JP5734589B2 - 水道用ゴムパッキン - Google Patents

Description

本発明は水道用ゴムパッキンに関するものであり、更に詳しくは、バルブ、フランジ、その他各種の継手に使用する水密性に優れた水道用ゴムパッキンに関する。

従来水道用ゴムパッキンには天然ゴムあるいは種々の合成ゴムを原料とした加硫ゴムが使用されている。

しかるに、水道用ゴムパッキンは飲料用と云う極めて厳しい安全衛生環境上の条件下で使用されるので、水密性を改良する方法は限られており、周知のように長年使用していると少量ではあるが水洩れが生じ、ゴムパッキンを取り替えなければならない事態が発生することがしばしばである。

この対策として、ゴムに水膨潤性を発現させるために、吸水性高分子で代表される吸水性材料をゴムに混ぜることが考えられる。しかし水道用ゴムパッキンの場合は長期の使用に耐えるため高度の物性が要求されている。又社会的ライフラインとして最も安全性を要求される水道水を対象とするため、毒性については勿論のこと、ゴム中に配合した物質の溶出性が水質基準以下であること等、厳しい規制を受けなければならない。そして、一般に吸水性材料をゴムに混ぜるとどうしても物性の低下は免れない。

水道の止水パッキン、コーキング材として、吸水性材料を配合する先行技術としては特許文献１がある。かかる技術は、平均粒径５μｍで、水溶性ビニル単量体と架橋性単量体を油中水型エマルジョン重合法で作製したものであり、しかもこれを単体でパッキン等に用いるものであって、吸水性材料の溶出性が少ないとは言うものの、長期の使用に耐えるため高度の物性には問題がある。

又、特許文献２には土木工事や建物の屋上の防水に使用する止水シートとして吸水性材料が用いられてはいるが、これは、釘などが貫通してシートに穴が開いたとしても、水膨潤性を有する層が水に触れて膨潤することで
自己修復する技術であり、本発明に直接的には関係のない技術である。

特開平０７−０４１６０６号公報 特開平０７−３００９４９号公報

従って、水密性に優れ、且つ高度の物性を保有する水道用ゴムパッキンが社会的に求められていることから、本発明はかかる課題の解決を目的とするものであり、高度の物性と多量の吸水性を併せて保持し、且つ安全性に優れた水道用ゴムパッキンを提供することを目的とするものである。具体的には、表１の物性規格を満足するゴム材料を提供することを目的とするものである。

本発明のゴムパッキンは、使用中に水道水を吸収し自ら体積を増すことにより水密性を保持する技術であり、その具体的な方法はゴムに吸水性材料を多量に加えた未加硫ゴム層と、吸水性材料をより少量加えた未加硫ゴム層からなる積層物を、加硫成形して一体化してなり、吸水性材料を多量に加えた未加硫ゴム層は、吸水性材料をより少量加えた未加硫ゴム層よりも水膨潤性に優れ、ゴムと油脂類の合計１００重量部に対し、５〜１００重量部の吸水性材料を加えた未加硫ゴム層であり、吸水性材料をより少量加えた未加硫ゴム層は、ゴムと油脂類の合計１００重量部に対し、５重量部以下の吸水性材料を加えた未加硫ゴム層であり、吸水性材料が、無機吸水性材料及び多孔性物質の少なくともいずれか一方であり、表１の物性規格のいずれか１つに適合する水道用ゴムパッキンを提供するものである。

上記の水道用ゴムパッキンにあっては、長期の使用に充分耐え得る物性を備え、かつ、水道水中に毒性については勿論のこと、溶出性が水質基準以下であることを併せ持つ、安全で優れた水道用ゴムパッキンが得られたものである。

図１はブレンド物と積層物の吸水性材料の強度傾向を示した図である。

本発明は、水道用ゴムパッキンに課せられる安全衛生条件を満足すると共に、高度の物性を保有し、且つ適当な水膨潤性を賦与することによって課題を解決したものである。

更にいえば、水道用ゴム材料にあっては、日本水道協会における表１の物性規格（即ち、（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））が決められており、これを満足するゴム材料でないと実際の使用に供することができないこととなっている。この規格を表１に示すが、本発明はかかる物性規格をクリアしたゴム材料が提供できたものである。

