JP2019194278A - 振動吸収材 - Google Patents

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Abstract

【課題】適用対象に対する追従性や使用時の利便性に優れた振動吸収材の提供。【解決手段】平均粒径が0.1μm〜50μmの範囲である塩基性無機フィラー粒子を40重量%以上と、リン酸エステル又は亜リン酸エステルを0.05重量%以上と、重量平均分子量が500〜5000の範囲のオリゴマーを含むバインダーとを含む擬塑性流体であり、−30℃〜90℃の温度範囲において、貯蔵弾性率が5000Pa以上、振動周波数1Hzで測定したtanδが1.0以上である、振動吸収材。【選択図】なし

Description

本発明は、擬塑性流体である振動吸収材、及びその振動吸収材を対象に適用する方法に関する。
コンデンサやインダクタといった電子部品が、通電時に振動して異音を発生する現象はよく知られている。また、それ自体が振動を発しない物品であっても、外部からの振動で共振して異音を発生する場合があり、その一例として、車の振動の影響を受ける車載の電子機器が挙げられる。例えば、ワイヤーハーネスが振動すると、異音を発生させるのみならず、コネクターの緩みや半田接合の劣化などの問題も生じ得る。従って、それらの物品において、振動を低減させることは重要である。
電子部品などにおいて振動を低減させる目的で、或いは、建築物などにおける壁面に伝播する振動や音の低減や、スポーツ用品又は保護服などにおける衝撃の吸収などを目的として、従来、様々な振動吸収材が用いられている。振動吸収材は、機械的振動を熱エネルギーに変換させることで減衰させる。現在広く知られている振動吸収材は、通常、高分子材料からなり、外力により分子鎖のコンフォメーションが変化する一方、外力が除かれると分子鎖が元の状態に戻ろうとする性質を利用して、分子鎖間の摩擦により振動を熱に変換するものが一般的である。
例えば、特許文献1では、有機ポリマーマトリックス材料が、フェノール系化合物である制振付与剤を含有してなる制振材料組成物が提案されている。特許文献2では、20〜70重量%の塩素基を側鎖に有し、重量平均分子量が40万以上である熱可塑性樹脂と、塩素含有量が30〜75重量%であり炭素数が12〜50である塩素化パラフィンとからなる制振材料用樹脂組成物が提案されている。特許文献3では、それぞれ異なるガラス転移温度又は融点を有するポリマー(A)〜(C)が必須の成分として配合されてなる防振用ゴム組成物が提案されている。
特開2004−149767号公報 特開2004−217694号公報 特開2005−179525号公報
従来の振動吸収材は、予めシート状などに成型されて提供されるものが一般的である。しかし、そのような振動吸収材は、適用対象に対する追従性や使用時の利便性の観点から、必ずしも優れているとはいえない。そこで、例えば、対象への適用時は流動性を有しており、容器から押出すなどして供給可能である(すなわち、ディスペンス性を有する)一方、対象に適用した後はその場に安定して留まり、振動エネルギーを効果的に減衰できるような材料が望まれている。
本発明者は、塩基性無機フィラー粒子に、リン酸エステル又は亜リン酸エステルと、バインダーとを加えることにより調製される擬塑性流体が、ディスペンス性を有する振動吸収材として有用であることを見出した。本発明は以下の実施態様を包含する。
(1)40重量%以上の塩基性無機フィラー粒子と、リン酸エステル又は亜リン酸エステルと、バインダーとを含む擬塑性流体である、振動吸収材。
(2)−30℃〜90℃の温度範囲において、貯蔵弾性率が5000Pa以上である、項目1に記載の振動吸収材。
(3)−30℃〜90℃の温度範囲において、振動周波数1Hzで測定したtanδが1.0以上である、項目1又は2に記載の振動吸収材。
(4)前記リン酸エステル又は亜リン酸エステルを0.05重量%以上含む、項目1〜3のいずれかに記載の振動吸収材。
(5)前記バインダーの粘度が、25℃で100mPa・s〜10000mPa・sの範囲である、項目1〜4のいずれかに記載の振動吸収材。
(6)25℃において、粘度が1000Pa・s以下になる応力が5Pa以上である、項目1〜5のいずれかに記載の振動吸収材。
(7)前記バインダーが、重量平均分子量が500〜5000の範囲のオリゴマーを含む、項目1〜6のいずれかに記載の振動吸収材。
(8)前記塩基性無機フィラー粒子の平均粒径が0.1μm〜50μmの範囲である、項目1〜7のいずれかに記載の振動吸収材。
(9)前記塩基性無機フィラー粒子の粒径分布が多峰性である、項目1〜8のいずれかに記載の振動吸収材。
