JPH01266182A

JPH01266182A - 吸水性導電性ゴム組成物、湿度センサー及び積層体

Info

Publication number: JPH01266182A
Application number: JP63320001A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamada; 直樹山田; Yasuyori Sasaki; 康順佐々木
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1989-10-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、各種止木材として使用されろ水膨潤性ゴム組
成物に、更に導電性を付与してその利用分野を拡大する
吸水性導電性ゴム組成物、これの加硫物を用いた湿度セ
ンサー及び組成物の積層体に関する。本発明ゴム組成物
は水分により電気抵抗が変化する結露センサー、導電性
シール材やスイッチとして或いは発熱保水材などに利用
される。

〔従来の技術〕

従来、吸水性ゴム組成物はゴムに吸水性高分子化合物を
配合し、架橋密度を低下させることにより得られ、止水
材、シール材、結露防止壁材、コンクリート養生用シー
ト或いはマット、玩具等に使用されていたが、吸水性の
他に導電性の機能を有するゴム組成物は未だ開発されて
いなかった。

また、圧力、温度等により生じる導電性粒子の状態変化
に伴う電気抵抗変化を利用する方法もあるが、水膨潤に
より電気抵抗が変化する素材は未だ開発されていなかっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、水によるゴム素材の体積変化により電気抵抗が
変化する新しい導電材料や吸水による体積膨張を利用し
て回路を形成する吸水性導電材料が新しい材料として考
えられようとしている。

〔課題解決の手段〕

本発明は上記課題を解決することを目的とし、その構成
は、ゴム基材に吸水性高分子化合物及び導電性粒子が添
加されていることを特徴とし、更に上記吸水性導電性ゴ
ムと通常のゴム層とを２層以上に積層することを特徴と
し、更に上記吸水性導電性ゴム組成物を湿度センサーに
利用することを特徴とする。

本発明で用いられる導電性粒子としては、カーボンブラ
ック、グラファイト、カーボン繊維、金属メツキした合
成繊維、金属メツキしたガラス繊維、更にはニッケル粉
、銅粉、金粉、アルミニウム粉などの金属粉、アルミニ
ウム繊維、黄銅繊維、ニッケル繊維などの金属繊維等が
挙げられるが、特にカーボンブラックが好ましい。

本発明吸水性導電性ゴム組成物には２種類存在する。そ
の第１は吸水して膨潤しても電気抵抗はそれほど増大せ
ず、体積膨張で隙間を埋めそこに電気回路を形成するも
のがある。これは単に導電路としてのみならず、電力を
調整して発熱させることも可能である。第２は吸水して
マトリックスが膨張することによりカーボンの連鎖が切
断され導電性が低下するため、その加硫物は高湿度に鋭
敏に反応して湿度センサーとして利用できる。

両者の相違はカーボンブラックのストラフチャー、粒径
、表面積の相違とマトリックスゴムの表面エネルギーや
粘度の相違が相互に影響して生じるものであって、これ
らを制御することにより任意の特性の組成物を得ること
ができる。

水分により電気抵抗があまり変化しない組成物を得るた
めにはハイストラクチャーで粒径が小さく、表面積の大
きなカーボンブラック、例えばアセチレンブラックやケ
ッチエンブラックＥＣ等のＥＣＦカーボンブラックがよ
い。配合量は、ゴム１００重量部に対し５〜１００重量
％が適当である。５重量部以下では導電性が不十分であ
り、１００重量部以上では加工性が低下する。この種の
組成物は吸水性も導電性も有しないゴムとの積層体とし
て使用することもできる。

また、水分により電気抵抗が変化する組成物として使用
する場合には、カーボンブラックの中でもポリマーへの
充填時に高導電率を示すハイストラクチャーのケッチエ
ンブラックＥＣやアセチレンブラックよりもロースドラ
クチャ−で粒径はやや太き（表面積が小さいカーボンブ
ラック、例えばＳＲＰ、ＧＰＦカーボンブラックなどの
スターリング■、ジーストＶ等が好ましい。吸水性ポリ
マーが水分により膨潤した場合、マトリックス中の導通
路であるカーボン連鎖が切断されて導通路の数が減り抵
抗が増加する。したがって、一般にストラフチャーの小
さいカーボンブラックの方がカーボン連鎖の切断が容易
であり、電気抵抗値の増加がポリマーの膨潤に鋭敏に対
応する。

導電性粒子の配合量は導電性粒子の種類、必要とする導
電度により異なるが、カーボンブラックを使用した場合
は、ゴム１００重量部に対し３０〜３００重量部であり
、好ましくは５０〜１００重量部である。３０重量部以
下であると電気抵抗値が大きくなり、３００重量部以上
であると加工性が低下するためである。

