水関連エラストマー選定基準、評価における問題点及び新製品紹介 H3070、H0880

水関連エラストマー選定基準、評価における問題点及び新製品紹介 H3070、H0880
日本バルカー工業株式会社
基幹産業開発部鈴木憲

バルカー技術誌

The equipment for water process made remarkable progress in late years and the environment of sealing
parts for it becomes harsher in the condition of high temperature, high pressure, and sterilization with highconcentration chemicals. Therefore, it is necessary to select the most suitable sealing material for eachcondition because it is difficult that the only one material cover all variety of conditions. For selecting theoptimum sealing material, it needs to be determined an appropriate evaluation method, condition and criteria.
This report presents the issue and guideline of the appropriate evaluation method, condition and criteria, andsuperior EPDM materials H0880 and H3070 with high mechanical strength, heat resistance and chemical

Summer 2008
NO.15

resistance property.

1.

は じ め にも各ユーザーにて様々である。そのため、どの部位に対してもH2670を使用することが必ずしもベストであるとは言い切れない。例えば、前報で問題にした次亜塩素酸

本報では、水関連機器に用いるエラストマーの選定にによる墨汁現象（一番身近な墨汁現象は、水道パッキンおいて考慮が必要な因子および評価における注意点につ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いて述べるとともに、耐次亜塩素酸性以外の機械的特性る。
シールの悪くなった水道パッキンを交換するとき、シーや耐熱性にも優れた、水関連機器用エラストマー材料とル材をよく見てみればわかることだが、必ずといっていいして新たに開発されたEPDM材料を紹介する。

ほど、触ると手が黒く汚れる。これを墨汁現象と呼ぶ。
）

2.

に関しても、上水であれば、墨汁は一般的に嫌われるで水関連機器用エラストマーの選定

2-1） 選定基準についてあろうが、下水であれば、シール性に影響が出ないのであれば恐らく問題にはならない。また、同じような部位で使用しても、①：墨汁等の外観を重要視する場合、②：墨汁ではなくクラック発生等のシール性に直接影響が出

バルカー技術誌Valqua Technology News夏号1）にてそうな要因を重要視する場合、③：硬度、体積等の数

水関連機器用エラストマーの現状とEPDM−H2670材の値の変化を重要視する場合、④：あるいは①〜③までの紹介をさせていただいた。その中でH2670材は非常に優複合的視点で考える場合等、視点は様々である。それ

れた耐墨汁性と耐熱性を併せ持った材料であることを報らは、ユーザーが過去の知見を元に設定した視点であり、告し、現在でもその認識に変わりはない。ただ、前報で我々シールメーカーは注意すべき点である。すべてのケーも述べたように、水用途とは言っても、使用する部位でスを、ひとつの製品で賄えれば、ベストであるが、使用全く使用環境は異なり、必要とされる性能は必ずしも耐環境が十数年前に比べ格段に厳しくなっている現状を考

熱性や耐墨汁性だけとはならない。また合否の判断基準

えれば、一つの万能製品ですべての使用環境に対応する技 術 論 文

ことは難しく、各々の使用環境に最適なシール材料を選は、ほとんど初期の変化率から変化しなかった。反面

んでいくことが、各々の使用環境にあったベストの選定

NBRは、60℃条件の場合は、300時間経過しても、特となる。本稿では、水関連の使用環境に各々適したエラに大きな特性変化（伸び0 〜−10％）は見られなかったストマー材料を紹介する。

ものの、70℃条件の場合、100時間以降は、無制限に機械的伸びが低下していき、変化が収束するようには見え2-2） 材料選定の注意点なくなったのである。これは、耐熱性に余裕のある耐薬前報でも、水関連の材料と言えば一般的にEPDMが品グレードEPDMであれば、60℃と70℃の差であれば、用いられていると記載したが、どちらかと言えば上水以大きな性能差があらわれず、一方、NBRに関しては、わ上の話で、中水、下水も含めると、NBRはEPDMにもまずか10℃の差で、全く劣化挙動が異なり、大きな性能差して使用されている。
（表1参照）ご存じの通り、NBRはとなったと考えられる。すなわち、温度設定をよく吟味

主鎖に2重結合を持っており、熱劣化、酸化劣化に極端しなければ、全く違う結果が得られることがあるというに弱いという弱点を持っている2）。当然次亜塩素酸によことを認識しておく必要がある。

