水関連機器用エラストマーの現状と新製品H2670

水関連機器用エラストマーの現状と新製品H26701）
日本バルカー工業株式会社
基幹産業開発部鈴木憲

Water, the common name of a liquid chemical substance, is essential for all forms of life and industrial

バルカー
技術誌

Summer 2007
NO.13

applications. However, water is not used in the same conditions all the time. In addition, the constituents ofwater vary with its uses and applications therefore, sealing this liquid presents some challenges. This article
presents some materials used in sealing water noting their deficiencies and offering an improved alternative.

1.

水関連機器用エラストマーの現状ンゴム）、FKM（フッ素ゴム）、VMQ（シリコーンゴム）がシール用エラストマー材料としては一般的である。NR（天然ゴム）や、BR（ブタジエンゴム）、SBR

エラストマー材料には数多くの種類が存在するが、（スチレンブタジエンゴム）等はシール材というより、エラストマーとは何かというところから入った方がい

タイヤ、ベルト、ホースのような低発熱性、高弾性、いと考え、その部分から説明する。エラストマーとは、耐摩耗性を必要とする部位で使用されることが多い。

常温でゴム弾性を有するものであり、合成ゴム一般だ

熱可塑性エラストマーは、耐熱性を考慮すると、運用けを指すわけではない。合成ゴムは、天然ゴムに代表が難しく、シール材としては一般的とは言いがたい。

されるように、熱を加えることにより加硫反応を起こ（著者の勉強不足であれば申し訳ない）耐熱性に優れたし、熱硬化し、所定の形状の成形物となるものがほとグレードもあるが、高価なものであり、やはり一般的んどである。一度硬化すると、再度異なる形状へは成とは言いがたい。

形不可能となることが特徴である。反面、樹脂は熱を上記合成ゴムは、それぞれに特徴があり、使用環境加えることにより、溶解を起こし、何度でも成形しなにより使い分けられる必要がある。判断するための要おすことが可能であるが、これを熱可塑性という。こ因として、使用温度（低温、高温）、溶媒（液体、ガス）、の樹脂の特性を持つものの中に、常温でゴム弾性を保圧力、固定用途、運動用途、コスト等さまざまである。

有するものがある。すなわち、熱可塑性エラストマー

どのように選定されているかは表１を見ていただけれである。熱可塑性エラストマーは、合成ゴムに必要なば、おおよそわかっていただけると思う。ただし、あ加硫反応がないため、ゴムと同義とは言えないが、エくまでラフな考え方であり、実際はさらに多くの選定ラストマーという言葉であれば、ひとくくりにするこするべき要因が必要となる。今回の表題である水といとが可能である。参考までにゴム弾性とは室温においう用途に関して、どのように考えるかは、上水、中水、て、小さな応力で相当に大きい変形を起こし、その変下水により、選定材料は変化する。まず上水であるが、形から急速にほとんど元の形まで戻ることを言う。

基本的に飲料水と考えることとする。その場合、水道再度話は戻るが、エラストマー材料としては、非常法、食品衛生法の規格に適合することが前提である。に多くの種類が存在するが、実際シール材として一般当然有毒物質（シアン、水銀、許容量を超えた銅、鉄、的に使用されている材料はかなり限定することが出来フェノール等）や環境ホルモンに類似した薬品を含有る。NBR（ニトリルゴム）、HNBR（水素添加ニトリルしているものは使用できない。また飲料水として水道ゴム）、IIR（ブチルゴム）、EPDM（エチレンプロピレ

