JP6416597B2 - シールド掘進機用テールシール組成物 - Google Patents

Description

本発明は、難燃性のシールド掘進機用のテールシール組成物に関するものである。

シールド掘進機により、地中にトンネルを掘削する場合、進行方向の地山を掘削しながら、シールド掘進機は前進し、シールド掘進機の後方には、順次、トンネルの内壁となるセグメントが組み上げられている。この場合、掘削されるトンネルの外径（掘削開孔径）は、シールド掘進機の外径となるが、セグメントはシールド掘進機内部で組み上げられるため、セグメントの外径はシールド掘進機の内径以下となる。このため、シールド掘進機の後方ではトンネル外径とセグメント外径との間に隙間が生じ、この隙間には、シールド掘進機の前進にともない、裏込剤が充填される。
一方、シールド掘進機の後端で、未だ裏込剤が充填されていないトンネル内の空隙へは、地下水等が浸みだしており、この地下水のシールド掘進機内への侵入を防ぐため、シールド掘進機の末端にはシールド掘進機内のセグメントの外周とシールド掘進機の内周の間を止水するブラシシールが複数列、シールド掘進機の内周に設けられている。そして、その止水性を維持するために、これらのブラシシールの間にテールシール組成物が充填されている（例えば、特許文献１参照）。シールド掘進機の進行に伴い、ブラシシールのテールシール組成物は地山へ放散するため、ブラシシール部へのテールシール組成物の補充が必要となり、配管を通してテールシール組成物がポンプを用いて圧送される。

このようなテールシール組成物は、鉱油を含有するため、可燃性がある。トンネルなどの地中工事では、通常の地上の工事よりも火災の危険性が高く、可燃物を取り扱う場合には十分な安全策をとることが必要となる。さらには、このような可燃物の使用が制限されることもある。このため、鉱油を用いず、塩素化パラフィンを基材とするグリース（特許文献２参照）が提案されている。

特公平７‐６３５０公報 特開平８‐１４３８８５号公報

しかし、塩素含有化合物の使用は、地山へテールシール組成物が残存する場合や、焼却時する場合の環境への影響が懸念されるため、適用を避けることも多い。本発明は、このような可燃性や、環境への懸念の少ないテールシール組成物を提供するものである。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、驚くべきことに、潤滑油基油および粉体をそれぞれ特有の組成の組み合わせとすることにより、難燃性であり、かつ、環境への影響を低減できることを見出した。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、次の通りのものである。
（１）［Ａ］脂肪族アルコールのカルボン酸エステルからなる潤滑油基油２０〜５０質量％、［Ｂ］熱分解性粉体１０〜５０質量％、［Ｃ］無機粉体２０〜６０質量％、および、
［Ｄ］繊維質２〜１０質量％を含有し、前記潤滑油基油の引火点が２４０℃以上であるシールド掘進機用テールシール組成物。
（２）熱分解性粉体が、水酸化アルミニウムおよびメラミン化合物の少なくとも一方である（１）記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
（３）熱分解性粉体が水酸化アルミニウムおよびメラミン化合物の両方を含む（２）記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
（４）含有する水酸化アルミニウムとメラミン化合物の質量比が４：１〜１０：１である（３）記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
（５）無機粉体がタルクおよび炭酸カルシウムの少なくとも一方である（１）〜（４）のいずれか一項記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
（６）繊維質が、長繊維と短繊維の混合物であり、短繊維の平均長さが０．８〜２．４ｍｍであり、長繊維の平均長さが短繊維の平均長さの１．０〜５．０倍 であり、長繊維と短繊維の質量比が１：４〜４：１である（１）〜（５）のいずれか一項記載のシールド掘進機用テールシール組成物。

本発明は、潤滑油基油および粉体をそれぞれ特有の組成の組み合わせとすることにより、難燃性であり火災への安全性が高く、かつ、環境への負荷を低減することができるとの特有の効果を奏する。

