JP2024013244A - 高減衰ゴム組成物および免震ゴム支承体 - Google Patents

Abstract

【課題】減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立が可能な加硫ゴムの原料となる高減衰ゴム組成物、および該高減衰ゴム組成物を原料として得られる免震ゴム支承体を提供すること。
【解決手段】少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分を含有する高減衰ゴム組成物であって、シリカの配合量を１００質量％としたとき、有機シランの配合量が３．０～７．０質量％であり、樹脂成分として、少なくとも２種類以上の樹脂を含有する高減衰ゴム組成物。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高減衰ゴム組成物および免震ゴム支承体に関する。

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、加硫ゴムからなるゴム層（免震ゴム）と鋼板からなる硬質層とを交互に積層した免震ゴム支承体が用いられている。この免震ゴム支承体は、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。このため、免震ゴム支承体を構成する免震ゴムには、高い減衰性能が要求される。

その一方で、免震ゴム支承体に対しては長期間、建築物や構造物の重量が掛かるため、免震ゴム支承体を構成する免震ゴムでは、寸法安定性向上のために圧縮永久ひずみが小さいことが要求される。

下記特許文献１には、ゴム、シリカ、シラン化合物、およびゴムを架橋させるための架橋成分を含み、ゴムは、ポリイソプレン系ゴム、およびポリブタジエンゴムの２種であり、架橋成分は、架橋剤と、ゴムの総量１００質量部あたり０．４質量部以上、１．０質量部以下のグアニジン系促進剤を含む２種以上の架橋促進剤とを含む高減衰ゴム組成物が記載されている。

下記特許文献２には、ジエン系ゴム１００質量部と、カーボンブラック４０～７５質量部と、シリカ５～３０質量部と、無機充填剤５～５５質量部と、石油樹脂５～５０質量部とを含有し、ジエン系ゴムが、ビニル－シスブタジエンゴムを８０質量％以上含有する高減衰積層体用ゴム組成物が記載されている。

下記特許文献３には、ブタジエンゴムをゴム成分合計１００重量部に対して３０～７０重量部含有する高減衰ゴム用ゴム組成物において、ゴム成分合計１００重量部に対して、ロジン系樹脂、フェノール系樹脂および脂環族炭化水素系樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の樹脂を２０～５５重量部含有する高減衰ゴム用ゴム組成物が記載されている。

特開２０２０－１６９２３３号公報 特開２００９－１４９８５６号公報 特開２００９－７９０７９号公報

前記のとおり、免震ゴム支承体を構成する免震ゴムには、減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減とが要求されるが、一般的に両者は二律背反の関係にあり、これらをバランス良く向上する技術は未だ見出されていないのが実情であった。

本発明は、上記実情に鑑みて開発されたものであり、減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立が可能な加硫ゴムの原料となる高減衰ゴム組成物、および該高減衰ゴム組成物を原料として得られる免震ゴム支承体を提供することを目的とする。

本発明は、少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分を含有する高減衰ゴム組成物であって、前記シリカの配合量を１００質量％としたとき、前記有機シランの配合量が３．０～７．０質量％であり、前記樹脂成分として、少なくとも２種類以上の樹脂を含有することを特徴とする高減衰ゴム組成物（１）に関する。

上記高減衰ゴム組成物（１）において、前記ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、前記樹脂成分の合計含有量が２５～４５質量部である高減衰ゴム組成物（２）が好ましい。

上記高減衰ゴム組成物（１）または（２）において、前記ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、前記シリカの含有量が７５質量部以上である高減衰ゴム組成物（３）が好ましい。

また、本発明は高減衰ゴム組成物（１）～（３）のいずれかの高減衰ゴム組成物を加硫してなる免震ゴム支承体に関する。

本発明に係る高減衰ゴム組成物は、少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分を含有する高減衰ゴム組成物であり、（ｉ）シリカの配合量を１００質量％としたとき、有機シランの配合量が３．０～７．０質量％であり、（ｉｉ）樹脂成分として、少なくとも２種類以上の樹脂を含有するため、その加硫ゴムは、減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立が可能となる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、上記（ｉ）により主として加硫ゴムの圧縮永久ひずみの低減を図ることができ、上記（ｉｉ）により主として加硫ゴムの減衰性能の向上が図られるものと推察される。ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、樹脂成分の合計含有量が２５～４５質量部である場合、特に加硫ゴムの圧縮永久ひずみの低減がより効果的に達成できるため好ましい。また、前記ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、前記シリカの含有量が７５質量部以上である場合、特に加硫ゴムの減衰性能がより効果的に向上できるため好ましい。