る劣化評価をEPDM、NBRで比較してみると、NBRの3-2） 評価濃度
温度とは別に、注意しなくてはならないのは次亜塩素観察できるほどである。これに対して一般のEPDMは特酸の評価濃度である。次亜塩素酸の評価はよく200ppm

殊な配合でなくとも墨汁発生はNBRよりも遅く、試料端で実施されることがある。この濃度が実際の使用条件部の崩壊も、かなりの長期間でなくては生じない。これを想定した寿命予測に用いることができるかと言えば、らから、次亜塩素酸による外観劣化や特性変化レベル

答えは“No”である。濃度で単純に劣化の加速ができなについてはEPDMの方が優れているのは間違いないとこいためである。一般には、ラボでの高濃度促進試験でろである。ただ、EPDMの中にも、耐薬品性の強いグレーは硬化が生じ、市場環境では緩やかな軟化劣化を起こ

ドもあれば、NBRとそれほど変わらないグレードも存在すと言われており、実際の例として高濃度促進評価ではしている。次亜塩素酸性がNBRと同程度のEPDMでは、100時間前後で墨汁を起こしたとしても、実際の使用環NBR同様に、短時間で、墨汁を起こし、試料端の崩壊境では、数年経過しても墨汁を起こしていない場合がも比較的早い。そのため、NBRからEPDMに変更するあった。現実に、高濃度、低濃度で劣化挙動が異なっことだけでは、耐次亜塩素酸性を改善したことにはならているという報告もされている3）4）5）6）（。EPDMのマイルない場合もあり、EPDMにも様々なグレードが存在する

ド環境下劣化挙動はバルカー技術誌，No.13 図１参照。
）

ので、対象のEPDM材の特性を十分把握することが必促進評価の場合、架橋密度が増加し、硬化するもの（促要である。

進劣化機構 図1参照）であるが、市場のマイルド環境下
表1

水用エラストマー区分

では主鎖の切断による架橋密度の低下により、軟化劣化し、シール材の劣化崩壊に至るというものである。つまり現実の挙動を再現し、長期寿命を評価するのであれば、数〜数十ppmレベルで長期間（数か月〜年単位）にわた

3.

次亜塩素酸耐性の評価における注意点

3-1） 評価温度
次亜塩素酸耐性を評価する上で特に注意しなくてはならない点は評価温度の設定である。温度を60℃と70℃（次亜塩素酸水溶液濃度は250ppm）に変えてNBRと耐薬品グレードEPDMを比較評価したところ、両条件共に、耐薬品グレードEPDMは初期の段階（100時間未満）で機械的特性変化（伸び0 〜−20％）を起こした。その後

図1

塩素による促進劣化メカニズム5）参照Summer 2008

過とともに試料の端の部分から崩壊していくのが目視でバルカー技術誌

方が表面からの墨汁発生時間が早く、形状も時間の経NO.15

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り評価するのが適切と考える7）。短時間で評価するという策には有効であるが、高温蒸気中では機械的特性の低のであれば、100ppm以上で、比較対象品と同時に評価下が大きい場合がある。理由として、一般的に白色化にし、あくまで優位性の有無を確認する比較試験と認識しは、カーボンに代えて充填材としてシリカ、クレー等を用ておくことが必要ではないかと考える。

いるが、高温蒸気中では、シリカの加水分解が進むため、強度、伸び低下が顕著になるためである。殺菌のため、

3-3） 流速

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高温蒸気を使用する場合には、蒸気に対する耐性も考

温度、濃度以外の要因として、次亜塩素酸水溶液の慮が必要である。また、洗浄であれば高温の酸アルカリ流速の有無により、苛酷さが変わることもある。当然流に暴露される可能性もある（CIP洗浄）。高温時、高圧に速の違いにより、苛酷さは異なるが、データ不足のためなる可能性も否定できないため、高強度が必要になる場適切な評価条件の提案が困難である。実使用環境に流合もある。

速（水道配管等）が存在する場合は、促進評価環境にすべてにおいて、完璧な材料は現段階では存在せず、おいても同程度の流速を設定しておけば、実使用環境でそれぞれの使用環境において、適切な材料選定を行うこ生じた劣化と、同様の劣化を再現しやすくなると言われとが、やはり重要なのである。当然コストも材料選定にている7）。参照

重要な要因であり、性能だけが優れていても、予算が合わなければ、それはベストとは言うことができない。

3-4） 評価判定基準
温度、濃度、評価時間が決まれば、次に注意すべきは劣化の判定である。次亜塩素酸による劣化を、機械的特性の変化の数値で判定できれば、説得力もあり最も

5.

