(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム原料を粉砕して得られたゴムチップに膨張性黒鉛粉末およびバインダーをゴムのチップ形態が溶融消滅しない条件下に混合して一体化されたゴムチップ成形体であって、ゴムチップ１００重量部に対して膨張性黒鉛粉末を１〜５０重量部、バインダーを１〜５０重量部の割合で混合してなり、かつ、空隙率が５〜５０％であることを特徴とする極難燃性ゴムチップ成形体。
【請求項２】
珪砂または廃プラスチック破砕品を配合してなる請求項１に記載の極難燃性ゴムチップ成形体。
【請求項３】
ゴム原料が古タイヤである請求項１又は２に記載の極難燃性ゴムチップ成形体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の極難燃性ゴムチップ成形体を用いた弾性床材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極難燃性ゴムチップ成形体、その製造方法およびこれを用いた弾性床材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム材料は、その弾性を活かして多種多用な分野で大量に使用されているが、それ自体が可燃性であるという問題を有している。また、従来より古タイヤ等の使用済みゴム製品（廃ゴム）の利用方法が種々検討されているが、この場合もゴム自体の可燃性が廃ゴム利用の拡大の大きな制限となっている。更に、廃ゴム利用の一つとして、弾性床材、例えば従来の鉄道車両床構造用床材が考えられるが、必要とする難燃性を有する弾性床材は未だ提案されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、極難燃性ゴムチップ成形体、その製造方法およびこれを用いた弾性床材を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々検討を重ねた結果、難燃材としても知られている膨張性黒鉛粉末を特定の形態で利用することにより極難燃性ゴムチップ成形体が得られ、更に、これを用いることにより鉄道車両に必要な難燃性能を満たす弾性床材が得られるとの知見を得た。
【０００５】
本発明は、上記の知見に基づき完成されたものであり、その第１の要旨は、ゴム原料を粉砕して得られたゴムチップに膨張性黒鉛粉末およびバインダーをゴムのチップ形態が溶融消滅しない条件下に混合して一体化されたゴムチップ成形体であって、ゴムチップ１００重量部に対して膨張性黒鉛粉末を１〜５０重量部、バインダーを１〜５０重量部の割合で混合してなり、かつ、空隙率が５〜５０％であることを特徴とする極難燃性ゴムチップ成形体に存し、第２の要旨は、第１の要旨に係る極難燃性ゴムチップ成形体を用いた弾性床材に存する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明の極難燃性ゴムチップ成形体およびこれを用いた弾性床材について説明する。本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は、ゴムチップと膨張性黒鉛粉末とバインダーとにて構成される。
【０００７】
ゴムチップの構成ゴム材料としては、特に制限されないが、具体的には、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−アクリルゴム、多硫化ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム−塩化ビニル樹脂ブレンド、ニトリルゴム／ＥＰＤＭブレンド等が挙げられ、これらは古タイヤ等の廃ゴムに由来していてもよい。本発明においては、産業廃棄物の有効利用およびコストの観点から、廃ゴムの使用が推奨される。
【０００８】
上記のゴム材料は所定の形状と一定の大きさを備えてゴムチップとして使用される。ゴムチップの形状は、特に制限されず、通常の形態である粒状でもよいが、相互の絡み合いが生じ易い細長形状のゴムチップの存在により、後述するバインダーによる一体化が容易となる。例えば廃ゴム利用の場合は、チップ状に粉砕処理する必要があるが、この際の粉砕条件により、粒状チップ又は捲縮化された細長形状（海藻のヒジキに類似した形状）チップにすることが出来る。捲縮化された細長形状チップ（ヒジキ状チップ）の捲縮率（捲縮を伸ばしたときの長さと元の長さの差の、伸ばしたときの長さの百分率）は、通常１〜２０％、好ましくは５〜１０％とされる。
