(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、
シール素材と、を有し、
前記シール素材は、
水溶性のセルロース系増粘剤と、
直鎖状のノニオン系高分子増粘剤と、
有機繊維で構成される繊維状充填剤と、
有機系の消泡剤と、
水分を保持させるための保湿剤と、
無機化合物で構成される無機充填剤と、
を含むことを特徴とするシール材。
【請求項２】
前記繊維状充填剤が、
長さが３ミリメートル以上の第１繊維状充填剤と、
長さが２ミリメートル以下の第２繊維状充填剤と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のシール材。
【請求項３】
前記セルロース系増粘剤、前記ノニオン系高分子増粘剤、前記繊維状充填剤、および前記消泡剤が、前記水の１００重量部に対して合計で８．０重量部以上１８．０重量部以下の添加量で添加される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のシール材。
【請求項４】
前記無機充填剤が、前記水の１００重量部に対して、５．０重量部以上１５．０重量部以下の添加量で添加される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシール材。
【請求項５】
前記保湿剤が、前記水の１００重量部に対して、２．０重量部以上の添加量で添加される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシール材。
【請求項６】
前記第１繊維状充填剤が、前記第２繊維状充填剤の０．８７５倍以上４倍以下の添加量で添加される
ことを特徴とする請求項２に記載のシール材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機などに用いられるテールクリアランス充填用のシール材に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘削機のテールシール構造には、特許文献１〜３に示すものなどがある。テールシール構造とセグメントとの間には、掘削時に隙間（テールクリアランス）が生じる。この隙間を介して地盤からの漏水や背後の外周部分に充填する裏込め材が漏洩することを防止するためにテールクリアランス充填用シール材（テールシール材）が用いられる。【０００３】
シール材は、止水、裏込め材の漏洩防止、およびシールド掘削機の滑剤としての役割を担っている。
シールド掘削機に用いられるシール材には、水およびカルシウム石鹸と鉱油とポリプロピレン樹脂を含むもの（特許文献４、段落２１参照）や、グアガムあるいはその変性品、ローカストビーンガム、ガラクトマンノース重合体を主成分とする天然高分子などを含むもの（特許文献５、段落１５参照）などがある。また、繊維状充填剤として、ベントナイトやモンモリロナイトなどの鉱物系の繊維状物質を含むシール材（特許文献６、段落１９参照）も提案されている。【０００４】
また、特許文献７には、水溶性の高分子系増粘剤としてカルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの水溶性のセルロースエーテル、天然ガムおよび人工ガムの中から選ばれる少なくとも１種を含有するシール材が記載されている。特許文献７に記載されたシール材は油分を主成分としていないため、火気による事故の危険が少なく、また、裏込め材に用いられるセメントミルクに混ざった場合にも、油分を主成分とするシール材に比べて、硬化性能に悪影響を及ぼす可能性が低い（段落３５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４０９９８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５３９３号公報
【特許文献３】特開２０１１−４２９３８号公報
【特許文献４】特開平７−１０９８９３号公報
【特許文献５】特許３２３５４２５号明細書
【特許文献６】特開２００１−１１５７７７号公報
【特許文献７】特許２９３８４１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば特許文献４に記載されたシール材では、軟膏状を呈する基剤に油分が含まれているため、セメント系の裏込め材との接触によりセメントの硬化反応を阻害する可能性がある。また、ポリプロピレンなどの樹脂材料は、シール材の充填性や接着性を向上させる硬化を有するものの、硬いためにテールクリアランスに充填する際に抵抗が生じ、配管の目詰りが生じ易いなどの課題がある。
また、例えば特許文献５に記載されたシール材では、繊維状充填剤がないため止水性が低く、天然高分子とゲル化剤を用いる必要があるため、地盤条件によってはｐＨの違いによる粘性にばらつきが生じ、シール材としての性能にもばらつきが生じ易いという課題がある。【０００７】
