JP6329791B2

JP6329791B2 - 制震ダンパー用高減衰ゴム組成物およびそれを用いてなる制震ダンパー

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Publication number: JP6329791B2
Application number: JP2014061429A
Authority: JP
Inventors: 薫安井; 山本　健次; 健次山本; 圭市村谷
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: JP2015183110A

Description

本発明は、高減衰ゴム組成物に関するものであり、詳しくは、建築分野における制震や免震等の用途に好適な制震ダンパー用高減衰ゴム組成物およびそれを用いてなる制震ダンパーに関するものである。

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。このような用途に用いられるゴム組成物として、近年、スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ）等の熱可塑性エラストマーに液状ポリマーを添加し、減衰性能を発現させるようにしたものや、ＳＩＳ等の熱可塑性エラストマーにシリカや炭酸カルシウム等の小粒径フィラーを高充填し、摩擦減衰を発現させるようにしたものが開発されている（特許文献１および２参照）。

ところで、ビル用制震ダンパーの開発においては、大地震のエネルギーを吸収する為に、ゴム材料による高歪みの高減衰化は必須特性である。特に近年、東日本大震災後、中小地震が多く発生しており、高層ビルで観測される長周期地震のように、長く大きく揺れる地震の対応のため、高減衰材料のニーズは更に高くなってきている（特に貸しビル、マンション等）。

特開２００５−２３９８１３号公報特開２００６−８８５９号公報

しかしながら、上記のように液状ポリマー等を用いて粘性減衰を付与し、減衰性の向上を図る手法においては、温度依存性の悪化や弾性率の低下が懸念される。また、小粒径フィラーの高充填により摩擦減衰を発現させる手法では、その高充填により摩擦減衰効果が高まる反面、加工性の悪化が懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、弾性率の低下、温度依存性の悪化、加工性の悪化といった問題を生じさせずに、減衰性を向上させることのできる、制震ダンパー用高減衰ゴム組成物およびそれを用いてなる制震ダンパーの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、下記の（Ａ）を主成分とし、下記の（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有するとともに、架橋剤成分を含まない制震ダンパー用高減衰ゴム組成物を第１の要旨とする。また、本発明は、上記制震ダンパー用高減衰ゴム組成物の硬化体を構成部材として用いてなる制震ダンパーを第２の要旨とする。
（Ａ）スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー。
（Ｂ）芳香族メルカプタン系、芳香族ジスルフィド系、芳香族メルカプタン金属系およびこれらの混合系のいずれか一方に属する、しゃく解剤。
（Ｃ）疎水化処理されたシリカ。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、制震ダンパー用高減衰ゴム組成物のポリマーとして、スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（Ａ）を用い、減衰性を得るため架橋剤成分（架橋剤や加硫促進剤）を含有しないようにするとともに、上記ポリマーに、所定のしゃく解剤（Ｂ）と、疎水化処理されたシリカ（Ｃ）とを組み合わせて用いることを想起した。しゃく解剤は、通常、ジエン系ゴムの素練り促進剤として用いられるものであるが、本発明者らは、これをスチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（Ａ）の減衰性を高めるために作用させることを目的として使用した。さらに、上記のように、しゃく解剤と、疎水化処理されたシリカとを組み合わせたところ、フィラーを高充填しなくとも（フィラー量は変化させずに）、弾性率の低下が少なく、かつ減衰性の顕著な向上効果が得られるようになることを突き止めた。このような作用効果が得られることから、上記の配合組成により、従来の減衰化手法で生じてきた各種問題を解消することができ、所期の目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。

このように、本発明の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物は、スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（Ａ）を主成分とし、所定のしゃく解剤（Ｂ）と、疎水化処理されたシリカ（Ｃ）とを含有するとともに、架橋剤成分を含まないことから、弾性率の低下、温度依存性の悪化、加工性の悪化といった問題を生じさせずに、減衰性を向上させることができる。このような特性により、高層ビル用制震ダンパーの材料として、優れた機能を発揮することができる。

動的剪断特性の評価方法を説明するための模式図である。荷重−歪みループ曲線を示すグラフ図である。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

本発明の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物（以下、「高減衰ゴム組成物」と略する。）は、スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（Ａ）を主成分とし、所定のしゃく解剤（Ｂ）と、疎水化処理されたシリカ（Ｃ）とを含有するとともに、架橋剤成分（架橋剤や加硫促進剤）を含まないものである。ここで、上記高減衰ゴム組成物の「主成分」とは、その高減衰ゴム組成物の特性に大きな影響を与えるもののことであり、高減衰ゴム組成物全体の５０重量％以上を占めることを意味する。また、減衰性を高める観点から、本発明の高減衰ゴム組成物は、上記のように架橋剤成分を含まない。

