(57)【要約】【課題】導電性および引張強度等に優れた導電糸を提供する。【手段】体積抵抗値が１.０×１０9Ωcm以下、繊維径５〜５００μｍで引張強度が２ｇ/dTex以上の導電糸であって、好ましくは、体積抵抗値１.０Ωcm以下およびＤＢＰ吸油量１５０ml/100g以上のカーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物によって形成された体積抵抗値が１．０×１０6Ωcm以下、繊維径５〜５００μｍで引張強度が２.８ｇ/dTex以上、伸度１０％以上の導電糸であり、該導電糸によって形成された導電性材料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物によって形成され、体積抵抗値が１.０×１０9Ωcm以下、繊維径５〜５００μｍ、引張強度２ｇ/dTex以上であることを特徴とする導電糸。
【請求項２】
体積抵抗値が１.０×１０6Ωcm以下、繊維径５〜５００μｍ、引張強度２.８ｇ/dTex以上、伸度１０％以上である請求項１の導電糸。
【請求項３】
体積抵抗値１.０Ωcm以下およびＤＢＰ吸油量１５０ml/100g以上のカーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物によって形成された請求項１または２の導電糸。
【請求項４】
カーボンナノファイバーの含有量が、熱可塑性樹脂１００重量部に対する該カーボンナノファイバーの表面積換算値（カーボン含有量×比表面積の値）で２０００ｍ2以下である請求項１〜３の何れかに記載する導電糸。
【請求項５】
カーボンナノファイバーと共に体積抵抗値１００Ωcm以下の導電性粉末を含有する樹脂組成物によって形成された請求項１〜４の何れかに記載する導電糸。
【請求項６】
カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の固有粘度(ＩＶ値)が０.５０〜０.９０である請求項１〜５の何れかに記載する導電糸。
【請求項７】
カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の溶融粘度(ＭＦＲ)が、温度２８０℃および荷重２１６０ｇの条件下で１０g/min以上であるポリエステル系樹脂を用いた請求項１〜６の何れかに記載する導電糸。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの記載する導電糸によって形成された導電性材料。
【請求項９】
請求項８の導電性材料によって形成されて導電性ブラシ、導電性ベルト、導電シート、または静電衣料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性および引張強度などの機械的強度に優れた導電糸に関する。さらに詳細には、電子写真装置（複写機、ファクシミリ、ブリンター等）に用いる現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ、クリーナー用ブラシ、または除電ブラシ等の導電性繊維製品、あるいは防塵服、静電防止作業着、静電防止手袋、静電防止靴下、静電防止ストッキング、静電防止帽子、などの静電防止用衣料、エチケットブラシ、静電用ベルト、静電シートなどの各種産業資材に用いられる導電性繊維の原料として好適な導電糸に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写機、電子写真プリンター等には現像用ブラシや感光ドラムクリーナー用ブラシなど各種のブラシが用いられており、これらのブラシはトナー等の帯電残留を防止するために導電性繊維によって形成されており、より導電性に優れたものが求められている。従来、導電性繊維として、導電性微粒子を配合して比抵抗を低減した樹脂によって形成した繊維が知られているが、環境変化に対する耐久性が低く、また繊維表面に存在する導電性微粒子によって微少な凹凸が形成される、このような繊維で形成したブラシを電子写真用機器の使用すると画像の鮮明度が低下する場合がある（特許文献１）。
【０００３】
また、導電性カーボンブラックを含有する熱可塑性合成重合体からなる芯部と導電性カーボンブラックを含有しない非導電性の鞘部からなり、鞘部はフィラメントの断面積の小さいものが知られている（特許文献２）。この導電性繊維は、鞘部に導電性カーボンブラックを含有しないため、繊維表面の微小な凹凸が少ないが、製造工程が煩雑であり、また導電性も低いと云う問題があった。
【０００４】
さらに、カーボンブラック等の導電性微粒子を含有した熱可塑性樹脂Ａを複数に分割されて繊維表面に露出し、熱可塑性樹脂Ｂが繊維中心部を占める導電糸が知られている（特許文献３）。また、カーボンブラック等を含有した樹脂組成物にマグネシウム化合物を添加し、あるいは樹脂組成の粘度等を調整することによって樹脂組成物の紡糸性の改善を試みた導電性フィラメントが知られている（特許文献４、特許文献５）。
