JP6085181B2 - 多孔質水膨潤性弾性材料 - Google Patents
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また、水膨潤性粘土を用いた水膨潤性組成物として、(2)未加硫ブチルに水膨潤性粘土を混合し成型した水膨潤性組成物、(3)水膨潤性粘土とゲル化基油もしくはアスファルト等を用いた粘着性組成物と混練・成形した水膨潤性組成物(例えば、特許文献1)が広く知られている。
前記(2)の水膨潤性組成物は、抗張力の弱い未加硫ブチルを水膨潤性粘土と混合することで、水膨潤性組成物自体の膨潤圧が低くなり、止水材として用いた場合でも、コンクリート躯体にクラックが発生することはない。しかし、この水膨潤性組成物は抗張力が弱いため、外力等で容易に変形する問題がある。この変形で、止水材と止水対象物との間に隙間を生じ、このことが漏水の要因となりかねない。
前記(3)の水膨潤性組成物を止水材として用いた場合も、主材となるゲル化基油およびアスファルト等は抗張力が非常に弱いため、止水材の形状が外力等で容易に変形する問題がある。
なお、止水材における「抗張力」とは外力に抵抗する力であり、「膨潤圧」とは膨潤した際に周りを押す力である。
<1>内部に空孔を有し、空孔率が1%以上、かつ、C型硬度が71以上80未満である、弾性ゴム及び水膨潤性粘土を含有する多孔質水膨潤性弾性材料。
<2>面積円相当径3μm〜2cmの空孔数が全空孔数の60%以上内部に有する前記<1>に記載の多孔質水膨潤性弾性材料。
<3>前記弾性ゴム20〜80質量部及び前記水膨潤性粘土20〜80質量部を含有する前記<1>または<2>に記載の多孔質水膨潤性弾性材料。
<4>前記水膨潤性粘土がベントナイト、スメクタイト、膨潤性雲母から選ばれる少なくとも1つ以上である前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載の多孔質水膨潤性弾性材料。
<5>膨潤率が150%以上である前記<1>〜<4>のいずれか1項に記載の多孔質水膨張性弾性材料。
本願明細書において、「空孔」とは、多孔質水膨潤性弾性材料の内部に存在する空隙部分であり、独立孔及び連続孔の両方を含む。「連続孔」とは、任意の表面から細孔が通路状に他の表面まで連続しており、細孔が屈曲しながらある面から反対面に通じているものをいう。「独立孔」とは、外部と接しておらず、内包されているものをいう。
また、「空孔率」とは、多孔質水膨張性弾性材料を切断した任意の切断面の総面積に対する空孔箇所の総面積の割合をいう。多孔質水膨潤性弾性材料における「C型硬度」とは、JIS K 6301硬さ試験に記載されたC型硬さ試験機をいう。
本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、弾性ゴムと水膨潤性粘土とを含有する。また、本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、内部に空孔を有し、空孔率が1%以上、かつ、C型硬
度が71以上80より低い値である。なお、多孔質水膨潤性弾性材料は、特定の形状に限定されず、例えば、板材、棒材、など任意の形状とすることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、弾性ゴムと水膨潤性粘土について説明する。
本発明に用いられる多孔質水膨潤性弾性材料を構成する弾性ゴムとしては、例えば、岩波理化学辞典 第5版(1998年、岩波書店発行)に記載のゴム状弾性を示す物質であれば特に制限されるものではない。
弾性ゴムの具体例としては、天然ゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、アクリルゴム、イソブチレンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、スルホン化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、スルホン化ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル又はその共重合体、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水添物、スチレン・イソプレン共重合体又はその水添物、スチレン・ブタジエンブロック共重合体又はその水添物、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水添物などの一般的なものが挙げられる。
本発明において、前記弾性ゴムを1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
