WO2016136275A1 - シリコーンゴム組成物および加硫物 - Google Patents

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fibrous carbon
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carbon nanostructure
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真宏 重田
勉 長宗
有信 堅田
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Definitions

  • the silicone rubber composition of the present invention is a silicone containing a silicone rubber and a fibrous carbon nanostructure containing carbon nanotubes. It is a rubber composition, wherein the fibrous carbon nanostructure has a t-plot obtained from an adsorption isotherm having an upwardly convex shape. In this way, if a fibrous carbon nanostructure having a convex t-plot obtained from the adsorption isotherm is blended, the conductivity is sufficiently improved while suppressing an increase in the hardness of the silicone rubber composition. Can be made.
  • the silicone rubber composition of the present invention preferably has an average diameter of the fibrous carbon nanostructure of 2 nm or more and 10 nm or less. This is because if a fibrous carbon nanostructure having an average diameter of 2 nm or more and 10 nm or less is used, both flexibility and conductivity can be achieved at a higher level.
  • the silicone rubber composition of the present invention preferably further contains graphite. This is because if the graphite is further contained, the conductivity can be further improved.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of a t-plot of a sample having pores on the surface.
  • the silicone rubber composition according to the present invention contains a silicone rubber and a fibrous carbon nanostructure containing carbon nanotubes, and optionally a conductive material other than the fibrous carbon nanostructure (eg, graphite). And other additives.
  • the silicone rubber composition according to the present invention is characterized in that the fibrous carbon nanostructure has an upwardly convex shape in the t-plot obtained from the adsorption isotherm.
  • the vulcanized product of the present invention can be obtained by vulcanizing the silicone rubber composition of the present invention.
  • the silicone rubber composition and vulcanizate according to the present invention are excellent in both conductivity and flexibility, and are not particularly limited, and are excellent as materials for sealants, gaskets, electrodes, connectors and the like. Can be used.
  • the silicone rubber is not particularly limited, and a known silicone rubber such as a polymer mainly containing an alkylsiloxane unit such as dimethylsiloxane can be used.
  • the silicone rubber may contain a small amount of other structural units and functional groups in addition to the alkylsiloxane unit.
  • the silicone rubber may be blended with known additives such as reinforcing fillers and lubricants as desired.
  • the reinforcing filler include reinforcing silica, quartz powder, iron oxide, Alumina, vinyl group-containing silicone resin, and the like can be used.
  • the silicone rubber for example, millable silicone rubber or liquid silicone rubber can be used.
  • adsorption is a phenomenon in which gas molecules are removed from the gas phase to the solid surface, and is classified into physical adsorption and chemical adsorption based on the cause.
  • physical adsorption is used. Normally, if the adsorption temperature is constant, the number of nitrogen gas molecules adsorbed on the fibrous carbon nanostructure increases as the pressure increases.
  • the plot of the relative pressure (ratio of adsorption equilibrium pressure P and saturated vapor pressure P0) on the horizontal axis and the amount of nitrogen gas adsorption on the vertical axis is called the “isothermal line”.
  • the fibrous carbon nanostructure containing CNT has a ratio (3 ⁇ / Av) of a value (3 ⁇ ) obtained by multiplying the standard deviation ( ⁇ ) of the diameter by 3 with respect to the average diameter (Av) exceeding 0.20. It is preferable to use a fibrous carbon nanostructure of less than 60, more preferably a fibrous carbon nanostructure with 3 ⁇ / Av exceeding 0.25, and fibrous carbon with a 3 ⁇ / Av exceeding 0.40. It is more preferable to use a nanostructure. If a fibrous carbon nanostructure containing CNTs with 3 ⁇ / Av of more than 0.20 and less than 0.60 is used, the conductivity can be sufficiently increased even if the amount of the fibrous carbon nanostructure is small. it can.
  • the diameter measured as described above is plotted on the horizontal axis
  • the frequency is plotted on the vertical axis, and when it is approximated by Gaussian, it takes a normal distribution Is usually used.
  • the fibrous carbon nanostructure containing CNTs preferably has a peak of Radial Breathing Mode (RBM) when evaluated using Raman spectroscopy. Note that there is no RBM in the Raman spectrum of a fibrous carbon nanostructure composed of only three or more multi-walled carbon nanotubes.
  • RBM Radial Breathing Mode
  • the average diameter (Av) of the fibrous carbon nanostructure containing CNTs is preferably 2 nm or more, more preferably 2.5 nm or more, preferably 10 nm or less, and 6 nm or less. More preferably.
  • the average diameter (Av) of the fibrous carbon nanostructure is 2 nm or more, aggregation of the fibrous carbon nanostructure can be suppressed and the dispersibility of the fibrous carbon nanostructure can be enhanced.
  • the average diameter (Av) of the fibrous carbon nanostructure is 10 nm or less, the conductivity and flexibility of the silicone rubber composition can be sufficiently increased.
  • the aspect ratio of the fibrous carbon nanostructure was determined by measuring the diameter and length of 100 fibrous carbon nanostructures selected at random using a transmission electron microscope, and the ratio of the diameter to the length (long It can be obtained by calculating an average value of (thickness / diameter).
  • the BET specific surface area of the fibrous carbon nanostructure containing CNT is 2500 m 2 / g or less, the aggregation of the fibrous carbon nanostructure is suppressed, and the fibrous carbon nanostructure in the silicone rubber composition is suppressed. Dispersibility can be increased.
  • the “BET specific surface area” refers to a nitrogen adsorption specific surface area measured using the BET method.
  • the fibrous carbon nanostructure containing CNT preferably has a plurality of micropores.
  • the fibrous carbon nanostructure preferably has micropores having a pore diameter smaller than 2 nm, and the abundance thereof is a micropore volume determined by the following method, preferably 0.40 mL / g or more.
  • it is 0.43 mL / g or more, More preferably, it is 0.45 mL / g or more, and as an upper limit, it is about 0.65 mL / g normally.