ハイストラクチャーのカーボンブラックとロースドラク
チャ−のカーボンブラックのボーダーラインは明瞭では
ないが、一般にロースドラクチャ−のカーボンブラック
は吸油量が少な（、後述する実施例においては、ジブチ
ルフタレート吸油量がカーボンブラック１００ｇ当たり
１００ｃｃであるスターリング■を使用した。

また、ストラフチャーの他にマトリックスの変形に対す
る抵抗変化に影響の大きい要因として、粒径と表面積が
挙げられる。粒径は大きい程、表面積は小さい程マトリ
ックスの変形に対して電気抵抗の変化が大きい。湿度セ
ンサーとして使用する場合にはその目安として粒径４０
μｍ以上、表面積１００ｎｆ／ｇ以下（窒素吸着法）と
した。

なお、ケッチエンブラックＥＣはジブチルフタレート吸
油ｉｔ３５０ｃｃ／　１００　ｇ１粒径３０μｍ。

表面積８００ｍ／ｇであり、スターリング■はジブチル
フタレート吸油量９１ｃｃ／　１００　ｇ、粒径５０μ
ｍ、表面積３５ｒｒｒ／ｇであった。

吸水性高分子化合物としては、水に不溶性で自重の５０
倍以上の保水性を有し粒径１〜１００μｍのものが好ま
しい。粒径１μｍ以下であれば取扱いが困難であり、粒
径１００μｍ以上であればゴム中でから脱落し易い。具
体的には、例えば澱粉／アクリル酸ソーダグラフト共重
合体、イソブチレン／無水マレイン酸共重合体の塩、ス
チレン／無水マレイン酸共重合体の塩、ポリアクリル酸
ソーダ架橋体、ポリビニルアルコール／アクリル酸塩グ
ラフト共重合体、ビニルエステル／エチレン系不飽和カ
ルボン酸共重合体、ビニルエステル／エチレン系不飽和
カルボン酸誘導体共重合体のケン化物などが挙げられる
。

特に、カルボン酸を含む高分子電解質の高吸水性高分子
は吸水倍率が高く、また、吸水後の強度にも優れた好ま
しい素材である。

その添加量は高分子化合物の種類、必要とする吸水量及
び吸水速度により異なるが、−船釣にゴム１００重量部
に対し１〜１００重量部、好ましくは２０〜５０重量部
である。

マトリックスとなるゴム基材としては、天然ゴム或いは
ブタジェンゴム、スチレン−ブタジェンゴム（以下、Ｓ
ＢＲとする）、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチ
レン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン
ゴム（以下、ＥＰＤＭとする）、ブチルゴム、イソプレ
ンゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、フッ素ゴム、シ
リコンゴム、ウレタンゴム、ポリスルフィドゴム、その
他の合成ゴムが使用される。また、２種以上のゴムを混
合してブレンドゴムとして使用してもよい。

本発明ゴム組成物には上記添加物の他、通常のゴム組成
物に添加される物質、例えば加硫剤、加硫促進剤、充填
剤、可塑剤、安定剤などが配合され、その配合量はゴム
１００重量部に対し加硫剤と加硫促進剤の和が０．５〜
５重量部、充填剤が５〜１００重量部である。

本発明の吸水性導電性ゴム組成物は、添加物を配合した
後、ミキシングロール、バンバリーミキサ−１各種ニー
ダー等を用い、公知の手段により混練して得られる。加
硫は、それぞれ用いられたゴムの種類に応じて、例えば
１００〜２００℃で０．５〜１２０分の加熱条件で加圧
成形法、射出成形法などの公知の方法によって行う。

本発明においては、ゴム基材と吸水性高分子化合物と導
電性粒子を同時に混練する。また、かくして得られた吸
水性導電性ゴムと吸水性も導電性も有しない通常の汎用
ゴムとを２層以上数層に積層して各種複合体を製造する
こともできる。層間の積層にあたっては加硫接着或いは
水分の影響を受は難い接着剤を用いて接着してもよい。

〔作用〕

吸水性ゴム組成物に導電性粒子を添加する本発明により
、吸水性ゴムに導電性を付与することができる。その作
用は、吸水して膨潤しても電気抵抗はそれほど増大せず
、体積膨張で隙間を埋めそこに電気回路を形成するもの
がある。これは単に導電路としてのみならず、電力を調
整して発熱させることも可能である。

また、吸水してマトリックスが膨張することによりカー
ボンの連鎖が切断され感電性が低下するものがある。そ
の加硫物は高湿度に鋭敏に反応して湿度センサーとして
利用できる。

また、吸水しても導電性があまり変化しない吸水性導電
性ゴムと吸水性も導電性も有しない通常の汎用ゴムとの
積層体は汎用ゴムにより組織が補強される長所を有する
上、吸水性導電性ゴム層と汎用ゴム層との厚さ比率を調
節することにより導電性及び吸水性の程度を調節するこ
とができる。

