JP2021147474A - Method for producing rubber composition - Google Patents

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JP2021147474A JP2020048146A JP2020048146A JP2021147474A JP 2021147474 A JP2021147474 A JP 2021147474A JP 2020048146 A JP2020048146 A JP 2020048146A JP 2020048146 A JP2020048146 A JP 2020048146A JP 2021147474 A JP2021147474 A JP 2021147474A
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勇志 長尾
Takeshi Nagao
勇志 長尾
慶久 武山
Yoshihisa Takeyama
慶久 武山
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Abstract

To produce a rubber composition comprising a rubber and a fibrous carbon nanostructure and having high tensile strength and a low volume resistivity.SOLUTION: There is provided a method for producing a rubber composition which comprises: a mixing step of mixing rubber particles, a fibrous carbon nanostructure and a poor solvent of the rubber particles to obtain a mixed solution; a dispersion step of subjecting the mixed solution to dispersion treatment using a dispersion machine to obtain a dispersion liquid and a dispersion medium removing step of removing a poor solvent from the dispersion liquid, wherein the rubber particles are composed of a rubber having a loss modulus G" of 180 kPa or less at 70°C and have an average particle diameter of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm and the absolute value of the difference (Ra1-Ra2) between the Hansen solubility parameter distance Ra1 between the rubber and the poor solvent and the Hansen solubility parameter distance Ra2 between the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent is 4 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ゴム組成物の製造方法に関し、特には、ゴムと繊維状炭素ナノ構造体とを含むゴム組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a rubber composition, and more particularly to a method for producing a rubber composition containing rubber and fibrous carbon nanostructures.

カーボンナノチューブ(以下「CNT」と称することがある。)などの繊維状炭素ナノ構造体は、導電性、熱伝導性、摺動特性、機械特性等に優れるため、幅広い用途への応用が検討されている。
近年、繊維状炭素ナノ構造体の優れた特性を活かし、ゴムと繊維状炭素ナノ構造体とを複合化することで、加工性や強度といったゴムの特性と、補強性などの繊維状炭素ナノ構造体の特性とを併せ持つ複合材料を提供する技術の開発が進められている。
Since fibrous carbon nanostructures such as carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as "CNT") are excellent in conductivity, thermal conductivity, sliding properties, mechanical properties, etc., their application to a wide range of applications is being studied. ing.
In recent years, by taking advantage of the excellent properties of fibrous carbon nanostructures and combining rubber and fibrous carbon nanostructures, rubber properties such as workability and strength and fibrous carbon nanostructures such as reinforcing properties have been used. Development of technology to provide composite materials that have both body characteristics is underway.

ここで、複合材料の機械的特性を良好に向上させる観点からは、CNTなどの繊維状炭素ナノ構造体をゴムのマトリックス中に均一に分散させる必要がある。そこで、分散媒中に繊維状炭素ナノ構造体とゴムとを分散させてなる分散液を用いて複合材料を調製することにより、ゴムのマトリックス中に繊維状炭素ナノ構造体が均一に分散した複合材料を得る技術が提案されている。 Here, from the viewpoint of satisfactorily improving the mechanical properties of the composite material, it is necessary to uniformly disperse the fibrous carbon nanostructures such as CNTs in the rubber matrix. Therefore, by preparing a composite material using a dispersion liquid in which the fibrous carbon nanostructures and rubber are dispersed in a dispersion medium, the fibrous carbon nanostructures are uniformly dispersed in the rubber matrix. Techniques for obtaining materials have been proposed.

具体的には、例えば特許文献1には、平均粒径が0.10mm以上2.00mm以下のゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、該ゴム粒子の貧溶媒とを混合して得た混合液を、メディアレス分散機を使用して分散処理した後、得られた分散液から貧溶媒を除去して、ゴムと繊維状炭素ナノ構造体とを含むゴム組成物を製造することが開示されている。 Specifically, for example, in Patent Document 1, rubber particles having an average particle size of 0.10 mm or more and 2.00 mm or less, a fibrous carbon nanostructure, and a poor solvent for the rubber particles were mixed and obtained. It is disclosed that after the mixed solution is dispersed using a medialess disperser, the poor solvent is removed from the obtained dispersion to produce a rubber composition containing rubber and fibrous carbon nanostructures. Has been done.

国際公開第2019/180993号International Publication No. 2019/180993

しかし、上記従来の製造方法で製造したゴム組成物には、引張強度を更に高めると共に、体積抵抗率を低減させて導電性を向上させるという点において改善の余地があった。 However, the rubber composition produced by the above-mentioned conventional production method has room for improvement in that the tensile strength is further increased and the volume resistivity is reduced to improve the conductivity.

そこで、本発明は、ゴムと繊維状炭素ナノ構造体とを含み、高い引張強度と、低い体積抵抗率とを有するゴム組成物を製造可能なゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a rubber composition, which comprises a rubber and a fibrous carbon nanostructure and can produce a rubber composition having a high tensile strength and a low volume resistivity. do.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた。そして、本発明者らは、所定の性状を有するゴムよりなる所定の平均粒径を有するゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、所定の分散媒とを含む混合液を分散機を使用して分散処理することにより、繊維状炭素ナノ構造体が良好に分散したゴム組成物を製造し得ることを見出し、本発明を完成させた。 The present inventors have made extensive studies to achieve the above object. Then, the present inventors use a disperser to mix a mixed solution containing rubber particles having a predetermined average particle size made of rubber having a predetermined property, a fibrous carbon nanostructure, and a predetermined dispersion medium. The present invention has been completed by finding that a rubber composition in which fibrous carbon nanostructures are well dispersed can be produced by carrying out the dispersion treatment.

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のゴム組成物の製造方法は、ゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、前記ゴム粒子の貧溶媒とを混合して混合液を得る混合工程と、分散機を使用して前記混合液を分散処理し、分散液を得る分散工程と、前記分散液から前記貧溶媒を除去する分散媒除去工程とを含み、前記ゴム粒子は、70℃における損失弾性率G’’が180kPa以下であるゴムよりなり、且つ、平均粒径が0.01mm以上0.1mm未満であり、前記ゴムと前記貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra1と、前記繊維状炭素ナノ構造体と前記貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra2との差(Ra1−Ra2)の絶対値が4以下であることを特徴とする。このように、所定の性状を有するゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、所定の貧溶媒とを含む混合液を分散処理して得た分散液から貧溶媒を除去すれば、繊維状炭素ナノ構造体が良好に分散した、高い引張強度と、低い体積抵抗率とを有するゴム組成物を製造することができる。
なお、本発明において、「損失弾性率G’’」および「平均粒径」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
That is, the present invention aims to advantageously solve the above-mentioned problems, and the method for producing a rubber composition of the present invention is poor in rubber particles, fibrous carbon nanostructures, and the rubber particles. A mixing step of mixing a solvent to obtain a mixed solution, a dispersion step of dispersing the mixed solution using a disperser to obtain a dispersion, and a dispersion medium removing step of removing the poor solvent from the dispersion. The rubber particles are made of rubber having a loss elasticity G'' at 70 ° C. of 180 kPa or less, and have an average particle size of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm, and the rubber and the poor solvent. The absolute value of the difference (Ra1-Ra2) between the Hansen solubility parameter distance Ra1 and the Hansen solubility parameter distance Ra2 between the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent is 4 or less. As described above, if the poor solvent is removed from the dispersion obtained by dispersing the rubber particles having the predetermined properties, the fibrous carbon nanostructures, and the predetermined poor solvent, the fibrous carbon It is possible to produce a rubber composition having high tensile strength and low volumetric resistance in which nanostructures are well dispersed.
In the present invention, the “elastic modulus G''” and the “average particle size” can be measured by using the methods described in the examples.

ここで、本発明のゴム組成物の製造方法は、前記混合液が、前記ゴム粒子100質量部当たり、前記繊維状炭素ナノ構造体を0.1質量部以上10質量部以下の割合で含むことが好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の含有量が上記範囲内であれば、ゴム組成物中における繊維状炭素ナノ構造体の分散性を更に高めることができる。 Here, in the method for producing a rubber composition of the present invention, the mixed solution contains the fibrous carbon nanostructures in a proportion of 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less per 100 parts by mass of the rubber particles. Is preferable. When the content of the fibrous carbon nanostructures is within the above range, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructures in the rubber composition can be further enhanced.

また、本発明のゴム組成物の製造方法は、前記ゴム粒子が、フッ素ゴム粒子、シリコーンゴム粒子、水素化ニトリルゴム粒子、アクリルゴム粒子およびニトリルゴム粒子からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらのゴム粒子を使用すれば、耐油性、耐老化性などの特性に優れるゴム組成物を提供することができる。 In addition, the method for producing a rubber composition of the present invention includes at least one of the rubber particles selected from the group consisting of fluororubber particles, silicone rubber particles, hydrogenated nitrile rubber particles, acrylic rubber particles and nitrile rubber particles. Is preferable. By using these rubber particles, it is possible to provide a rubber composition having excellent properties such as oil resistance and aging resistance.

更に、本発明のゴム組成物の製造方法は、前記混合工程の前に、前記ゴムをダスティング剤の不存在下で粉砕して前記ゴム粒子を得る粉砕工程を含むことが好ましい。ゴムをダスティング剤の不存在下で粉砕して得たゴム粒子を使用すれば、ゴム組成物の引張強度を更に向上させると共に、体積抵抗率を更に低下させることができる。 Further, the method for producing a rubber composition of the present invention preferably includes a pulverization step of pulverizing the rubber in the absence of a dusting agent to obtain the rubber particles before the mixing step. By using the rubber particles obtained by crushing the rubber in the absence of a dusting agent, the tensile strength of the rubber composition can be further improved and the volume resistivity can be further reduced.

なお、本発明のゴム組成物の製造方法において、前記ダスティング剤としては、タルク、硫酸バリウム、シリカ、炭酸カルシウム、クレーまたはカーボンブラックが挙げられる。 In the method for producing a rubber composition of the present invention, examples of the dusting agent include talc, barium sulfate, silica, calcium carbonate, clay and carbon black.

そして、本発明のゴム組成物の製造方法は、前記分散機がメディアを用いるものであることが好ましい。メディアを用いて衝突力を与える分散機を使用すれば、ゴム組成物の引張強度を更に向上させると共に、体積抵抗率を更に低下させることができる。 Then, in the method for producing a rubber composition of the present invention, it is preferable that the disperser uses a medium. By using a disperser that applies a collision force using a medium, the tensile strength of the rubber composition can be further improved and the volume resistivity can be further reduced.