水を成立させるために、水道局は水道水の塩素消毒を

11

技 術 論 文

表1 各種エラストマー材料評価2）
U

NBR

ウレタンゴムニトリルゴム

HNBR

耐水蒸気DB

B

耐水性

B〜DAA

EPDM

FKM

Q

フッ素ゴム

シリコーンゴムA

B〜C

C〜DAAAエラストマーの種類
水素添加ニトリルゴム エチレンプロピレンゴム

植物油

A

A

A

A〜B

A

A

ASTMNo1（JISNo1油）

A

A

A

D

A

A

IRM903（JISNo3油）

A

A

A

D

A

B〜C

リン酸エステル系不燃作動油

D

D

D

A

A

D

メチルアルコール

DA

A

A

C〜D

A

エチレングリコール

D

A

A

A

A

A

アセトン

D

D

D

A

D

C〜D

ベンゼン

C

C〜D

C〜D

D

B〜C

D

ガソリンA

A

A

D

A

D

20％塩酸（50℃）

D

B〜C

B〜C

A

A

D

30％硫酸（50℃）

D

C

B〜C

B

A

D

D

C

B〜C

B

A

C

50％水酸化ナトリウム（50℃）

D

A〜B

A〜B

A

B

C

使用温度 （注1）−60〜80℃−50〜120℃−30〜160℃−60〜150℃−50〜300℃−120〜280℃

原料コスト（注2）314253

表中のA：優 B：良 C：可 D：不可を示すが、配合により異なる場合がある。
（注1）使用温度については、あくまで一般論であり配合によって異なる場合がある。
（注2）原料コストは1〜5段階で評価。1が最もコストメリットに優れる。

実施しなければならない。水中の病原生物の汚染を防低コスト性を実現していることが理由である。ただし、止するためである。つまり水道水用シール材には塩素シール対象が熱水（スチーム）の場合は、EPDMのほ消毒に対し耐性を持つ必要がある。また、家庭内配管か、特殊FKMを使用しなければならないこともある。

であれば給湯器等の高温にさらされる可能性、食品製造装置であれば、高温スチームにさらされる場合が考えられる。もう一つ言えば、シール材が水道水中の塩素を必要以上に消費することはご法度である。殺菌の為の塩素をシール材が消費してしまえば、本末転倒であるからだ。

2.

水関連機器用エラストマー製シール材の動向と問題点

１項ではEPDMが水用として使用されることが、一般的とコメントした。しかしながら、EPDMのグレー

逆に下水については、温度は上水ほどではないが、ドもさまざまあり、実際はそう単純ではない。水道水さまざまな流体に対し耐性を持つ必要がある。むしろ、だけを考えてみても、次亜塩素酸による塩素殺菌が普塩素消毒だけの問題でなく、家庭内排水、工業用排水通に行われている。しかも、水道水中の塩素濃度は各等、予測しがたい流体に対し、耐性を持つ必要があり、自治体でまったく異なる。諸外国と較べた場合、日本シール材としての耐性は、上水環境よりすぐれているは独自の思考を持っていると言える点が、この次亜塩必要があると考える。

素酸による殺菌に見られる。よく外人から、日本の水単純に選定すれば、0℃未満の環境で使用されないは塩素臭があり飲めないとのコメントが、TV、インター（0度以下では凍結する為）ため、耐薬品性に最も優れネット上によく見られる。これは、至極当たり前のこているFKMを使用することが一番容易であるが、一般とである。諸外国の水道水中の遊離塩素濃度は最大0.1

水道配管で、FKMが使用されることはまずありえない。

ppmに対し、日本の遊離塩素濃度は最低0.1ppm（水道コスト面がネックになり、よほど厳しい環境ではない

法施工規則）であり、濃度上限は設定されていない。

限り、使用されることは考えにくい。つまり一般に水さらに水道水に感染が生じる恐れがある場合は、倍の用として使用されるのはEPDMである。耐薬品性が0.2ppmを最低としており、諸外国の水道水への意識とFKMに準じ、また、非常に高い耐熱性、NBRに準じる日本の意識はまったく違う方向を向いている。諸外国

12Summer 2007

10％硝酸（常温）

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NO.13水関連機器用エラストマーの現状と新製品H2670

が、おいしい水を求めていることに対し、日本は安全に水道水を飲むことを優先している。つまり、おいしさが二の次とは言わないが、日本人の本質は安全性を第一としているといっても過言ではない。極論で言えば、安全性を優先すれば、水道水の遊離塩素濃度は0.1ppmにする必要は無く、1ppmであっても問題ないといえる。つまり、安全性と引換えに、ゴムに与える塩素による影響は増大し、その結果、長期使用によるシール材の崩壊、破損を引き起こすこととなった。これが、墨汁現象と呼ばれる現象を一般的に引き起こす原因である。一番身近な墨汁現象は、水道パッキンや水洗トイレのタンクに用いられるシール材によく見られる。
シールの悪くなった水道パッキンを交換するとき、
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ル材をよく見てみればわかることだが、必ずといってSummer 2007
NO.13