本発明の目的の１つは、セメントの硬化を妨げる成分を含まず、かつ、止水性および潤滑性を有するシール材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係るシール材は、水と、シール素材と、を有し、前記シール素材は、水溶性のセルロース系増粘剤と、直鎖状のノニオン系高分子増粘剤と、有機繊維で構成される繊維状充填剤と、有機系の消泡剤と、水分を保持させるための保湿剤と、無機化合物で構成される無機充填剤と、を含むことを特徴とする。【０００９】
好ましくは、前記繊維状充填剤が、長さが３ミリメートル以上の第１繊維状充填剤と、長さが２ミリメートル以下の第２繊維状充填剤と、を含むとよい。【００１０】
好ましくは、前記セルロース系増粘剤、前記ノニオン系高分子増粘剤、前記繊維状充填剤、および前記消泡剤が、前記水の１００重量部に対して合計で８．０重量部以上１８．０重量部以下の添加量で添加されるとよい。【００１１】
好ましくは、前記無機充填剤が、前記水の１００重量部に対して、５．０重量部以上１５．０重量部以下の添加量で添加されるとよい。【００１２】
好ましくは、前記保湿剤が、前記水の１００重量部に対して、２．０重量部以上の添加量で添加されるとよい。【００１３】
好ましくは、前記第１繊維状充填剤が、前記第２繊維状充填剤の０．８７５倍以上４倍以下の添加量で添加されるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のシール材は、セメントの硬化を妨げる成分を含まず、かつ、止水性および潤滑性を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において、シール材は、水にシール素材を添加することで製造される。シール素材には、少なくとも増粘剤と、繊維状充填剤と、消泡剤と、保湿剤と、無機充填剤と、を含む。
【００１６】
増粘剤は、セルロース系増粘剤と、ノニオン系高分子増粘剤とを含む。セルロース系増粘剤とは、セルロースを含んだ水溶性の増粘剤である。
セルロース系増粘剤は、１重量パーセント水溶液の粘度を、２５℃／２００ｒｐｍの条件下でビスコメータにより測定し、２５００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）以上、４５００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）以下と測定されるものを用いる。このセルロース系増粘剤は、水と混合することでその水の粘性を上昇させる特性を有する。このセルロース系増粘剤を含むことにより、水の粘性が上昇し、シール材はクリアランス空間内における追随性が向上する。
【００１７】
ノニオン系高分子増粘剤とは、炭素原子が直鎖状に結合し、かつ、それらの炭素原子のいずれかに例えばヒドロキシル基など親水性を示す官能基が結合していることにより、水溶性でありながらイオン化しない高分子材料であり、例えば、工業用用途に用いられている分子量１万以上１００万以下の高分子材料である。
ノニオン系高分子増粘剤には、例えば、ポリビニルアルコールやポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。
【００１８】
繊維状充填剤は、セルロース系繊維などの天然繊維や、アクリル系繊維、ポリエステル系繊維、ポリエチレン系繊維などの合成繊維といった有機繊維で構成される。
【００１９】
また、繊維状充填剤は、その長さによって第１繊維状充填剤と第２繊維状充填剤とに区分される。第１繊維状充填剤は、長さが３ミリメートル以上の繊維状充填剤である。第２繊維状充填剤は、長さが２ミリメートル以下の繊維状充填剤である。繊維状充填剤は、これらの第１繊維状充填剤および第２繊維状充填剤を含む。
なお、第１繊維状充填剤および第２繊維状充填剤の直径または厚さは、いずれも２ミリメートル以下であればよい。これら２種類の繊維状充填剤をそれぞれ含むことにより、シール材は、テールクリアランスの止水性が向上する。
【００２０】
消泡剤には、シリコン系やオイル系などがあるが、ここでは有機系の消泡剤が用いられる。この消泡剤を含むことにより、シール材は、充填剤と水とを混ぜ合わせるときやクリアランス内でシールド掘削機が移動したときなどに空気が混入することを防止し、混入した空気により止水性が低下することを抑制する。
【００２１】
保湿剤とは、水分を保持させてシール材の乾燥を防ぐためのものである。保湿剤には、例えば、尿素や吸水性樹脂などが挙げられる。なお、吸水性樹脂にはポリアクリル酸塩架橋体などがある。
【００２２】
無機充填剤とは、増粘剤と繊維状充填剤とを馴染みやすくするための物質であり、ＪＩＳ  Ｚ８８０１−１規格の試験ふるいの公称目開き２５０マイクロメートル（μｍ）、つまりＡＳＴＭメッシュＮｏ．６０を通過し、試験ふるい１５０マイクロメートル（μｍ）、つまりＡＳＴＭメッシュＮｏ．１００を通過しない粉体状の無機化合物を９０％以上含むものである。
【００２３】
無機充填剤には、例えば、ケイ酸カルシウム、雲母、ウォラストナイト、などが挙げられる。
【００２４】
水溶性のセルロース系増粘剤と、直鎖状のノニオン系高分子増粘剤と、有機繊維で構成される繊維状充填剤と、有機系の消泡剤と、水分を保持させるための保湿剤と、無機化合物で構成される無機充填剤と、を含むシール素材を水に添加して得られるシール材は、セメントの硬化を妨げず、かつ、良好な止水性および潤滑性を有することがわかった。
