銅フタロシアニンの添加がポリスチレン／多層カーボンナノチューブナノ複合材料の導電率と粘弾性に与える影響
Effect of copper phthalocyanine addition on electrical conductivity and viscoelasticity ofpolystyrene/ (multi-walled carbon nanotube) nanocomposites（山形大）○（学）杉浦有威（正）Sathish K. Sukumaran,（正）杉本昌隆
Multiwalled carbon nanotubes (CNT), due to their high aspect ratio, can impart electrical conductivity topolymeric nanocomposites at low volume fractions. The conductivity however saturates at high volume fractionof CNT. To expand the scope of possible applications, higher conductivities are desirable. Past work suggeststhat addition of copper phthalocyanine (Pc) led to a significant increase in the conductivity of nylon/carbon blackcomposites. Therefore, in this study we compared the conductivity of polystyrene (PS)/CNT nanocomposites tothat of PS/CNT/Pc nanocomposites prepared by solution casting. The results indicated that upon addition of Pc,
the conductivity increased by approximately an order of magnitude. Correspondingly, the low frequency storage
modulus also exhibited an increase. These results, in combination, suggest that the aggregate structure of CNT inthe nanocomposites changes upon addition of Pc.
Keywords: Multiwalled carbon nanotubes, Electrical Conductivity, Linear Rheology, Aggregate Structure
1. 緒言

アスペクト比が大きい程少ない添加量で優れコンポジットの物性を最大限発揮するために、た導電性を有するため、本研究では PS にアス添加したフィラーの良分散が重要な要因となる。

ペクト比が極めて大きい CNT を添加した。材料

Hoseini1) らは、ポリスチレン(PS)/多層カーボに Pc を添加することが CNT の分散性にどのよンナノチューブ(MWCNT,以下 CNT)複合材料にうな影響を与えるか、導電性とレオロジーの観おいて最適な分散が導電性に与える影響につい点から検討した。て検討を行い、分散の制御がポリマー/CNT ナ

2. 実験

ノコンポジットの電気的特性を高めるのに非常2-1 試料に有益である可能性があることを報告した。分PS( 重 量 平 均 分 子 量 312,000) と CNT ( 平 均散の制御とは良分散であれば導電性が低下し、長:1.5 μm, 平均直径:9.5 nm, NC7000, Nanocyl

分散が悪すぎる場合も導電性が低下する。一定SA 社製)と Pc(平均直径 80 nm)を用いた。PS にの程よい分散（パスの形成）が最も高い導電性

対する CNT の添加量(0.05~0.5 vol %)、Pc の添を示した。

加量(0.008~1.2 vol%)として実験を行った。

当研究室では、銅フタロシアニン(Pc)の添加に2-2 試料作製よりカーボンブラック(CB)ナノコンポジットの2-2-1 CNT 及び Pc マスターバッチ(MB)作製導電性が大きく向上することを報告している。

PS 10 g に対し CNT 2.5 vol %を添加した MB

モルフォロジー観察や動的粘弾性測定から Pcを作製した。PS はジクロロメタンに入れ 30 minが CB 凝集構造の形成を促進し導電パスが増加

マグネットスタラーによる撹拌を行い、CNT はしたことを示唆している。

クロロホルム中で超音波ホモジナイザーを用い15 min 混合した。これらを混合し、超音波ホモ*Yui Sugiura, Sathish K. Sukumaran,
Masataka Sugimoto,
Graduate School of Organic Materials Science,
Yamagata University*4-3-16 Jonan, Yonezawa, Yamagata, 992-8510, Japan
Tel: 0238-26-3058, Fax: 0238-26-3411
Email: sugimoto@yz.yamagata-u.ac.jp

ジナイザーで 15 min 撹拌させたものをバットに開けて乾燥させた。
PS 10g に対し Pc 3.2 vol %添加し MB を作製した。PS-Pc MB は連続式二軸混練機（XploreMC15s, Xplore Instruments 社製）を用 いて 60rpm, 200 ℃で 10 min 混練した。

2-2-2 溶媒キャスト法
CNT 添加量が 0.05~0.5 vol%では MB を用いた。
作製方法は前述の CNT の MB と同じである。
2-3 導電性評価
低抵抗測定器(MCP-T610, 三菱ケミカルアナリテック)を用いて抵抗率を 4 探針法で測定し導電率を算出した。
2-4 線形レオロジー測定
回転型レオメーター(MCR301, Anton Paar社製)を用いた。測定条件は 200 ℃，ひずみ 1 %, 測定範囲は ω = 100 ～ 0.01 rad/s とした。

図 2 PS/CNT, PS/CNT/Pc における CNT 添加量が動的粘弾性に及ぼす影響

3. 実験結果および考察
図 1 に PS/CNT, PS/CNT/Pc(ΦPc=1/8ΦCNT)の導電率(σ)を示す。PS 単体は 10-21 S/cm 程のσを持つ。 ΦCNT=0.05, 0.1 vol%ではσはほぼ同じ値を示したがそれ以上では添加量とともに増加した。これは文献値と同等である。Φ CNT=0.05vol%において、Pc/CNT/Pc は PS/CNT と比較するとσが 10 倍上昇し、ΦCNT=2.5 ではその差はほとんどなくなった。

図 1 PS/CNT, PS/CNT/Pc における CNT 添加量

図 3 に PS/CNT/Pc(ΦCNT=0.05 vol%)の Pc 添加量における導電性を示す。Pc の添加量を増やすと導電率は低下していく傾向が見られた。ここから Pc の添加により形成された導電性発現のため構造は Pc の添加量を増加させる伝導パス形成を阻害することが考えられる。高い導電性を生むためには適切な添加量があるといえる。

図 3 PS/CNT(0.5 vol%)/Pc の Pc 添加量における導電性変化が導電性に及ぼす影響(ΦPc=1/8ΦCNT)
次に PS/CNT/Pc が作る構造について力学的に検討するため、溶融体の動的粘弾性測定を行った(図 2)。Pc 添加量は CNT の 1/8 vol%である。
ΦCNT が増加すると特に低周波数側の G’が顕著に増加するが、ΦCNT≧0.5 vol%ではその効果は飽和している。一方、Pc 添加系ではΦCNT=0.5+
ΦPc=0.06 vol%の G’が最も大きく PS 単体 G’に対し 3 桁、ΦCNT=2.5+ΦPc=0.3 vol%の G’より 1桁上昇が見られ、G’の周波数依存性が小さくなる挙動がみられた。この傾向は図 1 の結果と一致しておらず、さらに検討が必要である。

4. 結言
σと G’に一定の相関がみられた。この結果より構造が導電性に与える影響は大きく、Pc はこれらに影響を与えている事がわかった。今後は構造観察と構造変化の要因解明を行いたい。
参考文献
1) Hoseini et al., Materials & Design, 125, 126–
134(2017)
2) 佐々木 柾哉 , 山形大学修士論文(2018)