  • micropore volume can be adjusted by changing suitably the preparation method and preparation conditions of the fibrous carbon nanostructure containing CNT, for example.
  • the shape of GNT is a shape which has a tape-shaped part in the center part of the width direction, and the shape of the cross section orthogonal to the extending direction (axial direction) is the cross-sectional length in the vicinity of both ends in the cross-sectional longitudinal direction. It is more preferable that the maximum dimension in the direction orthogonal to the direction is larger than the maximum dimension in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the cross section in the vicinity of the central portion in the longitudinal direction of the cross section. preferable.
  • “near the central portion in the longitudinal direction of the cross section” means the longitudinal width of the cross section from the longitudinal center line of the cross section (a straight line passing through the longitudinal center of the cross section and perpendicular to the longitudinal direction line).
  • the “near the end in the longitudinal direction of the cross section” means the area outside the longitudinal direction of “near the center in the longitudinal direction of the cross section”.
  • a carbon nanostructure containing GNT as a non-cylindrical carbon nanostructure is a base material having a catalyst layer on the surface when a CNT is synthesized by a super-growth method using a base material having a catalyst layer on the surface.
  • Catalyst base material can be obtained by a predetermined method.
  • the carbon nanostructure containing GNT is obtained by applying a coating liquid A containing an aluminum compound on a substrate, drying the applied coating liquid A, and then forming an aluminum thin film (catalyst supporting layer) on the substrate.
  • the coating liquid B containing the iron compound is applied, and the applied coating liquid B is dried at a temperature of 50 ° C. or less to form the iron thin film (catalyst layer) on the aluminum thin film. It can be obtained by synthesizing CNTs by the super-growth method using the catalyst substrate obtained by forming.
  • expanded graphite that can be suitably used as a conductive material is, for example, that expanded graphite obtained by chemically treating graphite such as flake graphite with sulfuric acid or the like is expanded by heat treatment and then refined. Can be obtained.
  • expanded graphite include EC1500, EC1000, EC500, EC300, EC100, and EC50 (all trade names) manufactured by Ito Graphite Industries.
  • additives are not particularly limited, and additives generally blended in rubber compositions such as a crosslinking agent and an antioxidant can be used.
  • a hardness adjusting agent such as silicone oil can be used.
  • the compounding quantity of another additive can be made into arbitrary quantity, unless the effect of this invention is impaired remarkably.
  • the silicone rubber composition of the present invention includes, for example, silicone rubber, a fibrous carbon nanostructure containing carbon nanotubes, and a conductive material other than the fibrous carbon nanostructure, which is an optional component, and other additives. It can be prepared by mixing or kneading at a desired blending ratio.
  • examples of the method for preparing the silicone rubber composition by mixing the above-described components include the following two methods. (1) A method of removing an organic solvent after dissolving silicone rubber in an organic solvent, dispersing a fibrous carbon nanostructure containing CNTs, and mixing arbitrary components. (2) A method of removing the solvent after dispersing the silicone rubber in a solvent in which the silicone rubber does not dissolve, dispersing the fibrous carbon nanostructure containing CNTs, and mixing arbitrary components.
  • a silicone rubber and a solvent are put in one container and mixed by stirring appropriately, and then mixed in a solvent containing the silicone rubber.
  • an optional component can be added and further stirred and mixed.
  • a fibrous carbon nanostructure containing CNTs is dispersed in advance in a solvent, and then a fibrous carbon nanostructure containing CNTs is dispersed.
  • Silicone rubber may be added to and mixed as appropriate to dissolve or disperse the silicone rubber, and an optional component may be added and mixed with stirring.
  • the kneading can be performed, for example, by bringing silicone rubber into a molten state and using a mixer, a uniaxial kneader, a biaxial kneader, a roll, a Brabender, an extruder, or the like.
  • the prepared silicone rubber composition is not particularly limited, and can be molded using a general molding method such as press molding, blow molding, injection molding, etc., and used for various applications.
  • the vulcanizate obtained by vulcanizing the silicone rubber composition according to the present invention preferably has a hardness of 80 or less, more preferably 55 or less. If the hardness is 80 or less, sufficient adhesion and shape followability during use can be ensured.
  • the vulcanizate obtained by vulcanizing the silicone rubber composition according to the present invention preferably has a volume resistivity of 10 5 ⁇ ⁇ cm or less, more preferably 2000 ⁇ ⁇ cm or less, and 500 ⁇ . More preferably, it is not more than cm, and particularly preferably not more than 300 ⁇ ⁇ cm. If the volume resistivity is 10 5 ⁇ ⁇ cm or less, it can be used favorably as a conductive material.
  • the “hardness” of the vulcanizate can be measured using a type A durometer according to JIS K6253-3.
  • the “volume resistivity” of the vulcanizate can be measured using a low resistivity meter in accordance with JIS K7194.
  • the prepared silicone rubber composition was put into a mold and vulcanized to produce two cylindrical test pieces (diameter: 2.9 cm, height: 1.25 cm).
  • the primary vulcanization condition was 170 ° C. for 15 minutes
  • the secondary vulcanization condition was 200 ° C. for 240 minutes.
  • the hardness of the two prepared test pieces was measured using a type A durometer in accordance with JIS K6253-3, and the average value of the measured hardness was obtained as the hardness of the vulcanizate.
  • ⁇ Volume resistivity> The prepared silicone rubber composition was put into a mold and vulcanized to produce a rubber sheet (size: 7.5 cm ⁇ 7.5 cm).
  • the primary vulcanization condition was 170 ° C.
  • Fe-Cr alloy SUS430 substrate (40 mm ⁇ 100 mm, thickness 0.3 mm, Cr 18%, arithmetic average roughness Ra ⁇ 0.59 ⁇ m) as a base material, at room temperature of 25 ° C. and relative humidity
  • the coating liquid A was applied by spin coating in a 50% environment. Specifically, 0.1 mL of coating solution A was dropped on the substrate, and then rotated at 500 rpm for 10 seconds and then at 2000 rpm for 20 seconds. Thereafter, it was air-dried for 5 minutes, further heated for 30 minutes in an air environment at 300 ° C., and then cooled to room temperature, thereby forming an alumina thin film (catalyst support layer) on the substrate.
