JP2007091853A - 膨潤性材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で無害な膨潤性材料の提供。
【解決手段】 軟質の樹脂又はゴムに塩化ナトリウムを略均一分布に配合し、該塩化ナトリウム以外に軟質の樹脂又はゴムに膨潤性を付与する物質を配合していない。膨潤性材料が水に接触することにより、水が浸透圧によって塩化ナトリウムに吸収されることで、水を吸収した分だけ、膨潤性材料全体が膨潤する。塩化ナトリウムは安価であり、水に溶出することがあっても、無害である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軟質の樹脂又はゴムの特性を有し、且つ、水に接することで膨潤する膨潤性材料及び該膨潤性材料で形成した膨潤性水シール部材に関する。

建築・建設・土木の各業界において、防水や止水を目的としてコンクリートの継ぎ目やマンホール接合部などに、膨潤ゴムや、膨潤樹脂で作られ膨潤性水シール部材が用いられている。
家電製品や住宅の水回りの設備にも、上記同様の目的で、膨潤性水シール部材が用いられている。

上記膨潤性水シール部材は、軟質樹脂や軟質ゴムに吸水性樹脂粒子を配合した膨潤性材料(例えば、特許文献１、特許文献２)を、所望の形状に成形したものである。

吸水性樹脂粒子は一般の樹脂やゴムより高価であるから、膨潤性水シール部材は、非膨潤性水シール部材と比べてコスト高を招来する。
又、軟質の樹脂又はゴムと、吸水性の高分子材料を配合して膨潤性材料を作成するため、即ち、特性の異なる高分子材料どうしを配合するため、個々の高分子材料が本来持つ特性を損なう虞れがある。

又、光ファイバーケーブルに実装される膨潤性水シールテープにおいて、テープの膨潤層を、樹脂バインダー中に吸水樹脂粒子及び塩化ナトリウム等の塩類を分散させて形成することが提案されている(特許文献３)。該特許文献３は下記の問題解決を課題としている。
海水に対する吸収力が高い吸水樹脂粒子は、淡水に対しては過剰すぎる吸収力を発揮し、例えば、海水に対する吸収倍率２０〜３０倍が、淡水に対しては２００〜１０００倍に達するものがある。
海水をターゲットする膨潤性水シールテープが実装された光ファイバーケーブル内に淡水が侵入すると、テープの膨潤層が多量の淡水を吸収して過剰に膨張し、その圧力で伝送損失を発生することがある。
そこで、水シールテープの膨潤層に、吸水樹脂粒子と共に塩類を分散させておくことにより、水シールテープの膨潤層内に淡水が吸収されると、膨潤層に分散されている水溶性の塩類が、膨潤層内に吸収された淡水に溶解されて解離する様にする。これによって、当該水溶性の塩類が過剰な吸水性能を抑制して、海水に対する吸水性能(２０〜３０倍)と同程度とするのである。
即ち、特許文献３では、塩類を膨潤抑止剤として用いている。

特開昭５９−１２０６５３公報 特開昭５１−９６８４８公報 特開２０００−９８１９９号公報

本発明の目的は、軟質の樹脂又はゴムの特性を損なうことなく、使用環境に存在する水に浸漬、又は接触した時に膨潤する材料を容易に且つ安価に製造することにある。

本発明の膨潤性材料は、軟質の樹脂又はゴムに水溶性の塩類を配合しており、該塩類以外の吸水性物質を配合していない。

本発明の膨潤性水シール部材は、上記膨潤性材料で形成されている。

本発明の膨潤性材料は、軟質の樹脂又はゴムに水溶性の塩類が配合されているから、膨潤性材料が、水に浸漬または接触することにより塩類と水との間で浸透圧を発生させて、水分を吸収し、水分の吸収分だけ膨潤性材料全体が膨潤する。
膨潤倍率は、塩類の配合割合によって異なるが、従来の吸水性樹脂粒子を用いた場合の様な高倍率ではなく、２〜３倍、高くても５倍以下の低倍率である。従って、該膨潤性材料によって形成した膨潤性シールは、使用箇所にダメージを与える様な過剰すぎる膨潤を生じない。

