JP2009007398A - ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性およびシール性に優れるとともに、炭酸ガスと接触した場合に圧力変化によるブリスタの発生を抑えたゴム組成物を提供する。
【解決手段】EPDM 100重量部に対して、カーボンブラック5〜120重量部、瀝青質微粉末70〜150重量部および有機過酸化物0.2〜8重量部を含有するゴム組成物。このゴム組成物より得られた架橋ゴムは、炭酸ガス冷媒用シール材料に必要な特性である炭酸ガスの急減圧による耐発泡特性、高温時の製品寿命を左右する耐圧縮永久歪特性にすぐれているので、炭酸ガス冷媒に対するシール製品、例えばOリング、パッキン、ガスケット、オイルシール、バルブなどに好適に用いることができる。
【選択図】 なし
【解決手段】EPDM 100重量部に対して、カーボンブラック5〜120重量部、瀝青質微粉末70〜150重量部および有機過酸化物0.2〜8重量部を含有するゴム組成物。このゴム組成物より得られた架橋ゴムは、炭酸ガス冷媒用シール材料に必要な特性である炭酸ガスの急減圧による耐発泡特性、高温時の製品寿命を左右する耐圧縮永久歪特性にすぐれているので、炭酸ガス冷媒に対するシール製品、例えばOリング、パッキン、ガスケット、オイルシール、バルブなどに好適に用いることができる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、ゴム組成物に関する。さらに詳しくは、炭酸ガス用シール材成形材料などとして有効に用いられるゴム組成物に関する。
産業用、家庭用の冷凍庫、冷蔵庫あるいは家庭用エアコン、カーエアコンなどにおいて、フロンガスに代わる冷媒として炭酸ガスが注目されているが、炭酸ガスはゴムなどの高分子物質への溶解性が高いため、シール材内部を炭酸ガスが透過したり、また使用環境下における圧力変化によりブリスタが発生するなどの問題があった。
本出願人は先に、炭酸ガスシール用材料として、ブチルゴム組成物、樹脂/EPDM系熱可塑性エラストマーなどを提案しているが、ブチルゴムは耐熱特性の点で、また熱可塑性エラストマーについては低温特性の点で、それぞれさらなる改良が望まれている。
特開２００２−５３７１８号公報
特開平１０−２３１４７１号公報
また、炭酸ガスシール用材料としては、水素化NBRあるいはEPDMなどの組成物も知られている。しかるに、水素化NBRは炭酸ガス非透過性には優れるものの、総じて硬度が高くまた圧縮永久歪も大きいことから、ガスケット材としてのシール性の点で他の材料に比べて劣る傾向がある。また、EPDMは耐熱性およびシール性には優れるものの、炭酸ガスの非透過性や耐発泡性の点で、十分なものが得られていないのが現状である。
特開２００３−２４６９７６号公報
特開２００３−２１２３６１号公報
本発明の目的は、耐熱性およびシール性に優れるとともに、炭酸ガスと接触した場合に圧力変化によるブリスタの発生を抑えた架橋物を与え得るゴム組成物を提供することにある。
かかる本発明の目的は、EPDM 100重量部に対して、カーボンブラック5〜120重量部、瀝青質微粉末70〜150重量部および有機過酸化物0.2〜8重量部を含有するゴム組成物によって達成される。
本発明のゴム組成物より得られた架橋ゴムは、炭酸ガス冷媒用シール材料に必要な特性である炭酸ガスの急減圧による耐発泡特性、高温時の製品寿命を左右する耐圧縮永久歪特性にすぐれているので、炭酸ガス冷媒に対するシール製品、例えばOリング、パッキン、ガスケット、オイルシール、バルブなどに好適に用いることができる。
エチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴム(EPDM)としては、エチレンおよびプロピレンに各種のジエン成分を少量共重合させたもののいずれをも用いることができ、実際には各種の市販EPDMをそのまま用いることができる。
カーボンブラックとしては、一般に補強剤として用いられているファーネスブラックを用いることができるが、瀝青質微粉末を高充填する際の混練性および成形性といった観点から、好ましくは窒素吸着比表面積が20〜60m2/gであって、DBP吸油量が40〜130ml/100gのもの、例えばFEFカーボンブラック、SRFカーボンブラックなどが用いられる。カーボンブラックは、EPDM 100重量部当り約5〜120重量部、好ましくは約20〜80重量部の割合で用いられる。カーボンブラックがこれより少ない割合で用いられると、CO2発泡性は小さくなるものの、CO2浸せき後の膨張が大きく耐CO2性に劣るようになり、一方これより多い割合で用いられると、圧縮永久歪が悪化するため製品寿命の観点から好ましくない。
