(57)【要約】極細導電繊維の含有量を少なくして透明性を向上させても良好な導電性を発揮でき、極細導電繊維の含有量を増やしても透明性を低下させない導電性成形体を提供する。樹脂やガラス等よりなる基材１の少なくとも片面に、極細導電繊維を含んだ透明な導電層２を形成した導電性成形体Ｐであって、導電層２が、極細導電繊維が凝集することなく分散して互いに接触しているか、或は、それぞれの繊維が分離した状態で若しくは繊維の束が分離した状態で分散して互いに接触している導電性成形体Ｐとする。
2006517485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
細い導電繊維から構成されて基材の少なくとも片面に形成された透明な導電層とからなり、
上記繊維はお互いが電気的に接触し、前記繊維が凝集することなく分散している
ことを特徴とする導電性成形体。
【請求項２】
基材と、
細い導電繊維から構成されて基材の少なくとも片面に形成された透明な導電層とからなり、
上記繊維はお互いが電気的に接触し、該繊維のそれぞれが他の繊維から分離しているか、もしくは、該繊維の束のそれぞれが他の束から分離している
ことを特徴とする導電性成形体。
【請求項３】
上記繊維が炭素繊維である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項４】
上記炭素繊維がカーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項５】
上記繊維が多層カーボンナノチューブであり、カーボンナノチューブのそれぞれがナノチューブ同士で電気的に接触を保ちながら他のカーボンナノチューブから分離している
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性成形体。
【請求項６】
上記繊維が、カーボンナノチューブの束を形成する単層カーボンナノチューブであり、該束のそれぞれが束同士で電気的に接触を保ちながら他の束から分離している
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性成形体。
【請求項７】
上記繊維が、カーボンナノチューブの束を形成する２層或は３層カーボンナノチューブであり、該束のそれぞれが束同士で電気的に接触を保ちながら他の束から分離している
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性成形体。
【請求項８】
上記導電性成形体が、１００〜１０１１Ω／□の表面抵抗率を有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項９】
上記透明な導電層が、１００〜１０１Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも５０％以上である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項１０】
上記透明な導電層が、１０２〜１０３Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも７５％以上である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項１１】
上記透明な導電層が、１０４〜１０６Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも９０％以上である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項１２】
上記透明な導電層が１０７〜１０１１Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも９３％以上である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項１３】
上記基材が、透明合成樹脂で成形されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導電性成形体。
【請求項１４】
熱可塑性樹脂よりなる基材と、
カーボンナノチューブから構成されて前記基材の少なくとも片面に形成された透明な導電層からなり、
上記カーボンナノチューブは、お互いが電気的に接触し、カーボンナノチューブのそれぞれが他のカーボンナノチューブから分離して分散しているか、或はカーボンナノチューブの束のそれぞれが他の束から分離して分散している
ことを特徴とする導電性成形体。
【請求項１５】
基材の表面に、繊維がお互いに接触し、該繊維が凝集することなく分散している細い導電繊維の層を形成する
ことを特徴とする導電性成形体の製造方法。
【請求項１６】
上記細い導電繊維がカーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項１５の製造方法。
【請求項１７】
導電性成形体が、１００〜１０１１Ω／□の表面抵抗率を有する
ことを特徴とする請求項１５の製造方法。
【請求項１８】
導電性成形体が、１００〜１０１Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも５０％以上である
ことを特徴とする請求項１５の製造方法。
【請求項１９】
導電性成形体が、１０２〜１０３Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも７５％以上である
ことを特徴とする請求項１５の製造方法。
【請求項２０】
導電性成形体が、１０４〜１０６Ω／□の表面抵抗率を有し、５５０ｎｍの光線透過率が少なくとも９０％以上である