本発明によれば、高い引張強度と、低い体積抵抗率とを有するゴム組成物を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to produce a rubber composition having a high tensile strength and a low volume resistivity.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明のゴム組成物の製造方法は、ゴムと、繊維状炭素ナノ構造体とを含むゴム組成物を製造する際に用いられる。そして、本発明のゴム組成物の製造方法を用いて製造したゴム組成物は、繊維状炭素ナノ構造体が良好に分散し、高い引張強度および低い体積抵抗率を有するため、特に限定されることなく、例えば、シール材、ホース、ベルト、防振ゴム、ダイヤフラム、ウェアラブルデバイス用電極などの製造に有用である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
Here, the method for producing a rubber composition of the present invention is used when producing a rubber composition containing a rubber and a fibrous carbon nanostructure. The rubber composition produced by using the method for producing a rubber composition of the present invention is particularly limited because the fibrous carbon nanostructures are well dispersed and have high tensile strength and low volumetric resistance. However, it is useful for manufacturing, for example, sealing materials, hoses, belts, anti-vibration rubbers, diaphragms, electrodes for wearable devices, and the like.

(ゴム組成物の製造方法)
本発明のゴム組成物の製造方法では、ゴムと、繊維状炭素ナノ構造体とを含み、任意に分散剤などの添加剤を更に含有するゴム組成物を製造する。そして、本発明のゴム組成物の製造方法は、70℃における損失弾性率G’’が180kPa以下であるゴムよりなり、且つ、平均粒径が0.01mm以上0.1mm未満であるゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、ゴム粒子の貧溶媒とを混合して混合液を得る混合工程と、混合工程で得られた混合液を分散機を使用して分散処理して分散液を得る分散工程と、分散工程で得られた分散液から貧溶媒を除去する分散媒除去工程とを含む。また、本発明のゴム組成物の製造方法では、貧溶媒として、ゴムと貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra1と、繊維状炭素ナノ構造体と貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra2との差(Ra1−Ra2)の絶対値が4以下となる溶媒を使用する。
(Manufacturing method of rubber composition)
In the method for producing a rubber composition of the present invention, a rubber composition containing a rubber and a fibrous carbon nanostructure and optionally further containing an additive such as a dispersant is produced. The method for producing a rubber composition of the present invention comprises rubber having a loss elastic modulus G'' at 70 ° C. of 180 kPa or less and having an average particle size of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm. , The mixing step of mixing the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent of the rubber particles to obtain a mixed solution, and the mixed solution obtained in the mixing step are dispersed using a disperser to obtain a dispersion. It includes a dispersion step and a dispersion medium removal step of removing a poor solvent from the dispersion obtained in the dispersion step. Further, in the method for producing a rubber composition of the present invention, the difference between the Hansen solubility parameter distance Ra1 between the rubber and the poor solvent and the Hansen solubility parameter distance Ra2 between the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent as the poor solvent ( A solvent having an absolute value of Ra1-Ra2) of 4 or less is used.

そして、本発明のゴム組成物の製造方法によれば、所定のゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、所定の貧溶媒とを含む混合液を分散機を使用して分散処理しているので、繊維状炭素ナノ構造体が良好に分散したゴム組成物を得ることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体の分散液を調製した後にゴムを添加する場合や高圧下で分散処理を施す場合などと比較し、ゴム組成物を効率的に製造することができる。 Then, according to the method for producing a rubber composition of the present invention, a mixed solution containing predetermined rubber particles, fibrous carbon nanostructures, and a predetermined poor solvent is dispersed and treated using a disperser. Therefore, it is possible to obtain a rubber composition in which the fibrous carbon nanostructures are well dispersed. Further, the rubber composition can be efficiently produced as compared with the case where rubber is added after preparing the dispersion liquid of the fibrous carbon nanostructures or the case where the dispersion treatment is performed under high pressure.

なお、本発明のゴム組成物の製造方法は、上述した工程以外の工程を含んでいてもよい。具体的には、本発明のゴム組成物の製造方法は、混合工程に先立って、任意工程として、ゴムを粉砕して平均粒径が0.01mm以上0.1mm未満のゴム粒子を得る粉砕工程を更に含んでいてもよい。
また、本発明のゴム組成物の製造方法に従い製造されるゴム組成物は、引張強度の向上および体積抵抗率の低減の観点から、ダスティング剤(例えば、タルク、硫酸バリウム、シリカ、炭酸カルシウム、クレーまたはカーボンブラックなどの粒子)を含まないことが好ましい。
The method for producing the rubber composition of the present invention may include steps other than the above-mentioned steps. Specifically, the method for producing a rubber composition of the present invention is a crushing step of crushing rubber to obtain rubber particles having an average particle size of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm as an optional step prior to the mixing step. May further be included.
Further, the rubber composition produced according to the method for producing a rubber composition of the present invention has a dusting agent (for example, talc, barium sulfate, silica, calcium carbonate, etc.) from the viewpoint of improving tensile strength and reducing volume resistivity. It is preferable that it does not contain particles such as clay or carbon black.

<粉砕工程>
粉砕工程では、70℃における損失弾性率G’’が180kPa以下のゴムを粉砕して平均粒径が0.01mm以上0.1mm未満のゴム粒子を得る。ゴムを上記平均粒径のゴム粒子に粉砕する工程を含むことにより、上記平均粒径のゴム粒子が市販品として入手可能か否かに関わらず、所望するゴム種を用いて本発明の製造方法を実施することができる。
<Crushing process>
In the pulverization step, rubber having a loss elastic modulus G'' at 70 ° C. of 180 kPa or less is pulverized to obtain rubber particles having an average particle size of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm. By including a step of crushing rubber into rubber particles having the average particle size, the production method of the present invention uses a desired rubber type regardless of whether the rubber particles having the average particle size are commercially available. Can be carried out.

ここで、粉砕工程におけるゴムの粉砕は、凍結粉砕法で行われることが好ましい。凍結粉砕法は、具体的には、ゴムの塊を、該ゴムのガラス転移温度(Tg)以下の温度まで冷却した後に粉砕してゴム粒子を得る方法である。 Here, the rubber in the pulverization step is preferably pulverized by a freeze pulverization method. Specifically, the freeze-crushing method is a method in which a rubber mass is cooled to a temperature equal to or lower than the glass transition temperature (Tg) of the rubber and then crushed to obtain rubber particles.

凍結粉砕を行う温度としては、粉砕されるゴムのTg以下の温度であれば、特に限定されないが、該ゴムのTgより10℃以上低い温度が好ましく、該ゴムのTgより100℃以上低い温度がより好ましい。これらの温度で凍結粉砕することにより、ゴムの塊を上記平均粒径のゴム粒子へ効率的に粉砕することができる。
粉砕方法としては、特に限定されず、公知の凍結粉砕機などを用いて行うことができる。
冷却方法としては、特に限定されず、使用する凍結粉砕機に適した冷却剤を選択すればよい。例えば、冷却剤として液体窒素(約−196℃)などを用いて冷却することができる。
粉砕されるゴムの塊のサイズや形状は、特に限定されず、使用する凍結粉砕機での凍結粉砕が可能なサイズおよび形状とすればよい。具体的には、1個のゴムの塊のうちの最も長い軸の長さである長軸径が2.0mm超〜1.0cm程度のものを用いることができる。また、ゴムの塊の形状および使用可能な数は、凍結粉砕機に投入できる限りにおいて限定されない。
The temperature at which freeze crushing is performed is not particularly limited as long as it is a temperature equal to or lower than the Tg of the rubber to be crushed, but is preferably a temperature 10 ° C. or higher lower than the Tg of the rubber, and a temperature 100 ° C. or higher lower than the Tg of the rubber. More preferred. By freezing and pulverizing at these temperatures, the rubber mass can be efficiently pulverized into the rubber particles having the above average particle size.
The crushing method is not particularly limited, and can be carried out using a known freezing crusher or the like.
The cooling method is not particularly limited, and a cooling agent suitable for the freeze crusher to be used may be selected. For example, it can be cooled by using liquid nitrogen (about -196 ° C.) or the like as a cooling agent.
The size and shape of the rubber block to be crushed are not particularly limited, and may be a size and shape that can be freeze-crushed by the freeze-crusher used. Specifically, one having a major axis diameter of more than 2.0 mm to 1.0 cm, which is the length of the longest axis in one rubber block, can be used. Further, the shape and the number of rubber lumps that can be used are not limited as long as they can be put into the freeze crusher.

粉砕工程では、ダスティング剤(「粉体流動性改良剤」とも称される)を使用しない(即ち、ダスティング剤の不存在下で粉砕を行う)ことが好ましい。ダスティング剤を使用しなければ、得られるゴム組成物について、引張強度を更に向上させると共に、体積抵抗率を更に低下させることができる。
なお、本発明のゴム組成物の製造方法では、70℃における損失弾性率G’’が180kPa以下であるゴムを用いているので、ダスティング剤を使用しなくても、得られるゴム粒子同士が付着し難く、ゴム粒子の取り扱いが容易である。
In the pulverization step, it is preferable that no dusting agent (also referred to as “powder fluidity improver”) is used (that is, pulverization is performed in the absence of the dusting agent). If no dusting agent is used, the tensile strength of the obtained rubber composition can be further improved and the volume resistivity can be further reduced.
In the method for producing a rubber composition of the present invention, rubber having a loss elastic modulus G'' at 70 ° C. of 180 kPa or less is used, so that the obtained rubber particles can be obtained without using a dusting agent. It is hard to adhere and the rubber particles are easy to handle.

なお、任意工程としての粉砕工程を行わず、所定の平均粒径のゴム粒子として市販品を用いる場合、ダスティング剤の粒子が付着していないゴム粒子を用いることが好ましい。 When a commercially available product is used as the rubber particles having a predetermined average particle size without performing the crushing step as an optional step, it is preferable to use the rubber particles to which the dusting agent particles are not attached.

ここで、ダスティング剤としては、例えば、タルク、硫酸バリウム、シリカ、炭酸カルシウム、クレー、カーボンブラックなどの粒子、特には、タルク、クレー、炭酸カルシウムなどの粒子が挙げられる。 Here, examples of the dusting agent include particles such as talc, barium sulfate, silica, calcium carbonate, clay, and carbon black, and in particular, particles such as talc, clay, and calcium carbonate.

<混合工程>
混合工程では、所定の性状を有するゴムよりなる所定の平均粒径のゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、ゴム粒子の貧溶媒と、任意の添加剤とを混合して混合液を調製する。
<Mixing process>
In the mixing step, a mixed solution is prepared by mixing rubber particles having a predetermined average particle size made of rubber having predetermined properties, a fibrous carbon nanostructure, a poor solvent for the rubber particles, and an arbitrary additive. do.