新製品紹介 EPDM H3070、H0880

簡便な手段と言える。しかしながら、機械的特性変化とここまで述べてきたように、水関連機器に用いられる外観の劣化状態は必ずしも一致しない場合があり、注

エラストマー材料において、求められる特性は耐墨汁性意が必要である。例えば墨汁対策された耐薬品グレード

能だけでなく、機械的特性や耐熱性能も重要な因子であEPDMの場合、初期の段階（100時間未満）で一定の破り、今回紹介するEPDM断伸び、破断強度の低下を起こし、その後、ほとんど策を主な対象として開発したものではなく、耐熱、高強度、初期の低下から変化しない場合が多い。外観に関しては、耐薬品性を念頭において開発されている（図2参照）。

H3070、H0880は、墨汁対初期の段階では表面崩壊も少なく、墨汁現象も起こさな耐墨汁という意味で言えば、先に紹介したH2670に比いが、時間の経過とともに、墨汁現象が徐々に発生、進べ、劣るところであるが、高グレードEPDMに比べれば、行する。一方、NBRや墨汁対策されていないEPDMの明らかに墨汁発生が遅くなっている。あくまで墨汁対策

場合、初期の段階（100時間未満）で試料表面状態がぼを主にしていないというだけであり、多少なりとも、墨汁ろぼろとなり、多量の墨汁現象を生じていることが多い対策はされている材料である。

が、その外観とは逆に、機械的特性低下が少ない場合がある。そのため、機械的特性変化だけでなく、外観観察（光学機器、電子顕微鏡など）と合わせて耐次亜塩素酸性を判断する方が確実であると考える。

4.

次亜塩素酸以外の水関連機器におけるエラストマー劣化要因

３項では次亜塩素酸耐性の評価に関して記載したが、耐次亜塩素酸性は水関連の劣化パラメーターの一つにすぎない。水だけを考えても次亜塩素酸と異なる劣化挙

図2

エラストマーポートフォリオ

動が確認されている。使用温度によって、水による劣化

以下にH3070及びH0880の各種試験データを掲載す挙動は異なり、劣化速度も大きく異なる。前報で記載しる。
（表2：参考までにH2670、高グレードEPDM及び白たが、墨汁現象を防ぐために、白色化することが単純か色系のH1770データも記載。）

つ有効な手段として存在する。ただし、あくまで墨汁対技 術 論 文

表2

各種EPDM評価データ

ナトリウム中でも同様の特性評価を行ったが、すべての試験液中でほとんど変化していないのはH0880とH3070のみであった。
参考までに、H0880と高グレードEPDMの次 亜塩素酸ナトリウム水溶液浸漬（250ppmの次亜塩素酸ナトリウム水溶液80℃条件。詳細な試験方法はバルカー技術誌，No.13参照）後の写真を図3、4に掲載しておく。H2670
程では無いが、168時間の段階で、高グレードEPDMには表面にクラックが見られるが、H0880には、多少の表面荒れは見られるもののクラックは確認されていない。

図4 高グレードEPDM表面
塩素濃度x250ppm 80度×72hバルカー技術誌

図3 H0880表面 塩素濃度250ppm 80度×168h5-3） 耐熱性（圧縮永久歪）

久歪の値が小さい方が、寿命が長く、耐熱性に優れていると言える。なお、今回は水関連機器用途が対象であるため、乾熱中、熱水中、蒸気中（図5 〜 7参照）で評価している。熱水、蒸気中共に、試験溶媒の喪失を防ぐために、
5-1） 機械的特性

密閉された圧力容器中で評価を行った。また、前報では、

まず、機械的特性であるが、H3070はShoreA硬度でφ29mm×12.5mmの円柱状のディスク玉で評価を行った

70度、H0880は80度品に分類される。破断強度についが、今回はJISB2401規定のP11Оリング（線径φ2.4mm）ては、 高グレードEPDMの17.1MPaに 比べ、H3070がを比較として用いている。P11Оリングのような小型試料18.5MPaと高く、H0880はさらに高強度の約20MPaを示を評価に用いたのは以下のような理由である。