ことを特徴とする請求項１５の製造方法。
【請求項２１】
基材が透明合成樹脂で成形されている
ことを特徴とする請求項１５の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電層と光学的な透過性とを有する導電性成形体と、その成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電気を逃がして塵埃の付着を防止する透明な制電性樹脂板が、クリーンルーム内で使用する覗き窓のようなクリーンルームパーティションとして使用されている。
【０００３】
かかる１例として下記の特許文献１がある。この発明の樹脂材料は、良好な導電性を得るために、成形体の形成時に伸びるような曲がりくねった繊維を含んでいる。
ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化錫）やＡＴＯ（アンチモン−酸化錫）を表面に有する基材フィルムは、表面抵抗率が１００〜１０５Ω／□である透明導電性フィルムとして知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−６２９５２号公報
【特許文献２】特開２００３−１５１３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の制電性透明樹脂板（特許文献１）において、炭素繊維が曲がって、お互いに絡み合って制電層の中に埋没されている。そのため、炭素繊維は良好に分散されていない。制電層中の炭素繊維量は、適度な表面抵抗率である１０５〜１０８Ω／□にするためには、あるレベルまで多くしなければならない。上記制電性透明樹脂板（特許文献１）は、制電層に含まれる炭素繊維量を更に増加し、表面抵抗率を１０４まで低下させると、電磁波シールド機能が得られる、と述べている。しかし、制電層の透明性は、炭素繊維量が多くなると低下する。このため、良好な透明性と電磁波シールド性を有する実用的な制電性透明樹脂板を得ることは困難であった。
【０００５】
特許文献２に記載の透明導電性フィルムは、スパッタリングなどのバッチ式の製法で形成されている。そのため、生産性が悪く、生産コストが高いものであった。
【０００６】
（本発明の要約）
本発明は、今使用されている方法で上記の問題や不利なことを解決したものであり、より良好な透明性を得ながら良好な導電性を示す導電層を有する成形体と、その成形体を製造する方法を提供することである。
本発明の一つの実施形態は、従来の有効な炭素繊維などの極細導電繊維の量を同じか少なくしても、優れた導電性が付与された導電層を有する成形体を提供することである。
本発明の他の実施形態は、極細導電繊維の量を少なくしたとしても、良好な導電性を維持し、透明性を向上させるために厚みを薄くした導電層を有する成形体を成形する製造方法を提供することである。
本発明の他の実施形態は、低生産コストで生産された透明導電層を有する成形体を成形する製造方法を提供することである。
本発明の他の実施形態と有利な点は、次の詳細な説明で一部述べられ、詳細な説明からも一部が明らかにされ、更に本発明の実施から導き出されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに具体的に明白に述べているように、本発明は光学的に透明な導電層を有する成形体と、その成形体の製造方法を提供する。
本発明の一つの実施形態は、基材の少なくとも片面に極細導電繊維を含んだ透明導電層が形成された導電性成形体を提供することである。本発明の特徴は、極細導電繊維が良好に分散し、しかも凝集することなくお互いが接触していることである。
【０００８】
本発明の導電性成形体は、基材の少なくとも片面に極細導電繊維を含んだ透明導電層を有している。本発明の他の特徴は、極細導電繊維がお互いに接触し、しかもそれぞれの繊維が他の繊維から分離した状態で、或は複数の繊維が束になっている場合は繊維の束のそれぞれが他の束から分離した状態で、分散していることである。
【０００９】
炭素繊維、特にカーボンナノチューブが本発明の極細導電繊維として使用される。繊維或は繊維の束がお互いに接触し、しかも夫々の繊維或は束が他の繊維或は束から分離された状態で分散していることが好ましい。また、成形体の表面抵抗率は１００〜１０１１Ω／□であることが好ましい。また、導電層の表面抵抗率が１００〜１０１Ω／□で、その５５０ｎｍ波長の光線透過率が５０％以上である。導電層の表面抵抗率が１０２〜１０３Ω／□で、その５５０ｎｍ波長の光線透過率が７５％以上である。或は、導電層の表面抵抗率が１０４〜１０６Ω／□で、その５５０ｎｍ波長の光線透過率が８８％以上であるか、導電層の表面抵抗率が１０７〜１０１１Ω／□で、その５５０ｎｍ波長の光線透過率が９３％以上である。
【００１０】
本発明の導電性成形体は、透明熱可塑性樹脂よりなる基材の少なくとも片面に、カーボンナノチューブを含んだ透明な熱可塑性樹脂よりなる透明導電層を有している。本発明の他の特徴は、上記カーボンナノチューブが接触し、しかも、それぞれのチューブが他のチューブから分離し凝集していない状態で分散しているものである。
【００１１】
ここで、「凝集していない」とは、導電層を光学顕微鏡で観察し、平均径が０．５μｍ以上の繊維塊がないことを意味する。「接触」とは、カーボンナノチューブが現実にお互いに接触している場合と、カーボンナノチューブが電気の流れが可能な微小間隔をあけて近接している場合の双方を意味する。「導電性」とは、ＪＩＳ
Ｋ ７１９４（ＡＳＴＭ  Ｄ  ９９１）（抵抗が１０６Ω以下であるとき）で、或はＪＩＳ Ｋ ６９１１（ＡＳＴＭ  Ｄ  ２５７）（抵抗が１０６Ω以上であるとき）で測定し、表面抵抗率が１００〜１０１１Ω／□の範囲であることを意味する。
