(57)【要約】【課題】気泡残留が少なく強度がより増強、好ましくは伝導性が改善した樹脂材料を提供する。【解決手段】当該樹脂材料に主として高強度を付与する目的で複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）１からなるＣＮＴ材が、マトリクス樹脂４中に配合されてなる樹脂材料において、アスペクト比がＣＮＴ１より小さい複数のカーボン粒子３が、上記各ＣＮＴ１の隙間２内でマトリクス樹脂４よりもその存在割合が高くなるように当該隙間２中に混合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該樹脂材料に主として高強度を付与する目的で複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなるＣＮＴ材が、マトリクス樹脂中に配合されてなる樹脂材料において、アスペクト比がＣＮＴより小さい複数のカーボン粒子が、上記各ＣＮＴの隙間内でマトリクス樹脂よりもその存在割合が高くなるように当該隙間中に混合されている、ことを特徴とするＣＮＴ配合樹脂材料。
【請求項２】
上記カーボン粒子が、高電気伝導性および／または高熱伝導性を有する、請求項１に記載のＣＮＴ配合樹脂材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス樹脂中に複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなるＣＮＴ材が混合されて機械的強度が強化されたＣＮＴ配合樹脂材料に関するものであり、特に、上記樹脂材料の機械的強度および、好ましくは電気ないしは熱伝導性をさらに向上させることに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＴは、炭素原子が六角形に配置されたグラフェンシートを筒状に巻いた形状で長さ方向にほぼ一様な直径形状をなし、長さと直径との比であるアスペクト比が大きく直径が微細であるが、機械的強度が高く、導電性に優れている（特許文献１参照）。そして、この性質を利用することにより、ＣＮＴの複数からなるＣＮＴ材を樹脂材に混合してＣＮＴ配合樹脂材料（以下、樹脂材料）となし、この樹脂材料を、高強度樹脂、導電性樹脂、透明導電フィルム、等の用途の開発が行われている。
【０００３】
図２で示す樹脂材料は、ＣＮＴ材を構成する複数のＣＮＴ１の隙間２に、マトリクス樹脂４が入り込み、このマトリクス樹脂４が複数のＣＮＴ１同士を結合させる結合材としての役割を果たしている。この構成では、樹脂材料の特徴である高強度、あるいは電気や熱伝導性のためにマトリクス樹脂４と比較してＣＮＴ１の混合率が極めて高くなっている。そして、この構成で注目すべきは、マトリクス樹脂４中に気泡５が混入していることである。
【０００４】
以下にこの樹脂材料の製法を説明すると、まず、ＣＮＴ分散溶液とマトリクス樹脂溶液とを混ぜてＣＮＴ入り樹脂溶液を作る。この場合、高強度、高伝導性を得る目的でマトリクス樹脂に比較してＣＮＴの混合率を高くしている。そして、上記溶液を脱液するのであるが、ＣＮＴ材の混合率が高いためにＣＮＴ１の隙間２内にマトリクス樹脂４が十分に入り込むことができにくくなる。そのため、ＣＮＴ１の隙間２中には気泡５が多数残留している。このような状態で次の脱液過程では、ＣＮＴ１の隙間２中に残留していた気泡５が脱液作用でも外部に出ずに内部に残留してしまうこととなる。
【０００５】
こうして図２で示すように内部に気泡５が残留した樹脂材料が得られる。この気泡５は樹脂材料の機械的強度、電気や熱伝導性の大幅な低下を招いてしまう。
【０００６】
一方、ＣＮＴ１の混合率を下げた場合では、ＣＮＴ１同士の接触率やＣＮＴ１間の隙間２の形成率も低下して脱液工程で気泡５が残留する率も下がるものの、それでは、高強度、高伝導性の樹脂材料を得難くなってしまう。そのため、ＣＮＴ１の混合率を高く維持して高強度、高伝導性を保持できた状態とする一方で、上記気泡５の残留率を大幅に下げることに加えて、さらに、より高強度、高伝導性を高くできるような樹脂材料の開発が求められ、本願発明者は鋭意研究した。
