JP2007296712A - Manufacturing method for rubber product for water service - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水道用の管継手及びバルブに使用するシール、パッキン等の水道用ゴム製品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing rubber products for water supply such as seals and packings used for pipe joints and valves for water supply.
従来、水道用ゴム製品に使うゴム組成物として、例えば特許文献1に記載されたものが提案されている。このゴム組成物は、エチレン及びプロピレンと、ジエン系モノマーとを共重合させることにより得られるエチレン−プロピレン−ジエン・ターポリマー(以下、EPDMポリマーという。)に架橋剤や補強剤等の添加物を混合した混合物を加熱成形することにより架橋して得られるゴム組成物である。このゴム組成物においては、EPDMポリマーにおけるジエン系モノマーの含有量が5〜13重量%の範囲に設定され、ゴム組成物中のジエン成分側鎖であるメチレン基が通常よりも増やされている。そして、これにより、水道水中の塩素の攻撃を側鎖のメチレン基に集中させることができ、主鎖の切断を防止して耐塩素水性を向上させたとしている。
ところで、水道水の水質の評価項目には、水道用ゴム製品から水道水中に浸出する有機炭素(全有機炭素)の量に関するものがある。これは、ゴム製品中に存在する遊離炭素や、可塑剤等の有機物が水道水中に溶け出す量を評価するものである。しかしながら、上記特許文献1のゴム組成物は、耐塩素水性を向上させるだけのものであり、水道水中に溶け出す有機物を低減する効果は備えていない。
By the way, the evaluation item of the quality of tap water is related to the amount of organic carbon (total organic carbon) leached from tap rubber products into tap water. This is to evaluate the amount of free carbon present in rubber products and organic substances such as plasticizers that are dissolved in tap water. However, the rubber composition of
この発明の目的は、水道水中に浸出する有機炭素(全有機機炭素)の量を低減することができる水道用ゴム製品の製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of the rubber product for waterworks which can reduce the quantity of the organic carbon (total organic machine carbon) leached in tap water.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、エチレン及びプロピレンと、ジエン系モノマーとを共重合させることによって製造されるエチレン−プロピレン−ジエン・ターポリマーに架橋剤を混合し、この混合物を加熱成形する水道用ゴム製品の製造方法であって、成形後に、予め設定された条件下で二次架橋することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記架橋剤として、有機過酸化物を用いることを特徴とする。
(作用)
請求項1及び請求項2に記載の発明では、加熱成形されたゴム製品に対し、予め設定された条件下で二次架橋を行うようにした。このため、EPDMポリマーを主成分とする混合物を加熱成形するために設定された温度及び時間等の条件下で行われる一次架橋において成形後のゴム組成物中に残った遊離炭素は、ゴム組成物中に取り込まれる。また、可塑剤等の炭素化合物の低分子量分は、ゴム組成物中から散逸する。従って、ゴム製品から水道水中に浸出する有機炭素(全有機炭素)の量が減少する。
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in
(Function)
In the first and second aspects of the invention, secondary crosslinking is performed on the heat-molded rubber product under preset conditions. For this reason, free carbon remaining in the rubber composition after molding in the primary crosslinking performed under conditions such as temperature and time set for thermoforming the mixture mainly composed of EPDM polymer is the rubber composition. Captured inside. Further, the low molecular weight component of the carbon compound such as a plasticizer is dissipated from the rubber composition. Accordingly, the amount of organic carbon (total organic carbon) leached from the rubber product into the tap water is reduced.
請求項2に記載の発明によれば、ゴム製品の耐熱性が向上する。また、成形後のゴム組成物に対する二次架橋により、架橋剤として用いた有機過酸化物の未反応分がゴム組成物中から散逸する。 According to the invention described in claim 2, the heat resistance of the rubber product is improved. Moreover, the unreacted part of the organic peroxide used as the crosslinking agent is dissipated from the rubber composition by secondary crosslinking with respect to the rubber composition after molding.
