JP2711302B2 - ゴムシール材およびその製造方法 - Google Patents

ゴムシール材およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、流体の漏洩防止等に使用されるゴムシール
材およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、接触
面との固着現象がなく、装着作業性、耐久性などに特に
優れるゴムシール材およびその製造方法に関する。
発明の技術的背景ならびにその問題点 ゴムシール材は、容易に高い機密性を確保することが
できることから、運動用パッキンおよび固定用ガスケッ
トとして一般に広く使用されている。このようなゴムシ
ール材は、密封流体の種類に対応させて、種々の素材を
用いて製造され、また、使用される機器および装置など
に合わせて種々の形状に形成されている。たとえばゴム
シール材としては、円環板状ガスケットやOリングなど
よく知られている。
しかし、従来のゴムシール材を、機器、装置などに装
着して長期間使用すると、ゴムシール材が接触している
金属面などに固着して、ゴムシール材を取換える際に、
離脱が困難になるという問題点があった。また接触面に
固着したゴムシール材を該接触面から除去するための清
浄作業が非常に煩雑になるという問題点があった。
さらに、ゴムシール材と流体とが接触する場合、ゴム
シール材が流体によって膨潤若しくは溶解することがあ
り、このような場合流体からゴムシール材を保護するた
めに、あるいはゴムシール材の装着性を向上させるため
に、ゴムシール材にグリースあるいは潤滑油等を塗布し
て使用することがある。
しかしながら、このようにして塗布されたグリースあ
るいは潤滑油等は、流体と接触するすることにより溶出
して、流体を汚染するという問題点があった。
またさらに、ゴムシール材は、長期間保管すると空気
中のオゾン等により表面が劣化を受け、また、ブルーミ
ングが発生し、表面が劣化することがある。このように
表面が劣化したゴムシール材を用いてシールを行なった
としても完全なシールができないことがある。さらに保
存中にゴムシール材の表面に、ゴミやホコリが付着し、
このようなゴミあるいはホコリによってシールが不完全
になることがある。
発明の目的 本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解消
しようとするものであって、表面の特性が改善されたゴ
ムシール材およびその製造方法を提供することを目的と
している。
さらに詳しくは、本発明は、接触面への固着を防止す
ると共に、グリスあるいは潤滑剤等を用いなくとも良好
にシールすることができ、しかも保存中にオゾン等によ
る劣化、ブルーミングの発生およびゴミやホコリなどの
付着が少なく、表面光沢の変化が少ないゴムシール材お
よびこのような優れた特性を有するゴムシール材を製造
する方法を提供することを目的としている。
発明の概要 本発明に係るゴムシール材は、表面に存在する活性水
素の少なくとも一部が、ケイ素含有基で置換された表面
構造を有するゴムからなることを特徴としている。
また、本発明に係るゴムシール材の製造方法は、表面
に活性水素を有するゴムと、次式で表わされる構造を有
するケイ素化合物とを接触させて、該ゴムシール材表面
にシリコン構造を形成させることを特徴としている。
本発明に係るゴムシール材は、表面にシリコン構造が
形成されているので、表面特性が改善され、長期間使用
しても、ゴムシール材が接触面に固着することを防止す
ることができるなど、特に表面特性が改善される。
発明の具体的説明 以下、本発明に係るゴムシール材およびその製造方法
について具体的に説明する。
本発明に係るゴムシール材は、表面に存在する活性水
素の少なくとも一部がケイ素含有基で置換された構造を
有している。
ゴムシール材を形成するゴムが表面に活性水素を有す
るようにするためには、活性水素を有するゴムを用いる
方法、活性水素を有する化合物を配合する方法、およ
び、活性水素を有するゴムを用い、さらに活性水素を有
する化合物を配合する方法を採用することができる。
前記の活性水素を有するゴムとしては、たとえばフッ
素ゴム、ニトリルゴム、エチレン・プロピレンゴムなど
を挙げることができる。このようなゴムが有している水
素原子は、非常に活性に富んでいる。上記のようなゴム
は、単独で使用することもできるし、2種類以上を組み
合わせて使用することもできる。
また、上記のような活性水素を有する化合物として
は、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基な
どの官能基を有する化合物を挙げることができる。この
ような化合物の具体的な例としては、ヘキサメチレンジ
アミン、ヘキサメチレンジアミンカルバメートなどのア
ミン系の加硫剤、P−キノンジオキシム、2−メルカプ
トベンゾチアゾールなどのチアゾール系の加硫促進剤、
スルフェンアミド系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進
剤、モノフェノール系の老化防止剤、ビスフェノール系
の老化防止剤、ベンツイミダゾール系の老化防止剤、ア
ミン系の老化防止剤、脂肪酸系界面活性剤などを挙げる
ことができる。これらの化合物は、単独で、あるいは組