【特許文献１】特開２００１−３０３２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明により解決する主たる課題は、気泡残留を少なくし、かつ、少なくとも強度をより増強させ、好ましくは、電気や熱の伝導性を改善することである。その他の課題は後述から明らかであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る樹脂材料は、当該樹脂材料に主として高強度を付与する目的で複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなるＣＮＴ材が、マトリクス樹脂中に配合されてなる樹脂材料において、アスペクト比がＣＮＴより小さい複数のカーボン粒子が、上記各ＣＮＴの隙間内でマトリクス樹脂よりもその存在割合が高くなるように当該隙間中に混合されている、ことを特徴とするものである。
【０００９】
上記「主として」の意義は、高強度だけでなく、高電気伝導性、高熱伝導性を付与することを目的とすることも含むことができる意義である。カーボンナノチューブは一般に電気や熱伝導性に優れており、上記カーボン粒子は、ＣＮＴの隙間中に存在することで、マトリクス樹脂に起因した気泡の残留が減り、カーボンナノチューブの上記性状を補助することができる。
【００１０】
以上のごとく、本発明では、上記ＣＮＴの隙間内でのカーボン粒子の存在割合がマトリクス樹脂よりも高いので必然的にマトリクス樹脂中の気泡残留率が下がった樹脂材料となっている。そのため、本発明では、従来よりも強度がより向上した樹脂材料を提供できる。
【００１１】
具体的に、ＣＮＴとカーボン粒子とマトリクス樹脂それぞれの存在意義を説明すると、まず、機械的強度に関しては、ＣＮＴは引張強度が高い。マトリクス樹脂はＣＮＴ同士を接着する役割を有する一方、本発明では、ＣＮＴの隙間中にカーボン粒子がマトリクス樹脂よりも高い存在割合で含まれるので、その引張強度だけでなく圧縮、曲げ、加工強度が極めて高くなっている。そのため、強化歯車や、強化ケース等の各種用途に適した樹脂材料を提供することができるようになる。また、電気伝導性においては、ＣＮＴの隙間中にカーボン粒子が高い存在割合で存在することにより、電気伝導性に寄与できる断面積拡大により、電気伝導性がより高くなっている。また、熱伝導性に関しては、ＣＮＴの隙間中にカーボン粒子がマトリクス樹脂よりも高い存在割合で存在しているので、熱伝導性に劣るマトリクス樹脂がＣＮＴの隙間中に多く存在する樹脂材料よりも、その熱伝導性はより高くなっている。
【００１２】
そして、本発明の樹脂材料では、ＣＮＴの隙間中がカーボン粒子でほぼ埋め尽くされているので、微小加工した場合、加工面にＣＮＴ間の隙間による空隙が現れにくく、ミリ単位あるはミクロン単位という微小な加工精度が要求される各種加工物の材料に適したものとなる。
【００１３】
以上から本発明の樹脂材料では、従来のそれよりも、より一層の高強度が付与されるうえ、伝導性も大幅に改善された樹脂材料とすることができるようになる。
【００１４】
本発明の樹脂材料は、さらに、高電気伝導性ないし高熱伝導性を付与することを目的とすることが好ましい。この場合、高電気伝導性では体積抵抗率(Ω・ｃｍ)のことであり、高熱伝導性では熱伝導率(W／m・k)のことと定義することができる。
【００１５】
本発明においては、上記ＣＮＴ材を構成するＣＮＴは、単層ＣＮＴでも、多層ＣＮＴでもよい。本発明のＣＮＴ材は、基板表面上の触媒微粒子の作用で成長する複数の多層ＣＮＴの集合で構成することができる。
【００１６】
本発明の樹脂材料はその用途に限定されるものではないが、用途の例としては、高強度としては、ケース材料、プーリ材料、建築材料、等、高電気伝導性としては静電除去材料、また、高熱伝導性としては放熱器材料、等を例示することができる。
【００１７】
本発明の樹脂材料は、高強度、高電気伝導性、好ましくは、さらに高熱伝導性とした場合、透明で光波長以下の極薄の導電フィルム材料に用いることができる。このフィルム材料は、例えば電子電界放出用エミッタからの電子を引き寄せるアノード電極に用いることができる。
【００１８】