【００１２】
本発明の第一の導電性成形体の導電層における極細導電繊維は、お互いに接触し、しかも、凝集することなく良好に分散している。極細導電繊維は、電気の流れを許容できる程度にお互いがゆるく交差していて、優れた導電性を導き出している。そのため、従来と同じ導電性が、極細導電繊維量を少なくしても得ることができ、透明性を向上させることができるし、導電層の厚みを薄くすることもできる。極細導電繊維量を従来と同じにすると、該繊維が凝集せずに、電気の流れに寄与する個々の繊維が増加するから、優れた導電性を導き出している。さらに、細くて長いカーボンナノチューブであると、該繊維の相互の接触がさらに良好に確保でき、表面抵抗率を１００〜１０１１Ω／□の範囲にコントロールできる。また良好な透明性を得ることもできる。また、本発明の成形体は、制電性機能、導電性機能、電磁波シールド機能を有するものとすることも可能である。
【００１３】
本発明の他の導電性成形体の極細導電繊維或は該繊維の束は、お互いが接触し、しかも、それぞれの繊維が他の繊維から分離した状態で、或は複数本集まって束になった場合は該繊維の束のそれぞれが他の束から分離した状態で、分散している。繊維或は繊維の束はお互いに接触する機会が増加して電気の流れを確保するので、優れた導電性を導き出している。そのため、従来と同じ導電性が、極細導電繊維の量を少なくしても得ることができ、透明性を向上させることができるし、導電層の厚みを薄くすることもできる。従来と同じ極細導電繊維量にすると、導電性を改良することができる。なぜなら、繊維或は繊維の束はお互いに接触する機会が多くなるからである。さらに、極細導電繊維としてカーボンナノチューブを用いると、該繊維間の接触機会が一層増加する。また、それは高透明の成形体にすることができるし、導電性を向上させた成形体とすることも可能となる。また、本発明の成形体は、制電性機能を有する成形体とすることできるし、電磁波シールド機能を有する成形体とすることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のいろいろな好ましい実施形態を図面を参照して説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態である平板状の導電性成形体を示す断面図である。図２Ａは導電層内部における極細導電繊維の分散状態を示す断面図である。図２Ｂは導電層内部における極細導電繊維の分散状態を示す他の断面図である。図３は導電層内部における極細導電繊維の分散状態を示す平面図である。
【００１６】
導電性成形体Ｐは、合成樹脂、ガラスやセラミックの無機材料よりなる基材１の片面（上面）に、極細導電繊維を含んだ導電層２を積層してなるものである。この導電層２は基材１の上下両面に形成してもよい。
【００１７】
基材１は、熱可塑性樹脂、熱や紫外線や電子線や放射線などで硬化する硬化性樹脂、ガラス、セラミック、無機材などが使用される。透明性を有する導電性成形体Ｐを得るためには、透明な熱可塑性樹脂や硬化性樹脂やガラスの材料が好ましく使用される。透明熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン等のオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等のビニル樹脂、ニトロセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリジメチルシクロヘキサンテレフタレート、芳香族ポリエステル等のエステル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、これらの樹脂の共重合体樹脂、これらの樹脂の混合樹脂が使用される。透明硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂が使用される。基材1は平板状である必要はなく、加えて他の形状のものでもよい。
【００１８】
そして、基材１の厚さが３ｍｍのときに、光線透過率が７５％以上、好ましくは８０％以上で、ヘーズが５％以下の樹透明脂が特に好ましく使用される。このような樹脂としては、環状ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリジメチルシクロヘキサンテレフタレート、これらの樹脂の共重合体樹脂、これらの樹脂の混合樹脂、硬化型アクリル樹脂が用いられる。ガラスは９５％以上の優れた光線透過率を有するので、ガラスは透明導電性成形体Ｐを得るために多く使用される。
【００１９】
上記合成樹脂製基材１の成形性、熱安定性、耐候性の各々は、可塑剤、安定剤、紫外線吸収剤が適宜配合されて改良される。これらの基材１に顔料や染料を添加して不透明にしたり、半透明にしたりしてもよい。この場合は、不透明導電性成形体或は半透明導電性成形体が得られる。導電層２が透明であるため、顔料や染料の色調を損なうことがない。基材１の厚さは、用途に応じて決められるが、基材の厚さは通常０．０３〜１０ｍｍ程度である。
【００２０】
この基材１の片面に形成された導電層２は、極細導電繊維３を含んだ透明層である。極細導電繊維３は互いに接触し、しかも凝集することなく分散している。すなわち、繊維或は繊維が複数本集まって束となっている場合は繊維の束が、お互いに接触し、しかも、それぞれの繊維が他の繊維から分離した状態で、或はそれぞれの束が他の束から分離した状態で、分散している。