以下、本発明の積層物について詳細に説明する。水道用ゴムパッキンは加硫工程を経て製造されるがその前の未加硫ゴムの配合について記す。上記水膨潤性に優れたゴム層において、ゴムの中の吸水性材料の割合は吸水性材料の種類による吸水能力を考慮しなければならないが、ゴムと油脂類の合計１００重量部（以下、単に「部」で表す）に対し５部以上が好ましい。５部より少ない場合は水膨潤性の度合いが小さい。吸水性材料配合量の上限は、工業的には成形層として取り扱い可能な範囲の量が好ましい。その場合ゴムと油脂類の合計１００部に対し１００部以下が適当である。

次に物性の優れたゴム層は吸水性材料を水膨潤性に優れたゴム層よりもより少量加えたゴム層であればよいが、物性の優れたゴム層においては吸水性材料の割合はゴムと油脂類の合計１００部に対し５部以下が好ましい。そしてその下限は０部でも構わない。５部より多い場合は水道用ゴムパッキンとしての物性が低下して好ましくない。そして少量でも吸水性材料を含有すればゴムに幾ばくかの透水性を賦与し水膨潤の速度が増加する効呆がある。

吸水性材料には一般に良く知られているポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソ一ダ、ポリメチルメタクリル酸、ポリメチルメタクリル酸ソ一ダ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンプロピレングリコール、ポリアルキレンオキサイド、イソブチレンマレイン酸共重合物、イソブチレンマレイン酸ソーダ共重合物などを架橋してなる有機合成吸水性高分子類が使用できる。しかし、水に溶解する成分を含むことは厳禁である。

この他に無機系吸水性材料としてシリカ、セピオライト、ゼオライト、ベントナイト、ベントナイトの精製物であるモンモリロナイト等が使用できる。シリカは吸水性に優れているが多量に配合することは加硫ゴムの硬度が異常に高くなり好ましくない。非補強性のベントナイトやモンモリロナイトが好ましい。

その他木炭や活性炭等のミクロポーラス構造を有する多孔性物質及び木綿などの繊維状物質も吸水性があり使用できる。

その他、現在水道用ゴムパッキン用として使用されているカーボンブラック、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の無機充填剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックス、ポリエチレングリコール等の諸々のゴム薬品が使用できる。

本発明の積層物に使用される油脂類はゴムの軟化剤、伸展油として重要であり、アロマチック系オイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル等の鉱物油や菜種油等の植物油が用いられる。これらの薬品や材料は加硫工程の前にゴムと混練りされ、それらの種類と量は水道用ゴムパッキンの目的に合わせて適宜決めることができる。

本発明の積層物の基体をなすゴムには天然ゴム及びポリスチレンブタジエンゴム、ポリブタジェンゴム、ポリアクリロニトリルブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ポリエチレンプロピレンジエンマーゴム、ポリイソブチレンイソプレンゴム等の各種の合成ゴムが用いられる。

本発明の積層物の構造は、前記二種類の層から構成されるが、層の数は二層以上である。ただし、水膨潤の均等性を図るには三層構造が好ましい。その場合、外側に水膨潤性の優れた層にするか、物性に優れた層にするかは自由であり、ゴムパッキンの用途によって変えればよい。二種類の層の厚さは、要求される水膨潤度及び物性によって適宜決定される。

本発明の積層物が有利であることを説明するためには、三層構造物とするのが好ましいが、本発明の構造物は原理的には何層であっても構わない。

又、本発明は水道用ゴムパッキンに関するが、水道用だけでなく下水道用ゴムパッキンにも応用可能であることは自明である。

本発明を次の実施例で更に具体的に説明するが、本発明の範囲がこの実施例で限定されないことは言うまでもない。なお、下記の実施例３は、「参考例」と読み替えるものとする。

