JP2020075963A - 樹脂組成物及び伸縮性導電部材 - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮性導電部材の伸長時における電気抵抗を低めることができる、樹脂組成物を提供する。【解決手段】伸縮性導電部材１に用いられる樹脂組成物であって、伸縮性樹脂２と、グラフェン積層構造を有する炭素材料３とを含み、グラフェン積層構造を有する炭素材料３のＢＥＴ比表面積が、３０ｍ２／ｇ以上、３００ｍ２／ｇ以下である樹脂組成物。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた伸縮性導電部材に関する。

近年、人体に装着可能なウェアラブル電子機器や、ディスプレイ、太陽電池、自動車等の用途に、伸縮性を有する電気配線や導電シート等の伸縮性導電部材が用いられている。このような伸縮性導電部材は、高い導電性と高い伸縮性の双方を兼ね備えた材料により構成されている。

下記の特許文献１には、シリコーンゴムを主成分とした伸縮性を有する基材に、導電性粒子を互いに接触させて形成した導電部を設けたゴム材料が開示されている。特許文献１では、導電性粒子として、銀粒子などの金属粒子や、金属めっきされた粒子等が記載されている。

また、下記の特許文献２には、炭素系導電性粒子と、伸縮性高分子バインダーとを含む伸縮性導体組成物からなる伸縮性導体シートが開示されている。特許文献２では、炭素系導電性粒子として、グラファイト粉末、活性炭粉末、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ等のさまざまな炭素材料が記載されている。

特開２００７−１７３２２６号公報 特開２０１７−１６８４３８号公報

しかしながら、特許文献１のように、導電性粒子として銀粒子のような金属粒子を用いた場合、重量が大きくなったり、伸長時に導通不良が生じたりする問題がある。また、特許文献２のように、導電性粒子としてカーボンブラックのような炭素系導電性粒子を用いた場合においても、伸長時に電気抵抗の増大や断線が生じる場合がある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、上記炭素系導電性粒子が凝集しやすいことから、炭素系導電性粒子間の導電パスが途切れ、上記問題が生ずることを見出した。

本発明の目的は、伸縮性導電部材の伸長時における電気抵抗を低めることができる、樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた伸縮性導電部材を提供することにある。

本願発明者らは、さらに検討した結果、伸縮性樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含み、グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が特定の範囲内にある樹脂組成物が上記課題を解決できることを見出し、本発明を成すに至った。

すなわち、本発明に係る樹脂組成物は、伸縮性導電部材に用いられる樹脂組成物であって、伸縮性樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含み、前記グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、３００ｍ^２／ｇ以下である。

本発明に係る樹脂組成物の他の特定の局面では、前記伸縮性樹脂が、エラストマーである。好ましくは、前記エラストマーが、スチレン系エラストマーである。

本発明に係る樹脂組成物のさらに他の特定の局面では、前記炭素材料が、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、部分剥離型薄片化黒鉛である。好ましくは、前記部分剥離型薄片化黒鉛が、樹脂を含む。

本発明に係る樹脂組成物のさらに他の特定の局面では、前記樹脂組成物のＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠して測定される破断伸びが、５０％以上である。

本発明に係る伸縮性導電部材は、本発明に従って構成される樹脂組成物により構成されている。

本発明によれば、伸縮性導電部材の伸長時における電気抵抗を低めることができる、樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた伸縮性導電部材を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る伸縮性導電部材を示す模式的断面図である。

以下、本発明の詳細を説明する。

[樹脂組成物]
本発明の樹脂組成物は、伸縮性導電部材に用いられる樹脂組成物である。上記樹脂組成物は、伸縮性樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含む。グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積は、３０ｍ^２／ｇ以上、３００ｍ^２／ｇ以下である。

本発明の樹脂組成物の破断伸びは、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。上記樹脂組成物の破断伸びが、上記下限値以上である場合、より広範な種類の伸縮性導電部材に適用することができる。また、上記伸縮性樹脂の破断伸びの上限値は、特に限定されないが、例えば、１０００％とすることができる。

なお、本明細書において、破断伸びは、ＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠して測定される破断時の伸びである。具体的には、ＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠した試験片（長さ１５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を作製し、オートグラフを用いて、温度２５℃、湿度５０％、引張速度５０ｍｍ／分で測定する。