[ゴム粒子]
ここで、ゴム粒子としては、70℃における損失弾性率G’’が180kPa以下のゴムの粒子であれば特に限定されることなく、公知のゴム種のいずれかに由来するゴムの粒子を用いることができる。中でも、得られるゴム組成物の特性を向上させる観点からは、ゴム粒子としては、フッ素ゴム粒子、シリコーンゴム粒子、水素化ニトリルゴム粒子、アクリルゴム粒子およびニトリルゴム粒子からなる群より選択される少なくとも一種を用いることが好ましく、フッ素ゴム粒子を用いることがより好ましい。また、ゴムの70℃における損失弾性率G’’は、160kPa以下であることが好ましく、150kPa以下であることがより好ましい。
なお、ゴム粒子としては1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Rubber particles]
Here, the rubber particles are not particularly limited as long as they have a loss elastic modulus G'' at 70 ° C. of 180 kPa or less, and rubber particles derived from any of the known rubber types are used. Can be done. Above all, from the viewpoint of improving the characteristics of the obtained rubber composition, the rubber particles are selected from at least a group consisting of fluororubber particles, silicone rubber particles, hydride nitrile rubber particles, acrylic rubber particles and nitrile rubber particles. It is preferable to use one kind, and it is more preferable to use fluororubber particles. The elastic modulus G ″ of the rubber at 70 ° C. is preferably 160 kPa or less, and more preferably 150 kPa or less.
As the rubber particles, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

なお、ゴム粒子として好適なフッ素ゴム粒子を構成するフッ素ゴムとしては、特に限定されることなく、例えば、四フッ化エチレンプロピレン系ゴム(FEPM)、フッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、四フッ化エチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル系ゴム(FFKM)、テトラフルオロエチレン系ゴム(TFE)などが挙げられる。これらの中でも、フッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、四フッ化エチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル系ゴム(FFKM)が好ましい。 The fluororubber constituting the fluororubber particles suitable as the rubber particles is not particularly limited, and is, for example, tetrafluoroethylene propylene-based rubber (FEPM), fluorovinylidene-based rubber (FKM), or tetrafluoride. Examples thereof include ethylene-perfluoromethylvinyl ether-based rubber (FFKM) and tetrafluoroethylene-based rubber (TFE). Among these, as the fluororubber, vinylidene fluoride-based rubber (FKM) and ethylene tetrafluoride-perfluoromethyl vinyl ether-based rubber (FFKM) are preferable.

ゴム粒子の平均粒径は、0.01mm以上0.1mm未満の範囲内であることが必要であり、下限値は0.03mm以上であることが好ましく、0.05mm以上であることがより好ましく、上限値は0.09mm以下であることが好ましく、0.08mm以下であることがより好ましい。ゴム粒子の平均粒径を上記範囲内とすることで、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができる。
なお、ゴム粒子は、通常、アスペクト比(長軸径/短軸径)が1以上10以下である。
The average particle size of the rubber particles needs to be in the range of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm, the lower limit value is preferably 0.03 mm or more, and more preferably 0.05 mm or more. The upper limit is preferably 0.09 mm or less, and more preferably 0.08 mm or less. By setting the average particle size of the rubber particles within the above range, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructures can be enhanced.
The rubber particles usually have an aspect ratio (major axis diameter / minor axis diameter) of 1 or more and 10 or less.

[繊維状炭素ナノ構造体]
繊維状炭素ナノ構造体としては、特に限定されることなく、導電性を有する繊維状炭素ナノ構造体を用いることができる。具体的には、繊維状炭素ナノ構造体としては、例えば、カーボンナノチューブ(CNT)等の円筒形状の炭素ナノ構造体や、炭素の六員環ネットワークが扁平筒状に形成されてなる炭素ナノ構造体等の非円筒形状の炭素ナノ構造体を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Fibrous carbon nanostructures]
The fibrous carbon nanostructure is not particularly limited, and a conductive fibrous carbon nanostructure can be used. Specifically, the fibrous carbon nanostructures include, for example, cylindrical carbon nanostructures such as carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanostructures in which a six-membered ring network of carbon is formed in a flat tubular shape. Non-cylindrical carbon nanostructures such as bodies can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

そして、上述した中でも、繊維状炭素ナノ構造体としては、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を用いることがより好ましい。CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、少ない配合量であっても効率的に導電性および優れた機械的特性を付与することができ、ゴム組成物の引張強度を向上させ、体積抵抗率を低下させることができるからである。 And among the above-mentioned, as the fibrous carbon nanostructure, it is more preferable to use the fibrous carbon nanostructure containing CNT. By using fibrous carbon nanostructures containing CNTs, it is possible to efficiently impart conductivity and excellent mechanical properties even with a small amount of compounding, improve the tensile strength of the rubber composition, and increase the volume. This is because the resistivity can be lowered.

ここで、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、CNTのみからなるものであってもよいし、CNTと、CNT以外の繊維状炭素ナノ構造体との混合物であってもよい。
そして、繊維状炭素ナノ構造体中のCNTとしては、特に限定されることなく、単層カーボンナノチューブおよび/または多層カーボンナノチューブを用いることができるが、CNTは、単層から5層までのカーボンナノチューブであることが好ましく、単層カーボンナノチューブであることがより好ましい。カーボンナノチューブの層数が少ないほど、配合量が少量であってもゴム組成物の導電性が向上し、体積抵抗率が低下するからである。
Here, the fibrous carbon nanostructures containing CNTs may be composed of only CNTs, or may be a mixture of CNTs and fibrous carbon nanostructures other than CNTs.
The CNTs in the fibrous carbon nanostructures are not particularly limited, and single-walled carbon nanotubes and / or multi-walled carbon nanotubes can be used, but the CNTs are carbon nanotubes having one to five layers. It is preferable that it is a single-walled carbon nanotube, and it is more preferable that it is a single-walled carbon nanotube. This is because the smaller the number of layers of carbon nanotubes, the better the conductivity of the rubber composition and the lower the volume resistivity even if the blending amount is small.

また、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径は、1nm以上であることが好ましく、60nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましく、10nm以下であることが更に好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の平均直径が1nm以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高め、ゴム組成物の引張強度を向上させることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径が60nm以下であれば、少ない配合量であってもゴム組成物に効率的に導電性を付与することができる。従って、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径を上記範囲内とすれば、ゴム組成物の引張強度を十分に向上させることができ、体積抵抗率を十分に低下させることができる。
なお、本発明において、「繊維状炭素ナノ構造体の平均直径」は、透過型電子顕微鏡(TEM)画像上で、例えば、20本の繊維状炭素ナノ構造体について直径(外径)を測定し、個数平均値を算出することで求めることができる。
The average diameter of the fibrous carbon nanostructures is preferably 1 nm or more, preferably 60 nm or less, more preferably 30 nm or less, and even more preferably 10 nm or less. When the average diameter of the fibrous carbon nanostructures is 1 nm or more, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructures can be enhanced and the tensile strength of the rubber composition can be improved. Further, when the average diameter of the fibrous carbon nanostructures is 60 nm or less, conductivity can be efficiently imparted to the rubber composition even with a small blending amount. Therefore, if the average diameter of the fibrous carbon nanostructures is within the above range, the tensile strength of the rubber composition can be sufficiently improved and the volume resistivity can be sufficiently reduced.
In the present invention, the "average diameter of fibrous carbon nanostructures" is determined by measuring the diameter (outer diameter) of, for example, 20 fibrous carbon nanostructures on a transmission electron microscope (TEM) image. , It can be obtained by calculating the number average value.

また、繊維状炭素ナノ構造体としては、平均直径(Av)に対する、直径の標準偏差(σ:標本標準偏差)に3を乗じた値(3σ)の比(3σ/Av)が0.20超0.60未満の繊維状炭素ナノ構造体を用いることが好ましく、3σ/Avが0.25超の繊維状炭素ナノ構造体を用いることがより好ましく、3σ/Avが0.40超の繊維状炭素ナノ構造体を用いることが更に好ましい。3σ/Avが0.20超0.60未満の繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、製造されるゴム組成物の性能を更に向上させることができる。
なお、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径(Av)および標準偏差(σ)は、繊維状炭素ナノ構造体の製造方法や製造条件を変更することにより調整してもよいし、異なる製法で得られた繊維状炭素ナノ構造体を複数種類組み合わせることにより調整してもよい。
Further, as the fibrous carbon nanostructure, the ratio (3σ / Av) of the value (3σ) obtained by multiplying the standard deviation (σ: sample standard deviation) of the diameter by 3 with respect to the average diameter (Av) is more than 0.20. It is preferable to use a fibrous carbon nanostructure of less than 0.60, more preferably a fibrous carbon nanostructure having a 3σ / Av of more than 0.25, and a fibrous having a 3σ / Av of more than 0.40. It is more preferred to use carbon nanostructures. By using a fibrous carbon nanostructure having a 3σ / Av of more than 0.20 and less than 0.60, the performance of the produced rubber composition can be further improved.
The average diameter (Av) and standard deviation (σ) of the fibrous carbon nanostructures may be adjusted by changing the manufacturing method and manufacturing conditions of the fibrous carbon nanostructures, or may be obtained by different manufacturing methods. It may be adjusted by combining a plurality of types of the obtained fibrous carbon nanostructures.

そして、繊維状炭素ナノ構造体としては、前述のようにして測定した直径を横軸に、その頻度を縦軸に取ってプロットし、ガウシアンで近似した際に、正規分布を取るものが通常使用される。 As the fibrous carbon nanostructures, those measured as described above are usually plotted with the diameter measured on the horizontal axis and the frequency on the vertical axis, and when approximated by Gaussian, a normal distribution is usually used. Will be done.

また、繊維状炭素ナノ構造体は、平均長さが、10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、80μm以上であることがさらに好ましく、600μm以下であることが好ましく、550μm以下であることがより好ましく、500μm以下であることがさらに好ましい。平均長さが10μm以上であれば、少ない配合量でゴム組成物の引張強度を向上させることができる。そして、平均長さが600μm以下であれば、ゴム組成物中において分散性を高めることができる。
なお、本発明において、「繊維状炭素ナノ構造体」の平均長さは、走査型電子顕微鏡(SEM)画像上で、例えば、20本の繊維状炭素ナノ構造体について長さを測定し、個数平均値を算出することで求めることができる。
Further, the fibrous carbon nanostructure preferably has an average length of 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, further preferably 80 μm or more, preferably 600 μm or less, and preferably 550 μm. It is more preferably 5 μm or less, and further preferably 500 μm or less. When the average length is 10 μm or more, the tensile strength of the rubber composition can be improved with a small blending amount. When the average length is 600 μm or less, the dispersibility in the rubber composition can be enhanced.
In the present invention, the average length of the "fibrous carbon nanostructures" is determined by measuring the length of, for example, 20 fibrous carbon nanostructures on a scanning electron microscope (SEM) image. It can be obtained by calculating the average value.

