(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジメチルスルホキシド、ジブチルスルホキシド、ジフェニルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジメチルスルホン、ジブチルスルホン、テトラメチレンスルホン、１，３−プロパンスルトンから選択される少なくとも１種の変性用化合物を、シス１，４ジエン構造を持つゴムに配合しかつ素練りして変性されたヒステリシスロスの高い変性ゴムを含有することを特徴とする免震構造用ゴム組成物。
【請求項２】
前記シス１，４ジエン構造を持つゴムは天然ゴム、ＳＢＲ、ＮＢＲまたはブタジエンゴムである請求項１記載の免震構造用ゴム組成物。
【請求項３】
前記変性用化合物は沸点が１６０℃以上あるいは融点が１２０℃以下である請求項１記載の免震構造用ゴム組成物。
【請求項４】
前記シス１，４ジエン構造を持つゴム１００重量部に対して前記変性用化合物の配合量は１〜５重量部である請求項１記載の免震構造用ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高変形により高いヒステリシスロスを発生する免震構造用ゴム組成物に関する。本発明の免震構造用ゴム組成物は建築、土木等の構築物の対地震用免震構造体に使用されるゴム材料として最適である。
【０００２】
【従来の技術】
複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた免震構造体が防振性、吸振性などを要求される支承部材としてビル、橋梁等の基礎に組み込まれて使用されている。しかし、このような免震構造体は地震の際の横揺れ変位を小さくするには不十分である。
【０００３】
このため、実際の建造物ではこれらの免震構造体とダンパーとを並列に並べて使用している。また、免震構造体の内部に鉛を埋め込み、地震時に鉛の塑性変形を利用してダンピング効果を付与した免震構造体も知られている。
さらには、粘弾性的性質を有する軟質板に高変形により高いヒステリシスロスを発生する免震構造用ゴム組成物を使用し、軟質板そのものにダンピング作用を付与した免震構造体が報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
免震構造体とダンパーとを並列に設置する方法は設置作業が複雑となり、大幅なコスト上昇をもたらすため有利な方法とはいえない。また、鉛入り免震構造体においては、大地震の際の免震構造体の大変形時に、鋼板などの硬質板が鉛を傷つけ、さらに傷ついた鉛がゴムなどの軟質板を傷つけるため、免震構造体全体の破断を引き起こし易い。
【０００５】
高変形により高いヒステリシスロスを発生するゴムが免震構造用ゴム組成物として好ましいことは知られているが、従来かかる高変形により高いヒステリシスロスを発生するゴムは知られていない。
本発明は高いヒステリシスロスを発生する免震構造用ゴム組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の免震構造用ゴム組成物は、ジメチルスルホキシド、ジブチルスルホキシド、ジフェニルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジメチルスルホン、ジブチルスルホン、テトラメチレンスルホン、１，３−プロパンスルトンから選択される少なくとも１種の変性用化合物を、天然ゴム等のシス１，４ジエン構造を持つゴムに配合しかつ素練りして変性されたヒステリシスロスの高い変性ゴムを含有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の変性ゴム特に変性天然ゴムは、従来の天然ゴムより高いヒステリシスロスを持つとともに、天然ゴムより高い破断強度および加硫時間が短いという利点を持つ。このため本発明の免震構造用ゴム組成物は前記した免震構造体の軟質板の材料として最適であるばかりでなく、各種ゴムダンパーの防振ゴムとしても優れている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の免震構造用ゴム組成物は、シス１，４ジエン構造を持つゴムを変性したものである。シス１，４ジエン構造を持つゴムとしては、天然ゴムを第一に挙げることができる。また、すくなくともブタジエンモノマーを含むモノマーから合成されたＳＢＲ、ＮＢＲ、ブタジエンゴム等の合成ゴムを挙げることができる。  変性用化合物としては脂肪族、芳香族および脂環式のスルホキシドおよびスルホン化合物が使用される。これら変性用化合物はそれらの沸点が１６０℃以上あるいは融点が１２０℃以下の化合物であるのが好ましい。これらの沸点または融点を持つ化合物は通常のゴムの加硫温度で液体となり、変性が容易となる利点がある。
【０００９】
具体的にはスルホキシドとしては、融点１８．５℃、沸点１８９℃のジメチルスルホキシド、融点３１℃、沸点２５０℃のジブチルスルホキシド、融点６９〜７１℃、沸点２０６℃（１７ｍｍＨｇ）のジフェニルスルホキシド、融点２７℃、沸点２８５℃のテトラメチレンスルホキシドを挙げることができる。
スルホン化合物としては、融点１０９℃、沸点２３８℃のジメチルスルホン、融点４３〜４５℃、沸点２８７〜２９５℃のジブチルスルホン、融点２７．４〜２７．８℃、沸点２８５℃のテトラメチレンスルホン、融点３０〜３３℃、沸点１８０℃（３０ｍｍＨｇ）の１，３−プロパンスルトンを挙げることができる。
【００１０】