本発明の樹脂組成物は、伸縮性樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含み、上記グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が上記特定の範囲内にあるので、伸縮性導電部材の伸長時における電気抵抗を低めることができる。この点については、以下のようにして説明することができる。

従来、導電性粒子としてカーボンブラック等の炭素材料を含む樹脂組成物を用いた伸縮性導電部材では、導電性粒子が凝集し易く、伸長時に導電性粒子間の導電パスが途切れ、電気抵抗の増大や断線が生じる場合があった。

これに対して、本発明の樹脂組成物では、導電性粒子としてのグラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が、上記下限値以上であるので、伸長時においても隣り合う導電性粒子間が接触しやすく、導電パスが途切れ難い。また、導電性粒子としてのグラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が、上記上限値以下であるので、導電性粒子が凝集し難く、伸長時においても導電パスが途切れ難い。

従って、本発明の樹脂組成物では、導電性粒子としてのグラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積を上記特定の範囲とすることにより、伸縮性導電部材の伸長時においても、導電パスを途切れ難くし、電気抵抗を低めることができる。また、伸縮性導電部材の伸長時における断線も生じ難くすることができる。

以下、本発明の樹脂組成物を構成する各材料の詳細について説明する。

（伸縮性樹脂）
本発明に係る伸縮性樹脂は、伸縮性を有する樹脂であり、特に破断伸びが５００％以上の樹脂であることが好ましい。また、上記伸縮性樹脂の破断伸びの上限値は、特に限定されないが、例えば、１０００％とすることができる。

伸縮性樹脂としては、特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の適宜の樹脂を用いることができる。なかでも、伸縮性樹脂は、エラストマーであることが好ましい。この場合、より広範な用途の伸縮性導電部材に適用することができる。

エラストマーとしては、特に限定されず、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、又はシリコーン系エラストマー等が挙げられる。なかでも、スチレン系エラストマーであることが好ましい。エラストマーとして、スチレン系エラストマーを用いた場合、伸縮性導電部材に耐候性、耐熱老化性を付与することができる。

スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン−イソプレン−スチレン・ブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン・ブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン・ブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、スチレン−イソブチレン−スチレン・ブロック共重合体（ＳＩＢＳ）等が挙げられる。

オレフィン系エラストマーとしては、例えば、結晶性オレフィン−エチレン・ブテン−結晶性オレフィン（ＣＥＢＣ）共重合体、又はスチレン−エチレン・ブテン−結晶性オレフィン（ＳＥＢＣ）共重合体等が挙げられる。

アクリル系エラストマーとしては、例えば、（メタ）アクリルモノマーの重合体を挙げることができる。なお、本明細書において、メタ（アクリル）モノマーとは、アクリルモノマー又はメタクリルモノマーを意味する。

（メタ）アクリルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル、メタクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸オクチル、アクリル酸２−メトキシエチル、メタクリル酸２−メトキシエチル、アクリル酸ｎ−オクタデシル、又はメタクリル酸ｎ−オクタデシル等が挙げられる。これらは、単独重合体であってもよく、２種以上の上記（メタ）アクリルモノマーの共重合体であってもよい。

アクリル系エラストマーは、（メタ）アクリルモノマーと他のモノマーとの共重合体であってもよい。他のモノマーとしては、酢酸ビニル、ビニルピロリドン、アクリルアミドモノマー、スチレンモノマー、ビニルエーテルモノマー等が挙げられる。

このような伸縮性樹脂は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。

樹脂組成物中における伸縮性樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物１００重量％に対し、好ましくは８０重量％以上、より好ましくは８５重量％以上、好ましくは９５重量％以下、より好ましくは９２重量％以下である。伸縮性樹脂の含有量が上記下限値以上である場合、樹脂組成物の靱性をより一層高めることができる。また、伸縮性樹脂の含有量が、上記上限値以下である場合、グラフェン積層構造を有する炭素材料をより一層多く含むことができるので、伸縮時における電気抵抗をより一層低めることができる。