弾性ゴムの含有量が少なすぎると、多孔質水膨潤性弾性材料の抗張力が低くなり、多孔質水膨潤性弾性材料の形状安定性が不十分となる場合がある。一方、多すぎると、多孔質水膨潤性弾性材料の膨潤率が不十分となってしまう場合がある。
本発明の多孔質水膨潤性弾性材料に使用される水膨潤性粘土は、天然もしくは合成の水膨潤性粘土から選ばれた少なくとも1種類の粘土が用いられる。このような粘土としては、未変性のものでも変性したものでもよく、ベントナイト、ヘクトライト等スメクタイト系粘土、および膨潤性雲母から選ばれた少なくとも1種が好ましい。
このうち、ベントナイトは天然に産出する無機系の粘土であるため安全性に優れ、かつ土中の微生物に分解されることがなく長期的に安定で、高い止水効果を保持でき、また低価格であるため、特に好ましい粘土である。
本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、前記水膨潤性粘土を20〜80質量部含有することが好ましく、30〜70質量部含有することがより好ましく、40〜65質量部含有することがさらに好ましい。
水膨潤性粘土の含有量が少なすぎると、水膨潤性ゴムが充分な膨潤率を得られない場合がある。一方、多すぎると弾性ゴムの抗張力が不十分となり、形状安定性が低下する場合がある。
本発明の多孔質水膨潤性弾性材料の内部には、空孔が複数散在して配されている。これにより、多孔質水膨潤性弾性材料内部に水が浸入することが容易となる。また、空孔の隙間を利用して、膨潤圧の低い水膨潤性粘土が多孔質水膨潤性弾性材料の内部で十分に膨潤することができる。さらに、前記空孔を微細な空隙とすることで、多孔質水膨潤性弾性材料の抗張力が保持される。このようにして、本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、高い抗張力と水膨潤性機能を維持し、優れた形状安定性を奏する。
前記空孔率は、次の方法により測定することができる。まず、多孔質水膨潤性弾性材料をカッターナイフを用い切断する。次いで、その断面をマイクロスコープ(キーエンス社製、DHX−2000にて観察する。具体的には、マイクロスコープの倍率を150倍に固定し、図2の模式図に示されるように、前記断面の全視野面積A(3,752,762μm2)に占める視野中の空孔箇所の総面積Bを測定し、視野中の空孔箇所の総面積B/全視野面積A×100より算出する。また、全視野面積Aおよび視野中の空孔箇所の面積測定は前記マイクロスコープDHX−2000に内蔵の計測ソフトを用いて行う。この測定を3回行い、計測された数値の平均を空孔率とする。
前述のとおり空孔は、多孔質水膨潤性弾性材料の膨潤性に寄与する。また、この空孔の含有割合である空孔率と、多孔質水膨潤性弾性材料の形状安定性を示すC型硬度との組み合わせが多孔質水膨潤性弾性材料の膨潤率に影響する。この関係をグラフで示すと図1のようになる。図1において、「○」は膨潤率が150%以上となる多孔質水膨潤性弾性材料を表し、「×」は膨潤率が150%に達しない多孔質水膨潤性弾性材料を表す。
図1に示すとおり、C型硬度が80以上となると、膨潤性能を示す膨潤率の低下をもたらす。一方、C型硬度が低くなっても膨潤には影響しないが、71より低くなると抗張力の低下をもたらし、荷重が長時間かかった場合に容易に変形・破断してしまう恐れがある。よって、本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、前記膨潤率を好適な範囲とし良好な抗張力を保持する観点から、C型硬度は71以上80未満である。より好ましくは、72以上79以下であり、さらに好ましくは73以上78以下である。
前記C型硬度は、例えばC型硬度計(株式会社古里精機製作所製)を用いて測定することができる。この測定を多孔質水膨潤性弾性材料の表面の5箇所について測定し、その平均値をC型硬度とする。
本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、膨潤率が150%以上1,000%以下であることが好ましく、200%以上600%以下であることがより好ましい。この膨潤率とは、多孔質水膨潤性弾性材料の膨潤性能を示す数値であり、後述の測定方法で得られる体積の比率である。この膨潤率が小さすぎると十分な止水効果が得られない場合があり、大きすぎると前述のクラックの問題が生じてしまう場合がある。
また、本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、特に、止水材として使用を開始してから1か月後に膨潤率が上記範囲内にあり、1か月経過後も膨潤率が上記範囲内にあり続けることが好ましい。この場合、本発明の多孔質水膨潤性弾性材料は、水分を吸収して止水効果の高いものである一方、材料全体の急激な膨潤が抑えられ、膨潤性能を長期に亘って保持することができる。このような長期の膨潤性能は、前述の空孔率とC型硬度との数値範囲の組み合わせにより得られる。
