導電性樹脂組成物
【課題】本発明は、樹脂本来の物性を維持しながら、高い導電性を有する樹脂組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】（ａ）樹脂成分、および（ｂ）前記樹脂成分中に分散され、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維を含有する導電性樹脂組成物。
【解決手段】（ａ）樹脂成分、および（ｂ）前記樹脂成分中に分散され、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維を含有する導電性樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形加工性に優れる導電性樹脂組成物に関し、より具体的には導電材料として極細炭素繊維を含有する樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気絶縁性の樹脂に帯電防止その他の目的で導電性を付与するため導電性フィラーを混練分散して導電性樹脂とすることは良く知られている。樹脂に混練する導電性フィラーとしては、一般にイオン導電性の有機系界面活性剤、金属繊維及び粉末、導電性金属酸化物粉末、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛粉末などが利用され、これを樹脂中に溶融混練し、分散させた導電性樹脂組成物を成形加工することによって１０−１〜１０１２Ω・ｃｍの体積抵抗値を有する成形品を得ることができる。
【０００３】
導電性フィラーとしては、アスペクト比（長さ／外径）の大きいフレーク状、ウイスカー状、繊維状の材料を使用することにより、比較的少量の配合で樹脂に導電性を付与することができる。これはアスペクト比が大きな導電性フィラーの方が、同じ配合量でフィラー間の繋がりが効果的に形成されるため、より少量で導電性を得ることが可能となるからである。
【０００４】
しかし、金属系フィラーは耐食性、耐薬品性に劣る。無機系の導電性フィラーは、一般に粒状であるため組成物総質量に対して５０質量％を越える多量の配合が必要となり、そのため樹脂物性が低下し、成形が困難となる。カーボンブラックは、鎖状構造の導電回路を形成するケッチェンブラック（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社の登録商標）およびアセチレンブラックが利用できるので、１５質量％以下の配合で高い導電性が得られるが、これらは樹脂への分散制御が難しく、安定した導電性を得るためには独特な配合、混合技術が必要とされる。また充分な導電性が得られたとしても、加工性が著しく低下するのみならず、導電性樹脂組成物の引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度等の物性は、導電性フィラーを含有しない樹脂本来の物性に比べ著しく低下する。
【０００５】
また、フレーク状の黒鉛粉末およびウイスカー状の炭素繊維等のアスペクト比が高い導電性フィラーも、導電性を発現させるには１５質量％を超える量が必要であり、樹脂本来の物性が低下し、複雑形状の成形品を得ようとすると繊維の偏りと方向性が現れ、成形性と導電性が阻害される。また、成形体表面からカーボン粒子や炭素繊維が脱落（スラフ性）しやすく半導体デバイス工程での環境汚染、デバイスへの損傷等の問題がある。
【０００６】
炭素繊維は、同質量が配合され場合、繊維径が細い方が繊維間の導電回路網の形成が容易になるため導電性付与に優れる。近年、従来の炭素繊維より繊維径が２〜３桁程細い中空の極細炭素繊維いわゆるカーボンナノチューブが開示され、導電性フィラーとして各種樹脂、ゴム等に配合することも提案され（特許文献１：特開平１−１３１２５１、特許文献２：特開平３−７４４６５、特許文献３：特開平０２−２３５９４５）、従来の導電性フィラーの欠点を解消する有効な導電性フィラーとして考えられている。
【０００７】
しかし、カーボンナノチューブは、樹脂への均一分散が困難であり、カーボンナノチューブの非分散部分は樹脂中に凝集体として残るため、紡糸不能（糸切れ）、成形機吐出部分のフィルター閉塞、耐衝撃性等の成形品の機械的強度、表面外観が損なわれる等の問題があり、満足のできるものではない。このため、樹脂分子量の最適化（特許文献４：特開２００１−３１０９９４）、変性樹脂、エラストマー、相溶化剤の配合（特許文献５：特開２００７−２３１２１９、特許文献６：特開２００４−２３０９２６、特許文献７：特開２００７−１６９５６１、特許文献８：特開２００４−２３１７４５）、カーボンナノチューブの表面改質処理（特許文献９：特開２００４−３２３７３８）等の特別な組成物の配合及び混合、特殊な表面改質処理を必要とし、樹脂の種類、組成等が制約される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１３１２５１号公報
【特許文献２】特開平３−７４４６５号公報
【特許文献３】特開平０２−２３５９４５号公報
【特許文献４】特開２００１−３１０９９４号公報
【特許文献５】特開２００７−２３１２１９号公報
【特許文献６】特開２００４−２３０９２６号公報
【特許文献７】特開２００７−１６９５６１号公報
【特許文献８】特開２００４−２３１７４５号公報
【特許文献９】特開２００４−３２３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、特別な混練・混合手法や配合処方、例えばゴム成分、界面活性剤、相溶化剤等の添加を用いなくても、樹脂中への極細炭素繊維の混合・分散が達成され、樹脂本来の物性を維持しながら、高い導電性を有する樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の事項に関する。
【００１１】
１． （ａ）樹脂成分、および
（ｂ）前記樹脂成分中に分散され、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維
を含有する導電性樹脂組成物。
【００１２】
２． 前記微細な炭素繊維の前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さいことを特徴とする上記１記載の組成物。
【００１３】
３． 前記微細な炭素繊維の前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２から３０であることを特徴とする上記１または２記載の組成物。
【００１４】
４． 前記微細な炭素繊維が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒を用いた気相成長法により製造され、前記微細な炭素繊維中の灰分が４質量％以下であることを特徴とする上記１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【００１５】
５． 前記微細な炭素繊維が、１００個以下の前記集合体が連結して構成されている微細な炭素短繊維であることを特徴とする上記１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【００１６】
６． 前記微細な炭素短繊維が、ずり応力を加えて短繊維化されて製造されたことを特徴とする上記５記載の組成物。
【００１７】
７． 組成物総質量に対して、前記微細な炭素繊維を０．１質量％以上、４０質量％未満の量で含有する上記１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【００１８】
８． 前記樹脂成分が、熱可塑性樹脂から選ばれることを特徴とする上記１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【００１９】
９． 前記樹脂成分が、ポリアミドであることを特徴とする上記８記載の組成物。
【００２０】
１０． 上記１〜７のいずれか１項に記載の組成物とストラクチュア構造を有する炭素材料とが複合化されていることを特徴とする導電性バインダー。
【００２１】
１１． （a）樹脂成分の水分散液および／または水溶液に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料を、剪断力を有する攪拌機にて分散させる工程、
（b）前記（a）の工程で作製される分散液に、アルコールあるいは金属塩水溶液を加えて、複合材料を析出させる工程、および
（c）前記複合材料を濾過、洗浄および乾燥する工程
を含むことを特徴とする上記１０に記載の導電性バインダーの製造方法。
【００２２】
１２． 上記１０に記載の導電性バインダーを含む蓄電デバイス電極。
【００２３】
１３． 上記１２に記載の蓄電デバイス電極を含む蓄電デバイス。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、樹脂本来の物性を維持しながら高い成形性と導電性を有する樹脂組成物が提供される。本発明の導電性樹脂組成物では、少ない量の微細な炭素繊維の添加により、高い導電性が達成されている。そのため、樹脂本来の性質、例えば成形性等が大きく損なわれることなく、導電性樹脂組成物が得られる。本発明の導電性樹脂組成物が導電性に優れる理由は、次のように考えられる。
【００２５】
まず、従来のいわゆるカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブと総称される極細炭素繊維は、その形状、形態、構造から、
（１）多層カーボンナノチューブ（グラファイト層が多層同心円筒状）（非魚骨状）
特公平３−６４６０６、同３−７７２８８
特開２００４−２９９９８６
（２）カップ積層型カーボンナノチューブ（魚骨状（フィッシュボーン））
ＵＳＰ ４，８５５，０９１
M.Endo,
Y.A.Kim etc.：Appl.Phys.Lett.,vol80(2002)1267〜
特開２００３−０７３９２８
特開２００４−３６００９９
（３）プレートレット型カーボンナノファイバー（トランプ状）
H.Murayama、
T.maeda,：Nature, vol345[No28](1990)791〜793
特開２００４−３００６３１
の３つのナノ構造炭素材料に大別される。
【００２６】
（１）多層カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ長さ方向の導電性はグラファイト網面（Ｃ軸）方向の電子の流れとなるため良好である。一方、カーボンナノチューブ繊維間の導電性は、グラファイト網面（Ｃ軸）方向と垂直となり繊維同士が直接接触することにより電子が流れるが、樹脂中においては、繊維同士の接触がゆるいため繊維自体の電子の流れよりむしろ導電性フィラー表面層からの電子の飛び出しによる電子の流れが重要な役割を果たすとされる。電子の飛出し易さがフィラーの導電性能に関わる。カーボンナノチューブにおいては、グラファイト網面が円筒状に閉じているためπ電子の飛び出しによるジャンピング効果（トンネル効果説）があまり期待できないことが推定される。
【００２７】
（２）魚骨状構造、および（３）トランプ状構造の極細炭素繊維は、側周面にグラファイト網面の開放端が露出するため、隣接する繊維間の導電性はカーボンナノチューブに比べ向上する。しかしながら、グラファイト網面のＣ軸が繊維軸方向に対し傾斜あるいは直交して積層した構造であるため、単独の繊維における繊維軸長軸方向の導電性は低下してしまい、組成物全体としての導電性が低下する。
【００２８】
これらに対して、本発明の組成物に含有される微細な炭素繊維は、（１）〜（３）の三つの分類に属さない導電性炭素繊維であり、後述するように、繊維自体の長さ方向の電子流れは、外側に僅かに傾斜した釣鐘状胴部が担い、また繊維間の電子の流れは釣鐘状胴部の開放端からの電子の飛び出しが担うことが可能であり、これにより樹脂中での導電性能が向上しているものと推定される。
【００２９】
また、活性な部位である開放端が存在するため、樹脂との親和性が高く、混練での分散性が向上し、同時に樹脂物性の維持、向上に寄与するものと推察される。
【００３０】
また、ファンデルワールス力の弱い力で結合している釣鐘状構造単位の集合体（後述する）の連結部は、混練における剪断力によりその接合部で容易に分離する。一般に、大量生産を行う方式として現在最も有望とされる触媒気相成長方法では、１μｍ以上の糸状の長い繊維が複雑に絡み合った凝集体（数μｍから１ｍｍの毛玉）で生成する。しかし、本発明で使用される微細な炭素繊維は、剪断力を調節することにより適度な長さに切断されて繊維集合体の短繊維化と開繊が進むことから、特殊な分散技術、分散装置を用いることなく導電性樹脂組成物を得ることができる。
【００３１】
また、微細な炭素短繊維は、接合部で繊維が切断されて短繊維化されており、さらに分散性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）微細な炭素繊維を構成する最小構造単位（釣鐘状構造単位）を模式的に示す図である。（ｂ）釣鐘状構造単位が、２〜３０個積み重なった集合体を模式的に示す図である。
【００３３】
【図２】（ａ）集合体が間隔を隔てて連結し、繊維を構成する様子を模式的に示す図である。（ｂ）集合体が間隔を隔てて連結する際に、屈曲して連結した様子を模式的に示す図である。
【図３】参考例Ａ１で製造した微細な炭素繊維のＴＥＭ写真像である。
【図４】参考例Ａ２で製造した微細な炭素繊維のＴＥＭ写真像である。
【図５】参考例Ａ３で製造した微細な炭素繊維のＴＥＭ写真像である。
【図６】微細な炭素繊維が、ずり応力により微細な炭素短繊維に引き抜かれる様子を模式的に示す図である。
【図７】参考例Ｂ１で短繊維化された微細な炭素短繊維のＴＥＭ像である。
【図８】図７と同様に参考例Ｂ１で短繊維化された微細な炭素短繊維のＴＥＭ像である。
【図９】実施例１８および比較例１１で作製したコイン電池の放電容量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、「微細な炭素短繊維」は「微細な炭素繊維」に包含される概念であり、「微細な炭素繊維」の中でも後述するように繊維長が短い短繊維を意味する。以下の説明では、「微細な炭素繊維」は、通常、短繊維化されていない「微細な炭素繊維」を意味する。また、「微細な炭素繊維」および「微細な炭素短繊維」は、明示的に示さない限り、以下に説明される特定構造の炭素繊維を意味し、公知の構造の炭素繊維を意味しない。
【００３５】
＜＜微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維＞＞
本発明の組成物中に配合される微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維の代表的な特徴および代表的な製造方法は、次の項目にまとめられる。
【００３６】
１． 好ましくは気相成長法により製造される微細な炭素繊維であって、
炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、好ましくは前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さく、
前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、
前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成していることを特徴とする微細な炭素繊維。
【００３７】
２． 前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２から３０であることを特徴とする上記１記載の微細な炭素繊維。
【００３８】
３． 含有する灰分が４重量％以下であることを特徴とする上記１または２記載の微細な炭素繊維。
【００３９】
４． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維の００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）が、２〜４であることを特徴とする上記１〜３のいずれか１項に記載の微細な炭素繊維。
【００４０】
５． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維のグラファイト面間隔（ｄ００２）が０．３４１〜０．３４５ｎｍであることを特徴とする上記１〜４のいずれか１項に記載の微細な炭素繊維。
【００４１】
６． Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒、より好ましくはマグネシウムが置換固溶したコバルトのスピネル型酸化物を含む触媒上に、ＣＯ及びＨ２を含む混合ガスを供給して反応させ、微細な炭素繊維を成長させることを特徴とする微細な炭素繊維の製造方法。
【００４２】
７． 前記スピネル型酸化物を、ＭｇｘＣｏ３−ｘＯｙで表したとき、マグネシウムの固溶範囲を示すｘの値が、０．５〜１．５であることを特徴とする上記６記載の微細な炭素繊維の製造方法。
【００４３】
８． 前記スピネル型酸化物のＸ線回折測定による結晶格子定数ａ（立方晶系）が０．８１１〜０．８１８ｎｍであることを特徴とする上記６または７記載の微細な炭素繊維の製造方法。
【００４４】
９． 前記混合ガス中のＣＯ／Ｈ２の容積比が、７０／３０〜９９．９／０．１の範囲であり、反応温度が４００〜６５０℃の範囲であることを特徴とする上記６〜８のいずれか１項に記載の微細な炭素繊維の製造方法。
【００４５】
１０． 好ましくは気相成長法により製造される微細な炭素繊維を短繊維化した微細な炭素短繊維であって、グラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個層状に積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で１個ないし数十個連結していることを特徴とする微細な炭素短繊維。
【００４６】
１１． 前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さいことを特徴とする上記１０記載の微細な炭素短繊維。
【００４７】
１２． 前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２から３０であることを特徴とする上記１０または１１記載の微細な炭素短繊維。
【００４８】
１３． 含有する灰分が４重量％以下であることを特徴とする上記１０〜１２のいずれか１項に記載の微細な炭素短繊維。
【００４９】
１４． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維の００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）が、２〜４であることを特徴とする上記１０〜１３のいずれか１項に記載の微細な炭素短繊維。
【００５０】
１５． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維のグラファイト面間隔（ｄ００２）が０．３４１〜０．３４５ｎｍであることを特徴とする上記１０〜１４のいずれか１項に記載の微細な炭素短繊維。
【００５１】
１６． 上記１〜５のいずれか１項に記載の炭素繊維にずり応力を加えて短繊維化して製造される微細な炭素短繊維。
【００５２】
１７． 上記６〜９のいずれか１項に記載の製造方法により微細な炭素繊維を製造した後、ずり応力を加えてさらに短繊維化することを特徴とする微細な炭素短繊維の製造方法。
【００５３】
上記事項を以下に詳細に説明する。
【００５４】
微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維は、図１（ａ）に示すような釣鐘状構造を最小構造単位として有する。釣鐘（temple bell）は、日本の寺院で見られ、比較的円筒形に近い胴部を有しており、円錐形に近いクリスマスベルとは形状が異なる。図１（ａ）に示すように、構造単位１１は、釣鐘のように、頭頂部１２と、開放端を備える胴部１３とを有し、概ね中心軸の周囲に回転させた回転体形状となっている。構造単位１１は、炭素原子のみからなるグラファイト網面により形成され、胴部開放端の円周状部分はグラファイト網面の開放端となる。なお、図１（ａ）において、中心軸および胴部１３は、便宜上直線で示されているが、必ずしも直線ではなく、後述する図３、図７および図８のように曲線の場合もある。
【００５５】
胴部１３は、開放端側に緩やかに広がっており、その結果、胴部１３の母線は釣鐘状構造単位の中心軸に対してわずかに傾斜し、両者のなす角θは、１５°より小さく、より好ましくは１°＜θ＜１５°、更に好ましくは２°＜θ＜１０°である。θが大きくなりすぎると、該構造単位から構成される微細繊維が魚骨状炭素繊維様の構造を呈してしまい、繊維軸方向の導電性が損なわれてしまう。一方θが小さいと、円筒チューブ状に近い構造となり、構造単位の胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。
【００５６】