上記のように、本発明の高減衰ゴム組成物のポリマーには、上記（Ａ）に示すようにスチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ）が用いられるが、必要に応じ、ＳＩＳと併用し、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−イソブチレン−スチレンブロックポリマー（ＳＩＢＳ）等を、ポリマー全体の１０重量％以下の割合で含有させてもよい。

そして、前記ＳＩＳ（Ａ成分）における、スチレン−イソプレンのジブロック量（ＳＩジブロック成分の含有量）が５０〜９５重量％（特に５５〜８０重量％）であり、スチレン量が１０〜３０重量％（特に１５〜２５重量％）であることが、減衰性の観点から好ましい。

前記ＳＩＳ（Ａ成分）の数平均分子量（Ｍｎ）は、１０万〜２０万の範囲が好ましく、特に好ましくは１０万〜１５万の範囲である。すなわち、このように分子量が小さいことが、減衰性の観点から好ましい。なお、上記数平均分子量（Ｍｎ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）に準じて、測定した値である。

一方、（Ａ）成分とともに用いられるしゃく解剤（Ｂ）としては、芳香族メルカプタン系、芳香族ジスルフィド系、芳香族メルカプタン金属系およびこれらの混合系のいずれか一方に属する、しゃく解剤が用いられる。芳香族ジスルフィド系しゃく解剤としては、具体的には、ジベンズアミドジフェニルジスルフィド等があげられる。芳香族メルカプタン金属系しゃく解剤としては、具体的には、ベンズアミドチオフェノールの亜鉛塩等があげられる。そして、これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。なかでも、ＳＩＳの減衰性を高める観点から、ジベンズアミドジフェニルジスルフィドが好ましい。

そして、本発明に係る高減衰ゴム組成物のポリマー１００重量部（以下、「部」と略す）に対する、しゃく解剤（Ｂ）の割合は、０．０２５〜０．３部の範囲が好ましく、特に好ましくは０．０５〜０．２５部の範囲である。すなわち、上記しゃく解剤（Ｂ）の割合が少な過ぎると、所望の減衰特性が得られず、逆に多過ぎると、弾性率の低下を引き起こすおそれがあるからである。

上記（Ａ）および（Ｂ）成分とともに用いられる、疎水化処理されたシリカ（Ｃ）としては、例えば、湿式シリカ、乾式シリカを疎水化処理したものが用いられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。

また、上記シリカ表面への疎水化処理剤としては、例えば、シリコーンオイル、ヘキサメチルジシラザン、オクチルシラン、ジメチルジクロロシラン等のジメチルシラン、トリメチルシラン、モノメチルトリクロロシラン、脂肪酸（ステアリン酸）等があげられる。

特に、上記疎水化処理されたシリカ（Ｃ）のなかでも、ジメチルシランやトリメチルシランにより表面処理された、ジメチルシリル処理シリカ、トリメチルシリル処理シリカが、減衰性の観点から好ましい。

また、上記疎水化処理されたシリカ（Ｃ）は、減衰性の観点から、そのＢＥＴ比表面積が３００ｍ²／ｇ以下、ＤＢＡ吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下であることが好ましく、特に好ましくは、ＢＥＴ比表面積が１００〜２００ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量が２０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲である。なお、本発明において、上記シリカのＢＥＴ比表面積は、例えば、試料を２００℃で１５分間脱気した後、吸着気体として混合ガス（Ｎ₂：７０％、Ｈｅ：３０％）を用いて、ＢＥＴ比表面積測定装置（マイクロデータ社製、４２３２−II）により測定することができる。またＤＢＡ吸着量は、シリカ表面の未反応シラノール基にジブチルアミン（ＤＢＡ）が吸着した量から測定することができる。

そして、本発明に係る高減衰ゴム組成物のポリマー１００部に対する、上記疎水化処理されたシリカ（Ｃ）の割合は、１０〜２００部の範囲が好ましく、特に好ましくは２０〜７０部の範囲である。すなわち、上記シリカ（Ｃ）の割合が少な過ぎると、所望の減衰特性が得られず、逆に多過ぎると、加工性の悪化を引き起こすおそれがあるからである。

なお、本発明の高減衰ゴム組成物には、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて、炭酸カルシウム、液状ポリマー、天然アスファルト、粘着付与剤、可塑剤、老化防止剤等を、必要に応じて適宜配合しても差し支えない。

