JP2005082608A

JP2005082608A - エラストマーの減衰性保持方法および減衰材用組成物

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Publication number: JP2005082608A
Application number: JP2003312554A
Authority: JP
Inventors: Naruaki Takamatsu; 成亮高松; Tetsuo Kasai; 鉄夫笠井
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd; Frontier Carbon Corp
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd; Frontier Carbon Corp
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】広範囲の温度領域において高減衰性を確保することのできる、単一材料系でのエラストマーの減衰性保持方法を提供する。
【解決手段】室温から高温領域までの温度領域において、エラストマーに対し一定の減衰性を保持させる際に、上記エラストマーに下記の（Ａ）を含有させる。
（Ａ）ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で、最も強いピークが１０〜１８°の範囲に存在し、回折角２３〜２７°にピークが存在せず、同時に励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル測定結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^-1とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^-1にピークを有し、それぞれのバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）およびＩ（Ｄ）とした際、ピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０の範囲である炭素材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、振動吸収材料、衝撃吸収材料等の用途に用いられる高減衰性を備えたエラストマーの減衰性を、広範囲の温度領域で一定に保持することのできるエラストマーの減衰性保持方法および減衰材用組成物に関するものである。

例えば、建築分野における制震装置や免震装置は、地震や風等による振動、大型車の走行等による交通振動等から、建築物に対する振動を抑制する目的で使用される。そのため、制震装置や免震装置等の用途に使用される減衰材料には、建築物の剛性にあわせて小振幅から大振幅までの振動吸収能が求められる。そして、建築分野において安定した減衰性能を発揮するためには、建築物の外気雰囲気下において安定した減衰性能が求められ、剛性の温度依存性が小さいことが望まれる。従来、このような用途に用いられる減衰材料は、室温から高温領域にかけて単一材料を用いて減衰性を発現させることが非常に困難であることから、室温領域と高温領域でそれぞれ異なる減衰性を備えた材料を用いてなる減衰材を積層化する方法が採られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２−２９７４３４号公報

このように、従来では、室温から高温領域までの減衰性を単一材料系の減衰材で確保することが困難であり、減衰材の複合化は避けられず、減衰材の構造が複雑なものとなる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、広範囲の温度領域において高減衰性を確保することのできる、単一材料系でのエラストマーの減衰性保持方法および減衰材用組成物の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、室温から高温領域までの温度領域において、エラストマーに対し一定の減衰性を保持させる方法であって、上記エラストマーに下記の（Ａ）を含有させるエラストマーの減衰性保持方法を第１の要旨とする。
（Ａ）ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で、最も強いピークが１０〜１８°の範囲に存在し、回折角２３〜２７°にピークが存在せず、同時に励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル測定結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^-1とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^-1にピークを有し、それぞれのバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）およびＩ（Ｄ）とした際、ピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０の範囲である炭素材料。

また、本発明は、エラストマーに、下記の（Ａ）を含有させる減衰材用組成物を第２の要旨とする。
（Ａ）ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で、最も強いピークが１０〜１８°の範囲に存在し、回折角２３〜２７°にピークが存在せず、同時に励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル測定結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^-1とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^-1にピークを有し、それぞれのバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）およびＩ（Ｄ）とした際、ピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０の範囲である炭素材料。

すなわち、本発明者らは、単一材料系にて広範囲の温度領域での高減衰性を確保することのできる、いわゆる温度依存性の小さい減衰材を得るために鋭意検討を行った。そして、従来からエラストマーに対し減衰性を付与するために用いられる各種材料とは全く異なる視点から材料を検討した結果、減衰材料用途として使用されることのなかった上記特殊な炭素材料（Ａ）を用いると、この特殊な炭素材料（Ａ）のみの単一材料の使用により、室温から高温領域にかけてエラストマーの優れた減衰性能が一定に保持されることを見出し本発明に到達した。

なお、本発明において、室温から高温領域までの温度領域とは、具体的には、０℃から１００℃にかけての温度領域をいう。

以上のように、本発明は、室温から高温領域までの温度領域において、エラストマーに対し一定の減衰性を保持させる減衰性保持方法であって、上記エラストマーに前記特殊な炭素材料（Ａ）を含有させるものである。この特殊な炭素材料（Ａ）のみによる単一材料の使用により、室温から高温領域にかけて優れた減衰性が保持される。このため、室温から高温領域にかけての減衰性付与における減衰材の簡素化が実現する。

したがって、上記減衰性保持方法により得られた減衰材用組成物を用いた減衰材は、例えば、建築分野における建築用制震壁，制震ダンパー等の制震装置および免震装置、また、家電用制振ダンパー、電子機器用制振ダンパー、制振材、自動車用制振材、衝撃吸収材等の多岐にわたる分野の成形材料に用いられる。