該繊維は、導電層２が極細導電繊維３とバインダーとで形成されていると、次の３つの状態の１つとなる。極細導電繊維は、図２Ａに示すように、バインダーの内部で上記のように分散しているか、或は、極細導電繊維は、図２Ｂに示すように、繊維の一部はバインダー中に入り込み、繊維の他の部分がバインダーから突出乃至露出して上記のように分散しているか、或は、これら２つを組み合わせた状態で、即ち、極細導電繊維は、ある繊維は図２Ａに示すようにバインダーの内部に、他の繊維の一部は図２Ｂに示すようにバインダーから突出乃至露出して上記のように分散している。
【００２１】
これらの極細導電繊維３を平面から見た分散状態が図３に示されている。極細導電繊維３或は該繊維の束は、お互いに接触し、しかもそれぞれの繊維或はそれぞれの繊維束が他の繊維或は束から分離した状態で分散している。繊維は、凝集することなく、複雑に絡み合ってもいない。繊維は、導電層２の内部に或は表面で、お互いが単純に交差し、お互いに接触している。繊維が、ゆるく交差しているので、繊維が凝集している場合に比べて広い範囲に存在し、極細導電繊維がお互いに接触する機会が増加し、優れた導電性を達成する。繊維の接触機会（電気の流れの密度）が同じであれば、従来技術と同様の１０５〜１０８Ω／□の同じ導電性を得ることができる。繊維が上記のように分散しているので、極細導電繊維の量を少なくしても同じ接触機会を得ることができ、良好な透明性とすることができる。また、それは、導電層２を薄くさせることもできるし、より透明性を向上させることもできる。
極細導電繊維３或は繊維の束は、他の繊維或は束から完全に分離しておく必要はない。０．５μｍ以下の直径の繊維の小さな塊は許容される。
【００２２】
繊維接触の機会は、同じ量の極細導電繊維３を導電層２に含ませた場合は、従来よりも本発明の方が多くなり、導電性を向上させることができる。
さらに、極細導電繊維３を含ませた導電層２の厚みを５〜５００ｎｍと薄くしたとしても、導電性を高めることが可能となる。従って、導電層２の厚みを５〜５００ｎｍに、好ましくは５〜２００ｎｍと薄くすることが望ましい。
【００２３】
導電層２に含まれる極細導電繊維３としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノワイヤ、カーボンナノファイバー、グラファイトフィブリルなどの極細炭素繊維、白金、金、銀、ニッケル、シリコンの金属ナノチューブ、ナノワイヤなどの極細金属繊維、酸化亜鉛の金属酸化物ナノチューブ、ナノワイヤなどの極細金属酸化物繊維などが用いられる。直径が０．３〜１００ｎｍで長さが０．１〜２０μｍ、好ましくは長さが０．１〜１０μｍである繊維が好ましく用いられる。極細導電繊維３は、それぞれの繊維或は繊維の束が他の繊維或は繊維束から分離された状態で、凝集することなく分散しているので、該導電層２の表面抵抗率が１００〜１０１Ω／□である時にはその光線透過率が５０％以上であるものを、表面抵抗率が１０２〜１０３Ω／□である時には光線透過率が７５％以上のものを、表面抵抗率が１０４〜１０６Ω／□である時には光線透過率が８８％以上のものを、表面抵抗率が１０７〜１０１１Ω／□である時には光線透過率が９３％以上のものを得ることが可能となる。上記光線透過率は分光光度計で測定される５５０ｎｍの波長の光の透過率を示す。
【００２４】
これらの極細導電繊維３の中で、カーボンナノチューブは、０．３〜８０μｍと非常に小さい直径を有している。カーボンナノチューブ或は該チューブの束が、他のチューブ或は束から分離しているので、光透過を阻害することが非常に少なくなり、光線透過率が５０％以上の透明な導電層２を得ることができる。導電層２に含まれる極細導電繊維３は、該繊維或は繊維の束が他の繊維或は束から分離した状態で、凝集することなく良好に分散し、互いに接触しているので、電気の流れを確保できる。従って、導電層２に含ませる極細導電繊維３の目付け量を１．０〜４５０ｍｇ／ｍ２にすると、その表面抵抗率を１００〜１０１１Ω／□の範囲内でコントロールすることができる。繊維の目付け量は、以下の述べるようにして得られた値である。まず、導電層２を電子顕微鏡で観察し、その平面面積に占める極細導電繊維の面積割合を測定する。次に、導電層の厚さを測定する。それから、電子顕微鏡で観察された導電層の厚みと繊維面積と極細導電繊維の比重（極細導電繊維がカーボンナノチューブである場合は、グラフィトの文献値２．１〜２．３の平均値２．２を採用）を掛け合わせた値である。
【００２５】
ここで、「凝集をしていない」とは、導電層２を光学顕微鏡で観察し、長径と短径との平均である平均径が０．５μｍ以上の繊維の塊がないことを意味する。
【００２６】
上記カーボンナノチューブには、中心軸線の周りに直径が異なる複数の円筒状の閉じたカーボン壁を備えた多層カーボンナノチューブと、中心軸線の周りに単独の円筒状に閉じたカーボン壁を備えた単層カーボンナノチューブがある。
【００２７】
多層カーボンナノチューブは、中心軸線の周りで閉じた直径が異なるカーボン壁の複数の円筒からなる。そのカーボン壁は、六角網目構造にて形成されている。ある多層カーボンナノチューブは、カーボン壁が渦巻き状に多層に形成されている。好ましい多層カーボンナノチューブは、このカーボン壁が２〜３０層重なったものである。上記の多層カーボンナノチューブを、導電層に上記に述べたように分散させると、優れた光線透過率を得ることができる。より好ましいカーボンナノチューブは、カーボン壁が２〜１５層重なったものである。通常、該多層カーボンナノチューブは、該カーボンナノチューブのそれぞれの１本が他の１本と分離して分散している。しかし、或る場合には、２〜３層カーボンナノチューブは束になっていて、その束が上記のように分散している。
【００２８】