（グラフェン積層構造を有する炭素材料）
本発明に係るグラフェン積層構造を有する炭素材料は、ＢＥＴ比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、３００ｍ^２／ｇ以下である。ＢＥＴ比表面積は、ＢＥＴ法に準拠して、窒素の吸着等温線から測定することができる。上記グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が、上記下限値以上であるので、伸長時においても隣り合う導電性粒子間が接触しやすく、導電パスが途切れ難い。また、導電性粒子としてのグラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が、上記上限値以下であるので、導電性粒子が凝集し難く、伸長時においても導電パスが途切れ難い。

導電パスをより一層途切れ難くし、電気抵抗をより一層低める観点から、グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積は、好ましくは３０ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは５０ｍ^２／ｇ以上、好ましくは２００ｍ^２／ｇ以下、より好ましくは１００ｍ^２／ｇ以下である。

グラフェン積層構造を有する炭素材料は、複数のグラフェンシートの積層体である。上記グラフェン積層構造を有する炭素材料としては、例えば、黒鉛又は薄片化黒鉛などが挙げられる。なお、グラフェン積層構造を有するか否かは、炭素材料のＸ線回折スペクトルについて、ＣｕＫα線（波長１．５４１Å）を用いて測定したときに、２θ＝２６度付近のピーク（グラフェン積層構造に由来するピーク）が観察されるか否かにより確認することができる。Ｘ線回折スペクトルは、広角Ｘ線回折法によって測定することができる。Ｘ線回折装置としては、例えば、ＳｍａｒｔＬａｂ（リガク社製）を用いることができる。

グラフェン積層構造を有する炭素材料において、グラフェンシートの積層数は、好ましくは５０層以上、より好ましくは１００層以上、好ましくは１０００層以下、より好ましくは３３０層以下である。グラフェンシートの積層数が上記下限値以上である場合、炭素材料そのものの導電性をより一層高めることができる。また、伸縮性樹脂中において炭素材料をより一層凝集し難くすることができ、導電パスをより一層形成し易くすることができる。グラフェンシートの積層数が上記上限値以下である場合、炭素材料の比表面積をより一層大きくし、導電パスをより一層形成しやすくすることができる。

上記グラフェン積層構造を有する炭素材料の形状としては、特に限定されず、二次元に広がっている形状、球状、繊維状、又は不定形状等が挙げられる。上記炭素材料の形状としては、二次元に広がっている形状であることが好ましい。二次元に広がっている形状としては、例えば、鱗片状又は板状（平板状）が挙げられる。このような二次元的に広がっている形状を有する場合、より一層良好な導電パスを形成することができる。

なかでも、上記炭素材料の形状としては、鱗片状であることが好ましい。上記炭素材料が、鱗片状であることにより、より一層良好な導電パスが形成しやすい。

黒鉛としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛又は膨張黒鉛などを用いることができる。膨張黒鉛は、通常の黒鉛よりもグラフェン層同士の層間距離が大きくなっている割合が高い。従って、黒鉛としては、膨張黒鉛を用いることが好ましい。

薄片化黒鉛とは、元の黒鉛を剥離処理して得られるものであり、元の黒鉛よりも薄いグラフェンシート積層体をいう。薄片化黒鉛におけるグラフェンシートの積層数は、元の黒鉛より少なければよい。なお、薄片化黒鉛は、酸化薄片化黒鉛であってもよい。

また、薄片化黒鉛は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている部分剥離型薄片化黒鉛であることが好ましい。

より具体的に、「部分的にグラファイトが剥離されている」とは、グラフェンの積層体において、端縁からある程度内側までグラフェン層間が開いており、すなわち端縁（エッジ部分）にてグラファイトの一部が剥離していることをいう。また、中央側の部分ではグラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層していることをいうものとする。従って、端縁にてグラファイトの一部が剥離している部分は、中央側の部分に連なっている。さらに、上記部分剥離型薄片化黒鉛には、端縁のグラファイトが剥離され薄片化したものが含まれていてもよい。

このように、部分剥離型薄片化黒鉛は、中央側の部分において、グラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層している。そのため、従来の酸化グラフェンやカーボンブラックより黒鉛化度が高く、導電性に優れている。また、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有することから、比表面積が大きい。そのため、伸長時における導電パスをより一層形成し易くすることができる。

