生分解性作動油に使用するゴムシール材の選定指針

生分解性作動油に使用するゴムシール材の選定指針
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ鈴木憲

バルカー技術誌

Winter 2013

Currently, mineral oil is used as the main lubricating oil for a variety of equipment. In consideration of the global
environment, however, the possibility has been pointed out that biodegradable hydraulic oil, which is ecofriendly and fire resistant, will replace mineral oil as hydraulic oil. When considering the use of biodegradable
hydraulic oil, it needs to be verified whether conventionally used NBR sealant can be used without issue
for us as a seal maker. For biodegradable lubricating oil of fatty esters, QUINTOLUBRIC 822-300J andQUINTOLUBRIC 888-46 were selected, and their NBR compatibility was investigated. The results show thatit depends on the amount of acrylonitrile of NBR; they can be compatible when the NBR has more than amedium amount of acrylonitrile.
Keywords:
mineral oil, lubricating oil, biodegradable hydraulic oil, eco-friendly , fire resistant, NBR, acrylonitrile

1. はじめに物油は水中に漏洩した場合、溶け合わず分離するために回

昨今、ヨーロッパを中心として油圧作動油による土壌、海全に融合してしまい、分離回収は不可能である２）３）。

No.24

収が比較的容易であるが、水グリコール系作動油は、水に完洋、河川、大気の汚染が問題視されることが多くなっている。

このような背景のもと、ヨーロッパを基点として、地球環境へ工場排水などに混入する作動油はもちろんのこと、各種製造の悪影響が少ない代替作動油の検証が行われ、候補材料

設備、建設機械、水門ゲート、産業車両、海上作業船などの一つとして、生分解性作動油が挙げられ、その使用に関すに使用されている作動油による汚染もしかりである。

る検討が始まった。生分解性作動油とは、環境中の微生物に作動油は、使用中、使用後の適正な管理、廃棄を行えばより、低分子量成分、二酸化炭素及び水に容易に分解する問題ではないが、漏洩時には自然環境への汚染が懸念され油を言い、財団法人日本環境協会による生分解性作動油製る。一般的に油圧装置に使用される作動油は鉱物油であり、品の生分解度の規定 1）は、所定の易生分解性試験方法

これが土壌などへ漏洩した場合、ほとんど分解は期待できず、（OECD301B、C、F、ASTMD5864、D6731）
において、生また、作動油の性能維持のために用いられる添加剤の一部分解度が28日以内で60％以上となるものである。生分解性作に有害物質 を含んだものがあり、長期にわたって環境中に動油は、今後、日本でも従来の鉱物油からの切り替えが進む残留し、生態系に悪影響を与えると考えられる。また、難燃と考えられるが、現段階では、流通量は伸びていない。原因性作動油として使用されてきた水グリコール系作動油に関してとして、国の規制指針が明確になっていないこと、また、コスも、漏洩時の問題が存在する。水グリコール系作動油は、CODト高であることだと考えられるが、今後、環境配慮の観点で、（化学的酸素要求量：主に有機物が多いと高くなる）が高く、鉱物系作動油の使用が制限され、生分解性作動油に切り替漏洩時の水質の汚染レベルが高い上に、生分解が期待できわることが予想される。つまり、生分解性作動油が、油圧関ないため、長期にわたって残留する可能性が高い。また、鉱連機器作動油として多用されることも想定しておく必要があ１）

5

技術論文

り、本報では、鉱物系作動油のシール材として、最もよく使用されているNBRに注目し、生分解性作動油におけるNBRの選定指針について述べる。

定する。
一般に、体積膨潤のみの影響であれば、72 時間という短時間で、ほぼデータは安定し、時間が経過しても、通常の熱劣化の影響しか確認されない。しかしながら、試験油によ2. 材料選定評価２- １）選定基準
JISK6258に準拠した浸漬試験を行い、硬度変化、機械り、膨潤だけではなく、何らかの劣化、特にポリマー分解などの影響を受けた場合、時間の経過とともに、諸物性変化も大きく変動を続けるため、168 時間、504 時間のデータを用い、試験油による劣化傾向を判断することとする。