瀝青質微粉末としては、石炭等の瀝青質物質を粉砕し、平均粒径を約10μm以下、一般には約1〜10μm、好ましくは約3〜8μmの大きさに微粉末化したものであって、比重1.2〜1.5のオースチンブラックなどが用いられる。これ以上の平均粒径のものを用いると、ゴムの破断強度や破断伸びが低下し、強度面での実用性が損われるようになる。実際には、Keystone Filley & Mfg.社製品Mineral Black 325BA、Coal Fillers社製品オースチンブラック325等の市販品がそのまま用いられる。これらの瀝青質微粉末は、EPDM 100重量部当り約70〜150重量部、好ましくは約80〜130重量部の割合で用いられる。瀝青質微粉末がこれ以下の割合で用いられると、所望の耐発泡性を得ることができず、一方これ以上の割合で用いられると、ゴム成分の減少により組成物の粘度が高くなりすぎ、混練時や成形時に支障を来すようになり、また炭酸ガスによる膨張も問題となる。
なお、パーオキサイド架橋性含フッ素エラストマーに瀝青物微粉末を他の必要な配合成分と共に配合した組成物をパーオキサイド架橋した架橋物は、耐寒性および耐圧縮永久歪特性にすぐれていることが知られているが、瀝青物微粉末の添加割合は含フッ素エラストマー100重量部当り5〜30重量部とされており、またそこにはCO2発泡性および耐CO2性についての言及は全くみられない。
特開２００４−３４６０８７号公報
有機過酸化物としては、第3ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、第3ブチルクミルパーオキサイド、1,1-ジ(第3ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(第3ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(第3ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、1,3-ジ(第3ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、第3ブチルパーオキシベンゾエート、第3ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、2-ブチル-4,4-ジ(第3ブチルパーオキシ)バレレートなど、一般にEPDMの架橋に使用可能なものであれば特に制限なく使用することができ、これはEPDM 100重量部当り0.2〜8重量部、好ましくは2〜5重量部の割合で用いられる。有機過酸化物がこれ以上の割合で用いられると、発泡により加硫成形物が得られなかったり、得られたとしてもゴム弾性、伸びが低下するようになる。
以上の必須成分よりなるゴム組成物中には、ゴム配合剤としてカーボンブラック等の補強剤、ステアリン酸、パルミチン酸、パラフィンワックスなどの加工助剤、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの2価金属の酸化物または水酸化物あるいはハイドロタルサイト類縁化合物である受酸剤、老化防止剤、可塑剤などのゴム工業で一般的に使用されている配合剤が、必要に応じて適宜添加されて用いられる。
ゴム組成物の調製は、インターミックス、ニーダ、バンバリーミキサなどの混練機またはオープンロール等を用いて混練することによって行われ、その加硫は射出成形機、圧縮成形機、加硫プレスなどを用いて、一般に150〜200℃で3〜60分程度加熱することによって行われ、必要に応じて150〜250℃程度で0.5〜24時間程度加熱する二次加硫が行われる。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例１
EPDM(JSR製品EP33) 100重量部
FEFカーボンブラック 40 〃
瀝青質微粉末(オースチンブラック325；平均粒径6μm、比重1.32) 100 〃
酸化亜鉛 5 〃
老化防止剤 1 〃
(チバスペシャルティケミカルズ社製品イルガノックス1010)
ジクミルパーオキサイド 3 〃
以上の各成分をニーダおよびオープンロールで混練し、混練物について170℃、20分間のプレス加硫および150℃、30分間のオーブン加硫(二次加硫)を行い、150×150×2mmの架橋シートおよびG25サイズ(内径24.4mm、線径3.1mm)のOリングを得た。
EPDM(JSR製品EP33) 100重量部
FEFカーボンブラック 40 〃