前記のとおり、本発明に係る高減衰ゴム組成物の加硫ゴムは、減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立が可能であるため、免震ゴム支承体を構成する免震ゴムの原料として特に有用である。

減衰性能評価のための試験片の一例 減衰性能評価の際に得られる応力－歪み曲線の一例

本発明に係る高減衰ゴム組成物は、少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分を含有する。

本発明において「イソプレン系ゴム」とは、天然ゴムおよびイソプレンゴムのいずれか一方、または両者の混合物を意味するものとする。

ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、イソプレン系ゴムの含有量は６５～８５質量部であることが好ましく、７０～８０質量部であることがより好ましい。また、ブタジエンゴムの含有量は、１５～３５質量部であることが好ましく、２０～３０質量部であることがより好ましい。

本発明に係る高減衰ゴム組成物は、ゴム成分として、イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴム以外のジエン系ゴムを含有してもよい。ジエン系ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、およびアクリロニトリルブタジエンゴムなどが挙げられる。ただし、減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立を図るためには、イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴム以外のジエン系ゴムの含有量は、ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、１０質量部以下であることが好ましく、５質量部以下であることがより好ましく、イソプレン系ゴムおよびブタジエンゴム以外のジエン系ゴムを含有しないことが特に好ましい。

本発明に係る高減衰ゴム組成物はシリカを含有する。ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、シリカを７５質量部以上含有することが好ましく、８０質量部以上含有することが好ましい。シリカの配合量の上限は特に限定されるものではないが、高減衰ゴム組成物の加工性の悪化抑制の見地から、ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、９０質量部以下であることが好ましい。シリカは、通常のゴム補強に用いられる湿式シリカ、乾式シリカ、ゾル－ゲルシリカ、表面処理シリカなどが用いられる。なかでも、湿式シリカが好ましい。また、これらは単独で使用してもよく、また２種以上を混合して使用してもよい。

本発明においては、高減衰ゴム組成物中でのシリカの分散性向上とともに、加硫ゴムの圧縮永久ひずみの低減を図るため、有機シラン（シランカップリング剤）を配合する。有機シランの配合量は、シリカの配合量を１００質量％としたとき、３．０～７．０質量％であり、３．５～６．５質量％であることが好ましく、４．１～５．９質量％であることがより好ましい。有機シランとしては、ビス－（３－（トリエトキシシリル）プロピル）テトラスルフィドなどのスルフィド系、３－メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト系、３－アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、ビニルトリエトキシシランなどのビニル系などの有機シランが通常用いられる。これらは単独で使用してもよく、また２種以上を混合して使用してもよい。

本発明に係る高減衰ゴム組成物は樹脂成分を含有するが、樹脂成分として、少なくとも２種類以上の樹脂を含有する。樹脂としては、フェノール樹脂、クマロンインデン樹脂、あるいは重合ロジンエステルなどが挙げられ、フェノール樹脂としてはさらに、オイル変性ノボラックレジン、アルキルフェノール／ホルムアルデヒド樹脂などが挙げられる。本発明に係る高減衰ゴム組成物では、ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、樹脂成分の合計含有量が２５～４５質量部であることが好ましい。本発明において樹脂成分を構成する樹脂の組み合わせとしては、例えば「オイル変性ノボラックレジンとアルキルフェノール／ホルムアルデヒド樹脂」、「オイル変性ノボラックレジンとクマロンインデン樹脂」、「オイル変性ノボラックレジンと重合ロジンエステル」、「アルキルフェノール／ホルムアルデヒド樹脂とクマロンインデン樹脂」などが挙げられる。「Ａ」および「Ｂ」の２種類の樹脂の組み合わせで樹脂成分を構成する場合（例えば、「Ａ」が「オイル変性ノボラックレジン」、「Ｂ」が「アルキルフェノール／ホルムアルデヒド樹脂」である場合）、ＡとＢとの質量比は、Ａ：Ｂ＝１：２～２：１であることが好ましい。