微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維には、欠陥、不規則な乱れが存在するが、このような不規則性を排除して、全体としての形状を捉えると、胴部１３が開放端側に緩やかに広がった釣鐘状構造を有していると言える。本発明の微細な炭素短繊維、および微細な炭素繊維は、すべての部分においてθが上記範囲を示すことを意味しているのではなく、欠陥部分や不規則な部分を排除しつつ、構造単位１１を全体的に捉えたときに、総合的にθが上記範囲を満たしていることを意味している。そこで、θの測定では、胴部の太さが不規則に変化していることもある頭頂部１２付近を除くことが好ましい。より具体的には、例えば、図１（ｂ）に示すように釣鐘状構造単位集合体２１（下記参照）の長さをＬとすると、頭頂側から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点においてθを測定してその平均を求め、その値を、構造単位１１についての全体的なθとしてもよい。また、Ｌについては、直線で測定することが理想であるが、実際は胴部１３が曲線であることも多いため、胴部１３の曲線に沿って測定した方が実際の値に近い場合もある。
【００５７】
頭頂部の形状は、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維においても同じ）として製造される場合、胴部と滑らかに連続し、上側（図において）に凸の曲面となっている。頭頂部の長さは、典型的には、釣鐘状構造単位集合体について説明するＤ（図１（ｂ））以下程度であり、ｄ（図１（ｂ））以下程度であるときもある。
【００５８】
さらに、後述するように活性な窒素を原料として使用しないため、窒素等の他の原子は、釣鐘状構造単位のグラファイト網面中に含まれない。このため繊維の結晶性が良好である。
【００５９】
本発明の微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維においては、図１（ｂ）に示すように、このような釣鐘状構造単位が中心軸を共有して２〜３０個積み重なって釣鐘状構造単位集合体２１（以下、単に集合体という場合がある。）を形成している。積層数は、好ましくは２〜２５個であり、より好ましくは２〜１５個である。
【００６０】
集合体２１の胴部の外径Ｄは、５〜４０ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍ、更に好ましくは５〜２０ｎｍである。Ｄが大きくなると形成される微細繊維の径が太くなるため、ポリマーとのコンポジットにおいて導電性能等の機能を付与するためには、多くの添加量が必要となってしまう。一方、Ｄが小さくなると形成される微細繊維の径が細くなって繊維同士の凝集が強くなり、例えばポリマーとのコンポジット調製において、分散させることが困難になる。胴部外径Ｄの測定は、集合体の頭頂側から、（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点で測定して平均することが好ましい。なお、図１（ｂ）に胴部外径Ｄを便宜上示しているが、実際のＤの値は、上記３点の平均値が好ましい。
【００６１】
また、集合体胴部の内径ｄは、３〜３０ｎｍ、好ましくは３〜２０ｎｍ、更に好ましくは３〜１０ｎｍである。胴部内径ｄの測定についても、釣鐘状構造単位集合体の頭頂側から、（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点で測定して平均することが好ましい。なお、図１（ｂ）に胴部内径ｄを便宜上示しているが、実際のｄの値は、上記３点の平均値が好ましい。
【００６２】
集合体２１の長さＬと胴部外径Ｄから算出されるアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、２〜１５０、好ましくは２〜５０、より好ましくは２〜３０、更に好ましくは２〜２０である。アスペクト比が大きいと、形成される繊維の構造が円筒チューブ状に近づき、１本の繊維における繊維軸方向の導電性は向上するが、構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。一方、アスペクト比が小さいと構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が高くなるため、隣接繊維間の導電性は向上するが、繊維外周面が、繊維軸方向に短いグラファイト網面が多数連結して構成されるため、１本の繊維における繊維軸方向の導電性が損なわれる。
【００６３】
微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維は、釣鐘状構造単位および釣鐘状構造単位集合体については、本質的に同じ構成を有しているが、以下のように繊維長が異なる。
【００６４】
まず、微細な炭素繊維は、図２（ａ）に示すように、前記集合体がさらにＨｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌの様式で連結することにより形成される。Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌの様式とは、微細な炭素繊維の構成において、隣り合った前記集合体どうしの接合部位が、一方の集合体の頭頂部（Ｈｅａｄ）と他方の集合体の下端部（Ｔａｉｌ）の組合せで形成されていることを意味する。具体的な接合部分の形態は、第一の集合体２１ａの下端開口部において、最内層の釣鐘状構造単位の更に内側に、第二の集合体２１ｂの最外層の釣鐘状構造単位の頭頂部が挿入され、さらに、第二の集合体２１ｂの下端開口部に、第三の集合体２１ｃの頭頂部が挿入され、これがさらに連続することによって繊維が構成される。
【００６５】
微細な炭素繊維の１本の微細繊維を形成する各々の接合部分は、構造的な規則性を有しておらず、例えば第一の集合体と第二の集合体の接合部分の繊維軸方向の長さは、第二の集合体と第三の集合体の接合部分の長さと必ずしも同じではない。また、図２（ａ）のように、接合される二つの集合体が中心軸を共有して直線状に連結することもあるが、図２（ｂ）の釣鐘状構造単位集合体２１ｂと２１ｃのように、中心軸が共有されずに接合して、結果として接合部分において屈曲構造を生じることもある。前記釣鐘状構造単位集合体の長さＬは繊維ごとにおおむね一定である。しかしながら、気相成長法では、原料及び副生のガス成分と触媒及び生成物の固体成分が混在するため、発熱的な炭素析出反応の実施においては、前記の気体及び固体からなる不均一な反応混合物の流動状態によって一時的に温度の高い局所が形成されるなど、反応器内に温度分布が生じ、その結果、長さＬにある程度のばらつきが生じることもある。
【００６６】
このようにして構成される微細な炭素繊維は、前記釣鐘状構造単位下端のグラファイト網面の開放端の少なくとも一部が、前記集合体の連結間隔に応じて、繊維外周面に露出する。この結果、１本の繊維における繊維軸方向の導電性を損なうことなく、前記π電子の飛び出しによるジャンピング効果（トンネル効果）によって隣接する繊維間の導電性を向上させることができる。以上のような微細な炭素繊維の構造は、ＴＥＭ画像によって観察できる。また、微細な炭素繊維の効果は、集合体自体の曲がり、集合体の連結部分における屈曲が存在しても、ほとんど影響がないと考えられる。従って、ＴＥＭ画像の中で、比較的直線に近い形状を有する集合体を観察して、構造に関する各パラメータを求め、その繊維についての構造パラメータ（θ、Ｄ、ｄ、Ｌ）としてよい。
【００６７】
次に、微細な炭素短繊維は、このようにして構成される微細な炭素繊維をさらに短繊維化して得られる。具体的には、微細な炭素繊維にずり応力を加えることにより、集合体接合部で黒鉛基底面間の滑りを生じ、微細な炭素繊維が前記集合体接合部の一部で切断されて短繊維化される。このような短繊維化により得られる微細な炭素短繊維は、集合体が１個から数十個程度（即ち１００個以下、８０個程度まで、好ましくは７０個程度まで）、好ましくは、１個から２０個連結した繊維長さに短繊維化されている。この微細な炭素短繊維の集合体のアスペクト比は２ないし１５０程度である。混合に適する微細な炭素短繊維の集合体のアスペクト比は２ないし５０である。ずり応力を加えても、集合体の炭素ＳＰ２結合から成る繊維直胴部分では、繊維の切断が起こらず、集合体よりも小さく切断することはできない。
【００６８】
微細な炭素短繊維においても、グラファイト網の端面が露出する結果、１本の繊維における繊維軸方向の導電性を損なうことなく、前記π電子の飛び出しによるジャンピング効果（トンネル効果）によって隣接する繊維間の導電性は短繊維化前の微細な炭素繊維と同様に良好である。以上のような短繊維化後の微細な炭素短繊維の構造は、ＴＥＭ画像によって観察できる（図７および図８を参照）。また、微細な炭素短繊維の効果は、集合体自体の曲がり、集合体の接合部分における屈曲が存在しても、ほとんど影響がないと考えられる。図７の微細な炭素短繊維は、釣鐘状構造単位集合体が、図に示したように４−ａ〜４−ｄの４個連結されており、それぞれのθおよびアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、４−ａ：θ＝４．８°、（Ｌ／Ｄ）＝２．５、４−ｂ：θ＝０．５°、（Ｌ／Ｄ）＝２．０、４−ｃ：θ＝４．５°、（Ｌ／Ｄ）＝５．０、４−ｄ：θ＝１．１°、（Ｌ／Ｄ）＝５．５である。また、図８の微細な炭素短繊維は、釣鐘状構造単位集合体が、図に示したように５−ａ〜５−ｄの４個連結されており、それぞれのθおよびアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、５−ａ：θ＝１０°、（Ｌ／Ｄ）＝４．３、５−ｂ：θ＝７．１°、（Ｌ／Ｄ）＝３．４、５−ｃ：θ＝９．５°、（Ｌ／Ｄ）＝２．６、５−ｄ：θ＝７．１°、（Ｌ／Ｄ）＝４．３である。
【００６９】
微細な炭素繊維および炭素短繊維の学振法によるＸＲＤにおいて、測定される００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）は、２〜４の範囲である。Ｗが４を超えると、グラファイト結晶性が低く導電性も低い。一方、Ｗが２未満ではグラファイト結晶性は良いが、同時に繊維径が太くなり、ポリマーに導電性等の機能を付与するためには多くの添加量が必要となってしまう。
【００７０】
微細な炭素繊維および炭素短繊維の学振法によるＸＲＤ測定によって求められるグラファイト面間隔ｄ００２は、０．３５０ｎｍ以下、好ましくは０．３４１〜０．３４８ｎｍである。ｄ００２が０．３５０ｎｍを超えるとグラファイト結晶性が低くなり、導電性が低下する。一方、０．３４１ｎｍ未満の繊維は、製造の際に収率が低い。
【００７１】
微細な炭素繊維および炭素短繊維に含有される灰分は、４重量％以下であり、通常の用途では、精製を必要としない。通常、０．３重量％以上４重量％以下であり、より好ましくは０．３重量％以上３重量％以下である。尚、灰分は、繊維を０．１グラム以上燃焼して残った酸化物の重量から決定される。
【００７２】
また、炭素短繊維は、好ましくは１００〜１０００μｍ、より好ましくは１００〜３００μｍの繊維長を有する。このような長さを有し、且つ上述の００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）が２〜４、且つグラファイト面間隔ｄ００２が、０．３５０ｎｍ以下、好ましくは０．３４１〜０．３４８ｎｍであるような微細な炭素短繊維は従来存在しなかった新規な繊維である。
【００７３】
次に、微細な炭素繊維および炭素短繊維の製造方法について説明する。微細な炭素短繊維は、微細な炭素繊維を短繊維化して製造される。
【００７４】
＜微細な炭素繊維の製造方法＞
まず、微細な炭素繊維の製造方法は、次のとおりである。微細な炭素繊維は、触媒を用いて、気相成長法により製造される。触媒としては、好ましくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒が使用され、供給ガスは、好ましくはＣＯ及びＨ２を含む混合ガスである。最も好ましくは、コバルトのスピネル型結晶構造を有する酸化物に、マグネシウムが固溶置換した触媒を用いて、ＣＯ及びＨ２を含む混合ガスを触媒粒子に供給して気相成長法により、微細な炭素繊維を製造する。
【００７５】
Ｍｇが置換固溶したコバルトのスピネル型結晶構造は、ＭｇｘＣｏ３−ｘＯｙで表される。ここで、ｘは、ＭｇによるＣｏの置換を示す数であり、形式的には０＜ｘ＜３である。また、ｙはこの式全体が電荷的に中性になるように選ばれる数で、形式的には４以下の数を表す。即ち、コバルトのスピネル型酸化物Ｃｏ３Ｏ４では、２価と３価のＣｏイオンが存在しており、ここで、２価および３価のコバルトイオンをそれぞれＣｏＩＩおよびＣｏＩＩＩで表すと、スピネル型結晶構造を有するコバルト酸化物はＣｏＩＩＣｏＩＩＩ２Ｏ４で表される。Ｍｇは、ＣｏＩＩとＣｏＩＩＩのサイトの両方を置換して固溶する。ＭｇがＣｏＩＩＩを置換固溶すると、電荷的中性を保つためにｙの値は４より小さくなる。但し、ｘ、ｙ共に、スピネル型結晶構造を維持できる範囲の値をとる。
【００７６】
触媒として使用できる好ましい範囲として、Ｍｇの固溶範囲は、ｘの値が０．５〜１．５であり、より好ましくは０．７〜１．５である。ｘの値が０．５未満の固溶量では、触媒の活性は低く、生成する微細な炭素繊維の量は少ない。ｘの値が１．５を超える範囲では、スピネル型結晶構造を調製することが困難である。
【００７７】
触媒のスピネル型酸化物結晶構造は、ＸＲＤ測定により確認することが可能であり、結晶格子定数ａ（立方晶系）は、０．８１１〜０．８１８ｎｍの範囲であり、より好ましくは０．８１２〜０．８１８ｎｍである。ａが小さいとＭｇの固溶置換が充分でなく、触媒活性が低い。また、０．８１８ｎｍを超える格子定数を有する前記スピネル型酸化物結晶は調製困難である。
【００７８】
このような触媒が好適である理由として、本発明者らは、コバルトのスピネル構造酸化物にマグネシウムが置換固溶した結果、あたかもマグネシウムのマトリックス中にコバルトが分散配置された結晶構造が形成されることにより、反応条件下においてコバルトの凝集が抑制されていると推定している。
【００７９】
また、触媒の粒子サイズは、適宜選ぶことができるが、例えばメジアン径として、０．１〜１００μｍ、好ましくは、０．１〜１０μｍである。
【００８０】
触媒粒子は、一般に基板または触媒床等の適当な支持体に、散布するなどの方法により載せて使用する。基板または触媒床への触媒粒子の散布は、触媒粒子を直接散布して良いが、エタノール等の溶媒に懸濁させて散布し、乾燥させることにより所望の量を散布しても良い。
【００８１】
触媒粒子は、原料ガスと反応させる前に、活性化させることも好ましい。活性化は通常、Ｈ２またはＣＯを含むガス雰囲気下で加熱することにより行われる。これらの活性化操作は、必要に応じて、ＨｅやＮ２などの不活性ガスで希釈することにより実施することができる。活性化を実施する温度は、好ましくは４００〜６００℃、より好ましくは４５０〜５５０℃である。
【００８２】
気相成長法の反応装置に特に制限はなく、固定床反応装置や流動床反応装置といった反応装置により実施することができる。
【００８３】
気相成長の炭素源となる原料ガスは、ＣＯ及びＨ２を含む混合ガスが利用される。
【００８４】
Ｈ２ガスの添加濃度｛（Ｈ２／（Ｈ２＋ＣＯ）｝は、好ましくは０．１〜３０ｖｏｌ％、より好ましくは２〜２０ｖｏｌ％である。添加濃度が低すぎると円筒状のグラファイト質網面が繊維軸に平行したカーボンナノチューブ様の構造を形成してしまう。一方、３０ｖｏｌ％を超えると釣鐘状構造体の炭素側周面の繊維軸に対する傾斜角が大きくなり、魚骨形状を呈するため繊維方向の導電性の低下を招く。
【００８５】
また、原料ガスは不活性ガスを含有していてもよい。不活性ガスとしては、ＣＯ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等が挙げられる。不活性ガスの含有量は、反応速度を著しく低下させない程度が好ましく、例えば８０ｖｏｌ％以下、好ましくは５０ｖｏｌ％以下の量である。また、Ｈ２およびＣＯを含有する合成ガスまたは転炉排出ガス等の廃棄ガスを、必要により適宜処理して使用することもできる。
【００８６】
気相成長を実施する反応温度は、好ましくは４００〜６５０℃、より好ましくは５００〜６００℃である。反応温度が低すぎると繊維の成長が進行しない。一方、反応温度が高すぎると収量が低下してしまう。反応時間は、特に限定されないが、例えば２時間以上であり、また１２時間程度以下である。
【００８７】
気相成長を実施する反応圧力は、反応装置や操作の簡便化の観点から常圧で行うことが好ましいが、Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ平衡の炭素析出が進行する範囲であれば、加圧または減圧の条件で実施しても差し支えない。
【００８８】
この微細な炭素繊維の製造方法によれば、触媒単位重量あたりの微細な炭素繊維の生成量は、従来の製造方法に比べて格段に大きいことが示された。この微細な炭素繊維の製造方法による微細な炭素繊維の生成量は、触媒単位重量あたり４０倍以上であり、例えば４０〜２００倍である。その結果、前述のような不純物、灰分の少ない微細な炭素繊維の製造が可能である。
【００８９】
この微細な炭素繊維の製造方法により製造される微細な炭素繊維に特有な接合部の形成過程は明らかではないが、発熱的なＢｏｕｄｏｕａｒｄ平衡と原料ガスの流通による除熱とのバランスから、前記触媒から形成されたコバルト微粒子近傍の温度が上下に振幅するため、炭素析出が断続的に進行することにより形成されるものと考えられる。即ち、［１］釣鐘状構造体頭頂部形成、［２］釣鐘状構造体の胴部成長、［３］前記［１］、［２］過程の発熱による温度上昇のため成長停止、［４］流通ガスによる冷却、の４過程が触媒微粒子上で繰り返されることにより、微細な炭素繊維構造特有の接合部が形成されると推定される。
【００９０】
＜微細な炭素短繊維の製造方法＞
以上により、微細な炭素繊維を製造することができる。次に、微細な炭素短繊維は、微細な炭素繊維を分離して短繊維とすることで製造することができる。好ましくは、微細な炭素繊維にずり応力を加えることにより製造する。具体的な短繊維化処理方法としては擂潰機、回転ボールミル、遠心ボールミル、遠心遊星ボールミル、ビーズミル、マイクロビーズミル、アトライタータイプの高速ボールミル、回転ロッドミル、振動ロッドミル、ロールミル、３本ロールミルなどが好適である。微細な炭素繊維の短繊維化は乾式でも、湿式でも行うことが可能である。湿式で行う場合、樹脂を共存させて、或は樹脂とフィラーを共存させて行うことも出来る。また短繊維化前の微細な炭素繊維は凝集した毛玉のような状態を構成しているので、このような状態を解きほぐす微小なメディアを共存させると解砕、短繊維化が進みやすい。また、微細なフィラーを共存させることで、微細な炭素繊維の短繊維化と、フィラーの混合および分散とを同時に行うことも出来る。乾式短繊維化における雰囲気は不活性雰囲気も酸化雰囲気も目的によって選択することが出来る。
【００９１】
ずり応力を加えることにより容易に微細な炭素繊維が短繊維化する理由は、微細な炭素繊維の構造に由来する。つまり、微細な炭素繊維は、その釣鐘状構造単位集合体がＨｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成しているためである。繊維にずり応力が加わると、繊維は図６の矢印方向の繊維軸方向に引っ張られて、接合部を構成する炭素基底面間で滑りが生じ（図６のＡ：カタカナの「ハ」形部分）、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ接続部で釣鐘状構造単位集合体が１個から数十個の単位で引き抜かれ、短繊維化が起きる。即ち、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ接合部は同心円状微細炭素繊維のように繊維軸方向に連続した炭素の二重結合で形成されているのではなく、結合エネルギーの低いファンデルワールス力を主体とする結合で形成されているからである。微細な炭素繊維と、これを短繊維化した微細な炭素短繊維の結晶性を炭素層間隔および真比重で比較すると、両者の炭素結晶性に差異は認められない。しかしながら、微細な炭素繊維と比較して、短繊維化後の微細な炭素短繊維は、２〜５％程度表面積が増加する。この程度の表面積の増加は短繊維化に起因するものと考えられ、微細な炭素繊維の短繊維化は微細な炭素繊維の釣鐘状構造単位集合体の炭素結晶性を損なうことなく、釣鐘状構造単位集合体を単にその接合部位で引き抜くように分離したものであることが分かる。
【００９２】
＜＜樹脂成分＞＞
本発明において、微細な炭素繊維または微細な炭素短繊維が分散される樹脂成分としては、種々の樹脂を使用することができる。
【００９３】
好ましい樹脂は、通常分子量１万以上の成形可能な高分子化合物であり、熱可塑性樹脂、エラストマー、熱硬化性樹脂、光及び電子線硬化性樹脂、反応性樹脂等のいずれであってもよい。また、高分子化合物は、主鎖が炭素で構成されている有機系子高分子、またはケイ素、硫黄、リンなどの無機元素を含有する無機系高分子であってもよい。
【００９４】