本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は、［Ａ］脂肪族アルコールのカルボン酸エステルからなる潤滑油基油２０〜５０質量％、［Ｂ］熱分解性粉体１０〜５０質量％、［Ｃ］無機粉体２０〜６０質量％、および、［Ｄ］繊維質２〜１０質量％を含有し、前記潤滑油基油の引火点が２４０℃以上である。この組成物は、圧送の容易性、止水性、水分混入時の安定性、高温時での油保持力のため、１５℃における密度が１.３〜１.７ｇ／ｃｍ^３のものが好ましく、１.４〜１.６ｇ／ｃｍ^３がより好ましい。また、同様の理由により、不混和ちょう度が１５０〜３００のものが好ましく、２１０〜２５０がより好ましい。なお、本発明にいう不混和ちょう度の測定は、ＪＩＳ Ｋ２２２０に準拠する方法による。

本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は実質的に塩素などのハロゲン元素を含まないものが好ましい。ハロゲン元素の許容含有量としては、テールシール組成物全量基準で、好ましくは、５質量％以下、より好ましくは、１質量％以下である。

［Ａ］潤滑油基油
本発明の潤滑油基油は、脂肪族アルコールのカルボン酸エステルからなるものである。この潤滑油基油の物性としては、４０℃における動粘度が２０〜２０００ｍｍ^２／ｓ、特には３０〜１０００ｍｍ^２／ｓのものが好ましい。さらに、流動点は−１０℃以下が好ましい。引火点は２４０℃以上であり、２７０℃以上がより好ましく、３００℃以上が更に好ましい。引火点は通常３５０℃以下である。
この潤滑油基油の含有量は組成物全量基準で２０〜５０質量％であるが、好ましくは、２５〜４５質量％、より好ましくは２８〜４２質量％である。

このカルボン酸としては、脂肪酸が好ましい。この脂肪酸としては、脂肪族一価カルボン酸である脂肪酸を含んでもよく、多価の脂肪族カルボン酸、特には２価の脂肪族カルボン酸を含んでいてもよい。脂肪酸としては、飽和脂肪酸・不飽和脂肪酸を用いることができ、直鎖脂肪酸・分岐脂肪酸を用いることができる。脂肪酸の炭素数としては、４〜５２、特には８〜４０が好ましい。

この脂肪族アルコールは、一価脂肪族アルコール、多価脂肪族アルコールを用いることができる。２価〜８価の多価脂肪族アルコールが好ましい。多価脂肪族アルコールの炭素数としては、２〜１５、特には３〜１０が好ましい。

このカルボン酸と脂肪族アルコールとの組み合わせとしては、多価カルボン酸と脂肪族アルコールとの組み合わせ、例えば、２価カルボン酸と脂肪族アルコールとの組み合わせが好ましく、多価カルボン酸と多価脂肪族アルコール、例えば、２価カルボン酸と多価脂肪族アルコールとの組み合わせがより好ましく、多価脂肪族カルボン酸と多価脂肪族アルコール、例えば、２価脂肪族カルボン酸と多価脂肪族アルコールとの組み合わせが更に好ましい。

このような脂肪族アルコールのカルボン酸エステルは、合成エステル、油脂を用いることができる。合成エステルは、上述のカルボン酸と脂肪族アルコールから合成したものである。このカルボン酸や脂肪族アルコールは、動植物油から分離・精製することもできるし、化学的に合成することもできる。動植物油系の油脂としては、牛乳脂、牛脂、ラード（豚脂）、羊脂、鯨油、鮭油、かつお油、にしん油、鱈油、さらには大豆油、菜種油、ひまわり油、サフラワー油、落花生油、とうもろこし油、綿実油、米ぬか油、ゴマ油、オリーブ油、アマニ油、ヒマシ油、カカオ脂、パーム油、ヤシ油、麻実油、米油、茶種油を用いることができる。