  • the above-mentioned coating liquid B was applied by spin coating on the alumina thin film provided on the substrate in an environment of room temperature of 25 ° C. and relative humidity of 50%. Specifically, 0.1 mL of the coating liquid B was dropped onto a substrate provided with an alumina thin film, and then rotated at 500 rpm for 10 seconds and then at 2000 rpm for 20 seconds. Then, the iron thin film (catalyst layer) was formed by air-drying for 5 minutes (drying temperature 30 degreeC). Thus, the catalyst base material which has an alumina thin film and an iron thin film in this order on the base material was obtained.
  • N 2 1000 sccm was supplied into the reaction furnace, and the remaining raw material gas and catalyst activation material were excluded. Thereby, an aggregate of fibrous carbon nanostructures was obtained on the catalyst substrate. And the aggregate
  • the yield was 1.9 mg / cm 2
  • the G / D ratio was 3.4
  • the density was 0.03 g / cm 3
  • carbon purity was 99.9%
  • Example 1 190 g of silicone rubber (manufactured by Toray Dow Corning, SH831 U) was added to 9800 g of cyclohexane, and dissolved by stirring for 48 hours. 10 g of fibrous carbon nanostructure A was added to the obtained silicone rubber solution, and then stirred for 15 minutes using a stirrer (PRIMIX Lab Solution (registered trademark)). Furthermore, using a wet jet mill (Yoshida Kikai Kogyo, L-ES007), the solution to which the fibrous carbon nanostructure A was added was treated at 120 MPa. Thereafter, the jet mill treatment liquid was dropped into a mixture of 10,000 g of 2-propanol and 40000 g of methanol to obtain a black solid.
  • silicone rubber manufactured by Toray Dow Corning, SH831 U
  • the obtained black solid was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 48 hours, and then 1.2 g of a cross-linking agent (RC-4 (50P) manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) was opened roll with respect to 150 g of the dried black solid.
  • RC-4 50P
  • the results are shown in Table 1.
  • Example 2 60 g of expanded graphite (made by Ito Graphite Industries Co., Ltd., EC500) as a conductive material is added to the jet mill treatment liquid, and after stirring for 30 minutes with a propeller stirrer, silicone rubber, fibrous carbon nanostructure A, and expansion A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that a solution containing graphite oxide was dropped into a mixed solution of 10,000 g of 2-propanol and 40000 g of methanol to obtain a black solid. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the silicone rubber was changed to the silicone rubber shown in Table 1 (all manufactured by Toray Dow Corning). And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of fibrous carbon nanostructure A added to the silicone rubber solution was changed to 5.9 g. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the fibrous carbon nanostructure A added to the silicone rubber solution was changed to 2.9 g. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 The silicone rubber is changed to the silicone rubber (made by Toray Dow Corning) shown in Table 1, the amount of fibrous carbon nanostructure A added to the silicone rubber solution is changed to 3 g, and added to the jet mill treatment liquid.
  • a silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 2 except that the amount of expanded graphite (EC500, manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd.) was changed to 30 g. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 4 except that 120 g of ketjen black (manufactured by Lion Corporation, EC300J) was used instead of the fibrous carbon nanostructure A. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 30 g of ketjen black (manufactured by Lion Corporation, EC300J) was used instead of the fibrous carbon nanostructure A. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that fibrous carbon nanostructure B (manufactured by Nanocyl, product name “NC7000”) was used instead of fibrous carbon nanostructure A. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1. When the fibrous carbon nanostructure B (manufactured by Nanocyl, product name “NC7000”) was evaluated and analyzed, the BET specific surface area was 265 m 2 / g and the average diameter (Av) was 10.1 nm.
  • the fibrous carbon nanostructure B is not observed in the radial breathing mode (RBM) spectrum in the measurement with the Raman spectrophotometer, and is also observed from the observation with the transmission electron microscope. It was done. Further, the t-plot of the fibrous carbon nanostructure B showed a downwardly convex shape.
  • RBM radial breathing mode
  • Example 4 A silicone rubber composition was obtained in the same manner as in Example 5 except that the fibrous carbon nanostructure B (manufactured by Nanocyl, product name “NC7000”) was used instead of the fibrous carbon nanostructure A. And the hardness and volume resistivity of a vulcanizate were measured using the obtained silicone rubber composition. The results are shown in Table 1.

