DE69126653T2 - Kautshuckzusammensetzung für laminierte vibrationsdämpfende Struktur - Google Patents

Kautshuckzusammensetzung für laminierte vibrationsdämpfende Struktur

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gummimasse für eine laminierte erschütterungsfeste Struktur.
  • In jüngerer Zeit wurden laminierte erschütterungsfeste Strukturen als Schwingungsisolatoren für Baustrukturen (z.B. Gebäude) weit verwendet. Die laminierten erschütterungsfesten Strukturen werden zwischen die Baustrukturen und Fundamente eingesetzt, wobei die Übertragung der Erdbebenschwingungsenergie auf die Baustrukturen vermindert wird. Es wurde eine breite Vielfalt von laminierten Strukturen vorgeschlagen. Normalerweise sind das Strukturen, wobei eine starre Platte und eine dicke dämpfende Gummischicht mit viskuelastischen Eigenschaften abwechselnd laminiert werden (siehe nachstehende Fig. 1).
  • Um das Dämpfüngsvermögen zu erhöhen wurde bisher ein Verfahren, das das Formulieren einer großen Menge Ruß oder eines Füllstoffs in den Gummi umfaßt, oder ein Verfahren, das die Zugabe eines Polymers mit einem hohen Glasübergangspunkt umfaßt, vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren wird jedoch die Dehnung der erhaltenen Gummimasse vermindert oder man erhält eine große Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Temperatur, wobei im tiefen Temperaturbereich von etwa -10ºC ein sehr hoher Elastizitätsmodul erhalten wird.
  • Im Falle eines Erdbebens erzeugt die laminierte erschütterungsfeste Struktur durch das Bewirken einer Scherverformung eine Festigkeit gegen die Erschütterung und eine dämpfende Wirkung, und je größer der Umfang der Scherverformung wird, um so größer wird die Erschütterungsfestigkeit. Es sind Strukturen erwünscht, die eine Scherverformung von nicht kleiner als 50% bewirken. Obwohl die laminierte erschütterungsfeste Struktur bei einer Temperatur im Bereich von 30ºC bis -10ºC verwendet wird, ist es wichtig, daß der Elastizitätsmodul bei niederen Temperaturen nicht zu hoch wird.
  • Die vorstehende dämpfende Wirkung ist außerdem besonders bei einem ziemlich starken Erdbeben wirksam, das in der larninierten erschütterungsfesten Struktur eine starke Verformung (z.B. eine Scherverformung von nicht kleiner als 5%) verursacht. Dementsprechend ist es wichtig, daß die laminierte erschütterungsfeste Struktur bei der starken Verformung (z.B. nicht größer als 5%) ein großes Dämpfüngsvermögen besitzt. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß Tan δ im großen Verformungsbereich hoch ist.
  • Wir haben nun eine Gummimasse sowohl mit einem großen Dämpfüngsvermögen als auch mit weiteren ausgezeichneten Eigenschaften, zum Beispiel der Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Temperatur und Scherverformung, entwickelt, die für die laminierte erschütterungsfeste Struktur geeignet ist. Das bedeutet, die vorliegende Erfindung stellt eine Gummimasse mit einem großen Dämpfüngsvermögen bereit, die den vorstehenden Erfordernissen genügt, wobei die Gummimasse eine geringe Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Temperatur und sowohl eine kleine bleibende Kompressionsverformung als auch eine Scherverformung von größer als 550% und ein großes Tan 6 im großen Verformungsbereich (z.B. eine Scherverformung von nicht kleiner als 5%) besitzt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt demgemäß eine Gummimasse bereit, enthaltend Ruß mit einer Iodadsorption von 70 bis 115 mg/g und einer DBP-Adsorption (Verfahren A) von 115 bis 70 ml /100 g in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-Teile eines Grundgummis, wobei die Gummimasse ferner:
  • ein aromatisches Petroleumharz mit einem Erweichungspunkt von 70 bis 140ºC und einem Bromwert von 0 bis 2,0 enthält; und
  • Cumaron-Indenharz und/oder Kolophonium im Verhältnis enthält, das der Beziehung
  • 8 ≤ (4/3) A+B ≤ 50 (I)
  • 4 ≤ A ≤ 25; und
  • 5 ≤ B ≤ 35
  • genügt, wobei A die gesamte formulierte Menge von Cumaron-Indenharz und Kolophonium ist, und B die formulierte Menge an aromatischem Petroleumharz ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird außerdem unter Bezugnahme auf die nachstehenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • Fig. 1 einen schematischen Querschnitt darstellt, der eine Ausführungsform einer laminierten erschütterungsfesten Struktur der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Fig. 2 ist eine schematische graphische Darstellung, die die Messung der Scherverformung erläutert.
