(57)【要約】【課題】超高分子量ポリエチレンに導電性粉末を分散させてなる、１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を安定して有する半導電性超高分子量ポリエチレン成形品を提供する。【解決手段】本発明によれば、超高分子量ポリエチレンと導電性粉末の乾式混合物を圧縮成形又は射出成形して得られる１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレンの圧縮成形品又は射出成形品が提供され、更に、上記圧縮成形品を切削加工して得られる半導電性超高分子量ポリエチレンフィルムが提供される。特に、本発明によれば、好ましい態様として、導電性粉末として酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化第二スズを超高分子量ポリエチレンに分散させてなる１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレンフィルムが提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高分子量ポリエチレンと導電性粉末の乾式混合物を圧縮成形又は射出成形して得られる１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレン成形品。
【請求項２】
導電性粉末が導電性金属、導電性金属酸化物及び導電性炭素物質から選ばれる少なくとも１種の粉末である請求項１に記載の半導電性超高分子量ポリエチレン成形品。
【請求項３】
導電性金属酸化物が酸化亜鉛、酸化第二スズ、酸化チタン、酸化第二鉄及び酸化第二銅から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物の粉末である請求項２に記載の半導電性超高分子量ポリエチレン成形品。
【請求項４】
圧縮成形して得られる成形品がシート、プレート又はロッドである請求項１に記載の半導電性超高分子量ポリエチレン成形品。
【請求項５】
超高分子量ポリエチレンと導電性粉末の乾式混合物を圧縮成形し、得られた成形品を切削して得られる１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【請求項６】
導電性粉末が導電性金属、導電性金属酸化物及び導電性炭素物質から選ばれる少なくとも１種の粉末である請求項５に記載の半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【請求項７】
導電性金属酸化物が酸化亜鉛、酸化第二スズ、酸化チタン、酸化第二鉄及び酸化第二銅から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物の粉末である請求項６に記載の半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【請求項８】
乾式混合物が超高分子量ポリエチレンと４〜２５重量％の酸化亜鉛粉末からなるものである請求項７に記載の半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【請求項９】
乾式混合物が超高分子量ポリエチレンと２０〜３４重量％の酸化チタン粉末からなるものである請求項７に記載の半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【請求項１０】
乾式混合物が超高分子量ポリエチレンと２５〜３４重量％の酸化第二スズ粉末からなるものである請求項７に記載の半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【請求項１１】
厚みが０．０５〜０．６ｍｍの範囲にある請求項７から１０のいずれかに記載の半導電性超高分子量ポリエチレンフィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導電性超高分子量ポリエチレン成形品に関し、詳しくは、体積抵抗率が１０5 〜１０10Ω・ｃｍの範囲にある半導電性超高分子量ポリエチレンの圧縮成形品、射出成形品及びフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導電性領域の体積抵抗率を有するフィルムのようなポリマー成形品は、例えば、電子写真複写機のような種々の電子装置において、電荷制御のための部材として、広く用いられている。このような電荷制御のための部材として用いる際の要求特性としては、部材全体を通じて、体積抵抗率にばらつきがないことは勿論、種々の物理的化学的特性、例えば、機械的強度、表面平滑性、耐摩耗性、耐熱性等にすぐれることが求められる。
【０００３】
このような特性を有するポリマーとして、超高分子量ポリエチレンが知られている。しかし、超高分子量ポリエチレンは上述したような特性にすぐれる反面、溶融粘度が著しく高く、例えば、フィルムやシートの製造において、汎用のポリエチレンやポリプロピレンに好適に用いられる押出成形を適用することが困難である。そこで、超高分子量ポリエチレンのフィルムやシートは、これまで、通常、超高分子量ポリエチレン粉末を板や棒状の成形品に圧縮成形し、これをフィルムやシートに切り出す方法によって製造されている。
【０００４】
従って、超高分子量ポリエチレンにカーボンブラックのような導電性フィラーを分散させて、導電性複合体を製造する場合にも、超高分子量ポリエチレンにカーボンブラックを乾式にて混合し、加熱下に圧縮成形することによって製造している（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このように、超高分子量ポリエチレンにカーボンブラックを分散させて導電性複合体を製造する場合、超高分子量ポリエチレンに対する導電性カーボンブラックの割合と得られる複合体の体積抵抗率とは比例関係にはなく、ある一定の量までは、超高分子量ポリエチレンに導電性カーボンブラックを配合しても、超高分子量ポリエチレンの体積抵抗率は１０13Ω・ｃｍ程度の値を有して、殆ど変化しないが、ある一定の量を超えれば、体積抵抗率が急激に低下し、１０3Ω・ｃｍ程度の一定値となって安定する。
