JP3804908B2

JP3804908B2 - シール材用ゴム組成物

Info

Publication number: JP3804908B2
Application number: JP2000089259A
Authority: JP
Inventors: 光行中野; 克豊糸井; 和樹森本
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001072959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配管・装置などの広範囲な分野で、流体の漏れを防止するために使用されるシール材の成形原料に使用されるゴム組成物に係り、特に食品業界や化学業界で、流体間の熱交換を行うために使用するプレート式熱交換器用ガスケットの成形原料として有用なゴム組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプレート式熱交換器とは、図１に示すような伝熱面２の四隅に流体の通路３となる孔を有する長方形状をした複数枚の伝熱プレート１を、ガスケット５を介して積層した構造となっており、ガスケット５の形状を変えることによって２種類の流体を交互に伝熱プレート１上の伝熱面２を通し、伝熱プレート１を介して熱交換する機器で、食品業界や化学業界で幅広く使用されている。
このプレート式熱交換器に使用するガスケット５は、伝熱プレート１の外周の溝４に装着され、２種類の流体間および流体と外部との間をシールするために重要な役割を果たしており、断面が多角形の細長いゴムの成型品が用いられることが多い。
【０００３】
また、このプレート式熱交換器の周辺の配管ラインには、図２に示すようなフェルール継手８が使用されており、取り付け、取り外しが容易なことから食品業界などで多用されている。そして、このフェルール継手８等の継手部７にもゴムガスケット６が用いられている。
【０００４】
これらガスケット５，６は、ゴムとカーボンブラックとを主成分とするゴムコンパウンドを架橋したものが一般的であり、用いられるゴムの種類としては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭおよびＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、ふっ素ゴム（ＦＫＭ）等が流体の種類および温度などに応じて使い分けられているが、最近ではゴムの周囲をふっ素樹脂で被覆したガスケット５も使用されるようになってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスケット５，６は、高温の内部流体に長期間晒されても流体の圧力に耐えられる引張強さや伸びを保持している必要があり、さらにガスケット交換時期まで流体間および流体と外部との間をシールするために圧縮永久ひずみが少ないことが要求されている。
特に食品業界では、プレート式熱交換器は流体間および流体と外部との間のシールを完全に行う必要があり、さらに架橋剤についても硫黄の食品に対する汚染性の問題や圧縮永久ひずみが小さくなることなどを考慮して、過酸化物が使用されることが多い。
【０００６】
ところが、食品業界では高温での短時間殺菌が主流となってきたことから、内部流体の温度が１５０℃程度まで上がることが多くなり、上記したようなゴムコンパウンドを過酸化物により架橋しただけでは所定の引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみの値を維持することが困難となってきている。それに加えて、長時間応力をかけられた状態で高い温度に晒されていると、ゴムの劣化によるカーボンブラックの離脱や、ゴム中の成分の溶出などが見られることもあった。
そこで、従来では、シラン系のカップリング剤を添加することにより、高温での諸特性を改善する試みもなされているが、満足できる結果が得られていない。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、高温で使用した場合でも所定の引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみの値を維持し、さらにゴムの劣化やゴムからの溶出物が少ないシール材の成形原料となるゴム組成物、特に食品業界で使用されるプレート式熱交換器のガスケット用に適したゴム組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るシール材用ゴム組成物は、ゴム、カーボンブラックを含有し過酸化物で架橋されるシール材用ゴム組成物において、ゴム１００重量部に対して、カーボンブラック５０〜１００重量部、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部を含むことを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係るシール材用ゴム組成物は、上記シール材用組成物においてゴムがエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係るシール材用ゴム組成物は、上記シール材用組成物においてカーボンブラックが２次粒子径で２５〜６０ｎｍであることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明において、ゴムの種類は特に制限されるものではなく、シール材の種類に応じて適宜選択される。例えば、プレート式熱交換器のガスケット用とする場合には、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭおよびＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、ふっ素ゴム（ＦＫＭ）等を挙げることができるが、比較的安価で主鎖に二重結合がないため耐熱性の高いエチレン−プロピレンゴムを使用することが望ましい。
【００１０】
カーボンブラックの種類としては、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦタイプ等の通常のゴム補強剤として用いられるカーボンブラックを使用することができるが、引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみ等を良好な値とするためには、ＨＡＦ以上の粒径の細かいものを使用することが望ましい。
特に圧縮永久ひずみ、引張強さのバランスをもったゴム組成物を得るためには、カーボンブラックとして２次粒子径が２５〜６０ｎｍ、さらに好ましくは３０〜５０ｎｍのものを用いるのが良い。尚、この２次粒子径とは外見上は１個の粒子とみられるが、実際にはいくつかの粒子が集まっているものの径と定義される。カーボンブラックの２次粒子径が６０ｎｍより大きいものを配合すると、ゴムとの結合力が低下したり、ゴム中のカーボンブラックの分散性が悪くなるため、引張強さが小さくなり、２次粒子径が２５ｎｍより小さいものを配合すると圧縮永久ひずみが大きくなり、ガスケットとして用いるときに長時間のシール性が不安定になる。
【００１１】
この２次粒子径が２５〜６０ｎｍのカーボンブラックは、ゴム１００重量部に対して６０〜１００重量部、好ましくは６５〜９５重量部含まれることが望ましい。
また、これらのカーボンブラックは２種類以上を組み合わせて使用できることは言うまでもない。
【００１２】
架橋剤としては、従来よりプレート式熱交換器のガスケット用等各種のシール材の成形原料に使わている過酸化物が使用され、また共架橋剤も同様である。これらは、使用するゴムに適したものを使用すれば良く、必要とされる物性に応じて適宜調整することが可能である。
また、必要に応じて従来よりプレート式熱交換器のガスケット用等各種のシール材の成形原料に使われている各種の添加剤を添加してもよい。
【００１３】
チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネートなどを用いることができる。
【００１４】
本発明においては、上記の各成分は、ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックは５０〜１００重量部、チタネート系カップリング剤は０．５〜３．０重量部配合される。特に好ましい組成は、ＥＰＤＭゴム１００重量部、カーボンブラック７０重量部、過酸化物架橋剤４．８重量部、メタクリレート系共架橋剤２重量部、チタネート系カップリング剤２重量部である。
【００１５】
本発明のシール材用ゴム組成物は、チタネート系カップリング剤を含むことによって、高温において引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみの値が維持され、さらにゴムの劣化やゴムからの溶出物が少なくなる。このような作用について、本発明者らは以下のように推測している。
通常カップリング剤は、有機高分子と無機質の繊維や充填材の表面との間に作用して強固なブリッジを形成することから、有機高分子の補強剤として用いられている。しかし、本発明におけるゴム組成物のように、ゴムとカーボンブラックに対する効果は少なく、効果のある場合でもカップリング剤の添加量を増やすほど引張強さは大きくなるものの伸びが小さくなり、プレート式熱交換器のゴムガスケットをはじめとするシール材の特性としては望ましくない。
これに対して、本発明におけるチタネート系カップリング剤は、引張強さをほとんど変えることなく、伸びを増大させる。また、その添加量はゴム１００重量部に対して０．５〜３．０重量部の時に最も効果があることから、通常のカップリング剤としての効果ではなく、ある種の架橋剤としてゴムとカーボンブラックとの間、さらには過酸化物等に作用しているものと思われる。
【００１６】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１７】
（実施例１）
表１に示す実施例１の配合の材料をロールにて混練してゴムコンパウンドとし、これを所定の形状の金型に充填して170℃で20分間架橋成型を行った後、オーブン中で170℃で２時間二次架橋を行ってゴムシート、圧縮永久ひずみ用試験片、実機試験用試料を得た。
【００１８】
（実施例２〜４）
表１に示す実施例２〜４の配合を用いて、実施例１と同様にそれぞれゴムシート、圧縮永久ひずみ用試験片、実機試験用試料を得た。
【００１９】
（比較例１〜４）
表１に示す比較例１〜４の配合を用いて、実施例１と同様にそれぞれゴムシート、圧縮永久ひずみ用試験片、実機試験用試料を得た。
【００２０】
【表１】

