(57)【要約】【課題】従来の方法と比較して、制振ダンパー用高分子組成物における充填剤の配合量の最適化を少ない工数で実施できる方法を提供する。【解決手段】高分子成分及び充填剤を含む制振ダンパー用高分子組成物において、前記充填剤の粒子間距離と前記充填剤の粒子径とが一致する前記充填剤の配合量を算出することにより、前記充填剤の配合量を最適化する方法に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子成分及び充填剤を含む制振ダンパー用高分子組成物において、
前記充填剤の粒子間距離と前記充填剤の粒子径とが一致する前記充填剤の配合量を算出することにより、前記充填剤の配合量を最適化する方法。
【請求項２】
前記高分子成分が共役ジエン系ゴムであり、前記充填剤が無機化合物である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記制振ダンパー用高分子組成物において、前記充填剤の粒子が面心立方格子構造における原子と同様の位置に配置されていると仮定して、前記充填剤の粒子間距離と前記充填剤の粒子径とが一致する前記充填剤の配合量を算出する請求項１又は２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振ダンパー用高分子組成物における充填剤の最適な配合量を算出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制振ダンパー用高分子組成物には、揺れに対する減衰性能と、住宅などの荷重に耐えるセット性とが要求される。このうち減衰性能を確保するために、シリカなどの充填剤が配合されている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、充填剤を配合すると、セット性が低下し、荷重に対して変形し易くなる傾向がある。また、充填剤を減量すると、セット性は向上するが、減衰性能が低下する傾向がある。このように、減衰性能とセット性とは背反関係にあり、これらを両立させるためには、充填剤の配合量を最適化することが必要である。
【０００４】
これまで、充填剤の配合量の最適化は、充填剤の配合量が異なる複数のサンプルを作製し、それらの物性を測定するという方法で実施されていたが、この方法は、多大な工数が必要であるという点で改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−８１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決し、従来の方法と比較して、制振ダンパー用高分子組成物における充填剤の配合量の最適化を少ない工数で実施できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
高分子組成物では、高分子成分及び充填剤によって海島構造が形成されており、充填剤の配合量が少ない場合、高分子成分が海を、充填剤が島を形成し、充填剤の配合量が多い場合、充填剤が海を、高分子成分が島を形成する。このように、高分子組成物の海島構造は、充填剤の配合量に応じて形態が逆転する。そして、海島構造の逆転が生じるポイントで、減衰性能及びセット性を両立させることができる。つまり、海島構造の逆転が生じるポイントが、充填剤の配合量の最適値であると考えられる。
【０００８】
本発明者らが検討したところ、充填剤の配合量によっては充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する場合があり、この場合に海島構造の逆転が生じることが判明した。そして、本発明者らが更に検討した結果、この関係を利用すれば、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する充填剤の配合量を算出することにより、実際にサンプルを作製することなく、海島構造が逆転するポイント、すなわち、充填剤の配合量の最適値を決定することができるため、従来の方法と比較して、充填剤の配合量の最適化に要する工数を削減することが可能となることを見出し、本発明に想到した。
【０００９】
すなわち、本発明は、高分子成分及び充填剤を含む制振ダンパー用高分子組成物において、前記充填剤の粒子間距離と前記充填剤の粒子径とが一致する前記充填剤の配合量を算出することにより、前記充填剤の配合量を最適化する方法に関する。
【００１０】
前記高分子成分が共役ジエン系ゴムであり、前記充填剤が無機化合物であることが好ましい。
【００１１】