【特許文献１】特開平０９−４９１１６号公報
【特許文献２】特開昭５２−３１４５０号公報
【特許文献３】特開２００３−１０５６３４号公報
【特許文献４】特開２００４−１８３１８０号公報
【特許文献５】特開２００４−１３１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂にカーボンブラック等を配合してなる樹脂組成物によって形成した従来の導電性繊維は、導電性を高めるためにカーボンブラックの配合量を多くすると樹脂物性が損なわれる問題があり、高強度であって導電性に優れた繊維を得るのが難しい。カーボンブラックに代えてカーボンナノチューブを用いた導電性繊維も、従来のカーボンナノチューブは樹脂中の分散性が劣るので、この配合量を増やすと引張強度や伸度などの樹脂物性が低下し、紡糸不能になる。本発明は従来の導電性繊維における上記問題を解決したものであり、導電性と共に機械的強度に優れた導電糸を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば以下の導電糸が提供される。
（１）カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物によって形成され、体積抵抗値が１.０×１０9Ωcm以下、繊維径５〜５００μｍ、引張強度２ｇ/dTex以上であることを特徴とする導電糸。
（２）体積抵抗値が１.０×１０6Ωcm以下、繊維径５〜５００μｍ、引張強度２.８ｇ/dTex以上、伸度１０％以上である上記(1)の導電糸。
（３）体積抵抗値１.０Ωcm以下およびＤＢＰ吸油量１５０ml/100g以上のカーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物によって形成された上記(1)または(2)の導電糸。
（４）カーボンナノファイバーの含有量が、熱可塑性樹脂１００重量部に対する該カーボンナノファイバーの表面積換算値（カーボン含有量×比表面積の値）で２０００ｍ2以下である上記(1)〜(3)の何れかに記載する導電糸。
（５）カーボンナノファイバーと共に体積抵抗値１００Ωcm以下の導電性粉末を含有する樹脂組成物によって形成された上記(1)〜(4)の何れかに記載する導電糸。
（６）カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の固有粘度(ＩＶ値)が０.５０〜０.９０である上記(1)〜(5)の何れかに記載する導電糸。
（７）カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の溶融粘度(ＭＦＲ)が、温度２８０℃および荷重２１６０ｇの条件下で１０g/min以上であるポリエステル系樹脂を用いた上記(1)〜(6)の何れかに記載する導電糸。
（８）上記(1)〜(7)の何れかの記載する導電糸によって形成された導電性材料。
（９）上記(8)の導電性材料によって形成されて導電性ブラシ、導電性ベルト、導電シート、または静電衣料。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の導電糸は、カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物によって形成され、体積抵抗値が１０0〜１０9Ωcm、および繊維径が５〜５００μｍで引張強度が２ｇ/dTex以上であることを特徴とする導電糸であり、好ましくは、体積抵抗値が１０6Ωcm以下、および繊維径が５〜５００μｍで引張強度が２.８ｇ/dTex以上、伸度１０％以上の導電糸である。本発明の導電糸は導電性に優れると共に機械的強度が大きいので、従来の導電性繊維よりも繊維径が極細であって高導電性の導電糸を得ることができ、幅広い用途に利用することができる。
【０００８】
本発明の導電糸は、例えば、体積抵抗値１.０Ωcm以下およびＤＢＰ吸油量１５０ml/100g以上のカーボンナノファイバーを、熱可塑性樹脂１００重量部に対する該カーボンナノファイバーの表面積換算値（カーボン含有量×比表面積の値）で２０００ｍ2以下になるように含有させた熱可塑性樹脂組成物によって形成することができる。ＤＢＰ吸油量１５０ml/100g以上のカーボンナノファイバーは樹脂中で分散性が良く、これを上記含有量の範囲で樹脂に配合することによって樹脂の機械的強度や粘性等を損なうことなく、導電性と共に強度等に優れた導電糸を得ることができる。なお、本発明の導電糸は導電性を安定化させるため、導電性を有する粉末を少量添加することができる。
