JP7478763B2 - 複合材 - Google Patents
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Description
本発明は、粒状材料を用いた複合材に関する。
ゴム製品から出た廃棄ゴムをリサイクルする技術が知られている。例えば、特許文献１には、酵素処理天然ゴムを含むゴム成分に廃棄ゴムのゴム粒子を添加したゴム組成物が開示されている。特許文献２には、廃棄ゴムのゴム粒子と一液性ウレタンとの混合材料から製造される粉末ゴム製多孔質弾性材が開示されている。
ところで、導電性を得るためにカーボンブラック等の導電材料を配合したマトリクスに、充填材として絶縁性の廃棄ゴムのゴム粒子を添加する場合、ゴム粒子の添加量が多くなると、マトリクスの導電性が阻害されるという問題がある。
本発明の課題は、導電性のマトリクスに多量に粒状材料を添加した複合材において、マトリクスの導電性が阻害されるのを抑制することである。
本発明は、粒状材料が導電性のマトリクス内に設けられた複合材であって、前記複合材における前記粒状材料の含有量が８０体積％以上であり、前記粒状材料は、粒子本体と、前記粒子本体の表面を被覆する導電性コート層とを含む。
本発明によれば、粒状材料の粒子本体の表面が導電性コート層で被覆されているので、導電性のマトリクスに多量に粒状材料を添加した複合材において、マトリクスの導電性が阻害されるのを抑制することができる。
以下、実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る粒状材料１０を示す。この粒状材料１０は、例えばゴム又は樹脂をマトリクスとする複合材に配合する充填材として用いられるものである。
実施形態に係る粒状材料１０は、粒子本体１１と、その粒子本体１１の表面を被覆する導電性コート層１２とを含む。
粒子本体１１としては、例えば、ゴム粒子、樹脂粒子等が挙げられる。粒子本体１１は、これらのうちのゴム粒子であることが好ましい。
ゴム粒子の粒子本体１１は、ポリマー単体で形成されていても、ポリマーにゴム配合剤が配合されたゴム組成物で形成されていても、どちらでもよい。ゴム粒子の粒子本体１１を形成するポリマーとしては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
ゴム粒子の粒子本体１１は、カーボンブラック等の導電材料が配合された導電性のゴム組成物で形成されていても、絶縁性のゴムで形成されていても、どちらでもよい。ここで、本出願における「絶縁性」とは、ＪＩＳ Ｋ６２７１－１：２０１５に基づいて測定される体積抵抗率が１．０×１０１３Ω・ｃｍ以上であることをいう。
ゴム粒子の粒子本体１１は、架橋ゴムで形成されていても、未架橋ゴムで形成されていても、どちらでもよい。ゴム粒子の粒子本体１１は、資源の再利用の観点から、使用済みゴム製品から回収された廃棄ゴムで構成されていることが好ましい。
粒子本体１１の粒径は、粉砕により粒子本体１１を効率的に得る観点から、好ましくは１２５μｍ以上２ｍｍ以下である。粒子本体１１は、同様の観点から、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２０１９に規定される目開き１ｍｍのふるいを透過する大きさであることが好ましい。
導電性コート層１２は、ベース材１２１と、そのベース材１２１内に分散して設けられた多数の導電材１２２とを有する。
ベース材１２１としては、例えばゴムや樹脂が挙げられる。ベース材１２１は、ゴム又は樹脂であることが好ましく、ゴムであることがより好ましい。
ゴムのベース材１２１は、ポリマー単体であっても、ポリマーにゴム配合剤が配合されたゴム組成物であっても、どちらでもよい。ゴムのベース材１２１は、ポリマー鎖間が架橋された架橋ゴムであっても、未架橋ゴムであっても、どちらでもよい。ゴムのベース材１２１を構成するポリマーとしては、例えば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。ベース材１２１は、ポリマーを架橋させる硬化剤、架橋剤、触媒等を含有していてもよい。
粒状材料１０におけるベース材１２１の含有量は、粒状材料１０の添加によりマトリクスの導電性が阻害されるのを抑制する観点から、好ましくは０．９０質量％以上１９．９質量％以下、より好ましくは４．８質量％以上９．９質量％以下である。導電性コート層１２におけるベース材１２１の含有量は、同様の観点から、好ましくは６０質量％以上９９質量％以下、より好ましくは７０質量％以上９５質量％以下である。
導電材１２２としては、例えば、炭素系導電材、金属系導電材等が挙げられる。炭素系導電材としては、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、炭素繊維などの繊維状炭素系導電材；アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの粒子状炭素系導電材等が挙げられる。金属系導電材としては、例えば、金、銀、銅、その他の金属、及びそれらの合金の金属粒子が挙げられる。導電材１２２は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、粒状材料１０の添加によりマトリクスの導電性が阻害されるのを抑制する観点から、炭素系導電材を含むことがより好ましく、繊維状炭素系導電材を含むことが更に好ましく、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むことがより更に好ましい。導電材１２２の大きさは、粒状材料１０の粒子本体１１の大きさよりもはるかに小さい。
粒状材料１０における導電材１２２の含有量は、粒状材料１０の添加によりマトリクスの導電性が阻害されるのを抑制する観点から、好ましくは０．１質量％以上３質量％以下、より好ましくは０．２質量％以上１．５質量％以下である。導電性コート層１２における導電材１２２の含有量は、同様の観点から、好ましくは１質量％以上４０質量％以下、より好ましくは５質量％以上３０質量％以下である。
次に、実施形態に係る粒状材料１０の製造方法について説明する。