本発明に係る高減衰ゴム組成物では、ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、樹脂成分の合計含有量が２５～３５質量部である場合、より好ましくは樹脂成分の合計含有量が２７．５～３２．５質量部である場合、特に好ましくは、樹脂成分の合計含有量が３０質量部である場合、有機シランの配合量に対して樹脂成分の合計配合量を質量比で５．６～１１．９倍とすることが好ましく、６～８．６倍とすることがより好ましい。有機シランの配合量に対する樹脂成分の合計配合量を前記範囲内とすることにより、加硫ゴムの減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立がさらにバランスよく達成できるため好ましい。

本発明に係る高減衰ゴム組成物は、少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分と共に、硫黄、加硫促進剤、カーボンブラック、酸化亜鉛、ステアリン酸、加硫促進助剤、加硫遅延剤、老化防止剤、ワックスやオイルなどの軟化剤、加工助剤などの通常ゴム工業で使用される配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲において適宜配合し用いることができる。

カーボンブラックとしては、例えばＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦなどが用いられる。カーボンブラックは、加硫後のゴムの硬度、補強性、低発熱性などのゴム特性を調整し得る範囲で使用することができる。

硫黄は通常のゴム用硫黄であればよく、例えば粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などを用いることができる。

加硫促進剤としては、ゴム加硫用として通常用いられる、スルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などの加硫促進剤を単独、または適宜混合して使用しても良い。

老化防止剤としては、ゴム用として通常用いられる、芳香族アミン系老化防止剤、アミン－ケトン系老化防止剤、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤などの老化防止剤を単独、または適宜混合して使用しても良い。

本発明に係る高減衰ゴム組成物は、少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分と共に、硫黄、加硫促進剤、カーボンブラック、酸化亜鉛、ステアリン酸、加硫促進助剤、加硫遅延剤、老化防止剤、ワックスやオイルなどの軟化剤、加工助剤などの通常ゴム工業で使用される配合剤などを、バンバリーミキサー、ニーダー、ロールなどの通常のゴム工業において使用される混練機を用いて混練りすることにより得られる。

また、上記各成分の配合方法は特に限定されず、硫黄および加硫促進剤などの加硫系成分以外の配合成分を予め混練してマスターバッチとし、残りの成分を添加してさらに混練する方法、各成分を任意の順序で添加し混練する方法、全成分を同時に添加して混練する方法などのいずれでもよい。

本発明に係る免震ゴム支承体は、ロールやローラヘッド付押出機などを用いて、混練りすることにより得られた未加硫の高減衰ゴム組成物をシート状に成形し、ついで円板状に打ち抜いた後、鋼板（硬質層）と未加硫のシート状のゴム層（高減衰ゴム組成物）とを交互に積層し、必要に応じて加圧しつつ、所定の温度で加硫成形することにより製造することができる。

なお、硬質層とゴム層とを積層する前に、加硫接着剤を塗工することが好ましい。加硫接着剤は、鋼板とゴムとの接着性に優れたものを適宜選択すれば良い。

本発明に係る免震ゴム支承体は、サイズの大小、形状の特殊性などを問わず、ゴム層（免震ゴム）の減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減との両立が図られているため、本発明に係る免震ゴム支承体は、特に高減衰性および耐久性を要求される免震構造体用途に好適に使用可能である。

以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明する。

（ゴム組成物の調製）
ゴム成分１００質量部に対して、表１の配合処方に従い、実施例１～６、比較例１～３のゴム組成物を配合し、通常のバンバリーミキサーを用いて混練し、ゴム組成物を調整した。表１に記載の各配合剤を以下に示す。

（ａ）イソプレンゴム（ＩＲ）（商品名「ＩＲ２２００Ｌ」、日本ゼオン社製）
（ｂ）ブタジエンゴム（ＢＲ）（商品名「ＣＢ２２」、アランセオ社製）
（ｃ）シリカ（商品名「Ｎｉｐｓｉｌ ＡＱ」、東ソー・シリカ社製）
（ｄ）有機シラン（シランカップリング剤）（商品名「Ｓｉ６９」、エボニックデグサ社製）
（ｅ）カーボンブラック（ＣＢ）（商品名「シースト６」、東海カーボン社製）
（ｆ）（樹脂成分）樹脂１（フェノール樹脂（オイル変性ノボラックレジン））（商品名「スミライトレジンＰＲ－１３３４９」、住友ベークライト社製）
（ｇ）（樹脂成分）樹脂２（フェノール樹脂（アルキルフェノール／ホルムアルデヒド樹脂））（商品名「ＳＰ－１０６８」、日本触媒社製）
（ｈ）（樹脂成分）樹脂３（クマロンインデン樹脂）（商品名「ニットレジンクマロンＧ９０」、日塗化学社製）
（ｉ）オイル（商品名「プロセスＸ－１４０」、ＪＸ日鉱日石エネルギー社製）
（ｊ）酸化亜鉛（商品名「亜鉛華３号」、三井金属鉱業社製）
（ｋ）脂肪酸（商品名「工業用ステアリン酸」、花王社製）
（ｌ）老化防止剤（商品名「ノクラック６Ｃ」、大内振興化学社製）
（ｍ）硫黄（商品名「５％オイル処理硫黄」、細井化学工業社製）
（ｎ）加硫促進剤１（商品名「ノクセラーＮＳ－Ｐ」、大内新興化学工業社製）
（ｏ）加硫促進剤２（商品名「ノクセラーＤ」、大内新興化学工業社製）
（ｐ）リターダー（ＣＴＰ）（Ｎ－シクロヘキシルチオフタルイミド）（商品名「リターダーＣＴＰ」、大内新興化学工業社製）