部分剥離型薄片化黒鉛は、例えば、黒鉛又は一次薄片化黒鉛と、樹脂とを含み、樹脂が黒鉛又は一次薄片化黒鉛にグラフト又は吸着により固定されている組成物を用意し、該組成物中に含まれている樹脂を、熱分解することにより得ることができる。なお、樹脂を熱分解させる際には、樹脂の一部を残存させながら熱分解してもよいし、樹脂を完全に熱分解してもよい。もっとも、伸縮性樹脂中における部分剥離型薄片化黒鉛の凝集をより一層生じ難くする観点から、樹脂の一部が残存していることが好ましい。この場合、残存樹脂は、黒鉛又は薄片化黒鉛にグラフト又は吸着により固定されていることが好ましい。

具体的に、部分剥離型薄片化黒鉛は、例えば、国際公開第２０１４／０３４１５６号に記載の薄片化黒鉛・樹脂複合材料の製造方法と同様の方法で製造することができる。また、黒鉛としては、より一層容易にグラファイトを剥離することが可能であるため膨張黒鉛を使用することが好ましい。

また、一次薄片化黒鉛とは、各種方法により黒鉛を剥離することにより得られた薄片化黒鉛を広く含むものとする。一次薄片化黒鉛は、部分剥離型薄片化黒鉛であってもよい。一次薄片化黒鉛は、黒鉛を剥離することにより得られるものであるため、その比表面積は、黒鉛よりも大きいものであればよい。

上記樹脂の熱分解における加熱の温度としては、樹脂の種類にもより特に限定されないが、例えば、２５０℃〜１０００℃とすることができる。加熱時間としては、例えば、２０分〜５時間とすることができる。また、上記加熱は、大気中で行ってもよく、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。もっとも、上記加熱を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。

樹脂としては、特に限定されないが、ラジカル重合性モノマーの重合体であることが好ましい。この場合、１種のラジカル重合性モノマーの単独重合体であってもよく、複数種のラジカル重合性モノマーの共重合体であってもよい。ラジカル重合性モノマーは、ラジカル重合性の官能基を有するモノマーである限り、特に限定されない。

ラジカル重合性モノマーとしては、例えば、スチレン、α−エチルアクリル酸メチル、α−ベンジルアクリル酸メチル、α−［２，２−ビス（カルボメトキシ）エチル］アクリル酸メチル、イタコン酸ジブチル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジシクロヘキシル、α−メチレン−δ−バレロラクトン、α−メチルスチレン、α−アセトキシスチレンからなるα−置換アクリル酸エステル、グリシジルメタクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、４−ヒドロキシブチルメタクリレートなどのグリシジル基や水酸基を持つビニルモノマー；アリルアミン、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートのようなアミノ基を有するビニルモノマー、メタクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリル酸、クロトン酸、２−アクリロイルオキシエチルサクシネート、２−メタクリロイルオキシエチルサクシネート、２−メタクリロイロキシエチルフタル酸などのカルボキシル基を有するモノマー；ユニケミカル社製、ホスマー（登録商標）Ｍ、ホスマー（登録商標）ＣＬ、ホスマー（登録商標）ＰＥ、ホスマー（登録商標）ＭＨ、ホスマー（登録商標）ＰＰなどのリン酸基を有するモノマー；ビニルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアルコキシシリル基を有するモノマー；アルキル基やベンジル基などを有する（メタ）アクリレート系モノマーなどが挙げられる。

用いられる樹脂の例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリシジルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール（ブチラール樹脂）、又はポリ（メタ）アクリレート、ポリスチレンなどが挙げられる。

上記樹脂の中でも、好ましくはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ酢酸ビニルを用いることができる。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ酢酸ビニルを用いた場合、部分剥離型薄片化黒鉛の比表面積をより一層大きくすることができる。なお、樹脂種は使用する伸縮性樹脂との親和性を鑑み、適宜選定を行うことが可能である。

残存樹脂の含有量は、樹脂分を除く部分剥離型剥片化黒鉛１００重量部に対し、好ましくは０重量部を超え、より好ましくは０．５重量部以上、さらに好ましくは１．０重量部以上であり、好ましくは５０重量部以下、より好ましくは３０量部以下、さらに好ましくは２５重量部以下、特に好ましくは２０重量部以下である。上記樹脂量が上記下限以上である場合、伸縮性樹脂中における凝集をより一層生じ難くすることができる。また、上記樹脂量が上記上限以下である場合、部分剥離型薄片化黒鉛そのものの導電性をより一層高めることができる。