本発明のエラストマーの減衰性保持方法では、エラストマーに対して、特殊な炭素材料（Ａ）が用いられる。なお、本発明のエラストマーの減衰性保持方法における一定の減衰性の保持とは、厳密に一定であることを要さず、具体的には、０℃における減衰定数（ｔａｎδ）を基準とし、１００℃における減衰定数（ｔａｎδ）が０℃における減衰定数（ｔａｎδ）に対して１５％以内の減少の場合をいう。

上記一定の減衰性の保持対象となるエラストマーとしては、特に限定するものではなく従来公知の減衰材に用いられる各種エラストマーがあげられる。例えば、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ），エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ），クロロプレンゴム（ＣＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），ブチルゴム（ＩＩＲ），ブタジエンゴム（ＢＲ），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），アクリルゴム（ＡＣＭ），塩素化ポリエチレン（ＣＭ），フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成ゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー，ポリエステル系熱可塑性エラストマー，ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー等があげられる。

上記スチレン系熱可塑性エラストマーは、分子中のハードセグメントとしてポリスチレンを、ソフトセグメントとしてポリイソプレン、ポリブタジエン等のポリジエンを用いたブロックコポリマーであり、具体的には、スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックポリマー（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロックポリマー（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン・プロピレン−スチレンブロックポリマー（ＳＥＰＳ）等があげられる。

上記ポリエステル系熱可塑性エラストマーは、分子中のハードセグメントとしてポリエステルを、ソフトセグメントとしてガラス転移温度（Ｔｇ）の低いポリエーテルあるいはポリエステルを用いた、マルチブロックコポリマーである。

上記ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、分子中のハードセグメントとしてポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィンを、ソフトセグメントとしてＥＰＤＭ等のゴムを用いて、ハードセグメントとソフトセグメントをブレンドした熱可塑性エラストマーである。

上記エラストマーの減衰性能を保持させるために用いられる特殊な炭素材料（Ａ）とは、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で、最も強いピークが１０〜１８°の範囲に存在し、かつ回折角２３〜２７°にピークが存在せず、同時に励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル測定結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^-1とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^-1にピークを有し、それぞれのバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）およびＩ（Ｄ）とした際、ピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０の範囲である炭素材料である。

上記炭素材料（Ａ）の構造の詳細については定かではないが、上記Ｘ線回折測定およびラマンスペクトル測定結果より、従来知られていない特殊な炭素材料であるといえる。すなわち、ラマンスペクトル測定におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０ということは、通常の炭素材料ではグラファイト構造が多いということを示すが、この場合、同時にＸ線回折測定において回折角２３〜２７°にグラファイト構造の００１面（格子面間隔３．４Å）に由来するピークを有する。

しかし、本発明で用いる炭素材料（Ａ）では、ラマンスペクトル測定におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）は０．４〜１．０の範囲であるが、Ｘ線回折測定において回折角２３〜２７°にピークが無く、回折角１０〜１８°にピークを有する。このことは本発明の炭素材料（Ａ）がグラファイト構造を有さず、より間隔の広い規則性構造を持つ特殊な内部構造を有することを意味する。

そして、上記炭素材料（Ａ）の配合量は、エラストマー１００重量部（以下「部」と略す）に対して２０〜１００部の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは３０〜７０部である。すなわち、２０部未満では、温度依存性の小さい減衰材を得ること、いわゆる減衰性の保持が困難であり、１００部を超えると、加工性に問題が生ずる傾向がみられるからである。

また、本発明においては、上記炭素材料（Ａ）とともに従来の通常のカーボンブラックを併用してもよい。上記通常のカーボンブラックとしては、特に限定するものではないが、例えば、ＦＥＦカーボン等があげられる。このように通常のカーボンブラックを併用する場合は、炭素材料（Ａ）と通常のカーボンブラックとの合計の５０重量％以上を炭素材料（Ａ）が占めるように設定することが好ましい。

本発明のエラストマーの減衰性保持方法により得られる減衰材には、上記エラストマーおよび炭素材料（Ａ）以外に、必要に応じて、さらに粘着付与剤、可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加工助剤、酸化防止剤（老化防止剤）等を適宜配合しても差し支えない。

上記粘着付与剤は、減衰性や接着性の向上を目的として用いられるものであり、例えば、水添脂環族系炭化水素樹脂、クマロン樹脂、ロジン、ロジンエステル、テルペンフェノール樹脂、ケトン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、マレイン酸樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等が好適に用いられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記可塑剤は、硬度の調整等を目的とするものであり、例えば、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等の合成可塑剤、パラフィン系オイル，アロマオイル等の鉱物油があげられる。

上記加硫剤としては、例えば、硫黄、有機過酸化物、アルキルフェノール樹脂等があげられる。上記加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系加硫促進剤、ベンゾチアゾール系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤等があげられる。

上記酸化防止剤（老化防止剤）としては、例えば、Ｚｉｎｃジブチルジチオカルバメート等のジチオカルバメート系酸化防止剤やフェノール系酸化防止剤等があげられる。

本発明の減衰材用組成物は、例えば、上記各成分をニーダー、プラネタリーミキサー、混合ロール、２軸スクリュー式攪拌機等を用いて混練することにより得られる。そして、この減衰材用組成物を、天然ゴムや合成ゴムの場合は、加熱加硫等を経て所定形状に成形することにより製品である減衰材として用いることができる。