塩類の内、塩化ナトリウムの様に安価に入手できる塩類を用いると、従来の吸水性高分子を用いた膨潤性材料に較べて製造コストを低減できる。
塩類の内、塩化ナトリウムの様に、食品添加剤に用いられる塩類を用いると、塩類が水に溶出しても無害であり、、環境汚染の問題も生じない。
塩化ナトリウムは、安価、無害の両方を満足する塩類の代表として挙げることができる。
又、塩化ナトリウムは、軟質樹脂やゴム、或いは水と化学反応を生じないので、軟質樹脂やゴムの特性を損なわない。

本発明の膨潤性水シール部材は、上記膨潤性材料で形成されているから、上記同様の効果を有する。

本発明の膨潤性材料は、軟質の樹脂又はゴムに水溶性の塩類を略均一に分散する様に配合している。ここで重要な点は、軟質の樹脂又はゴムに、該塩類以外の膨潤性を付与する物質を配合していない点である。
本発明では、膨潤性材料が、使用環境に存在する水に浸漬或いは接触することで、塩類と水との間に浸透圧を生じさせ、塩類が水分を吸収することで、樹脂又はゴムを積極的に膨潤させる。前記特許文献３の塩類が、吸水性樹脂粒子による過剰な吸水膨張を抑止する働きをなすこととは正反対の作用であり、特許文献３の技術とは決定的に異なる。

軟質な樹脂として、例えば、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、シリコーン系樹脂を挙げることができる。
軟質なゴムとして、例えば、スチレンブタンジェンゴム、ブタジェンゴム、イソプロピレンゴム、クロロプロピレンゴム、イソブチレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴムを挙げることができる。ゴムはこれら合成ゴムに限らず、天然ゴムでもよい。

塩類として、入手が容易で、安価、且つ食品添加剤として使用される様な人体に無害なものが望ましい。
塩類として、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ストロンチウム、塩化アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムを挙げることができる。

軟質の樹脂又はゴム１００質量部に対して、１質量部以上１００質量部未満の塩類を配合している。
軟質の樹脂又はゴム１００質量部に対して、塩類の割合が１質量部未満であると、膨潤性材料は、殆んど膨潤しない。
軟質の樹脂又はゴム１００質量部に対して、塩類の割合が１００質量部を越えると、軟質樹脂又はゴムの特性である弾性力が著しく低下する。

好ましくは、軟質な樹脂又はゴム１００質量部に対して、塩類の配合割合は、１０質量部以上８０質量部以下とすることである。
この理由は、この範囲であれば膨潤が明確に認識でき、元の軟質樹脂の又はゴムの物性変化を抑えられるためである。

更に好ましくは、塩類の配合割合は、３０質量部以上５０質量部以下とすることである。 この理由は、膨潤性と加工性のバランスが良いためである。

塩類(ここでは、「塩化ナトリウム」)の平均粒径は、０.０２mm以上、０.３mm以下で膨潤効果を得ることができる。ここでの平均粒径とは、平均値から突出して大きい或いは小さい粒がなく、粒径がほぼ揃っている粒の集合体での平均粒径のことである。
塩類の粒径が０.３mmであると、膨潤性部材を浸漬または接触した水へ塩類が溶出し易くなって、軟質の樹脂やゴムを膨潤させるための浸透圧が小さくなり、樹脂又はゴムを膨潤させる機能が低下するからである。
粒径０.０２mmの塩類は入手困難である。
塩類の平均粒径は、望ましくは０.１mm以下、更に望ましくは、０.０５mm以下である。
この理由は、粒径が小さい方が水への溶出を抑えることができ、浸透圧による膨潤部材内への水の移動が容易となるためである。

軟質の樹脂又はゴムの硬度は、ＪＩＳーＡ硬度で９５Ｈｓ未満であることが、膨潤性水シール部材を成形するための材料として適している。
軟質の樹脂又はゴムの硬度が、ＪＩＳーＡ硬度で９５Ｈｓ以上であると、硬すぎて膨潤性水シール部材の材料には適さない。

軟質樹脂又はゴムに対する、塩類の配合、撹拌は、公知のニーダー、バンバリーミキサー、オープンロールを用いて行うことができる。熱可塑性の軟質樹脂に塩類を配合するには、リボンブレンダーを採用することができる。
塩類の配合、撹拌の方法は、上記に限定されるものではなく、塩類を均一分布に配合できれば方法は問わない。塩類の分布が不均一であれば、膨潤性材料を水に浸漬したとき、浸透圧の発生も不均一となり、歪んで膨潤してしまう。