単層カーボンナノチューブは、中心軸線の周りで閉じた単独のカーボン壁からなっている。該カーボン壁は六角網目構造に形成されている。該単層カーボンナノチューブは、１本ずつ分離した状態では分散されにくい。２本以上のチューブが束を形成している。該束は、凝集することはなく、お互いが複雑に絡み合うこともない。該束は、導電層の内部若しくは表面において、お互いが単純に交差し、お互いが接触して、分散されている。好ましい単層カーボンナノチューブの束は、１０〜５０本集まったものである。
【００２９】
極細導電繊維３が、お互いにゆるく交差した導電層２を有する導電性成形体Ｐは、１００〜１０１１Ω／□の表面抵抗率を有し、優れた導電性と制電性を有する。なぜなら、導電層２における極細導電繊維３の目付け量を１．０〜４５０ｍｇ／ｍ２とし、導電層２の厚みを５〜５００ｎｍと薄くしても、極細導電繊維がお互いにゆるく交差し、電気の十分な流れを有するからである。極細導電繊維は他の繊維から分離し、凝集していないから、光透過を阻害するものが極めて少なく、透明性を良好にする。導電層２の厚みを薄くして極細導電繊維３の目付け量を少なくすることによっても、また透明性が向上する。
【００３０】
極細導電繊維３の目付け量を１．０〜３０ｍｇ／ｍ２と少なくしても、導電層２の表面抵抗率を１０４〜１０１１Ω／□とすることができる。また、優れた透明性（光線透過率が８８％以上）の導電層を得ることもできる。そのため、透明性樹脂或はガラスを基材１に使用すると、透明成形体とすることができる。厚さ約３ｍｍの透明ポリカーボネート樹脂を基材１に使用すると、光線透過率が７８％以上、ヘーズが２％以下で、制電性機能を有する透明導電性ポリカーボネート樹脂板とすることができる。
【００３１】
導電層２に含まれる極細導電繊維３の目付け量を３０〜２５０ｍｇ／ｍ２に増加すると、導電層２の表面抵抗率を１０２〜１０３Ω／□とすることができる。また、透明な導電層２（光線透過率が７５％以上）とすることもできる。そのため、透明性樹脂或はガラスを基材１に使用すると、低抵抗を有する透明成形体とすることができる。厚さ約３ｍｍの透明ポリカーボネート樹脂を基材１に使用すると、光線透過率が６５％以上、ヘーズが４％以下の優れた導電性能を有する透明導電性ポリカーボネート樹脂板とすることができる。この樹脂板は、また電磁波シールド性能も有する。
【００３２】
導電層２に含まれる極細導電繊維３の目付け量を２５０〜４５０ｍｇ／ｍ２に増加すると、導電層２の表面抵抗率を１００〜１０１Ω／□とすることができるし、導電層２の透明性（光線透過率が５０％以上）も維持できる。それゆえ、透明性樹脂を基材１に使用すると、透明導電性成形体とすることができる。厚さ約３ｍｍの透明ポリカーボネート樹脂を基材１に使用すると、光線透過率が４５％以上、ヘーズが５％以下の優れた導電性能を有する透明導電性ポリカーボネート樹脂板となる。この樹脂板は、また電磁波シールド性能も有する。
導電層２の光線透過率は、５５０ｎｍにおける成形体の光線透過率を、基材の光線透過率で補正することにより得ることができる。測定には分光光度計が使用される。光線透過率及びヘーズはＡＳＴＭ  Ｄ１００３に準拠して測定される。
【００３３】
極細導電繊維３の分散性の改良は、極細導電繊維３を多量に導電層２中に多く含ませて、導電層２のより良好な導電性と透明性とを発現させるために重要である。また、塗液の粘度を下げて薄い導電層２を形成することも重要である。そのために、分散剤が分散性を向上させるために使用される。このような分散剤としては、酸性ポリマーのアルキルアンモニウム塩溶液、３級アミン修飾アクリル共重合物、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合物などの高分子系分散剤、カップリング剤が使用される。
紫外線吸収剤、表面改質剤、安定剤等の添加剤を導電層２には加えて、耐候性、その他の性質を向上させることができる。
【００３４】
バインダーとしては、透明な熱可塑性樹脂、特にポリ塩化ビニル、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、弗化ビニリデンが、また熱や紫外線や電子線や放射線で硬化する透明な硬化性樹脂、特にメラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケートなどのシリコーン樹脂が使用される。そのため、これらの透明バインダーと上記極細導電繊維とからなる導電層２は透明層となる。また、これらのバインダーにはコロイダルシリカなどの無機材が添加することもできる。基材１が透明な熱可塑性樹脂で形成されていれば、これと同じ透明な熱可塑性樹脂、又は相溶性のある異種の透明な熱可塑性樹脂が、透明導電性成形体を得るバインダーとしては好ましく使用される。バインダーとして硬化性樹脂やコロイダルシリカを含むバインダーを使用すると、耐磨耗性を有する成形体Ｐを得ることができる。導電層２は基板１の表面に形成されるので、適切なバインダーが耐候性、表面硬度、耐摩耗性などの個々の性能を改良するために選択される。
【００３５】
導電層２に含まれる極細導電繊維３の目付け量を１．０〜４５０ｍｇ／ｍ２とし、導電層２の厚みを５〜５００ｎｍと薄くすると、表面抵抗率が１００〜１０１１Ω／□で良好な導電性と制電性及び透明性が発現される。これは、極細導電繊維３或は繊維の束が、それぞれの繊維或は束が他の繊維或は束と分離した状態で分散しているからである。好ましい極細導電繊維３の目付け量は、１．０〜２００ｍｇ／ｍ２、好ましい導電層２の厚みは５〜２００ｎｍである。導電層２には、極細導電繊維の他に導電性金属酸化物の粉末を３０〜５０質量％含有させてもよい。
【００３６】