いいほど、触ると手が黒く汚れる。これを墨汁現象と理解していただきたい。

図１ 残留塩素による劣化メカニズム4）

この墨汁現象についても、数年前までは、ゴムでは生じて当然という風潮が見られた。しかしながら、昨耐墨汁性と耐熱性は、同時に考える必要がある。まず

今では、安全性＋快適性＋高寿命の３要素が要求され墨汁現象の発生メカニズムであるが、①エラストマーている。つまりユーザーは安全性だけではなく、水道材料に配合されたカーボンに水道水中の塩素化合物が水に視覚的な要素、シール材を交換する手間の不要さ

吸着、②HCL又はCLO −とカーボンが反応し、酸素ラを感じているのである。墨汁現象は使用者に対して視ジカル及び塩素イオンを発生、③EPDM分子鎖を酸素覚的な不快感を与えるばかりか、飲料水等へ混入するラジカル、塩素イオンが攻撃、④架橋・酸化・崩壊をと商品価値が著しく低下する。ただし、このユーザー

誘因、⑤水流によって劣化したエラストマー材料が流が１次ユーザーすなわち水道、食品メーカーか、２次出するとのメカニズムを辿る。参考までに図１に残留ユーザーすなわち一般消費者かを正確に見極めること

塩素によるEPDMの劣化メカニズムを示す3）、4）。つまり、が重要である。私見であるが、一般ユーザーまで、こ③の酸素ラジカルと塩素イオンの攻撃に耐え得ること

こまでの意識が浸透しているか疑問である。将来的にが可能であれば、墨汁現象は生じないという結論になは、重要な問題になると考えられる為、現在から準備る。また、黒色でなければ墨汁は生じないという意見しておくことは必要であるが、安全性を重要視したメーもあるが、最終的に白汁を生じる為、根本的な解決にカーの先行的な投資の意味が強いと予想される。どちならないので参考にしない。また、白色であれば、汚らにしても、我々シール材メーカーとしての必要な対れが目立たないというのも論外である。天邪鬼な話で応は、安全であること、墨汁現象を生じないこと、及あるが、別の理由であれば、白色に変更することにはび高寿命（耐熱性）である材料の開発が必要不可欠と意義がある。①の塩素化合物の吸着を防ぐという意味言える。

では充分効果がある。カーボンブラックの塩素吸着量3.

は他の充填材に比べ大きく、塩素によるポリマー破壊どう開発すべきか？

２項に必要な開発目標を記載した。具体的に開発していくにはどのような手法を必要とするかを考えてみたい。に強く関与しているといっても過言ではない。そのため、カーボンブラックの代わりに、塩素吸着の少ない白色系充填材を用いることは、耐次亜塩素酸性向上の為の手法として正しいと考えられる。
次に進むが、考え方として、①酸素ラジカルと塩素イオンを遮蔽する②酸素ラジカルと塩素イオンが、ポ安全性については、基本的に安全性の確保されていリマーにアタックする前に何らかの手法で消費する③る原料を開発に用い、食品衛生法を取得するというこ酸素ラジカルと塩素イオンの攻撃を受けてもやられにとで、問題ないと考える。