シス１，４ジエン構造を持つゴムと変性用化合物との配合割合は、ゴム１００重量部に対して変性用化合物の配合量は１〜５重量部であるのが好ましい。変性用化合物の配合割合が多くなるとゴム弾性が失われ、ヒステリシスロスが増える傾向にある。変性用化合物の配合割合が多すぎるとゴム弾性が失われ、ゴムとしての特性が低下する。逆に変性用化合物の配合割合が少なくなるとヒステリシスロスが少なくなる。
【００１１】
変性は、ゴムに変性用化合物を素練りして行う。素練りは一般のゴム加工工場で幅広く使用されているゴム用混練ロール機あるいはニーダを用いることができる。なお、素練りは１００℃以下で行うのが好ましい。この素練りにより変性用化合物がメカノケミカル的に作用し、ゴムを変性し、本発明の変性ゴムとなる。この変性ゴムは、未変性のゴムのシス１，４ジエン構造をトランス１，４ジエン構造に異性化することにより高いヒステリシスロスが得られるものと考えられる。
【００１２】
【作用および効果】
本発明の免震構造用ゴム組成物を構成する変性ゴムは下記の特性を持つ。
（１）少量の変性用化合物の使用で数百％の引張大変形時のヒステリシスロスを大きくすることが可能であり、ヒステリシスロスを変性用化合物の使用量によってコントロ−ルすることが可能である。
（２）汎用のゴム加工機を用い、温和な条件で迅速にゴムを変性することが可能である。
（３）変性用化合物はゴムの加硫を遅らせることはなく、むしろ加硫を促進する。
（４）加硫された変性ゴムの引張特性は、未変性のものと比較して、破断伸びは同程度あるいは若干低下するが、破断強度はかなり増大する。
【００１３】
【実施例】
未変性ゴムとしては天然ゴム（ＳＭＲ  ＣＶ−６０）を用いた。変性用化合物としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラメチレンスルホキシド（ＴＭＳＯ）、テトラメチレンスルホン（スルホラン）（ＴＭＳＮ）の３種類を用いた。素練りはゴム用混練ロール機を用いた。
【００１４】
本実施例の変性ゴムは次のようにして得た。
（１−１）天然ゴム３００ｇをロール径６インチのゴム用混練ロール機にかけ、ロール温度５０℃、ロール間隙０．５ｍｍにおいて、５分間素練りを行う。
（１−２）この天然ゴムに前記した変性用化合物の各１種５ｇを５分間かけて混練する。
【００１５】
これにより本発明の３種類の変性天然ゴムを得る。
これら３種類の変性天然ゴムを用いて、表１に示す純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物およびカーボン配合の免震構造用ゴム組成物を次のようにして製造した。
純ゴム配合の場合
（２−１）それぞれの変性天然ゴムについて、表１の基礎配合（純ゴム配合）に従って各種配合剤を３分間かけて混練する。
（２−２）さらに２分素練りを行う（配合剤の分散のため）。
（２−３）丸め通しながらシ−ト化を行う（２分間）。
【００１６】
このようにして、３種類の前記変性用化合物を用い３種類の本発明の免震構造用ゴム組成物である純ゴム配合のゴムシートを製造した。
【００１７】
【表１】
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カーボン配合の場合
（３−１）それぞれの変性天然ゴムについて、表１の基礎配合（カーボン配合）に従って各種配合剤を５分間かけて混練する。
（３−２）さらに１分素練りを行う。
（３−３）丸め通しながらシ−ト化を行う（１分間）。
【００１８】
このようにして、３種類の前記変性用化合物を用い３種類の本発明の免震構造用ゴム組成物であるカーボン配合のゴムシートを製造した。
なお、Ｃｏｎｔｒｏｌとして、未変性の天然ゴムを用いてそれぞれ純ゴム配合およびカーボン配合のゴム組成物を前記（２−１）〜（２−３）および（３−１）〜（３−３）に従って配合し、２種類の未変性の天然ゴムを用いたゴム組成物を製造した。
【００１９】
本実施例の３種類の純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物、３種類のカーボン配合の免震構造用ゴム組成物とＣｏｎｔｒｏｌとしての２種類のゴム組成物の合計８種類のゴム組成物の加硫トルク曲線をキュラストメータを用い、１４０℃で測定した。純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物および未変性ゴム組成物の測定結果を図１に、カーボン配合の免震構造用ゴム組成物および未変性ゴム組成物の測定結果を図２に示す。
【００２０】
図１、図２より、本発明の実施例の各免震構造用ゴム組成物は、Ｃｏｎｔｒｏｌの未変性のゴム組成物より加硫が促進され短時間でトルクが高くなるのがわかる。
次に加硫した本発明の実施例の各免震構造用ゴム組成物および未変性ゴム組成物のゴムの特性を調べるために１４０℃の金型内で図１、図２に示す加硫トルクが最高トルクになる最高トルク値の９０％のトルク値となる加硫時間（最適加硫時間）でプレス加硫して加硫された厚さ約２ｍｍのゴムシートを製造した。
【００２１】
ゴム特性としてはまず、加硫物のダンピング効果をヒステリシスロス値で評価した。すなわち、地震時に免震構造体が２００〜３００％にも達する大変形を受けるため、２３℃におけるある引張変形時の伸長過程と収縮過程のエネルギー差の相対値で比較した。ここで変形速度は１００ｍｍ／分で測定した。純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物のヒステリシス曲線を図３に、カーボン配合の免震構造用ゴム組成物のヒステリシス曲線をを図４に示す。
【００２２】
図３に示す純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物および図４に示すカーボン配合の免震構造用ゴム組成物共にＣｏｎｔｒｏｌに比較してヒステリシスロスが大きいのがわかる。