【実施例】
【００２５】
（１）試料に用いる材料
水溶性のセルロース系増粘剤、直鎖状のノニオン系高分子増粘剤、繊維状充填剤、消泡剤、保湿剤および無機充填剤を混合し、試料１〜２５のシール素材をそれぞれ作成した。
セルロース系増粘剤には、関東化学株式会社製のメチルセルロース（ＣＡＳ番号：９００４−６７−５）を用いた。
ノニオン系高分子増粘剤には、ポリビニルアルコール（ポバール、クラレ社製）を用いた。【００２６】
繊維状充填剤としては、第１繊維状充填剤としてアクリル系充填剤と、第２繊維状充填剤としてセルロース系充填剤とを用いた。
アクリル系充填剤には、太さ１ミリメートル、長さ５〜１０ミリメートル程度のアクリル毛糸を用いた。これは、長さが３ミリメートル以上の第１繊維状充填剤の一例である。
セルロース系充填剤には、セルロースを主成分とする古紙を太さ０．１ミリメートル、長さ１ミリメートル程度の繊維状に作成したものを用いた。これは長さが２ミリメートル以下の第２繊維状充填剤の一例である。【００２７】
消泡剤には、関東化学株式会社製のポリエーテル系消泡剤（試薬品）を用いた。
保湿剤には、尿素（関東化学社製、試薬品）を用いた。
無機充填剤には、ケイ酸カルシウムを用いた。【００２８】
（２）試験
（ア）流動性試験１
表１に示す添加量で水１００重量部に各材料を添加する試料１〜５を作成した。添加量の比率は以下の方針１に従った。試料１〜５は、水１００重量部、保湿剤２重量部、および無機充填剤１０重量部に対して添加する、増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量を３重量部から２３重量部まで変化させたものである。
＜方針１＞
・セルロース系増粘剤：ノニオン系高分子増粘剤：消泡剤＝１５．４：１：０．９２４
・第１繊維状充填剤：第２繊維状充填剤＝９．５：５．５
・（増粘剤＋消泡剤）：繊維状充填剤＝４．５：７．５
【表１】
0005969715.tif 000002
【００２９】
試料１〜５に対し、ポンプ圧送試験を行った。ポンプ圧送試験は、それぞれ２０リットルの試料１〜５をグリスポンプにより２センチメートル管の入口から２メートルにわたって押し出し、出口から連続的に押し出されるか否かにより判定した。判定結果は表２の通りとなった。
【表２】
0005969715.tif 000003
【００３０】
判定結果は、出口から押し出された試料を「良」として、押し出されなかった試料を「不可」として評価した。【００３１】
流動性試験１の結果により、水１００重量部に対する増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量が２３重量部まで増加すると粘性が高過ぎることとなり、流動性が著しく低下することがわかった。また、この合計添加量を３重量部まで減少させると材料分離が生じるため、連続的に押し出されなくなり、配管内に目詰りが生じることがわかった。【００３２】
したがって、増粘剤（セルロース系増粘剤、ノニオン系高分子増粘剤）、繊維状充填剤、および消泡剤が、水１００重量部に対して合計で８．０重量部以上１８．０重量部以下の添加量で添加されたシール材は良好な流動性を示すことが確認された。【００３３】
（イ）止水試験１
表３に示す添加量で水１００重量部に各材料を添加する試料６〜１０を作成した。添加量の比率は上述した方針１に従った。試料６〜１０は、水１００重量部、および保湿剤２．５０重量部に対して添加する、増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量を１０．０重量部に固定し、無機充填剤の添加量を０重量部から２０重量部まで変化させたものである。
【表３】
0005969715.tif 000004
【００３４】
試料６〜１０に対し、止水試験１を行った。止水試験１は、試料に対して加える圧力を０．１ＭＰａから４．０ＭＰａまで変化させて、それぞれ水の漏洩が有るか否かにより判定した。判定結果は表４の通りとなった。
【表４】
0005969715.tif 000005
【００３５】
判定結果は、水の漏洩が無かった試料を「良」として、水の漏洩が有った試料を「不可」として評価した。なお、低圧で水の漏洩が有った試料に対して圧力を上げても、当然、水の漏洩が有ることが予想されるため、試験を行わなかった。この場合の判定結果は「−」と表記した。【００３６】
止水試験１の結果により、水１００重量部に対して無機充填剤の添加量が０重量部では止水性能が十分でないが、５重量部以上では十分な止水性能が得られることがわかった。【００３７】
（ウ）流動性試験２
表５に示す添加量で水１００重量部に各材料を添加する試料１１〜１５を作成した。添加量の比率は上述した方針１に従った。試料１１〜１５は、水１００重量部、および保湿剤１０重量部に対して添加する、増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量を２０重量部に固定し、無機充填剤の添加量を５重量部から２５重量部まで変化させたものである。