くい構造とする。等が考えられる。最良な選択は、①13

技 術 論 文

表2 各種材料諸物性データである。②については、ラジカル及びイオンをトラッ単位プする薬品に限界量があるため、一定以上の時間の使

H0880

H2670

H1770

汎用EPDM用で効果が無くなる。また、ゴム以外の塩素吸収量の常態物性高い薬品を使用する場合、ゴムに対する比率が上がり、硬度

JISA

77737575

ゴム自体が持つ耐熱性に悪影響を及ぼす可能性が高い。

強度

MPa

19.811.915.817.1③では、墨汁の発生を遅らせることは可能であるが、伸び%

195160320200

いつか必ず墨汁が発生する。結論として①を採用した

応力

MPa

7.45.54.36.4

いところであるが、これも実用化がなかなか困難であ

圧縮永久歪る。PTFEをゴム表面に張り巡らせて、耐薬品性を向φ29×12.5t上させる手法は確かに存在し、自社でも実用化は行っ

72h

7.18.916.912.3ている。しかしながら、一般のEPDM価格に対し、

圧縮永久歪（水中）PTFEの処理は大きなコストアップにつながり、現実

φ2.4（P11）的でない。また、大量生産に向いているわけでもなく、

72h

7.911.825.421.8

一般水道配管に数量的に対応できるとも考えにくい。

圧縮永久歪（蒸気中）

酸素ラジカルと塩素イオンを遮蔽する材料をゴム中

φ2.4（P11）

150℃

100℃

140℃

72h

21.237.5

ることは無理であり、効果もほとんど期待できない。

空気老化

また②と同様に耐熱性に悪影響を及ぼす可能性が高い。

70h

結論として、②及び③を運用せざるを得ないのが現状

硬度変化

JISAである。

強度変化%＋1.0＋1.0±0.0±0.0−3.6−22.3−2.1＋5.1

もう１点問題点がある。先に白色材料を使用するこ

伸び変化

%

−5.1−25.0−18.8＋15.0とが、耐次亜塩素酸性に効果がある旨記載したが、一応力変化

般論として、白色材料の耐熱性は黒色材料に比べて劣水浸漬%＋3.3＋19.1＋3.5−5.0ると言われている。カーボンブラックに比べ、白色充1008h

95℃

填材の多くが親水性であり、ゴムとの親和性に乏しい

硬度変化

JISA

−1.0−1.0−1.0−2.0ためである。つまり、白色材料であれば、黒色材料よ

強度変化

%

−11.7−15.5−11.8＋2.6

り墨汁発生（白汁発生）は起こりにくいが、反面、耐伸び変化%−7.7−15.6＋12.5−7.5

熱性が黒色材料より劣るということである。墨汁発生

応力変化%＋0.9＋11.1−15.9−3.8は無く、耐熱性に優れることが目標である為、開発す体積変化%＋0.8−0.2＋1.4＋2.6る為のハードルは高い。

3%硝酸浸漬4.

新製品H2670の紹介

20.135.3120℃

72h

90℃

硬度変化

JISA±0.0−1.0−6.0−4.0

強度変化

%

−1.0−35.7−48.6

−36.2

伸び変化

%

−8.0

−31.3

−32.8−27.5

上記の問題点を解決すべく、開発を行い、今回報告

応力変化%―＋15.4−11.2＋1.6するH2670材の開発に成功した。H2670材は、いろいろ体積変化%＋0.6＋3.8＋7.7＋9.4な面でハードルを越えた材料であると言える。正直な

3%NaOH浸漬

ところ、H2670を開発するに当たり、発生した問題、

72h

その打開策を全て記載したいところであるが、それを硬度変化

JISA±0.0−1.0−4.0−2.0

コメントすることは、材料の中身を開示することと同強度変化%−6.0＋1.1−17.0＋6.9

義である。少なくとも上記したような問題点、ハード

伸び変化

%

−10.0＋12.5＋21.9＋10.0

ルはクリアしてきた材料であるということで御理解い

応力変化

%

―＋1.0

−26.5−5.4

ただきたい。

体積変化%＋0.2±0.0＋1.9＋0.4

90℃

以下にH2670が持つ特性に関して説明する。（表２に諸物性データ）

14Summer 2007に混ぜることも可能であるが、ゴム製品全面を遮蔽す

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図2 H2670表面 塩素濃度 250ppm 80度×168h

図3 汎用EPDM表面 塩素濃度 250ppm 80度×168h

まず、墨汁発生時間の評価を行った。250ppmの次亜素消費量が少ないことである。上述したように、耐塩塩素酸ナトリウム水溶液80度条件で、試料表面から墨素性を改善する為には、塩素を意図的に吸着すること汁現象が生じる時間を確認するものである。当然、次により、ゴムへの劣化を減らすという手法がある。一亜塩素酸ナトリウム水溶液は消毒剤として用いられる見ゴムの寿命を延ばしているため、手法としては正解為、反応性が高い水溶液である。試験液が試料以外とに見えるが、水道水中の塩素を積極的に消費するとい接触すれば、反応し消費され、濃度低下を起こす事がうことは、塩素濃度の低下につながる。消毒のために、懸念される為、反応しにくい試験冶具を用いる必要が多量の塩素を使用しているにもかかわらず、消毒の為ある。よって、試験液が反応しにくいガラス器具を用の塩素をシール材が消費してしまっては、まったく意い評価することとした。また、試験液は24時間毎（土味が無い。H2670材はこのような問題に対しても、充日祝日は除く）に交換し、試験液の濃度低下を防いで分考慮して開発された材料であり、水道水に対し、問いた。評価結果としては、H2670材には1000時間の段題なく使用いただけると考えている。
（水道用器具浸出階でも、水溶液を汚す、または、試料表面を拭いた布性能評価JIS S3200-7、食品衛生法厚生省告示85号取得が汚れるような現象は見られない。自社所有の耐次亜済）

