(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ  Ｋ  １４６９による電気抵抗率が０．１０Ωｃｍ以下であり、ホウ素の固溶量が０．６〜３．０質量％であるカーボンブラックを水系媒体中に分散させてなることを特徴とする導電性カーボンブラック分散体。
【請求項２】
水性樹脂を更に含有してなることを特徴とする請求項１記載の導電性カーボンブラック分散体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の導電性カーボンブラック分散体を基材に付着・乾燥してなることを特徴とする導電材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性カーボンブラック分散体及び導電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カーボンブラック等の導電性付与物質をゴム・樹脂・塗料・インクに含有させることが行われており、中でも導電塗料・インクといった導電性組成物は電子精密機器の発展に伴い、電子部品の帯電防止用フィルムや包装紙等の導電材料の製造に用いられている。また最近では、これらの導電性組成物を使って導電回路を形成することも試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの導電性組成物における今日の課題は、電子部品の高性能化・高機能化に伴う更なる導電性の付与である。これを解決するには、導電性付与物質として、カーボンブラックの代わりに金属系導電繊維、例えば黄銅、ステンレススチール、アルミニウムなどの繊維を用いる、カーボンブラックの含有率を高めることが考えられる。しかしながら、金属系導電繊維は、塗膜から脱離しやすいので、導電性の持続性が小さく、しかも粉塵も発生し、また導電繊維が電子部品に接触するなどして電気的障害が発生する恐れもあるので、電子部品用途には相応しくはない。さらには、金属系導電繊維は有害物質であることが多く、産業廃棄物として処分するには相当のコストがかかる。
【０００４】
これに対し、カーボンブラックにはこのような問題はなく、分散性・塗膜の安定性・安全性等に優れているが、導電性付与効果が小さいので、それをカーボンブラックの充填量を増やして補おうとすると、導電性組成物が高粘ちょう化して塗布等の取り扱いが悪くなったり、凝集して貯蔵安定性が悪くなる等、新たに解決しなければならない問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、一段と導電性に優れたカーボンブラックの水系分散体を提供することであり、それを基材に付着・乾燥した導電材料を提供することである。本発明の目的は、導電性の極めて高いカーボンブラックを製造し、それが導電性組成物の導電性付与物質として適合することを確認することによって、達成することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ＪＩＳ  Ｋ  １４６９による電気抵抗率が０．１０Ωｃｍ以下であるホウ素固溶のカーボンブラックを水系媒体中に分散させてなることを特徴とする導電性カーボンブラック分散体である。また、本発明は、水性樹脂を更に含有してなることを特徴とする上記導電性カーボンブラック分散体である。さらに、本発明は、上記いずれかの導電性カーボンブラック分散体を基材に付着・乾燥してなることを特徴とする導電材料である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
【０００８】
本発明の導電性カーボンブラック分散体は、ＪＩＳ  Ｋ  １４６９による電気抵抗率が０．１０Ωｃｍ以下であるホウ素固溶のカーボンブラックを水系媒体中に分散させるといった簡便な操作によって得ることができる。
【０００９】
本発明で使用されるカーボンブラックは、ＪＩＳ  Ｋ  １４６９による電気抵抗率が０．１０Ωｃｍ以下であり、ホウ素を固溶しているものである。好ましいホウ素の固溶量は０．６〜３．０質量％である。このようなホウ素固溶のカーボンブラックは新規であり、それは、特願平１１−８６６６１号願書に添付した明細書に記載されているように、炭化水素の熱分解反応時及び／又は燃焼反応時にホウ素源を存在させることによって製造することができる。このようなカーボンブラックは、従来のカーボンブラックに比べて著大な導電性を示すと同時に水に容易に分散する。
【００１０】
ホウ素固溶量は、以下に従って測定された全ホウ素量から可溶ホウ素量を差し引くことによって求めることができる。
【００１１】