好適な熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル・コポリマー樹脂、エチレン・ビニル・コポリマー樹脂、エチレン・アクリル酸エチル・コポリマー樹脂、アイオノマー等）、ポリアミド系樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン１１等の脂肪族ポリアミドおよびその共重合体ナイロン６６／６Ｔ、ナイロン６Ｔ／６Ｉ、ナイロンＭＸＤ６等の芳香族ポリアミドおよびその共重合体等）、ポリビニル系樹脂（ポリ塩化ビニル、スチレン、ＡＢＳ樹脂等）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフトレート、ポリカーボネート、液晶ポリマー等）、ポリエーテル系樹脂（ポリオキシメチレン、ポリフェニレン・エーテル、芳香族ポリサルホン、ポリエーテル・ケトン類、ポリフェニレン・サルファイド、ポリエーテル・イミド等）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）が挙げられ、これらの樹脂は単独または２種以上の混合物であってもよい。
【００９５】
また、樹脂成分として、熱可塑性エラストマー（オレフィン系、スチレン系、エステル系、アミド系、ウレタン系、ポリブタジェン系等）、および生物分解樹脂なども使用できる。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール、アミノ、不飽和ポリエステル、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ，シリコーン等が代表的である。
【００９６】
樹脂成分として、分子量が１万未満のオリゴマー、低分子量化合物のグリース、オイル等も使用可能であり、微細な炭素繊維の機能が損なわれずに組成物とすることができる。
【００９７】
＜＜導電性樹脂組成物＞＞
本発明の導電性樹脂組成物は、上述の微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を包含する）と樹脂成分を含有するものであり、微細な炭素繊維の優れた分散性のため、「従来の極細炭素繊維」に比べて広範囲で配合量を変化させることができる。微細な炭素繊維の配合量は、目的の導電性が得られる範囲で、かつ成形性の低下、成形品の機械的特性の低下を招かない範囲で適宜変更することができる。一般的には、配合量は、組成物総質量に対して、０．１〜４０質量％、より好ましくは０．２５〜１０質量％、より好ましくは０．５〜８質量％である。
【００９８】
本発明の導電性樹脂組成物では、樹脂に微細な炭素繊維を複合することにより、以下の各用途において、メリットが得られる。成型加工用途では、加工性が向上し、変形及び収縮が抑制される。電気及び電子用途では、帯電が防止され、導電性付与及び電磁波遮蔽が発現される。補強用途では、弾性率、剛性、引張強度及び耐衝撃性が改善される。熱的用途では、低膨張性、熱伝導及び耐熱性が改善される。音響及び振動用途では、振動減衰性及びスピーカー等振動子特性が改善される。トライポロジー用途では、耐摩耗性、摺動性及び粉落ち防止性が改善される。難燃用途では、ドリップ防止性等が改善される。
【００９９】
本発明の導電性樹脂組成物は、目的とする機能をさらに効果的に発現するために、付加成分を併用することができる。このような付加成分としては、各種顔料、フィラー等が挙げられる。
【０１００】
顔料としては、体質顔料（硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、酸化アルミニウム等の透明性白色顔料）、黒色顔料（カーボンブラック、マグネタイト等）、白色顔料（二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化錫、酸化ジルコニウム等）、黒色及び有色顔料（コバルトブルー、チタンイエロー等）が挙げられる。
【０１０１】
フィラーとしては、導電性フィラー｛金属系（銀、銅、ニッケル、ステンレス繊維等）、酸化物系（ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＡＴＯ、窒化物、炭化物、ホウ化物）、炭素系（アセチレンブラック、ケッチェンブラック（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社の登録商標））、有機系｝、磁性フィラー（フェライト、Ｓｍ／Ｃｏ、Ｎｄ／Ｆｅ／Ｂ等）、圧電性フィラー、熱伝導性フィラー（Ａｇ、ｈ−ＢＮ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３）、補強性フィラー（ガラス繊維、炭素繊維、ＭＯＳ、タルク、雲母等）、成形加工性フィラー、耐衝撃フィラー、耐摩耗性フィラー、耐熱性フィラー（粘土鉱物、タルク、炭酸カルシウム、沈降性硫酸バリウム等）、難燃性フィラー（ホウ酸亜鉛、赤燐、リン酸アンモニウム、水酸化マグネシウム等)、防音防振性フィラー（鉄粉、硫酸バリウム、雲母、フェライト等）、固体潤滑剤フィラー（黒鉛、二硫化モリブデン、フッ素樹脂粉末、タルク等）、熱線輻射フィラー（ハイドロタルサイト、酸化アルミニウム、木炭、酸化マグネシウム等）等が挙げられる。
【０１０２】
また、フィラーの形状は、粒状、真球状（易加工性、破壊靭性の向上）、偏平状（薄片状）（剛性、制振、表面潤滑性）、針状（機械的熱的補強、導電効率、制振）があり、目的に応じ利用できる。これらの付加成分は、導電性樹脂組成物の使用目的に合わせて適宜添加することができる。典型的には、付加成分は、導電性樹脂組成物の総質量の２質量％から４０質量％の範囲で添加される。
【０１０３】
本発明の導電性樹脂組成物は、（ａ）樹脂成分、（ｂ）微細な炭素繊維および任意成分として付加成分を、公知の混合方法によって混合して調製される。特に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を包含する）は、分散性に優れるため、公知の混練方法、混練機で製造することができる。
【０１０４】
例えば、樹脂に、微細な炭素繊維および必要に応じて付加成分を加えた後、ロールミル、溶融ブレンダー（バンバリーミキサー、ブラベンダー、コニーダー）、一軸または二軸押出混練機を用いて、溶融または軟化状態の樹脂へ分散させることにより実施できる。微細な炭素繊維および付加成分の供給方法は、一括でもよく多段でも良い。
【０１０５】
本発明の導電性樹脂の一つの用途として、電池、キャパシタおよび電気化学キャパシタ等の非水溶媒系蓄電デバイスの電極用に用いられる導電性バインダーが挙げられる。導電性バインダーは、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料と樹脂成分とが複合化されていることを特徴とする。ストラクチュア構造とは、球状カーボン粒子多数が、ブドウの房状に連結あるいは分岐した構造のこと示す。ストラクチュア構造を有する炭素材料としては、一般的に導電材料として使用されるケッチェンブラック（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社の登録商標）、アセチレンブラック、ＳＵＰＥＲ Ｐ（ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社の登録商標）、ＳＵＰＥＲ Ｓ、ＫＳ−４およびＫＳ−６（これら３つは、ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社の製品名）等などが挙げられ、中でも表面積が２０〜３００ｍ２／ｇであるものが好ましい。
【０１０６】
導電性バインダーとして使用するとき、樹脂成分としては、従来から電極用バインダーとして使用されている樹脂が使用される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系重合体；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン重合体等のオレフィン系重合体；アクリル酸メチル重合体等のビニル重合体；スチレン・ブタジエン重合体、スチレン・ブタジエン・イソプレン重合体等のジエン系重合体；カルボキシメチルセルロース等のセルロース類、及びこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩；変性ポリ（メタ）アクリル酸等のポリカルボン酸類、及びこれらのアルカリ金属塩；ポリビニルアルコール、（メタ）アクリル酸とビニルアルコールの共重合体等、酸とアルコールの共重合体等の水酸基を有する重合体等が挙げられる。導電性バインダーの組成は、全導電材（微細な炭素繊維＋ストラクチュア構造を有する炭素材料）と樹脂成分との質量比を０．５：１から４：１の範囲にすることが好ましい。導電性バインダーの場合、微細な炭素繊維の配合量は、組成物総質量に対して、前述の範囲を超えていてもよく、例えば７０質量％程度まで含有されていてもよく、好ましくは、４０〜７０質量％である。
【０１０７】
この導電性バインダーを用いて電極を作製することにより、電極活物質間の結着が、導電性を損なうことなく行われるので、蓄電デバイスとしての放電特性あるいは充放電特性が劣化しない。また出力密度の増大を可能とする。
【０１０８】
導電性バインダーは、以下の（a）〜（c）の工程により製造されるのが好ましい。
（a）樹脂成分の水分散液および／または水溶液に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料を、剪断力を有する攪拌機にて分散させる工程、
（b）前記（a）の工程で作製される分散液に、アルコールあるいは金属塩水溶液を加えて、複合材料を析出させる工程、
（c）前記複合材料を濾過、洗浄および乾燥する工程
【０１０９】
微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）を添加する場合は、固体で加えるよりも、界面活性剤などの分散剤を用いて分散させた水溶液として加える方が好ましい。分散剤の種類によっては、前記（b）工程の前にアンモニア水でアルカリ性にした後、複合材料を析出させるのが良い。
【０１１０】
前記（a）工程における樹脂成分濃度は適宜で良く、樹脂成分と微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）および炭素材料の質量比も用途に応じて調整可能である。
【０１１１】
前記（b）工程にて加える溶剤は、金属塩不純物を混入しないという観点から、アルコールが好ましい。アルコールとしては、樹脂成分の融点以下で乾燥可能な低沸点溶剤が好ましく、メタノール、エタノールおよびイソプロピルアルコールがより好ましい。
【０１１２】
本発明の導電性樹脂組成物の成形法及び成形品の形状は、特に限定されない。成形法としては、溶融紡糸、押出成形、ブロー成形、射出成形、塗工、プレス成形等各種方法が利用でき、成形品の形状及び組成物に応じて適宜選択する。成形品の形状としては、フィルム、シート、フィラメント、棒、チューブ、ベルト、立体成形品などが挙げられる。本発明の組成物から得られる導電性成形加工品は、電気電子分野や自動車分野における電磁波遮蔽部材、帯電防止部品、静電塗装用部材、各種蓄電デバイス電極として、さらには、半導体デバイスの製造、搬送工程におけるトレー、包装材、クリーンルーム用の建材、無塵衣、また、電子機器導電部材（ベルト、鞘、ロール、コネクター、ギヤ、チューブ等）、などの用途に有用である。
【０１１３】
蓄電デバイス電極の塗工法については、特に限定されないが、水分散液での塗工が好ましい。水分散液で塗工する場合、セルロース誘導体の高分子水溶液、あるいはセルロース誘導体と他の水溶解性高分子を有する水溶液に、本発明の導電性バインダーを分散させることにより、電極活物質がゲル化せず、水分散液で使用可能である。セルロース誘導体はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の塩であることが好ましく、他の水溶解性高分子としては、ポリアニリンスルホン酸など酸性のものが好ましい。
【実施例】
【０１１４】
以下に実施例を比較例とともに説明する。
【０１１５】
参考例Ａ１〜Ａ３：微細な炭素繊維の製造
＜参考例Ａ１＞
イオン交換水５００ｍＬに硝酸コバルト〔Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ：分子量２９１．０３〕１１５ｇ（０．４０モル）、硝酸マグネシウム〔Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ：分子量２５６．４１〕１０２ｇ（０．４０モル）を溶解させ、原料溶液（１）を調製した。また、重炭酸アンモニウム〔（ＮＨ４）ＨＣＯ３：分子量７９．０６〕粉末２２０ｇ（２．７８モル）をイオン交換水１１００ｍＬに溶解させ、原料溶液（２）を調製した。次に、反応温度４０℃で原料溶液（１）と（２）を混合し、その後４時間攪拌した。生成した沈殿物のろ過、洗浄を行い、乾燥した。
【０１１６】
これを焼成した後、乳鉢で粉砕し、４３ｇの触媒を取得した。本触媒中のスピネル構造の結晶格子定数ａ（立方晶系）は０．８１６２ｎｍ、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はＭｇ：Ｃｏ＝１．４：１．６であった。
【０１１７】
石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．９ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５５０℃に加熱した後、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝９５．１／４．９）を原料ガスとして反応管の下部から１．２８Ｌ／分の流量で７時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１１８】
収量は５３．１ｇであり、灰分を測定したところ１．５重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は３．１５６、ｄ００２は０．３４３７ｎｍであった。またＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１２ｎｍ、ｄ＝７ｎｍ、Ｌ＝１１４ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝９．５、θは０から７°であり、平均すると約３°であった。また、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は４乃至５であった。尚、Ｄ、ｄおよびθについては、集合体の塔頂から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点について測定した。
【０１１９】
参考例Ａ１で得られた微細な炭素繊維のＴＥＭ像を図３に示す。
【０１２０】
＜参考例Ａ２＞
イオン交換水９００ｍＬに硝酸コバルト〔Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ：分子量２９１．０３〕１２３ｇ（０．４２モル）を溶解させた後、さらに酸化マグネシウム（ＭｇＯ：分子量４０．３０）１７ｇ（０．４２モル）を加えて混合し原料スラリー（１）を調製した。また、重炭酸アンモニウム〔（ＮＨ４）ＨＣＯ３：分子量７９．０６〕粉末１２３ｇ（１．５６モル）をイオン交換水８００ｍＬに溶解させ、原料溶液（２）を調製した。次に、室温で原料スラリー（１）と原料溶液（２）を混合し、その後２時間攪拌した。生成した沈殿物のろ過、洗浄を行い、乾燥した。これを焼成した後、乳鉢で粉砕し、４８ｇの触媒を取得した。本触媒中のスピネル構造の結晶格子定数ａ（立方晶系）は０．８１５０ｎｍ、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はＭｇ：Ｃｏ＝１．２：１．８であった。
【０１２１】
石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．３ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５００℃の温度に加熱した後、反応管の下部からＨ２を０．６０Ｌ／分の流量で１時間流し、触媒を活性化した。その後、Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５７５℃まで上げ、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝９２．８／７．２）を原料ガスとして０．７８Ｌ／分の流量で７時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１２２】
収量は３０．８ｇであり、灰分は０．６重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は３．１４１、ｄ００２は０．３４３３ｎｍであった。またＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１０ｎｍ、ｄ＝５ｎｍ、Ｌ＝２４ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝２．４、θは１から１４°であり、平均すると約６°であった。また、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は４乃至５であった。尚、Ｄ、ｄおよびθについては、集合体の塔頂から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点について測定した。
【０１２３】
参考例Ａ２で得られた微細な炭素繊維のＴＥＭ像を図４に示す。
【０１２４】
＜参考例Ａ３＞
硝酸マグネシウムの代わりに酢酸マグネシウム〔Ｍｇ（ＯＣＯＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏ：分子量２１４．４５〕８６ｇ（０．４０モル）を用いたほかは、参考例Ａ１と同様に触媒調製を行った。得られた触媒中のスピネル構造の結晶格子定数ａ（立方晶系）は０．８１３７ｎｍ、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はＭｇ：Ｃｏ＝０．８：２．２であった。
【０１２５】
石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．６ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５００℃の温度に加熱した後、反応管の下部からＨ２を０．６０Ｌ／分の流量で１時間流し、触媒を活性化した。その後、Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５９０℃まで上げ、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝８４．８／１５．２）を原料ガスとして０．７８Ｌ／分の流量で６時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１２６】
収量は２８．２ｇであり、灰分は２．３重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は２．７８１、ｄ００２は０．３４２５ｎｍであった。またＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１２ｎｍ、ｄ＝５ｎｍ、Ｌ＝４４ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝３．７、θは０から３°であり、平均すると約２°であった。また、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は１３であった。尚、Ｄ、ｄおよびθについては、集合体の塔頂から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点について測定した。
【０１２７】
参考例Ａ３で得られた微細な炭素繊維のＴＥＭ像を図５に示す。
【０１２８】
＜参考例Ｂ１＞
参考例Ａ１と同様にして得た触媒を用いて、石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．９ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５４５℃に加熱した後、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝９５．５／４．５）を原料ガスとして反応管の下部から１．４５Ｌ／分の流量で７時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１２９】
収量は５６．７ｇであり、灰分を測定したところ１．４重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は３．３９、ｄ００２は０．３４２４ｎｍであった。
【０１３０】
以上により得られた微細な炭素繊維を直径２ｍｍのセラミックボールミルで所定時間処理して微細な炭素短繊維を調製した。２０時間後の微細な炭素短繊維のＴＥＭ画像を図７および図８に示す。また、図７および図８のＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素短繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１０．６〜１３．２ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝２．０〜５．５、θ＝０．５°〜１０°であった。なお、ここに示すθはＴＥＭ画像の繊維軸中心に対して左右の炭素層傾斜の平均値を記載した。集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は１０〜２０であった。