なお、部分剥離型薄片化黒鉛に残存している残存樹脂の含有量は、例えば熱重量分析（以下、ＴＧ）によって加熱温度に伴う重量変化を測定し、算出することができる。

本発明においては、グラフェン積層構造を有する炭素材料とＳｉとの重量比１：１における混合物のＸ線回折スペクトルを測定したときに、ピーク比ａ／ｂが、好ましくは０．２以上、より好ましくは０．２２以上、さらに好ましくは０．２５以上である。また、ピーク比ａ／ｂは、好ましくは１０．０以下、より好ましくは８．０以下、さらに好ましくは５．０以下、特に好ましくは２．５以下、さらに特に好ましくは１．０以下、最も好ましくは０．９以下である。

上記ａは、２θが、２４°以上、２８°未満の範囲における最も高いピークの高さである。上記ｂは、２θが、２８°以上、３０°未満の範囲における最も高いピークの高さである。なお、Ｓｉとしては、例えば、φ＝１００ｎｍ以下のシリコン粉末を用いることができる。

上記Ｘ線回折スペクトルは、広角Ｘ線回折法によって測定することができる。Ｘ線としては、ＣｕＫα線（波長１．５４１Å）を用いることができる。Ｘ線回折装置としては、例えば、ＳｍａｒｔＬａｂ（リガク社製）を用いることができる。

Ｘ線回折スペクトルにおいて、グラフェン積層構造に由来するピークは、２θ＝２６．４°付近に現れる。一方、シリコン粉末になどのＳｉに由来するピークは、２θ＝２８．５°付近に現れる。従って、上記比ａ／ｂは、２θ＝２６．４°付近のピークと２θ＝２８．５°付近のピークとのピーク比（２θ＝２６．４°付近のピーク／２θ＝２８．５°付近のピーク）により求めることができる。

ピーク比ａ／ｂが、上記下限値以上である場合、グラフェン積層構造を有する炭素材料における黒鉛構造の形成が多くなるため、上記グラフェン積層構造を有する炭素材料自身の導電性が増大する。加えて、グラフェン積層構造を有する炭素材料の欠陥が少なくなり、体積抵抗率をより一層低下させることができる。また、伸縮性樹脂中においてグラフェン積層構造を有する炭素材料をより一層凝集し難くすることができ、導電パスをより一層形成し易くすることができる。ピーク比ａ／ｂが、上記上限値以下である場合、グラフェン積層構造を有する炭素材料が柔軟となるため、樹脂組成物中に分散しやすく、グラフェン積層構造を有する炭素材料同士の接触点が多くなる。このことから、良好な導電パスをより一層形成しやすくすることができる。また、グラフェン積層構造を有する炭素材料の比表面積をより一層大きくし、導電パスをより一層形成し易くすることができる。

樹脂組成物中におけるグラフェン積層構造を有する炭素材料の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物１００質量％に対し、好ましくは５質量％以上、より好ましくは８質量％以上、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１５質量％以下である。グラフェン積層構造を有する炭素材料の含有量が上記下限値以上である場合、伸縮時における電気抵抗をより一層低めることができる。また、グラフェン積層構造を有する炭素材料の含有量が、上記上限値以下である場合、樹脂組成物の靱性をより一層高めることができる。

（その他の添加剤）
樹脂組成物は、さらにその他の添加剤を含んでいてもよい。その他の添加剤としては、例えば、フェノール系、リン系、アミン系又はイオウ系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系又はヒドロキシフェニルトリアジン系等の紫外線吸収剤が挙げられる。また、その他の添加剤として、金属害防止剤、ヘキサブロモビフェニルエーテル又はデカブロモジフェニルエーテル等のハロゲン化難燃剤、ポリリン酸アンモニウム又はトリメチルフォスフェート等の難燃剤、帯電防止剤、安定剤、顔料、染料等の添加剤を用いてもよい。これらの添加剤は、１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。

［伸縮性導電部材］
以下、本発明の伸縮性導電部材の一例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る伸縮性導電部材を示す模式的断面図である。