以上のような導電性成形体Ｐは、例えば次の方法で効率良く量産することができる。第１の方法は、導電層形成用のバインダーを揮発性溶剤に溶解する。極細導電繊維３を該溶液に均一に分散させ、塗液を調製する。それから、基材１の片方の表面に塗布する。導電層２が基材１上の塗液を固化させることで得られ、導電性成形体Ｐが製造される。第２の方法は、上記塗液を基材１と同種の熱可塑性樹脂フィルム又は相溶性のある異種の熱可塑性樹脂フィルムの表面に塗布する。そして、塗液を乾燥させて、導電層２を有する導電性フィルムを作製する。この導電性フィルムを基材１の片方の表面に載置し、熱プレスやロールプレスをすることで、導電性成形体Ｐを製造する。第３の方法は、上記塗液をポリエチレンテレフタレートからなる剥離フィルムに塗布し、乾燥させて、導電層２を形成する。そして、必要であれば、接着層を導電層２の上に形成して、転写フィルムを作製する。この転写フィルムを基材１の片方の表面に圧着し、導電層２若しくは接着層と導電層２とを転写する。こうして、導電性成形体Ｐが製造される。また、本発明の成形体は、多く公知の製法によっても製造できる。
【００３７】
成形体Ｐを第１の方法で製造する場合は、製造の最後に、導電層２を上下方向に圧縮する熱プレスを行うことが重要である。導電層２が上下方向に圧縮されると、導電層２中に分散する極細導電繊維３間の接触機会が増加し、繊維間の距離が縮まり、電気の流れがより良くする。この方法は、表面抵抗率を更に低下する利点がある。後者の製法であるラミネート方法或は転写方法を採用する場合は、導電層が熱プレス時に或は転写時に既に圧縮されるので、製造の最後での熱プレスは必ずしも必要でない。また、導電性成形体の各用途に必要な導電性が、熱プレスを行う前に既に得られているのであれば、最後の熱プレスは必要ではない。
【実施例】
【００３８】
次の実施例は本発明の具体例を示す。しかし、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３９】
［実施例１及び比較例１］
バインダーとしての塩化ビニル樹脂の粉末を、溶剤として使用されるシクロヘキサノンに溶解した。多層カーボンナノチューブ（Tsinghua−Nafine Nano-Powder Commercialization Engineering Centerの製品、平均外径１０ｎｍ）を、表１に示す含有率で、前記溶液中に添加した。また、分散剤として、酸性ポリマーのアルキルアンモニウム塩溶液を、多層カーボンナノチューブに対して１０質量％を溶液に添加し、均一に分散させた。多層カーボンナノチューブとバインダーとの含有率が異なる２種類の塗液を調製した。
【００４０】
厚さ０．１ｍｍの塩化ビニル樹脂フィルムを基材として用いた。前記塗液を、その厚みを変えて基材の表面に塗布した。そして、塗液が乾燥して固化した後に、前記基材を、厚さ０．５ｍｍの塩化ビニル樹脂シートの上に配置した。そして、温度１６０℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２でプレスした。多層カーボンナノチューブ含有率と厚みが異なる導電層が形成された６種類の透明導電性塩化ビニル樹脂シートａ〜ｆを作製した。さらに、比較例１の塩化ビニル樹脂シートｇを、基材である塩化ビニル樹脂フィルムと塩化ビニル樹脂シートとを重ね合せてプレスして作製した。
【００４１】
光線透過率と、ヘーズと、表面抵抗率を、これらの透明導電性塩化ビニル樹脂シートａ〜ｆと比較例の塩化ビニル樹脂シートｇについて測定した。その結果を表１に示す。また、これらの各樹脂シートの導電層のカーボンナノチューブの目付け量と、各シートの導電層の５５０ｎｍの波長を持つ光の光線透過率を、表１に併記する。
光線透過率及びヘーズは、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３に準拠するスガ試験機社製の直読ヘーズコンピューターＨＧＭ−２ＤＰで測定した。表面抵抗率はＡＳＴＭ  Ｄ２５７に準拠して、三菱化学社製のハイレスターで測定するか、或はＡＳＴＭ  Ｄ９９１に準拠して三菱化学社のロレスターで測定した。光線透過率は島津製作所製島津自記分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣにて測定した。透明導電性塩化ビニル樹脂シートと比較例の塩化ビニル樹脂シートとの間の５５０ｎｍの波長を持つ光の光線透過率の差を求め、表１に記載した。
【００４２】
【表１】
2006517485.tif 000003
【００４３】
多層カーボンナノチューブの含有率と厚さが、樹脂シートｃ、ｅとで、或は樹脂シートｄ、ｆとでは異なる。しかし、表１に示すように、それぞれの両者は、それらの多層カーボンナノチューブの目付け量が略同じであるから、ほぼ同じ表面抵抗率を示している。また、多層カーボンナノチューブの目付け量が約３ｍｇ／ｍ２から約２０ｍｇ／ｍ２と増加する樹脂シートａ、ｂ、ｃ、ｄは、表面抵抗率は１０７Ω／□から１０４Ω／□と低下して、制電性が良好になり、光線透過率は８０％以上の良好な透明性を保持しつつ、８８％から８０％と減少している。これらの結果から明らかなように、表面抵抗率と光線透過率は、カーボンナノチューブが凝集することなく分散していれば、多層カーボンナノチューブの目付け量と層の厚みとが樹脂シート間で異なっても、多層カーボンナノチューブの目付け量が増加するに比例して低下する。従って、カーボンナノチューブの目付け量は、表面抵抗率を１０４〜１０７Ω／□とするためには３〜２０ｍｇ／ｍ２とすればよい。低抵抗の表面抵抗率にするには、多層カーボンナノチューブの目付け量を更に増加させればよい。多層カーボンナノチューブの目付け量は、カーボンナノチューブの含有率を増加させることによっても、或は導電層の厚みを厚くすることによっても、増加させることができる。
【００４４】