上記膨潤性材料は、射出成形、押出し成形等、一般の軟質樹脂又はゴムを成形する方法で成形が可能であり、膨潤性環状パッキン、膨潤性シート状パッキン等の膨潤性シール部材を既存の装置、方法で容易に成形できる。又、膨潤性材料をそのまま、或いは顔料等で色付けしてコーキング材として使用できる。

硬度５０Ｈｓのシリコーンゴム１００質量部に対し、平均粒径０.０５mmの塩化ナトリウム３０質量部を配合、撹拌し、更に架橋剤を追加配合して１７０℃で１０分間加熱し架橋を行い略直方体の成形体を得た。

図１は、この成形体を２５℃の蒸留水に１００日間浸漬し、最初の１０日は毎日、その後は１０日毎に計測した膨張増加率をグラフに表したものである。
下記の表１は、上記成形体(実施例１)と、他の実施例の２乃至５及び比較例１を、25°Ｃの蒸留水に１か月浸漬した成形体の体積膨張率を示している。
実施例２乃至５及び比較例１の成形体も略直方体である。

図１及び表１において、体積膨張率(体積膨張増加率)の数値の単位は、％増しであり、実施例１の数値「２５０」は、蒸留水に浸漬する前の体積に対して、２５０％増しとなったことを示す。例えば蒸留水に浸漬する前の膨潤性材料の体積を１０とすれば、３５に増加したことになる。
体積膨張率は、膨潤後の膨潤性材料の重量と比重から膨潤後の体積を算出し、元の体積との比較から得た。
尚、膨潤後の膨潤性材料の比重は、電子比重計(アルファーミラージュ株式会社製、型番ＭＤ−２００)を用いて測定した。該電子比重計は水中置換(懸架)方法によって比重計測を行う。

図１からは、浸漬日数が増えるほど、成形体の体積膨張率の増加が小さくなり、１００日程度の浸漬で許容限度に近づくことが判る。
つまり、段落番号［００２４］の条件では、成形体は４.５倍程度に膨張するのが限度と思われる。

表１からは、比較例１に示す如く、塩化ナトリウムの平均粒径が０.４mmであると、体積膨張率は、元の体積の僅か５％増しに留まる。

実施例３、４では成形体を蒸留水に浸漬した場合と、人工海水(約３％の塩化ナトリウムを含む)に浸漬した場合との体積膨張率の違いを示した。これは、成形体と蒸留水との間で生じる浸透圧と、成形体と人工海水と間で生じる浸透圧の違いを示している。成形体に含まれる塩化ナトリウムを、人工海水も含んでいるから、成形体と人工海水と間で生じる浸透圧は、成形体と蒸留水との間に生じる浸透圧よりも低く、体積膨張率も低いのである。換言すれば、成形体(膨潤性部材)が膨潤するのは、浸透圧に起因していることを示している。
また、表１に示されるように、実施例の膨潤性材料の体積膨張率は、配合する塩類の質量部と平均粒径に左右されていることが確認された。

本発明に係る膨潤性材料は、業種、業界を問わず様々な防水用、止水用の膨潤性水シール部材に適用できる。
尚、本発明において、膨潤性水シール部材がシールの対象とするのは、淡水、塩水、汚水、温水等、大部分が水分である液体の全てを指す。

本発明の一実施形態に係る膨潤性材料の膨張曲線のグラフである。

Claims (6)

1. 軟質の樹脂又はゴムに水溶性の塩類を略均一分布に配合しており、該塩類以外に軟質の樹脂又はゴムに膨潤性を付与する物質を配合していないことを特徴とする膨潤性材料。
2. 塩類は、塩化ナトリウムである請求項１に記載の膨潤性材料。
3. 軟質の樹脂又はゴム１００質量部に対して、１質量部以上、１００質量部未満の塩類を配合している請求項１又は２に記載の膨潤性材料。
4. 塩類の平均粒子径が０.３mm未満である請求項１乃至３の何れかに記載の膨潤性材料。
5. 軟質の樹脂又はゴムの硬さが、ＪＩＳ−Ａ硬度で９５Ｈｓ未満である請求項１乃至４の何れかに記載の膨潤性材料。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の膨潤性材料で形成した、環状パッキン、シート状パッキン等の膨潤性水シール部材。

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