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Abstract

 本発明は、柔軟性と導電性とを高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物およびその加硫物を提供することを目的とする。本発明のシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムと、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体とを含有するシリコーンゴム組成物であって、繊維状炭素ナノ構造体が、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を特徴とする。また、本発明の加硫物は、当該シリコーンゴム組成物を加硫してなる。

Description

シリコーンゴム組成物および加硫物
 本発明は、シリコーンゴム組成物および加硫物に関するものである。
 近年、導電性や機械的特性に優れる材料として、シリコーンゴム等のゴムに対してカーボンナノチューブを配合してなるゴム組成物およびその加硫物が注目されている(例えば、特許文献1,2参照)。
 そして、シリコーンゴムに対してカーボンナノチューブを配合してなるシリコーンゴム組成物およびその加硫物には、ゴムのような柔軟性を保持したまま高い導電性を付与することが求められている。
国際公開第2013/172334号 特開2004-338327号公報
 しかし、導電性を向上させるためにカーボンナノチューブ等の繊維状の炭素ナノ構造体をシリコーンゴムに対して大量に配合すると、シリコーンゴム組成物および加硫物の硬度が上昇して柔軟性が損なわれ、使用時の密着性や形状追従性が低下する。
 そのため、柔軟性と導電性とを高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物およびその加硫物を開発することが求められていた。
 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、特定の性状を有する繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、シリコーンゴム組成物およびその加硫物の硬度の上昇を抑制しつつ導電性を十分に向上させ得ることを見出し、本発明を完成させた。
 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、本発明のシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムと、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体とを含有するシリコーンゴム組成物であって、前記繊維状炭素ナノ構造体が、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を特徴とする。このように、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繊維状炭素ナノ構造体を配合すれば、シリコーンゴム組成物の硬度の上昇を抑制しつつ導電性を十分に向上させることができる。
 ここで、本発明のシリコーンゴム組成物は、前記t-プロットの屈曲点が、0.2≦t(nm)≦1.5の範囲にあることが好ましい。t-プロットの屈曲点が0.2≦t(nm)≦1.5の範囲にある繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、柔軟性と導電性とを更に高いレベルで両立させることができるからである。
 また、本発明のシリコーンゴム組成物は、前記t-プロットから得られる全比表面積S1および内部比表面積S2が、0.05≦S2/S1≦0.30を満たすことが好ましい。全比表面積S1および内部比表面積S2が0.05≦S2/S1≦0.30を満たす繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、柔軟性と導電性とを更に高いレベルで両立させることができるからである。
 更に、本発明のシリコーンゴム組成物は、前記繊維状炭素ナノ構造体の平均直径が2nm以上10nm以下であることが好ましい。平均直径が2nm以上10nm以下の繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、柔軟性と導電性とを更に高いレベルで両立させることができるからである。
 そして、本発明のシリコーンゴム組成物は、黒鉛を更に含有することが好ましい。黒鉛を更に含有すれば、導電性を更に向上させることができるからである。
 また、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、本発明の加硫物は、上述したシリコーンゴム組成物の何れかを加硫してなることを特徴とする。上述したシリコーンゴム組成物を加硫してなる加硫物は、柔軟性および導電性の双方に優れている。
 そして、本発明の加硫物は、硬度が80以下であることが好ましい。硬度が80以下であれば、使用時の密着性や形状追従性を十分に確保することができるからである。
 また、本発明の加硫物は、体積抵抗率が105Ω・cm以下であることが好ましい。体積抵抗率が105Ω・cm以下であれば、導電性を有する材料として良好に使用し得るからである。
 本発明によれば、柔軟性と導電性とを高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物およびその加硫物を提供することができる。
表面に細孔を有する試料のt-プロットの一例を示すグラフである。
 以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
 ここで、本発明に係るシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムと、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体とを含有し、任意に繊維状炭素ナノ構造体以外の導電材(例えば、黒鉛等)やその他の添加剤を更に含有する。また、本発明に係るシリコーンゴム組成物は、繊維状炭素ナノ構造体が、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を特徴とする。更に、本発明の加硫物は、本発明のシリコーンゴム組成物を加硫して得ることができる。そして、本発明に係るシリコーンゴム組成物および加硫物は、導電性と柔軟性との双方に優れており、特に限定されることなく、例えばシーラント、ガスケット、電極、コネクタ等の材料として良好に使用し得る。
(シリコーンゴム)
 シリコーンゴムとしては、特に限定されることなく、ジメチルシロキサン等のアルキルシロキサン単位を主成分とするポリマーなどの既知のシリコーンゴムを用いることができる。なお、シリコーンゴムは、アルキルシロキサン単位以外に、少量の他の構造単位や官能基を含有していてもよい。また、シリコーンゴムは、所望により補強性充填剤や潤滑剤などの既知の添加剤を配合したものであってもよく、補強性充填剤としては、例えば、補強性シリカ、石英粉、酸化鉄、アルミナ、ビニル基含有シリコーンレジンなどを使用することができる。
 具体的には、シリコーンゴムとしては、例えばミラブル型シリコーンゴムや液状シリコーンゴムを用いることができる。
(繊維状炭素ナノ構造体)
 カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体としては、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ものであれば、特に限定されることなく、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称することがある。)のみからなるものを用いてもよいし、CNTと、CNT以外の導電性を有する繊維状炭素ナノ構造体との混合物を用いてもよい。
 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繊維状炭素ナノ構造体をシリコーンゴムに配合すれば、シリコーンゴム組成物の硬度の上昇を抑制しつつ導電性を十分に向上させることができる。
 なお、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体は、CNTの開口処理が施されておらず、且つ、t-プロットが上に凸な形状を示すことがより好ましい。
 ここで、一般に、吸着とは、ガス分子が気相から固体表面に取り去られる現象であり、その原因から、物理吸着と化学吸着に分類される。そして、t-プロットの取得に用いられる窒素ガス吸着法では、物理吸着を利用する。なお、通常、吸着温度が一定であれば、繊維状炭素ナノ構造体に吸着する窒素ガス分子の数は、圧力が大きいほど多くなる。また、横軸に相対圧(吸着平衡状態の圧力Pと飽和蒸気圧P0の比)、縦軸に窒素ガス吸着量をプロットしたものを「等温線」といい、圧力を増加させながら窒素ガス吸着量を測定した場合を「吸着等温線」、圧力を減少させながら窒素ガス吸着量を測定した場合を「脱着等温線」という。