前記膨潤率は、次の方法により測定することができる。すなわち、多孔質水膨潤性弾性材料の浸せき前の空気中(気温23±2℃、湿度40±10%)での質量(W1)を量り、次に23±2℃の水中の質量(W2)を量る。次に水中に浸せきした後、速やかに取り出し、ろ紙等で軽くふいて水分を除き、多孔質水膨潤性弾性材料の空気中での質量(W3)を量り、次にさらに23±2℃の水中の質量(W4)を量る。膨潤率は「JIS K 6301 浸せき試験」に記載された方法の体積変化率の式に基づき、{(W3−W4)−(W1−W2)}÷(W1−W2)×100により比重差を体積換算することにより算出できる。
なお、多孔質水膨潤性弾性材料内部の空孔率の調整は前述したいずれかの方法を組み合わせることにより行なうことができる。
ベントナイト(クニミネ工業株式会社製;商品名:クニゲルVA)50質量部、ブチルゴム硬度40度50質量部、添加剤(オイル 商品名:コスモピュアセーフティー150 コスモ石油ルブリカンツ製)6.5質量部をニーダーを用いて60℃で40分間混練した。その後、金型を用いて160℃で6分間加硫成型し、直径約80mm、厚み7mmの円板状の板状本体と、中央に直径40mm、高さ10mmの円錐状の突起部と、突起部の中央に直径20mm、深さ10mmの穴を有する多孔質水膨潤性弾性材料を得た(図4及び5参照)。
使用したベントナイトの水分は11.2質量%であった。また、空孔率:24.80%、面積円相当径:1.89〜494.9μmであった。
実施例1において、ベントナイトの水分を5.7質量%、加硫成型時間を5分間とした以外は、実施例1と同様にして、実施例2の多孔質水膨潤性弾性材料を得た。空孔率:10.51%、面積円相当径:18.74〜539.58μmであった。
実施例1において、ベントナイトの水分を5.7質量%、加硫成型時間を6分間とした以外は、実施例1と同様にして、実施例3の多孔質水膨潤性弾性材料を得た。空孔率:10.28%、面積円相当径:19.71〜439.48μmであった。
実施例1において、ベントナイトの水分を2.4質量%、加硫成型条件を140℃で4分間とした以外は、実施例1と同様にして実施例4の多孔質水膨潤性弾性材料を得た。空孔率:1.43%、面積円相当径:17.2〜112.5μmであった。
実施例1において、ベントナイトの水分を11.2質量%、加硫成型条件を、140℃で4分間とした以外は、実施例1と同様にして実施例5の多孔質水膨潤性弾性材料を得た。空孔率:4.30%、面積円相当径:17.3〜212.2μmであった。
実施例1において、ベントナイトの水分を2.4質量%、加硫成型時間を、ぞれぞれ、5分間、5分30秒間、6分間とした以外は、実施例1と同様にして、比較例1〜3の多孔質水膨潤性弾性材料を得た。空孔率:1.19%、0.96%、0.86%、面積円相当径:19.0〜111.0μm、19.0〜453.09μm、16.3〜134.7μmであった。
実施例1において、ベントナイトの水分を11.2質量%、加硫成型条件を、120℃で4分間とした以外は、実施例1と同様にして比較例5の多孔質水膨潤性弾性材料を得た。空孔率:18.75%、面積円相当径:19.1〜523.0μmであった。
また、実施例及び比較例の試料について測定した膨潤率の経時変化を図3に示す。なお、1か月後の膨潤率とは、作製した各多孔質水膨潤性弾性材料を1ヶ月間水中に完全浸せきした状態で23±2℃で保管した後、前記(膨潤率の測定方法)に基づいて測定したものである。また、図3に示す経過日数における膨潤率も同様にして行った。
3 板状本体
4 突起部
5 穴
6 多孔質水膨潤性弾性材料の切断面における全視野面
7 多孔質水膨潤性弾性材料の切断面における空孔以外の部分
8 空孔部分
Claims (5)
- 内部に空孔を有し、空孔率が1%以上、かつ、C型硬度が71以上80未満である、弾性ゴム及び水膨潤性粘土を含有する多孔質水膨潤性弾性材料。
- 面積円相当径3μm〜2cmの空孔数が全空孔数の60%以上内部に有する請求項1に記載の多孔質水膨潤性弾性材料。
- 前記弾性ゴム20〜80質量部及び前記水膨潤性粘土20〜80質量部を含有する請求項1または2に記載の多孔質水膨潤性弾性材料。
- 前記水膨潤性粘土がベントナイト、スメクタイト、膨潤性雲母から選ばれる少なくとも1つ以上である請求項1から3のいずれか1項に記載の多孔質水膨潤性弾性材料。
- 膨潤率が150%以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の多孔質水膨張性弾性材料。
Priority Applications (1)
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