更に、繊維状炭素ナノ構造体は、通常、アスペクト比が10超である。なお、繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて、無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体100本の直径および長さを測定し、直径と長さとの比(長さ/直径)の平均値を算出することにより求めることができる。 In addition, fibrous carbon nanostructures typically have an aspect ratio greater than 10. The aspect ratio of the fibrous carbon nanostructures was determined by measuring the diameter and length of 100 randomly selected fibrous carbon nanostructures using a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. It can be obtained by calculating the average value of the ratio (length / diameter) to the length.

また、繊維状炭素ナノ構造体は、BET比表面積が、200m2/g以上であることが好ましく、400m2/g以上であることがより好ましく、600m2/g以上であることがさらに好ましく、2000m2/g以下であることが好ましく、1800m2/g以下であることがより好ましく、1600m2/g以下であることがさらに好ましい。繊維状炭素ナノ構造体のBET比表面積が200m2/g以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高め、少ない配合量でゴム組成物の引張強度を高めることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体のBET比表面積が2000m2/g以下であれば、ゴム組成物の導電性を安定化させることができる。
なお、本発明において、「BET比表面積」とは、BET法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。
Further, the fibrous carbon nanostructure preferably has a BET specific surface area of 200 m 2 / g or more, more preferably 400 m 2 / g or more, and further preferably 600 m 2 / g or more. It is preferably 2000 m 2 / g or less, more preferably 1800 m 2 / g or less, and even more preferably 1600 m 2 / g or less. When the BET specific surface area of the fibrous carbon nanostructure is 200 m 2 / g or more, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructure can be enhanced, and the tensile strength of the rubber composition can be increased with a small blending amount. Further, when the BET specific surface area of the fibrous carbon nanostructure is 2000 m 2 / g or less, the conductivity of the rubber composition can be stabilized.
In the present invention, the "BET specific surface area" refers to the nitrogen adsorption specific surface area measured by using the BET method.

また、繊維状炭素ナノ構造体は、吸着等温線から得られるt−プロットが上に凸な形状を示すことが好ましい。なお、「t−プロット」は、窒素ガス吸着法により測定された繊維状炭素ナノ構造体の吸着等温線において、相対圧を窒素ガス吸着層の平均厚みt(nm)に変換することにより得ることができる。すなわち、窒素ガス吸着層の平均厚みtを相対圧P/P0に対してプロットした、既知の標準等温線から、相対圧に対応する窒素ガス吸着層の平均厚みtを求めて上記変換を行うことにより、繊維状炭素ナノ構造体のt−プロットが得られる(de Boerらによるt−プロット法)。 Further, it is preferable that the fibrous carbon nanostructure has an upwardly convex shape in the t-plot obtained from the adsorption isotherm. The "t-plot" is obtained by converting the relative pressure into the average thickness t (nm) of the nitrogen gas adsorption layer in the adsorption isotherm of the fibrous carbon nanostructure measured by the nitrogen gas adsorption method. Can be done. That is, the above conversion is performed by obtaining the average thickness t of the nitrogen gas adsorption layer corresponding to the relative pressure from a known standard isotherm obtained by plotting the average thickness t of the nitrogen gas adsorption layer with respect to the relative pressure P / P0. Provides a t-plot of fibrous carbon nanostructures (t-plot method by de Boer et al.).

ここで、表面に細孔を有する物質では、窒素ガス吸着層の成長は、次の(1)〜(3)の過程に分類される。そして、下記の(1)〜(3)の過程によって、t−プロットの傾きに変化が生じる。
(1)全表面への窒素分子の単分子吸着層形成過程
(2)多分子吸着層形成とそれに伴う細孔内での毛管凝縮充填過程
(3)細孔が窒素によって満たされた見かけ上の非多孔性表面への多分子吸着層形成過程
Here, in a substance having pores on the surface, the growth of the nitrogen gas adsorption layer is classified into the following processes (1) to (3). Then, the slope of the t-plot changes due to the following processes (1) to (3).
(1) Single-molecule adsorption layer formation process of nitrogen molecules on the entire surface (2) Multi-molecule adsorption layer formation and the accompanying condensing and filling process of capillary tubes in the pores (3) Apparently the pores are filled with nitrogen Process of forming a multi-molecule adsorption layer on a non-porous surface

そして、上に凸な形状を示すt−プロットは、窒素ガス吸着層の平均厚みtが小さい領域では、原点を通る直線上にプロットが位置するのに対し、tが大きくなると、プロットが当該直線から下にずれた位置となる。かかるt−プロットの形状を有する繊維状炭素ナノ構造体は、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積に対する内部比表面積の割合が大きく、繊維状炭素ナノ構造体を構成する炭素ナノ構造体に多数の開口が形成されていることを示している。 In the t-plot showing an upwardly convex shape, the plot is located on a straight line passing through the origin in a region where the average thickness t of the nitrogen gas adsorption layer is small, whereas when t is large, the plot is in the straight line. The position is shifted downward from. The fibrous carbon nanostructures having such a t-plot shape have a large ratio of the internal specific surface area to the total specific surface area of the fibrous carbon nanostructures, and are abundant in the carbon nanostructures constituting the fibrous carbon nanostructures. It shows that the opening of is formed.

なお、繊維状炭素ナノ構造体のt−プロットの屈曲点は、0.2≦t(nm)≦1.5を満たす範囲にあることが好ましく、0.45≦t(nm)≦1.5の範囲にあることがより好ましく、0.55≦t(nm)≦1.0の範囲にあることが更に好ましい。繊維状炭素ナノ構造体のt−プロットの屈曲点がかかる範囲内にあれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高め、少ない配合量でゴム組成物の引張強度を高めることができる。具体的には、屈曲点の値が0.2未満であれば、繊維状炭素ナノ構造体が凝集し易く分散性が低下し、屈曲点の値が1.5超であれば繊維状炭素ナノ構造体同士が絡み合いやすくなり分散性が低下する虞がある。
なお、「屈曲点の位置」は、前述した(1)の過程の近似直線Aと、前述した(3)の過程の近似直線Bとの交点である。
The bending point of the t-plot of the fibrous carbon nanostructure is preferably in the range satisfying 0.2 ≦ t (nm) ≦ 1.5, and 0.45 ≦ t (nm) ≦ 1.5. It is more preferable that it is in the range of 0.55 ≦ t (nm) ≦ 1.0. When the bending point of the t-plot of the fibrous carbon nanostructure is within such a range, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructure can be enhanced, and the tensile strength of the rubber composition can be increased with a small blending amount. Specifically, if the value of the bending point is less than 0.2, the fibrous carbon nanostructures are likely to aggregate and the dispersibility is lowered, and if the value of the bending point is more than 1.5, the fibrous carbon nanostructures are likely to aggregate. There is a risk that the structures will be easily entangled with each other and the dispersibility will be reduced.
The "position of the bending point" is the intersection of the approximate straight line A in the process (1) described above and the approximate straight line B in the process (3) described above.

更に、繊維状炭素ナノ構造体は、t−プロットから得られる全比表面積S1に対する内部比表面積S2の比(S2/S1)が0.05以上0.30以下であるのが好ましい。繊維状炭素ナノ構造体のS2/S1の値がかかる範囲内であれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高め、少ない配合量でゴム組成物の引張強度を高めることができる。
ここで、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積S1および内部比表面積S2は、そのt−プロットから求めることができる。具体的には、まず、(1)の過程の近似直線の傾きから全比表面積S1を、(3)の過程の近似直線の傾きから外部比表面積S3を、それぞれ求めることができる。そして、全比表面積S1から外部比表面積S3を差し引くことにより、内部比表面積S2を算出することができる。
Further, in the fibrous carbon nanostructure, the ratio (S2 / S1) of the internal specific surface area S2 to the total specific surface area S1 obtained from the t-plot is preferably 0.05 or more and 0.30 or less. When the value of S2 / S1 of the fibrous carbon nanostructure is within such a range, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructure can be enhanced, and the tensile strength of the rubber composition can be increased with a small blending amount.
Here, the total specific surface area S1 and the internal specific surface area S2 of the fibrous carbon nanostructure can be obtained from the t-plot. Specifically, first, the total specific surface area S1 can be obtained from the slope of the approximate straight line in the process (1), and the external specific surface area S3 can be obtained from the slope of the approximate straight line in the process (3). Then, the internal specific surface area S2 can be calculated by subtracting the external specific surface area S3 from the total specific surface area S1.

因みに、繊維状炭素ナノ構造体の吸着等温線の測定、t−プロットの作成、および、t−プロットの解析に基づく全比表面積S1と内部比表面積S2との算出は、例えば、市販の測定装置である「BELSORP(登録商標)−mini」(日本ベル(株)製)を用いて行うことができる。 Incidentally, the measurement of the adsorption isotherm of the fibrous carbon nanostructure, the creation of the t-plot, and the calculation of the total specific surface area S1 and the internal specific surface area S2 based on the analysis of the t-plot can be performed by, for example, a commercially available measuring device. "BELSORP (registered trademark) -mini" (manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) can be used.

更に、繊維状炭素ナノ構造体として好適なCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、ラマン分光法を用いて評価した際に、Radial Breathing Mode(RBM)のピークを有することが好ましい。なお、三層以上の多層カーボンナノチューブのみからなる繊維状炭素ナノ構造体のラマンスペクトルには、RBMが存在しない。 Further, the fibrous carbon nanostructures containing CNTs, which are suitable as fibrous carbon nanostructures, preferably have a Radial Breathing Mode (RBM) peak when evaluated using Raman spectroscopy. RBM does not exist in the Raman spectrum of the fibrous carbon nanostructure composed of only three or more layers of multi-walled carbon nanotubes.

また、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、ラマンスペクトルにおけるDバンドピーク強度に対するGバンドピーク強度の比(G/D比)が0.5以上5.0以下であることが好ましい。G/D比が0.5以上5.0以下であれば、製造されるゴム組成物の性能を更に向上させることができる。 Further, in the fibrous carbon nanostructure containing CNT, the ratio (G / D ratio) of the G band peak intensity to the D band peak intensity in the Raman spectrum is preferably 0.5 or more and 5.0 or less. When the G / D ratio is 0.5 or more and 5.0 or less, the performance of the produced rubber composition can be further improved.