本発明の高減衰ゴム組成物は、例えば、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分、さらに必要に応じてその他の成分等を、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ることができる。そして、この高減衰ゴム組成物を、溶融温度以上に加熱して溶融させ、これを型枠内に流し込み、放冷して所定形状に成形することにより、高減衰ゴム組成物の製品として用いることができる。そして、この高減衰ゴム組成物の製品（硬化体）を構成部材として、制震ダンパーを作製することができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。

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。

〔ＳＩＳ（Ａ１）〕
日本ゼオン社製、クインタック３５２０（ＳＩジブロック成分含量：７８重量％、スチレン量：１５重量％）

〔ＳＩＳ（Ａ２）〕
日本ゼオン社製、クインタック３４３３Ｎ（ＳＩジブロック成分含量：５６重量％、スチレン量：１６重量％）

〔ＳＩＳ（Ａ３）〕
日本ゼオン社製、クインタック３２７０（ＳＩジブロック成分含量：６７重量％、スチレン量：２４重量％）

〔ＳＩＢＳ〕
カネカ社製、ＳＩＢＳＴＡＲ１０２Ｔ（ＳＩジブロック成分含量：０重量％、スチレン量：１５重量％）

〔しゃく解剤（Ｂ１）〕
大内新興化学社製、ノクタイザーＳＤ（ジベンズアミドジフェニルジスルフィド含量：２５重量％）

〔脂肪酸処理炭酸カルシウム〕
白石カルシウム社製、白艶華ＣＣ

〔未処理シリカ〕
東ソー・シリカ社製、ニプシールＥＲ

〔疎水化処理シリカ（Ｃ１）〕
東ソー・シリカ社製の開発品（特開２００４−１９６８４７号公報に開示の手法に基づきシリコーンオイルにより疎水化処理された湿式シリカ、ＢＥＴ比表面積１０３ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量５ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔疎水化処理シリカ（Ｃ２）〕
東ソー・シリカ社製の開発品（特開２００４−１９６８４７号公報に開示の手法に基づきシリコーンオイルにより疎水化処理された湿式シリカ、ＢＥＴ比表面積１３４ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量１９ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔疎水化処理シリカ（Ｃ３）〕
東ソー・シリカ社製の開発品（特開２００４−１９６８４７号公報に開示の手法に基づきシリコーンオイルにより疎水化処理された湿式シリカ、ＢＥＴ比表面積１２８ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量３１ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔疎水化処理シリカ（Ｃ４）〕
東ソー・シリカ社製の開発品（特開２００４−１９６８４７号公報に開示の手法に基づきシリコーンオイルにより疎水化処理された湿式シリカ、ＢＥＴ比表面積１４４ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量７８ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔硫黄（架橋剤）〕
鶴見化学工業社製

〔加硫促進剤〕
スルフェンアミド系加硫促進剤（大内新興化学工業社製、ノクセラーＣＺ−Ｇ）

〔実施例１〜９、比較例１〜５〕
下記の表１〜表３に示す各成分を同表に示す割合で配合し、これらをニーダーで混練して、目的とするゴム組成物を調製した。

このようにして得られた実施例および比較例のゴム組成物を用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を上記表１〜表３に併せて示した。