【００２１】
そして、実施例１〜４、比較例１〜４の試料をJIS K6251、K6262に準ずる方法でそれぞれ引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみを測定した。また、実機と同形状の伝熱プレートにセットして１５０℃の熱水中に２００時間浸漬し、ゴムの劣化およびゴムからの溶出物を目視にて判定した。試験の結果を表２に示す。尚、ゴムの劣化及び溶出物については、それぞれ多い場合を「×」とし、殆ど観測されない場合を「〇」とし、その中間を「△」とした。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表２より判るように、カップリング剤を全く含まない比較例１並びにシラン系カップリング剤を含む比較例２と比較して、実施例１〜４はいずれも表面劣化やゴムからの溶出物が少なく、引張強さや伸びは大きく、圧縮永久ひずみは小さく、ゴムとしての特性も良好である。また、比較例３〜４に見られるように、チタネート系カップリング剤の量が適正でないとこのような効果が得られないことが判る。
【００２４】
（実施例５）
表３に示す実施例５の配合の材料をロールにて混練してゴムコンパウンドとし、これを所定の形状の金型に充填して１７０℃で２０分間架橋成型を行った後、オーブン中で１７０℃で２時間、二次架橋を行ってゴムシート、圧縮永久ひずみ用試験片を得た。
【００２５】
（実施例６〜１１）
表３に示す実施例６〜１１の配合を用いて、実施例５と同様にそれぞれゴムシート、圧縮永久ひずみ用試験片を得た。
【００２６】
（比較例５、６）
表３に示す比較例５、６の配合を用いて、実施例５と同様にそれぞれゴムシート、圧縮永久ひずみ用試験片を得た。
【００２７】
【表３】

【００２８】
実施例５〜１１、比較例５、６を１５０℃の熱水中に２００時間浸漬した後の引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみの測定結果を表４に示すが、実施例５〜１１は比較例５に比べて圧縮永久ひずみが小さく、比較例６に比べて引張強さが大きくなっており、カーボンブラックの粒径を選択することにより、熱水浸漬後でも十分な物性を維持することがわかる。
【００２９】
【表４】

【００３０】
以上、本発明に関して主にプレート式熱交換器用ガスケットを例にして説明してきたが、勿論本発明のシール材用ゴム組成物はこれに限定されるものではなくその他の各種のシール材、特に高温に晒されるようなシール材の成形原料として好適に使用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のシール材用ゴム組成物を用いることにより、高温で使用した場合でも所定の引張強さ、伸び、圧縮永久ひずみの値を維持し、さらにゴムの劣化やゴムからの溶出物が少なく、特に食品業界で使用されるプレート式熱交換器のガスケット用に適したシール材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プレート型熱交換器を説明するための上面図である。
【図２】フェルール継手を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１伝熱プレート
２伝熱面
３流体の通路
４ガスケット溝
５ガスケット
６ガスケット
７継手部
８フェルール継手

Claims

ゴム、カーボンブラックを含有し、過酸化物で架橋されるシール材用ゴム組成物において、ゴム１００重量部に対して、カーボンブラック５０〜１００重量部、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部を含んでなることを特徴とするシール材用ゴム組成物。
上記ゴムがエチレン−プロピレンゴムであることを特徴とする請求項１記載のシール材用ゴム組成物
上記カーボンブラックが２次粒子径で２５〜６０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載のシール材用ゴム組成物。