（実施例１）
スチレンブタジエン共重合ゴム（商品名：ＳＢＲ１５０２）１００．０ｇ、補強材としてカーボンブラック５４．３ｇ、軟化剤としてナフテン系オイル３８．５ｇ、老化防止剤ＲＤ（アンテージＲＤ）０．６６ｇ、同じく６Ｃ（ノクラック６Ｃ）を０．６６ｇ、同じくＢＨＴ（アンテージＢＨＴ）を０．４４ｇ、亜鉛華４．２７ｇ、ステアリン酸０．７７ｇ、引き裂き防止剤としてマイクロクリスタリンワックス１．６９ｇ、硫黄２．７５ｇ、加硫促進剤ＴＥＴ（ノクセラーＴＥＴ）０．３８ｇ、同じくＤ（ノクセラーD）を３．１ｇ、同じくＣＺ（ノクセラーＣＺ）を０．５８ｇ、同じくＤＭ（ノクセラーＤＭ）を０．９６ｇ、同じくＴＴ（ノクセラーＴＴ）を０．１０ｇ配合し、二本ロールを使用し温度７０℃で混練りした。この未加硫配合ゴムをここで「Ａ配合」とする。

このＡ配合２０９．２ｇ（１００．０ｇのゴムを含有）に吸水性材料としてベントナイトを１２０．０ｇ加えて混練りした未加硫配合ゴムを「Ｂ配合」とする。

次に、加硫条件を１６０℃、２０分とし、Ｂ配合の未加硫ゴム・厚さ０．６６ｍｍの上下を、各々０．６６ｍｍの厚さのＡ配合の未加硫ゴムで挟んで加硫し、厚さ２．０ｍｍの三層積層物の加硫ゴムシートを作製した。この積層物の物性は硬さ６７．２ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び２３５％、引張強さ１４．１ＭＰa、引張伸び３９８％であった。このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の１．８％であった。
以上の通り、本発明の積層物は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・６５の規格を満足するものであった。

Ａ配合２０９．２ｇに４０．０ｇのベントナイトを加えて混練りした未加硫配合ゴムを「Ｃ配合」とする。このＣ配合で厚さ２．０ｍｍの加硫ゴムシートを上記と同じ条件で作製した。このブレンド物は上記の積層物と等量の吸水性材料を含有する。このブレンド物の物性は硬さ６６．２ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び２５３％、引張強さ１２．３ＭＰa、引張伸び３８９％であった。このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の２．５％であった。
Ｃ配合のみによるゴム材料の場合は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・６５の規格を満足することはできなかった。

これから等しい量の吸水性材料の使用で積層物がブレンド物に比べ物性上有利であることが分かる。吸水量は初期状態では若干ブレンド物が多いが吸水性材料の量は等しいので何れ同等になると考えられる。

尚、図１に積層物及びブレンド物のベントナイト配合率に対する引張応力の変化を示す。この図からも、積層物の方がブレンド物よりも優位なのは明らかである。層構造や吸水性材料が変わっても、積層物の優位性は変わらないことは言うまでもない。

（実施例２）
実施例１におけるＡ配合である厚さ１．０ｍｍの層の上下を実施例1に於けるＢ配合である厚さ０．５ｍｍの層二枚で挟んだ厚さ２．０ｍｍの三層構造の加硫ゴム積層物を作製した。
この積層物の物性は硬さ６８．８ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び２３３％、引張強さ１２．８ＭＰa、引張伸び４１０％であった。このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の５．７％であった。
以上の通り、本発明の積層物は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・６５の規格を満足するものであった。

Ａ配合２０９．２gに６０．０ｇのベントナイトを加えて混練りした。この配合を「Ｄ配合」とする。このＤ配合で厚さ２．０ｍｍの加硫ゴムシートを上記と同じ条件で作製した。 このブレンド物の物性は硬さ７０．０ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び２６３％、引張強さ１１．８ＭＰa、引張伸び４０７％であった。
Ｄ配合のみによるゴム材料の場合は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・６５の規格を満足することはできなかった。

このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の３．８％であった。これから等しい量の吸水性材料の使用で積層物がブレンド物に比べ物性上有利であることが分かる。吸水量も積層物がブレンド物よりも多い。しかし吸水性材料の量は等しいので何れ同等になると考えられる。

（実施例３）
実施例１におけるＡ配合２０９．２ｇに吸水性材料としてポリアクリル酸ソーダ架橋物を１２０．０ｇ加えて混練した未加硫配合ゴムを「Ｅ配合」とする。そして、Ａ配合である厚さ１．０ｍｍの層の上下をＥ配合である厚さ０．５ｍｍの層二枚で挟んだ厚さ２．０ｍｍの三層構造の加硫ゴム積層物を作製した。
その積層物の物性は硬さ６７．８ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び２４３％、引張強さ１３．４ＭＰａ，引張伸び４４１％であった。このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の１３．６％であった。
以上の通り、本発明の積層物は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・６５の規格を満足するものであった。