【０１３１】
＜材料＞
実施例、比較例で使用した各材料は次のとおりである。
【０１３２】
・極細炭素繊維
（１）多層カーボンナノチューブ（アルドリッチ試薬）：
外径５〜２５ｎｍ、内径３〜１０ｎｍ、層数３〜１７、長さ０．５〜１０μｍ
（２）プレートレット型カーボンナノファイバー（（株）ジェムコ製ＣＮＦ−Ｐ）：
外径２０〜１００ｎｍ、長さ０．１〜１μｍ
【０１３３】
・樹脂
（１）低密度ポリエチレン（日本ポリケム（株）製ＬＦ４４１Ｈ）
（２）ポリアミド６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン１０１０Ｘ１）
（３）ポリアミド６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン１０３０Ｂ）
（４）ポリアミド６６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０１５Ｂ）
（５）ポリアミド６／６６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン５０１３Ｂ）
（６）ポリアミド６／６６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン５０３４Ｂ）
（７）ポリアミド６／６６／１２（宇部興産（株）製ＴＥＲＰＡＬＥＸ６４３４Ｂ）
（８）ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０１２Ｕ）
（９）ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３０ＸＡ）
（１０）アモルファスポリアミド（三井デユポンポリケミカル（株）製シーラー）
（１１）ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス（株）製ユーピロン Ｈ−４０００、Ｓ−３０００、Ｅ−２０００）
（１２）シリコーンゴム（東レダウコーニング（株）ゴム硬度３０）
【０１３４】
＜測定＞
炭素繊維の粉末体積抵抗値は、粉体抵抗測定システムＭＣＰ−ＰＤ５１型（（株）ダイヤインスツルメンツ製）、樹脂組成物の体積抵抗値は、低抵抗率計ロレスタＧＰ（ＭＣＰ−Ｔ６１０）および高抵抗率計ハイレスタＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）（（株）ダイヤインスツルメンツ製）で測定した。ゴム硬度は高分子計器（株）製アスカーゴム硬度計Ａ型で測定した。
【０１３５】
ポリアミドの粘度は、９６％硫酸でポリマー濃度１％で測定した相対粘度である。
【０１３６】
＜実施例１＞
参考例Ａ１と同様にして製造した微細な炭素繊維と低密度ポリエチレン樹脂とを適当量配合し、３本ロールミルで１６０℃にて均一に加熱溶融混合して、繊維を樹脂中に分散させた。得られた溶融組成物をペレット化して、導電性樹脂組成物を得た。このペレットをフィルム成形機により厚さ５０μｍのフィルムに溶融成形した。得られたフィルムの体積抵抗値（Ω・ｃｍ）（印加電圧１０Ｖ）の測定結果を、配合組成とともに表１に示す。
【０１３７】
＜比較例１＞
カーボンナノチューブおよびトランプ状（プレートレット）炭素繊維と、低密度ポリエチレン樹脂とを実施例１と同様に配合、溶融混合、フィルム成形を行った。得られたフィルムの体積抵抗値の結果を、配合組成とともに表１に示す。
【０１３８】
【表１】
【０１３９】
＜実施例２＞
微細な炭素繊維とシリコーン生ゴムとを適当量配合し、３本ロールミルで均一に混合、分散し、導電性シリコーン組成物を得た。これを５００μｍの厚みにシート状に成形し、加硫した。シートの体積抵抗値（Ω・ｃｍ）（印加電圧１０Ｖ）とゴム硬度を、配合組成とともに表２に示す。
【０１４０】
＜実施例３＞
参考例Ｂ１と同様に２４ボールミル処理して得た微細な炭素短繊維と、シリコーン生ゴムとを適当量配合し、実施例２と同様の方法で３本ロールミルで均一に混合、分散し、導電性シリコーン組成物を得た。これを５００μｍの厚みにシート状に成形し、加硫した。シートの体積抵抗値（Ω・ｃｍ）（印加電圧１０Ｖ）とゴム硬度を、配合組成とともに表２に示す。
【０１４１】
＜比較例２＞
カーボンナノチューブとシリコーンゴムとを実施例２と同様に、配合、混合し、シート成形、加硫を行った。得られたシートの体積抵抗値の結果を、配合組成とともに表２に示す。カーボンナノチューブ２０質量％の配合物は、シリコーンゴムが硬くなり、シート化ができなかった。
【０１４２】
【表２】
【０１４３】
＜実施例４＞
微細な炭素繊維を７質量％、アモルファスポリアミドを９３質量％で配合し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、配合物を二軸押出機により２５０℃で溶融混合し、溶融混合物をペレット化して導電性樹脂組成物を得た。このペレットを２７０℃にて溶融紡糸機（３００デニール、４８穴）を通して、ポリアミド繊維を得た。得られた糸の外径は、ＳＥＭ観察から５０μｍで、単位長さ当たりの電気抵抗値（印加電圧１０Ｖ）は７×１０９Ω／ｃｍであった。
【０１４４】
＜比較例３＞
カーボンナノチューブ７質量％を、実施例３と同様に、アモルファスポリアミドに溶融混合、ペレット化し、溶融紡糸を行ったが、糸切れし、紡糸ができなかった。
【０１４５】
＜実施例５＞
微細な炭素繊維を７質量％、ナイロン６（宇部興産（株）製１０１０Ｘ１；相対粘度２．００）を９３質量％で配合し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、配合物を二軸押出機により２５０℃で溶融混合しペレット化して導電性樹脂組成物を得た。このペレットを２５０℃にて射出成形し、ＡＳＴＭ規格に準拠して樹脂特性を測定した。またこのペレットを２５０℃にて溶融プレス成形し、体積抵抗値を測定した。結果を表３に示す。
【０１４６】
＜実施例６＞
ナイロン６（宇部興産（株）製１０３０Ｂ；相対粘度４．０７）を使用した以外は、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表３に示す。
【０１４７】
＜比較例４＞
実施例５で用いたナイロン６を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５の方法で樹脂物性を測定した。結果を表３に示す。
【０１４８】
【表３】
【０１４９】
＜実施例７＞
ナイロン６６（宇部興産（株）製２０１５Ｂ；相対粘度２．４５）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２８０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２８０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２７５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表４に示す。
【０１５０】
＜比較例５＞
実施例７で用いたナイロン６６を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表４に示す。
【０１５１】
【表４】
【０１５２】
＜実施例８＞
ナイロン６／６６共重合体（宇部興産（株）製５０１３Ｂ；相対粘度２．４５；ナイロン６とナイロン６６の成分比が８５／１５）を使用した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表５に示す。
【０１５３】
＜実施例９＞
ナイロン６／６６共重合体（宇部興産（株）製５０３４Ｂ；相対粘度４．０５；ナイロン６とナイロン６６の成分比が８０／２０）を使用した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表５に示す。
【０１５４】
＜比較例６＞
実施例８で用いたナイロン６／６６共重合体を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表５に示す。
【０１５５】
【表５】
【０１５６】
＜実施例１０＞
ナイロン６／６６／１２共重合体（宇部興産（株）製６４３４Ｂ；相対粘度４．０５；ナイロン６とナイロン６６とナイロン１２との成分比が８０／１０／１０）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２３０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２３０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２３５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表６に示す。
【０１５７】
＜比較例７＞
実施例１０で用いたナイロン６／６６／１２共重合体を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表６に示す。
【０１５８】
【表６】
【０１５９】
＜実施例１１＞
ナイロン１２（宇部興産（株）製３０１２Ｕ；相対粘度１．６０）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２３０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２３０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２３５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表７に示す。
【０１６０】
＜実施例１２＞
ナイロン１２（宇部興産（株）製３０３０ＸＡ；相対粘度２．２５）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２３０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２３０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２３５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表７に示す。
【０１６１】
＜比較例８＞
実施例１１で用いたナイロン１２を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表７に示す。
【０１６２】
【表７】
【０１６３】
＜実施例１３＞
微細な炭素繊維３質量％を、ポリカーボネート樹脂９７質量％で配合し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、配合物を二軸押出混練機により２５０℃で溶融混合し、溶融混合物をペレット化して導電性樹脂組成物を得た。このペレットを２９０℃にて溶融し、押出成形装置により厚さ１００μｍ及び３０μｍのフィルム（３０ｃｍ幅）を作成した。得られたフィルムの表面抵抗値（印加電圧１０Ｖ）を測定した。結果を表８に示す。
【０１６４】
＜比較例９＞
カーボンナノチューブ３質量％を、実施例１３と同様に、ポリカーボネート樹脂に溶融混合、ペレット化し、押出成形装置を用い、フィルム成形を行った。厚さ１００μmのフィルムは作成するとこができたが、厚さ３０μｍのフィルムはサージングし、フィルムが途切れ、フィルム化は困難あった。得られたフィルムの表面抵抗値（印加電圧１０Ｖ）を測定した。結果を表８に示す。
【０１６５】
【表８】
【０１６６】
＜実施例１４＞
導電性バインダーの製造
１０質量％ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）水分散液５０ｇを含む水溶液３００ｇに、微細な炭素繊維を５質量％分散させた水溶液４０ｇを加えた。この溶液をホモジナイザーで攪拌しながら、アセチレンブラック５ｇを徐々に投入した。投入３０分後、メタノールを加えて複合化合物を析出させた。ここで、メタノールで沈殿しない場合は、水溶液が酸性であるので、１〜３規定アンモニア水でアンモニア臭がするまで加えてアルカリ性にして、その後、メタノール１００ｍｌを加えて、複合化合物を析出させてもよい。その複合化合物を濾過、洗浄した後、８０℃で乾燥させることにより、約１０ｇの導電性バインダーを得た。この時の導電性バインダーの組成は、全導電材（微細な炭素繊維＋アセチレンブラック）とＰＴＦＥの質量比は２：１、アセチレンブラックと微細な炭素繊維の質量比は２：１であった。
【０１６７】
＜実施例１５＞
導電性バインダーを含むＬｉＣｏＯ２電極の製造
１．９％のＣＭＣ溶液８．７７gに実施例１４の導電性バインダー０．５ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＣｏＯ２６．０ｇを加え、さらに１５分間攪拌することにより、電極用スラリーを作製した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥することにより電極を得た。電極中の組成は、活物質ＬｉＣｏＯ２が９０％、全バインダー（ＰＴＦＥ＋ＣＭＣ）５％、全導電材（アセチレンブラック＋微細な炭素繊維）が５％である。
【０１６８】
＜実施例１６＞
導電性バインダーを含むＬｉＣｏＯ２電極を用いた電池特性
正極に実施例１５の電極、負極に金属Ｌｉ、電解液に１Ｍ−ＬｉＰＦ６のエチレンカーボネート（ＥＣ）およびメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）溶液（容量比でＥＣ：ＭＥＣ＝３：７）を用いてコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。充放電容量の測定は、１Ｃレートでの定電流で充電し、電圧が４．２Ｖに達した後、放電を１Ｃレートの定電流で行い、電圧が３．０Ｖに達するまでの容量を放電容量とした。結果を表９に示す。
【０１６９】
＜比較例１０＞
１．９％のＣＭＣ溶液１１．６８gに、１０質量％ＰＴＦＥ水分散液２．２２ｇ、微細な炭素繊維を１５質量％分散させた水溶液１．４８ｇ、アセチレンブラック０．２９６ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＣｏＯ２８．０ｇを加え、さらに１５分間攪拌することにより、電極用スラリーを作製した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥することにより電極を得た。
【０１７０】
得られた電極を正極に用いて、実施例１６と同様にコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。結果を表９に示す。
【０１７１】
【表９】
【０１７２】
導電性バインダー用いた実施例１６では、比較例１０に比べ、１サイクル目の放電容量、１サイクル目の効率および５サイクル目の放電容量維持率が高く、電極活物質間の結着が導電性を損なうことなく行われていることがわかる。
【０１７３】
＜実施例１７＞
導電性バインダーを含むＬｉＦｅＰＯ４電極の製造
２．０％のＣＭＣ溶液１０．０ｇに実施例１４の導電性バインダー０．５４ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＦｅＰＯ４４．２７ｇを加え１５分間攪拌し、さらに電極内の導電材などの分布を均一にするために、遊星型スラリー調整器を用いて、電極用スラリーを調整した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥、プレスすることにより電極を得た。電極中の組成は、活物質ＬｉＦｅＰＯ４が８５．４％、全バインダー（ＰＴＦＥ＋ＣＭＣ）７．６％、全導電材（アセチレンブラック＋微細な炭素繊維）が７．２％である。
【０１７４】
＜実施例１８＞
導電性バインダーを含むＬｉＦｅＰＯ４電極を用いた電池特性
正極に実施例１７の電極、負極に金属Ｌｉ、電解液に１Ｍ−ＬｉＰＦ６のエチレンカーボネート（ＥＣ）およびメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）溶液（容量比でＥＣ：ＭＥＣ＝３：７）を用いてコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。充放電容量の測定は、２Ｃレートでの定電流で充電し、電圧が４．２Ｖに達した後、放電を２Ｃレートの定電流で行い電圧が２．８Ｖに達するまでの容量を放電容量とした。結果を表１０および図９に示す。
【０１７５】
＜比較例１１＞
２．０％のＣＭＣ溶液１０．０ｇに、ＰＴＦＥ０．１８ｇ、微細な炭素繊維０．１８ｇ、アセチレンブラック０．１８ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＦｅＰＯ４４．２７ｇを加え１５分間攪拌後、さらに電極内の導電材などの分布を均一にするために、遊星型スラリー調整器を用いて、電極用スラリーを調整した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥、プレスすることにより電極を得た。
【０１７６】
得られた電極を正極に用いて、実施例１８と同様にコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。結果を表１０に示す。
【０１７７】
【表１０】
【０１７８】
導電性バインダー用いた実施例１８は、比較例１１に比べ放電容量が高く、電極活物質間の結着が導電性を損なうことなく行われていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明の導電性樹脂組成物は、樹脂本来の物性を維持しながら、高い導電性を示す。従って、電気電子分野や自動車分野における電磁波遮蔽部材、帯電防止部品、静電塗装用部材として、さらには、半導体デバイスの製造、搬送工程におけるトレー、包装材、クリーンルーム用の建材、無塵衣、また、電子機器導電部材（ベルト、鞘、ロール、コネクター、ギヤ、チューブ等）、などの用途に有用である。
【符号の説明】
【０１８０】
１１ 構造単位
１２ 頭頂部
１３ 胴部
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 集合体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形加工性に優れる導電性樹脂組成物に関し、より具体的には導電材料として極細炭素繊維を含有する樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気絶縁性の樹脂に帯電防止その他の目的で導電性を付与するため導電性フィラーを混練分散して導電性樹脂とすることは良く知られている。樹脂に混練する導電性フィラーとしては、一般にイオン導電性の有機系界面活性剤、金属繊維及び粉末、導電性金属酸化物粉末、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛粉末などが利用され、これを樹脂中に溶融混練し、分散させた導電性樹脂組成物を成形加工することによって１０−１〜１０１２Ω・ｃｍの体積抵抗値を有する成形品を得ることができる。
【０００３】
導電性フィラーとしては、アスペクト比（長さ／外径）の大きいフレーク状、ウイスカー状、繊維状の材料を使用することにより、比較的少量の配合で樹脂に導電性を付与することができる。これはアスペクト比が大きな導電性フィラーの方が、同じ配合量でフィラー間の繋がりが効果的に形成されるため、より少量で導電性を得ることが可能となるからである。
【０００４】
しかし、金属系フィラーは耐食性、耐薬品性に劣る。無機系の導電性フィラーは、一般に粒状であるため組成物総質量に対して５０質量％を越える多量の配合が必要となり、そのため樹脂物性が低下し、成形が困難となる。カーボンブラックは、鎖状構造の導電回路を形成するケッチェンブラック（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社の登録商標）およびアセチレンブラックが利用できるので、１５質量％以下の配合で高い導電性が得られるが、これらは樹脂への分散制御が難しく、安定した導電性を得るためには独特な配合、混合技術が必要とされる。また充分な導電性が得られたとしても、加工性が著しく低下するのみならず、導電性樹脂組成物の引張り強度、曲げ強度、耐衝撃強度等の物性は、導電性フィラーを含有しない樹脂本来の物性に比べ著しく低下する。
【０００５】
また、フレーク状の黒鉛粉末およびウイスカー状の炭素繊維等のアスペクト比が高い導電性フィラーも、導電性を発現させるには１５質量％を超える量が必要であり、樹脂本来の物性が低下し、複雑形状の成形品を得ようとすると繊維の偏りと方向性が現れ、成形性と導電性が阻害される。また、成形体表面からカーボン粒子や炭素繊維が脱落（スラフ性）しやすく半導体デバイス工程での環境汚染、デバイスへの損傷等の問題がある。
【０００６】