【表５】
0005969715.tif 000006
【００３８】
試料１１〜１５に対し、上述したポンプ圧送試験を行った。判定結果は表６の通りとなった。
【表６】
0005969715.tif 000007
【００３９】
判定結果は、出口から押し出された試料を「良」として、押し出されなかった試料を「不可」として評価した。【００４０】
流動性試験２の結果により、水１００重量部に対して増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量が２０重量部であると、無機充填剤の添加量が２０重量部以上に増加したときに流動性が著しく低下することがわかった。この原因は、フィラー効果によるものと推測される。【００４１】
したがって、止水試験１および流動性試験２の結果により、無機充填剤が、水１００重量部に対して、５．０重量部以上１５．０重量部以下の添加量で添加されたシール材は良好な止水性および流動性を示すことが確認された。【００４２】
（エ）保湿性試験
表７に示す添加量で水１００重量部に各材料を添加する試料１６〜２０を作成した。添加量の比率は上述した方針１に従った。試料１６〜２０は、水１００重量部、および無機充填剤１０重量部に対して添加する、増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量を１５重量部に固定し、保湿剤の添加量を０重量部から２０重量部まで変化させたものである。
【表７】
0005969715.tif 000008
【００４３】
試料１６〜２０に対し、保湿性試験を行った。保湿性試験は、試料の作成から１時間後に再度撹拌を行って、手触りに大きな変化が生じているか否かを確認することにより判定した。判定結果は表８の通りとなった。
【表８】
0005969715.tif 000009
【００４４】
判定結果は、水の漏洩が無かった試料を「良」として、手で触れたときに脱水が生じていることが感じられた場合、若しくは、水の漏洩が有った試料を「不可」として評価した。なお、低圧で水の漏洩が有った試料に対して圧力を上げても、当然、水の漏洩が有ることが予想されるため、試験を行わなかった。この場合の判定結果は「−」と表記した。【００４５】
保湿性試験の結果により、水１００重量部に対して保湿剤の添加量が０重量部では保湿性能が十分でないが、２．０重量部以上では十分な保湿性能が得られることがわかった。【００４６】
（オ）止水試験２
表９に示す添加量で水１００重量部に各材料を添加する試料２１〜２５を作成した。添加量の比率は以下の方針２に従った。試料２１〜２５は、水１００重量部、保湿剤５重量部、無機充填剤１０重量部に対して添加する、増粘剤、繊維状充填剤および消泡剤の合計添加量を１２重量部に固定し、第１繊維状充填剤と第２繊維状充填剤の各添加量の比率を変化させたものである。
＜方針２＞
・セルロース系増粘剤：ノニオン系高分子増粘剤：消泡剤＝１５．４：１：０．９２４
・（増粘剤＋消泡剤）：繊維状充填剤＝４．５：７．５
【表９】
0005969715.tif 000010
【００４７】
試料２１〜２５に対し、止水試験２を行った。止水試験２は、試料に対して加える圧力を０．１ＭＰａから４．０ＭＰａまで変化させて、それぞれ水の漏洩が有るか否かにより判定した。判定結果は表１０の通りとなった。
【表１０】
0005969715.tif 000011
【００４８】
判定結果は、水の漏洩が無かった試料を「良」として、シール材として使えなくはないが、水の漏洩が有った試料を「可」として評価した。なお、低圧で水の漏洩が有った試料に対して圧力を上げても、当然、水の漏洩が有ることが予想されるため、試験を行わなかった。この場合の判定結果は「−」と表記した。【００４９】
止水試験２の結果により、水１００重量部に対して繊維状充填剤を７．５重量部に固定した場合、第１繊維状充填剤および第２繊維状充填剤のいずれかの添加量が０重量部では止水性能が十分でないが、第１繊維状充填剤は３．５重量部以上、第２繊維状充填剤は１．５重量部以上で、十分な止水性能が得られることがわかった。すなわち、シール材には、長さが３ミリメートル以上の第１繊維状充填剤と、長さが２ミリメートル以下の第２繊維状充填剤と、を含むことが望ましい。【００５０】
また、第１繊維状充填剤の添加量の第２繊維状充填剤の添加量に対する比率では、第１繊維状充填剤が、第２繊維状充填剤の０．８７５（＝３．５／４）倍以上４（＝６／１．５）倍以下の添加量で添加されていると、十分な止水性能が得られることがわかった。
【要約】
本発明は、セメントの硬化を妨げる成分を含まず、かつ、止水性および潤滑性を有するシール材を提供する。本発明にかかるシール材は、水とシール素材とからなり、シール素材は、水溶性のセルロース系増粘剤と、直鎖状のノニオン系高分子増粘剤と、有機繊維で構成される繊維状充填剤と、有機系の消泡剤と、水分を保持させるための保湿剤と、無機化合物で構成される無機充填剤と、を含む。繊維状充填剤が、長さが３ミリメートル以上の第１繊維状充填剤と、長さが２ミリメートル以下の第２繊維状充填剤と、を含むことが望ましい。