［Ｂ］熱分解性粉体
本発明の熱分解性粉体は、２００℃〜５００℃に加熱した際に、不燃性の化合物に分解するものである。特に、分解反応が吸熱反応となる化合物からなること好ましい。熱分解性粉体の平均粒径が０.５〜５００μｍのものが好ましく、５〜７０μｍのものがより好ましい。熱分解性粉体の含有量は、組成物全量基準で１０〜５０質量％であるが、好ましくは、１５〜３５質量％である。代表的なこのような化合物としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムやメラミン化合物がある。環境への影響を考慮すると臭素、塩素などのハロゲンを含まないことが好ましい。

水酸化アルミニウムは、化学式Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ又はＡｌ（ＯＨ）_３で表わされる結晶からなる粉体を用いることができる。結晶水を含む水酸化アルミニウムを用いることにより、温度が上昇すると、分解して水分を放出する。また、この分解時の吸熱反応によって燃焼温度を低下させる。メラミン化合物としては、メラミンと酸との化合物が好ましく、硫酸メラミン、ポリ化リン酸メラミン、メラミン・イソシアヌル酸の付加体（ＭＣＡ）が例示され、特にはメラミン・イソシアヌル酸の付加体（ＭＣＡ）が好ましい。メラミン・イソシアヌル酸の付加体（ＭＣＡ）は３００℃までは安定であるが、燃焼時には３００℃以上で分解し不活性ガスを発生することで難燃効果を発揮する。

分解温度がことなる水酸化アルミニウムとメラミン化合物を組み合わせて用いることが好ましい。この際の水酸化アルミニウムとメラミン化合物の質量比は、１：１〜１０：１が好ましく、４：１〜１０：１がより好ましく、特には２：１〜７：１が好ましい。

［Ｃ］無機粉体
本発明は、テールシール組成物の止水性と難燃性を向上させるために、無機粉体を用いる。このような無機粉体としては、珪素、マグネシウム、カルシウム等の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等の粉体を用いることができ、さらにこれらの混合物、及び、天然に産するこれらの化合物を主成分とする鉱石の粉体等も用いることができる。具体的には、炭酸カルシウム、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、シリカ、ベントナイト、珪藻土など、特には炭酸カルシウムまたはタルクの粉体が好適である。これらの無機粉体は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。なお、本発明の無機粉体は、上述の熱分解性粉体以外の成分を意味する。
上記無機粉体は、平均粒径が０.５〜５００μｍのものが好ましく、５〜５０μｍのものがより好ましい。この無機粉体の含有量２０〜６０質量％であり、２５〜４０質量％が好ましい。

［Ｄ］繊維質
繊維質は、シールド掘進機のテールシール部にある金属網や金属線を束ねたブラシに絡みつき、潤滑油基油、無機粉体などとともに止水性のある濾布層を形成するために用いられる。繊維質は２〜１０質量％、好ましく３〜８質量％を含有される。

この繊維質は、短繊維と長繊維とを含むことが好ましい。短繊維の平均長さが好ましくは０．８〜２．４ｍｍであり、更に好ましくは０．８〜２．０ｍｍである。長繊維の平均長さは、短繊維の平均長さの好ましくは１．０〜５．０倍であり、更に好ましくは１．２〜４．０倍である。含有される長繊維と短繊維の質量比が好ましくは１：４〜４：１であり、更に好ましくは１：２〜２：１である。短繊維の平均太さ（直径）は１〜１００μｍ、特には１〜５０μｍが好ましい。長繊維の平均太さ（直径）は１０〜５００μｍ、特には２０〜２００μｍが好ましい。

繊維質としては、天然高分子からなる繊維質、ナイロン（ポリアミド）、ポリエステル、ポリエチレンなどの合成繊維のいずれも用いることができる。難燃性を高めるためには、天然高分子からなる繊維質を主に用いることが好ましい。天然高分子からなる繊維質としては、綿、麻などの天然繊維や、レーヨンなどの天然高分子を用いた再生繊維を用いることができる。