炭素繊維は、同質量が配合され場合、繊維径が細い方が繊維間の導電回路網の形成が容易になるため導電性付与に優れる。近年、従来の炭素繊維より繊維径が２〜３桁程細い中空の極細炭素繊維いわゆるカーボンナノチューブが開示され、導電性フィラーとして各種樹脂、ゴム等に配合することも提案され（特許文献１：特開平１−１３１２５１、特許文献２：特開平３−７４４６５、特許文献３：特開平０２−２３５９４５）、従来の導電性フィラーの欠点を解消する有効な導電性フィラーとして考えられている。
【０００７】
しかし、カーボンナノチューブは、樹脂への均一分散が困難であり、カーボンナノチューブの非分散部分は樹脂中に凝集体として残るため、紡糸不能（糸切れ）、成形機吐出部分のフィルター閉塞、耐衝撃性等の成形品の機械的強度、表面外観が損なわれる等の問題があり、満足のできるものではない。このため、樹脂分子量の最適化（特許文献４：特開２００１−３１０９９４）、変性樹脂、エラストマー、相溶化剤の配合（特許文献５：特開２００７−２３１２１９、特許文献６：特開２００４−２３０９２６、特許文献７：特開２００７−１６９５６１、特許文献８：特開２００４−２３１７４５）、カーボンナノチューブの表面改質処理（特許文献９：特開２００４−３２３７３８）等の特別な組成物の配合及び混合、特殊な表面改質処理を必要とし、樹脂の種類、組成等が制約される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１３１２５１号公報
【特許文献２】特開平３−７４４６５号公報
【特許文献３】特開平０２−２３５９４５号公報
【特許文献４】特開２００１−３１０９９４号公報
【特許文献５】特開２００７−２３１２１９号公報
【特許文献６】特開２００４−２３０９２６号公報
【特許文献７】特開２００７−１６９５６１号公報
【特許文献８】特開２００４−２３１７４５号公報
【特許文献９】特開２００４−３２３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、特別な混練・混合手法や配合処方、例えばゴム成分、界面活性剤、相溶化剤等の添加を用いなくても、樹脂中への極細炭素繊維の混合・分散が達成され、樹脂本来の物性を維持しながら、高い導電性を有する樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の事項に関する。
【００１１】
１． （ａ）樹脂成分、および
（ｂ）前記樹脂成分中に分散され、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維
を含有する導電性樹脂組成物。
【００１２】
２． 前記微細な炭素繊維の前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さいことを特徴とする上記１記載の組成物。
【００１３】
３． 前記微細な炭素繊維の前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２から３０であることを特徴とする上記１または２記載の組成物。
【００１４】
４． 前記微細な炭素繊維が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒を用いた気相成長法により製造され、前記微細な炭素繊維中の灰分が４質量％以下であることを特徴とする上記１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【００１５】
５． 前記微細な炭素繊維が、１００個以下の前記集合体が連結して構成されている微細な炭素短繊維であることを特徴とする上記１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【００１６】
６． 前記微細な炭素短繊維が、ずり応力を加えて短繊維化されて製造されたことを特徴とする上記５記載の組成物。
【００１７】
７． 組成物総質量に対して、前記微細な炭素繊維を０．１質量％以上、４０質量％未満の量で含有する上記１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【００１８】
８． 前記樹脂成分が、熱可塑性樹脂から選ばれることを特徴とする上記１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【００１９】
９． 前記樹脂成分が、ポリアミドであることを特徴とする上記８記載の組成物。
【００２０】
１０． 上記１〜７のいずれか１項に記載の組成物とストラクチュア構造を有する炭素材料とが複合化されていることを特徴とする導電性バインダー。
【００２１】
１１． （a）樹脂成分の水分散液および／または水溶液に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料を、剪断力を有する攪拌機にて分散させる工程、
（b）前記（a）の工程で作製される分散液に、アルコールあるいは金属塩水溶液を加えて、複合材料を析出させる工程、および
（c）前記複合材料を濾過、洗浄および乾燥する工程
を含むことを特徴とする上記１０に記載の導電性バインダーの製造方法。
【００２２】
１２． 上記１０に記載の導電性バインダーを含む蓄電デバイス電極。
【００２３】
１３． 上記１２に記載の蓄電デバイス電極を含む蓄電デバイス。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、樹脂本来の物性を維持しながら高い成形性と導電性を有する樹脂組成物が提供される。本発明の導電性樹脂組成物では、少ない量の微細な炭素繊維の添加により、高い導電性が達成されている。そのため、樹脂本来の性質、例えば成形性等が大きく損なわれることなく、導電性樹脂組成物が得られる。本発明の導電性樹脂組成物が導電性に優れる理由は、次のように考えられる。
【００２５】
まず、従来のいわゆるカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブと総称される極細炭素繊維は、その形状、形態、構造から、
（１）多層カーボンナノチューブ（グラファイト層が多層同心円筒状）（非魚骨状）
特公平３−６４６０６、同３−７７２８８
特開２００４−２９９９８６
（２）カップ積層型カーボンナノチューブ（魚骨状（フィッシュボーン））
ＵＳＰ ４，８５５，０９１
M.Endo,
Y.A.Kim etc.：Appl.Phys.Lett.,vol80(2002)1267〜
特開２００３−０７３９２８
特開２００４−３６００９９
（３）プレートレット型カーボンナノファイバー（トランプ状）
H.Murayama、
T.maeda,：Nature, vol345[No28](1990)791〜793
特開２００４−３００６３１
の３つのナノ構造炭素材料に大別される。
【００２６】
（１）多層カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ長さ方向の導電性はグラファイト網面（Ｃ軸）方向の電子の流れとなるため良好である。一方、カーボンナノチューブ繊維間の導電性は、グラファイト網面（Ｃ軸）方向と垂直となり繊維同士が直接接触することにより電子が流れるが、樹脂中においては、繊維同士の接触がゆるいため繊維自体の電子の流れよりむしろ導電性フィラー表面層からの電子の飛び出しによる電子の流れが重要な役割を果たすとされる。電子の飛出し易さがフィラーの導電性能に関わる。カーボンナノチューブにおいては、グラファイト網面が円筒状に閉じているためπ電子の飛び出しによるジャンピング効果（トンネル効果説）があまり期待できないことが推定される。
【００２７】
（２）魚骨状構造、および（３）トランプ状構造の極細炭素繊維は、側周面にグラファイト網面の開放端が露出するため、隣接する繊維間の導電性はカーボンナノチューブに比べ向上する。しかしながら、グラファイト網面のＣ軸が繊維軸方向に対し傾斜あるいは直交して積層した構造であるため、単独の繊維における繊維軸長軸方向の導電性は低下してしまい、組成物全体としての導電性が低下する。
【００２８】
これらに対して、本発明の組成物に含有される微細な炭素繊維は、（１）〜（３）の三つの分類に属さない導電性炭素繊維であり、後述するように、繊維自体の長さ方向の電子流れは、外側に僅かに傾斜した釣鐘状胴部が担い、また繊維間の電子の流れは釣鐘状胴部の開放端からの電子の飛び出しが担うことが可能であり、これにより樹脂中での導電性能が向上しているものと推定される。
【００２９】
また、活性な部位である開放端が存在するため、樹脂との親和性が高く、混練での分散性が向上し、同時に樹脂物性の維持、向上に寄与するものと推察される。
【００３０】
また、ファンデルワールス力の弱い力で結合している釣鐘状構造単位の集合体（後述する）の連結部は、混練における剪断力によりその接合部で容易に分離する。一般に、大量生産を行う方式として現在最も有望とされる触媒気相成長方法では、１μｍ以上の糸状の長い繊維が複雑に絡み合った凝集体（数μｍから１ｍｍの毛玉）で生成する。しかし、本発明で使用される微細な炭素繊維は、剪断力を調節することにより適度な長さに切断されて繊維集合体の短繊維化と開繊が進むことから、特殊な分散技術、分散装置を用いることなく導電性樹脂組成物を得ることができる。
【００３１】
また、微細な炭素短繊維は、接合部で繊維が切断されて短繊維化されており、さらに分散性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）微細な炭素繊維を構成する最小構造単位（釣鐘状構造単位）を模式的に示す図である。（ｂ）釣鐘状構造単位が、２〜３０個積み重なった集合体を模式的に示す図である。
【００３３】
【図２】（ａ）集合体が間隔を隔てて連結し、繊維を構成する様子を模式的に示す図である。（ｂ）集合体が間隔を隔てて連結する際に、屈曲して連結した様子を模式的に示す図である。
【図３】参考例Ａ１で製造した微細な炭素繊維のＴＥＭ写真像である。
【図４】参考例Ａ２で製造した微細な炭素繊維のＴＥＭ写真像である。
【図５】参考例Ａ３で製造した微細な炭素繊維のＴＥＭ写真像である。
【図６】微細な炭素繊維が、ずり応力により微細な炭素短繊維に引き抜かれる様子を模式的に示す図である。
【図７】参考例Ｂ１で短繊維化された微細な炭素短繊維のＴＥＭ像である。
【図８】図７と同様に参考例Ｂ１で短繊維化された微細な炭素短繊維のＴＥＭ像である。
【図９】実施例１８および比較例１１で作製したコイン電池の放電容量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、「微細な炭素短繊維」は「微細な炭素繊維」に包含される概念であり、「微細な炭素繊維」の中でも後述するように繊維長が短い短繊維を意味する。以下の説明では、「微細な炭素繊維」は、通常、短繊維化されていない「微細な炭素繊維」を意味する。また、「微細な炭素繊維」および「微細な炭素短繊維」は、明示的に示さない限り、以下に説明される特定構造の炭素繊維を意味し、公知の構造の炭素繊維を意味しない。
【００３５】
＜＜微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維＞＞
本発明の組成物中に配合される微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維の代表的な特徴および代表的な製造方法は、次の項目にまとめられる。
【００３６】
１． 好ましくは気相成長法により製造される微細な炭素繊維であって、
炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、好ましくは前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さく、
前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、
前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成していることを特徴とする微細な炭素繊維。
【００３７】
２． 前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２から３０であることを特徴とする上記１記載の微細な炭素繊維。
【００３８】
３． 含有する灰分が４重量％以下であることを特徴とする上記１または２記載の微細な炭素繊維。
【００３９】
４． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維の００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）が、２〜４であることを特徴とする上記１〜３のいずれか１項に記載の微細な炭素繊維。
【００４０】
５． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維のグラファイト面間隔（ｄ００２）が０．３４１〜０．３４５ｎｍであることを特徴とする上記１〜４のいずれか１項に記載の微細な炭素繊維。
【００４１】
６． Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒、より好ましくはマグネシウムが置換固溶したコバルトのスピネル型酸化物を含む触媒上に、ＣＯ及びＨ２を含む混合ガスを供給して反応させ、微細な炭素繊維を成長させることを特徴とする微細な炭素繊維の製造方法。
【００４２】
７． 前記スピネル型酸化物を、ＭｇｘＣｏ３−ｘＯｙで表したとき、マグネシウムの固溶範囲を示すｘの値が、０．５〜１．５であることを特徴とする上記６記載の微細な炭素繊維の製造方法。
【００４３】
８． 前記スピネル型酸化物のＸ線回折測定による結晶格子定数ａ（立方晶系）が０．８１１〜０．８１８ｎｍであることを特徴とする上記６または７記載の微細な炭素繊維の製造方法。
【００４４】
９． 前記混合ガス中のＣＯ／Ｈ２の容積比が、７０／３０〜９９．９／０．１の範囲であり、反応温度が４００〜６５０℃の範囲であることを特徴とする上記６〜８のいずれか１項に記載の微細な炭素繊維の製造方法。
【００４５】
１０． 好ましくは気相成長法により製造される微細な炭素繊維を短繊維化した微細な炭素短繊維であって、グラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個層状に積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で１個ないし数十個連結していることを特徴とする微細な炭素短繊維。
【００４６】
１１． 前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さいことを特徴とする上記１０記載の微細な炭素短繊維。
【００４７】
１２． 前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２から３０であることを特徴とする上記１０または１１記載の微細な炭素短繊維。
【００４８】
１３． 含有する灰分が４重量％以下であることを特徴とする上記１０〜１２のいずれか１項に記載の微細な炭素短繊維。
【００４９】
１４． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維の００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）が、２〜４であることを特徴とする上記１０〜１３のいずれか１項に記載の微細な炭素短繊維。
【００５０】
１５． Ｘ線回折法により測定される微細な炭素繊維のグラファイト面間隔（ｄ００２）が０．３４１〜０．３４５ｎｍであることを特徴とする上記１０〜１４のいずれか１項に記載の微細な炭素短繊維。
【００５１】
１６． 上記１〜５のいずれか１項に記載の炭素繊維にずり応力を加えて短繊維化して製造される微細な炭素短繊維。
【００５２】
１７． 上記６〜９のいずれか１項に記載の製造方法により微細な炭素繊維を製造した後、ずり応力を加えてさらに短繊維化することを特徴とする微細な炭素短繊維の製造方法。
【００５３】
上記事項を以下に詳細に説明する。
【００５４】
微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維は、図１（ａ）に示すような釣鐘状構造を最小構造単位として有する。釣鐘（temple bell）は、日本の寺院で見られ、比較的円筒形に近い胴部を有しており、円錐形に近いクリスマスベルとは形状が異なる。図１（ａ）に示すように、構造単位１１は、釣鐘のように、頭頂部１２と、開放端を備える胴部１３とを有し、概ね中心軸の周囲に回転させた回転体形状となっている。構造単位１１は、炭素原子のみからなるグラファイト網面により形成され、胴部開放端の円周状部分はグラファイト網面の開放端となる。なお、図１（ａ）において、中心軸および胴部１３は、便宜上直線で示されているが、必ずしも直線ではなく、後述する図３、図７および図８のように曲線の場合もある。
【００５５】
胴部１３は、開放端側に緩やかに広がっており、その結果、胴部１３の母線は釣鐘状構造単位の中心軸に対してわずかに傾斜し、両者のなす角θは、１５°より小さく、より好ましくは１°＜θ＜１５°、更に好ましくは２°＜θ＜１０°である。θが大きくなりすぎると、該構造単位から構成される微細繊維が魚骨状炭素繊維様の構造を呈してしまい、繊維軸方向の導電性が損なわれてしまう。一方θが小さいと、円筒チューブ状に近い構造となり、構造単位の胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。
【００５６】
微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維には、欠陥、不規則な乱れが存在するが、このような不規則性を排除して、全体としての形状を捉えると、胴部１３が開放端側に緩やかに広がった釣鐘状構造を有していると言える。本発明の微細な炭素短繊維、および微細な炭素繊維は、すべての部分においてθが上記範囲を示すことを意味しているのではなく、欠陥部分や不規則な部分を排除しつつ、構造単位１１を全体的に捉えたときに、総合的にθが上記範囲を満たしていることを意味している。そこで、θの測定では、胴部の太さが不規則に変化していることもある頭頂部１２付近を除くことが好ましい。より具体的には、例えば、図１（ｂ）に示すように釣鐘状構造単位集合体２１（下記参照）の長さをＬとすると、頭頂側から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点においてθを測定してその平均を求め、その値を、構造単位１１についての全体的なθとしてもよい。また、Ｌについては、直線で測定することが理想であるが、実際は胴部１３が曲線であることも多いため、胴部１３の曲線に沿って測定した方が実際の値に近い場合もある。
【００５７】
頭頂部の形状は、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維においても同じ）として製造される場合、胴部と滑らかに連続し、上側（図において）に凸の曲面となっている。頭頂部の長さは、典型的には、釣鐘状構造単位集合体について説明するＤ（図１（ｂ））以下程度であり、ｄ（図１（ｂ））以下程度であるときもある。
【００５８】
さらに、後述するように活性な窒素を原料として使用しないため、窒素等の他の原子は、釣鐘状構造単位のグラファイト網面中に含まれない。このため繊維の結晶性が良好である。
【００５９】
本発明の微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維においては、図１（ｂ）に示すように、このような釣鐘状構造単位が中心軸を共有して２〜３０個積み重なって釣鐘状構造単位集合体２１（以下、単に集合体という場合がある。）を形成している。積層数は、好ましくは２〜２５個であり、より好ましくは２〜１５個である。
【００６０】
集合体２１の胴部の外径Ｄは、５〜４０ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍ、更に好ましくは５〜２０ｎｍである。Ｄが大きくなると形成される微細繊維の径が太くなるため、ポリマーとのコンポジットにおいて導電性能等の機能を付与するためには、多くの添加量が必要となってしまう。一方、Ｄが小さくなると形成される微細繊維の径が細くなって繊維同士の凝集が強くなり、例えばポリマーとのコンポジット調製において、分散させることが困難になる。胴部外径Ｄの測定は、集合体の頭頂側から、（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点で測定して平均することが好ましい。なお、図１（ｂ）に胴部外径Ｄを便宜上示しているが、実際のＤの値は、上記３点の平均値が好ましい。
【００６１】
また、集合体胴部の内径ｄは、３〜３０ｎｍ、好ましくは３〜２０ｎｍ、更に好ましくは３〜１０ｎｍである。胴部内径ｄの測定についても、釣鐘状構造単位集合体の頭頂側から、（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点で測定して平均することが好ましい。なお、図１（ｂ）に胴部内径ｄを便宜上示しているが、実際のｄの値は、上記３点の平均値が好ましい。
【００６２】