ヘーズは、透明導電性塩化ビニル樹脂シートａ〜ｆにおいて大差はない。樹脂シートａ〜ｆの光線透過率は、比較例の樹脂シートｇのそれよりも３〜１０％低下している。しかし、それらは透明樹脂シートを実用的に使用するための８０％以上の十分な光線透過率を有している。
【００４５】
[実施例２]
多層カーボンナノチューブ（Tsinghua-Nafine
Nano-Powder Commercialization Engineering Centerの製品、平均外径１０ｎｍ）と分散剤としての３級アミン修飾アクリル共重合物とを、溶剤としてのエタノールに加え、均一に分散させた。この塗液は、多層カーボンナノチューブを０．００７質量％、分散剤を０．１５５質量％含むものであった。
【００４６】
この塗液を、タキロン社製の厚さ３ｍｍ、光線透過率９０．２％、ヘーズ０．４０％であるポリカーボネート板の表面に塗布した。塗液が乾燥すると、厚さが２９ｎｍ、多層カーボンナノチューブの目付け量が２．５ｍｇ／ｍ２である導電層を有する透明導電性ポリカーボネート樹脂板が得られた。この樹脂板の導電層の表面抵抗率と光線透過率とを、実施例１と同様にして測定した。表面抵抗率は３．２×１０１０Ω／□、光線透過率は９５．０％であつた。透明導電性ポリカーボネート樹脂板の光線透過率とヘーズとを、実施例１と同様にして測定した。光線透過率は８３．８％、ヘーズは１．０％であった。
【００４７】
[実施例３]
バインダーとしての塩化ビニル樹脂の粉末を、溶剤としてのシクロヘキサノンに１．７質量％添加して溶解した。単層カーボンナノチューブ（カーボンナノテクノロジー社製、直径０．７〜２ｎｍ）と分散剤としての酸性ポリマーのアルキルアンモニウム塩溶液を、前記溶液に加えて、均一に分散させた。この塗液は、単層カーボンナノチューブを０．３質量％、分散剤を０．１８質量％含むものであった。この塗液を厚さ１００μｍのアクリルフィルムの表面に塗布し、乾燥して、導電性ラミネートフィルムを得た。厚さ３ｍｍの塩化ビニル樹脂板に前記ラミネートフィルムを、温度１６０℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２でプレスすることによって、透明導電性塩化ビニル樹脂板が得られた。
【００４８】
この樹脂板の導電層を透過電子顕微鏡（日本電子工業社製ＪＥＭ−２０１０）で観察し、単層カーボンナノチューブの面積割合を測定した。単層カーボンナノチューブの面積割合は、１１．１％であった。導電層の厚さは６５ｎｍであった。このことより、単層カーボンナノチューブの目付け量は、面積割合１１．１％と厚み６５ｎｍと比重（２．２）を掛け合せた１５．９ｍｇ／ｍ２であった。この樹脂板の導電層の表面抵抗率と光線透過率とを、実施例１と同様にして測定した。その表面抵抗率は３．３×１０７Ω／□、光線透過率は９２．８％であつた。透明導電性塩化ビニル樹脂板の光線透過率とヘーズとを、実施例１と同様にして測定した。光線透過率は８０．１％、ヘーズは１．６％であった。
【００４９】
さらに、この透明導電性塩化ビニル樹脂板の導電層を光学顕微鏡（ニコン社製ＯＰＴＩＰＨＯＴ  ２−ＰＯＬ）で観察した。０．５μｍ以上の大きさの塊は観察されなかった。そこで、この樹脂板の導電層を透過電子顕微鏡で観察した。図４に示すように、単層カーボンナノチューブは十分に分散していて、０．５μｍ以上の塊は存在していなかった。単層カーボンナノチューブは多少曲がっているが、束は、それぞれの束が他の束から分離し、しかも接触しながら、お互いが単純に交差した状態で、均一に分散していた。
【００５０】
[実施例４]
塗液を次のようにして作製した。単層カーボンナノチューブ（文献Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ,３２３（２０００）Ｐ５８０−５８５に基づき合成した物、直径１．３〜１．８ｎｍ）と分散剤としてのポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合物とを、溶媒としてのイソプロピルアルコール/水混合物（混合比３：１）中に加えて、分散させた。この塗液は、単層カーボンナノチューブを０．００３質量％、分散剤を０．０５質量％含むものであった。この塗液を、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（光線透過率９４．５％、ヘーズ１．５％）の表面に塗布した。塗液が乾燥した後、そのフィルムに、メチルイソブチルケトンで６００分の１に希釈したウレタンアクリレート溶液を塗布し、それから乾燥した。透明導電性ポリエチレンテレフタレートフィルムが得られた。
【００５１】
このフィルムの導電層を走査電子顕微鏡（日立製作所社製Ｓ−８００）で観察した。単層カーボンナノチューブの面積割合は７０．３％であった。導電層の厚さは４７ｎｍであった。このことより、導電層の単層カーボンナノチューブの目付け量は、面積割合７０．３％と厚み４７ｎｍと比重（２．２）を掛け合せた７２．７ｍｇ／ｍ２であった。フィルムの導電層の表面抵抗率と光線透過率は、実施例１と同様にして測定された。表面抵抗率は５．４×１０２Ω／□、光線透過率は９０．５％であつた。透明導電性ポリエチレンテレフタレートフィルムの光線透過率とヘーズとは、実施例１と同様にして測定された。光線透過率は８５．８％、ヘーズは１．８％であった。
【００５２】
さらに、この透明導電性ポリエチレンテレフタレートフィルムの導電層を光学顕微鏡で観察した。０．５μｍ以上の大きさの塊は観察されなかった。それから、このフィルムの導電層を走査電子顕微鏡で観察した。図５に示すように、単層カーボンナノチューブは十分に分散されて、塊はなかった。単層カーボンナノチューブの束は、それぞれの束が他の束から分離し、しかもお互いが接触して単純に交差した状態で分散していた。
【００５３】
[実施例５]