的特性変化（引張強度、引張伸び）、体積変化及び外観観察による結果を基に、材料としての耐性を判断する。なお、

２- ４）評価用試験油
試験用作動油に関しては、生分解性作動油2 種類、鉱物考え、動的用途に使用可能かということを念頭において判断系作動油（耐摩耗性グレード）1 種類の計 3 種類で行う。生することとする。

分解性作動油に関しては、日本クエーカー・ケミカル社製の材料の適合性の目安として、以下のように設定する。

標準脂肪酸エステル系作動油である、クィントルブリック88846 及び 822-300Jの2 種類を用いる。また、鉱物油は生分解①動 的な使用を考慮した体積変化（10％以上の体積変４）化）性作動油との比較用であり、一般によく用いられる耐摩耗性の鉱物系作動油を用いる。

5）②明らかな機械的特性の低下（伸び 50％以上の低下）①、②項は長期間摺動材料として使用するための目安で試験は各条件ともに、開放系メタルバス試験機にて実施あり、使用環境によっては、これにあてはまらないこともある。

する。冷却管により、試験用作動油の熱による揮発を防ぐこ

例えば、固定用途であれば、①項は、許容される変化量がととする。なお、試験用作動油は504 時間連続で使用し、新摺動部位に比べ、大きくなる。

油への交換は行わないものとする。

２- ２）評価試料
評価の対象材質としては、一般的に油圧機器などに使用される材質であるNBRを選定する。また、NBRにおいては、

3. 試験結果及び考察

No.24３- １）結果概要（Table1 及び Figure1～10 参照）

耐油性に大きく関与するパラメーターであるアクリロニトリル量

硬度変化、体積変化の結果より、NBR中のアクリロニトリの変化による傾向を確認すべきと考え、低ニトリル（25wt％未ル量の変動が、大きく特性に影響することが判明し、中ニトリ

満 : 当社品番 B2570）
タイプ、中ニトリル（25wt％以上 31wt％

ルタイプ以上のNBRであれば、生分解性作動油に対し使用

未満：当社品番 B2770）
タイプ、中高ニトリル（31wt％以上することは可能と考えられる。もちろん、鉱物油と生分解性作

36wt％未 満：当 社 品 番 B2170）タイプ、 及び 高ニトリル

動油の傾向が必ずしも一致していないため、使用に関し、注（36wt％以上 43wt％未満：当社品番 B2270）
タイプの4 種類意する点があり、以下の考察とともに述べる。

を選定する。これ以外にも極高ニトリル（43wt％以上）
タイプ

なお、全ての測定データをTable1にまとめる。

が存在するが、あくまで特殊タイプであり、評価対象から外すこととする。選定された材料は、全て当社の標準材料であり、基本的に材料としての構成に関し、アクリロニトリル量以外の構成材料は、近似のものを揃える。

３- ２）硬度変化（Table1 及び Figure5～7 参照）
硬度に関する比較グラフ（Figure5～7）を掲載する。硬度変化の挙動は、100℃以下は穏やかであり、特徴が確認できないため、120℃条件のみでの比較とする。

２- ３）評価条件
試験環境としては、通常の使用で想定される80℃、100℃、Winter 2013

２- ５）評価試料

バルカー技術誌

生分解性作動油の使用は、あくまで摺動部位が主であると生分解性作動油では、低ニトリルタイプＮＢＲにおける軟化傾向（Figure5、6 参照）が顕著である。ニトリル量が上昇す120℃の3 条件を設定する。時間としては、長期的な傾向をるに伴い、軟化傾向は少なくなっている。これは低ニトリルタ確認するため、72 時間、168 時間、504 時間の3 条件を設

イプＮＢＲと生分解性作動油の極性が近似することにより混ざ6生分解性作動油に使用するゴムシール材の選定指針り易くなり、逆にニトリル量が上昇するに伴い、お互いの極性が離れるために、混ざりにくくなることが原因と考えられる。経時変化に関しては、72 時間の段階で、ほぼ硬度変化も収束し、それ以降も変化は同様であるため、膨潤以外の要因における劣化は、熱劣化による硬化も含めて確認されない。
鉱物系作動油では、低ニトリルタイプＮＢＲにおいても軟化傾向（Figure7 参照）が少ないことが確認される。経時変化に関しては、120℃環境において、時間経過による硬化が確認される。生分解性作動油と鉱物系作動油の硬化傾向のFigure1888-46 B2170 表面×20 倍