 そして、t-プロットは、窒素ガス吸着法により測定された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られる。即ち、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)。
 ここで、表面に細孔を有する試料の典型的なt-プロットを図1に示す。表面に細孔を有する試料では、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、図1に示すように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
 そして、本発明で用いるCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体のt-プロットは、図1に示すように、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り、上に凸な形状を示す。かかるt-プロットの形状は、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おり、その結果として、繊維状炭素ナノ構造体は、優れた特性(特に、導電性)を発揮すると推察される。
 なお、CNTを含む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を満たす範囲にあることがより好ましく、0.55≦t(nm)≦1.0を満たす範囲にあることが更に好ましい。t-プロットの屈曲点の位置が上記範囲であると、繊維状炭素ナノ構造体の特性(特に、導電性)が更に向上するため、繊維状炭素ナノ構造体の配合量が少量であってもシリコーンゴム組成物に十分な導電性を付与することができる。従って、柔軟性の低下を抑制しつつ、導電性を十分に向上させことができる。
 ここで、「屈曲点の位置」とは、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。
 更に、CNTを含む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。S2/S1が0.05以上0.30以下であれば、バンドルの形成を十分に抑制しつつ、繊維状炭素ナノ構造体の特性(特に、導電性)を更に向上させることができるので、シリコーンゴム組成物の柔軟性の低下を抑制しつつ、導電性を十分に向上させことができる。
 また、CNTを含む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、特に限定されないが、個別には、S1は、600m2/g以上1400m2/g以下であることが好ましく、800m2/g以上1200m2/g以下であることが更に好ましい。一方、S2は、30m2/g以上540m2/g以下であることが好ましい。
 ここで、CNTを含む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、図1に示すt-プロットにより説明すると、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。
 因みに、CNTを含む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。
 なお、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。単層カーボンナノチューブを使用すれば、多層カーボンナノチューブを使用した場合と比較し、導電性を更に向上させることができるからである。
 また、CNTを含む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)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CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、繊維状炭素ナノ構造体の配合量が少量であっても導電性を十分に高めることができる。従って、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の配合によりシリコーンゴム組成物の硬度が上昇する(即ち、柔軟性が低下する)のを抑制して、導電性および柔軟性を十分に高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物を得ることができる。
 なお、「繊維状炭素ナノ構造体の平均直径(Av)」および「繊維状炭素ナノ構造体の直径の標準偏差(σ:標本標準偏差)」は、それぞれ、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(外径)を測定して求めることができる。そして、CNTを含む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、CNTを含む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CNTを含む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。
 そして、CNTを含む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。
 更に、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。
 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1以上20以下であることが好ましい。G/D比が1以上20以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の配合量が少量であっても導電性を十分に高めることができる。従って、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の配合によりシリコーンゴム組成物の硬度が上昇する(即ち、柔軟性が低下する)のを抑制して、導電性および柔軟性を十分に高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物を得ることができる。
 更に、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の平均直径(Av)は、2nm以上であることが好ましく、2.5nm以上であることが更に好ましく、10nm以下であることが好ましく、6nm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(Av)が2nm以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体の凝集を抑制して繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径(Av)が10nm以下であれば、シリコーンゴム組成物の導電性および柔軟性を十分に高めることができる。
 また、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、合成時における構造体の平均長さが100μm以上であることが好ましい。なお、合成時の構造体の長さが長いほど、分散時に繊維状炭素ナノ構造体に破断や切断などの損傷が発生し易いので、合成時の構造体の平均長さは5000μm以下であることが好ましい。
 そして、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比(長さ/直径)は、10を超えることが好ましい。なお、繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比は、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。
 更に、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体のBET比表面積は、600m2/g以上であることが好ましく、800m2/g以上であることが更に好ましく、2500m2/g以下であることが好ましく、1200m2/g以下であることが更に好ましい。CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体のBET比表面積が600m2/g以上であれば、シリコーンゴム組成物の導電性および柔軟性を十分に高めることができる。また、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体のBET比表面積が2500m2/g以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の凝集を抑制してシリコーンゴム組成物中の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、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。