実施例４で用いた塗液を、実施例４で使用したポリエチレンテレフタレートフィルムの表面に塗布して乾燥し、導電層中のカーボンナノチューブの目付け量が２６７．３ｍｇ／ｍ２である透明導電性ポリエチレンテレフタレートフィルムを得た。このフィルムの導電層の表面抵抗率と光線透過率とを、実施例１と同様にして測定した。表面抵抗率は８．６×１０１Ω／□、光線透過率は６０．６％であった。透明導電性ポリエチレンテレフタレートフィルムの光線透過率とヘーズとを、実施例１と同様にして測定した。光線透過率は５７．１％、ヘーズは５．４％であった。
【００５４】
[比較例２]
バインダーとしての塩化ビニル樹脂の粉末を、シクロヘキサノンの溶剤に１．７質量％溶解した。実施例３で用いた単層カーボンナノチューブとカップリング剤としてのアルミニウム系カップリング剤を、この溶液に加え、均一に分散させた。この塗液は、単層カーボンナノチューブを０．３質量％、カップリング剤を０．１２質量％含むものであった。この塗液を、実施例３と同様にして、アクリルフィルムの表面に塗布して乾燥し、導電性ラミネートフィルムを得た。このラミネートフィルムを塩化ビニル樹脂板の表面にプレスすることにより、透明塩化ビニル樹脂板を得た。
【００５５】
このフィルムの導電層を透過電子顕微鏡で観察した。カーボンナノチューブの面積割合は１２．０％であった。導電層の厚みは６２ｎｍであった。このことより、導電層のカーボンナノチューブの目付け量は、面積割合１２．０％と厚み６２ｎｍと比重（２．２）を掛け合せた１６．４ｍｇ／ｍ２であつた。導電層の表面抵抗率と光線透過率とを、実施例１と同様の方法で測定した。表面抵抗率は２．２×１０１０Ω／□、光線透過率は９２．５％であった。カーボンナノチューブの目付け量と光線透過率とは実施例３のそれらと殆ど同じであるが、表面抵抗率が１０３Ω／□も高かった。
【００５６】
この樹脂板の導電層を光学顕微鏡で観察した。図６に示すように、カーボンナノチューブは十分に分散されておらず、多数の塊が存在していた。０．５μｍ以上の大きさの塊が観察された。この塊の最も大きいものは、１０μｍにも達していた。実施例３と比較例２との表面抵抗率の大きな相違は、カーボンナノチューブの塊の存在によるものである。即ち、実施例３は、カーボンナノチューブの塊がないから、優れた表面抵抗率を有している。実施例３においては、カーボンナノチューブ或はチューブの束が、それぞれのチューブ或は束が他のチューブ或は束から分離し、しかもお互いに単純に交差した状態で、導電層の内部で或は導電層の表面で分散されている。ゆるく交差したカーボンナノチューブが広範囲に存在していて、カーボンナノチューブ同士の接触する機会を増加させている。その結果、導電性を向上させることができた。
本発明の他の具体例と用途は、ここに開示した本発明の詳細と実施を基にして当業者には明らかであろう。ここで開示した文献、公開された文献、アメリカ及び外国の特許、出願特許は、引用文献として全て含まれる。詳細な説明と実施例は、請求の範囲で示された本発明の範囲と精神を模範的に示している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る導電性成形体の一実施形態を示す断面図である。
【図２】Ａは本発明の導電層における極細導電繊維の分散状態を示す断面図である。Ｂは本発明の導電層における極細導電繊維の分散状態を示す他の断面図である。
【図３】本発明の導電層における極細導電繊維の分散状態を示す導電層の平面図である
【図４】本発明の導電層を平面から見た極細導電繊維の分散状態を示す透過電子顕微鏡写真像である。
【図５】本発明の導電層を平面から見た極細導電繊維の分散状態を示す走査電子顕微鏡写真像である。
【図６】本発明の比較例である導電層を平面から見た極細導電繊維を示す光学顕微鏡写真像である。
【符号の説明】
【００５８】
１  基材
２  導電層
３  極細導電繊維
Ｐ  導電性成形体
【図１】
2006517485.tif 000004
【図２】
2006517485.tif 000005
【図３】
2006517485.tif 000006
【図４】
2006517485.tif 000007
【図５】
2006517485.tif 000008
【図６】
2006517485.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月15日(2006.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
これらの極細導電繊維３の中で、カーボンナノチューブは、０．３〜８０ｎｍと非常に小さい直径を有している。カーボンナノチューブ或は該チューブの束が、他のチューブ或は束から分離しているので、光透過を阻害することが非常に少なくなり、光線透過率が５０％以上の透明な導電層２を得ることができる。導電層２に含まれる極細導電繊維３は、該繊維或は繊維の束が他の繊維或は束から分離した状態で、凝集することなく良好に分散し、互いに接触しているので、電気の流れを確保できる。従って、導電層２に含ませる極細導電繊維３の目付け量を１．０〜４５０ｍｇ／ｍ２にすると、その表面抵抗率を１００〜１０１１Ω／□の範囲内でコントロールすることができる。繊維の目付け量は、以下の述べるようにして得られた値である。まず、導電層２を電子顕微鏡で観察し、その平面面積に占める極細導電繊維の面積割合を測定する。次に、導電層の厚さを測定する。それから、電子顕微鏡で観察された導電層の厚みと繊維面積と極細導電繊維の比重（極細導電繊維がカーボンナノチューブである場合は、グラフィトの文献値２．１〜２．３の平均値２．２を採用）を掛け合わせた値である。
【国際調査報告】
2006517485.tif 000010