【０００９】
そして、粒状チップの場合は、１〜３ｍｍ程度の小粒状チップ、３〜５ｍｍ程度の大粒状チップ等を調製することが出来、また、ヒジキ状チップの場合は、５〜１０ｍｍ程度の小ヒジキ状チップ、１０〜２０ｍｍ程度の大ヒジキ状チップ等を調製することが出来る。上記のヒジキ状チップのアスペクト比（長さ／直径）は、何れも、通常１．５〜２０、好ましくは２．５〜１０である。
【００１０】
膨脹性黒鉛は、六方晶系の六角板状偏平結晶であり、鱗片状および土塊状の粒状形態を有する。そして、その平均粒径は通常１００〜４００μｍ程度である。斯かる膨脹性黒鉛は、室温から８００〜１０００℃への急速な加熱により、結晶Ｃ軸方向に１００〜３００倍程度の加熱膨脹を生じる性質を有する。そして、加熱膨脹時にそれぞれの粒子が多孔質の炭化物を形成し、その結果、酸素の侵入および熱伝導を遮断することにより難燃性効果を有する。
【００１１】
バインダー（合成樹脂結合剤）としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ウレタン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などの熱可塑性合成樹脂；ウレタン樹脂、メラミン樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化型ポリエステル等の硬化性合成樹脂；ウレタン樹脂プレポリマー、エポキシ樹脂プレポリマー、メラミン樹脂プレポリマー、尿素樹脂プレポリマー、フェノール樹脂プレポリマー、ジアリルフタレートプレポリマー、アクリルオリゴマー、多価イソシアナート、メタクリルエステルモノマー、ジアリルフタレートモノマー等のプレポリマー；オリゴマー、モノマー等の合成樹脂前駆体などが挙げられる。
【００１２】
上記の中では、硬化性合成樹脂バインダー、特に湿気硬化型合成樹脂バインダーが好ましく、その代表例としては、多価イソシアナートと多価アルコールから成り且つ遊離イソシアナート基を有するプレポリマーが挙げられる。
【００１３】
上記の多価イソシアナートとしては、例えば、トリレンジイソシアナート、パラフェニレンジイソシアナート、２，４−トルエンジイソシアナート、２，６−トルエンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、１，４−ナフタレンジイソシアナート、４，４’−ジフェニルジイソシアナート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート、３，３’−ジメチル−４，４’−ジフェニルジイソシアナート、３，３’−ジメチル−４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ジフェニルジイソシアナート、２−クロロ−１，４−フェニルジイソシアナート、１−クロロ−２，４−フェニレンジイソシアナート、ｍ−フェニレンジイソシアナート、ｐ−フェニレンジイソシアナート、２，２’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ビフェニレンジイソシアナート、ｍ−キシリレンジイソシアナート、ω−キシリレンジイソシアナート、ω’−キシリレンジイソシアナート等が挙げられる。
【００１４】
上記の多価アルコールとしては、ポリエチレンアジペート、ポリテトラヒドロフラン、１，４−ブタンジオール、１，４−シスブテンジオール、１，５−ジヒドロキシエトキシナフタリン、１，４−ブチンジオール、ポリエステルポリオール、ポリ（オキシプロピレン）ポリオール、ポリ（オキシエチレン−プロピレン）ポリオール、アクリルポリオール、ヒマシ油ダイマー、トール油ダイマー等が挙げられる。
【００１５】