前記制振ダンパー用高分子組成物において、前記充填剤の粒子が面心立方格子構造における原子と同様の位置に配置されていると仮定して、前記充填剤の粒子間距離と前記充填剤の粒子径とが一致する前記充填剤の配合量を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高分子成分及び充填剤を含む制振ダンパー用高分子組成物において、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する充填剤の配合量を算出することにより、充填剤の配合量を最適化する方法であるため、従来の方法と比較して、制振ダンパー用高分子組成物における充填剤の配合量の最適化を少ない工数で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】制振ダンパー用高分子組成物において、充填剤の粒子が面心立方格子構造における原子と同様の位置に配置されていると仮定した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の方法では、高分子成分及び充填剤を含む制振ダンパー用高分子組成物において、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する充填剤の配合量を算出することにより、充填剤の配合量を最適化する。
なお、本発明において、充填剤の粒子径とは、透過型電子顕微鏡により測定される数平均一次粒子径を意味する。
【００１５】
以下、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する充填剤の配合量の算出方法の一例について説明する。
【００１６】
まず、計算を容易にするため、高分子組成物中に存在する充填剤の配置状態をモデル化する。使用できるモデルとしては、例えば、結晶構造における原子を充填剤の粒子とみなしたものを使用することができる。結晶構造としては、面心立方格子構造、六方最密格子構造、体心立方格子構造などが挙げられるが、本発明では、面心立方格子構造、六方最密格子構造を使用することが好ましい。面心立方格子構造や六方最密格子構造は、最密充填構造であるため、体心立方格子構造の場合と比較して、粒子間距離を長くとることができる。一方、体心立方格子構造を採用した場合、粒子間距離を過小評価してしまい、本発明によって算出される充填剤の配合量の最適値と、実際の最適値との乖離が大きくなるおそれがある。
以下では、面心立方格子構造を使用した場合を例として説明する。
【００１７】
図１は、制振ダンパー用高分子組成物において、充填剤の粒子が面心立方格子構造における原子と同様の位置に配置されていると仮定した状態を示す模式図である。図１中、ａは単位格子の１辺の長さを、ｒは充填剤の粒子の半径を、Ｌ１は最も短い充填剤の粒子間距離を、Ｌ２は２番目に短い充填剤の粒子間距離を示す。
なお、一般的な結晶構造では原子同士が接触しているが、本発明では、充填剤の粒子同士が接触しなくてもよいと仮定して計算を行う。
【００１８】
面心立方格子構造では、単位格子内に４つの粒子が存在する。よって、単位格子内の充填剤の占有体積Ｖｆｉｌｌｅｒは以下の式で表すことができる。
【数１】
2017019892.tif 000002
【００１９】
また、単位格子の体積Ｖlattice、単位格子における充填剤の体積分率Φは、以下の式で表すことができる。
【数２】
2017019892.tif 000003
【数３】
2017019892.tif 000004
【００２０】
以上の式に基づき、単位格子の１辺の長さａは、以下の式で表すことができる。
【数４】
2017019892.tif 000005
【００２１】
ここで、単位格子において、最も短い充填剤の粒子間距離Ｌ１、２番目に短い充填剤の粒子間距離Ｌ２は、以下の式で表すことができる。
【数５】
2017019892.tif 000006
【数６】
2017019892.tif 000007
【００２２】
また、Ｌ１、Ｌ２の平均値Ｌａｖｅは、以下の式で表すことができる。
【数７】
2017019892.tif 000008
【００２３】
そして、Ｌ１、Ｌ２の平均値Ｌａｖｅが、充填剤の粒子径２ｒと等しくなる場合（Ｌａｖｅ＝２ｒ）に、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致すると仮定して、式を変形していく。そうすると、式中のｒがキャンセルされ、Φ≒０．１６２８という値が得られる。この結果は、充填剤の粒子径によらず、充填剤の体積分率Φが０．１６２８となる場合（充填剤の充填率が１６．２８％の場合）に、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致することを意味している。よって、充填剤の体積分率Φが０．１６２８となる充填剤の配合量が、充填剤の配合量の最適値ということになる。
【００２４】
充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する充填剤の配合量は、上記で求めた充填剤の体積分率Φと、高分子組成物中の成分の比重とを用いて算出することができる。
【００２５】
以下、充填剤の体積分率Φと、高分子組成物中の成分の比重とを用いて充填剤の配合量を算出する手順について、下記表１に記載の成分を有する高分子組成物の場合を例として説明する。
なお、下記表１に記載の高分子組成物は、高分子成分として天然ゴムを、充填剤としてシリカを使用するものである。シリカの一次粒子径は１４ｎｍである。
【表１】
2017019892.tif 000009
【００２６】