図１に示すように、伸縮性導電部材１は、伸縮性樹脂マトリックス２と、グラフェン積層構造を有する炭素材料３とを備える。グラフェン積層構造を有する炭素材料３は、伸縮性樹脂マトリックス２中に分散されている。

伸縮性樹脂マトリックス２は、上述の伸縮性樹脂により構成されている。また、グラフェン積層構造を有する炭素材料３は、上述したＢＥＴ比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、２００ｍ^２／ｇ以下の炭素材料である。

伸縮性導電部材１は、ＢＥＴ比表面積が上記特定の範囲にあるグラフェン積層構造を有する炭素材料３を含むので、伸長時における体積抵抗率を低めることができる。

特に、本発明においては、伸縮性導電部材１を例えば矢印Ｘの方向に５０％伸長させたときの体積抵抗率が、好ましくは１０^８Ω・ｃｍ以下、より好ましくは５×１０⁷Ω・ｃｍ以下である。伸長時の体積抵抗率が、上記上限値以下である場合、より広範な導電性部材に適用することができる。なお、伸長時の体積抵抗率は、抵抗率計（三菱化学アナリテック社製、商品名「ハイレスタＵＰ」）を用いることにより測定することができる。

伸縮性導電部材１の形態は、特に限定されない。伸縮性導電部材１としては、例えば、電気配線や導電性シート等が挙げられる。このような伸縮性導電部材１は、人体に装着可能なウェアラブル電子機器や、ディスプレイ、太陽電池、自動車等の様々な用途に用いることができる。なかでも、ウェアラブル電子機器や、各種センサなどの伸縮性導電部材１に好適に用いることができる。

次に、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
グラフェン積層構造を有する炭素材料の調製；
最初に、膨張化黒鉛１６ｇと、カルボキシメチルセルロース０．５ｇと、水５００ｇとの混合物に、超音波処理装置で５時間超音波を照射した後に、ポリエチレングリコール８０ｇを加え、ホモミクサーで６０分間混合することによって、原料組成物を作製した。

なお、膨張化黒鉛は、東洋炭素社製、商品名「ＰＦパウダー８Ｆ」（ＢＥＴ比表面積＝２２ｍ^２／ｇ）を用いた。カルボキシメチルセルロースは、アルドリッチ社製のもの（平均分子量＝２５０，０００）を用いた。ポリエチレングリコールは、三洋化成工業社製、商品名「ＰＧ６００」を用いた。超音波処理装置は、ＳＭＴ．ＣＯ．，ＬＴＤ社製、型番「ＵＨ−６００ＳＲ」を用いた。また、ホモミクサーは、ＴＯＫＵＳＨＵ ＫＩＫＡ社製、型番「Ｔ．Ｋ．ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ ＭＡＲＫII」を用いた。

次に、作製した原料組成物を１５０℃で加熱処理することによって、水を除去した。その後、水を除去した組成物を、３８０℃の温度で、１時間加熱処理することよって、ポリエチレングリコールの一部が残存している炭素材料を作製した。

最後に、作製した炭素材料を４００℃で３０分、３５０℃で２時間の順に加熱処理することによって、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、炭素材料（部分剥離型薄片化黒鉛）を得た。得られた炭素材料においては、全重量に対して４．０重量％樹脂が含まれていた。なお、樹脂量は、ＴＧ（日立ハイテクサイエンス社製、品番「ＳＴＡ７３００」）を用いて、２００℃〜６００℃の範囲で重量減少した分を樹脂量として算出した。

得られた炭素材料のＢＥＴ比表面積を、比表面積測定装置（島津製作所社製、品番「ＡＳＡＰ−２０００」、窒素ガス）を用いて測定した結果、９６ｍ^２／ｇであった。

また、得られた炭素材料と、シリコン粉末（Ｎａｎｏ Ｐｏｗｄｅｒ、純度≧９８％、粒径≦１００ｎｍ、アルドリッチ社製）とを重量比１：１の割合でサンプル瓶中にて混合することにより、測定試料としての混合粉末を作製した。作製した混合粉末を無反射Ｓｉ試料台にいれ、Ｘ線回折装置（Ｓｍａｒｔ Ｌａｂ、リガク社製）に設置した。その後に、Ｘ線源：ＣｕＫα（波長１．５４１Å）、測定範囲：３°〜８０°、スキャンスピード：５°／分の条件で、広角Ｘ線回折法によりＸ線回折スペクトルを測定した。得られた測定結果から、２θ＝２８°以上、３０°未満の範囲における最も高いピークの高さｂを１として規格化し、そのときの２θ＝２４°以上、２８℃未満の範囲における最も高いピークの高さａを算出した。最後にａとｂとの比、すなわち、比ａ／ｂを算出した。その結果、実施例１では、比ａ／ｂが０．８であった。