本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は、表面に膨張性黒鉛粉末を付着したゴムチップがバインダーで一体化されて成ることを特徴とする。例えばゴム材料を溶融状態で膨張性黒鉛粉末と混合して得られるゴム成形体は、ゴムの連続マトリックス中に膨張性黒鉛粉末が分散配合された構造を有するが、本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は、個々のゴムチップの表面に膨張性黒鉛粉末が付着した構造を有する点で上記のゴム成形体とは明らかに異なる構造を有する。そして、本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は、上記の様に、成形体中の個々のゴムチップが膨張性黒鉛粉末の難燃性効果によって保護されるため、成形体全体として高度の難燃性を有する。
【００１６】
本発明の極難燃性ゴムチップ成形体において、ゴムチップ１００重量部に対する割合として、膨張性黒鉛粉末の使用量は、通常０．１〜１００重量部、好ましくは１〜５０重量部、バインダーの使用量は、通常１〜５０重量部、好ましくは５〜２０重量部とされる。膨張性黒鉛粉末は嵩密度が非常に大きいために少ない重量でも相当の容量を有するが、膨張性黒鉛粉末の使用量が１重量部未満の場合は、成形体中の個々のゴムチップの被覆が不十分となり、また、１００重量部を超える場合は、膨張性黒鉛粉末同士が重なって膨張性黒鉛粉末によるゴムチップの保護効率が低下する。一方、バインダーの使用量が１重量部未満の場合は、ゴムチップ同士の結合効果が不十分となり、５０重量部を超える場合は、バインダーの連続マトリックスの中にゴムチップが埋没した構造部分（斯かる部分は一塊となったバインダーに起因して難燃性が低下する）が形成される。
【００１７】
本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は、軽量化の観点から、その空隙率が５〜８０％、特には５〜５０％であることが好ましい。ただし、弾性床材用途の場合には、その空隙率が５〜６０％、特には１０〜３０％であることが好ましい。ここに、空隙率は、成形体の体積に占める空隙部分の体積の比率を意味し、次の式で表すことが出来る。
【００１８】
【数１】
空隙率（％）＝｛（Ｖ−Ｗ／ρ）／Ｖ｝×１００
（上記の式中、Ｖはサンプルの体積（ｃｍ３）、Ｗはサンプルの重量（ｇ）、ρはサンプルを完全圧縮した際の比重を表す。そして、ここで、完全圧縮とは、温度１５０℃、面圧５０Ｋｇ／ｃｍ２の条件下、金型内における１時間の加熱加圧処理を意味する。）
【００１９】
上記の空隙率は、主として、使用する熱膨張性黒鉛のサイズや相互の絡み合いが大きなヒジキ状チップの使用量によって調節することが出来る。
【００２０】
本発明の極難燃性ゴムチップ成形体には、必要に応じ、従来公知のゴム製品に使用されている添加剤、例えば、老化防止剤、充填剤、補強性充填剤、加工助剤、加硫剤、加硫促進剤などを配合してもよい。上記の充填剤としては、珪砂および／または廃プラスチック破砕品が好適があり、また、上記の補強性充填剤としては、カーボンブラック、ホワイトカーボン等が好適である。本発明の極難燃性ゴムチップ成形体が道路舗装材料として使用される場合は、上記の充填剤の配合により、表面の摩擦係数が道路として好適な値になる様に調整される。
【００２１】
本発明の極難燃性ゴムチップ成形体の形態は、特に制限されず、通常、板状の形態を有するが、例えば反割れパイプ状などの特殊な形態であってもよい。また、アルミニウム板やセラミックス板などの不燃材料との組み合わせにより、積層複合化することも出来る。
【００２２】
次に、本発明に係る極難燃性ゴムチップ成形体の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、以下に説明する粉砕工程と混合工程と成形工程とを包含する。
【００２３】
粉砕工程においては、ゴム原料としての古タイヤ等の廃ゴムをチップ状に粉砕処理する。粉砕機としては、例えば、カッター式粉砕機や衝撃式粉砕機などを使用することが出来る。粉砕処理後、必要に応じて篩分処理して、ゴムチップからタイヤコード等の不要物を除去する。
【００２４】
混合工程においては、ゴムチップと膨張性黒鉛粉末とをゴムのチップ形態が溶融消滅しない条件下に混合する。ミキサーとしては、モルタルミキサー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、インターミックスニーダー、オープンロール等を使用することが出来る。ミキサー内の混合物の温度は、ミキサーに通す冷却水によって調節することが出来る。混合物の温度が上がり過ぎてゴムのチップ形態が溶融消滅した場合は、ゴムの連続マトリックス中に膨張性黒鉛粉末が分散配合された構造の成形体が得られ、個々のゴムチップの表面に膨張性黒鉛粉末が付着した構造を有する本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は得られない。斯かる観点から、低速ミキサーであるモルタルミキサーの使用が推奨される。