【０００６】
従って、従来、超高分子量ポリエチレンに導電性フィラーを分散させてなり、体積抵抗率がばらつきなしに、１０5 〜１０10Ω・ｃｍの範囲にある半導電性超高分子量ポリエチレン成形品を安定して製造することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−０９４０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、超高分子量ポリエチレンに導電性フィラーを分散させてなる半導電性超高分子量ポリエチレン成形品における上述した問題を解決するためになされたものであって、超高分子量ポリエチレンに導電性粉末を分散させてなり、安定して体積抵抗率が１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲にある半導電性超高分子量ポリエチレン成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、超高分子量ポリエチレンと導電性粉末の乾式混合物を圧縮成形又は射出成形して得られる１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレン成形品が提供される。
【００１０】
本発明によれば、上記導電性粉末は、導電性金属、導電性金属酸化物及び導電性炭素物質から選ばれる少なくとも１種の粉末である。
【００１１】
本発明においては、上記導電性粉末としては、なかでも、導電性金属酸化物が好ましく、そのような導電性金属酸化物としては、なかでも、酸化亜鉛、酸化第二スズ、酸化チタン、酸化第二鉄及び酸化第二銅から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物の粉末が好ましい。
【００１２】
特に、本発明によれば、最も好ましい態様として、超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛粉末４〜２５重量％の乾式混合物を圧縮成形し、得られた成形品を切削して得られる１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレンフィルムが提供される。
【００１３】
このような半導電性超高分子量ポリエチレンフィルムは、本発明に従って、超高分子量ポリエチレンに酸化亜鉛粉末を４〜２５重量％の割合で乾式混合し、得られた混合物を圧縮成形し、得られた成形品を厚み０．０５〜０．６ｍｍの範囲にフィルムに切削することによって得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による半導電性超高分子量ポリエチレン成形品は、耐磨耗性と摺動特性にすぐれ、そのうえ、安定して、１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する。このような半導電性超高分子量ポリエチレン成形品、例えば、フィルムは、上記特性によって、例えば、電子写真複写機におけるトナーのクリーニング部材に好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において用いる超高分子量ポリエチレンは、重量平均分子量が１００×１０4以上、好ましくは、２００×１０4 以上であると共に、平均粒子径が１０〜４００μｍの範囲にあるものが好ましい。超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量の上限は、特に限定されるものではないが、通常、１０００×１０4程度であり、好ましくは、５００×１０4程度である。
【００１６】
本発明による半導電性超高分子量ポリエチレン成形品は、このような超高分子量ポリエチレンと導電性粉末の乾式混合物を圧縮成形又は射出成形して得られる成形品と、上記圧縮成形による圧縮成形を切削加工して得られるフィルムであって、いずれも、１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する。
【００１７】
即ち、本発明において、成形品とは圧縮成形品、射出成形品又はフィルムであり、圧縮成形品の具体例として、シート、プレート及びロッドを挙げることができ、また、射出成形品の具体例として、シートを挙げることができる。
【００１８】
本発明において、上記導電性粉末は、導電性金属、導電性金属酸化物及び導電性炭素物質から選ばれる少なくとも１種の粉末であり、なかでも、導電性金属酸化物の粉末が好ましい。導電性金属酸化物は、酸化亜鉛、酸化第二スズ、酸化チタン、酸化第二鉄及び酸化第二銅から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物の粉末であり、特に、酸化亜鉛、酸化第二スズ及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００１９】
本発明によれば、上述したような超高分子量ポリエチレンに上記導電性粉末を乾式混合し、得られた混合物を圧縮成形又は射出成形すれば、目的とする圧縮成形品又は射出成形品を得ることができ、更に、このようにして得られた圧縮成形品、例えば、円柱状成形品を常法に従って切削することによって、半導電性超高分子量ポリエチレンフィルムを得ることができる。
【００２０】
