の比率で配合されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物。
- 前記カーボンブラックが、窒素吸着比表面積93〜142m2/gの範囲内にある微粒子径のカーボンブラックであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物。
- 前記シリカは、比表面積が100〜210m2/gの範囲内の無定形シリカ、あるいは上記無定形シリカに疎水処理を施こした疎水処理シリカで、それぞれ単独或いは任意の割合で配合したものであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の低反撥ゴム組成物を軟質ゴム層とし、硬質板とを交互に積層した免震構造体。
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