み合わせて使用することができる。
また、前記活性水素を有するゴムを単独で、あるいは
組み合わせて使用し、さらにここに上記の活性水素を有
する化合物を単独で、あるいは組み合わせて使用するこ
ともできる。
なお、本発明においては、活性水素を有しないゴム
に、上記の活性水素を有するゴムおよび/または活性水
素を有する化合物を配合することもできる。
このような活性水素を有するゴムおよび/または活性
水素を有する化合物を用いることにより、表面に活性水
素を有するゴムシール材を得ることができる。
本発明で使用されるゴムシール材は、円環板状ガスケ
ット、Oリング、角リング、甲丸リング、Uパッキン、
Vパッキン、オイルシールなどの形状にすることができ
る。特に本発明においてはOリングが好ましい。
本発明に係るゴムシール材は、上記のような表面に存
在する活性水素の少なくとも一部がケイ素含有基で置換
された表面構造を有するゴムで形成されている。
このような表面の活性水素をケイ素含有基で置換する
方法としては、上記のような表面に活性水素を有するゴ
ムからなるシール材と、次式で表わされる構造を有する
ケイ素化合物(シリルイソシアネート化合物)とを接触
させる方法を採用することができる。
上記のような構造を有する化合物としては、 トリエチルシリルイソシアネート [(C253SiNCO]、 などのように1個のNCO基がケイ素原子に結合した化合
物、 トリエチルシリルイソシアネート [(C252Si(NCO)2]、 などのように2個のNCO基がケイ素原子に結合した化合
物、 ブトキシシラントリイソシアネート [C49OSi(NCO)3]、 などのように3個のNCO基がケイ素原子に結合した化合
物、および、 (b) テトライソシアネートシラン [Si(NCO)4]、 などのように4個のNCO基がケイ素原子に結合した化合
物を挙げることができる。これらの化合物は単独で、あ
るいは組み合わせて使用することができる。
特に本発明においては、上記の化合物のうちでも
(a)ブトキシシラントリイソシアネート、(b)テト
ライソシアネートシラン、(c)トリエチルシリルイソ
シアネートを使用することが好ましく、さらにこれらを
組み合わせて使用することが特に好ましい。
上記の(a)、(b)および(c)の化合物を組み合
わせて使用する場合に、三者の混合比率は適宜設定する
ことができるが、三者の合計重量における(a)ブトキ
シシラントリイソシアネートの含有率を0〜80重量%、
(b)テトライソシアネートシランの含有率を0〜80重
量%、(c)トリエチルシリルイソシアネートの含有率
を0〜80重量%にすることが好ましい。
上記の三種類の化合物の含有率が上記の範囲内にある
混合物のうち、特に好ましい混合物は、上記化合物
(a)、(b)および(c)の混合重量比が3:3:4であ
る混合物、3:4:3である混合物または1:5:1である混合物
である。
上記のようなシリルイソシアネート化合物は、通常希
釈して使用される。
上記のシリルイソシアネート化合物を希釈するために
使用する溶媒としては、シリルイソシアネート化合物を
溶解若しくは分散することができる化合物であって、シ
リルイソシアネート化合物に対して反応性を有しない化
合物を用いることができる。このような化合物として
は、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチ
ルケトン、酢酸ブチル、酢酸メチルを挙げることができ
る。
上記のような化合物を用いてシリルイソシアネート化
合物を希釈する場合、この希釈液中におけるシリルイソ
シアネート化合物の濃度は、通常1〜20重量%に調整さ
れる。
なお、上記のようなシリルイソシアネート化合物と接
触する際に、所望の形状に形成されたゴムシール材に形
成されたバリなどを除去し、洗浄し、乾燥して使用する
ことが好ましい。
このようなシリルイソシアネート化合物と、上記の表
面に活性水素を有するゴムシール材とを接触させること
により、ゴムシール材の表面にシリコン構造を形成す
る。シリルイソシアネート化合物と、上記の表面に活性
水素を有するゴムシール材との接触方法としては種々の
方法を採ることができるが、上記の表面に活性水素を有
するゴムシール材を上記のようにして調製されたシリル
イソシアネート化合物の溶液に浸漬する方法を採用する
ことが好ましい。この場合、上記の表面に活性水素を有
するゴムシール材の浸漬時間は、ゴムシール材の種類等
を考慮してによって適宜設定することができるが、通常
は1〜60秒間、好ましくは5〜30秒間である。
また浸漬する際のシリルイソシアネート化合物の溶液
の温度は10〜30℃、好ましくは20〜25℃である。
このようにしてシリルイソシアネート化合物と、表面
に活性水素を有するゴムシール材とを接触させることに
より、ゴムシール材の表面の活性水素とシリルイソシア
ネート化合物とが反応して、ゴムシール材の表面にシル
コン構造が形成される。
すなわち、フッ素ゴムを用いた場合には、たとえば次
式で表わされるような構造が形成されるものと推察され
る。
また、ニトリルゴムを用いた場合には、たとえば次式
で表わされるような構造が形成されるものと推察され
る。
さらに、活性水素が水酸基の水素である場合[次式
(イ),(ロ)]、アミノ基の水素である場合[次式
(ハ),(ニ)]、カルボキシル基の水素である場合