なお、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、特に限定されることなく、アーク放電法、レーザーアブレーション法、化学的気相成長法(CVD法)などの既知のCNTの合成方法を用いて製造することができる。具体的には、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に原料化合物およびキャリアガスを供給し、化学的気相成長法(CVD法)によりCNTを合成する際に、系内に微量の酸化剤(触媒賦活物質)を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法(スーパーグロース法;国際公開第2006/011655号参照)に準じて、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「SGCNT」と称することがある。
そして、スーパーグロース法により製造された繊維状炭素ナノ構造体は、SGCNTのみから構成されていてもよいし、SGCNTに加え、例えば、非円筒形状の炭素ナノ構造体等の他の炭素ナノ構造体を含んでいてもよい。
The fibrous carbon nanostructure containing CNT is not particularly limited, and is produced by using a known CNT synthesis method such as an arc discharge method, a laser ablation method, or a chemical vapor deposition method (CVD method). can do. Specifically, in the fibrous carbon nanostructure containing CNT, for example, a raw material compound and a carrier gas are supplied on a substrate having a catalyst layer for producing carbon nanotubes on the surface, and a chemical vapor phase growth method (CVD) is performed. When CNTs are synthesized by the method), the catalytic activity of the catalyst layer is dramatically improved by the presence of a trace amount of oxidizing agent (catalyst activator) in the system (Super Growth Method; International Publication No. 2006). / 011655), it can be manufactured efficiently. In the following, the carbon nanotubes obtained by the super growth method may be referred to as "SGCNT".
The fibrous carbon nanostructures produced by the super growth method may be composed of only SGCNTs, or in addition to SGCNTs, for example, other carbon nanostructures such as non-cylindrical carbon nanostructures. May include.

そして、混合液中に配合する繊維状炭素ナノ構造体の量は、前述したゴム粒子100質量部当たり、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1.0質量部以上であることが更に好ましく、3.0質量部以上であることがより更に好ましく、4.0質量部以上であることがより更に好ましく、20質量部以下であることが好ましく、15質量部以下であることがより好ましく、10質量部以下であることが更に好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の量が上記下限値以上であれば、ゴム組成物の引張強度を十分に向上させることができると共に体積抵抗率を十分に低減することができる。また、繊維状炭素ナノ構造体の量が上記上限値以下であれば、ゴム組成物中の繊維状炭素ナノ構造体の分散性が低下してゴム組成物の性能にムラが生じるのを抑制することができる。従って、繊維状炭素ナノ構造体の量を上記範囲内とすれば、高い引張強度および低い体積抵抗率を有するゴム組成物を得ることができる。 The amount of the fibrous carbon nanostructure to be blended in the mixed solution is preferably 0.1 part by mass or more, and more preferably 0.5 part by mass or more, per 100 parts by mass of the rubber particles described above. It is preferably 1.0 part by mass or more, more preferably 3.0 part by mass or more, further preferably 4.0 part by mass or more, and 20 parts by mass or less. Is more preferable, and it is more preferably 15 parts by mass or less, and further preferably 10 parts by mass or less. When the amount of the fibrous carbon nanostructures is at least the above lower limit value, the tensile strength of the rubber composition can be sufficiently improved and the volume resistivity can be sufficiently reduced. Further, when the amount of the fibrous carbon nanostructures is equal to or less than the above upper limit value, the dispersibility of the fibrous carbon nanostructures in the rubber composition is lowered and unevenness in the performance of the rubber composition is suppressed. be able to. Therefore, if the amount of the fibrous carbon nanostructures is within the above range, a rubber composition having high tensile strength and low volume resistivity can be obtained.

[貧溶媒]
本発明の製造方法では、分散媒として、ゴム粒子を溶解しないが、ゴム粒子および繊維状炭素ナノ構造体を分散可能な、ゴム粒子の貧溶媒を用いる。
ここで、ゴム粒子の貧溶媒とは、5倍質量以上の該貧溶媒中に、上述する平均粒径を有する該ゴム粒子を浸漬し、72時間後に40メッシュの網でろ過した場合に、該網上に残存する不溶分が80質量%以上である溶媒を指す。
分散媒としてゴム粒子の貧溶媒を用いることにより、混合液中で大部分のゴム粒子が溶解せずに残存し、分散処理の際に繊維状炭素ナノ構造体のバンドルをほぐしながらゴム粒子自体も粉砕されることにより、繊維状炭素ナノ構造体を良好に分散させることができる。
[Poor solvent]
In the production method of the present invention, a poor solvent for rubber particles is used as the dispersion medium, which does not dissolve the rubber particles but can disperse the rubber particles and the fibrous carbon nanostructures.
Here, the poor solvent of the rubber particles means that the rubber particles having the above-mentioned average particle size are immersed in the poor solvent having a mass of 5 times or more, and after 72 hours, the rubber particles are filtered through a 40-mesh net. It refers to a solvent in which the insoluble content remaining on the net is 80% by mass or more.
By using a poor solvent for rubber particles as the dispersion medium, most of the rubber particles remain undissolved in the mixed solution, and the rubber particles themselves are also loosened during the dispersion treatment while loosening the bundle of fibrous carbon nanostructures. By being pulverized, the fibrous carbon nanostructures can be satisfactorily dispersed.

そして、貧溶媒としては、ゴム粒子を構成するゴムとのハンセン溶解度パラメーター距離Ra1と、繊維状炭素ナノ構造体とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra2との差(Ra1−Ra2)の絶対値が4以下となる貧溶媒を用いる。
なお、上述した差(Ra1−Ra2)の絶対値は、0.5以上3.5以下であることが好ましい。
As the poor solvent, the absolute value of the difference (Ra1-Ra2) between the Hansen solubility parameter distance Ra1 with the rubber constituting the rubber particles and the Hansen solubility parameter distance Ra2 with the fibrous carbon nanostructure is 4 or less. Use a poor solvent.
The absolute value of the above-mentioned difference (Ra1-Ra2) is preferably 0.5 or more and 3.5 or less.

ここで、ゴムと貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra1は、7.5以上であることが好ましく、8.0以上であることがより好ましく、20.0以下であることが好ましく、17.5以下であることがより好ましい。Ra1が上記範囲内であれば、ゴム組成物中で繊維状炭素ナノ構造体を更に良好に分散させることができる。
なお、「ゴムと貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra1」は、下記式(1)を用いて算出することができる。
Ra1={4×(δd1−δd22+(δp1−δp22+(δh1−δh221/2・・・(1)
δd1:ゴムの分散項
δd2:貧溶媒の分散項
δp1:ゴムの極性項
δp2:貧溶媒の極性項
δh1:ゴムの水素結合項
δh2:貧溶媒の水素結合項
Here, the Hansen solubility parameter distance Ra1 between the rubber and the poor solvent is preferably 7.5 or more, more preferably 8.0 or more, preferably 20.0 or less, and 17.5. The following is more preferable. When Ra1 is within the above range, the fibrous carbon nanostructures can be more well dispersed in the rubber composition.
The "Hansen solubility parameter distance Ra1 between rubber and poor solvent" can be calculated using the following formula (1).
Ra1 = {4 × (δ d1- δ d2 ) 2 + (δ p1- δ p2 ) 2 + (δ h1- δ h2 ) 2 } 1/2 ... (1)
δ d1 : Rubber dispersion term δ d2 : Poor solvent dispersion term δ p1 : Rubber polarity term δ p2 : Poor solvent polarity term δ h1 : Rubber hydrogen bond term δ h2 : Poor solvent hydrogen bond term

また、繊維状炭素ナノ構造体と貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra2は、8.0以上であることが好ましく、9.0以上であることがより好ましく、15.0以下であることが好ましく、14.0以下であることがより好ましい。Ra2が上記範囲内であれば、繊維状炭素ナノ構造体のバンドル構造体を良好に解繊し、ゴム組成物中で繊維状炭素ナノ構造体を更に良好に分散させることができる。
なお、「繊維状炭素ナノ構造体と貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra2」は、下記式(2)を用いて算出することができる。
Ra2={4×(δd3−δd22+(δp3−δp22+(δh3−δh221/2・・・(2)
δd2:貧溶媒の分散項
δd3:繊維状炭素ナノ構造体の分散項
δp2:貧溶媒の極性項
δp3:繊維状炭素ナノ構造体の極性項
δh2:貧溶媒の水素結合項
δh3:繊維状炭素ナノ構造体の水素結合項
The Hansen solubility parameter distance Ra2 between the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent is preferably 8.0 or more, more preferably 9.0 or more, and preferably 15.0 or less. , 14.0 or less is more preferable. When Ra2 is within the above range, the bundle structure of the fibrous carbon nanostructures can be defibrated satisfactorily, and the fibrous carbon nanostructures can be more satisfactorily dispersed in the rubber composition.
The "Hansen solubility parameter distance Ra2 between the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent" can be calculated using the following formula (2).
Ra2 = {4 × (δ d3 − δ d2 ) 2 + (δ p3 − δ p2 ) 2 + (δ h3 − δ h2 ) 2 } 1/2 ... (2)
δ d2 : Dispersion term of poor solvent δ d3 : Dispersion term of fibrous carbon nanostructures δ p2 : Polarity term of poor solvent δ p3 : Polarity term of fibrous carbon nanostructures δ h2 : Hydrogen bond term of poor solvent δ h3 : Hydrogen bond term of fibrous carbon nanostructure

なお、ハンセン溶解度パラメーターの定義および計算方法は、下記の文献に記載されている。Charles M. Hansen著、「Hansen Solubility Parameters: A Users Handbook」、CRCプレス、2007年。 The definition and calculation method of the Hansen solubility parameter are described in the following documents. Charles M. Hansen, "Hansen Solubility Parameters: A Users Handbook", CRC Press, 2007.

また、ハンセン溶解度パラメーターの文献値が未知の物質については、コンピュータソフトウェア(Hansen Solubility Parameters in Practice(HSPiP))を用いることによって、その化学構造から簡便にハンセン溶解度パラメータを推算することができる。
具体的には、例えば、HSPiPバージョン3を用い、データベースに登録されている貧溶媒についてはその値を用い、登録されていない貧溶媒については推算値を用いればよい。
Further, for a substance whose document value of the Hansen solubility parameter is unknown, the Hansen solubility parameter can be easily estimated from the chemical structure by using computer software (Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP)).
Specifically, for example, HSPiP version 3 may be used, the value may be used for the poor solvent registered in the database, and the estimated value may be used for the poor solvent not registered.

ここで、ゴム粒子のゴム種として四フッ化エチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル系ゴム(FFKM)を用いた場合には、貧溶媒として、シクロヘキサンや、水、アルコール類(イソプロピルアルコール、メタノール等)、ケトン類(メチルエチルケトン、アセトン等)等を用いることができる。また、ゴム粒子のゴム種としてフッ化ビニリデン系ゴム(FKM)を用いた場合には、貧溶媒として、シクロヘキサンや、水等を用いることができる。 Here, when ethylene tetrafluoride-perfluoromethyl vinyl ether-based rubber (FFKM) is used as the rubber type of the rubber particles, cyclohexane, water, alcohols (isopropyl alcohol, methanol, etc.) and ketones are used as the poor solvent. Classes (methyl ethyl ketone, acetone, etc.) and the like can be used. When vinylidene fluoride rubber (FKM) is used as the rubber type of the rubber particles, cyclohexane, water, or the like can be used as the poor solvent.