ここに、本発明によれば、導電性金属酸化物粉末として酸化亜鉛を用いるときは、酸化亜鉛は、平均粒子径が５〜３００ｎｍの範囲にあり、体積抵抗率が３０〜１０００Ω・ｃｍの範囲にあるものが好ましく、超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて、４〜２５重量％の範囲で用いられる。超高分子量ポリエチレンに対する酸化亜鉛の割合が上記範囲を外れるときは、１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレン成形品を安定して得ることができないか、又は成形品自体を得ることができない。
【００２１】
一方、導電性金属酸化物粉末として酸化チタンを用いるときは、酸化チタンは、超高分子量ポリエチレンと酸化チタンの合計量に基づいて、２０〜３４重量％の範囲で用いられる。超高分子量ポリエチレンに対する酸化チタンの割合が上記範囲を外れるときは、１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレン成形品を安定して得ることができないか、又は成形品自体を得ることができない。
【００２２】
また、導電性金属酸化物粉末として酸化第二スズを用いるときは、酸化第二スズは、超高分子量ポリエチレンと酸化第二スズの合計量に基づいて、２５〜３４重量％の範囲で用いられる。超高分子量ポリエチレンに対する酸化第二スズの割合が上記範囲を外れるときは、１０5〜１０10Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する半導電性超高分子量ポリエチレン成形品を安定して得ることができないか、又は成形品自体を得ることができない。
【００２３】
超高分子量ポリエチレンと導電性粉末を乾式混合するに際して、必要に応じて、種々の添加剤を用いてもよい。そのような添加剤として、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、難燃剤、着色剤等を挙げることができる。
【００２４】
また、上述したような超高分子量ポリエチレンと導電性粉末を乾式混合するための手段は特に限定されるものではないが、例えば、ヘンシェルミキサーは好ましく用いられる乾式混合手段の一例である。
【００２５】
本発明に従って、例えば、圧縮成形品としてのロッドを得るには、超高分子量ポリエチレンと導電性粉末を乾式混合し、得られた乾式混合物を所定の形状の成形用容器に投入し、これに蓋をして、好ましくは、温度１７０〜２００℃、圧力５〜５０Ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて、通常、５〜１２時間圧縮成形すれば、圧縮成形品としてのロッドを得ることができる。
【００２６】
また、本発明に従って、例えば、射出成形品としてのシートを得るには、超高分子量ポリエチレンと導電性粉末を乾式混合し、得られた乾式混合物を射出成形機に投入して、好ましくは、シリンダー温度１８０〜２１０℃、金型温度９０〜１１０℃で射出成形すればよい。
【００２７】
更に、本発明に従って、フィルムを得るには、上記圧縮成形品としての円柱状の圧縮成形品を常法に従って、切削加工（スカイブ加工）する。
【００２８】
このようにして、本発明によれば、安定して、体積抵抗率が１０5〜１０10Ω・ｃｍ、好ましくは、１０6〜１０9Ω・ｃｍを有する圧縮成形品、射出成形品又はフィルムを得ることができる。フィルムの場合には、厚み０．０５〜０．６ｍｍ、好ましくは、０．０８〜０．５ｍｍの半導電超高分子量ポリエチレンフィルムを得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。以下において、得られたフィルムの体積抵抗率は、幅３０ｍｍ、長さ１ｍのフィルムの一表面を幅方向に３等分すると共に、長さ方向に３等分して、９個の長方形に区画し、これら９区画において体積抵抗率を測定し、その平均値を記載した。１０6Ω・ｃｍ以下の測定には三菱化学（株）製ロレスターＵＰ（型式ＭＣＰ−Ｔ６１０）を用い、１０6Ω・ｃｍ以上の測定には三菱化学（株）製ハイレスタ（型式ＨＴ−２０１）を用いた。
【００３０】
実施例１
超高分子量ポリエチレン（三井化学（株）製ハイゼックスミリオン、重量平均分子量２００×１０4、平均粒子径２００μｍ（標準篩を用いる篩分け法による測定））、以下、同じ。）５０Ｋｇに酸化亜鉛（ハクスイテック（株）製２３−ｋ、平均粒子径２００ｎｍ（標準篩を用いる篩分け法による測定））、体積抵抗率２００Ω・ｃｍ、以下、同じ。）２．５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて４．８重量％）を加え、ヘンシェルミキサーを用いて３分間乾式混合した。
【００３１】
得られた混合物２５Ｋｇを内径３００ｍｍ、深さ４００ｍｍの円筒型金型に仕込み、蓋をして密閉した後、金型温度１８０℃、面圧力２５Ｋｇｆ／ｃｍ2にて８時間圧縮成形して、直径３００ｍｍ、高さ３００ｍｍの円柱状成形品を得た。この成形品を旋盤にて切削加工して、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このようにして得られたフィルムの体積抵抗率は５．５×１０9Ω・ｃｍであった。
【００３２】
実施例２
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化亜鉛９．０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて１５．３重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このフィルムの体積抵抗率は８．０×１０6Ω・ｃｍであった。
【００３３】
実施例３
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化亜鉛１５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて２３．１重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このフィルムの体積抵抗率は２．４×１０5Ω・ｃｍであった。