伸縮性導電シート（伸縮性導電部材）の作製；
得られた炭素材料１０重量部と、伸縮性樹脂としてのスチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ、旭化成社製、商品名「タフテック Ｈ１０４１」）９０重量部とを、ラボプラストミルにより混合し、樹脂組成物を得た。混錬温度は１３０℃とした。得られた樹脂組成物を１３０℃の加熱プレスによりシート成形し、伸縮性導電シート（伸縮性導電部材）を作製した。

（実施例２）
炭素材料の製造時において、ポリエチレングリコールの量を７０ｇに変更したこと以外は、実施例１と同様にして伸縮性導電シートを作製した。なお、実施例２で得られた炭素材料のＢＥＴ比表面積は、５７ｍ^２／ｇであった。比ａ／ｂは、下記の表１に示す通りである。

（実施例３）
炭素材料の製造時において、ポリプロピレングリコールの量を２００ｇに変更したこと以外は、実施例１と同様にして伸縮性導電シートを作製した。なお、実施例３で得られた炭素材料のＢＥＴ比表面積は、２４３ｍ^２／ｇであった。比ａ／ｂは、下記の表１に示す通りである。

（比較例１）
炭素材料として、黒鉛（日本黒鉛工業社製、商品名「ＵＰ−５−α」）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして伸縮性導電シートを作製した。なお、比較例１で用いた炭素材料のＢＥＴ比表面積は、１５ｍ^２／ｇであった。比ａ／ｂは、下記の表１に示す通りである。

（比較例２）
炭素材料として、グラフェン（ＸＧサイエンス社製、商品名「Ｃ−７５０」）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして伸縮性導電シートを作製した。なお、比較例２で用いた炭素材料のＢＥＴ比表面積は、７５０ｍ^２／ｇであった。比ａ／ｂは、下記の表１に示す通りである。

［評価］
（破断伸び）
実施例及び比較例で用いた伸縮性樹脂及び樹脂組成物の破断伸びをＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠して測定した。具体的には、ＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠した試験片（長さ１５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み１ｍｍ）を作製し、オートグラフ（島津製作所社製、商品名「ＡＧ−１０ｋＮＸｐｌｕｓ」）を用いて、温度２５℃、湿度５０％において、引張速度５０ｍｍ／分で引張試験を行うことにより測定した。

（初期抵抗）
実施例及び比較例で作製した伸縮性導電シートの初期の体積抵抗率を、抵抗率計（三菱化学アナリテック社製、商品名「ハイレスタＵＰ」）を用いて測定した。

（５０％伸長時の抵抗）
実施例及び比較例で作製した伸縮性導電シートを５０％伸長させたときの体積抵抗率を、抵抗率計（三菱化学アナリテック社製、商品名「ハイレスタＵＰ」）を用いて測定した。

結果を下記の表１に示す。

１…伸縮性導電部材
２…伸縮性樹脂マトリックス
３…グラフェン積層構造を有する炭素材料

Claims (7)

1. 伸縮性導電部材に用いられる樹脂組成物であって、
   伸縮性樹脂と、グラフェン積層構造を有する炭素材料とを含み、
   前記グラフェン積層構造を有する炭素材料のＢＥＴ比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、３００ｍ^２／ｇ以下である、樹脂組成物。
2. 前記伸縮性樹脂が、エラストマーである、請求項１に記載の樹脂組成物。
3. 前記エラストマーが、スチレン系エラストマーである、請求項２に記載の樹脂組成物。
4. 前記炭素材料が、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、部分剥離型薄片化黒鉛である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
5. 前記部分剥離型薄片化黒鉛が、樹脂を含む、請求項４に記載の樹脂組成物。
6. 前記樹脂組成物のＪＩＳ Ｋ７１２７に準拠して測定される破断伸びが、５０％以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂組成物により構成されている、伸縮性導電部材。

Images