瀝青質微粉末(オースチンブラック325；平均粒径6μm、比重1.32) 100 〃
酸化亜鉛 5 〃
老化防止剤 1 〃
(チバスペシャルティケミカルズ社製品イルガノックス1010)
ジクミルパーオキサイド 3 〃
以上の各成分をニーダおよびオープンロールで混練し、混練物について170℃、20分間のプレス加硫および150℃、30分間のオーブン加硫(二次加硫)を行い、150×150×2mmの架橋シートおよびG25サイズ(内径24.4mm、線径3.1mm)のOリングを得た。
実施例２
実施例１において、FEFカーボンブラック量が10重量部に、瀝青炭微粉末量が140重量部にそれぞれ変更されて用いられた。
実施例１において、FEFカーボンブラック量が10重量部に、瀝青炭微粉末量が140重量部にそれぞれ変更されて用いられた。
比較例１
実施例１において、FEFカーボンブラック量が100重量部に、瀝青炭微粉末量が50重量部にそれぞれ変更されて用いられた。
実施例１において、FEFカーボンブラック量が100重量部に、瀝青炭微粉末量が50重量部にそれぞれ変更されて用いられた。
比較例２
実施例１において、FEFカーボンブラックが用いられず、瀝青炭微粉末量が170重量部に変更されて用いられた。
実施例１において、FEFカーボンブラックが用いられず、瀝青炭微粉末量が170重量部に変更されて用いられた。
比較例３
実施例１において、瀝青炭微粉末が用いられず、FEFカーボンブラック量が110重量部に変更されて用いられた。
実施例１において、瀝青炭微粉末が用いられず、FEFカーボンブラック量が110重量部に変更されて用いられた。
比較例４
実施例１において、瀝青炭微粉末が用いられず、FEFカーボンブラックの代わりにSRFカーボンブラック130重量部が用いられた。
実施例１において、瀝青炭微粉末が用いられず、FEFカーボンブラックの代わりにSRFカーボンブラック130重量部が用いられた。
比較例５
実施例１において、瀝青炭微粉末が用いられず、FEFカーボンブラックの代わりにホワイトカーボン(東ソーシリカ製品Nipsil ER)100重量部が用いられた。
実施例１において、瀝青炭微粉末が用いられず、FEFカーボンブラックの代わりにホワイトカーボン(東ソーシリカ製品Nipsil ER)100重量部が用いられた。
以上の各実施例および比較例で得られた架橋シートまたはG25 Oリングを用いて、常態物性および耐圧縮永久歪特性の測定、CO2発泡試験、ブリスター試験をそれぞれ行った。
常態物性：JIS K6253、JIS K6251準拠
圧縮永久歪：JIS K6262準拠
CO2発泡試験：圧力容器中にOリングおよび液化炭酸ガスを封入して、25℃、24時間放置した後、圧力を解放して150℃の恒温槽中で1時間加熱し、加熱後のサンプルを切断して、50サンプル中の発泡が切断面に認められたサンプル数をカウント
CO2浸せき膨張試験：圧力容器を使用してOリングを液化炭酸ガス中に25℃、24時間浸せき後、直ちにOリングの重量を測定し、浸せき前後での重量変化率を測定
常態物性：JIS K6253、JIS K6251準拠
圧縮永久歪：JIS K6262準拠
CO2発泡試験：圧力容器中にOリングおよび液化炭酸ガスを封入して、25℃、24時間放置した後、圧力を解放して150℃の恒温槽中で1時間加熱し、加熱後のサンプルを切断して、50サンプル中の発泡が切断面に認められたサンプル数をカウント
CO2浸せき膨張試験：圧力容器を使用してOリングを液化炭酸ガス中に25℃、24時間浸せき後、直ちにOリングの重量を測定し、浸せき前後での重量変化率を測定
得られた結果は、次の表に示される。
表
実施例 比較例
測定・評価項目 １ ２ １ ２ ３ ４ ５
[常態物性]
硬さ (デュロメーターA) 86 84 86 85 86 85 84
引張強さ (MPa) 8.00 7.12 14.3 4.4 16.9 17.6 18.6
伸び (%) 150 230 160 230 190 160 170
[圧縮永久歪]
150℃、70時間 (%) 30 24 35 18 48 41 20
[CO2発泡性]
CO2発泡試験 0/50 0/50 41/50 0/50 22/50 3/50 50/50
[CO2浸せき膨張試験]
重量変化率 (%) 15 52 10 450 10 15 13
表
実施例 比較例
測定・評価項目 １ ２ １ ２ ３ ４ ５
[常態物性]
硬さ (デュロメーターA) 86 84 86 85 86 85 84
引張強さ (MPa) 8.00 7.12 14.3 4.4 16.9 17.6 18.6
伸び (%) 150 230 160 230 190 160 170
[圧縮永久歪]