Figure2822-300J B2170 表面×20 倍

違いは、ＮＢＲと作動油の極性の違いによる混ざり易さが、影響している可能性が考えられる。

バルカー技術誌

３- ３）引張強度変化（Table1 参照）
引張強度に関しては、生分解性作動油、鉱物系作動油どちらにおいても、ニトリル量や温度による差異はなく、大きな変化は確認されない。
３- ４）引張伸び変化（Table1 参照）

Winter 2013

生分解性作動油では、ニトリル量や温度の違いによる引張伸び変化に差が無く、全体的に低下は小さく（ほぼ±20％以下）、時間による経時変化も少ない。
鉱物系作動油では、ニトリル量による差異は無いものの、温度上昇に伴い、伸び低下（±50％以上）が顕著であり、熱劣化の影響が、顕著に伸び低下として現れていると考えられNo.24

る。120℃においては長期の使用は困難と言わざるを得ない。

Figure3

比較鉱物系作動油

B2170 表面×20 倍

３- ５）体積変化（Table1 及び Figure8～10 参照）
体積変化に関する比較グラフ（Figure8～10）を掲載する。100℃以下では、いずれも体積変化が穏やかであり、特徴が確認できないため、120℃のみでの比較とする。
生分解性作動油では、硬度同様に低ニトリルタイプＮＢＲにおいて膨潤が顕著であり、ニトリル量が上昇するに伴い、膨潤傾向は小さくなる。
これは、生分解性作動油とＮＢＲとの極性が、低ニトリルタ

Figure4

評価前 B2170 表面×20 倍

イプＮＢＲでは近似し、膨潤が大きくなるが、ニトリル量が上昇しない反面、ゴム中からの油分の抽出のみが生じることとなすることで、生分解性作動油との極性が離れ、互いに混ざりり、体積が減少する場合があることを、設計段階では考慮すにくくなり、膨潤傾向が小さくなると考えられる。

る必要がある。これは、多くのＮＢＲはゴム中に可塑性を高め鉱物系作動油では、低ニトリルタイプＮＢＲにおいても膨潤るための油分を配合しているためである。

が少なく、中ニトリル以上ではほとんど膨潤しない。ＮＢＲと鉱物系作動油の極性が大きく異なり、混ざり合わないため、ほとんど膨潤しないと考えられる。
なお、生分解性作動油に対する高ニトリルタイプＮＢＲや、鉱物系作動油に対する中ニトリルタイプ以上のＮＢＲは、膨潤
7３- ６）外観観察（Figure1～4 参照）
外観写真に関しては、当社油圧推奨品番であるB2170の120℃条件 504 時間後、20 倍観察写真を掲載する。
外観変化に関しては、生分解性作動油、鉱物系作動油と

技術論文

生分解性作動油浸漬後硬度変化 1

Figure8

生分解性作動油浸漬後体積変化 1

バルカー技術誌

Figure5Winter 2013
No.24
Figure6

Figure7

生分解性作動油浸漬後硬度変化 2

鉱物系作動油浸漬後硬度変化

Figure9

生分解性作動油浸漬後体積変化 2

Figure10

鉱物系作動油浸漬後体積変化8生分解性作動油に使用するゴムシール材の選定指針

Table1
B2570

材料名
アクリロニトリル量（ShoreA)
硬度（MPa)
常態物性
引張強度(% )引張伸び試験油
クィントル
ブリック
888-46
クィントル
ブリック
822-300J

硬度変化鉱物系
作動油

バルカー技術誌

クィントル
ブリック
888-46
クィントル
ブリック
822-300J

引張強度変化率
(% )

鉱物系
作動油

Winter 2013

クィントル
ブリック
888-46
クィントル
ブリック
822-300J

引張伸び変化率
(% )

鉱物系
作動油
クィントル
ブリック
888-46

No.24

クィントル
ブリック
822-300J

体積変化率
(% )