 また、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、後述のスーパーグロース法によれば、カーボンナノチューブ成長用の触媒層を表面に有する基材上に、基材に略垂直な方向に配向した集合体(配向集合体)として得られるが、当該集合体としての繊維状炭素ナノ構造体の質量密度は、0.002g/cm3以上0.2g/cm3以下であることが好ましい。質量密度が0.2g/cm3以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体同士の結びつきが弱くなるので、シリコーンゴム組成物中で繊維状炭素ナノ構造体を均質に分散させることができる。また、質量密度が0.002g/cm3以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体の一体性を向上させ、バラけることを抑制できるため取り扱いが容易になる。
 更に、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、複数の微小孔を有することが好ましい。繊維状炭素ナノ構造体は、中でも、孔径が2nmよりも小さいマイクロ孔を有するのが好ましく、その存在量は、下記の方法で求めたマイクロ孔容積で、好ましくは0.40mL/g以上、より好ましくは0.43mL/g以上、更に好ましくは0.45mL/g以上であり、上限としては、通常、0.65mL/g程度である。CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体が上記のようなマイクロ孔を有することで、繊維状炭素ナノ構造体の凝集が抑制され、繊維状炭素ナノ構造体が高度に分散したシリコーンゴム組成物を得ることができる。なお、マイクロ孔容積は、例えば、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の調製方法および調製条件を適宜変更することで調整することができる。
 ここで、「マイクロ孔容積(Vp)」は、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の液体窒素温度(77K)での窒素吸着等温線を測定し、相対圧P/P0=0.19における窒素吸着量をVとして、式(I):Vp=(V/22414)×(M/ρ)より、算出することができる。なお、Pは吸着平衡時の測定圧力、P0は測定時の液体窒素の飽和蒸気圧であり、式(I)中、Mは吸着質(窒素)の分子量28.010、ρは吸着質(窒素)の77Kにおける密度0.808g/cm3である。マイクロ孔容積は、例えば、「BELSORP(登録商標)-mini」(日本ベル(株)製)を使用して求めることができる。
 そして、上述した性状を有する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て、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)において、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行うことで、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。
 なお、スーパーグロース法により製造したCNTを含む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と、導電性を有する非円筒形状の炭素ナノ構造体とから構成されていてもよい。具体的には、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体には、内壁同士が近接または接着したテープ状部分を全長に亘って有する単層または多層の扁平筒状の炭素ナノ構造体(以下、「グラフェンナノテープ(GNT)」と称することがある。)が含まれていてもよい。
 因みに、本発明において「テープ状部分を全長に亘って有する」とは、「長手方向の長さ(全長)の60%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%に亘って連続的にまたは断続的にテープ状部分を有する」ことを指す。
 ここで、GNTは、その合成時から内壁同士が近接または接着したテープ状部分が全長に亘って形成されており、炭素の六員環ネットワークが扁平筒状に形成された物質であると推定される。そして、GNTの形状が扁平筒状であり、かつ、GNT中に内壁同士が近接または接着したテープ状部分が存在していることは、例えば、GNTとフラーレン(C60)とを石英管に密封し、減圧下で加熱処理(フラーレン挿入処理)して得られるフラーレン挿入GNTを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察すると、GNT中にフラーレンが挿入されない部分(テープ状部分)が存在していることから確認することができる。
 そして、GNTの形状は、幅方向中央部にテープ状部分を有する形状であることが好ましく、延在方向(軸線方向)に直行する断面の形状が、断面長手方向の両端部近傍における、断面長手方向に直交する方向の最大寸法が、いずれも、断面長手方向の中央部近傍における、断面長手方向に直交する方向の最大寸法よりも大きい形状であることがより好ましく、ダンベル状であることが特に好ましい。
 ここで、GNTの断面形状において、「断面長手方向の中央部近傍」とは、断面の長手中心線(断面の長手方向中心を通り、長手方向線に直交する直線)から、断面の長手方向幅の30%以内の領域をいい、「断面長手方向の端部近傍」とは、「断面長手方向の中央部近傍」の長手方向外側の領域をいう。
 なお、非円筒形状の炭素ナノ構造体としてGNTを含む炭素ナノ構造体は、触媒層を表面に有する基材を用いてスーパーグロース法によりCNTを合成する際に、触媒層を表面に有する基材(以下、「触媒基材」と称することがある。)を所定の方法で形成することにより、得ることができる。具体的には、GNTを含む炭素ナノ構造体は、アルミニウム化合物を含む塗工液Aを基材上に塗布し、塗布した塗工液Aを乾燥して基材上にアルミニウム薄膜(触媒担持層)を形成した後、アルミニウム薄膜の上に、鉄化合物を含む塗工液Bを塗布し、塗布した塗工液Bを温度50℃以下で乾燥してアルミニウム薄膜上に鉄薄膜(触媒層)を形成することで得た触媒基材を用いてスーパーグロース法によりCNTを合成することで得ることができる。
 そして、シリコーンゴム組成物中のCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の含有割合は、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、3.5質量%以上であることが更に好ましく、5質量%以上であることが特に好ましく、10質量%以下であることが好ましく、7質量%以下であることがより好ましい。シリコーンゴム組成物中のCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の含有割合が1質量%以上であれば、シリコーンゴム組成物の導電性を十分に向上させることができる。また、シリコーンゴム組成物中のCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の含有割合が10質量%以下であれば、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の配合によりシリコーンゴム組成物の硬度が上昇する(即ち、柔軟性が低下する)のを抑制して、導電性および柔軟性を十分に高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物を得ることができる。
(導電材)
 上述した繊維状炭素ナノ構造体以外の導電材としては、特に限定されることなく、既知の導電材を用いることができる。中でも、導電材としては、黒鉛を用いることが好ましい。
 ここで、黒鉛としては、例えば、人造黒鉛、鱗片状黒鉛、薄片化黒鉛、天然黒鉛、酸処理黒鉛、膨張性黒鉛、膨張化黒鉛などが挙げられ、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。
 中でも、導電材としては、膨張化黒鉛を用いることが好ましい。膨張化黒鉛を使用すれば、シリコーンゴム組成物の導電性を更に向上させることができるからである。