している。耐墨汁配合のH2670に比べると、いかに機通常、酸化劣化は、まず真っ先に外気中の酸素と接触械的強度が高いかが理解いただけると思う。高圧部位、する表面部分の劣化が起こり、順に内部が劣化していく。

締込 みの大きな部位（破 損しやすい）には、H3070、一般には、比表面積（表面積／体積）の大きい試料の方H0880は適当と考えられる。

が、外気中の酸素と接触面積が増し、鋭敏に反応しやすくなると考えられている。つまり、比表面積の大きい小型試

5-2） 各種耐性評価（熱水、蒸気中長期機械的特性変化）料を用いた方が、劣化挙動が正確に、また顕著に測定95℃熱水中、140℃蒸気中の長期機械的特性変化のできると考え、P11Оリングを評価試料として採用した。

評価を行った。熱水中では、すべての材料共に1008時

評価結果としては、H3070、H0880がすべての条件（乾間の長期評価であっても特に大きな変化は見られない。

熱中、熱水中、蒸気中）で高グレードEPDMの寿命（表しかしながら、蒸気中では4項で述べたように、シリカ系

2、図5 〜 7参照

配合が大きな特性低下を起こしている。シリカ系配合は命と言う。ただし、一律に80%変形を起こしたシール材

明らかに硬度低下を起こしており、シリカの加水分解がが寿命により漏えいを起こすわけではないため注意が必影響していると考えられる。
（また、高圧の場合、発泡す要）を大幅に上回っている。乾熱環境でも明らかな優る現象も確認済）参考までに、3％硝酸及び3％水酸化位性が確認されるが、熱水、蒸気中ではさらに優位性

80％変形到達時間を一般にシール寿10

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耐熱性については、前報同様に耐熱の指標である圧縮永久歪試験（JISK6262準拠）で評価している。圧縮永NO.15

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できている。
上 記のように、H3070、H0880は高 強 度、 耐 薬 品、耐熱に優れている材料であり、大口径水道配管シールや、高強度の必要なバルブシール材等として推奨したい。なお、H3070、H0880には、大きな特性差はなく、ShoreA硬度70度、80度の硬度違い品として使い分けていただきたい。

6.
バルカー技術誌

図5

空気中150℃圧縮永久歪グラフ

ま と め

前報を記載してから1年目に本報を掲載することとなりましたが、わずか1年で、明らかに流動している市場の動きを実感しております。常に市場を眺め続け、且、継続的に更なる改良を行わないと取り残されてしまうことは、簡単に予測できます。皆様の期待に応えるべく、鋭意努力を行う所存であり、御意見、御希望等いただければ、今後の開発の参考にさせていただきますので、御協力の程よろしくお願いいたします。

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7.

参 考 文 献1）鈴木憲：水関連機器用エラストマーの現状と新製品H2670，バルカー技術誌，No.13 夏 2007 11/16
図6NO.15

熱水中150℃圧縮永久歪グラフ2）光橋義陽・畠山潤・大武義人・古川睦久：水道水残留塩素に侵されるNBRの劣化メカニズム，日本ゴム協会誌，Vol.77 9月号 2004） 301/305
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
4）武義人・古川睦久：EPDM製パッキンの残留塩素による黒粉現象とその劣化メカニズム解析，工業材料，Vol.50 No.9（2002） 92/96
5）吉川治彦・中村勉・百武健一郎・小林智子・植田新二・宮川龍次・大武義人：水道水残留塩素に侵されるEPDMの劣化メカニズム，日本ゴム協会誌，Vol.75 7月号 2002） 313/317
6）吉川治彦・中村勉・百武健一郎・小林智子・植田新二・宮川龍次・大武義人：水道水残留塩素に侵される

図7

蒸気中140℃圧縮永久歪グラフが顕著になり、高グレードEPDMと比べて10倍以上の高EPDMの劣化メカニズム（そのⅡ），日本ゴム協会誌，Vol.76 1月号 2003） 9/127）（社）日本バルブ工業会

水道用ゴム研究開発委員

寿命が確認されている。つまり、評価環境に関係なく、

会：水道用ゴムの耐残留塩素試験方法検討，バルH3070、H0880は優れた耐熱性を有していることが確認

ブ技報，No.59 2007） 127/141

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