まず、液状ベース材に導電材１２２を混合したコーティング材を調製する。液状ベース材は、加熱されて固化することによりベース材１２１に形成される液状材料である。コーティング材は、液状ベース材及び導電材１２２以外に、粘度調整等のための溶媒を含有していてもよい。コーティング材は、液状ベース材のポリマーが架橋する場合、硬化剤、架橋剤、触媒を含有していてもよい。
次いで、多数の粒子本体１１のそれぞれについて、その表面にコーティング材を付着させる。この付着手段としては、例えば、粒子本体１１のコーティング材への浸漬、粒子本体１１の表面へのコーティング材のスプレー等が挙げられる。
続いて、表面にコーティング材が付着した粒子本体１１を加熱し、液状ベース材を固化させて導電性コート層１２を形成することにより、各々、粒子本体１１の表面を導電性コート層１２で被覆した実施形態に係る粒状材料１０を得る。
図２は、実施形態に係る粒状材料１０を用いた複合材２０を示す。この複合材２０は、例えば導電性が求められるプリンタや複写機の帯電ロール、転写ロール、現像ロール等に適用することができる。また、この複合材２０は、例えば導電性が求められる導電性マット等にも適用することができる。
この複合材２０では、実施形態に係る粒状材料１０が導電性のマトリクス２１内にランダムに設けられている。
マトリクス２１としては、例えば導電材料が配合されたゴム組成物や樹脂組成物が挙げられる。マトリクス２１は、これらのうちの導電材料が配合されたゴム組成物が好ましい。ゴム製のマトリクス２１を構成するポリマーとしては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ゴム製のマトリクス２１は、ポリマー鎖間が架橋された架橋ゴムであっても、未架橋ゴムであっても、どちらでもよい。導電材料としては、粒状材料１０における導電性コート層１２の導電材１２２と同様の炭素系導電材や金属系導電材等が挙げられる。マトリクス２１は、導電材料の他、ポリマーを架橋させる硬化剤、架橋剤、触媒等を含有していてもよい。
マトリクス及び粒状材料１０における導電性コート層１２のベース材１２１のいずれもがゴム製の場合、ベース材１２１を構成するポリマーは、マトリクスへの粒状材料１０の混合性を高める観点から、マトリクスを構成するポリマーと同種ポリマーであることが好ましい。具体的には、例えば、マトリクスがシリコーンゴムで構成されている場合、ベース材１２１もシリコーンゴムで構成されていることが好ましい。
導電性のマトリクスに絶縁性のゴム粒子を添加して複合材を形成した場合、ゴム粒子の含有量が８０体積％以上になると、マトリクスの導電性が阻害されることを確認している。しかしながら、実施形態に係る粒状材料１０によれば、粒子本体１１の表面が導電性コート層１２で被覆されているので、導電性のマトリクス２１に、含有量が８０体積％以上となるほど多量に添加して複合材２０を形成した場合でも、連続的な導電経路を形成することとなり、マトリクス２１の導電性が阻害されるのを抑制することができる。
複合材２０における粒状材料１０の導電性コート層１２の総含有量は、複合材２０の導電性を確保する観点から、好ましくは０．５質量％以上１５質量％以下、より好ましくは１質量％以上１０質量％以下である。複合材２０における粒状材料１０の導電材１２２の総含有量は、同様の観点から、好ましくは０．０５質量％以上５質量％以下、より好ましくは０．１質量％以上３質量％以下である。
マトリクス２１及び複合材２０の体積抵抗率は、例えば１．０×１０３Ω・ｃｍ以上１．０×１０５Ω・ｃｍ以下である。ここで、本出願における体積抵抗率は、次のようにして求められる。マトリクス２１又は複合材２０の円盤状等のシート状の試験片について、その上下面の全面にそれぞれ電極を押し当て、両電極間に電圧を変化させて印加し、各電圧で流れる電流を測定する。そして、電流と電圧との関係を求め、それを線形近似したときの傾きを抵抗値とし、その抵抗値に試験片の面積を乗じるとともに、厚さで除したものを体積抵抗率とする。
複合材２０は、以下のようにして製造することができる。
実施形態に係る粒状材料１０をマトリクス形成材料と混合する。マトリクス形成材料は、マトリクス２１を形成する材料であって、固体材料であっても、液体材料であっても、どちらでもよい。固体材料のマトリクス形成材料の場合、混練により粒状材料１０をマトリクス形成材料と混合することができる。液体材料のマトリクス形成材料には、撹拌により粒状材料１０をマトリクス形成材料と混合することができる。マトリクス形成材料は、ポリマーが架橋する場合、硬化剤、架橋剤、触媒を含有していてもよい。
そして、粒状材料１０を混合したマトリクス形成材料を所定形状に成形し、必要に応じて加熱等してマトリクス形成材料のポリマーを架橋等させることにより複合材２０を得る。
本発明は、粒状材料を用いた複合材の技術分野について有用である。
１０ 粒状材料
１１ 粒子本体
１２ 導電性コート層
１２１ ベース材
１２２ 導電材
２０ 複合材
２１ マトリクス
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Claims (6)
- 粒状材料が導電性のマトリクス内に設けられた複合材であって、
前記複合材における前記粒状材料の含有量が８０体積％以上であり、
前記粒状材料は、粒子本体と、前記粒子本体の表面を被覆する導電性コート層と、を含む複合材。 - 請求項１に記載された複合材において、
前記導電性コート層は、ベース材と、前記ベース材内に分散して設けられた導電材と、を有する複合材。 - 請求項２に記載された複合材において、
前記ベース材がゴム又は樹脂である複合材。 - 請求項２又は３に記載された複合材において、
前記導電材が炭素系導電材を含む複合材。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載された複合材において、
前記粒子本体が廃棄ゴムで構成されている複合材。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載された複合材において、
前記マトリクスの体積抵抗率が１．０×１０ ３ Ω・ｃｍ以上１．０×１０ ５ Ω・ｃｍ以下である複合材。
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