  • Fig. 3 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen Tan δ und der Scherverformung im Falle der Verwendung verschiedener Harze zur Verwendung für den Gummi.
  • Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die den nachstehend erwähnten Bereich der Beziehung (I) erläutert, der die Menge des formulierten Cumaron-Indenharzes, Kolophoniums und aromatischen Petroleumharzes angibt.
  • Grundgummis, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen, zum Beispiel, natürlichen Gummi und synthetischen Gummi ein, die allein oder in Kombination verwendet werden können. Der bevorzugte synthetische Gummi ist Polyisoprengummi. Andere Gummis (z.B. Butadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, usw.) können auch in einer Menge von etwa 20 Gew.-Teilen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gummis, zugegeben werden.
  • Der in den Gummimassen der vorliegenden Erfindung verwendete Ruß besitzt eine Iodadsorption von 70 bis 115 mg/g, vorzugsweise 80 bis 110 mg/g, und eine DBP-Adsorption (Verfahren A) von 115 bis 70 ml / 100 g, vorzugsweise 110 bis 70 ml / 100 g. Die Iodadsorption und die DBP-Adsorption (Verfahren A) werden gemäß dem JIS K6211 gemessen. Wenn die Iodadsorption des Rußes kleiner als 70 mg/g ist, wird das Dämpfungsvermögen vermindert. Wenn die Iodadsorption größer als 115 mg/g ist, wird die Dehnung der Gummimasse verringert und außerdem werden die Verarbeitungseigenschaften (z.B. das Kneten, Kalandern, Extrudieren) beeinträchtigt. Wenn die DBP-Adsorption des Rußes kleiner als 70 ml / 100 g ist, wird die Dispersion beeinträchtigt. Wenn die DBP-Adsorption größer als 115 ml / 100 g ist, wird die Bruchdehnung vermindert.
  • Die Menge des zugegebenen Rußes beträgt 30 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 65 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Gummis. Wenn die Menge des Rußes kleiner als 30 Gew.-% ist, wird das Dämpfüngsvermögen vermindert, und wenn die Menge größer als 70 Gew.-% ist, wird die Bruchdehnung kleiner.
  • Das in der vorliegenden Erfindung in den Gummi formulierte aromatische Petroleumharz ist ein aromatisches Petroleumharz ohne eine Doppelbindung, außer einem aromatischen Ring, wobei der aromatische Ring abwechselnd an eine Methylengruppe gebunden ist. Der Erweichungspunkt beträgt 70 bis 140ºC, vorzugsweise 80 bis 130ºC. Ein Harz mit einem Erweichungspunkt von kleiner als 70ºC besitzt ein geringes Dämpflingsvermögen und ein Harz mit einem Erweichungspunkt von höher als 140ºC wird während des Knetens praktisch kaum gelöst und es kann eine Verschlechterung der Dispersion eintreten. Außerdem beträgt der Bromwert 0 bis 2,0, vorzugsweise 0. Wenn er höher als 2,0 ist, werden die Dehnung und die Scherverformung vermindert.
  • Die Menge des formulierten aromatischen Petroleumharzes beträgt 5 bis 35 Gew.- %, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Gummis. Wenn die Menge kleiner als 5 Gew.-Teile ist, treten Nachteile auf, das Dämpfüngsvermögen wird beeinträchtigt und die Scherverformung wird herabgesetzt. Wenn die Menge 35 Gew.-Teile überschreitet, werden die Knet- und Kalandereigenschaften bei der Verarbeitung des Gummis beeinträchtigt.