〔実施例〕

実験Ｎａ、１ニスプレン　５２２（住人化学■製ＥＰＤＭ）１００重
量部デキシクレ−（充填剤）　　　　　　１００重量部ＨＴ
Ｃ＃２０（カーボンブランク）３０重量部ニップシール
　ＶＮ３ＬＰ（補強剤　ホワイトカーボン）　　　　　１０重量部ス
ミカゲル５Ｐ−５２０（住人化学■製高吸水樹脂）５０
重量部プロセスオイルＰＷ３８０　　　　　２５重量部（出光
興産■製プロセスオイル）エマルゲンＰＰ１５０　（界面活性剤）１０重量部サン
ノック（日光亀裂防止剤）　　　　　１重量部硫黄　　
　　　　　　　　　　　　０．７５重量部亜鉛華　　　
　　　　　　　　　　　　５重量部ステアリン酸（花王
石鹸■製）　　　　　１重量部加硫促進剤（入内新興■
製）ツクセラーＢ２　　　　　　　　　　２重量部ツクセラ
ーＴＴ　　　　　　　　　　Ｏ，５重量部ツクセラーＴ
ＲＡ　　　　　　　　　Ｏ，５重量部ツクセラーＭ　　
　　　　　　　　　１重量部ベスタＢＳ（発泡防止剤）
　　　　　　　６重量部ケッチエンブラック　　　　　
　　　３０重量部を配合して６０〜７０℃のオープンロ
ールで混練し、１８０℃、６分の条件で加硫して成形し
、厚さ２ｍｍの加硫シートを得た。この加硫シートから
２０ｍｍ径のサンプルを打抜き、初期抵抗値と２５℃の
水中に１００時間浸漬したときの平衡膨潤度（％）と抵
抗値を測定し、その結果を第１表に示した。

実験Ｎｏ、２ケッチエンブラックの配合量を４５重量部とした以外は
実験Ｎｏ、１と同様にしてサンプルを得、また測定を行
いその結果を第１表に併記した。

実験Ｎｏ、３ケッチエンブラックの配合量を６０重量部とした以外は
実験Ｎｏ、１と同様にしてサンプルを得、また測定を行
いその結果を第１表に併記した。

実験Ｎｏ、　４ＳＢＲ５０２１００重量部デキシクレー（充填剤）　　　　　　　５０重量部ＨＴ
Ｃ＃２０（カーボンブラック）３０重量部ニップシール
　ＶＮ３ＬＰ（補強剤　ホワイトカーボン）　　　　１０重量部スミ
カゲル５Ｐ−５２０（住友化学■製高吸水樹脂Ｊ５０重
量部プロセスオイルＡ８　１６　　　　　２５重量部エマル
ゲンＰＰ１５０　（界面活性剤）１０重量部サンノック
（日光亀裂防止剤）　　　　　１重量部亜鉛華　　　　
　　　　　　　　　　　５重量部ステアリン酸（花王石
鹸側製）　　　　　１重量部加硫促進剤（入内新興■製
）ツクセラーＴ７　　　　　　　　　　２重量部ツクセラ
ーＣ２２５重量部パルノックＲ１重量部ベスタＢＳ（発泡防止剤）　　　　　　６重量部ケッチ
エンブラック　　　　　　　　３０重量部を配合して６
０〜７０℃のオープンロールで混練し、１８０℃、６分
の条件で加硫して成形し、厚さ２ｍｍの加硫シートを得
た。この加硫シートから２０ｍｍ径のサンプルを打抜き
、初期抵抗値と２５℃の水中に１００時間浸漬したとき
の平衡膨潤度（％）と抵抗値を測定し、その結果を第１
表に併記した。