150℃、70時間 (%) 30 24 35 18 48 41 20
[CO2発泡性]
CO2発泡試験 0/50 0/50 41/50 0/50 22/50 3/50 50/50
[CO2浸せき膨張試験]
重量変化率 (%) 15 52 10 450 10 15 13
本発明にかかるEPDMゴム組成物から架橋成形されたシール材は、産業上、家庭用のエアコン、冷凍機、冷蔵庫、ヒートポンプを利用した家庭用、産業用の給湯器などに有効に利用される。
カーボンブラックとしては、一般に補強剤として用いられているファーネスブラックを用いることができるが、瀝青質微粉末を高充填する際の混練性および成形性といった観点から、好ましくは窒素吸着比表面積が20〜60m2/gであって、DBP吸油量が40〜130ml/100gのもの、例えばFEFカーボンブラック、SRFカーボンブラックなどが用いられる。カーボンブラックは、EPDM 100重量部当り約5〜120重量部、好ましくは約20〜80重量部の割合で用いられる。カーボンブラックがこれより少ない割合で用いられると、CO2発泡性は小さくなるものの、液化CO2浸せき後の膨張が大きく耐CO2性に劣るようになり、一方これより多い割合で用いられると、圧縮永久歪が悪化するため製品寿命の観点から好ましくない。
得られた結果は、次の表に示される。
表
実施例 比較例
測定・評価項目 １ ２ １ ２ ３ ４ ５
[常態物性]
硬さ (デュロメーターA) 86 84 86 85 86 85 84
引張強さ (MPa) 8.00 7.12 14.3 4.4 16.9 17.6 18.6
伸び (%) 150 230 160 230 190 160 170
[圧縮永久歪]
150℃、70時間 (%) 30 24 35 18 48 41 20
[CO2発泡性]
CO2発泡試験 0/50 0/50 41/50 0/50 22/50 3/50 50/50
[CO2浸せき膨張試験]
重量変化率 (%) 15 52 10 450 10 15 13
表
実施例 比較例
測定・評価項目 １ ２ １ ２ ３ ４ ５
[常態物性]
硬さ (デュロメーターA) 86 84 86 85 86 85 84
引張強さ (MPa) 8.00 7.12 14.3 4.4 16.9 17.6 18.6
伸び (%) 150 230 160 230 190 160 170
[圧縮永久歪]
150℃、70時間 (%) 30 24 35 18 48 41 20
[CO2発泡性]
CO2発泡試験 0/50 0/50 41/50 0/50 22/50 3/50 50/50
[CO2浸せき膨張試験]
重量変化率 (%) 15 52 10 450 10 15 13
以上の各実施例および比較例で得られた架橋シートまたはG25 Oリングを用いて、常態物性、耐圧縮永久歪特性の測定、CO2発泡試験(ブリスター試験)およびCO 2 浸せき膨張試験をそれぞれ行った。
常態物性：JIS K6253、JIS K6251準拠
圧縮永久歪：JIS K6262準拠
CO2発泡試験：圧力容器中にOリングおよび液化炭酸ガスを封入して、25℃、24時間放置した後、圧力を解放して150℃の恒温槽中で1時間加熱し、加熱後のサンプルを切断して、50サンプル中の発泡が切断面に認められたサンプル数をカウント
CO2浸せき膨張試験：圧力容器を使用してOリングを液化炭酸ガス中に25℃、24時間浸せき後、直ちにOリングの重量を測定し、浸せき前後での重量変化率を測定
常態物性：JIS K6253、JIS K6251準拠
圧縮永久歪：JIS K6262準拠
CO2発泡試験：圧力容器中にOリングおよび液化炭酸ガスを封入して、25℃、24時間放置した後、圧力を解放して150℃の恒温槽中で1時間加熱し、加熱後のサンプルを切断して、50サンプル中の発泡が切断面に認められたサンプル数をカウント
CO2浸せき膨張試験：圧力容器を使用してOリングを液化炭酸ガス中に25℃、24時間浸せき後、直ちにOリングの重量を測定し、浸せき前後での重量変化率を測定
Claims (4)
- EPDM 100重量部に対して、カーボンブラック5〜120重量部、瀝青質微粉末70〜150重量部および有機過酸化物0.2〜8重量部を含有してなるゴム組成物。
- カーボンブラックが、FEFカーボンブラックまたはSRFカーボンブラックである請求項１記載のゴム組成物。
- 炭酸ガス用シール材成形材料として用いられる請求項１または２記載のゴム組成物。
- 請求項１または２記載のゴム組成物から架橋成形されたシール材。
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