各ゴム組成物について、所定の金型を使用し、それぞれ１５０℃で３０分間加硫することにより、加硫ゴムを作製して特性を評価した。

＜減衰性能＞
図１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）を各加硫ゴムを用いて作成し、油圧式振動試験機を用いて周波数０．５Ｈｚで、下記の歪み条件でせん断加振を与え、図２に示すような応力－歪み曲線を求める。測定温度は２０℃とした。
（歪み加振条件）
試験体厚みに対して±１７５％で１０回加振する。
図２に示す応力－歪み曲線から、等価減衰定数（Ｈｅｑ）を下記式（１）から算出し、１０回加振の平均値をそのゴムの等価減衰定数とした。
Ｈｅｑ（％）＝（ΔＷ／（Ｗ１＋Ｗ２））×１／２π×１００ ・・・（１）
ここで、ΔＷは図２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。なお、減衰性の評価は、Ｈｅｑ（％）の値に基づいて評価した。Ｈｅｑが大きいほど、減衰性能が高いことを意味する。

比較例１で得られた加硫ゴムの等価減衰定数（Ｈｅｑ）を１００とした時の指数評価で、各実施例および比較例で得られた加硫ゴムの等価減衰定数（Ｈｅｑ）を評価した。指数評価で１００以上であれば高減衰性を示すと言え、１００未満であれば減衰性が悪いことを意味する。結果を表１に示す。

＜圧縮永久ひずみ＞
ＪＩＳ－Ｋ ６２６２に準じ、大形試験片にて、７０℃２４時間の試験条件で実施し、圧縮永久ひずみを算出した。圧縮永久ひずみは数値が小さいほど「経たり」が少なく優れていることを意味する。

比較例１で得られた加硫ゴムの圧縮永久ひずみを１００とした時の指数評価で、各実施例および比較例で得られた加硫ゴムの圧縮永久ひずみを評価した。指数評価で１００未満であれば圧縮永久ひずみが低減できていることを示すと言え、１００以上であれば圧縮永久ひずみが低減できていないことを意味する。結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１～６に係る高減衰ゴム組成物の加硫ゴムは、減衰性能の向上と圧縮永久ひずみの低減とが両立できていることがわかる。一方、比較例２に係る高減衰ゴム組成物の加硫ゴムは、シリカの配合量を１００質量％としたとき、有機シランの配合量が２．９質量％であるため、圧縮永久ひずみが上昇（悪化）することがわかる。また、比較例３に係る高減衰ゴム組成物の加硫ゴムは、シリカの配合量を１００質量％としたとき、有機シランの配合量が７．１質量％であるため、減衰性能が悪化することがわかる。

Claims (4)

1. 少なくともイソプレン系ゴムおよびブタジエンゴムを含有するゴム成分、シリカ、有機シランおよび樹脂成分を含有する高減衰ゴム組成物であって、
   前記シリカの配合量を１００質量％としたとき、前記有機シランの配合量が３．０～７．０質量％であり、
   前記樹脂成分として、少なくとも２種類以上の樹脂を含有することを特徴とする高減衰ゴム組成物。
2. 前記ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、前記樹脂成分の合計含有量が２５～４５質量部である請求項１に記載の高減衰ゴム組成物。
3. 前記ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、前記シリカの含有量が７５質量部以上である請求項１に記載の高減衰ゴム組成物。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の高減衰ゴム組成物を加硫してなる免震ゴム支承体。