実験Ｎｏ、　５ケッチエンブラックの配合量を４５重量部とした以外は
実験Ｎｏ、４と同様にしてサンプルを得、また測定を行
いその結果を第１表に併記した。

実験Ｎｏ、　６ケッチエンブラックの配合量を６０重量部とした以外は
実験Ｎｏ、４と同様にしてサンプルを得、また測定を行
いその結果を第１表に併記した。

〔比較例１〕実験Ｎｏ、７スミカゲルを添加しなかった以外は実験Ｎｏ、　１と同
様にしてサンプルを得、また測定を行いその結果を第１
表に併記した。

実験Ｎｏ、　８ケッチエンブラックを添加しなかった以外は実験Ｎｏ、
１と同様にしてサンプルを得、また測定を行いその結果
を第１表に併記した。

実験Ｎｏ、　９スミカゲルを添加しなかった以外は実験Ｎｏ、４と同様
にしてサンプルを得、また測定を行いその結果を第１表
に併記した。

実験Ｎｏ、　１０ケッチエンブラックを添加しなかった以外は実験Ｎｏ、
４と同様にしてサンプルを得、また測定を行いその結果
を第１表に併記した。

第　　　１　　　表実験Ｎｏ、１１ＥＰ１３２（ゴム、ＪＳＲ製）　　　１００重量部デキ
シクレー（充填剤）　　　　　　　５０重量部スミカゲ
ル５Ｐ−５２０（住友化学■製高吸水樹脂）５０重量部エマルゲンＰＰ１５０（界面活性剤）１０重量部亜鉛華
　　　　　　　　　　　　　　　５重量部ステアリン酸
（花王石鹸■製）　　　　　１重量部硫黄　　　　　　
　　　　　　　　０．７５重量部加硫促進剤（入内新興
化学■製）ツクセラーＢ２　　　　　　　　　　２重量部ツクセラ
ーＴＴ　　　　　　　　　　Ｏ０５重量部ツクセラーＴ
　ＲＡ　　　　　　　　　０．５重量部ツクセラーＭ　
　　　　　　　　　　１重量部ベスタＢＳ（発泡防止剤
）　　　　　　６重量部スターリングＶ（ローストラク
チャ−カーボンブラック：キャボット社製）　　　　　
９０重量部を配合して６０〜７０℃のオープンロールで
混練し、１８０℃、６分の条件で加硫しシート状のサン
プルを得た。このサンプルの体積固有抵抗は、ｌＸｌ０
”Ω・ｃｍであった。

このサンプルをミクロトームによりスライスし、厚さ５
０μｍ、１ｃｍ角の小片とし両縁部に電橋を取付けてセ
ンサーとした。このセンサーを温度３０℃で、湿度５０
％の雰囲気から湿度１００％の雰囲気中に移した時の抵
抗経時変化を第１図に示した。

実験Ｎｏ、１２カーボンブラックの添加量を１５０重量部とした以外は
実験Ｎｏ、１１と同様にしてシート状のサンプルを得た
。このこのサンプルの体積固有抵抗は、３×１０°Ω・
ｃｍであった。このサンプルを実験Ｎｏ、１１と同様に
してセンサーを作成し、同一の実験を行った場合の抵抗
経時変化を第２図に示した。

実験Ｎｏ、１３カーボンブラックとしてケッチエンブラックＥＣ（三菱
油化製）を用い、添加量を３０重量部とした以外は実験
Ｎｏ、１１と同様にしてシート状のサンプルを得た。こ
のこのサンプルの体積固有抵抗は、５×１０°Ω・Ｃｍ
であった。このサンプルを実験Ｎｏ、１１と同様にして
センサーを作成し、同一の実験を行った場合の抵抗経時
変化を第３図に示した。

実施例３ス２　ゴム・ン　ゴム　　　゛実施例１の実験Ｎｏ、１〜１０の配合で製造した各種の
吸水性導電性ゴムを２ｍｍのシートとし、基材ゴムの２
ｍｍ厚のシートを交互に２〜３層に貼り合わせ、１８０
℃、６分間の加圧加硫により接着成形しサンプルとした
。得られたサンプルの貼り合わせ面と平行方向の電気抵
抗値及び２５℃の水中に浸漬したときの平衡膨潤度（％
）を測定した。

この実施例においては、膨潤性、導電性を併有し、かつ
高強度の複合ゴム積層体が得られた。

なお、本実施例においては２ｍｌ１１のシートを積層し
たが積層するシートの厚みは自由であり、また必要に応
じて４シ一ト以上何層にも積層できる。

〔発明の効果〕

本発明の吸水性導電性ゴム組成物は、導電性であり、吸
水により抵抗値があまり変化しないゴム組成物と、抵抗
値が大きく変化するゴム組成物とが得られる。後者の加
硫物は湿度センサーとじて利用することができる。また
、前者の組成物は吸水しても電気抵抗値があまり変化し
ないため導電性シール材やスイッチとして、或いは水を
含んだ状態で通電することによる発熱を利用した発熱保
水材としても使用できる。また、前者の組成物を吸水性
も導電性も有しないゴムと積層することによりその強度
を増加することができる。

特許出願人　エヌオーケー株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ゴム基材に、吸水性高分子化合物及び導電性粒子
が添加されていることを特徴とする吸水性導電性ゴム組
成物。
（２）ゴム基材に、吸水性高分子化合物及び導電性粒子
が添加されている吸水性導電性ゴム組成物の加硫物を用
いた湿度センサー。
（３）ゴム基材に吸水性高分子化合物及び導電性粒子が
添加されているゴムと吸水性も導電性も有しないゴムと
の少なくとも２層以上が積層されていることを特徴とす
る吸水性導電性ゴム組成物の積層体。