［Ｅ］他の添加剤
テールシール組成物を圧送するのに適したちょう度に調整するために、一般にグリースで用いられる増ちょう剤や、ポリブテンやポリイソブテンなどの高分子ポリマーを添加することができる。高分子ポリマーの含有量としては、１〜１０質量％、特には２〜８質量％が好ましい。増ちょう剤としては、金属石けん系増ちょう剤、ウレア系増ちょう剤が例示される。増ちょう剤の含有量としては、０．２〜１０質量％、特には０．５〜５質量％が好ましい。

金属石けん系増ちょう剤は、金属カルボン酸塩からなり、カルボン酸がステアリン酸、アゼライン酸などの脂肪族カルボン酸でも、テレフタル酸などの芳香族カルボン酸でもよく、特には１価または２価の脂肪族カルボン酸で、炭素数６〜２０の脂肪族カルボン酸のものが好ましい。また、金属は、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどのアルカリ土類金属、アルミニウムのような両性金属でもよいが、アルカリ金属、特にはリチウムが好ましい。このようなカルボン酸金属塩は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。ウレア系増ちょう剤としては、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られるジウレア化合物やジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られるポリウレア化合物等が好適である。

本発明のテールシール組成物には、上記成分以外に、必要に応じて、一般に潤滑油やグリースなどに用いられている、清浄剤、分散剤、摩耗防止剤、酸化防止剤、さび止め剤、腐食防止剤などを適宜添加することができる。特には、さび止め剤として、脂肪酸ポリオールエステルなどを、テールシール組成物全量基準で、０.２〜２質量％添加することが好ましい。

次に示す潤滑油基油、水酸化アルミニウム粉体、ＭＣＡ、無機粉体、繊維質などを用いて、表１に示す割合（質量％）で混合してテールシール組成物を調製し、不混和ちょう度を測定した。この結果を表１に示す。
〔テールシール組成物の成分〕

Ａ．潤滑油基油
潤滑油基油１（オレイン酸２量体とネオペンチルグリコールのカルボン酸エステル、４０℃の動粘度：４００ｍｍ^２／ｓ、引火点：３００℃）
潤滑油基油２（セバシン酸およびイソステアリン酸とトリメチロールプロパンのカルボン酸エステル、４０℃の動粘度：５００ｍｍ^２／ｓ、引火点：２８４℃）
潤滑油基油３（イソステアリン酸とイソステアリルアルコールのカルボン酸エステル、４０℃の動粘度：１６０ｍｍ^２／ｓ、引火点：２２３℃）
鉱油（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製、溶剤精製重質油、１５℃の密度０．９０ｇ／ｃｍ^３、４０℃の動粘度が５００ｍｍ^２／ｓ、引火点：３００℃）

Ｂ．熱分解性粉体
水酸化アルミニウム粉体 化学式：Ａｌ（ＯＨ）₃、（ナカライテスク株式会社製試薬）、平均粒径：５５μｍ
ＭＣＡ（日産化学社製、平均粒径：１０μｍ）

Ｃ．無機粉体
タルク（平均粒径；１５μｍ）
炭酸カルシウム（平均粒径；５μｍ）

Ｄ．繊維質
綿繊維（平均長さ：１．０ｍｍ、平均直径：２０μｍ）およびセルロース繊維（平均長さ：３．０ｍｍ、平均直径：６０μｍ）の質量比が１：１の混合物

Ｅ．他の添加剤
ポリマー：ポリブテン（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製、グレードＨＶ−３００、１５℃の密度０．８９８ｇ／ｃｍ^３、４０℃の動粘度が２６，０００ｍｍ^２／ｓ）