この発明によれば、水道水中に浸出する有機炭素(全有機炭素)の量を低減することができる水道用ゴム製品の製造方法を提供することができる。 According to this invention, the manufacturing method of the rubber product for waterworks which can reduce the quantity of the organic carbon (total organic carbon) leached in tap water can be provided.
次に、この発明を、水道用仕切弁に適用した一実施形態について図1〜図5を用いて説明する。
図1に示す水道用仕切弁10は、道路等に埋設された水道管の途中に介在されるものであって、鋳鉄により一体成形されている。この水道用仕切弁10は、水道管に接続される一対のフランジ11aが形成された弁箱11を備え、この弁箱11の内部には、図示しない弁体作動機構により上下方向に変位可能に支持された弁体12が配置されている。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a water gate valve will be described with reference to FIGS.
A
弁箱11には、図2及び図4に示すように、水道管に連通される水路14が形成されるとともに、同水路14の延長方向の中央部には、上方に開口する弁体収容部15が形成されている。この弁体収容部15内には、水路14の幅方向における両壁に、上下方向に延びる弁体案内用突条部16がそれぞれ形成されている。また、弁体収容部15内には、水路14の上部に対応する位置にテーパ状をなす第1弁座17が形成されるとともに、水路14の下部の内周面が第1弁座17に繋がる第2弁座18とされている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図3及び図5(a),(b)に示すように、前記弁体12は、鋳鉄製の芯体12aの表面全体に合成ゴムからなるゴム被覆層22を被覆して形成されている。この合成ゴムは、エチレン及びプロピレンと、ジエン系モノマーとを共重合させることによって得られるエチレン−プロピレン−ジエン・ターポリマー(以下、EPDMポリマーという。)を主成分とするゴム組成物である。
As shown in FIGS. 3 and 5A, 5B, the
弁体12は、正面視の形状が水路14の断面形状に対応する形状とされるとともに、その両側に形成された支持部19には、前記弁体案内用突条部16が嵌る溝19aが形成されている。また、弁体12において水路14の延長方向に向く両側面の上部外周縁には、弁箱11の第1弁座17に密接可能な第1シール部20が形成されている。また、弁体12において水路14の下部内周面に対応する下部外周面には、第2弁座18に密接可能な第2シール部21が形成されている。
The
この弁体12は、その両溝19aに弁体案内用突条部16がそれぞれ嵌ることによって弁体収容部15内において上下方向に変位可能に案内されるとともに、前記弁体作動機構により上下方向における任意の変位位置に支持される。そして、弁体12は、第1シール部20が第1弁座17に密接するとともに第2シール部21が第2弁座18に密接する弁閉位置において水路14を閉じる。一方、弁体12は、第1シール部20が第1弁座17から離れるとともに第2シール部21が第2弁座18から離れた弁開位置において水路14を開く。
The
次に、前記ゴム被覆層22を形成するゴム組成物について詳述する。
このゴム組成物は、主成分であるEPDMポリマーに、補強剤、軟化剤、架橋剤、老化防止剤、充填剤、付着付与剤、着色剤、滑剤、離型剤等が適宜添加されたものである。
Next, the rubber composition for forming the
This rubber composition is obtained by appropriately adding a reinforcing agent, a softening agent, a crosslinking agent, an anti-aging agent, a filler, an adhesion-imparting agent, a coloring agent, a lubricant, a release agent, etc., to the EPDM polymer as a main component. is there.
EPDMポリマーにおいて、水道水中の塩素水による劣化の原因となる二重結合、すなわちジエン成分連鎖の数を決定するジエン系モノマーの含有量は、一般的なEPDMポリマーにおけるジエン系モノマーの含有量よりも大きな5〜13重量%の範囲に設定されている。また、EPDMポリマーの構造内で主鎖をなし、ゴム組成物の機械的強度に大きな影響を与えるエチレンの含有量は、60〜80重量%の範囲に設定されている。EPDMポリマーは、ジエン系モノマー及びエチレンの含有量が異なる2種類以上のEPDMポリマーを混合したものであり、この複数種のEPDMポリマーの混合比を調整することによって、ジエン系モノマー及びエチレンの最終的な含有量が調整されている。 In the EPDM polymer, the content of the diene monomer that determines the number of double bonds, that is, the number of diene component chains, that causes deterioration due to chlorine water in tap water is larger than the content of the diene monomer in a general EPDM polymer. A large range of 5 to 13% by weight is set. Further, the ethylene content which forms a main chain in the structure of the EPDM polymer and greatly affects the mechanical strength of the rubber composition is set in a range of 60 to 80% by weight. The EPDM polymer is a mixture of two or more types of EPDM polymers having different diene monomers and ethylene contents. By adjusting the mixing ratio of the plurality of types of EPDM polymers, the final of the diene monomers and ethylene can be obtained. Content is adjusted.