[次式(ヘ)]、メルカプト基の水素[次式(ト)]で
ある場合にそれぞれ次式で表わされるような構造が形成
されるものと推察される。
上記のようなシリコン構造は、通常はゴムシール材の
表面に層状に形成される。このようにして形成される層
の厚さは、通常は2〜20μm、好ましくは8〜12μmで
ある。
このようにして表面にシリコン構造が形成されること
により、ゴムシール材の表面性が改善される。すなわ
ち、本発明に係るゴムシール材は、摩擦係数および摺動
抵抗が低下し、金属などと長期間接触した場合であって
もゴムシール材が接触面に付着することがない。さらに
本発明に係るゴムシール材は、良好な撥水性および表面
光沢を有し、しかもシール性および装着性も良好であ
る。また、上記のようなシリコン構造が形成されること
によって耐候性および耐ブルーミング性も向上する。
発明の効果 本発明に係るゴムシール材は、表面にシリコン構造を
有するので、長期間使用しても金属などの接触面に固着
しにくく、交換時に容易に脱離することができる。
また摩擦係数および摺動抵抗が低く、さらに良好な表
面性を有するため、潤滑油グリースなどを塗布しなくて
も容易に装着でき、さらに密封性も良好である。したが
って、本発明のゴムシール材を用いることにより、グリ
ース等により密封流体が汚染されることがない。さらに
ゴムシール材の表面に形成された、いわゆるシリコン構
造は耐候性、耐薬品に優れているので、本発明のゴムシ
ール材はオゾンなどによる劣化が少なく、またブルーミ
ングも発生しにくい。このような優れた特性を有するゴ
ムシール材は、特定のケイ素化合物を用いることにより
容易に製造することができる。
(実施例) 以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、
これらの実施例に限定されるものではない。
実施例1 JIS B 2401の1種Aに規定されるNBR系のゴムOリン
グ(寸法:内径25.7mm×太さ3.5mmφ)(呼び番号P26)
を洗剤水溶液で洗浄後、風乾した。
次いで、ブトキシシラントリイソシアネート、テトラ
イソシアネートシランおよびトリエチルシリルイソシア
ネートを、重量比で3:3:4の比率で混合し、酢酸エチル
を用いて、上記三成分の含有率が10重量%になるように
希釈して、シリルイソシアネート化合物溶液を調製し
た。
この溶液に上記ゴムOリングを浸漬して10秒間放置
後、取り出し、常温乾燥した。なお、浸漬の際の該溶液
の温度は20℃であった。
このOリングをナイフで切断し、その断面を観察した
ところ、表面から10μmの厚さにわたって色相変化が認
められた。このことから表面から10μmの厚さにわたっ
てケイ素含有基で置換された層が形成されていることが
推察される。
得られたOリングについて、摩擦係数、摺動抵抗、固
着現象、撥水性、耐候性、ブルーミング現象、表面光
沢、装着性、シール性の各試験を実施した。
結果を表1に示す。
比較例1 実施例1で使用したNBR系ゴムからなるOリングにつ
いて、シリルイソシアネート化合物溶液を用いた処理を
行なうことなく、実施例1と同じ試験を行なった。
結果を表1に示す。
実施例2 JIS B 2401の4種Dに規定されるフッ素系のゴムOリ
ングを用いて、浸漬処理時間を3分とした以外は、実施
例1と同様に処理を行なった。得られたOリングについ
て実施例1と同様の試験を行なった。
結果を表1に示す。
比較例2 実施例2で使用したフッ素系のゴムからなるOリング
について、シリルイソシアネート化合物溶液を用いた処
理を行なうことなく、実施例2と同じ試験を行なった。
結果を表1に示す。
実施例および比較例において用いた試験法および試験
結果の評価基準は次の通りである。
摩擦係数:松原式摩擦摩耗試験機を使用して測定し
た。
摺動抵抗:エアシリンダのピストンに装着して摺動抵
抗を測定した。
固着現象:JIS B 2401試験法による。
撥水性:水に対する接触角を測定した。
耐候性:JIS K 6301試験法による。
ブルーミング現象:常温にて2400時間内における外観
の経時変化を目視測定した。
表面光沢:外観目視検査を行なった。
装着性:エアシリンダのピストンへの装着性検査を
行なった。
シール性:エアシリンダによるシール試験を行なっ
た。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に存在する活性水素の少なくとも一部
    が、ケイ素含有基で置換された表面構造を有するゴムか
    らなることを特徴とするゴムシール材。
  2. 【請求項2】ゴムシール材がOリングであることを特徴
    とする請求項第1項に記載のゴムシール材。
  3. 【請求項3】表面に活性水素を有するゴムが、フッ素ゴ
    ム、ニトリルゴムおよびエチレンプロピレンゴムからな
    る群より選ばれる少なくとも一種のゴムであることを特
    徴とする請求項第1項に記載のゴムシール材。
  4. 【請求項4】表面に活性水素を有するゴムと、次式で表
    わされる構造を有するケイ素化合物とを接触させて、該
    ゴム表面にシリコン構造を形成させることを特徴とする
    ゴムシール材の製造方法;
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