混合液中のゴム粒子および繊維状炭素ナノ構造体の合計濃度は、混合液(100質量%)中、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが更に好ましく、30質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましい。ゴム粒子および繊維状炭素ナノ構造体の合計濃度が上記下限値以上であれば、分散処理を施した際に繊維状炭素ナノ構造体を良好に分散させることができる。また、ゴム粒子および繊維状炭素ナノ構造体の合計濃度が上記上限値以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体を良好に分散させることができる。 The total concentration of the rubber particles and the fibrous carbon nanostructures in the mixture is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and 5% by mass in the mixture (100% by mass). % Or more, more preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less. When the total concentration of the rubber particles and the fibrous carbon nanostructures is at least the above lower limit value, the fibrous carbon nanostructures can be satisfactorily dispersed when the dispersion treatment is performed. Further, when the total concentration of the rubber particles and the fibrous carbon nanostructures is not more than the above upper limit value, the fibrous carbon nanostructures can be satisfactorily dispersed.

[添加剤]
混合液中に任意に配合し得る添加剤としては、特に限定されることなく、分散剤などの既知の添加剤が挙げられる。
ここで、分散剤としては、繊維状炭素ナノ構造体の分散を補助し得る既知の分散剤を用いることができる。具体的には、分散剤としては、例えば界面活性剤、多糖類、π共役系高分子およびエチレン鎖を主鎖とする高分子などが挙げられる。中でも界面活性剤がより好ましい。
[Additive]
Examples of the additive that can be arbitrarily blended in the mixed solution include, without particular limitation, a known additive such as a dispersant.
Here, as the dispersant, a known dispersant that can assist the dispersion of the fibrous carbon nanostructures can be used. Specifically, examples of the dispersant include surfactants, polysaccharides, π-conjugated polymers, and polymers having an ethylene chain as a main chain. Of these, surfactants are more preferred.

なお、ゴム組成物の性能が低下するのを抑制する観点からは、添加剤の配合量は、ゴム粒子100質量部当たり、1質量部以下であることが好ましく、0質量部である(即ち、混合液および分散液は添加剤を含まない)ことがより好ましい。 From the viewpoint of suppressing deterioration of the performance of the rubber composition, the blending amount of the additive is preferably 1 part by mass or less per 100 parts by mass of the rubber particles, and is 0 parts by mass (that is,). It is more preferable that the mixed solution and the dispersion liquid do not contain additives).

[混合方法]
そして、上述したゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、該ゴム粒子の貧溶媒と、任意の添加剤とを混合する方法としては、特に限定されることなく、既知の混合方法を用いることができる。中でも、繊維状炭素ナノ構造体に損傷が発生するのを抑制する観点からは、上述した成分の混合は、撹拌機を用いて無加圧下で行うことが好ましい。
[Mixing method]
The method for mixing the above-mentioned rubber particles, the fibrous carbon nanostructures, the poor solvent for the rubber particles, and any additive is not particularly limited, and a known mixing method is used. Can be done. Above all, from the viewpoint of suppressing the occurrence of damage to the fibrous carbon nanostructures, it is preferable to mix the above-mentioned components using a stirrer under no pressure.

なお、上述した成分を混合する順番は、特に限定されることはなく、全成分を一括で混合してもよいし、一部の成分を混合した後に残部の成分を添加して更に混合してもよい。中でも、簡便な操作で混合液を調製する観点からは、全成分を一括で混合することが好ましい。 The order in which the above-mentioned components are mixed is not particularly limited, and all the components may be mixed at once, or a part of the components may be mixed and then the remaining components may be added and further mixed. May be good. Above all, from the viewpoint of preparing a mixed solution by a simple operation, it is preferable to mix all the components at once.

<分散工程>
分散工程では、上記混合工程で得た混合液を分散機に供給し、混合液に分散処理を施して分散液を得る。
<Dispersion process>
In the dispersion step, the mixture obtained in the above mixing step is supplied to the disperser, and the mixture is subjected to a dispersion treatment to obtain a dispersion.

[分散機]
ここで、分散機としては、特に限定されることなく、回転式分散機、メディア撹拌型分散機などを用いることができる。
回転式分散機は、回転する回転体近傍に生じるせん断力、衝突力、キャビテーションにより、処理対象を微細化するものである。回転式分散機としては例えば、回転式ホモジナイザー等のホモジナイザー(例えば、エム・テクニック社のクレアミックス)、インライン・ローター・ステーター式ミキサー(例えば、太平洋機工社のキャビトロン、シャープフローミル、マツボー社のマイルダー、プライミクス社のフィルミックス)等のインラインミキサーなどの、分散メディアを使用せずに分散処理をすることが可能なメディアレス分散機が挙げられる。
メディア撹拌型分散機は、ミル内に充填したメディアを撹拌等により流動させて処理対象の分散を行う。分散処理時の分散度合いは、メディアの粒径や充填率、メディアミルの撹拌周速、供給速度等によって調整することができる。メディア撹拌型分散機としては、ビーズミル、ボールミル、サンドミル等が挙げられ、例えば、淺田鉄工社のナノミル、アシザワ・ファインテック社のスターミル、シンマルエンタープライゼス社のダイノーミル、アイメックス社のビスコミル、日本コークス工業社のアトライタ等が挙げられる。
中でも、ゴム組成物の引張強度を更に向上させると共に、体積抵抗率を更に低下させる観点からは、分散機としては、メディアを用いるものが好ましく、ビーズミルがより好ましい。
[Disperser]
Here, the disperser is not particularly limited, and a rotary disperser, a media stirring type disperser, or the like can be used.
The rotary disperser miniaturizes the processing target by the shearing force, the collision force, and the cavitation generated in the vicinity of the rotating rotating body. Examples of the rotary disperser include a homogenizer such as a rotary homogenizer (for example, M-Technique's Claremix), an in-line rotor / stator type mixer (for example, Pacific Kiko's Cavitron, Sharp Flow Mill, and Matsubo's Milder). , Primix Corporation's fill mix) and other medialess dispersers that can perform distributed processing without using distributed media.
In the media stirring type disperser, the media filled in the mill is made to flow by stirring or the like to disperse the processing target. The degree of dispersion during the dispersion treatment can be adjusted by adjusting the particle size and filling rate of the media, the stirring peripheral speed of the media mill, the supply speed, and the like. Examples of the media stirring type disperser include bead mills, ball mills, sand mills, etc., for example, Nanomill of Asada Iron Works, Star Mill of Ashizawa Finetech, Dyno Mill of Simmal Enterprises, Visco Mill of Imex, Nippon Coke Industries. The company's attritor etc. can be mentioned.
Above all, from the viewpoint of further improving the tensile strength of the rubber composition and further reducing the volume resistivity, the disperser preferably uses a medium, and more preferably a bead mill.

[分散液]
そして、上述した分散工程で得られる分散液は、前述した所定のゴム粒子に由来するゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、該ゴム粒子の貧溶媒と、任意の添加剤とを含有する。
分散液中に含まれる各成分の割合は、通常、混合液中に含まれていた各成分の割合と同じである。
なお、上述したゴム粒子は、分散機による分散処理で粉砕されて、分散液中では更に小さい平均粒径のゴム粒子として存在し得る。
[Dispersion]
The dispersion obtained in the above-mentioned dispersion step contains rubber particles derived from the above-mentioned predetermined rubber particles, fibrous carbon nanostructures, a poor solvent for the rubber particles, and an arbitrary additive. ..
The ratio of each component contained in the dispersion liquid is usually the same as the ratio of each component contained in the mixed liquid.
The rubber particles described above may be crushed by a dispersion treatment by a disperser and may exist as rubber particles having a smaller average particle size in the dispersion liquid.

<分散媒除去工程>
分散媒除去工程では、上記分散工程で得られた分散液から、分散媒として用いた貧溶媒を除去して、ゴム組成物を得る。
<Dispersion medium removal process>
In the dispersion medium removing step, the poor solvent used as the dispersion medium is removed from the dispersion liquid obtained in the above dispersion step to obtain a rubber composition.

ここで、分散液から貧溶媒を除去する方法としては、特に限定されることなく、乾燥やろ過などの既知の方法を用いることができる。中でも、ゴム粒子の貧溶媒を除去する方法としては、ろ過と乾燥を組み合わせることが好ましい。ろ過としては、自然ろ過、減圧ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過など公知のろ過方法を用いればよい。乾燥としては、真空乾燥、不活性ガスの流通による乾燥、スプレードライヤーを用いた乾燥およびCDドライヤーを用いた乾燥が好ましく、真空乾燥、スプレードライヤーを用いた乾燥およびCDドライヤーを用いた乾燥がより好ましい。 Here, the method for removing the poor solvent from the dispersion liquid is not particularly limited, and a known method such as drying or filtration can be used. Above all, as a method for removing the poor solvent of the rubber particles, it is preferable to combine filtration and drying. As the filtration, a known filtration method such as natural filtration, vacuum filtration, pressure filtration, and centrifugal filtration may be used. As the drying, vacuum drying, drying by flowing an inert gas, drying using a spray dryer and drying using a CD dryer are preferable, and vacuum drying, drying using a spray dryer and drying using a CD dryer are more preferable. ..

上述のようにして得られたゴム組成物は、そのままゴム材料や複合材料としてもよいし、粉砕や薄片化などの任意の方法で造粒してもよい。
また、得られたゴム組成物に、任意のゴム用配合剤、例えば、架橋剤、共架橋剤、補強材、酸化防止剤、有機過酸化物などを更に含有させて混練し、成形加工および架橋を行って所望の成形体を得ることもできる。混練、成形加工および架橋は、公知の方法および装置を用いて行うことができる。
The rubber composition obtained as described above may be used as it is as a rubber material or a composite material, or may be granulated by an arbitrary method such as pulverization or flaking.
Further, the obtained rubber composition is further mixed with an arbitrary compounding agent for rubber, for example, a cross-linking agent, a co-cross-linking agent, a reinforcing material, an antioxidant, an organic peroxide, etc., and kneaded, and molded and cross-linked. Can also be performed to obtain a desired molded product. Kneading, molding and cross-linking can be performed using known methods and equipment.

本発明のゴム組成物の製造方法によって得られる、ゴムと繊維状炭素ナノ構造体とを含むゴム組成物は、繊維状炭素ナノ構造体が良好に分散しているため、成形加工および架橋を行うことにより、引張強度に優れ、且つ、体積抵抗率の低い成形体を得ることができる。 The rubber composition containing the rubber and the fibrous carbon nanostructures obtained by the method for producing the rubber composition of the present invention is subjected to molding processing and cross-linking because the fibrous carbon nanostructures are well dispersed. As a result, it is possible to obtain a molded product having excellent tensile strength and low volume resistance.

以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例において、ゴムの損失弾性率G’’、ゴム粒子の平均粒径、並びに、ゴム組成物の引張強度および体積抵抗率は、以下の方法を使用して測定または評価した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
In Examples and Comparative Examples, the elastic modulus G'' of rubber, the average particle size of rubber particles, and the tensile strength and volumetric modulus of the rubber composition were measured or evaluated using the following methods. ..