ジエン系モノマーの含有量は、塩素水に対するゴム組成物の耐久性に大きな影響を与える。この実施形態においては、本来は耐塩素水性を悪化させるジエン成分連鎖が通常よりもリッチとなる構造を意図的に造り出し、主鎖の分子切断を積極的に防止することにより、ゴム組成物の耐塩素水性を向上させている。 The content of the diene monomer greatly affects the durability of the rubber composition against chlorine water. In this embodiment, the structure of the diene component chain, which originally deteriorates the chlorine water resistance, is intentionally created and the molecular resistance of the main chain is actively prevented to prevent the rubber composition from having a resistance to resistance. Chlorine water is improved.
前記補強剤としては、塩素の吸着能の低い物質、すなわち吸水性の低い物質であるホワイトカーボン(シリカ)や焼成クレーに加え、CTAB(Cetyl Tri-methyl Ammonium Bromide)吸着比表面積が一般的なカーボンブラックよりも小さな20m2/g以下であるFT(Fine Thermal Black)系又はMT(Medium Thermal Black)系のカーボンブラックが用いられている。ホワイトカーボンのEPDMポリマーに対する混合量は、EPDMポリマー100重量部に対して5〜100重量部の範囲とされている。また、焼成クレーのEPDMポリマーに対する混合量は、EPDMポリマー100重量部に対して95重量部以下とされている。さらに、ホワイトカーボン及び焼成クレーのEPDMポリマーに対する混合量は、EPDMポリマー100重量部に対し、合わせて100重量部以下とされている。また、カーボンブラックのEPDMポリマーに対する混合量は、EPDMポリマー100重量部に対して50重量部以下とされている。 As the reinforcing agent, in addition to white carbon (silica) and calcined clay, which have a low chlorine adsorption capacity, that is, a low water-absorbing substance, carbon having a CTAB (Cetyl Tri-methyl Ammonium Bromide) adsorption specific surface area is common. FT (Fine Thermal Black) type or MT (Medium Thermal Black) type carbon black which is 20 m 2 / g or less smaller than black is used. The amount of white carbon mixed with the EPDM polymer is in the range of 5 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the EPDM polymer. Further, the mixing amount of the calcined clay with respect to the EPDM polymer is 95 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the EPDM polymer. Further, the mixing amount of white carbon and calcined clay with respect to the EPDM polymer is 100 parts by weight or less in total with respect to 100 parts by weight of the EPDM polymer. The amount of carbon black mixed with the EPDM polymer is 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the EPDM polymer.
補強剤として通常用いられるカーボンブラックは、その吸水性により水道水中の塩素を吸着する性質を有し、この塩素の吸着によりEPDMポリマーの塩素による劣化を促進する作用を示す。この実施形態においては、一般的なカーボンブラックよりも吸水性の低いものを補強剤として用いることにより、補強剤の吸水性に起因するゴム組成物の耐塩素水製の悪化を抑制している。 Carbon black usually used as a reinforcing agent has the property of adsorbing chlorine in tap water due to its water absorption, and exhibits the effect of promoting the deterioration of EPDM polymer by chlorine due to this adsorption of chlorine. In this embodiment, deterioration of the rubber composition made of chlorine-resistant water due to the water absorption of the reinforcing agent is suppressed by using a reinforcing agent that has lower water absorption than general carbon black.