集合体２１の長さＬと胴部外径Ｄから算出されるアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、２〜１５０、好ましくは２〜５０、より好ましくは２〜３０、更に好ましくは２〜２０である。アスペクト比が大きいと、形成される繊維の構造が円筒チューブ状に近づき、１本の繊維における繊維軸方向の導電性は向上するが、構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。一方、アスペクト比が小さいと構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が高くなるため、隣接繊維間の導電性は向上するが、繊維外周面が、繊維軸方向に短いグラファイト網面が多数連結して構成されるため、１本の繊維における繊維軸方向の導電性が損なわれる。
【００６３】
微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維は、釣鐘状構造単位および釣鐘状構造単位集合体については、本質的に同じ構成を有しているが、以下のように繊維長が異なる。
【００６４】
まず、微細な炭素繊維は、図２（ａ）に示すように、前記集合体がさらにＨｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌの様式で連結することにより形成される。Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌの様式とは、微細な炭素繊維の構成において、隣り合った前記集合体どうしの接合部位が、一方の集合体の頭頂部（Ｈｅａｄ）と他方の集合体の下端部（Ｔａｉｌ）の組合せで形成されていることを意味する。具体的な接合部分の形態は、第一の集合体２１ａの下端開口部において、最内層の釣鐘状構造単位の更に内側に、第二の集合体２１ｂの最外層の釣鐘状構造単位の頭頂部が挿入され、さらに、第二の集合体２１ｂの下端開口部に、第三の集合体２１ｃの頭頂部が挿入され、これがさらに連続することによって繊維が構成される。
【００６５】
微細な炭素繊維の１本の微細繊維を形成する各々の接合部分は、構造的な規則性を有しておらず、例えば第一の集合体と第二の集合体の接合部分の繊維軸方向の長さは、第二の集合体と第三の集合体の接合部分の長さと必ずしも同じではない。また、図２（ａ）のように、接合される二つの集合体が中心軸を共有して直線状に連結することもあるが、図２（ｂ）の釣鐘状構造単位集合体２１ｂと２１ｃのように、中心軸が共有されずに接合して、結果として接合部分において屈曲構造を生じることもある。前記釣鐘状構造単位集合体の長さＬは繊維ごとにおおむね一定である。しかしながら、気相成長法では、原料及び副生のガス成分と触媒及び生成物の固体成分が混在するため、発熱的な炭素析出反応の実施においては、前記の気体及び固体からなる不均一な反応混合物の流動状態によって一時的に温度の高い局所が形成されるなど、反応器内に温度分布が生じ、その結果、長さＬにある程度のばらつきが生じることもある。
【００６６】
このようにして構成される微細な炭素繊維は、前記釣鐘状構造単位下端のグラファイト網面の開放端の少なくとも一部が、前記集合体の連結間隔に応じて、繊維外周面に露出する。この結果、１本の繊維における繊維軸方向の導電性を損なうことなく、前記π電子の飛び出しによるジャンピング効果（トンネル効果）によって隣接する繊維間の導電性を向上させることができる。以上のような微細な炭素繊維の構造は、ＴＥＭ画像によって観察できる。また、微細な炭素繊維の効果は、集合体自体の曲がり、集合体の連結部分における屈曲が存在しても、ほとんど影響がないと考えられる。従って、ＴＥＭ画像の中で、比較的直線に近い形状を有する集合体を観察して、構造に関する各パラメータを求め、その繊維についての構造パラメータ（θ、Ｄ、ｄ、Ｌ）としてよい。
【００６７】
次に、微細な炭素短繊維は、このようにして構成される微細な炭素繊維をさらに短繊維化して得られる。具体的には、微細な炭素繊維にずり応力を加えることにより、集合体接合部で黒鉛基底面間の滑りを生じ、微細な炭素繊維が前記集合体接合部の一部で切断されて短繊維化される。このような短繊維化により得られる微細な炭素短繊維は、集合体が１個から数十個程度（即ち１００個以下、８０個程度まで、好ましくは７０個程度まで）、好ましくは、１個から２０個連結した繊維長さに短繊維化されている。この微細な炭素短繊維の集合体のアスペクト比は２ないし１５０程度である。混合に適する微細な炭素短繊維の集合体のアスペクト比は２ないし５０である。ずり応力を加えても、集合体の炭素ＳＰ２結合から成る繊維直胴部分では、繊維の切断が起こらず、集合体よりも小さく切断することはできない。
【００６８】
微細な炭素短繊維においても、グラファイト網の端面が露出する結果、１本の繊維における繊維軸方向の導電性を損なうことなく、前記π電子の飛び出しによるジャンピング効果（トンネル効果）によって隣接する繊維間の導電性は短繊維化前の微細な炭素繊維と同様に良好である。以上のような短繊維化後の微細な炭素短繊維の構造は、ＴＥＭ画像によって観察できる（図７および図８を参照）。また、微細な炭素短繊維の効果は、集合体自体の曲がり、集合体の接合部分における屈曲が存在しても、ほとんど影響がないと考えられる。図７の微細な炭素短繊維は、釣鐘状構造単位集合体が、図に示したように４−ａ〜４−ｄの４個連結されており、それぞれのθおよびアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、４−ａ：θ＝４．８°、（Ｌ／Ｄ）＝２．５、４−ｂ：θ＝０．５°、（Ｌ／Ｄ）＝２．０、４−ｃ：θ＝４．５°、（Ｌ／Ｄ）＝５．０、４−ｄ：θ＝１．１°、（Ｌ／Ｄ）＝５．５である。また、図８の微細な炭素短繊維は、釣鐘状構造単位集合体が、図に示したように５−ａ〜５−ｄの４個連結されており、それぞれのθおよびアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、５−ａ：θ＝１０°、（Ｌ／Ｄ）＝４．３、５−ｂ：θ＝７．１°、（Ｌ／Ｄ）＝３．４、５−ｃ：θ＝９．５°、（Ｌ／Ｄ）＝２．６、５−ｄ：θ＝７．１°、（Ｌ／Ｄ）＝４．３である。
【００６９】
微細な炭素繊維および炭素短繊維の学振法によるＸＲＤにおいて、測定される００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）は、２〜４の範囲である。Ｗが４を超えると、グラファイト結晶性が低く導電性も低い。一方、Ｗが２未満ではグラファイト結晶性は良いが、同時に繊維径が太くなり、ポリマーに導電性等の機能を付与するためには多くの添加量が必要となってしまう。
【００７０】
微細な炭素繊維および炭素短繊維の学振法によるＸＲＤ測定によって求められるグラファイト面間隔ｄ００２は、０．３５０ｎｍ以下、好ましくは０．３４１〜０．３４８ｎｍである。ｄ００２が０．３５０ｎｍを超えるとグラファイト結晶性が低くなり、導電性が低下する。一方、０．３４１ｎｍ未満の繊維は、製造の際に収率が低い。
【００７１】
微細な炭素繊維および炭素短繊維に含有される灰分は、４重量％以下であり、通常の用途では、精製を必要としない。通常、０．３重量％以上４重量％以下であり、より好ましくは０．３重量％以上３重量％以下である。尚、灰分は、繊維を０．１グラム以上燃焼して残った酸化物の重量から決定される。
【００７２】
また、炭素短繊維は、好ましくは１００〜１０００μｍ、より好ましくは１００〜３００μｍの繊維長を有する。このような長さを有し、且つ上述の００２面のピーク半価幅Ｗ（単位：ｄｅｇｒｅｅ）が２〜４、且つグラファイト面間隔ｄ００２が、０．３５０ｎｍ以下、好ましくは０．３４１〜０．３４８ｎｍであるような微細な炭素短繊維は従来存在しなかった新規な繊維である。
【００７３】
次に、微細な炭素繊維および炭素短繊維の製造方法について説明する。微細な炭素短繊維は、微細な炭素繊維を短繊維化して製造される。
【００７４】
＜微細な炭素繊維の製造方法＞
まず、微細な炭素繊維の製造方法は、次のとおりである。微細な炭素繊維は、触媒を用いて、気相成長法により製造される。触媒としては、好ましくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒が使用され、供給ガスは、好ましくはＣＯ及びＨ２を含む混合ガスである。最も好ましくは、コバルトのスピネル型結晶構造を有する酸化物に、マグネシウムが固溶置換した触媒を用いて、ＣＯ及びＨ２を含む混合ガスを触媒粒子に供給して気相成長法により、微細な炭素繊維を製造する。
【００７５】
Ｍｇが置換固溶したコバルトのスピネル型結晶構造は、ＭｇｘＣｏ３−ｘＯｙで表される。ここで、ｘは、ＭｇによるＣｏの置換を示す数であり、形式的には０＜ｘ＜３である。また、ｙはこの式全体が電荷的に中性になるように選ばれる数で、形式的には４以下の数を表す。即ち、コバルトのスピネル型酸化物Ｃｏ３Ｏ４では、２価と３価のＣｏイオンが存在しており、ここで、２価および３価のコバルトイオンをそれぞれＣｏＩＩおよびＣｏＩＩＩで表すと、スピネル型結晶構造を有するコバルト酸化物はＣｏＩＩＣｏＩＩＩ２Ｏ４で表される。Ｍｇは、ＣｏＩＩとＣｏＩＩＩのサイトの両方を置換して固溶する。ＭｇがＣｏＩＩＩを置換固溶すると、電荷的中性を保つためにｙの値は４より小さくなる。但し、ｘ、ｙ共に、スピネル型結晶構造を維持できる範囲の値をとる。
【００７６】
触媒として使用できる好ましい範囲として、Ｍｇの固溶範囲は、ｘの値が０．５〜１．５であり、より好ましくは０．７〜１．５である。ｘの値が０．５未満の固溶量では、触媒の活性は低く、生成する微細な炭素繊維の量は少ない。ｘの値が１．５を超える範囲では、スピネル型結晶構造を調製することが困難である。
【００７７】
触媒のスピネル型酸化物結晶構造は、ＸＲＤ測定により確認することが可能であり、結晶格子定数ａ（立方晶系）は、０．８１１〜０．８１８ｎｍの範囲であり、より好ましくは０．８１２〜０．８１８ｎｍである。ａが小さいとＭｇの固溶置換が充分でなく、触媒活性が低い。また、０．８１８ｎｍを超える格子定数を有する前記スピネル型酸化物結晶は調製困難である。
【００７８】
このような触媒が好適である理由として、本発明者らは、コバルトのスピネル構造酸化物にマグネシウムが置換固溶した結果、あたかもマグネシウムのマトリックス中にコバルトが分散配置された結晶構造が形成されることにより、反応条件下においてコバルトの凝集が抑制されていると推定している。
【００７９】
また、触媒の粒子サイズは、適宜選ぶことができるが、例えばメジアン径として、０．１〜１００μｍ、好ましくは、０．１〜１０μｍである。
【００８０】
触媒粒子は、一般に基板または触媒床等の適当な支持体に、散布するなどの方法により載せて使用する。基板または触媒床への触媒粒子の散布は、触媒粒子を直接散布して良いが、エタノール等の溶媒に懸濁させて散布し、乾燥させることにより所望の量を散布しても良い。
【００８１】
触媒粒子は、原料ガスと反応させる前に、活性化させることも好ましい。活性化は通常、Ｈ２またはＣＯを含むガス雰囲気下で加熱することにより行われる。これらの活性化操作は、必要に応じて、ＨｅやＮ２などの不活性ガスで希釈することにより実施することができる。活性化を実施する温度は、好ましくは４００〜６００℃、より好ましくは４５０〜５５０℃である。
【００８２】
気相成長法の反応装置に特に制限はなく、固定床反応装置や流動床反応装置といった反応装置により実施することができる。
【００８３】
気相成長の炭素源となる原料ガスは、ＣＯ及びＨ２を含む混合ガスが利用される。
【００８４】
Ｈ２ガスの添加濃度｛（Ｈ２／（Ｈ２＋ＣＯ）｝は、好ましくは０．１〜３０ｖｏｌ％、より好ましくは２〜２０ｖｏｌ％である。添加濃度が低すぎると円筒状のグラファイト質網面が繊維軸に平行したカーボンナノチューブ様の構造を形成してしまう。一方、３０ｖｏｌ％を超えると釣鐘状構造体の炭素側周面の繊維軸に対する傾斜角が大きくなり、魚骨形状を呈するため繊維方向の導電性の低下を招く。
【００８５】
また、原料ガスは不活性ガスを含有していてもよい。不活性ガスとしては、ＣＯ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等が挙げられる。不活性ガスの含有量は、反応速度を著しく低下させない程度が好ましく、例えば８０ｖｏｌ％以下、好ましくは５０ｖｏｌ％以下の量である。また、Ｈ２およびＣＯを含有する合成ガスまたは転炉排出ガス等の廃棄ガスを、必要により適宜処理して使用することもできる。
【００８６】
気相成長を実施する反応温度は、好ましくは４００〜６５０℃、より好ましくは５００〜６００℃である。反応温度が低すぎると繊維の成長が進行しない。一方、反応温度が高すぎると収量が低下してしまう。反応時間は、特に限定されないが、例えば２時間以上であり、また１２時間程度以下である。
【００８７】
気相成長を実施する反応圧力は、反応装置や操作の簡便化の観点から常圧で行うことが好ましいが、Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ平衡の炭素析出が進行する範囲であれば、加圧または減圧の条件で実施しても差し支えない。
【００８８】
この微細な炭素繊維の製造方法によれば、触媒単位重量あたりの微細な炭素繊維の生成量は、従来の製造方法に比べて格段に大きいことが示された。この微細な炭素繊維の製造方法による微細な炭素繊維の生成量は、触媒単位重量あたり４０倍以上であり、例えば４０〜２００倍である。その結果、前述のような不純物、灰分の少ない微細な炭素繊維の製造が可能である。
【００８９】
この微細な炭素繊維の製造方法により製造される微細な炭素繊維に特有な接合部の形成過程は明らかではないが、発熱的なＢｏｕｄｏｕａｒｄ平衡と原料ガスの流通による除熱とのバランスから、前記触媒から形成されたコバルト微粒子近傍の温度が上下に振幅するため、炭素析出が断続的に進行することにより形成されるものと考えられる。即ち、［１］釣鐘状構造体頭頂部形成、［２］釣鐘状構造体の胴部成長、［３］前記［１］、［２］過程の発熱による温度上昇のため成長停止、［４］流通ガスによる冷却、の４過程が触媒微粒子上で繰り返されることにより、微細な炭素繊維構造特有の接合部が形成されると推定される。
【００９０】
＜微細な炭素短繊維の製造方法＞
以上により、微細な炭素繊維を製造することができる。次に、微細な炭素短繊維は、微細な炭素繊維を分離して短繊維とすることで製造することができる。好ましくは、微細な炭素繊維にずり応力を加えることにより製造する。具体的な短繊維化処理方法としては擂潰機、回転ボールミル、遠心ボールミル、遠心遊星ボールミル、ビーズミル、マイクロビーズミル、アトライタータイプの高速ボールミル、回転ロッドミル、振動ロッドミル、ロールミル、３本ロールミルなどが好適である。微細な炭素繊維の短繊維化は乾式でも、湿式でも行うことが可能である。湿式で行う場合、樹脂を共存させて、或は樹脂とフィラーを共存させて行うことも出来る。また短繊維化前の微細な炭素繊維は凝集した毛玉のような状態を構成しているので、このような状態を解きほぐす微小なメディアを共存させると解砕、短繊維化が進みやすい。また、微細なフィラーを共存させることで、微細な炭素繊維の短繊維化と、フィラーの混合および分散とを同時に行うことも出来る。乾式短繊維化における雰囲気は不活性雰囲気も酸化雰囲気も目的によって選択することが出来る。
【００９１】
ずり応力を加えることにより容易に微細な炭素繊維が短繊維化する理由は、微細な炭素繊維の構造に由来する。つまり、微細な炭素繊維は、その釣鐘状構造単位集合体がＨｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成しているためである。繊維にずり応力が加わると、繊維は図６の矢印方向の繊維軸方向に引っ張られて、接合部を構成する炭素基底面間で滑りが生じ（図６のＡ：カタカナの「ハ」形部分）、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ接続部で釣鐘状構造単位集合体が１個から数十個の単位で引き抜かれ、短繊維化が起きる。即ち、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ接合部は同心円状微細炭素繊維のように繊維軸方向に連続した炭素の二重結合で形成されているのではなく、結合エネルギーの低いファンデルワールス力を主体とする結合で形成されているからである。微細な炭素繊維と、これを短繊維化した微細な炭素短繊維の結晶性を炭素層間隔および真比重で比較すると、両者の炭素結晶性に差異は認められない。しかしながら、微細な炭素繊維と比較して、短繊維化後の微細な炭素短繊維は、２〜５％程度表面積が増加する。この程度の表面積の増加は短繊維化に起因するものと考えられ、微細な炭素繊維の短繊維化は微細な炭素繊維の釣鐘状構造単位集合体の炭素結晶性を損なうことなく、釣鐘状構造単位集合体を単にその接合部位で引き抜くように分離したものであることが分かる。
【００９２】
＜＜樹脂成分＞＞
本発明において、微細な炭素繊維または微細な炭素短繊維が分散される樹脂成分としては、種々の樹脂を使用することができる。
【００９３】
好ましい樹脂は、通常分子量１万以上の成形可能な高分子化合物であり、熱可塑性樹脂、エラストマー、熱硬化性樹脂、光及び電子線硬化性樹脂、反応性樹脂等のいずれであってもよい。また、高分子化合物は、主鎖が炭素で構成されている有機系子高分子、またはケイ素、硫黄、リンなどの無機元素を含有する無機系高分子であってもよい。
【００９４】
好適な熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル・コポリマー樹脂、エチレン・ビニル・コポリマー樹脂、エチレン・アクリル酸エチル・コポリマー樹脂、アイオノマー等）、ポリアミド系樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン１１等の脂肪族ポリアミドおよびその共重合体ナイロン６６／６Ｔ、ナイロン６Ｔ／６Ｉ、ナイロンＭＸＤ６等の芳香族ポリアミドおよびその共重合体等）、ポリビニル系樹脂（ポリ塩化ビニル、スチレン、ＡＢＳ樹脂等）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフトレート、ポリカーボネート、液晶ポリマー等）、ポリエーテル系樹脂（ポリオキシメチレン、ポリフェニレン・エーテル、芳香族ポリサルホン、ポリエーテル・ケトン類、ポリフェニレン・サルファイド、ポリエーテル・イミド等）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等）が挙げられ、これらの樹脂は単独または２種以上の混合物であってもよい。
【００９５】
また、樹脂成分として、熱可塑性エラストマー（オレフィン系、スチレン系、エステル系、アミド系、ウレタン系、ポリブタジェン系等）、および生物分解樹脂なども使用できる。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール、アミノ、不飽和ポリエステル、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ，シリコーン等が代表的である。
【００９６】
樹脂成分として、分子量が１万未満のオリゴマー、低分子量化合物のグリース、オイル等も使用可能であり、微細な炭素繊維の機能が損なわれずに組成物とすることができる。
【００９７】
＜＜導電性樹脂組成物＞＞
本発明の導電性樹脂組成物は、上述の微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を包含する）と樹脂成分を含有するものであり、微細な炭素繊維の優れた分散性のため、「従来の極細炭素繊維」に比べて広範囲で配合量を変化させることができる。微細な炭素繊維の配合量は、目的の導電性が得られる範囲で、かつ成形性の低下、成形品の機械的特性の低下を招かない範囲で適宜変更することができる。一般的には、配合量は、組成物総質量に対して、０．１〜４０質量％、より好ましくは０．２５〜１０質量％、より好ましくは０．５〜８質量％である。
【００９８】
本発明の導電性樹脂組成物では、樹脂に微細な炭素繊維を複合することにより、以下の各用途において、メリットが得られる。成型加工用途では、加工性が向上し、変形及び収縮が抑制される。電気及び電子用途では、帯電が防止され、導電性付与及び電磁波遮蔽が発現される。補強用途では、弾性率、剛性、引張強度及び耐衝撃性が改善される。熱的用途では、低膨張性、熱伝導及び耐熱性が改善される。音響及び振動用途では、振動減衰性及びスピーカー等振動子特性が改善される。トライポロジー用途では、耐摩耗性、摺動性及び粉落ち防止性が改善される。難燃用途では、ドリップ防止性等が改善される。
【００９９】
本発明の導電性樹脂組成物は、目的とする機能をさらに効果的に発現するために、付加成分を併用することができる。このような付加成分としては、各種顔料、フィラー等が挙げられる。
【０１００】
顔料としては、体質顔料（硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、酸化アルミニウム等の透明性白色顔料）、黒色顔料（カーボンブラック、マグネタイト等）、白色顔料（二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化錫、酸化ジルコニウム等）、黒色及び有色顔料（コバルトブルー、チタンイエロー等）が挙げられる。
【０１０１】