  • Um in der vorliegenden Erfindung Tan δ im großen Verformungsbereich zu erhöhen, werden außerdem Cumaron-Inden und/oder Kolophonium in den Gummi formuliert. Außerdem wird im Hinblick auf Tan 6 und die Verarbeitungseigenschaften das Cumaron- Indenharz stärker bevorzugt. Das Verhältnis von Cumaron-Indenharz und Kolophonium genügt der Beziehung:
  • 8 ≤ (4/3) A + B ≤ 50 (I)
  • wobei A die gesamte formulierte Menge von Cumaron-Indenharz und Kolophonium ist, und B die formulierte Menge eines aromatischen Petroleumharzes ist. Wenn sie kleiner als 8 ist, kann kein ausreichendes Dämpftingsvermögen erhalten werden. Wenn sie 50 überschreitet, wird die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Temperatur und die bleibende Kompressionsverformung wesentlich beeinträchtigt und zur gleichen Zeit erhöht sich das Haftvermögen wesentlich, was eine bedeutende Beeinträchtigung der Verarbeitungseigenschaften zur Folge hat. In der vorstehenden Beziehung (I) beträgt A 4 bis 25 und B ist 5 bis 35. Wenn außerdem A größer als 25 ist, vermindert sich die Scherverformung. Der Bereich, dargestellt durch die Beziehung (I), ist in Fig. 4 gezeigt. Außerdem wird der Bereich, der bevorzugte Werte tür A und B angibt, in der Figur durch schräge Linien gezeigt. In dem Fall, bei dem ein Tan δ-Wert von nicht kleiner als 0,25 nötig ist, wird der durch gekreuzte schräge Linien gezeigte Bereich bevorzugt.
  • Zu der Gummimasse der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls ein Vulkanisiemngsmittel (z.B. Schwefel), Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisierungshilfsmittel, Antialterungsmittel, Füllstoff, Erweichungsmittel und ein klebrigmachendes Mittel zugegeben werden.
  • Die Gummimasse der vorliegenden Erfindung wird nach dem Kneten der vorstehenden Komponenten bei 150ºC vulkanisiert. Die Scherverformung des so erhaltenen Gummis beträgt über 550%.
  • Verschiedene physikalische Eigenschaften der Gummimasse der vorliegenden Erfindung werden nach den nachstehenden Verfahren gemessen.
  • Die Zugfestigkeit (kgf/cm²), Dehnung (%) und die bleibende Kompressionsverformung (%) wurden gemäß JIS K6301 bestimmt. Für die Scherverformung wurde, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Probe von 5 mm Dicke durch Vulkanisieren zwischen Stahlplatten gebunden und dann wurden die oberen und die unteren Platten in die entgegengesetzte horizontale Richtung gestreckt, wobei die Bruchdehnung gemessen wurde.
  • Der zusammengesetzte dynamische Scherelastizitätsmodul (G*) und Tan δ wurden unter den Bedingungen einer Frequenz von 0,5 Hz, einer Temperatur von 30ºC und -10ºC und einer Scherverformung von 150% gemessen.
  • Die nachstehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutern die vorliegende Erfindung im einzelnen weiter.
    • Beispiele A bis E, K bis Q, R, T und U und Vergleichsbeispiele F bis J, S und V
  • Eine Gummimasse, wie in den Tabellen 3 bis 6 angegeben, wurde unter Verwendung von Ruß und einem aromatischen Petroleumharz, wie in den Tabellen 1 und 2 angegeben, geknetet und die Masse wurde dann 35 Minuten bei 150ºC einer Druckvulkanisation unterworfen, wobei verschiedene physikalische Eigenschaften des erhaltenen vulkanisierten Gummis gemessen wurden. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 bis 6 angegeben.
  • Die Zielwerte flir die Ausfli.hrung einer Formulierung sind die folgenden:
  • Tan δ (30ºC): nicht kleiner als 0,2
  • Abhängigkeit des Scherelastizitätsmoduls von der Temperatur:
  • G* (-10ºC) / G* (30ºC): nicht größer als 2,5
  • Scherverformung: nicht kleiner als 550% Tabelle 1 Tabelle 2
  • Anmerkung: Der Bromwert wurde gemäß JIS 2606 gemessen.