Ａ配合２０９．２ｇにポリアクリル酸ソーダ架橋物を６０．０ｇ加えて混練りした。この配合を「Ｆ配合」とする。このＦ配合で厚さ２．０ｍｍの加硫ゴムシートを上記と同じ条件で作製した。このブレンド物の物性は硬さ６８．８ＨＡ，引張応力７．０ＭＰａ時伸び２５２％、引張強さ１１．５ＭＰａ，引張伸び３５７％であった。
Ｆ配合のみによるゴム材料の場合は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・６５の規格を満足することはできなかった。

このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の１１．８％であった。このことから等しい量の吸水性材料の使用で積層物がブレンド物に比べて物性上有利であることが分かる。吸水量も積層物がブレンド物よりも多い。しかし吸水性材料の量は等しいので何れ同等になると考えられる。

（実施例４）
実施例１におけるＡ配合の加硫促進剤Ｄ（ノクセラーＤ）の量を３．１ｇから０．６２ｇに変更したものを「Ｇ配合」とする。そのＧ配合２０６．７ｇに吸水性材料としてシリカ６０．０ｇ、木炭５．０ｇを加えて混練した未加硫配合ゴムを「Ｈ配合」とする。そして、Ａ配合である厚さ１．０ｍｍの層の上下をＨ配合である厚さ０．５ｍｍの層二枚で挟んだ厚さ２．０ｍｍの三層構造の加硫ゴム積層物を作製した。
その積層物の物性は硬さ７２．０ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び１７７％、引張強さ１４．１ＭＰａ、引張伸び３６４％であった．このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の３．１％であった。
以上の通り、本発明の積層物は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・７５の規格を満足するものであった。

Ｇ配合２０６．７ｇにシリカ３０．０ｇ、木炭２．５ｇ加えて混練した。この配合を「I配合」とする。このI配合で厚さ２．０ｍｍの加硫ゴムシートを上記と同じ条件で作製した。
このブレンド物の物性は硬さ７１．２ＨＡ、引張応力７．０ＭＰａ時伸び２２３％、引張強さ１４．３ＭＰａ，引張伸び４１６％であった。I配合のみによるゴム材料の場合は、表１（ＪＷＷＡ Ｋ１５６（２００４））の物性規格のIII・７５の規格を満足することはできなかった。

このサンプルを４０日間水に浸漬した時の吸水量はサンプル重量の１．９％であった。このことから等しい量の吸水性材料の使用で積層物がブレンド物に比べて物性上有利であることが分かる。吸水量も積層物がブレンド物よりも多い。しかし吸水性材料の量は等しいので何れ同等になると考えられる。

本発明の水道用ゴムパッキンは、水道用として使用中にその量は僅かであるが確実に膨潤するので水密性に優れた水道施設を提供する。資源の無駄使い防止の観点から、そして社会的ライフラインとしての安全性を確保していることから、水道施設材料として極めて価値のある材料が提供できたものである。

Claims (4)

1. 吸水性材料を多量に加えた未加硫ゴム層（A）と、吸水性材料をより少量加えた未加硫ゴム層（B）からなる積層物を、加硫成形してなり、
   未加硫ゴム層（A）は、未加硫ゴム層（B）よりも水膨潤性に優れ、ゴムと油脂類の合計１００重量部に対し、５〜１００重量部の吸水性材料を加えた未加硫ゴム層であり、
   未加硫ゴム層（B）は、ゴムと油脂類の合計１００重量部に対し、５重量部以下の吸水性材料を加えた未加硫ゴム層であり、
   吸水性材料が、無機吸水性材料及び多孔性物質の少なくともいずれか一方であり、表１の物性規格のいずれか１つに適合することを特徴とする水道用ゴムパッキン。
2. 未加硫ゴム層（A及びB）がゴム１００重量部に対し、油脂類を１００重量部以下加えた未加硫ゴム層である請求項１に記載の水道用ゴムパッキン。
3. 無機吸水性材料が、シリカ、セピオライト、ゼオライト、ベントナイト、ベントナイトの精製物であるモンモリロナイトである請求項１に記載の水道用ゴムパッキン。
4. 多孔性物質が、木炭、活性炭である請求項１に記載の水道用ゴムパッキン。