前記架橋剤としては、硫黄架橋に比べ、ゴム組成物の耐熱性を向上することができる有機過酸化物(パーオキサイド)、例えば分解温度が145℃であるジクミルパーオキサイドが用いられている。 As the crosslinking agent, an organic peroxide (peroxide) capable of improving the heat resistance of the rubber composition as compared with sulfur crosslinking, for example, dicumyl peroxide having a decomposition temperature of 145 ° C. is used.
次に、弁体12におけるゴム被覆層22の製造方法について説明する。
まず、ジエン系モノマー及びエチレンの含有量が異なる2種類以上のEPDMポリマーを混合し、ジエン系モノマー及びエチレンの最終的な含有量がそれぞれ5〜13重量%及び60〜80重量%のEPDMポリマーを得る。
Next, the manufacturing method of the
First, two or more types of EPDM polymers having different contents of diene monomer and ethylene are mixed, and EPDM polymers having final contents of diene monomer and ethylene of 5 to 13% by weight and 60 to 80% by weight, respectively. obtain.
次に、このEPDMポリマーに補強剤を加えて混ぜ合わせ、一次混合物を得る。
次に、架橋剤、軟化剤、老化防止剤、充填剤等の添加物を一次混合物に加えて混ぜ合わせ、二次混合物を得る。
Next, a reinforcing agent is added to the EPDM polymer and mixed to obtain a primary mixture.
Next, additives such as a crosslinking agent, a softening agent, an anti-aging agent, and a filler are added to the primary mixture and mixed to obtain a secondary mixture.
次に、二次混合物をシート状に成形することにより、シート状の未架橋のゴム組成物を得る。
次に、芯体12aと、シート状ゴム組成物とを、弁体12の芯体12aの表面形状に対応するキャビティを有する図示しない圧縮成形型の内部にセットする。
Next, the secondary mixture is formed into a sheet shape to obtain a sheet-like uncrosslinked rubber composition.
Next, the
次に、圧縮成形型を160〜165℃の範囲に加熱しながらシート状ゴム組成物を芯体12aの表面に約20分間押し付ける。この工程により、シート状ゴム組成物を溶融させ、芯体12aの表面全体に被覆させるとともに一次架橋させる。
Next, the sheet-shaped rubber composition is pressed against the surface of the
以上の工程により、芯体12aの表面を被覆するゴム被覆層22を形成する。
最後に、ゴム被覆層22が形成された弁体12を、図示しないオーブンに入れて二次架橋する。この二次架橋においては、芯体12aの表面に形成されたゴム被覆層22に、約150℃の温度が約6時間加えられる。この二次架橋により、一次架橋後のゴム被覆層22中に存在している遊離状態の有機炭素が架橋剤と反応し、ゴム被覆層22中に取り込まれる。又、二次架橋により、ゴム被覆層22中に存在する可塑剤等の炭素化合物の低分子量分が、ゴム被覆層22から散逸する。さらに、二次架橋により、架橋剤として用いた有機過酸化物の未反応分がゴム被覆層22から散逸する。この結果、ゴム被覆層22中において、水道水中に浸出する可能性がある有機炭素の一定量がゴム被覆層22から除去される。なお、上記製造方法は、ゴム被覆層22を圧縮成形により形成する場合について説明したが、射出成形により形成することも可能である。
The
Finally, the
さて、水道用仕切弁10の弁閉状態又は弁開状態において、水路14の延長方向に向く弁体12の両側面が水路14内の水道水に晒される。これに対し、弁体12の表面を被覆するゴム被覆層22においては、水道水中に浸出する可能性のある有機炭素の量が二次架橋によって低減されている。このため、ゴム被覆層22から水道水中に浸出する有機炭素の量が減少する。
Now, in the valve closed state or valve open state of the
次に、以上のように構成された上記水道用仕切弁10に用いられるゴム被覆層22の実施例について比較例とともに説明する。
Next, an example of the
ゴム被覆層22として、EPDMポリマーに架橋剤として硫黄を用いたものと、パーオキサイドを用いたものとにつき、日本水道協会がJWWA K156において規定する「有機炭素(全有機炭素(TOC))(mg/L)」の値を測定する。さらに、パーオキサイドを用いたものについて、二次架橋を行わないものと、複数の条件で二次架橋を行ったものについて、それぞれTOCの値を測定する。なお、試験方法としては、JWWA Z108を適用する。
As the