〔難燃性の評価〕
ＪＩＳ Ｋ６９１１ Ａ法の耐燃性試験に準じて評価した。上記で調製したテールシール組成物からなる試験片をメッシュ金網上支持し、その一端に都市ガスを燃料とする青色炎の先端を接触させ、３０秒間保持する。３０秒後、試験片を炎から離し、炎が消えるまでの時間を計測し、これを燃焼時間とした。炎から離した時間から１８０秒を超える場合、強制的に炎を吹き消し、燃焼時間１８０秒とした。燃焼時間が短いほど耐燃焼性に優れ、１８０秒以上の場合、テールシール用グリースとして耐燃焼性が不十分である。また、試験片の燃焼した長さを計測した。試験片の燃焼した長さが短いほど耐燃焼性に優れる。その評価結果を表１に併せて示す。

〔止水性の評価〕
次に示す条件で耐水圧試験を行い、流出水の有無を測定した。
底部中央部に、中心間隔５ｍｍで縦横に４列、合計１６個の開口（直径３ｍｍ）開口を有する内径５２ｍｍのステンレス製の圧力容器を用いた。開口上にステンレス製のメッシュ（５０番、厚み０.８５ｍｍ）を載せ、上記で調製したテールシール組成物５０ｇを導入した。テールシール組成物上に水（１０ｇ）を置き、空気で３５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で５分間加圧し、その際の底部開口からの流出量により止水性の評価を行った（流出量５ｇ以下を◎、５ｇ以上１５ｇ未満を〇、１５ｇ以上２５ｇ未満を△、２５ｇ以上を×と評価し、その評価結果を表１に併せて示す。

〔生分解性の評価〕
ＣＥＣ（Ｃｏ−ｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｕｎｃｉｌ）の“２−サイクル船外エンジン用オイルの水中に於ける生分解性に関する評価”（ＣＥＣＬ−３３−Ｔ−８２）により、上記で調製したテールシール組成物の潤滑油基油を評価した。この生分解率が７０％以上の場合を◎、５０％以上７０％未満の場合を○、５０％未満の場合を△と評価し、その評価結果を表１に併せて示す。

〔圧送性の評価〕
ＪＩＳ−Ｋ２２２０に定められている見掛け粘度試験にて圧送性を評価した。上記で調製したテールシール組成物３００ｇ以上をシリンダに詰め、油圧によって毛管を通して押し出し、このとき系統内に発生する圧力を測定する。ポアズイユの式を用いて見掛け粘度を算出する。数値が低いほど、圧力損失が少なく、圧送性に優れる。見掛け粘度が１０，０００Ｐａ・ｓ未満を〇、１０，０００Ｐａ・ｓ以上２０，０００Ｐａ・ｓ未満を△、２０，０００Ｐａ・ｓ以上を×と評価し、その評価結果を表１に併せて示す。

本発明のテールシール組成物は、難燃性であるため火災への安全性が高く、かつ、生分解性を有することから環境への負荷を低減することができるものであり、シールド掘進機用のテールシール組成物として有用である。

Claims (4)

1. ［Ａ］脂肪族アルコールのカルボン酸エステルからなる潤滑油基油２０〜５０質量％、
   ［Ｂ］熱分解性粉体１０〜５０質量％、
   ［Ｃ］無機粉体２０〜６０質量％、および、
   ［Ｄ］繊維質２〜１０質量％
   を含有し、前記潤滑油基油の引火点が２４０℃以上であり、前記熱分解性粉体が、水酸化アルミニウムおよびメラミン化合物の両方である、シールド掘進機用テールシール組成物。
2. 含有する水酸化アルミニウムとメラミン化合物の質量比が４：１〜１０：１である請求項１記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
3. 無機粉体がタルクおよび炭酸カルシウムの少なくとも一方である請求項１又は２記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
4. 繊維質が、長繊維と短繊維の混合物であり、短繊維の平均長さが０．８〜２．４ｍｍであり、長繊維の平均長さが短繊維の平均長さの１．０〜５．０倍であり、長繊維と短繊維の質量比が１：４〜４：１である請求項１〜３のいずれか一項記載のシールド掘進機用テールシール組成物。