(10)前記塩基性無機フィラー粒子が、金属酸化物又は金属水酸化物を含む、項目1〜9のいずれかに記載の振動吸収材。
(11)項目1〜10のいずれかに記載の振動吸収材を収容したディスペンサを準備する工程と、前記ディスペンサ内に圧力をかけることにより、前記振動吸収材をディスペンサから供給する工程とを含む、対象に振動吸収材を適用する方法。
本発明によれば、容器から押出すなどして供給可能であるため利便性が高く、また様々な形状を有する対象への追従性に優れた振動吸収材を提供することができる。本発明の振動吸収材は、電子部品などにおいて振動の低減、或いは、建築物などにおける壁面に伝播する振動や音の低減や、スポーツ用品又は保護服などにおける衝撃の吸収など、様々な用途において有用である。
本発明の振動吸収材は、擬塑性流体であることを特徴とする。擬塑性流体とは、非ニュートン流体の一種であり、降伏値を有しないものの、力を加えることにより粘度が下がる、すなわち速度勾配が大きくなるほど粘性係数が小さくなる流体である。本発明の振動吸収材は、少なくとも常温(およそ25℃)において、一実施形態においては、−30℃以上、−20℃以上、又は−10℃以上であって、90℃以下、80℃以下、70℃以下、60℃以下、50℃以下、40℃以下、又は30℃以下という幅広い温度範囲において、擬塑性流体である。本発明の振動吸収材は、擬塑性流体であることにより、例えばディスペンサから押出して対象に適用することも可能であり、従来の予めシート状に成形された振動吸収材よりも利便性が高い。本発明の振動吸収材は、塩基性無機フィラー粒子と、リン酸エステル又は亜リン酸エステルと、バインダーとを含む。本発明の振動吸収材は、それらを含む組成物を単に混合するだけで調製することができる。本発明の振動吸収材は、対象に適用した後、そのままの状態で振動吸収性能を発揮することができる。従って、本発明の振動吸収材は、対象に適用した後に、熱を加えたり紫外線や電子線を照射したりするなどして硬化させたり、あるいは発泡させたりする必要はない。本発明の振動吸収材は、対象に直接適用することができ、適用前の下塗りなどを行わなくてもよい。
一実施形態において、本発明の振動吸収材は、−30℃以上、−20℃以上、又は−10℃以上であって、90℃以下、80℃以下、70℃以下、60℃以下、50℃以下、40℃以下、又は30℃以下という幅広い温度範囲において、振動周波数1Hzで測定したtanδ(力学的損失正接)が1.0以上である。好ましくは、当該温度範囲において、tanδは、13.0以下、12.0以下、11.0以下又は10.0以下である。tanδの値には時間−温度換算則が適用でき、例えば、1Hz以上の高周波領域でのtanδは、測定温度より低い温度でのtanδに対応することが知られている。従って、本発明の振動吸収材が、幅広い温度範囲においてtanδが1.0以上であることは、温度一定の場合は幅広い周波数においてtanδが1.0以上となること、すなわち幅広い周波数において振動吸収性能を発揮することを意味する。例えば、本発明の振動吸収材は、温度25℃において、20Hz以上、500Hz以上、又は1000Hz以上であって、10000Hz以下、5000Hz以下、又は2000Hz以下の範囲でtanδが1.0以上となり得る。
一実施形態において、本発明の振動吸収材は、−30℃以上、−20℃以上、又は−10℃以上であって、90℃以下、80℃以下、70℃以下、60℃以下、50℃以下、40℃以下、又は30℃以下という幅広い温度範囲において、振動周波数1Hzで測定した貯蔵弾性率が5000Pa以上、7500Pa以上、10000Pa以上、又は12500Pa以上である。貯蔵弾性率は、材料の変形に必要な応力を表す。貯蔵弾性率が上記のような値であることは、本発明の振動吸収材が幅広い温度範囲で所定の硬度を維持し、例えば高温に晒された際に軟化して、外力により適用された場所から流出したりしないことを意味する。
本発明の振動吸収材は、上述のとおり擬塑性流体であり、一実施形態において、25℃において、応力を増加させながら粘度を測定した場合に、粘度が1000Pa・s以下になる応力が、5Pa以上であり、場合により、10Pa以上、15Pa以上、20Pa以上、30Pa以上、40Pa以上、又は50Pa以上である。なお、「粘度が1000Pa・s以下になる」とは、応力がかかっていない状態で1000Pa・sよりも高い粘度を有していたものが、所定の応力により粘度が1000Pa・s以下に変化することを意味している。従って、応力がかかっていない状態で既に粘度が1000Pa・s以下である場合は、これに該当しない。かかる応力が低い状態、例えばかかる応力が1Pa未満である状態では、本発明の振動吸収材の粘度は、1100Pa・s以上、1200Pa・s以上、又は1300Pa・s以上となり得る。本発明の振動吸収材は、上記のような物性を有することにより、例えば、ディスペンサに収容して提供する場合、ディスペンサから容易に押出すことができる一方、重力のような弱い外力により流動してしまうことがない。