フィラーとしては、導電性フィラー｛金属系（銀、銅、ニッケル、ステンレス繊維等）、酸化物系（ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＡＴＯ、窒化物、炭化物、ホウ化物）、炭素系（アセチレンブラック、ケッチェンブラック（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社の登録商標））、有機系｝、磁性フィラー（フェライト、Ｓｍ／Ｃｏ、Ｎｄ／Ｆｅ／Ｂ等）、圧電性フィラー、熱伝導性フィラー（Ａｇ、ｈ−ＢＮ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３）、補強性フィラー（ガラス繊維、炭素繊維、ＭＯＳ、タルク、雲母等）、成形加工性フィラー、耐衝撃フィラー、耐摩耗性フィラー、耐熱性フィラー（粘土鉱物、タルク、炭酸カルシウム、沈降性硫酸バリウム等）、難燃性フィラー（ホウ酸亜鉛、赤燐、リン酸アンモニウム、水酸化マグネシウム等)、防音防振性フィラー（鉄粉、硫酸バリウム、雲母、フェライト等）、固体潤滑剤フィラー（黒鉛、二硫化モリブデン、フッ素樹脂粉末、タルク等）、熱線輻射フィラー（ハイドロタルサイト、酸化アルミニウム、木炭、酸化マグネシウム等）等が挙げられる。
【０１０２】
また、フィラーの形状は、粒状、真球状（易加工性、破壊靭性の向上）、偏平状（薄片状）（剛性、制振、表面潤滑性）、針状（機械的熱的補強、導電効率、制振）があり、目的に応じ利用できる。これらの付加成分は、導電性樹脂組成物の使用目的に合わせて適宜添加することができる。典型的には、付加成分は、導電性樹脂組成物の総質量の２質量％から４０質量％の範囲で添加される。
【０１０３】
本発明の導電性樹脂組成物は、（ａ）樹脂成分、（ｂ）微細な炭素繊維および任意成分として付加成分を、公知の混合方法によって混合して調製される。特に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を包含する）は、分散性に優れるため、公知の混練方法、混練機で製造することができる。
【０１０４】
例えば、樹脂に、微細な炭素繊維および必要に応じて付加成分を加えた後、ロールミル、溶融ブレンダー（バンバリーミキサー、ブラベンダー、コニーダー）、一軸または二軸押出混練機を用いて、溶融または軟化状態の樹脂へ分散させることにより実施できる。微細な炭素繊維および付加成分の供給方法は、一括でもよく多段でも良い。
【０１０５】
本発明の導電性樹脂の一つの用途として、電池、キャパシタおよび電気化学キャパシタ等の非水溶媒系蓄電デバイスの電極用に用いられる導電性バインダーが挙げられる。導電性バインダーは、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料と樹脂成分とが複合化されていることを特徴とする。ストラクチュア構造とは、球状カーボン粒子多数が、ブドウの房状に連結あるいは分岐した構造のこと示す。ストラクチュア構造を有する炭素材料としては、一般的に導電材料として使用されるケッチェンブラック（ケッチェン・ブラック・インターナショナル社の登録商標）、アセチレンブラック、ＳＵＰＥＲ Ｐ（ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社の登録商標）、ＳＵＰＥＲ Ｓ、ＫＳ−４およびＫＳ−６（これら３つは、ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社の製品名）等などが挙げられ、中でも表面積が２０〜３００ｍ２／ｇであるものが好ましい。
【０１０６】
導電性バインダーとして使用するとき、樹脂成分としては、従来から電極用バインダーとして使用されている樹脂が使用される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系重合体；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン重合体等のオレフィン系重合体；アクリル酸メチル重合体等のビニル重合体；スチレン・ブタジエン重合体、スチレン・ブタジエン・イソプレン重合体等のジエン系重合体；カルボキシメチルセルロース等のセルロース類、及びこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩；変性ポリ（メタ）アクリル酸等のポリカルボン酸類、及びこれらのアルカリ金属塩；ポリビニルアルコール、（メタ）アクリル酸とビニルアルコールの共重合体等、酸とアルコールの共重合体等の水酸基を有する重合体等が挙げられる。導電性バインダーの組成は、全導電材（微細な炭素繊維＋ストラクチュア構造を有する炭素材料）と樹脂成分との質量比を０．５：１から４：１の範囲にすることが好ましい。導電性バインダーの場合、微細な炭素繊維の配合量は、組成物総質量に対して、前述の範囲を超えていてもよく、例えば７０質量％程度まで含有されていてもよく、好ましくは、４０〜７０質量％である。
【０１０７】
この導電性バインダーを用いて電極を作製することにより、電極活物質間の結着が、導電性を損なうことなく行われるので、蓄電デバイスとしての放電特性あるいは充放電特性が劣化しない。また出力密度の増大を可能とする。
【０１０８】
導電性バインダーは、以下の（a）〜（c）の工程により製造されるのが好ましい。
（a）樹脂成分の水分散液および／または水溶液に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料を、剪断力を有する攪拌機にて分散させる工程、
（b）前記（a）の工程で作製される分散液に、アルコールあるいは金属塩水溶液を加えて、複合材料を析出させる工程、
（c）前記複合材料を濾過、洗浄および乾燥する工程
【０１０９】
微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）を添加する場合は、固体で加えるよりも、界面活性剤などの分散剤を用いて分散させた水溶液として加える方が好ましい。分散剤の種類によっては、前記（b）工程の前にアンモニア水でアルカリ性にした後、複合材料を析出させるのが良い。
【０１１０】
前記（a）工程における樹脂成分濃度は適宜で良く、樹脂成分と微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）および炭素材料の質量比も用途に応じて調整可能である。
【０１１１】
前記（b）工程にて加える溶剤は、金属塩不純物を混入しないという観点から、アルコールが好ましい。アルコールとしては、樹脂成分の融点以下で乾燥可能な低沸点溶剤が好ましく、メタノール、エタノールおよびイソプロピルアルコールがより好ましい。
【０１１２】
本発明の導電性樹脂組成物の成形法及び成形品の形状は、特に限定されない。成形法としては、溶融紡糸、押出成形、ブロー成形、射出成形、塗工、プレス成形等各種方法が利用でき、成形品の形状及び組成物に応じて適宜選択する。成形品の形状としては、フィルム、シート、フィラメント、棒、チューブ、ベルト、立体成形品などが挙げられる。本発明の組成物から得られる導電性成形加工品は、電気電子分野や自動車分野における電磁波遮蔽部材、帯電防止部品、静電塗装用部材、各種蓄電デバイス電極として、さらには、半導体デバイスの製造、搬送工程におけるトレー、包装材、クリーンルーム用の建材、無塵衣、また、電子機器導電部材（ベルト、鞘、ロール、コネクター、ギヤ、チューブ等）、などの用途に有用である。
【０１１３】
蓄電デバイス電極の塗工法については、特に限定されないが、水分散液での塗工が好ましい。水分散液で塗工する場合、セルロース誘導体の高分子水溶液、あるいはセルロース誘導体と他の水溶解性高分子を有する水溶液に、本発明の導電性バインダーを分散させることにより、電極活物質がゲル化せず、水分散液で使用可能である。セルロース誘導体はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の塩であることが好ましく、他の水溶解性高分子としては、ポリアニリンスルホン酸など酸性のものが好ましい。
【実施例】
【０１１４】
以下に実施例を比較例とともに説明する。
【０１１５】
参考例Ａ１〜Ａ３：微細な炭素繊維の製造
＜参考例Ａ１＞
イオン交換水５００ｍＬに硝酸コバルト〔Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ：分子量２９１．０３〕１１５ｇ（０．４０モル）、硝酸マグネシウム〔Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ：分子量２５６．４１〕１０２ｇ（０．４０モル）を溶解させ、原料溶液（１）を調製した。また、重炭酸アンモニウム〔（ＮＨ４）ＨＣＯ３：分子量７９．０６〕粉末２２０ｇ（２．７８モル）をイオン交換水１１００ｍＬに溶解させ、原料溶液（２）を調製した。次に、反応温度４０℃で原料溶液（１）と（２）を混合し、その後４時間攪拌した。生成した沈殿物のろ過、洗浄を行い、乾燥した。
【０１１６】
これを焼成した後、乳鉢で粉砕し、４３ｇの触媒を取得した。本触媒中のスピネル構造の結晶格子定数ａ（立方晶系）は０．８１６２ｎｍ、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はＭｇ：Ｃｏ＝１．４：１．６であった。
【０１１７】
石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．９ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５５０℃に加熱した後、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝９５．１／４．９）を原料ガスとして反応管の下部から１．２８Ｌ／分の流量で７時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１１８】
収量は５３．１ｇであり、灰分を測定したところ１．５重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は３．１５６、ｄ００２は０．３４３７ｎｍであった。またＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１２ｎｍ、ｄ＝７ｎｍ、Ｌ＝１１４ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝９．５、θは０から７°であり、平均すると約３°であった。また、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は４乃至５であった。尚、Ｄ、ｄおよびθについては、集合体の塔頂から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点について測定した。
【０１１９】
参考例Ａ１で得られた微細な炭素繊維のＴＥＭ像を図３に示す。
【０１２０】
＜参考例Ａ２＞
イオン交換水９００ｍＬに硝酸コバルト〔Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ：分子量２９１．０３〕１２３ｇ（０．４２モル）を溶解させた後、さらに酸化マグネシウム（ＭｇＯ：分子量４０．３０）１７ｇ（０．４２モル）を加えて混合し原料スラリー（１）を調製した。また、重炭酸アンモニウム〔（ＮＨ４）ＨＣＯ３：分子量７９．０６〕粉末１２３ｇ（１．５６モル）をイオン交換水８００ｍＬに溶解させ、原料溶液（２）を調製した。次に、室温で原料スラリー（１）と原料溶液（２）を混合し、その後２時間攪拌した。生成した沈殿物のろ過、洗浄を行い、乾燥した。これを焼成した後、乳鉢で粉砕し、４８ｇの触媒を取得した。本触媒中のスピネル構造の結晶格子定数ａ（立方晶系）は０．８１５０ｎｍ、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はＭｇ：Ｃｏ＝１．２：１．８であった。
【０１２１】
石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．３ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５００℃の温度に加熱した後、反応管の下部からＨ２を０．６０Ｌ／分の流量で１時間流し、触媒を活性化した。その後、Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５７５℃まで上げ、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝９２．８／７．２）を原料ガスとして０．７８Ｌ／分の流量で７時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１２２】
収量は３０．８ｇであり、灰分は０．６重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は３．１４１、ｄ００２は０．３４３３ｎｍであった。またＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１０ｎｍ、ｄ＝５ｎｍ、Ｌ＝２４ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝２．４、θは１から１４°であり、平均すると約６°であった。また、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は４乃至５であった。尚、Ｄ、ｄおよびθについては、集合体の塔頂から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点について測定した。
【０１２３】
参考例Ａ２で得られた微細な炭素繊維のＴＥＭ像を図４に示す。
【０１２４】
＜参考例Ａ３＞
硝酸マグネシウムの代わりに酢酸マグネシウム〔Ｍｇ（ＯＣＯＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏ：分子量２１４．４５〕８６ｇ（０．４０モル）を用いたほかは、参考例Ａ１と同様に触媒調製を行った。得られた触媒中のスピネル構造の結晶格子定数ａ（立方晶系）は０．８１３７ｎｍ、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はＭｇ：Ｃｏ＝０．８：２．２であった。
【０１２５】
石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．６ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５００℃の温度に加熱した後、反応管の下部からＨ２を０．６０Ｌ／分の流量で１時間流し、触媒を活性化した。その後、Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５９０℃まで上げ、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝８４．８／１５．２）を原料ガスとして０．７８Ｌ／分の流量で６時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１２６】
収量は２８．２ｇであり、灰分は２．３重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は２．７８１、ｄ００２は０．３４２５ｎｍであった。またＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１２ｎｍ、ｄ＝５ｎｍ、Ｌ＝４４ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝３．７、θは０から３°であり、平均すると約２°であった。また、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は１３であった。尚、Ｄ、ｄおよびθについては、集合体の塔頂から（１／４）Ｌ、（１／２）Ｌおよび（３／４）Ｌの３点について測定した。
【０１２７】
参考例Ａ３で得られた微細な炭素繊維のＴＥＭ像を図５に示す。
【０１２８】
＜参考例Ｂ１＞
参考例Ａ１と同様にして得た触媒を用いて、石英製反応管（内径７５ｍｍφ、高さ６５０ｍｍ）を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒０．９ｇを散布した。Ｈｅ雰囲気中で炉内温度を５４５℃に加熱した後、ＣＯ、Ｈ２からなる混合ガス（容積比：ＣＯ／Ｈ２＝９５．５／４．５）を原料ガスとして反応管の下部から１．４５Ｌ／分の流量で７時間流し、微細な炭素繊維を合成した。
【０１２９】
収量は５６．７ｇであり、灰分を測定したところ１．４重量％であった。生成物のＸＲＤ分析で観察されたピーク半価幅Ｗ（ｄｅｇｒｅｅ）は３．３９、ｄ００２は０．３４２４ｎｍであった。
【０１３０】
以上により得られた微細な炭素繊維を直径２ｍｍのセラミックボールミルで所定時間処理して微細な炭素短繊維を調製した。２０時間後の微細な炭素短繊維のＴＥＭ画像を図７および図８に示す。また、図７および図８のＴＥＭ画像から、得られた微細な炭素短繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、Ｄ＝１０．６〜１３．２ｎｍ、Ｌ／Ｄ＝２．０〜５．５、θ＝０．５°〜１０°であった。なお、ここに示すθはＴＥＭ画像の繊維軸中心に対して左右の炭素層傾斜の平均値を記載した。集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は１０〜２０であった。
【０１３１】
＜材料＞
実施例、比較例で使用した各材料は次のとおりである。
【０１３２】
・極細炭素繊維
（１）多層カーボンナノチューブ（アルドリッチ試薬）：
外径５〜２５ｎｍ、内径３〜１０ｎｍ、層数３〜１７、長さ０．５〜１０μｍ
（２）プレートレット型カーボンナノファイバー（（株）ジェムコ製ＣＮＦ−Ｐ）：
外径２０〜１００ｎｍ、長さ０．１〜１μｍ
【０１３３】
・樹脂
（１）低密度ポリエチレン（日本ポリケム（株）製ＬＦ４４１Ｈ）
（２）ポリアミド６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン１０１０Ｘ１）
（３）ポリアミド６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン１０３０Ｂ）
（４）ポリアミド６６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン２０１５Ｂ）
（５）ポリアミド６／６６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン５０１３Ｂ）
（６）ポリアミド６／６６（宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン５０３４Ｂ）
（７）ポリアミド６／６６／１２（宇部興産（株）製ＴＥＲＰＡＬＥＸ６４３４Ｂ）
（８）ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０１２Ｕ）
（９）ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３０ＸＡ）
（１０）アモルファスポリアミド（三井デユポンポリケミカル（株）製シーラー）
（１１）ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス（株）製ユーピロン Ｈ−４０００、Ｓ−３０００、Ｅ−２０００）
（１２）シリコーンゴム（東レダウコーニング（株）ゴム硬度３０）
【０１３４】
＜測定＞
炭素繊維の粉末体積抵抗値は、粉体抵抗測定システムＭＣＰ−ＰＤ５１型（（株）ダイヤインスツルメンツ製）、樹脂組成物の体積抵抗値は、低抵抗率計ロレスタＧＰ（ＭＣＰ−Ｔ６１０）および高抵抗率計ハイレスタＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）（（株）ダイヤインスツルメンツ製）で測定した。ゴム硬度は高分子計器（株）製アスカーゴム硬度計Ａ型で測定した。
【０１３５】
ポリアミドの粘度は、９６％硫酸でポリマー濃度１％で測定した相対粘度である。
【０１３６】
＜実施例１＞
参考例Ａ１と同様にして製造した微細な炭素繊維と低密度ポリエチレン樹脂とを適当量配合し、３本ロールミルで１６０℃にて均一に加熱溶融混合して、繊維を樹脂中に分散させた。得られた溶融組成物をペレット化して、導電性樹脂組成物を得た。このペレットをフィルム成形機により厚さ５０μｍのフィルムに溶融成形した。得られたフィルムの体積抵抗値（Ω・ｃｍ）（印加電圧１０Ｖ）の測定結果を、配合組成とともに表１に示す。
【０１３７】
＜比較例１＞
カーボンナノチューブおよびトランプ状（プレートレット）炭素繊維と、低密度ポリエチレン樹脂とを実施例１と同様に配合、溶融混合、フィルム成形を行った。得られたフィルムの体積抵抗値の結果を、配合組成とともに表１に示す。
【０１３８】
【表１】
【０１３９】
＜実施例２＞
微細な炭素繊維とシリコーン生ゴムとを適当量配合し、３本ロールミルで均一に混合、分散し、導電性シリコーン組成物を得た。これを５００μｍの厚みにシート状に成形し、加硫した。シートの体積抵抗値（Ω・ｃｍ）（印加電圧１０Ｖ）とゴム硬度を、配合組成とともに表２に示す。