【００２５】
成形工程においては、表面に膨張性黒鉛粉末を付着したゴムチップをバインダーで一体化する。具体的には、適当な金型を使用し所定の加圧下に加熱処理してバインダーを硬化させて成形する。ここで使用するバインダーは、上記の混合工程において添加することも出来、金型に原料を供給する際に混合することも出来る。
【００２６】
本発明の極難燃性ゴムチップ成形体は、難燃性に優れる他、軽量で且つ弾性を有するため、特に、吸音材、遮音材、防振材、断熱材として各種の用途に好適に利用される。具体的には、鉄道分野においては、前記の車両用床材としての他、天井、側壁などの内装材として、建築分野においては、天井、床、壁などの内張材、免震ゴム用耐火シート材として、土木分野においては、防音壁材、道路材、その他の各種シート材として、自動車分野においては、フロアーシート材、ボンネットシート材、ガソリンタンクシート材として、海洋分野においては、オイルフェンス材、保安タンク用浮遊ゴムシート材として利用される。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の諸例において難燃性評価は、（社）日本鉄道車両機械技術協会の鉄道車両用材料燃焼試験法に準拠し、次の様に行った。
【００２８】
＜難燃性評価＞
Ｂ５判の大きさ（１８２ｍｍ×２５７ｍｍ）の供試材を４５°傾斜に保持し、アルコール容器の底の中心が供試材の下面中心の垂直下方２５．４ｍｍ（１インチ）の所に位置する様にコルク台の上に乗せ、アルコール容器に０．５ｃｃの純アルコールを入れて着火し、アルコールが燃え尽きるまで放置する。燃焼性の評価は、アルコールの燃焼中と燃焼後とに分け、燃焼中は、供試材への着火、着炎、発煙状態、炎の状態などを観察し、燃焼後は、残炎、残じん、炭化、変形状態を観察することにより行う。
【００２９】
実施例１〜５
ゴム原料としては、カッター式粉砕機で古タイヤを処理して得たヒジキ状ゴムチップ又は粒状ゴムチップを使用し、熱膨張性黒鉛としては、住金ケミカル社製の「ＳＳ−３Ｎ」（＋５０メッシュ≧８０％）と「５０ＬＴＥ−ＵＮ」（＋８０メッシュ≧８０％）を使用し、バインダーとしては、第一工業製薬株式会社製のウレタンバインダー「ＳＧ１１５」を使用した。
【００３０】
表１に示す配合組成に従い、上記の各成分を混合処理した後、プレス金型に仕込み、加熱加圧処理して成形した。上記の混合処理には低速ミキサーであるモルタルミキサーを使用し、混合物の温度が２００℃以上とならない様にした。また、加熱加圧は、温度１４５℃、面圧３０Ｋｇ／ｃｍ２の条件下に行った。得られた各成形体について難燃性評価を行い、結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
0003573693.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003573693.tif 000003
【００３３】
次に、以上の各実施例のゴムチップ成形体について、鉄道車両床構造用弾性床材としての遮音効果を確認するため、以下に記載の方法により、遮音特性試験と音響特性試験を行なった。
【００３４】
（１）試験片の調製：
模擬台枠（厚さ３ｍｍ）の上にゴムチップ成形体（厚さ２０ｍｍ）を載せ、その上に床敷物（厚さ３ｍｍ）を重ねて接着により一体化した模擬鉄道車両床構造（縦４３０ｍｍ、横４３０ｍｍ）を製作し、これを弾性床材試験片として使用した。また、比較のため、模擬台枠（厚さ３ｍｍアルミニウム合金製）の上に吸音材（厚さ１８ｍｍ）を載せ、その上に床材（厚さ４ｍｍアルミニウム合金製）と床敷物（厚さ３ｍｍ塩化ビニール製）を順次に重ね、板端部を根太（厚さ２〜３ｍｍアルミニウム合金形材）と共に夫々接着により一体化した従来と同様の鉄道車両床構造（縦４３０ｍｍ、横４３０ｍｍ）を製作し、これを従来床材試験片として使用した。
【００３５】
（２）遮音特性試験装置：