参考までに、引張変形時の伸長過程を示すストレス−ストレイン曲線を示す。純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物のストレス−ストレイン曲線を図５に、カーボン配合の免震構造用ゴム組成物のストレス−ストレイン曲線を図６に示す。図５、図６より明らかなように、本発明の加硫された免震構造用ゴム組成物は未変性のＣｏｎｔｒｏｌに比較して強度が増すことがわかる。
【００２３】
さらに、参考として、通常、減衰特性の尺度として用いられる損失正接ｔａｎδを２３℃、変形率０．０１％、３．５Ｈｚで測定した。純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物の測定結果を表２に、カーボン配合の免震構造用ゴム組成物の測定結果を表３に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
【表３】
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表３および表４より、損失正接ｔａｎδは変形率が小さいこともあり本発明の免震構造用ゴム組成物の変性用化合物により大きく変動することが明らかとなった。
【００２６】
また、ダンピング効果の付与だけを考えた場合、ヒステリシスロスが大きい材料ほど望ましいが、クリープや圧縮永久ひずみが大きくなって免震構造体としては望ましくない副作用が現れる。そのため、ＪＩＳ  Ｋ６３０１の試験方法に準じて７０℃、２２時間後における圧縮永久ひずみを測定した。純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物の測定結果を表４に、カーボン配合の免震構造用ゴム組成物の測定結果を表５に示す。圧縮永久ひずみは、使用した変性用化合物の種類により大きく変動するのがわかる。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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また、参考までに、編目鎖密度をベンゼン膨潤法で測定した。純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物の測定結果を表６に、カーボン配合の免震構造用ゴム組成物の測定結果を表７に示す。本発明の免震構造用ゴム組成物では網目鎖密度が高いことがわかる。
【００２９】
【表６】
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【００３０】
【表７】
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比較例
比較例の変性ゴムとして、純ゴム配合の環化天然ゴム組成物を調製し、得られた環化天然ゴムについて実施例およびＣｏｎｔｒｏｌで行った加硫トルク曲線を測定した。さらにこれら環化天然ゴム組成物およびＣｏｎｔｒｏｌの組成物を実施例と同じ条件で加硫し、加硫されたゴムシートを調製した。そしてこれら加硫されたゴムシートを用い、ヒステリシス曲線および引張変形時の伸長過程を示すストレス−ストレイン曲線を実施例と同様に測定した。
【００３１】
得られた比較例の加硫トルク曲線を図７に、ヒステリシス曲線を図８に、ストレス−ストレイン曲線を図９にそれぞれ示す。
さらに参考までに加硫されたゴムシートを用い損失正接ｔａｎδを実施例と同じ条件で測定した。測定結果を表８に示す。
【００３２】
【表８】
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図７に示す加硫トルク曲線より環化天然ゴム組成物はＣｏｎｔｒｏｌのものに比較し、加硫が遅れるのがわかる。又、図８のストレス−ストレイン曲線では、環化天然ゴム組成物の加硫物はＣｏｎｔｒｏｌのものに比較し、ヒステリシスロスが小さいことがわかる。そして図９に示すストレス−ストレイン曲線から環化天然ゴム組成物の加硫物はＣｏｎｔｒｏｌのものに比較し引張強度が低くなっているのがわかる。
【００３３】
比較例の環化天然ゴム組成物は天然ゴムのヒステリシスロスを高めることもできず、しかも加硫が遅れ、かつ引張強度が低下するという問題がある。
これに対して本発明の免震構造用ゴム組成物は、ヒステリシスロスを高めるばかりでなく、加硫を促進し、引張強度も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物の加硫トルク曲線を示す。
【図２】実施例のカーボン配合の免震構造用ゴム組成物の加硫トルク曲線を示す。
【図３】実施例の純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物のヒステリシス曲線を示す。
【図４】実施例のカーボン配合の免震構造用ゴム組成物のヒステリシス曲線を示す。
【図５】実施例の純ゴム配合の免震構造用ゴム組成物のストレス−ストレイン曲線を示す。
【図６】実施例のカーボン配合の免震構造用ゴム組成物のストレス−ストレイン曲線を示す。
【図７】比較例の環化天然ゴム組成物の加硫トルク曲線を示す。
【図８】比較例の環化天然ゴム組成物のヒステリシス曲線を示す。
【図９】比較例の環化天然ゴム組成物ののストレス−ストレイン曲線を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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