表１に記載の高分子組成物において、天然ゴム１００ｇあたりの体積を下記表２に示す。下記表２において、Ａはシリカの体積を、Ｂはシリカの配合量を、Ｃはシリカ分散剤の配合量を、Ｄはシリカ分散剤の体積を示す。
【表２】
2017019892.tif 000010
【００２７】
シリカに対するシリカ分散剤の配合割合をαとすると、シリカ分散剤の配合量Ｃは、以下の式で算出できる。
Ｃ＝α×Ｂ
表２より、Ｂ＝２Ａであるから、上記式を変形すると、以下のようになる。
Ｃ＝２×α×Ａ
よって、シリカ分散剤の体積Ｄは、以下の式で算出できる。
Ｄ＝Ｃ／１．０６＝(２×α×Ａ)／１．０６
そして、α＝０．１とする場合、シリカ分散剤の体積Ｄは、以下のようになる。
Ｄ＝０．２Ａ／１．０６
【００２８】
上記のとおり、充填剤の粒子間距離と充填剤の粒子径とが一致する充填剤の体積分率Φは０．１６２８である。シリカ及びシリカ分散剤以外の成分の体積の合計が１４４．０８であるため、Φが０．１６２８となるシリカの体積Ａは、以下のように算出することができる。
Ａ／（Ａ＋Ｄ＋１４４．０８）＝０．１６２８
Ａ≒２９．１
この結果に基づき、高分子組成物中のシリカの配合量Ｂは、以下のように算出することができる。
Ｂ＝２Ａ＝２×２９．１＝５８．２
したがって、表１に記載の高分子組成物において、α＝０．１とする場合、シリカの配合量の最適値は、５８．２ｐｈｒとなる。
また、このときのシリカ分散剤の配合量Ｃは、Ｃ＝α×Ｂより、５．８２ｐｈｒとなる。
【００２９】
本発明における高分子組成物としては、高分子成分及び充填剤を含むものであれば特に限定されず、従来公知のものが挙げられる。
【００３０】
高分子成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などの共役ジエン系ゴムが挙げられる。また、共役ジエン系ゴムは、水酸基、アミノ基などの変性基を１つ以上含むものでもよい。
【００３１】
充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、ｍＭ２・ｘＳｉＯｙ・ｚＨ２Ｏ（式中、Ｍ２はアルミニウム、カルシウム、マグネシウム、チタン及びジルコニウムよりなる群より選択された少なくとも１種の金属、又は該金属の酸化物、水酸化物、水和物若しくは炭酸塩を示し、ｍは１〜５、ｘは０〜１０、ｙは２〜５、ｚは０〜１０の範囲の数値を示す。）、などが挙げられる。
【００３２】
ｍＭ２・ｘＳｉＯｙ・ｚＨ２Ｏで表される充填剤の具体例としては、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ（水和物））、クレー（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、カオリン（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）、ベントナイト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、ケイ酸アルミニウム（Ａｌ２ＳｉＯ５、Ａｌ４（ＳｉＯ２）３・５Ｈ２Ｏなど）、ケイ酸アルミニウムカルシウム（Ａｌ２Ｏ３・ＣａＯ・２ＳｉＯ２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、ケイ酸カルシウム（Ｃａ２ＳｉＯ４）、ケイ酸マグネシウムカルシウム（ＣａＭｇＳｉＯ４）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、タルク（ＭｇＯ・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）、アタパルジャイト（５ＭｇＯ・８ＳｉＯ２・９Ｈ２Ｏ）、酸化アルミニウムマグネシウム（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）、チタン白（ＴｉＯ２）、チタン黒（ＴｉｎＯ２ｎ−１）などが挙げられる。このような充填剤を含む高分子組成物では、充填剤が凝集したクラスターが形成される。
【００３３】
充填剤としては、シリカ等の無機化合物が好ましく、シリカが好ましい。充填剤の配合量は、通常、高分子組成物中の高分子成分１００質量部に対して、１０〜２００質量部程度である。
【００３４】
高分子組成物は、ゴム工業分野で汎用されている他の配合剤（シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種老化防止剤、オイル、ワックス、加硫剤、加硫促進剤、架橋剤など）を含むものでもよい。このような高分子組成物は、公知の混練方法などを用いて製造できる。
【００３５】
以上、説明したように、本発明の方法によれば、高分子組成物を実際に作製することなく充填剤の配合量を最適化することができる。そのため、従来の方法と比較して、配合量の最適化に要する工数を削減することができる。
【符号の説明】
【００３６】
ａ  単位格子の１辺の長さ
ｒ  充填剤の粒子の半径
Ｌ１  最も短い充填剤の粒子間距離
Ｌ２  ２番目に短い充填剤の粒子間距離
【図１】
2017019892.tif 000011