【０００９】
本発明の導電糸に用いる樹脂組成物は、カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の固有粘度(ＩＶ値)が０.５０〜０.９０であることが好ましい。また、カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の溶融粘度(ＭＦＲ)が、温度２８０℃および荷重２１６０ｇの条件下で１０g/min以上で、かつ熱可塑性樹脂としてポリエステル系樹脂を用いると良い。上記樹脂を用いることによって紡糸性に優れ、表面状態の良い導電糸を得ることができる。
【００１０】
本発明の導電糸またはこの導電糸を用いた繊維体によって、高強度および高導電性の導電性材料を得ることができ、この導電性材料によって、例えば、高性能の導電性ブラシ、導電性ベルト、導電シート、または静電衣服を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の導電糸は、体積抵抗値１０0〜１０9Ωcmおよび繊維径が５〜５００μｍで引張強度２ｇ/dTex以上であり、好ましくは、体積抵抗値が１０6Ωcm以下、および繊維径が５〜５００μｍで引張強度が２.８ｇ/dTex以上、伸度１０％以上であり、さらに好ましくは引張強度が３ｇ/dTex以上、伸度２０％以上である。
【００１２】
なお、カーボンブラックやカーボンナノチューブを含有した従来の導電糸は、これらの分散性が劣るので均一に導電性ファイラーが均一に分散しない。また、体積抵抗値が１０5Ωcm以下になるように導電性フィラーを配合したものは樹脂の物性が損なわれるので、連続して紡糸することが不可能である。紡糸したものでも概ね引張強度が１.５ｇ/dTex以下、伸度５％以下であり、一方、２ｇ/dTex以上、伸度１０％以上の糸を得ようとした場合には、体積抵抗値は１.０×１０12Ωcm以上になる。
【００１３】
本発明の高強度および高導電性の導電糸は分散性の良いカーボンナノファイバーを熱可塑性樹脂に配合してなる樹脂組成物によって形成することができる。本発明に用いるカーボンナノファイバーは、例えば直径が数十ナノメータ以下、長さが数百ミクロンメータ以下であるナノサイズの極微細炭素繊維であり、内部が中空構造のカーボンナノチューブに限らず、内部が充填された構造のものを含み、炭素層が単層構造あるいは多層構造の何れの場合も含み、炭素層が螺旋構造に限らず、また炭素層が繊維の軸長方向に伸びた構造に限らず、炭素層が径方向に伸びた構造のものも含む。
【００１４】
本発明の導電糸に用いるカーボンナノファイバーは、体積抵抗値１.０Ωcm以下およびＤＢＰ吸油量１５０ml/100g以上のものが好ましい。ＤＢＰ吸油量が１５０ml/100gよりも少ないカーボンナノファイバーは樹脂中の分散性が劣り、凝集しやすいので樹脂組成物の導電性が不均一になり、さらに樹脂組成物の加工性が低下するので引張強度や伸度に優れた導電糸を得るのが難しい。また、体積抵抗値が１.０Ωcmより大きいカーボンナノファイバーは導電性が不十分である。
【００１５】
体積抵抗値１.０Ωcm以下およびＤＢＰ吸油量が１５０ml/100ｇ以上のカーボンナノファイバーは、触媒を用いた気相成長法において、触媒および原料混合ガス組成などを調整することによって製造することができる。具体的には、例えば、触媒粒子としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕの酸化物から選ばれた１種または２種以上と、Ｍｇ、Ｃa、Ａｌ、Ｓｉの酸化物から選ばれた１種または２種以上の混合酸化物粉末を用い、４００℃〜８００℃の温度で、一酸化炭素または二酸化炭素と水素の混合ガスを上記触媒粒子に接触させて、カーボンナノファイバーを製造する気相成長法において、触媒としてＣｏ酸化物とＭｇ酸化物の混合酸化物あるいは、Ｍｇ酸化物にＣｏ酸化物が被覆された複合酸化物を用い、原料混合ガスを一酸化炭素および/または二酸化炭素と水素とし、その混合比をＣＯ/Ｈ2＝５０／５０〜９９／１に調整し、好ましくは、さらに反応後に連続して反応温度と同一温度下で水素ガスで１０分間以上処理することによって、体積抵抗値が低くＤＢＰ吸油量が高いカーボンナノファイバーを製造することができる。
【００１６】
上記カーボンナノファイバーは、直径５〜１００nm、アスペクト比１０以上、ＢＥＴ比表面積４００m2/g以下であるものが好ましい。直径がこれより小さいと均一に分散することが困難であり、一方、これよりも大きいと繊維系に対してフィラーが大きすぎるため糸糸強度が高くならない。アスペクト比がこれよりも小さいと、充分なネットワークが構成されないため、少量で導電性を得ることができない。また、ＢＥＴ比表面積がこれより大きいと樹脂との接触面積が過大になり、樹脂の物性が損なわれ、樹脂自体が本来有する強度や混練時ないし成形時の粘度が高くなり、流動性が失われるので好ましくない。