このようにして得られる減衰材は、室温から高温領域の温度領域において、一定の減衰定数（ｔａｎδ）が保持される。

このように、上記減衰材が室温から高温領域までの温度領域において、エラストマーに対し一定の減衰性を保持させることができるのは、上記炭素材料（Ａ）の内部構造が、ミクロなグラファイトの集合体である通常のカーボンブラックと異なり、より間隔が広く、グラファイト構造とは異なる何らかの規則性構造を有することが原因であると推定される。これはＸ線回折測定において、カーボンブラックが回折角２３〜２７°にピークを有することに対して、上記炭素材料（Ａ）は上記回折角にピークが無く、回折角１０〜１８°にピークを有することから推測される。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。

〔天然ゴム〕
ＲＳＳ＃３（Ｗ２８３５０）

〔加硫促進助剤〕
酸化亜鉛２種

〔加工助剤〕
ステアリン酸

〔ＦＴカーボン〕
アサヒサーマル、旭カーボン社製

〔ＦＥＦカーボン〕
シーストＳＯ、東海カーボン社製

〔特殊炭素材料（Ａ）〕
フロンティアブラック、フロンティアカーボン社製

〔加硫剤〕
硫黄

〔加硫促進剤〕
サンセラーＣＺ、三新化学社製

〔実施例１〜２、比較例１〜３〕
下記の表１に示す各成分を同表に示す割合で配合し、これらをラボプラストミル（東洋精機社製）で混練した。そして、この混練物を１５０℃×２０分間の条件で加熱プレスして、減衰材となるシート（大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚み２ｍｍ）を作製した。

このようにして得られた実施例品および比較例品の減衰材を用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を、後記の表２〜表３に併せて示した。

〔常態物性〕
各減衰材となるシートを用い、この減衰材について、ＪＩＳＫ６２５１に準拠して、引張応力〔Ｍ₁₀₀（ＭＰａ）〕、引張強度〔ＴＢ（ＭＰａ）〕、伸び〔ＥＢ（％）〕、硬度（Ｈｓ）を評価した。

〔減衰定数・貯蔵弾性率の測定〕
上記減衰材であるシートを用いて、剪断歪み０．１％、周波数１５Ｈｚ、測定温度：０℃、２０℃、４０℃、６０℃および１００℃の各条件で、粘弾性スペクトロメーター（ＤＶＥ−Ｖ４ＦＴレオスペクトラー）により減衰定数（ｔａｎδ）を測定した。また、測定温度：０℃、２０℃、４０℃、６０℃および１００℃の各条件における貯蔵弾性率（Ｅ′）を、減衰定数（ｔａｎδ）と同様にして測定した。その結果を、下記の表２および表３に併せて示した。

上記結果から、実施例品はいずれも、比較例１，２品と略同等の常態物性を示しながら、０℃から１００℃にかけて減衰定数（ｔａｎδ）の減少の度合いが小さく、減衰性の温度依存性が小さいことがわかる。

これに対して、比較例１，２品は、従来のカーボンブラックであるＦＴカーボン，ＦＥＦカーボンをそれぞれ配合したものであり、温度の上昇とともに減衰定数（ｔａｎδ）が減少しており、減衰性の温度依存性が高いことが明らかである。また、比較例３品は、特殊炭素材料（Ａ）およびいずれのカーボンブラックも配合していないものであり、常態物性に劣り、しかも温度の上昇とともに減衰定数（ｔａｎδ）が著しく減少しており、減衰性の温度依存性が高いことが明らかである。

本発明の減衰材用組成物を用いて得られる減衰材は、例えば、建築分野における建築用制震壁，制震ダンパー等の制震装置および免震装置に好適に用いられ、また、家電用制振ダンパー、電子機器用制振ダンパー、制振材、自動車用制振材、衝撃吸収材等の多岐にわたる分野に用いられる。

Claims

室温から高温領域までの温度領域において、エラストマーに対し一定の減衰性を保持させる方法であって、上記エラストマーに下記の（Ａ）を含有させることを特徴とするエラストマーの減衰性保持方法。
（Ａ）ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で、最も強いピークが１０〜１８°の範囲に存在し、回折角２３〜２７°にピークが存在せず、同時に励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル測定結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^-1とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^-1にピークを有し、それぞれのバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）およびＩ（Ｄ）とした際、ピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０の範囲である炭素材料。
エラストマーに、下記の（Ａ）を含有させることを特徴とする減衰材用組成物。
（Ａ）ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で、最も強いピークが１０〜１８°の範囲に存在し、回折角２３〜２７°にピークが存在せず、同時に励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル測定結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^-1とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^-1にピークを有し、それぞれのバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）およびＩ（Ｄ）とした際、ピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０の範囲である炭素材料。