本発明の樹脂材料をケース材料、例えば携帯電話のケース材料とした場合、ソフト軽量でかつ高強度の携帯電話ケースを作ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の樹脂材料は、ＣＮＴの隙間中でマトリクス樹脂よりもカーボン粒子の存在割合が高いために、従来の樹脂材料よりも気泡残留率が下がり、その分、高強度、好ましくは、高伝導性の樹脂材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る樹脂材料を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、実施の形態の樹脂材料の断面構成を示す。図１を参照して、実施の形態の樹脂材料は、ＣＮＴ材を構成する複数のＣＮＴ１の隙間２に、カーボン粒子３とマトリクス樹脂４とが入り込む一方で、ＣＮＴ１の隙間２中でのカーボン粒子３の存在割合は、マトリクス樹脂４のそれよりも高くなっている。これにより、マトリクス樹脂４内の気泡５の存在は少ない。
【００２２】
ＣＮＴ１は、単層、多層のＣＮＴであり、単層ＣＮＴだけ、あるいは多層ＣＮＴだけ、あるいはこれら両者の混合ＣＮＴで構成することができる。ＣＮＴ１の隙間２の大きさは例えば１００μm以下程度であり、このＣＮＴ１の隙間２中におけるカーボン粒子３個々の平均断面寸法は０．１μm〜２００μm程度であり、また、マトリクス樹脂４に対する存在割合は例えば体積の２０〜８０％程度である。
【００２３】
マトリクス樹脂４として、耐衝撃・エラストマーを例示することができる。用途別にすると、例えば耐衝撃用途では高剛性材料の樹脂、エラストマーとなる様な用途では粘、弾性体の樹脂を好ましく例示することができる。
【００２４】
このカーボン粒子３は、アスペクト比がＣＮＴよりも小さく粒子径がサブミクロンオーダーの粒子であり、その形状は球形、矩形、線形、無定形、等に限定されず、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、カーボンブラックを適用することができる。カーボンブラックとしては、例えばケッチェンブラック、アセチレンブラック、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ等を例示することができる。
【００２５】
本実施の形態の樹脂材料では、まず、機械的強度に関しては、ＣＮＴ１は引張強度が高い。マトリクス樹脂４はＣＮＴ１同士を接着するが、本発明では、ＣＮＴ１の多くの隙間２中で、カーボン粒子３がマトリクス樹脂４よりも高い存在割合で含まれるので、その圧縮強度が極めて高くなっている。そのため、強化歯車や、強化ケースの用途に適した樹脂材料を提供することができるようになる。また、電気伝導性においては、ＣＮＴ１の隙間２中にカーボン粒子３がマトリクス樹脂４よりも高い存在割合で存在することにより、電気伝導性がより高くなっている。また、熱伝導性に関しては、ＣＮＴ１の隙間２中にカーボン粒子３がマトリクス樹脂４よりも高い存在割合で存在しているので、熱伝導性に劣るマトリクス樹脂４がＣＮＴ１の隙間２中に多く存在する樹脂材料よりも、その熱伝導性はより高くなっている。
【００２６】
以上から本発明の樹脂材料では、従来のそれよりも、より一層の高強度が付与されるうえ、伝導性も大幅に改善された樹脂材料とすることができるようになる。
【００２７】
なお、上記樹脂材料は、例えば、次の製造方法で製造することができる。すなわち、マトリクス樹脂溶液とＣＮＴ分散溶液とを混合する混合工程において、上記カーボン粒子を上記ＣＮＴと共に分散溶液中に分散させて混合するか、あるいはまた、マトリクス樹脂溶液とＣＮＴ分散溶液とは別の溶液中にカーボン粒子を分散させた分散溶液を混合させる。そして、次にこの混合溶液を脱液することで、本発明の樹脂材料が得られる。
【００２８】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る樹脂材料を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は従来の樹脂材料を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ＣＮＴ
２  ＣＮＴの隙間
３  カーボン粒子
４  マトリクス樹脂
５  気泡
【図１】
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【図２】
2010138305.tif 000004