<損失弾性率G’'>
アルファテクノロジーズ社製のラバープロセスアナライザ(型式:RPA2000)を用いて、70℃、1Hz、歪み0.5%で動的粘弾性を測定し、損失弾性率G’’を求めた。
損失弾性率G’'は、ゴムの粘性を表し、値が小さい程、ゴム粒子同士が凝集し難く、粒子の安定性に優れることを示す。
<平均粒径>
得られたゴム粒子について、減圧吸引型ふるい分け機(ホソカワミクロン社製、製品名「エアジェットシーブe200LS」)を用い、粒度分布(個数基準)を測定した。そして、得られた粒度分布(個数基準)のメジアン径(D50)をゴム粒子の平均粒径とした。
<引張強度>
得られた架橋ゴムシートを、ダンベル試験片状(JIS 3号)に打ち抜き、試験片を作製した。作製した試験片について、引張試験機(東洋精機社製、ストログラフVG)を用い、JIS K6251:2010に準拠して、試験温度23℃、試験湿度50%、引張速度500±50mm/分の条件下で引張試験を行い、引張強度TS(試験片を切断するまで引っ張ったときに記録される最大の引張力を試験片の初期断面積で除した値)を測定した。値が大きい程、引張強度に優れることを示す。
<体積抵抗率>
抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、製品名「ロレスタ−GX MCP−T700」、プローブ:LSP)を用いて、得られた架橋ゴムシートの体積抵抗率を10点、測定箇所を変えて測定し、10点の測定値から平均値を求め、平均値をゴム組成物の体積抵抗率とした。体積抵抗率の値が小さい程、導電性に優れることを示す。
<Loss modulus G''>
Using a rubber process analyzer (model: RPA2000) manufactured by Alpha Technologies, dynamic viscoelasticity was measured at 70 ° C., 1 Hz, and a strain of 0.5% to determine the loss elastic modulus G''.
The loss elastic modulus G ″ represents the viscosity of the rubber, and the smaller the value, the more difficult it is for the rubber particles to aggregate with each other, indicating that the stability of the particles is excellent.
<Average particle size>
The particle size distribution (number basis) of the obtained rubber particles was measured using a vacuum suction type sieving machine (manufactured by Hosokawa Micron, product name "Air Jet Sheave e200LS"). Then, the median diameter (D50) of the obtained particle size distribution (number basis) was taken as the average particle size of the rubber particles.
<Tensile strength>
The obtained crosslinked rubber sheet was punched into a dumbbell test piece (JIS No. 3) to prepare a test piece. The prepared test piece was subjected to a tensile tester (Strograph VG manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) under the conditions of a test temperature of 23 ° C., a test humidity of 50%, and a tensile speed of 500 ± 50 mm / min in accordance with JIS K6251: 2010. A tensile test was performed below, and the tensile strength TS (the value obtained by dividing the maximum tensile force recorded when the test piece was pulled until it was cut by the initial cross-sectional area of the test piece) was measured. The larger the value, the better the tensile strength.
<Volume resistivity>
Using a resistivity meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., product name "Loresta-GX MCP-T700", probe: LSP), the volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet is measured at 10 points at different measurement points. Then, the average value was obtained from the measured values at 10 points, and the average value was taken as the volume resistivity of the rubber composition. The smaller the volume resistivity value, the better the conductivity.

(実施例1)
ゴムとしてのFFKM(旭硝子社製、「アフラスPM−1100」、ハンセン溶解度パラメーター(δd1=12.8、δp1=0.9、δh1=1.0))の塊を低温粉砕機(東邦冷熱社製、粉砕温度:−80℃、粉砕回数:3回)に投入して粉砕した後、150μmの篩を通過した粒子を得ることで、平均粒径0.07mmのFFKMの粒子を得た。
10LのSUS缶に、得られた平均粒径0.07mmのFFKM粒子を200g(100質量部)と、該FFKM粒子の貧溶媒としてのシクロヘキサン(ハンセン溶解度パラメーター(δd2=16.8、δp2=0、δh2=0.2))を4000gと、繊維状炭素ナノ構造体としての単層カーボンナノチューブ(日本ゼオン社製、製品名「ZEONANO SG101」、比重:1.7、平均直径:3.5nm、平均長さ:350μm、BET比表面積:1350m2/g、G/D比:3.5、t−プロット:上に凸、ハンセン溶解度パラメーター(δd3=19.4、δp3=6.0、δh3=4.5))8.0g(4質量部)とを投入した(混合工程)。そして、分散機としてのキャビトロン(太平洋機工社製、製品名「CD1000」、ロータ/ステータ:スリット型、スリット幅1mm)を用いて、温度20℃、回転数200Hzにて60分間分散処理を行い、FFKM粒子と、単層カーボンナノチューブとを含むスラリー状の分散液を得た(分散工程)。
次いで、得られた分散液を風乾させて、貧溶媒(シクロヘキサン)を除去した。その後、真空乾燥機(ヤマト科学社製)にて、温度80℃で12時間真空乾燥することで、FFKMと単層カーボンナノチューブとを複合した複合ゴム材料(ゴム組成物)を得た。
なお、FFKMとシクロヘキサンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R1は8.1、単層カーボンナノチューブとシクロヘキサンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R2は9.0、R1とR2の差の絶対値は0.9であった。
得られた複合ゴム材料(FFKM100質量部/単層CNT4質量部)104gを高温混練機であるラボプラストミル(東洋精機製作所社製、製品名「10C100」、容量:60ml、50rpm)を用いて、混練温度150℃で5分間、混練した後、共架橋剤であるトリアリルイソシアヌレート(日本化成社製、製品名「TAIC(登録商標)」)5g(5質量部)を添加し、混練温度150℃で5分間、更に混練した(予備混練工程)。
次いで、予備混練物(FFKM100質量部/単層CNT4質量部/TAIC5質量部)109質量部に、有機過酸化物として2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(日油社製、製品名「パーヘキサ25B40」)2.5質量部をロール混合し、一次加硫(170℃、20分)および二次加硫(200℃、4時間)処理を経て厚さ2mmの架橋ゴムシートを得た。
得られた架橋ゴムシートを用いて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 1)
A lump of FFKM as rubber (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., "Afras PM-1100", Hansen solubility parameter (δ d1 = 12.8, δ p1 = 0.9, δ h1 = 1.0)) is crushed at a low temperature (Toho). FFKM particles having an average particle size of 0.07 mm were obtained by throwing them into a crushing temperature: -80 ° C, crushing frequency: 3 times) and crushing them, and then passing them through a sieve of 150 μm. ..
In a 10 L SUS can, 200 g (100 parts by mass) of the obtained FFKM particles having an average particle size of 0.07 mm and cyclohexane as a poor solvent for the FFKM particles (Hansen solubility parameter (δ d2 = 16.8, δ p2)). = 0, δ h2 = 0.2)) and 4000 g of single-walled carbon nanotubes as fibrous carbon nanostructures (manufactured by Nippon Zeon Corporation, product name “ZEONANO SG101”, specific gravity: 1.7, average diameter: 3 .5 nm, average length: 350 μm, BET specific surface area: 1350 m 2 / g, G / D ratio: 3.5, t-plot: convex upward, Hansen solubility parameter (δ d3 = 19.4, δ p3 = 6) .0, δ h3 = 4.5)) 8.0 g (4 parts by mass) was charged (mixing step). Then, using a Cavitron (manufactured by Pacific Kiko Co., Ltd., product name "CD1000", rotor / stator: slit type, slit width 1 mm) as a disperser, dispersion processing is performed at a temperature of 20 ° C. and a rotation speed of 200 Hz for 60 minutes. A slurry-like dispersion liquid containing FFKM particles and single-walled carbon nanotubes was obtained (dispersion step).
Then, the obtained dispersion was air-dried to remove the poor solvent (cyclohexane). Then, it was vacuum-dried at a temperature of 80 ° C. for 12 hours in a vacuum dryer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) to obtain a composite rubber material (rubber composition) in which FFKM and single-walled carbon nanotubes were composited.
The distance R1 of the Hansen solubility parameter between FFKM and cyclohexane is 8.1, the distance R2 of the Hansen solubility parameter between single-walled carbon nanotubes and cyclohexane is 9.0, and the absolute value of the difference between R1 and R2 is 0.9. there were.
104 g of the obtained composite rubber material (FFKM 100 parts by mass / single layer CNT 4 parts by mass) was used as a high temperature kneader using a lab plast mill (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd., product name "10C100", capacity: 60 ml, 50 rpm). After kneading at a kneading temperature of 150 ° C. for 5 minutes, 5 g (5 parts by mass) of triallyl isocyanurate (manufactured by Nippon Kasei Co., Ltd., product name "TAIC (registered trademark)") is added, and the kneading temperature is 150. Further kneading was performed at ° C. for 5 minutes (preliminary kneading step).
Next, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane (2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane (as an organic peroxide) was added to 109 parts by mass of the pre-kneaded product (FFKM 100 parts by mass / single layer CNT 4 parts by mass / TAIC 5 parts by mass). (Manufactured by Nichiyu Co., Ltd., product name "Perhexa 25B40") 2.5 parts by mass are rolled and mixed, and after undergoing primary vulcanization (170 ° C., 20 minutes) and secondary vulcanization (200 ° C., 4 hours), the thickness is 2 mm. A crosslinked rubber sheet was obtained.
The tensile strength and volume resistivity were measured using the obtained crosslinked rubber sheet. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
貧溶媒としてシクロヘキサンに替えてイソプロピルアルコール(ハンセン溶解度パラメーター(δd2=15.8、δp2=6.1、δh2=16.4))を用いた以外は、実施例1と同様にして架橋ゴムシートを得た。なお、FFKMとイソプロピルアルコールとのハンセン溶解度パラメーターの距離R1は17.3、単層カーボンナノチューブとイソプロピルアルコールとのハンセン溶解度パラメーターの距離R2は13.9、R1とR2の差の絶対値は3.4であった。得られた架橋ゴムシートについて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 2)
Crosslinking was carried out in the same manner as in Example 1 except that isopropyl alcohol (Hansen solubility parameter (δ d2 = 15.8, δ p2 = 6.1, δ h2 = 16.4)) was used instead of cyclohexane as a poor solvent. Obtained a rubber sheet. The Hansen solubility parameter distance R1 between FFKM and isopropyl alcohol is 17.3, the Hansen solubility parameter distance R2 between single-walled carbon nanotubes and isopropyl alcohol is 13.9, and the absolute value of the difference between R1 and R2 is 3. It was 4. The tensile strength and volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
分散機としてキャビトロンに替えてビーズミル(淺田鉄工社製、商品名「ナノミル NM−G1.4L」、メディア:ジルコニアビーズ、分散メディアの平均直径:0.5mm、分散メディアの充填率:48%)を用いて、温度40℃で3パス分散処理を行った(分散処理の条件:周速12.5m/秒、吐出量:70g/分)以外は、実施例1と同様にして架橋ゴムシートを得た。得られた架橋ゴムシートについて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 3)
As a disperser, a bead mill (manufactured by Asada Iron Works, trade name "Nanomill NM-G1.4L", media: zirconia beads, average diameter of dispersed media: 0.5 mm, filling rate of dispersed media: 48%) was used instead of Cavitron. A crosslinked rubber sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the three-pass dispersion treatment was performed at a temperature of 40 ° C. (dispersion treatment conditions: peripheral speed 12.5 m / sec, discharge rate: 70 g / min). rice field. The tensile strength and volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
ゴムとしてFFKMに替えてFKM(ケマーズ社製、製品名「Viton GBL600S」)を用いた以外は、実施例1と同様にして架橋ゴムシートを得た。なお、FKM粒子の平均粒径は0.08mm、FKMとシクロヘキサンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R1は10.2、単層カーボンナノチューブとシクロヘキサンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R2は9.0、R1とR2の差の絶対値は1.2であった。得られた架橋ゴムシートについて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Example 4)
A crosslinked rubber sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that FKM (manufactured by The Chemours Company, product name "Viton GBL600S") was used instead of FFKM as the rubber. The average particle size of the FKM particles is 0.08 mm, the distance R1 of the Hansen solubility parameter between FKM and cyclohexane is 10.2, and the distance R2 of the Hansen solubility parameter between single-walled carbon nanotubes and cyclohexane is 9.0 and R1. The absolute value of the difference in R2 was 1.2. The tensile strength and volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
ゴム粒子として150μmの篩上に残ったFFKM粒子を用いた以外は、実施例1と同様にして、架橋ゴムシートを得た。なお、FFKM粒子の平均粒径は0.16mmであった。得られた架橋ゴムシートについて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A crosslinked rubber sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the FFKM particles remaining on the sieve having a thickness of 150 μm were used as the rubber particles. The average particle size of the FFKM particles was 0.16 mm. The tensile strength and volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
シクロヘキサンに替えてトルエン(ハンセン溶解度パラメーター(δd2=18.0、δp2=1.4、δh2=2.0))を用いた以外は、実施例1と同様にして架橋ゴムシートを得た。なお、FFKMとトルエンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R1は10.5、単層カーボンナノチューブとトルエンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R2は5.9、R1とR2の差の絶対値は4.6であった。得られた架橋ゴムシートについて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A crosslinked rubber sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that toluene (Hansen solubility parameter (δ d2 = 18.0, δ p2 = 1.4, δ h2 = 2.0)) was used instead of cyclohexane. rice field. The distance R1 of the Hansen solubility parameter between FFKM and toluene is 10.5, the distance R2 of the Hansen solubility parameter between single-walled carbon nanotubes and toluene is 5.9, and the absolute value of the difference between R1 and R2 is 4.6. there were. The tensile strength and volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
FFKMの塊を低温粉砕機で処理する際の粉砕回数を1回に変更したこと以外は、実施例3と同様の条件で分散処理を行った。FFKM粒子の平均粒径は0.4mmであった。FFKM粒子の平均粒径が分散メディアのサイズと近いため、ビーズミル装置のギャップセパレータのクリアランスで分散メディアとFFKM粒子とが分離できず、分散処理できなかった。
(Comparative Example 3)
The dispersion treatment was carried out under the same conditions as in Example 3 except that the number of times of crushing the FFKM mass when treated with the low temperature crusher was changed to one. The average particle size of the FFKM particles was 0.4 mm. Since the average particle size of the FFKM particles is close to the size of the dispersed media, the dispersed media and the FFKM particles could not be separated by the clearance of the gap separator of the bead mill device, and the dispersion treatment could not be performed.