 なお、導電材として好適に使用し得る膨張化黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛などの黒鉛を硫酸などで化学処理して得た膨張性黒鉛を、熱処理して膨張させた後、微細化することにより得ることができる。そして、膨張化黒鉛としては、例えば、伊藤黒鉛工業社製のEC1500、EC1000、EC500、EC300、EC100、EC50(いずれも商品名)等が挙げられる。
 そして、シリコーンゴム組成物中の導電材の含有割合は、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが更に好ましく、35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い。シリコーンゴム組成物中の導電材の含有割合が5質量%以上であれば、シリコーンゴム組成物の導電性を十分に向上させることができる。また、シリコーンゴム組成物中の導電材の含有割合が35質量%以下であれば、シリコーンゴム組成物の硬度が上昇する(即ち、柔軟性が低下する)のを抑制して、導電性および柔軟性を十分に高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物を得ることができる。
(その他の添加剤)
 その他の添加剤としては、特に限定されることなく、架橋剤や酸化防止剤などのゴム組成物に一般に配合される添加剤を用いることができる。また、その他の添加剤としては、シリコーンオイル等の硬度調整剤を用いることもできる。そして、その他の添加剤の配合量は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の量とすることができる。
 なお、架橋剤としては、例えば、パーオキサイド系架橋剤、ポリオール系架橋剤、チオシアナート系架橋剤、白金化合物系架橋剤などが挙げられる。
 また、酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤などが挙げられる。
(シリコーンゴム組成物の調製方法)
 なお、本発明のシリコーンゴム組成物は、例えば、シリコーンゴムと、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体と、任意成分である繊維状炭素ナノ構造体以外の導電材およびその他の添加剤とを、所望の配合比で混合または混練することにより調製することができる。
 ここで、上述した成分を混合し、シリコーンゴム組成物を調製する方法としては、例えば、以下の二つの方法が挙げられる。
(1)有機溶媒へのシリコーンゴムの溶解、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の分散および任意成分の混合を行ってから、有機溶媒を除去する方法。
(2)シリコーンゴムの溶解しない溶媒へのシリコーンゴムの分散、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の分散および任意成分の混合を行ってから、溶媒を除去する方法。
 なお、上記(1)の方法および(2)の方法の何れにおいても、例えば、一つの容器にシリコーンゴムおよび溶媒を入れて適宜攪拌するなどして混合した後、シリコーンゴムを含有する溶媒中にCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を入れて超音波ホモジナイザーや湿式ジェットミルなどでCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を分散処理した後、任意成分を入れてさらに撹拌混合することができる。また、上記(1)の方法および(2)の方法では、例えば、予め溶媒中にCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を分散させた後、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体が分散した溶媒にシリコーンゴムを添加して適宜混合することによりシリコーンゴムを溶解または分散させ、更に任意成分を入れて撹拌混合してもよい。撹拌は、撹拌羽、磁気撹拌装置、遊星ミルなどの従来公知の撹拌機を用いて行うことができる。撹拌時間は10分以上24時間以下が好ましい。溶媒の除去については、例えば凝固法、キャスト法または乾燥法を用いることができる。
 また、上述した成分を混練し、シリコーンゴム組成物を調製する方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
(3)溶媒を用いずに、シリコーンゴムにCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体および任意成分を入れて混練する。
 なお、混練は、例えば、シリコーンゴムを溶融状態とし、ミキサー、一軸混練機、二軸混練機、ロール、ブラベンダー、押出機などを用いて行うことができる。
 上述した中でも、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体および任意成分の分散性を向上させる観点からは、上記(1)の方法を用いてシリコーンゴム組成物を調製することが好ましい。
 そして、調製したシリコーンゴム組成物は、特に限定されることなく、プレス成形、ブロー成形、射出成形などの一般的な成形方法を用いて成形し、各種用途に用いることができる。
(加硫物)
 また、上述したようにして調製したシリコーンゴム組成物は、加硫成形し、加硫物としてから各種用途に用いることもできる。導電性および柔軟性に優れる本発明のシリコーンゴム組成物を加硫してなる加硫物は、優れた導電性および柔軟性を発揮する。
 なお、本発明に係るシリコーンゴム組成物を加硫して得られる加硫物は、硬度が80以下であることが好ましく、55以下であることがより好ましい。硬度が80以下であれば、使用時の密着性や形状追従性を十分に確保することができる。
 また、本発明に係るシリコーンゴム組成物を加硫して得られる加硫物は、体積抵抗率が105Ω・cm以下であることが好ましく、2000Ω・cm以下であることがより好ましく、500Ω・cm以下であることが更に好ましく、300Ω・cm以下であることが特に好ましい。体積抵抗率が105Ω・cm以下であれば、導電性を有する材料として良好に使用し得る。
 ここで、本発明において、加硫物の「硬度」は、JIS K6253-3に準拠し、タイプAデュロメータを用いて測定することができる。また、加硫物の「体積抵抗率」は、JIS K7194に準拠し、低抵抗率計を用いて測定することができる。
 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、以下の説明において、量を表す「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 実施例および比較例において、加硫物の硬度および体積抵抗率は、それぞれ以下の方法を使用して測定または評価した。
<硬度>
 調製したシリコーンゴム組成物を金型に投入し、加硫成形して円柱形の試験片(直径:2.9cm、高さ:1.25cm)を2つ作製した。なお、一次加硫条件は170℃で15分間とし、二次加硫条件は200℃で240分間とした。
 そして、作製した2個の試験片について、JIS K6253-3に準拠し、タイプAデュロメータを用いて硬度を測定し、測定した硬度の平均値を求めて加硫物の硬度とした。
<体積抵抗率>
 調製したシリコーンゴム組成物を金型に投入し、加硫成形してゴムシート(寸法:7.5cm×7.5cm)を作製した。なお、一次加硫条件は170℃で15分間とし、二次加硫条件は200℃で240分間とした。
 次に、作製したゴムシートから、寸法20mm×20mmの正方形の試験片を4個切り出し、測定サンプルとした。
 そして、低抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、製品名「ロレスタ(登録商標)MCP-T610」)を用い、JIS K7194に準拠した方法で測定サンプルの体積導電率を測定した。具体的には、測定サンプルを絶縁ボードの上に固定し、測定サンプルの中心位置(縦10mm、横10mmの位置)にプローブを押し当て、最大90Vの電圧をかけて各測定サンプルの任意の箇所の体積抵抗率を50点測定した。そして、測定値の平均値を求めて加硫物の体積抵抗率とした。
 なお、低抵抗率計の四端針プローブには、PSPプローブを選択した。
(CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体Aの調製)
<触媒基材の作製>
 アルミニウム化合物であるアルミニウムトリ-sec-ブトキシド1.9gを有機溶剤としての2-プロパノール100mLに溶解させた。さらに、安定剤としてトリイソプロパノールアミン0.9gを加えて溶解させて、触媒担持層形成用の塗工液Aを調製した。
