(57)【要約】【課題】所望の電気・熱伝導性を担保しつつ、コストダウンを図ったゴム組成物を提供する。【解決手段】ゴム成分に対し、ナノカーボン材料が配合されてなり、ナノカーボン材料を含む層の１層以上と、ナノカーボン材料を含まない層の１層以上と、の積層体からなるゴム組成物である。積層体は、ナノカーボン材料を含む層と、ナノカーボン材料を含まない層とを交互に積層してなるものとすることが好ましい。また、ナノカーボン材料としては、気相成長炭素繊維を好適に用いることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム成分に対し、ナノカーボン材料が配合されてなるゴム組成物において、
前記ナノカーボン材料を含む層の１層以上と、該ナノカーボン材料を含まない層の１層以上と、の積層体からなることを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
前記積層体が、前記ナノカーボン材料を含む層と、該ナノカーボン材料を含まない層とを交互に積層してなる請求項１記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記ナノカーボン材料が気相成長炭素繊維である請求項１または２記載のゴム組成物。
【請求項４】
前記ナノカーボン材料を含む層において、該ナノカーボン材料が、ゴム成分１００重量部に対し１〜４０重量部にて配合されてなる請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゴム組成物に関し、詳しくは、加工方法の改良により、所望の電気・熱伝導性と経済性とを両立させたゴム組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タイヤ等の大型ゴム製品を成型する際には、例えば、厚み５０ｍｍのゴム部品を成型する場合、厚み５ｍｍ〜１０ｍｍのゴムシートを数枚積層して成型する手法が用いられる。したがって通常は、同一配合のゴム組成物からなるゴムシートを所定枚数にて積層して、目的厚みのゴム成形物を得ることになる。
【０００３】
ゴム組成物の改良に関する技術としては、例えば、特許文献１に、ゴム材料を基材とし、充填材として平均アスペクト比が１０未満である気相成長炭素繊維を配合してなるゴム組成物が開示されている。また、特許文献２には、ゴム成分１００質量部に対して、充填剤としてアモルファス構造を有するナノスケールカーボンチューブ０．０１〜１００質量部を配合してなるゴム組成物が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２７７５３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開２００６−１２４４５９号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような手法で得られるゴム製品において、特定の方向に電気や熱を高効率で伝導させたい場合には、目的の厚みに応じてフィラーの配合量が増大し、コスト高となるという問題があった。したがって、ある程度の電気・熱伝導性を保持しつつ、経済性を改良するための技術が求められていた。
【０００５】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、所望の電気・熱伝導性を担保しつつ、コストダウンを図ったゴム組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は鋭意検討した結果、加工方法の改良により、上記問題を解消しうるゴム組成物が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分に対し、ナノカーボン材料が配合されてなるゴム組成物において、
前記ナノカーボン材料を含む層の１層以上と、該ナノカーボン材料を含まない層の１層以上と、の積層体からなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明において、前記積層体は、好適には、前記ナノカーボン材料を含む層と、該ナノカーボン材料を含まない層とを交互に積層してなるものとすることができ、前記ナノカーボン材料としては、気相成長炭素繊維を好適に用いることができる。また、本発明においては、前記ナノカーボン材料を含む層において、該ナノカーボン材料を、ゴム成分１００重量部に対し１〜４０重量部にて配合することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上記構成としたことにより、所望の電気・熱伝導性を担保しつつ、経済性についても改良したゴム組成物を実現することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分に対しナノカーボン材料が配合されてなり、かかるナノカーボン材料を含む層の１層以上と、該ナノカーボン材料を含まない層の１層以上と、の積層体からなる点に特徴を有する。
【００１１】
ゴム成分に対しナノカーボン材料を配合することで、電気・熱伝導性を付与することができるが、従来のように同一配合のゴムシートを積層した場合には、経済性に著しく劣ることとなる。そこで本発明においては、かかるナノカーボン材料を含む層と、含まない層とを積層して積層体を形成したことで、ナノカーボン材料の配合量を低減しつつ所望の電気・熱伝導性を付与したゴム組成物を得ることができ、結果として、電気・熱伝導性とコスト性とを両立させることが可能となったものである。