(比較例4)
ゴムとしてFFKMに替えてFEPM(AGC社製、製品名「アフラス100S」)を用い、粉砕の際にダスティング剤としてのタルク(FEPM100質量部に対して5質量部の割合)と共に低温粉砕した以外は、実施例1と同様にして架橋ゴムシートを得た。なお、FEPM粒子の平均粒径は0.08mm、FEPMとシクロヘキサンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R1は6.8、単層カーボンナノチューブとシクロヘキサンとのハンセン溶解度パラメーターの距離R2は9.0、R1とR2の差の絶対値は2.2であった。得られた架橋ゴムシートについて、引張強度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
FEPM (manufactured by AGC, product name "Afras 100S") was used as the rubber instead of FFKM, and it was crushed at low temperature together with talc as a dusting agent (5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of FEPM). Obtained a crosslinked rubber sheet in the same manner as in Example 1. The average particle size of FEPM particles is 0.08 mm, the distance R1 of the Hansen solubility parameter between FEPM and cyclohexane is 6.8, and the distance R2 of the Hansen solubility parameter between single-walled carbon nanotubes and cyclohexane is 9.0 and R1. The absolute value of the difference in R2 was 2.2. The tensile strength and volume resistivity of the obtained crosslinked rubber sheet were measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2021147474
Figure 2021147474

表1より、所定の損失弾性率のゴムよりなる、所定の平均粒径のゴム粒子を用いて分散処理を行った実施例1〜4では、引張強度に優れ、かつ、体積抵抗率が低いゴム架橋物を得られることがわかる。
一方、表1より、ゴム粒子の平均粒径が所定の範囲外である比較例1,3では、カーボンナノチューブの分散性が不十分となり、引張強度が低下することが分かる。
また、表1より、ハンセン溶解度パラメーター距離R1,R2の差が所定の範囲外である比較例2では、ゴムとカーボンナノチューブとの混合が不均一となるため、引張強度が低下し、かつ、体積抵抗率が大きくなることがわかる。
更に、表1より、損失弾性率が所定の上限を超えるゴムを用いた比較例4では、ゴム粒子の凝集が起こり易いためにダスティング剤を入れる必要があり、その結果、引張強度が低下し、かつ、体積抵抗率が大きくなることがわかる。
From Table 1, in Examples 1 to 4 in which the dispersion treatment was performed using rubber particles having a predetermined average particle size and made of rubber having a predetermined loss elastic modulus, rubber having excellent tensile strength and low volume modulus. It can be seen that a crosslinked product can be obtained.
On the other hand, from Table 1, it can be seen that in Comparative Examples 1 and 3 in which the average particle size of the rubber particles is out of the predetermined range, the dispersibility of the carbon nanotubes becomes insufficient and the tensile strength decreases.
Further, from Table 1, in Comparative Example 2 in which the difference between the Hansen solubility parameter distances R1 and R2 is out of the predetermined range, the mixture of rubber and carbon nanotubes becomes non-uniform, so that the tensile strength decreases and the volume It can be seen that the resistivity increases.
Further, from Table 1, in Comparative Example 4 using rubber having a loss resistivity exceeding a predetermined upper limit, it is necessary to add a dusting agent because the rubber particles are likely to aggregate, and as a result, the tensile strength is lowered. Moreover, it can be seen that the volume resistivity becomes large.

本発明によれば、高い引張強度と、低い体積抵抗率とを有するゴム組成物を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to produce a rubber composition having a high tensile strength and a low volume resistivity.

Claims (6)

ゴム粒子と、繊維状炭素ナノ構造体と、前記ゴム粒子の貧溶媒とを混合して混合液を得る混合工程と、
分散機を使用して前記混合液を分散処理し、分散液を得る分散工程と、
前記分散液から前記貧溶媒を除去する分散媒除去工程と、
を含み、
前記ゴム粒子は、70℃における損失弾性率G’’が180kPa以下であるゴムよりなり、且つ、平均粒径が0.01mm以上0.1mm未満であり、
前記ゴムと前記貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra1と、前記繊維状炭素ナノ構造体と前記貧溶媒とのハンセン溶解度パラメーター距離Ra2との差(Ra1−Ra2)の絶対値が4以下である、ゴム組成物の製造方法。
A mixing step of mixing rubber particles, fibrous carbon nanostructures, and a poor solvent for the rubber particles to obtain a mixed solution.
A dispersion step of dispersing the mixed solution using a disperser to obtain a dispersion, and
A dispersion medium removing step of removing the poor solvent from the dispersion liquid,
Including
The rubber particles are made of rubber having a loss elastic modulus G ″ at 70 ° C. of 180 kPa or less, and have an average particle size of 0.01 mm or more and less than 0.1 mm.
The absolute value of the difference (Ra1-Ra2) between the Hansen solubility parameter distance Ra1 between the rubber and the poor solvent and the Hansen solubility parameter distance Ra2 between the fibrous carbon nanostructure and the poor solvent is 4 or less. Method for producing rubber composition.
前記混合液が、前記ゴム粒子100質量部当たり、前記繊維状炭素ナノ構造体を0.1質量部以上10質量部以下の割合で含む、請求項1に記載のゴム組成物の製造方法。 The method for producing a rubber composition according to claim 1, wherein the mixed solution contains the fibrous carbon nanostructures in a proportion of 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less per 100 parts by mass of the rubber particles. 前記ゴム粒子が、フッ素ゴム粒子、シリコーンゴム粒子、水素化ニトリルゴム粒子、アクリルゴム粒子およびニトリルゴム粒子からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1または2に記載のゴム組成物の製造方法。 The rubber composition according to claim 1 or 2, wherein the rubber particles include at least one selected from the group consisting of fluororubber particles, silicone rubber particles, hydrogenated nitrile rubber particles, acrylic rubber particles and nitrile rubber particles. Production method. 前記混合工程の前に、前記ゴムをダスティング剤の不存在下で粉砕して前記ゴム粒子を得る粉砕工程を含む、請求項1〜3の何れかに記載のゴム組成物の製造方法。 The method for producing a rubber composition according to any one of claims 1 to 3, further comprising a crushing step of crushing the rubber in the absence of a dusting agent to obtain the rubber particles before the mixing step. 前記ダスティング剤が、タルク、硫酸バリウム、シリカ、炭酸カルシウム、クレーまたはカーボンブラックである、請求項4に記載のゴム組成物の製造方法。 The method for producing a rubber composition according to claim 4, wherein the dusting agent is talc, barium sulfate, silica, calcium carbonate, clay or carbon black. 前記分散機がメディアを用いるものである、請求項1〜5の何れかに記載のゴム組成物の製造方法。 The method for producing a rubber composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the disperser uses media.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023090403A1 (en) * 2021-11-22 2023-05-25 日本ゼオン株式会社 Carbon nanotube dispersion, method for producing carbon film, elastomer mixture, method for producing composite material, and method for producing elastomer molded body

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