【０１４０】
＜実施例３＞
参考例Ｂ１と同様に２４ボールミル処理して得た微細な炭素短繊維と、シリコーン生ゴムとを適当量配合し、実施例２と同様の方法で３本ロールミルで均一に混合、分散し、導電性シリコーン組成物を得た。これを５００μｍの厚みにシート状に成形し、加硫した。シートの体積抵抗値（Ω・ｃｍ）（印加電圧１０Ｖ）とゴム硬度を、配合組成とともに表２に示す。
【０１４１】
＜比較例２＞
カーボンナノチューブとシリコーンゴムとを実施例２と同様に、配合、混合し、シート成形、加硫を行った。得られたシートの体積抵抗値の結果を、配合組成とともに表２に示す。カーボンナノチューブ２０質量％の配合物は、シリコーンゴムが硬くなり、シート化ができなかった。
【０１４２】
【表２】
【０１４３】
＜実施例４＞
微細な炭素繊維を７質量％、アモルファスポリアミドを９３質量％で配合し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、配合物を二軸押出機により２５０℃で溶融混合し、溶融混合物をペレット化して導電性樹脂組成物を得た。このペレットを２７０℃にて溶融紡糸機（３００デニール、４８穴）を通して、ポリアミド繊維を得た。得られた糸の外径は、ＳＥＭ観察から５０μｍで、単位長さ当たりの電気抵抗値（印加電圧１０Ｖ）は７×１０９Ω／ｃｍであった。
【０１４４】
＜比較例３＞
カーボンナノチューブ７質量％を、実施例３と同様に、アモルファスポリアミドに溶融混合、ペレット化し、溶融紡糸を行ったが、糸切れし、紡糸ができなかった。
【０１４５】
＜実施例５＞
微細な炭素繊維を７質量％、ナイロン６（宇部興産（株）製１０１０Ｘ１；相対粘度２．００）を９３質量％で配合し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、配合物を二軸押出機により２５０℃で溶融混合しペレット化して導電性樹脂組成物を得た。このペレットを２５０℃にて射出成形し、ＡＳＴＭ規格に準拠して樹脂特性を測定した。またこのペレットを２５０℃にて溶融プレス成形し、体積抵抗値を測定した。結果を表３に示す。
【０１４６】
＜実施例６＞
ナイロン６（宇部興産（株）製１０３０Ｂ；相対粘度４．０７）を使用した以外は、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表３に示す。
【０１４７】
＜比較例４＞
実施例５で用いたナイロン６を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５の方法で樹脂物性を測定した。結果を表３に示す。
【０１４８】
【表３】
【０１４９】
＜実施例７＞
ナイロン６６（宇部興産（株）製２０１５Ｂ；相対粘度２．４５）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２８０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２８０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２７５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表４に示す。
【０１５０】
＜比較例５＞
実施例７で用いたナイロン６６を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表４に示す。
【０１５１】
【表４】
【０１５２】
＜実施例８＞
ナイロン６／６６共重合体（宇部興産（株）製５０１３Ｂ；相対粘度２．４５；ナイロン６とナイロン６６の成分比が８５／１５）を使用した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表５に示す。
【０１５３】
＜実施例９＞
ナイロン６／６６共重合体（宇部興産（株）製５０３４Ｂ；相対粘度４．０５；ナイロン６とナイロン６６の成分比が８０／２０）を使用した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表５に示す。
【０１５４】
＜比較例６＞
実施例８で用いたナイロン６／６６共重合体を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表５に示す。
【０１５５】
【表５】
【０１５６】
＜実施例１０＞
ナイロン６／６６／１２共重合体（宇部興産（株）製６４３４Ｂ；相対粘度４．０５；ナイロン６とナイロン６６とナイロン１２との成分比が８０／１０／１０）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２３０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２３０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２３５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表６に示す。
【０１５７】
＜比較例７＞
実施例１０で用いたナイロン６／６６／１２共重合体を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表６に示す。
【０１５８】
【表６】
【０１５９】
＜実施例１１＞
ナイロン１２（宇部興産（株）製３０１２Ｕ；相対粘度１．６０）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２３０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２３０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２３５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表７に示す。
【０１６０】
＜実施例１２＞
ナイロン１２（宇部興産（株）製３０３０ＸＡ；相対粘度２．２５）を使用し、ペレット化のときの二軸押出機の温度を２３０℃、ペレットの射出成形のときの温度を２３０℃、ペレットの溶融プレス成形のときの２３５℃に設定した以外は実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表７に示す。
【０１６１】
＜比較例８＞
実施例１１で用いたナイロン１２を用いて、微細な炭素繊維を用いることなく、実施例５と同様にサンプルを作成し、評価した。結果を表７に示す。
【０１６２】
【表７】
【０１６３】
＜実施例１３＞
微細な炭素繊維３質量％を、ポリカーボネート樹脂９７質量％で配合し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、配合物を二軸押出混練機により２５０℃で溶融混合し、溶融混合物をペレット化して導電性樹脂組成物を得た。このペレットを２９０℃にて溶融し、押出成形装置により厚さ１００μｍ及び３０μｍのフィルム（３０ｃｍ幅）を作成した。得られたフィルムの表面抵抗値（印加電圧１０Ｖ）を測定した。結果を表８に示す。
【０１６４】
＜比較例９＞
カーボンナノチューブ３質量％を、実施例１３と同様に、ポリカーボネート樹脂に溶融混合、ペレット化し、押出成形装置を用い、フィルム成形を行った。厚さ１００μmのフィルムは作成するとこができたが、厚さ３０μｍのフィルムはサージングし、フィルムが途切れ、フィルム化は困難あった。得られたフィルムの表面抵抗値（印加電圧１０Ｖ）を測定した。結果を表８に示す。
【０１６５】
【表８】
【０１６６】
＜実施例１４＞
導電性バインダーの製造
１０質量％ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）水分散液５０ｇを含む水溶液３００ｇに、微細な炭素繊維を５質量％分散させた水溶液４０ｇを加えた。この溶液をホモジナイザーで攪拌しながら、アセチレンブラック５ｇを徐々に投入した。投入３０分後、メタノールを加えて複合化合物を析出させた。ここで、メタノールで沈殿しない場合は、水溶液が酸性であるので、１〜３規定アンモニア水でアンモニア臭がするまで加えてアルカリ性にして、その後、メタノール１００ｍｌを加えて、複合化合物を析出させてもよい。その複合化合物を濾過、洗浄した後、８０℃で乾燥させることにより、約１０ｇの導電性バインダーを得た。この時の導電性バインダーの組成は、全導電材（微細な炭素繊維＋アセチレンブラック）とＰＴＦＥの質量比は２：１、アセチレンブラックと微細な炭素繊維の質量比は２：１であった。
【０１６７】
＜実施例１５＞
導電性バインダーを含むＬｉＣｏＯ２電極の製造
１．９％のＣＭＣ溶液８．７７gに実施例１４の導電性バインダー０．５ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＣｏＯ２６．０ｇを加え、さらに１５分間攪拌することにより、電極用スラリーを作製した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥することにより電極を得た。電極中の組成は、活物質ＬｉＣｏＯ２が９０％、全バインダー（ＰＴＦＥ＋ＣＭＣ）５％、全導電材（アセチレンブラック＋微細な炭素繊維）が５％である。
【０１６８】
＜実施例１６＞
導電性バインダーを含むＬｉＣｏＯ２電極を用いた電池特性
正極に実施例１５の電極、負極に金属Ｌｉ、電解液に１Ｍ−ＬｉＰＦ６のエチレンカーボネート（ＥＣ）およびメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）溶液（容量比でＥＣ：ＭＥＣ＝３：７）を用いてコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。充放電容量の測定は、１Ｃレートでの定電流で充電し、電圧が４．２Ｖに達した後、放電を１Ｃレートの定電流で行い、電圧が３．０Ｖに達するまでの容量を放電容量とした。結果を表９に示す。
【０１６９】
＜比較例１０＞
１．９％のＣＭＣ溶液１１．６８gに、１０質量％ＰＴＦＥ水分散液２．２２ｇ、微細な炭素繊維を１５質量％分散させた水溶液１．４８ｇ、アセチレンブラック０．２９６ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＣｏＯ２８．０ｇを加え、さらに１５分間攪拌することにより、電極用スラリーを作製した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥することにより電極を得た。
【０１７０】
得られた電極を正極に用いて、実施例１６と同様にコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。結果を表９に示す。
【０１７１】
【表９】
【０１７２】
導電性バインダー用いた実施例１６では、比較例１０に比べ、１サイクル目の放電容量、１サイクル目の効率および５サイクル目の放電容量維持率が高く、電極活物質間の結着が導電性を損なうことなく行われていることがわかる。
【０１７３】
＜実施例１７＞
導電性バインダーを含むＬｉＦｅＰＯ４電極の製造
２．０％のＣＭＣ溶液１０．０ｇに実施例１４の導電性バインダー０．５４ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＦｅＰＯ４４．２７ｇを加え１５分間攪拌し、さらに電極内の導電材などの分布を均一にするために、遊星型スラリー調整器を用いて、電極用スラリーを調整した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥、プレスすることにより電極を得た。電極中の組成は、活物質ＬｉＦｅＰＯ４が８５．４％、全バインダー（ＰＴＦＥ＋ＣＭＣ）７．６％、全導電材（アセチレンブラック＋微細な炭素繊維）が７．２％である。
【０１７４】
＜実施例１８＞
導電性バインダーを含むＬｉＦｅＰＯ４電極を用いた電池特性
正極に実施例１７の電極、負極に金属Ｌｉ、電解液に１Ｍ−ＬｉＰＦ６のエチレンカーボネート（ＥＣ）およびメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）溶液（容量比でＥＣ：ＭＥＣ＝３：７）を用いてコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。充放電容量の測定は、２Ｃレートでの定電流で充電し、電圧が４．２Ｖに達した後、放電を２Ｃレートの定電流で行い電圧が２．８Ｖに達するまでの容量を放電容量とした。結果を表１０および図９に示す。
【０１７５】
＜比較例１１＞
２．０％のＣＭＣ溶液１０．０ｇに、ＰＴＦＥ０．１８ｇ、微細な炭素繊維０．１８ｇ、アセチレンブラック０．１８ｇを加え、ジューサーミキサーを用いて１５分間攪拌した。次いで電極活物質ＬｉＦｅＰＯ４４．２７ｇを加え１５分間攪拌後、さらに電極内の導電材などの分布を均一にするために、遊星型スラリー調整器を用いて、電極用スラリーを調整した。得られたスラリーをアルミニウム箔に塗布、乾燥、プレスすることにより電極を得た。
【０１７６】
得られた電極を正極に用いて、実施例１８と同様にコイン電池を作製し、充放電容量を測定した。結果を表１０に示す。
【０１７７】
【表１０】
【０１７８】
導電性バインダー用いた実施例１８は、比較例１１に比べ放電容量が高く、電極活物質間の結着が導電性を損なうことなく行われていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明の導電性樹脂組成物は、樹脂本来の物性を維持しながら、高い導電性を示す。従って、電気電子分野や自動車分野における電磁波遮蔽部材、帯電防止部品、静電塗装用部材として、さらには、半導体デバイスの製造、搬送工程におけるトレー、包装材、クリーンルーム用の建材、無塵衣、また、電子機器導電部材（ベルト、鞘、ロール、コネクター、ギヤ、チューブ等）、などの用途に有用である。
【符号の説明】
【０１８０】
１１ 構造単位
１２ 頭頂部
１３ 胴部
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 集合体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）樹脂成分、および
（ｂ）前記樹脂成分中に分散され、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維
を含有する導電性樹脂組成物。
【請求項２】
前記微細な炭素繊維の前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さいことを特徴とする請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記微細な炭素繊維の前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２〜１５０であることを特徴とする請求項１または２記載の組成物。
【請求項４】
前記微細な炭素繊維が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒を用いた気相成長法により製造され、前記微細な炭素繊維中の灰分が４質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
前記微細な炭素繊維が、１００個以下の前記集合体が連結して構成されている微細な炭素短繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項６】
前記微細な炭素短繊維が、ずり応力を加えて短繊維化されて製造されたことを特徴とする請求項５記載の組成物。
【請求項７】
組成物総質量に対して、前記微細な炭素繊維を０．１質量％以上、４０質量％未満の量で含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
前記樹脂成分が、熱可塑性樹脂から選ばれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
前記樹脂成分が、ポリアミドであることを特徴とする請求項８記載の組成物。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物とストラクチュア構造を有する炭素材料とが複合化されていることを特徴とする導電性バインダー。
【請求項１１】
（a）樹脂成分の水分散液および／または水溶液に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料を、剪断力を有する攪拌機にて分散させる工程、
（b）前記（a）の工程で作製される分散液に、アルコールあるいは金属塩水溶液を加えて、複合材料を析出させる工程、および
（c）前記複合材料を濾過、洗浄および乾燥する工程
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の導電性バインダーの製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の導電性バインダーを含む蓄電デバイス電極。
【請求項１３】
請求項１２に記載の蓄電デバイス電極を含む蓄電デバイス。
【請求項１】
（ａ）樹脂成分、および
（ｂ）前記樹脂成分中に分散され、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して２〜３０個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Ｈｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌ様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維
を含有する導電性樹脂組成物。
【請求項２】
前記微細な炭素繊維の前記胴部の母線と繊維軸とのなす角θが１５°より小さいことを特徴とする請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記微細な炭素繊維の前記集合体胴部の端の外径Ｄが５〜４０ｎｍ、内径ｄが３〜３０ｎｍであり、該集合体のアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が２〜１５０であることを特徴とする請求項１または２記載の組成物。
【請求項４】
前記微細な炭素繊維が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉからなる群より選ばれる元素を含む触媒を用いた気相成長法により製造され、前記微細な炭素繊維中の灰分が４質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
前記微細な炭素繊維が、１００個以下の前記集合体が連結して構成されている微細な炭素短繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項６】
前記微細な炭素短繊維が、ずり応力を加えて短繊維化されて製造されたことを特徴とする請求項５記載の組成物。
【請求項７】
組成物総質量に対して、前記微細な炭素繊維を０．１質量％以上、４０質量％未満の量で含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
前記樹脂成分が、熱可塑性樹脂から選ばれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
前記樹脂成分が、ポリアミドであることを特徴とする請求項８記載の組成物。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物とストラクチュア構造を有する炭素材料とが複合化されていることを特徴とする導電性バインダー。
【請求項１１】
（a）樹脂成分の水分散液および／または水溶液に、微細な炭素繊維（微細な炭素短繊維を含む）とストラクチュア構造を有する炭素材料を、剪断力を有する攪拌機にて分散させる工程、
（b）前記（a）の工程で作製される分散液に、アルコールあるいは金属塩水溶液を加えて、複合材料を析出させる工程、および
（c）前記複合材料を濾過、洗浄および乾燥する工程
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の導電性バインダーの製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の導電性バインダーを含む蓄電デバイス電極。
【請求項１３】
請求項１２に記載の蓄電デバイス電極を含む蓄電デバイス。
【図１】
【図２】
【図６】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図２】
【図６】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２５４９４５（Ｐ２０１０−２５４９４５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４９８７（Ｐ２００９−２０４９８７）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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