  • Der Erweichungspunkt wurde nach dem Ring- und Kugel-Verfahren gemessen. Tabelle 3 Tabelle 3 (Fortsetzung)
  • Anmerkung: 1) Polyisoprengummi, hergestellt von Shell Chemical Co.
  • 2) Mobilsol 30, hergestellt von Mobil Oil Co.
  • 3) Oxidiethylen-2-benzothiazolsulfenamid
  • 4) Tetrabutylthiuramdisulfid Tabelle 4 Tabelle 4 (Fortsetzung)
  • Anmerkung: 2) Mobilsol von Mobil Oil Co.
  • 3) Oxidiethylen-2-benzothiazolsulfenamid
  • 4) Tetrabutylthiuramdisulfid Tabelle 5 Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 6 Tabelle 6 (Fortsetzung)
  • Die Gummimassen der Beispiele A und B, in denen Ruß und das aromatische Petroleumharz in der Menge innerhalb des Bereiches des Anspruchs der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, zeigen ein hohes Tan δ und eine starke Scherverformung. Sie sind, im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen G und 3, in der Scherverformung überlegen und sie besitzen, im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel F, einen besseren Tan δ-Wert.
  • Wie in den Vergleichsbeispielen H und I gezeigt wird, ist außerdem, auch wenn Ruß verwendet wird, lan 8 zu klein, wenn die Menge klein ist (wie im Vergleichsbeispiel H gezeigt). Wenn die Menge zu groß ist, wie im Vergleichsbeispiel I gezeigt wird, wird die Scherverformung vermindert.
  • Die Gummimassen der Beispiele C, D und E sind außerdem die Massen, in denen der natürliche Gummi und der Polyisoprengummi gemischt sind und Ruß und das aromatische Petroleumharz in einer Menge im Bereich des Anspruchs der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die beiden Gummimassen der Beispiele C, D und E besitzen ein hohes lan δ und eine große Scherdehnung.
  • Die Gummimassen der Beispiele K bis N, P, Q und U genügen den Mengen, die im Bereich der schrägen Linien in Fig. 4 gezeigt sind, und sie zeigen einen guten Tan δ-Wert, eine gute Scherverformung und gute Verarbeitungseigenschaften. Obwohl die Gummimassen der Beispiele O und R der vorstehenden Beziehung (I) genügen, sind die Mengen nicht in dem Bereich der schrägen Linien eingeschlossen. Die Gummimasse des Beispiels besitzt einen hohen lan 8-Wert und eine große Scherverformung, sie besitzt aber schlechtere Verarbeitungseigenschaften. Die Gummimasse des Beispiels R besitzt einen kleinen Tan δ-Wert.
  • Die Gummimasse des Vergleichsbeispiels V zeigt einen kleinen Tan δ-Wert und die Gummimasse des Vergleichsbeispiels besitzt schlechtere Verarbeitungseigenschaften.
    • Test zur Bestimmung einer Beziehung zwischen Tan δ und der Scherverformung unter Verwendung verschiedener Harze im Gummi Versuchsbeispiele 1 bis 8
  • 40 Gew.-Teile verschiedener Harze zur Verwendung im Gummi wurden in 100 Gew.-Teilen eines natürlichen Gummis formuliert und die Abhängigkeit der dynamischen Viskoelastizität auf die Verformung des erhaltenen vulkanisierten Produkts gemessen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 7 und Fig. 3 angegeben. Tabelle 7 Tabelle 7 (Fortsetzung) Tabelle 7 (Fortsetzung) Tabelle 7 (Fortsetzung)
  • In den Versuchsbeispielen 1 und 7 wurde das Cumaron-Indenharz und Kolophonium in einer Menge von 40 Gew.-Teilen (phr), bezogen auf 100 phr (Gew.-Teile) des natürlichen Gummis, formuliert. Die Erhöhung von Tan δ im Bereich der großen Verformung ist im Vergleich mit dem Versuchsbeispiel 6, in dem kein Harz zugegeben ist, bemerkenswert. Andererseits wurden in die Versuchsbeispiele 2 und 3 Alkylphenolharz (*1) beziehungsweise DCPD-Harz (*2) formuliert. Bei diesen Harzen ist die Erhöhung von Tan δ im Mikroverformungsbereich bemerkenswert. Außerdem wurde im Versuchsbeispiel 8 pulverförmiger Talk in einer Menge von 150 phr formuliert. Im Mikroverformungsbereich ist Tan δ hoch, während im großen Verformungsbereich Tan 6 klein ist. Außerdem besitzt die Masse in Versuchsbeispiel 4, bei dem ein aromatisches Harz (*3) formuliert ist, im Vergleich mit den vorstehenden Versuchsbeispielen miffelmäßige Eigenschaften. Das Cumaron-Indenharz und Kolophonium sind dernnach als Mittel zum Formulieren in die laminierte erschütterungsfeste Struktur besonders geeignet.