【００１２】
具体的には例えば、気相成長炭素繊維を１０重量部配合した高熱伝導性ゴムシートを積層して得られる５０ｍｍ厚のゴム部材（比較ゴム部材）に対し、本発明によれば、（１）気相成長炭素繊維を２０重量部配合した５ｍｍ厚の高熱伝導性ゴムシートと、気相成長炭素繊維を配合しない（通常のカーボンブラックを用いた配合の）５ｍｍ厚ゴムシートとを交互に積層することで、シートの長手方向においてトータルでは上記比較ゴム部材より優れた電気・熱伝導性を得ることができ、（２）気相成長炭素繊維を１５重量部配合した５ｍｍ厚の高熱伝導性ゴムシートと、気相成長炭素繊維を配合しない５ｍｍ厚ゴムシートとを交互に積層することによっても、シートの長手方向においてトータルでは上記比較ゴム部材に近い電気・熱伝導性を経済的に得ることができる。
【００１３】
本発明において、ナノカーボン材料を含む層は、ナノカーボン材料を、ゴム成分１００重量部に対し１〜４０重量部にて配合することにより形成することができる。目的とする電気・熱伝導性にもよるが、気相成長炭素繊維および／またはカーボンナノチューブの配合量が１重量部未満であると、本発明のゴム組成物において十分な電気・熱伝導性が得られず、一方、４０重量部を超えて用いると、経済性を損なうおそれがある。
【００１４】
また、本発明においては、ナノカーボン材料を含む層と含まない層とを、交互に積層して積層体を形成することが好ましい。これにより、得られるゴム組成物の積層方向における電気・熱伝導性の不均一を少なくすることができる。
【００１５】
さらに、本発明においては、ナノカーボン材料を含む層と含まない層とを少なくとも１層ずつ積層することが必要であるが、好適には、含む層と含まない層とを、それぞれ１〜５層ずつ積層して、積層体を形成することができる。層数が少なすぎると本発明によるメリットが十分得られず、一方、多すぎると積層作業が煩雑となり、いずれも好ましくない。また、各層の１層あたりの厚みは、目的とするゴム組成物の厚みにもよるが、一般的な成形ゴムシート厚みとすることができ、例えば、２〜２０ｍｍである。
【００１６】
本発明におけるナノカーボン材料を含む層は、ゴム成分に対し、ナノカーボン材料が配合されてなるものであれば、それ以外の配合成分については所望に応じ適宜決定することができ、特に制限されるものではない。また、ナノカーボン材料を含まない層についても、ナノカーボン材料を含まない以外は含む層と同様の配合にて形成することができ、特に制限されるものではない。
【００１７】
ゴム成分としては、特に制限されず、天然ゴム（ＮＲ）、汎用合成ゴム、例えば、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、高シス−１，４ポリブタジエンゴム、低シス−１，４ポリブタジエンゴム、高シス−１，４ポリイソプレンゴム等、ジエン系特殊ゴム、例えば、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム等、オレフィン系特殊ゴム、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等、その他特殊ゴム、例えば、ヒドリンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム等のいずれを用いることもできる。コストと性能とのバランスから、好ましくは、天然ゴムまたは汎用合成ゴムを用いる。
【００１８】
また、本発明に用いるナノカーボン材料とは、炭素原子からなり、直径がナノオーダーの球状、円筒状、円柱状等の形状を有する構造体であって、具体的にはフラーレン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー、気相成長炭素繊維等をいう。本発明において、これらナノカーボン材料は、目的とするゴム物性に応じて適宜の構造、直径、長さ等を有するものを選択して用いることができ、特に制限はない。好適には、ナノカーボン材料として、気相成長炭素繊維を用いることができる。
【００１９】
気相成長炭素繊維は、通常のカーボンファイバー（ＣＦ）（平均直径５μｍ以上、長さ１００μｍ程度）の１０−２〜１０−１倍程度のオーダーの微細な繊維状構造体である。本発明においては、いかなる気相成長炭素繊維を用いてもよいが、好適には繊維径０．０４〜０．４μｍ、より好適には０．０５〜０．３μｍ、特には０．０７〜０．２μｍのものを用いる。また、その繊維長についても特に制限されず、好適には平均繊維長０．５〜５０μｍ、より好適には１〜５０μｍ、特には１．５〜２５μｍの範囲のものを用いることができる。さらに、比表面積としては、５〜５０ｍ２／ｇ、特には８〜３０ｍ２／ｇの範囲内であることが好ましい。かかる気相成長炭素繊維は市場で容易に入手可能であり、例えば、昭和電工（株）製の気相法炭素繊維ＶＧＣＦ（登録商標）を用いることができる。
【００２０】
気相成長炭素繊維としては、取り扱い性の向上、あるいはゴム組成物としての特性向上等を目的として、解砕処理を施したものを用いることも可能である。解砕処理の手法としては、ボールミル混合機や乳鉢を用いて機械的に粉砕する方法や、水系または有機溶媒中に分散させて超音波をかけて粉砕する方法などが挙げられる。
【００２１】