(塩基性無機フィラー粒子)
本発明の振動吸収材は、塩基性無機フィラー粒子を40重量%以上、45重量%以上、50重量%以上、又は55重量%以上含む。一実施形態では、本発明の振動吸収材は、塩基性無機フィラー粒子を60重量%以上、65重量%以上、70重量%以上、75重量%以上、80重量%以上、又は85重量%以上含み得る。一実施形態において、本発明の振動吸収材の構成成分のうち、最も量が多い成分は、塩基性無機フィラー粒子である。なお、本明細書において、「重量%」とは、組成物の全体重量(ここでは、振動吸収材の全体重量)に対する、対象成分の重量の比を意味する。
本明細書において、無機フィラー粒子が塩基性であるとは、少なくとも粒子表面の一部、好ましくは粒子の表面全体が、酸との反応性を示すことを意味する。酸との反応性に加えて、塩基との反応性も併せて有する両性化合物についても、広義の塩基性に包含されるものとする。塩基性無機フィラー粒子は、好ましくは金属酸化物若しくは金属水酸化物、又はその両方を含む。一実施形態において、塩基性無機フィラー粒子は金属酸化物、金属水酸化物、又はその混合物からなる。塩基性無機フィラー粒子に含まれる金属酸化物としては、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO)が挙げられる。金属水酸化物としては、水酸化アルミニウム(Al(OH))、水酸化マグネシウム(Mg(OH))、水酸化亜鉛(Zn(OH))、水酸化チタン(Ti(OH))が挙げられる。そのような金属酸化物又は金属水酸化物を含む無機フィラー粒子としては、タルク、マイカ、カオリン、モンモリロナイトなどの天然鉱物が挙げられる。その他、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩も、塩基性無機フィラー粒子として用いられ得る。
塩基性無機フィラー粒子の粒径は、それを用いて調製した振動吸収材が擬塑性流体の性質を有するのであれば特に限定されない。一実施形態において、塩基性無機フィラー粒子は、画像解析法による一次粒子の平均粒径が0.1μm以上、0.2μm以上、0.3μm以上、又は0.4μm以上であって、50μm以下、40μm以下、30μm以下、又は20μm以下である。塩基性無機フィラー粒子は、単峰性の粒度分布を有していてもよいが、二峰性、三峰性、又はそれ以上の多峰性の粒度分布を有していると、振動吸収材に擬塑性流体の性質をもたらしやすい場合がある。一次粒子の平均粒径が15μm以上、10μm以上、5μm以上、又は3μm以上の塩基性無機フィラー粒子を用いる場合は、特に、それよりも小さい平均粒径を有するものを一緒に用いて、二峰性、三峰性、又はそれ以上の多峰性の粒度分布を有するようにすることが好ましいことがある。
(リン酸エステル又は亜リン酸エステル)
本発明の振動吸収材は、リン酸エステル又は亜リン酸エステルの少なくとも一方を含む。理論に束縛されるものではないが、リン酸エステル又は亜リン酸エステルは、塩基性無機フィラー粒子の表面と相互作用することで、フィラー粒子間にネットワークを形成し、加えられる応力が弱い時には粘度が高い、という擬塑性流体の性質をもたらすのに寄与していると考えられる。本発明の振動吸収材は、リン酸エステル又は亜リン酸エステルを0.05重量%以上、0.06重量%以上、又は0.07重量%以上含み、好ましい実施形態では、リン酸エステル又は亜リン酸エステルは、0.1重量%以上、0.2重量%以上、又は0.3重量%以上の量で含まれ得る。振動吸収材の擬塑性流体の性質を阻害しない限り、リン酸エステル又は亜リン酸エステルの量は限定されないが、一実施形態では、リン酸エステル又は亜リン酸エステルの量は、5重量%以下、4重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、又は1.8重量%以下である。
一実施形態において、リン酸エステルは下記の式(I)で表される化合物であり、亜リン酸エステルは下記の式(II)で表される化合物である。
Figure 2019194278