  • (Anmerkung) *1: PR 19900 (hergestellt von Sumitomo Durez K.K.); *2: Quinton 1325 (hergestellt von Nihon Zeon K.K.)

Claims (10)

1. Gummimasse, enthaltend Ruß mit einer Iodadsorption von 70 bis 115 mg/g und einer DBP-Adsorption (Verfahren A) von 115 bis 70 ml/100 g in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-Teile eines Grundgummis, wobei die Gummimasse ferner ein aromatisches Petroleumharz mit einem Erweichungspunkt von 70 bis 140ºC und einem Bromwert von 0 bis 2,0 und Cumaron-Indenharz und/oder Kolophonium im Verhältnis enthält, das den Beziehungen
8 ≤ (4/3) A + B ≤ 50 (I)
4 ≤ A ≤ 25; und
5 ≤ B ≤ 35
genügt, wobei A die gesamte formulierte Menge von Cumaron-Indenharz und Kolophonium ist, und B die formulierte Menge an aromatischem Petroleumharz ist.
2. Gummimasse nach Anspruch 1, wobei der Grundgummi ein natürlicher Gummi ist.
3. Gummimasse nach Anspruch 1, wobei der Grundgummi ein synthetischer Gummi ist.
4. Gummimasse nach Anspruch 3, wobei der synthetische Gummi ein Polyisoprengummi ist.
5. Gummimasse nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere Additive wie Vulkanisierungsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationssäure, Antialterungsmittel, Füllstoff, Erweichungsmittel oder ein klebrigmachendes Mittel gegebenenfalls zugegeben werden.
6. Verwendung einer Gummimasse, die Ruß mit einer Iodadsorption von 70 bis 115 mg/g und einer DBP-Adsorption (Verfahren A) von 115 bis 70 ml/100 g in einer Menge von bis 70 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-Teile eines Grundgummis enthält, wobei die Gummimasse ferner ein aromatisches Petroleumharz mit einem Erweichungspunkt von 70 bis 140ºC und einen Bromwert von 0 bis 2,0 und Cumaron-Indenharz und/oder Kolophonium in einem Verhältnis enthält, das der Beziehung
8 ≤ (4/3) A + B ≤ 50 (I)
genügt, wobei A die gesamte formulierte Menge von Cumaron-Indenharz und Kolophonium ist, B die formulierte Menge des aromatischen Petroleumharzes ist und B nicht ist, als eine erschütterungsfeste Struktur.
7. Verwendung einer Gummimasse nach Anspruch 6, wobei der Grundgummi ein natürlicher Gummi ist.
8. Verwendung einer Gummimasse nach Anspruch 6, wobei der Grundgummi ein synthetischer Gummi ist.
9. Verwendung einer Gummimasse nach Anspruch 8, wobei der synthetische Gummi ein Polyisoprengummi ist.
10. Verwendung einer Gummimasse nach Anspruch 6, wobei ein oder mehrere Additive wie Vulkanisierungsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationssäure, Antialterungsmittel, Füllstoff, Erweichungsmittel oder ein klebrigmachendes Mittel gegebenenfalls zugegeben werden.
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