 また、鉄化合物である酢酸鉄174mgを有機溶剤としての2-プロパノール100mLに溶解させた。さらに、安定剤としてトリイソプロパノールアミン190mgを加えて溶解させて、触媒層形成用の塗工液Bを調製した。
 基材としてのFe-Cr合金SUS430基板(JFEスチール株式会社製、40mm×100mm、厚さ0.3mm、Cr18%、算術平均粗さRa≒0.59μm)の表面に、室温25℃、相対湿度50%の環境下で、スピンコーティングにより上述の塗工液Aを塗布した。具体的には、0.1mLの塗工液Aを基材上に滴下した後、500rpmで10秒間、次いで、2000rpmで20秒間回転させた。その後、5分間風乾し、更に、300℃の空気環境下で30分間加熱した後、室温まで冷却することにより、基材上にアルミナ薄膜(触媒担持層)を形成した。
 次いで、室温25℃、相対湿度50%の環境下で、基材に設けられたアルミナ薄膜の上に、スピンコーティングにより上述の塗工液Bを塗布した。具体的には、アルミナ薄膜を備える基材に0.1mLの塗工液Bを滴下した後、500rpmで10秒間、次いで、2000rpmで20秒間回転させた。その後、5分間風乾(乾燥温度30℃)することにより、鉄薄膜(触媒層)を形成した。このようにして、基材の上に、アルミナ薄膜、鉄薄膜をこの順に有してなる触媒基材を得た。
<炭素ナノ構造体集合物の合成>
 作製した触媒基材を、炉内温度:750℃、炉内圧力:1.02×105Paに保持された回分式の製造装置の反応炉内に設置し、この反応炉内に、N2:100sccmおよびH2:800sccmの混合ガスを10分間導入した。次いで、炉内温度:750℃、炉内圧力:1.02×105Paに保持された状態の反応炉内に、N2:850sccm、エチレン:100sccmおよびH2O含有N2(相対湿度23%):50sccmの混合ガスを10分間供給した。
 その後、反応炉内にN2:1000sccmを供給し、残余の原料ガスおよび触媒賦活物質を排除した。これにより、触媒基材上に繊維状炭素ナノ構造体の集合物が得られた。そして、作製した繊維状炭素ナノ構造体の集合物を触媒基材から剥離し、繊維状炭素ナノ構造体Aを得た。
 得られた繊維状炭素ナノ構造体Aを評価および分析したところ、収量は1.9mg/cm2、G/D比は3.4、密度は0.03g/cm3、BET比表面積は800m2/g、炭素純度は99.9%、平均直径(Av)は2.7nm、3σ/Avは0.42であった。
 また、繊維状炭素ナノ構造体A100個中には、46個の単層および二層カーボンナノチューブと、54個の単層のGNTが存在していることが確認された。
 更に、繊維状炭素ナノ構造体Aのt-プロットは、上に凸な形状で屈曲していた。そして、S2/S1は0.24であり、屈曲点の位置のtは0.6nmであった。
(実施例1)
 シクロヘキサン9800gにシリコーンゴム(東レ・ダウコーニング製、SH831 U)190gを加え、48時間撹拌して溶解させた。得られたシリコーンゴム溶液に対し、繊維状炭素ナノ構造体Aを10g加えた後、攪拌機(PRIMIX ラボ・リューション(登録商標))を用いて15分間撹拌した。更に、湿式ジェットミル(吉田機械興業、L-ES007)を用いて、繊維状炭素ナノ構造体Aを加えた溶液を120MPaで処理した。その後、10000gの2-プロパノールと40000gのメタノールとの混合液へジェットミル処理液を滴下して黒色固体を得た。そして、得られた黒色固体を50℃で48時間減圧乾燥した後、乾燥した黒色固体150gに対して1.2gの架橋剤(東レ・ダウコーニング製、RC-4(50P))を、オープンロールを用いて添加し、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(実施例2)
 ジェットミル処理液に対し、導電材としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業社製、EC500)を60g加え、プロペラ攪拌機で30分撹拌した後、シリコーンゴムと、繊維状炭素ナノ構造体Aと、膨張化黒鉛とを含む溶液を10000gの2-プロパノールと40000gのメタノールとの混合液へ滴下して黒色固体を得た以外は実施例1と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(実施例3~4)
 シリコーンゴムを表1に示すシリコーンゴム(何れも東レ・ダウコーニング製)に変更した以外は実施例1と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(実施例5)
 シリコーンゴム溶液に対して加える繊維状炭素ナノ構造体Aの量を5.9gに変更した以外は実施例1と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(実施例6)
 シリコーンゴム溶液に対して加える繊維状炭素ナノ構造体Aの量を2.9gに変更した以外は実施例1と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(実施例7)
 シリコーンゴムを表1に示すシリコーンゴム(東レ・ダウコーニング製)に変更し、シリコーンゴム溶液に対して加える繊維状炭素ナノ構造体Aの量を3gに変更し、ジェットミル処理液に対して加える膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業社製、EC500)の量を30gに変更した以外は実施例2と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(比較例1)
 繊維状炭素ナノ構造体Aに変えてケッチェンブラック(ライオン株式会社製、EC300J)120gを用いた以外は実施例4と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(比較例2)
 繊維状炭素ナノ構造体Aに変えてケッチェンブラック(ライオン株式会社製、EC300J)30gを用いた以外は実施例1と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
(比較例3)
 繊維状炭素ナノ構造体Aに変えて繊維状炭素ナノ構造体B(Nanocyl製、製品名「NC7000」)を用いた以外は実施例1と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
 なお、繊維状炭素ナノ構造体B(Nanocyl製、製品名「NC7000」)を評価および分析したところ、BET比表面積は265m2/gであり、平均直径(Av)は10.1nmであった。また、繊維状炭素ナノ構造体Bは、ラマン分光光度計での測定においてラジアルブリージングモード(RBM)のスペクトルが観察されず、透過型電子顕微鏡での観察からも、多層カーボンナノチューブからなることが観察された。更に、繊維状炭素ナノ構造体Bのt-プロットは、下に凸な形状を示していた。
(比較例4)
 繊維状炭素ナノ構造体Aに変えて繊維状炭素ナノ構造体B(Nanocyl製、製品名「NC7000」)を用いた以外は実施例5と同様にして、シリコーンゴム組成物を得た。
 そして、得られたシリコーンゴム組成物を用いて加硫物の硬度および体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、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繊維状炭素ナノ構造体を使用した実施例1~7では、柔軟性と導電性とを高いレベルで両立させ得ることが分かる。
 本発明によれば、柔軟性と導電性とを高いレベルで両立させたシリコーンゴム組成物およびその加硫物を提供することができる。

Claims (8)

  1.  シリコーンゴムと、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体とを含有するシリコーンゴム組成物であって、
     前記繊維状炭素ナノ構造体が、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、シリコーンゴム組成物。
  2.  前記t-プロットの屈曲点が、0.2≦t(nm)≦1.5の範囲にある、請求項1に記載のシリコーンゴム組成物。
  3.  前記t-プロットから得られる全比表面積S1および内部比表面積S2が、0.05≦S2/S1≦0.30を満たす、請求項1または2に記載のシリコーンゴム組成物。
  4.  前記繊維状炭素ナノ構造体の平均直径が2nm以上10nm以下である、請求項1~3の何れかに記載のシリコーンゴム組成物。
  5.  黒鉛を更に含有する、請求項1~4の何れかに記載のシリコーンゴム組成物。
  6.  請求項1~5の何れかに記載のシリコーンゴム組成物を加硫してなる加硫物。
  7.  硬度が80以下である、請求項6に記載の加硫物。
  8.  体積抵抗率が105Ω・cm以下である、請求項6または7に記載の加硫物。
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