図１に示す装置を使用した。図１において、遮音箱（８）の上に蓋の様に試験片（Ｓ）を置き、アンプ（２）を介してノイズジェネレータ（１）からの出力信号を遮音箱（８）の底面に配置されたスピーカー（３）に供給してピンクノイズ音波を発生させ、遮音箱（８）内に配置された音源側マイクロフォン（４）と試験片（Ｓ）の上方１０ｍｍの位置に配置された測音側マイクロフォン（５）とでキャッチした各信号をアンプ（６）で増幅してＦＦＴアナライザー（７）に導き、透過音圧レベル差（ｄＢ）を測定する。なお、スピーカー（３）からの出力は、音源側マイクロフォン（４）の騒音レベルが実際の車両の床騒音（オーバーオール値）の近似値になる様に調整した。
【００３６】
（３）音響特性試験装置：
図２に示す装置を使用した。図２において、試験片（Ｓ）の下面にフォーストランスジューサ（２５）を介して連結棒（２４）と加振器（２３）とを順次に配置し、アンプ（２２）を介してノイズジェネレータ（２１）からの出力信号を加振器（２３）に供給してピンクノイズ帯域の様々な周波数の振動を発生させると共にフォーストランスジューサ（２５）で加振力を測定し、同時に、試験片（Ｓ）の上面に配置された振動ピックアップ（２６）でキャッチした振動と試験片（Ｓ）の上方１０ｍｍの位置に配置されたマイクロフォン（２７）でキャッチした放射音とをアンプ（２８）で増幅してＦＦＴアナライザー（２９）に導き、放射音圧レベル（ｄＢ）を測定する。なお、加振力は、従来の鉄道車両床構造の床表面の振動レベル（オーバーオール値）が実際の車両の振動レベルの近似値になる様に調整した。
【００３７】
遮音特性は透過前後の音圧のレベル差（ｄＢ）により示される。従来の床構造に比較した各試験片のオーバーオール値は次の通りであった。実施例４のゴムチップ成形体（空隙率１０％の粒状ゴムチップ成形体）を使用した場合は８ｄＢ（Ａ）上回っており、実施例３のゴムチップ成形体（空隙率３０％の粒状ゴムチップ成形体）を使用した場合は７〜８ｄＢ（Ａ）上回っており、実施例１及び２ゴムチップ成形体（空隙率５０％のヒジキ状ゴムチップ成形体）を使用した場合は６〜７ｄＢ（Ａ）上回っている。そして、空隙率１０％と３０％の各粒状ゴムチップ成形体は１６００Ｈｚ以下の透過音に対する遮音効果が大きく、空隙率５０％のヒジキ状ゴムチップ成形体は６３０Ｈｚ以下の透過音に対する遮音効果が大きいという特徴がある。
【００３８】
音響特性は、固体伝播音の低減に関係し、放射音の音圧（ｄＢ）により示される。空隙率１０％と３０％の各粒状ゴムチップ成形体は、６３０Ｈｚ以下の帯域での放射音の低減効果が顕著である。従来の床構造に比較したオーバーオール値は、空隙率１０％の粒状ゴムチップ成形体の場合３ｄＢ（Ａ）、空隙率３０％の粒状ゴムチップ成形体の場合１ｄＢ（Ａ）低い結果であった。
【００３９】
次に、鉄道車両床構造用の弾性床材としての必要物性を確認するため、各種の試験を行なった。表３に試験方法を示し、表４に試験結果を示す。
【００４０】
【表３】
0003573693.tif 000004
【００４１】
【表４】
0003573693.tif 000005
【００４２】
以上の試験結果から、鉄道車両床構造用の弾性床材用途の場合には、床下からの透過音と床構造からの固体伝播音の両者を減らして車内騒音を低減する観点から、更には床材強度の観点から、１０〜３０％空隙率が推奨される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、難燃性、軽量性、弾性の特徴を活かし、特に、吸音材、遮音材、防振材、断熱材として各種の用途に好適に利用することが出来る極難燃性ゴムチップ成形体およびその製造方法が提供され、本発明の工業的価値は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で使用した遮音特性試験装置の説明図
【図２】実施例で使用した音響特性試験装置の説明図
【符号の説明】
Ｓ：試験片
１：ノイズジェネレータ
２：アンプ
３：スピーカー
４：音源側マイクロフォン
５：測音側マイクロフォン
６：アンプ
７：ＦＦＴアナライザー
８：遮音箱
２１：ノイズジェネレータ
２２：アンプ
２３：加振器
２４：連結棒
２５：フォーストランスジューサ
２６：振動ピックアップ
２７：マイクロフォン
２８：アンプ
２９：ＦＦＴアナライザー
【図１】
0003573693.tif 000006
【図２】
0003573693.tif 000007