塩素酸用白色材料H1770ですら、900時間で白汁が確認されており、耐墨汁性については非常に優れた特性を耐熱性についても、耐熱の指標である圧縮永久歪試。なお、

験（JISK6258準拠）で評価している。圧縮永久歪とは、コメントしていなかったが、H2670材は黒色材料であ熱を加えたときに、どの程度変形（復元しない）するる。黒色配合で耐熱耐薬品性に優れたH0880材についのかということが、この評価の趣旨である。つまり、ても同様の評価を行ったが、168時間の段階で墨汁現象

高い温度環境であれば、変形は大きくなり、低い温度が確認された。汎用レベルのEPDMであれば、72時間環境であれば、変形は小さくなる。また、材質のよっの段階でも墨汁が発生するため、決してH0880の耐墨ても変形度は異なる。耐熱性の優れたものは熱変形が汁性が非常にレベルの低いものでは無いということを小さく、悪いものは大きくなるということである。当

コメントしておく。参考までに、H2670と汎用EPDM

然評価時間が延びれば延びるほど、変形は大きくなる。の次亜塩素酸ナトリウム水溶液浸漬後の写真を図２、３

単純に考えれば、圧縮永久歪の値が小さい方が優れてに掲載しておく。168時間の段階で、表面状態に大きないるという理解で良いと思う。参考までに、空気中及差があることが理解いただけると思う。汎用EPDM表び熱水中の圧縮永久歪グラフを図４、５に示す。先ほど面には、細かい亀甲模様の劣化痕が生じ、光沢が無く述べたが、基本的に黒色材料の耐熱性が白色材料よりなっている。対してH2670の表面には亀裂は無く、光も優れていることが一般的である。黒色材料のH0880

沢が確認されており、H2670の耐次亜塩素酸性についは自社他社また、黒色白色を含めて、ほとんど最高レては、御理解いただけたと思う。なお、塩素性についベルにあることが確認されている。しかしながら、て、H2670にはもう一つ特徴がある。材料としての塩H2670材は、空気中、熱水中共に、H0880と非常に近似持っていることがわかっていただけると思う

155、6）

技 術 論 文

図4 空気中150℃圧縮永久歪グラフ

図5 熱水中1００℃圧縮永久歪グラフ

しており、高いレベルの耐熱性を保有しているという参考文献

ことになる。耐墨汁性に優れた白色材料のH1770と比1）下村泰弘：水関連機器用エラストマー製シール材と較すると、H2670の耐熱性がいかに優れているかが理解できると思う。

No.12

42/46
2）下村泰弘：OリングのQ＆A，潤滑経済，2005年6月

まとめ号 No.12）22/27
3）武義人・古川睦久：水道水によるEPDMの破壊，工業材料，Vol.45

NO.7 1997）94/97

現在のシール材の状況、それに対応し得る新製品紹4）武義人・古川睦久：EPDM製パッキンの残留塩素に介をさせていただいたが、H2670材は、水道用途だけよる黒粉現象とその劣化メカニズム解析，工業材料，でなく、さまざまな環境に耐え得る材料と考えている。

Vol.50 No.9（2002）92/96

ただ、これに留まらず、今後もより優れた材料開発を行い、ご紹介させて頂ければ幸いである。

5）平野耕生・鈴木憲・下村泰弘：水・食品関連機器用エラストマーについて，バルカー技術誌，No.8
SPRING 2004 4/166）平野耕生：水道機器，食品機械用シールゴム材料【H1770】，バルカー技術誌，NO.3 SPRING 2002
6/916Summer 2007

5.

新規開発エラストマー，工業材料，Vol.52

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