式(I)及び式(II)において、R及びRは、同一であるか、又は異なる任意の置換基であってよい。一実施形態において、R及びRは、それぞれ独立して、水素、又はO、N若しくはSから選択される1〜3個のヘテロ原子、或いはエステル結合若しくはアミド結合により介在されていてもよい、脂肪族、脂環式、若しくは芳香族炭化水素基であって、炭素数が1〜36個、1〜24個、又は1〜18個のものから選択される。ただし、RとRは同時に水素となることはない。一実施形態において、R及びRは、それぞれ独立して、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ブトキシエチル基、ヘキシル基、エチルヘキシル基、ドデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オレイル基、ステアリル基、又はフェニル基などであり得る。
リン酸エステル又は亜リン酸エステルは、電子機器などに接触する部材に用いた場合、ブリーディングにより、周囲の部品を腐食させるおそれがあることが知られている。例えば、シート状に成型された熱伝導材料などでは、リン酸エステル又は亜リン酸エステル用いる必要がある場合でも、ごく少量に留めることが望ましいと考えられている。しかし、本発明の振動吸収材は、擬塑性流体であるため、長期に渡って応力がかかったとしても、シート状に成型されたものと比べてブリーディングのおそれは低いと考えられる。そのため、腐食予防の観点からリン酸エステル又は亜リン酸エステルの含有量を制限する必要性は低いといえる。
(バインダー)
本発明の振動吸収材は、塩基性無機フィラー粒子、及びリン酸エステル又は亜リン酸エステルに加えて、バインダーを含む。本発明の振動吸収材において、バインダーは、フィラー粒子同士の間で潤滑剤のような役割を果たすことにより、振動吸収材に擬塑性流体の性質をもたらすのに寄与していると考えられる。一実施形態において、バインダーは粘性流体であり、25℃における粘度が100mPa・s以上、200mPa・s以上、300mPa・s以上、400mPa・s以上、又は500mPa・s以上であって、10000mPa・s以下、9000mPa・s以下、8000mPa・s以下、7000mPa・s以下、6000mPa・s以下、又は5000mPa・s以下である。バインダーはニュートン流体であっても非ニュートン流体であってもよい。
バインダーの一例として、液状のオリゴマーを挙げることができる。本明細書において「オリゴマー」とは、モノマー単位の繰り返し数が約10以上であって約100以下であるか、又は重量平均分子量が5000以下、4000以下、又は3000以下であって、好ましくは500以上の重合生成物を意図している。バインダーは、そのようなオリゴマーを含むものであり、一実施形態では、そのようなオリゴマーのみからなる。バインダーの具体例としては、(メタ)アクリレートオリゴマー、ウレタンアクリレート等が挙げられる。バインダーに含まれるオリゴマーは、カルボキシル基などの酸性官能基を有していると、塩基性無機フィラー粒子と相互作用することにより、本発明の振動吸収材に擬塑性流体の性質をもたらすのに有利である。バインダーに含まれるオリゴマーは、本発明の振動吸収材において、そのままの状態で用いることができ、他の成分と混合する前あるいは後に、熱および紫外線や電子線などによって、さらに重合または架橋させる必要はない。しかし、必要に応じて、他の成分と混合した後に、さらに重合させたり、架橋させたりしてもよい。
(追加の成分)
本発明の振動吸収材は、擬塑性流体の性質が損なわれない限り、上記に説明した以外に任意の他の成分を含んでいてもよい。そのような成分としては、例えば、防錆剤、熱伝導体、難燃剤、高分子ビーズ、ガラスビーズなどのフィラー類が挙げられる。
(振動吸収材を適用する方法)
本発明は、別の側面において、上記で説明した振動吸収材を対象に適用する方法に関する。本発明の振動吸収材を適用する方法は、振動吸収材を収容したディスペンサを準備する工程と、そのディスペンサ内に圧力をかけることにより、振動吸収材をディスペンサから供給する工程とを少なくとも含む。ディスペンサとしては、シリンジ型やチューブ型などの公知のものを用いることができ、そのようなディスペンサ内に圧力をかける方法も公知である。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(評価方法)
動的粘弾性測定:
アレス粘弾性測定システム(RSA−III、レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社)を使用した。直径15mmの2枚の平行円板の間に、厚さ2mmのサンプルを挟み、−10℃〜30℃(一部の実施例では−10℃〜90℃)の温度範囲で、1Hzで0.2%のゆがみを作用させた場合の力学的損失正接(tanδ)、及び貯蔵弾性率を測定した。
粘度測定:
レオメータ(ハーケ社、RheoWin Proソフトウェアを使用)を使用した。直径20ミリのコーン(角度:1°)とプレート冶具の間に、厚さ0.052mmのサンプルを挟み、せん断応力を0Paから10000Paまで上昇させながら回転粘度を測定した。
耐クリープ測定:
MEKで洗浄した鋼板(JIS G 3144(SPCC−SD)の表面に、サンプルを20×20mmの面積で、厚さが1mmとなるように塗布した。この鋼板を85℃のオーブン中に24時間立て、サンプルが流動したかどうかを確認した。
ディスペンス性:
30mLのシリンジに充填したサンプルに、0.3MPaのエアー圧を5秒間作用させた際に、0.1cm以上の量を押し出させるかどうかで判定した。
(サンプルの調製)
表1に示した材料を表2に示した配合に従って混合し、ハイブリッドミキサー(HM−500、キーエンス社)で5分間撹拌することにより、実施例1〜12及び比較例1〜3の組成物を調製した。
Figure 2019194278
Figure 2019194278
(評価結果)
力学的損失正接(tanδ)、貯蔵弾性率、及び粘度の測定結果を、表3〜5にそれぞれ示す。耐クリープ測定、及びディスペンス性の評価結果を、表6に示す。
Figure 2019194278
Figure 2019194278
Figure 2019194278
Figure 2019194278
(音波特性評価)
アルミ板(100mm×100mm×1mm)の上に、6枚の粘着テープ(100mm×3mm×0.3mm)を均等に貼り付けた。粘着テープの間の5箇所に実施例1の組成物を塗布した後、同じサイズのアルミ板を重ねて、サンプルを作製した。また、対照として、実施例1の組成物を塗布しない以外は同様に作製したサンプルも作製した。得られた各サンプルの表面に市販のブザーをテープで固定し、ブザーから音を発生させた際の振動を、ソフトウェア(SpectrumView、Oxford Wave Research Ltd.)を用いて測定した。粘着テープのみを用いた対照サンプルでは、周波数3kHz以下のノイズが観察されたが、実施例1の組成物を用いたサンプルでは、周波数3kHz以下のノイズは完全に消失していた。また、実施例1の組成物を用いたサンプルでは、周波数3〜6kHzの範囲におけるノイズが減少していることも確認することができた。

Claims (11)

  1. 40重量%以上の塩基性無機フィラー粒子と、リン酸エステル又は亜リン酸エステルと、バインダーとを含む擬塑性流体である、振動吸収材。
  2. −30℃〜90℃の温度範囲において、貯蔵弾性率が5000Pa以上である、請求項1に記載の振動吸収材。
  3. −30℃〜90℃の温度範囲において、振動周波数1Hzで測定したtanδが1.0以上である、請求項1又は2に記載の振動吸収材。
  4. 前記リン酸エステル又は亜リン酸エステルを0.05重量%以上含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  5. 前記バインダーの粘度が、25℃で100mPa・s〜10000mPa・sの範囲である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  6. 25℃において、粘度が1000Pa・s以下になる応力が5Pa以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  7. 前記バインダーが、重量平均分子量が500〜5000の範囲のオリゴマーを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  8. 前記塩基性無機フィラー粒子の平均粒径が0.1μm〜50μmの範囲である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  9. 前記塩基性無機フィラー粒子の粒径分布が多峰性である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  10. 前記塩基性無機フィラー粒子が、金属酸化物又は金属水酸化物を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の振動吸収材。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の振動吸収材を収容したディスペンサを準備する工程と、前記ディスペンサ内に圧力をかけることにより、前記振動吸収材をディスペンサから供給する工程とを含む、対象に振動吸収材を適用する方法。
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