さらに、気相成長炭素繊維は、酸化処理して用いてもよい。この酸化処理の方法としては、硝酸、硫酸、過塩素酸またはこれらの酸の混合物で処理する化学的処理や、コロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン処理等の物理的処理などが挙げられる。さらに、酸化処理に加えて、カップリング剤で処理した気相成長炭素繊維を用いることもでき、かかるカップリング剤としては、チタネート系、アルミニウム系、シラン系のカップリング剤を挙げることができ、これらカップリング剤を溶剤に溶解して、気相成長炭素繊維に含浸する等の方法で処理することができる。
【００２２】
また、ゴム配合中には、上記気相成長炭素繊維に加えて、カーボンブラックやシリカなどの充填剤を配合することができる。カーボンブラックとしては、ＨＡＦ級のものなど公知のものを使用することができ、その配合量としては、ゴム成分１００重量部に対し１〜８０重量部の範囲内とすることができる。シリカについても同様である。また、その他、ゴム業界で一般に使用されている添加剤、例えば、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、プロセスオイル、補強材、軟化剤等を適宜配合することができ、これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。
【００２３】
加硫剤としては、硫黄、硫黄含有化合物等が挙げられ、その配合量はゴム成分１００重量部に対し硫黄分として０．１〜１０重量部が好ましく、より好ましくは１〜５重量部である。また、加硫促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、２−メルカプトベンゾチアゾール（Ｍ）、ジベンゾチアジルジサルファイド（ＤＭ）、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド（ＣＺ）等のチアゾール系や、ジフェニルグアジニン（ＤＰＧ）等のグアジニン系の加硫促進剤が挙げられ、その使用量は、一般に、ゴム成分１００重量部に対し０．１〜７重量部が好ましく、より好ましくは１〜５重量部である。さらに、プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系等が挙げられ、引張強度、耐摩耗性の向上を重視する用途には芳香族系が、ヒステリシスロス、低温特性の向上を重視する用途にはナフテン系またはパラフィン系が用いられる。その使用量は、ゴム成分１００重量部に対し０〜１００重量部が好ましく、１００重量部を超えると加硫ゴムの引張強度や低発熱性が悪化する傾向がある。
【００２４】
本発明のゴム組成物を構成するナノカーボン材料を含む層および含まない層は、ゴム成分とその他の配合成分とを混合、混練りして得られた配合ゴムを、所望の厚さにシート加工することによりゴムシートとして得ることができ、これら各層をそれぞれ１層以上ずつ、好ましくは交互に積層することで、本発明のゴム組成物を得ることができる。本発明のゴム組成物は、加硫して使用することが好ましく、例えば、タイヤのトレッドゴム等として好適に用いることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例１）
下記の表１に示す配合１および配合３にて、ラボプラストミル（東洋精機製）を用いて、１ノンプロ混合（ゴム＋カーボンブラック（＋気相成長炭素繊維）＋ステアリン酸＋老化防止剤）を５分間、２プロ混合（ノンプロゴム＋加硫促進剤＋加硫剤）を１分間、それぞれ行った後、厚さ１ｍｍ、幅１００ｍｍのシート状に成型して、２種類のゴムシートを作製した。各ゴムシートを交互に３層ずつ積層して、１５０℃×１５分でプレス加硫を行うことにより、厚さ６ｍｍの加硫ゴムシートを作製した。
【００２６】
（実施例２）
下記の表１に示す配合１および配合４にて、実施例１と同様にして、厚さ１ｍｍ、幅１００ｍｍの２種類のゴムシートを作製した。各ゴムシートを交互に３層ずつ積層して、１５０℃×１５分でプレス加硫を行うことにより、厚さ６ｍｍの加硫ゴムシートを作製した。
【００２７】
（比較例）
下記の表１に示す配合１にて、実施例１と同様にして、厚さ６ｍｍ、幅１００ｍｍのシートを一体成型し、１５０℃×１５分でプレス加硫を行うことにより、加硫ゴムシートを作製した。
【００２８】
（参考例）
下記の表１に示す配合２にて、実施例１と同様にして、厚さ６ｍｍ、幅１００ｍｍのシートを一体成型し、１５０℃×１５分でプレス加硫を行うことにより、加硫ゴムシートを作製した。
【００２９】
【表１】
2008200867.tif 000002
＊１）昭和電工（株）製  気相法炭素繊維ＶＧＣＦ（登録商標）
＊２）Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−Ｐ−フェニレンジアミン
＊３）Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド
【００３０】
得られた各加硫ゴムシートにつき、シートの長手方向の熱伝導率を、京都電子（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて測定した。その結果を、比較例の熱伝導率を１００とした指数にて、下記の表２中に示す。
【００３１】
【表２】
2008200867.tif 000003
【００３２】
上記表２から、実施例２を参考例と比較すると、気相成長炭素繊維の配合量が７５％に減少しているにもかかわらず、ほぼ同等の熱伝導性が保持されていることがわかる。したがって、本発明により、熱伝導性等のゴム物性とコスト性とを両立できることが確かめられた。