鉱物系
作動油

時間
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr
72hr
168hr
504hr

低80−7−10−10−10−10−11−4−5−3−5−7−8−7−11−1230
20−9−13−9−15−21−2−6−13121816192222566

各種作動油浸漬データ
B2770
中B2170

B2270

中高

高7371

72

71

15.6

15.2

16.8

16.1

235

300

360

360

100−9−10−12−12−11−13−5−5−5−5−9−9−8−8−17
2−1
15−11−15−23−19−13−23−11−13−1319
19202424
24888120−10−10−13−10−11−15−5−5−50
4−6−1−2−4
815−5−11−11−19−13−11−6−9−9−322121242625289910もに、ニトリル量や温度による差異はなく、大きな変化は確認されない。

80−2−1−4−5−5−7−1222−214−1−4629−3−8−1700−15−3−8−170125812−2−2−1

100−2−2−3−6−7−90
24−14
117−671113
17−12−10−1310−722−2−1723491113−1−1−1

評価温度
（℃）
120
80
−5−2−4−3−5−1−8−4−8−3−8−50−121618162953−321114121207412−13−5−6−15−11−3−8−50−2−8−12−7−20−1−50−2131424313313512
7−10−11−12

100−3−2−4−5−6−7−10124
70−2−168
9−10−17−21−7−8−13−14−18−35
234678123120−3−3−5−5−7−7003
4
105−2331212−12−14−10−15−10−7−11−17−31−60
3448882328024
300−3
14423
791016215−8−1−67463−8−8−1−1−2013−1−1−1100230−1−1−33455813111318581111−1081010−7−13−19−1−10234−1−1−1120−1−1−1−2−2−423510919141923101471−17−841414−14−22−47−10034
5−1−10超えるものを とする。
Table2の結果より、生分解性作動油に対し、中ニトリルタ
イプ以上のＮＢＲであれば、鉱物系作動油同様の適合が可

4. 材料選定

Table2

生分解性作動油に対するＮＢＲ推奨範囲
使用温度帯
アクリロニトリル量80℃
100℃
120℃

試験結果より、生分解性作動油に対するＮＢＲの推奨範
囲をTable2にまとめる。判断は2-1）選定基準にて記載した

硬度変化

通り、引張伸び変化と体積変化で行うが、硬度変化、引張○、△、 の基準として、硬度変化±10 以内、引張強度引張強度変化
引張伸び変化

変化±30％以内、引張伸び変化±50％以内、体積変化 10％

体積変化

強度変化に関しても、参考までに記載する。

以内を○とし、基準をわずかに超えるレベルを△、明らかに
9

低中ニトリル以上
低中ニトリル以上
低中ニトリル以上
低中中高ニトリル以上

○～△
○
○
○
○
○
×○～△
○

△
○
○
○
○
○
×○～△
○

△～×
○
○
○
○
○
×○～△
○

技術論文

能であると考えられる。ただし、中ニトリルタイプＮＢＲは、体積変化が○～△であり、体積変化を考慮した上での材料選定が好ましい。

5. おわりに
上記のように、生分解性作動油による材料評価に関しては、中ニトリルタイプ以上のNBRであれば使用可能との結果を得た。しかしながら、メーカーにより生分解性作動油の組成が異なることが予想され、シール材への生分解性作動油の影響を確認するため、メーカー毎にデータを蓄積していく必要があると考えている。

バルカー技術誌

謝辞：今回の評価に際し、日本クエーカー・ケミカル株式
会社殿より生分解性作動油を御提供頂き、当社のNBR材の選定評価結果検証に御協力頂いたことに、心から謝意を表するものである。

Winter 2013

6. 参考文献
１）財団法人日本環境協会 エコマーク事務局、生分解性潤滑油 Version2.6 認定基準書、1-4（2012）２）W/Oエマルション型作動油の特徴、潤滑通信社ホームページより引用３）塙、牧野、新しい生分解性作動油剤の開発事例、潤滑No.24

経済、6、34-43（2002）４）各種エラストマー耐性一覧表、Valqua Hand Book

技術編、504（2010 改訂）
５）非金属データハンドブック、351（1985）

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