【００３４】
実施例４
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに酸化亜鉛１０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて１６．７重量％）を加え、ヘンシェルミキサーを用いて３分間乾式混合した。
【００３５】
得られた混合物を東洋機械（株）製射出成形機１８０Ｔに投入し、シリンダー温度２００℃、金型温度１００℃の条件にて射出成形して、縦横各１００ｍｍ、厚み０．２ｍｍのシートを得た。このようにして得られたシートの体積抵抗率は１．５×１０7Ω・ｃｍであった。
【００３６】
比較例１
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化亜鉛１．５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて２．９重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このフィルムの体積抵抗率は２．４×１０11Ω・ｃｍであった。
【００３７】
比較例２
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化亜鉛２０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化亜鉛の合計量に基づいて２８．６重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このフィルムの体積抵抗率は２．６×１０4Ω・ｃｍであった。
【００３８】
実施例５
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化チタン（三菱マテリアル電子化成（株）製Ｗ−１、平均１次粒子径０．２μｍ（カタログに記載の値））１５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化チタンの合計量に基づいて２３．１重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このフィルムの体積抵抗率は１×１０8Ω・ｃｍであった。同様に、超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化チタン２５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化チタンの合計量に基づいて３３．３重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、体積抵抗率は２×１０6Ω・ｃｍのフィルムを得た。
【００３９】
比較例３
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化チタン１０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化チタンの合計量に基づいて１６．７重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、体積抵抗率８×１０11Ω・ｃｍのフィルムを得た。また、同様に、超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化チタン２７．５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化チタンの合計量に基づいて３５．５重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、体積抵抗率は３×１０4Ω・ｃｍのフィルムを得た。
【００４０】
実施例６
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化第二スズ（三菱マテリアル電子化成（株）製Ｓ−２０００、平均１次粒子径０．０３μｍ（カタログに記載の値））２０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化第二スズの合計量に基づいて２８．６重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ５００ｍのフィルムを得た。このフィルムの体積抵抗率は８×１０7Ω・ｃｍであった。同様に、超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化第二スズ２５Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化スズの合計量に基づいて３３．３重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、体積抵抗率は３×１０5Ω・ｃｍのフィルムを得た。
【００４１】
比較例４
超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化第二スズ２０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化スズの合計量に基づいて２３．１重量％）を用いた以外は、実施例１と同様にして、体積抵抗率３×１０11Ω・ｃｍのフィルムを得た。同様に、超高分子量ポリエチレン５０Ｋｇに対して酸化第二スズ３０Ｋｇ（超高分子量ポリエチレンと酸化スズの合計量に基づいて３７．５重量％）を用いて、実施例１と同様にして、円柱状成形品を得た。しかし、この成形品においては、超高分子量ポリエチレンの熱融着が不十分であって、切削加工によってフィルムを得ることができなかった。