〔剪断弾性率（Ｇｅ）、減衰定数（ｈｅ）〕
図１に示すようなサンプルを用いて、ゴム組成物の動的剪断特性の評価を行った。すなわち、ブラスト処理を施した金具２（大きさ１４０ｍｍ×８０ｍｍ、厚み９ｍｍ）に、ゴム用２液接着剤を塗布した後、上記金具２間に、実施例または比較例のゴム組成物を挟み、乾燥を行った。これを１００℃で１０分間熱プレス成型して、試料（大きさ７０ｍｍ×８０ｍｍ、厚み５ｍｍ）１を作製した。そして、このサンプルを、矢印方向に加振させて、図２に示す荷重−歪みループ曲線に基づいて、動的剪断特性の評価を行った。すなわち、上記サンプルに対し、加振機（鷲宮製作所社製、ＤＹＮＡＭＩＣＳＥＲＶＯ）と、入力信号発振機（横河電気社製、シンセサイズドファンクションゼネレータＦＣ３２０）と、出力信号処理機（小野測器社製、ポータブルＦＦＴアナライザーＣＦ−３２００）を用いて、大地震時の２波目を想定した加振（剪断歪み率：２００％（試料厚みに対して２００％）、周波数（ｆ）：０．３３Ｈｚ、測定温度：２０℃）を付与し、その加振の時間に対する剪断歪み値（δ）と荷重値（Ｑｄ）の解析から、下記の式（１）〜（４）に従い、等価剛性（Ｋｅ）、等価減衰係数（Ｃｅ）を求めるとともに、その値から、剪断弾性率（Ｇｅ）、減衰定数（ｈｅ）を求めた。なお、下記の式において、ω＝２πｆ、Ｗ＝Ｋｅδ²／２、ΔＷは荷重−歪みループ面積、Ｓは試料の面積、Ｄは試料の厚みを示す。そして、剪断弾性率（Ｇｅ）において、０．０７Ｎ／ｍｍ²以上のものを○、０．０７Ｎ／ｍｍ²未満のものを×と評価した。また、減衰定数（ｈｅ）において、０．５以上のものを○、０．４以上０．５未満のものを△、０．４未満のものを×と評価した。
等価剛性：Ｋｅ（Ｎ／ｍｍ）＝Ｑｄ／δ …（１）
等価減衰係数：Ｃｅ（ｋＮ・ｓ／ｍ）＝ΔＷ／πωδ² …（２）
減衰定数：ｈｅ＝ΔＷ／４πＷ …（３）
剪断弾性率：Ｇｅ（Ｎ／ｍｍ²）＝Ｋｅ÷Ｓ／Ｄ …（４）

前記表１〜表３の結果から、実施例の試料は、上記動的剪断特性の評価試験において、剪断弾性率（Ｇｅ）が大きく、減衰定数（ｈｅ）が大きいことから、本発明の制震ダンパーに要求される減衰特性が得られていることがわかる。

これに対し、比較例１の試料は、しゃく解剤を使用しておらず、フィラーにも未処理シリカを使用していることから、減衰定数（ｈｅ）が小さい。比較例２の試料は、しゃく解剤は使用しているが疎水化処理シリカを使用しておらず（未処理シリカを使用）、比較例３の試料は、疎水化処理シリカは使用しているがしゃく解剤を使用していない。そして、比較例２，３の試料は、実施例１の試料に比べ、剪断弾性率（Ｇｅ）が大きく、減衰定数（ｈｅ）が小さい。比較例４の試料は、架橋剤成分を含んでおり、実施例１の試料に比べ、剪断弾性率（Ｇｅ）が大きく、減衰定数（ｈｅ）が小さい。比較例５の試料は、フィラー自体含有しておらず、剪断弾性率（Ｇｅ）、減衰定数（ｈｅ）ともに、小さい。したがって、これら比較例の試料は、本発明の制震ダンパーに要求される減衰特性が得られていないことがわかる。

本発明の高減衰ゴム組成物は、建築用，土木用等の制震ダンパー、建築用の制震壁等の制震装置や免震装置、家電用や電子機器用の制振ダンパー、制振材、衝撃吸収材、自動車用の制振材、衝撃吸収材等に用いることができる。なかでも、高層ビル用制震ダンパーの材料として、優れた機能を発揮することができる。

Claims

下記の（Ａ）を主成分とし、下記の（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有するとともに、架橋剤成分を含まないことを特徴とする制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
（Ａ）スチレン−イソプレン−スチレンブロックポリマー。
（Ｂ）芳香族メルカプタン系、芳香族ジスルフィド系、芳香族メルカプタン金属系およびこれらの混合系のいずれか一方に属する、しゃく解剤。
（Ｃ）疎水化処理されたシリカ。
上記（Ａ）成分における、スチレン−イソプレンのジブロック量が５０〜９５重量％であり、スチレン量が１０〜３０重量％である、請求項１記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
上記（Ｂ）成分のしゃく解剤が、ジベンズアミドジフェニルジスルフィドである請求項１または２記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
上記（Ｃ）成分のシリカの含有割合が、上記高減衰ゴム組成物のポリマー１００重量部に対して、１０〜２００重量部の範囲である請求項１〜３のいずれか一項に記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
上記（Ｃ）成分のシリカが、湿式シリカおよび乾式シリカの少なくとも一方を、疎水化処理したものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
上記（Ｃ）成分のシリカが、ジメチルシリル処理シリカおよびトリメチルシリル処理シリカの少なくとも一方である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
上記（Ｃ）成分のシリカが、ＢＥＴ比表面積３００ｍ²／ｇ以下であり、ＤＢＡ吸着量３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の制震ダンパー用高減衰ゴム組成物の硬化体を構成部材として用いてなることを特徴とする制震ダンパー。