これに対し、架橋剤としてパーオキサイドを用いたものについて二次架橋を行った実施例1〜6においては、TOCの値が比較例2よりも改善された。また、二次架橋温度及び二次架橋時間を変えて行った実施例1〜6の結果から明らかなように、二次架橋温度を150℃とするとともに二次架橋時間を6時間とした実施例6は、日本水道協会が規定するTOCの品質規定である0.5mg/L以下を達成した。従って、加熱成形するとともに1次架橋したゴム製品に対して、予め設定された条件下で二次架橋することにより、TOCの値を改善できる。 On the other hand, in Examples 1 to 6 in which secondary crosslinking was performed for those using peroxide as a crosslinking agent, the value of TOC was improved as compared with Comparative Example 2. Further, as is apparent from the results of Examples 1 to 6 performed by changing the secondary crosslinking temperature and the secondary crosslinking time, the secondary crosslinking temperature was set to 150 ° C. and the secondary crosslinking time was set to 6 hours. 6 achieved 0.5 mg / L or less, which is the TOC quality rule stipulated by the Japan Water Works Association. Therefore, the value of TOC can be improved by secondary-crosslinking the rubber product that has been heat-molded and primary-crosslinked under preset conditions.
以上詳述したこの実施形態は、以下の効果を有する。
(1) エチレン及びプロピレンと、ジエン系モノマーとを共重合させることによって得られるEPDMポリマーに架橋剤を混合し、このゴム組成物を加熱成形して弁体12の表面にゴム被覆層22を形成した後、この弁体12を、所定の温度雰囲気中で所定時間だけ二次架橋するようにした。このため、ゴム組成物を加熱成形するために設定された温度及び時間の条件下で行われる一次架橋において成形後のゴム組成物中に残っていた遊離状態の有機炭素や、可塑剤等の低分子量分や、架橋剤として用いられた有機過酸化物の未反応分が、二次架橋後のゴム被覆層22中において減少する。従って、水道水中に浸出する有機炭素(全有機炭素)の量を減少させることができる。
The embodiment described above in detail has the following effects.
(1) A
(2) ゴム被覆層22の硬度や引張強度等の物性値が二次架橋によって安定化し、設計値に対する製品間でのばらつきが小さくなる。このため、弁閉状態において弁箱11の第1弁座17及び第2弁座18に対する第1シール部20及び第2シール部21の密接性が製品間で安定化する。従って、水道用仕切弁10の止水性が製品間で安定し、不良の発生が抑制される。
(2) Physical property values such as hardness and tensile strength of the
なお、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ ゴム被覆層22を形成するゴム組成物において、EPDMポリマーに対するジエン系モノマーの含有量を、一般的なEPDMポリマーと同様の5重量%未満とする。この場合にも、ゴム被覆層22から水道水中に浸出する有機炭素(全有機炭素)の量が減少する。
It should be noted that the present invention can be modified and embodied as follows.
In the rubber composition for forming the
・ この発明を、水道用の管継手や各種バルブのゴム製シール、ゴム製パッキン、ゴム製ダイヤフラムに具体化する。 The present invention is embodied in water pipe fittings, rubber seals for various valves, rubber packings, and rubber diaphragms.
22…水道用ゴム製品としてのゴム被覆層。 22 ... Rubber coating layer as a rubber product for waterworks.
Claims (2)
成形後に、予め設定された条件下で二次架橋することを特徴とする水道用ゴム製品の製造方法。 A method for producing a rubber product for waterworks in which a crosslinking agent is mixed with an ethylene-propylene-diene terpolymer produced by copolymerizing ethylene and propylene and a diene monomer, and the mixture is thermoformed.
A method for producing a rubber product for water supply, characterized in that after the molding, secondary crosslinking is performed under preset conditions.
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