【００１７】
上記カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂は一般的に溶融紡糸可能な熱可塑性樹脂を使用することができる。具体的にはポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂等を用いることができる。上記熱可塑性樹脂のうち、ポリエステルは、いわゆる炭化水素基が主鎖にエステル結合を介して連結された高分子量体であって、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、ポリプロピレンテレフタレートなどが挙げられるが、コストおよび紡糸性能を考慮するとポリエチレンテレフタレートが最も好ましい。
【００１８】
カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物は固有粘度(ＩＶ値)が０.５０〜０.９０であることが好ましい。この値は、使用する熱可塑性樹脂の分子量を表す量であり、この値が０.５より少ないと、分子量が小さいために溶融紡糸の際に樹脂粘度が低すぎて、糸切れが発生し、連続的に糸を製造できない。一方、上記値が０.９より大きいと分子量が大き過ぎ、樹脂が硬いために紡糸の際に押出機のノズルから樹脂が十分に流れ出さず、糸を製造できない。
【００１９】
カーボンナノファイバーを含有する熱可塑性樹脂組成物の溶融粘度(ＭＦＲ)が、温度２８０℃および荷重２１６０ｇの条件下で１０g/min以上で、かつ熱可塑性樹脂としてポリエステル系樹脂であることが好ましい。ＭＦＲ値は加工時温度での流動性を示す値であり、１０g/minよりも小さいと、流動性が小さいので、溶融紡糸の際に充分に樹脂が流れ出てこない。
【００２０】
本発明の導電糸を形成する樹脂組成物のカーボンナノファイバーの含有量は、熱可塑性樹脂１００重量部に対する該カーボンナノファイバーの表面積換算値（カーボン含有量×比表面積の値）で２０００ｍ2以下であって、樹脂組成物中の含有量が２〜１０重量％であるものが好ましい。この含有量が２重量％未満では比抵抗が低い。また、この含有量が１０重量％を上回ると溶融紡糸性が低下し、紡糸中に糸切れが多発するようになる。
【００２１】
具体的には、例えば、ＢＥＴ値１００g/m2のカーボンナノファイバーを用いた場合、表面積換算値に基づく条件では２０重量部まで樹脂に含有することが可能であるが、１０重量％の含有量を超えた場合には、樹脂どうしの連続性という観点から、溶融紡糸性が損なわれ、紡糸は難しい。また、ＢＥＴ値400g/m2のカーボンナノファイバーを用いた場合には、重量比の条件では１０重量％まで配合可能ではあるが、表面積換算値に基づく条件では溶融紡糸性は樹脂と接触する面積とに依存するので、実際には５重量％の含有量までしか紡糸できない。いずれかの範囲を超えた場合には、溶融紡糸性に問題があり糸を製造できない。
【００２２】
上記樹脂組成物は、カーボンナノファイバーと共に、機械的強度等を大きく損なわない範囲内で、カーボンブラックなどの導電性微粒子を添加することによって導電性の安定性を高めることができる。導電性微粒子としては、炭素粉末、導電性金属酸化物粉末、金属粉末、あるいはこれらを被覆した導電性粉末が挙げられる。さらに難燃剤、分散安定剤などを含有してもよい。
【実施例】
【００２３】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、紡糸方法および評価方法は以下のとおりである。
〔紡糸方法〕巻取り速度１０００m/minで溶融紡糸し、さらに連続して延伸倍率３倍に延伸し、４８ファイラメントの糸を製造した。
〔比抵抗値〕  超絶縁抵抗計（東亜電波工業社製品：SM-8210）を用い、試長１０cm間に１０〜１０００Ｖの電圧を印可し、温度２０℃、湿度３０％ＲＨの条件下で、電気抵抗値Ｒ(Ωcm)を測定し、断面積と長さを換算して求めた。
〔引張強度〕  引っ張り試験機を用いて、最大荷重とそのときの伸びを測定した。引張居度については、別途繊維太さを測定し、単位太さあたりに換算した。
【００２４】
表１に示すカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）を樹脂に均一に練り込み、導電性樹脂組成物を製造した。これを溶融紡糸し、さらに延伸して、表１に示す繊度の導電糸を得た。樹脂およびカーボンナノファイバー、製造条件、導電糸の物性を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2006152491.tif 000002