全ホウ素量は、カーボンブラック０．５ｇを白金皿に採り、１．５質量％Ｃａ（ＯＨ）2 水溶液２０ｍｌ、アセトン５ｍｌを加え、超音波洗浄機で１時間分散させる。それをサンドバスで乾固させた後、電気炉を用い、酸素気流中、８００℃で３時間かけて灰化させる。次いで、ＨＣｌ（１＋１）溶液１０ｍｌを加えサンドバス上で加熱して溶出させる。溶出液を１００ｍｌに定容し、ＩＣＰ−ＡＥＳでホウ素量を定量し、カーボンブラック中の全ホウ素量とする。
【００１２】
可溶ホウ素量は、カーボンブラック１ｇを石英ガラス製三角フラスコに採り、水１００ｍｌとアセトン１ｍｌを加える。それをウォーターバス上で２４時間還流させ、０．８μｍメンブランフィルターで濾過する。濾液のホウ素量をＩＣＰ−ＡＥＳで定量し、カーボンブラック中の可溶ホウ素量とする。
【００１３】
カーボンブラックを分散させる水系媒体は、特に限定されるものではなく、例えばイオン交換水、不純物金属イオンを除去した水などが挙げられる。また、場合によってはアルコールなど親水性の有機溶剤を添加することも可能である。
【００１４】
本発明の導電性カーボンブラック分散体には、用途に応じた適切な物性を付与するため、水性樹脂を最終組成物中最大５０質量％まで含有させることができる。水性樹脂としては、水性メラミン樹脂、水性アルキド樹脂、水性尿素樹脂、水性フェノール樹脂、水性アクリル樹脂、水性エポキシ樹脂、水性ポリブタジエン、水性ウレタン樹脂等のように、水に溶解又は容易に分散するものが例示され、これらを単独又は２種類以上を混ぜて用いる。使用にあたっては、水性樹脂の水性エマルジョンを調製しておき、それを導電性カーボンブラック分散体に混入することが望ましい。
【００１５】
本発明の導電性カーボンブラック分散体には、導電性に影響を与えない範囲で、顔料、乾燥調整剤、分散剤、界面活性剤、バインダー等を添加し、紙力や防水性等を向上させるための加工処理をすることができる。
【００１６】
本発明の導電材料、例えば導電紙や導電フィルムは、基材に本発明の導電性カーボンブラック分散体を付着・乾燥することによって製造することができる。基材としては、有機質繊維である合成繊維、半合成繊維、天然繊維等が用いられる。有機質繊維は、未着色の繊維であってもよく、またあらかじめ顔料や染料により着色されたものであってもよい。
【００１７】
導電性カーボンブラック分散体を基材に付着させるには、塗布、浸漬、抄造等によって行うことができる。導電性カーボンブラック分散体の乾燥後の付着量は、導電材料の用途や有機質繊維の種類等によって適宜設定され、例えば導電材料の表面電気抵抗が１０0〜１０9Ωとなる量である。具体的には、導電材料全体に対して５〜２０質量％であることが好ましい。５質量％未満では十分な導電性が得られず、２０質量％を超えてもそれに見合う導電性の向上効果は期待できず、むしろ剥離等の原因となる。
【００１８】
抄造法によれば、帯電防止効果が高められ、より保存安定性のよい導電材料を製造することができる。抄造は、基材となる木材パルプを主成分とした有機質繊維と導電性カーボンブラック分散体とを混合し、湿式で抄造した後、カレンダー加工等により加熱加圧することによって行うことができる。
【００１９】
抄造機としては、円網式、短網式、長網式等の通常用いられる抄造機が用いられる。有機質繊維原料中に熱融着性繊維、例えばオレフィン系合成繊維やポリエチレン系合成パルプ等を含む場合には、抄造中の加熱の際、又は抄造後に更に加熱をし、これらの有機質繊維原料を熱融着させて紙力を高めることもできる。
【００２０】
本発明の導電材料は、通常の紙等の導電材料と同様に、乾燥紙力増強剤、湿潤紙力増強剤、サイズ剤、撥水剤等によって紙力及び防水性を向上させるための加工処理を行うことができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００２２】
実施例１  比較例１，２
イオン交換水に分散剤（フミン酸ナトリウム）を加え、０．７質量％の水系媒体を調製し、表１に示されるカーボンブラックを分散させてカーボンブラック含有量５質量％の水系分散体を得た。これをセルロース繊維濾紙に塗布乾燥して表１に示されるカーボンブラック含有率（乾燥基準）の導電紙を製造した。
【００２３】
なお、実施例１で用いたカーボンブラックは、特願平１１−８６６６１号願書に添付した明細書の実施例に準じて製造されたものであり、比較例１、２で用いたカーボンブラックは、市販品である。
【００２４】
実施例２  比較例３
実施例１又は比較例１で調製したカーボンブラック分散体を、木材パルプと混合調製し、湿紙上に抄き、乾燥した後、加熱加圧（温度１３０℃、圧力１０6 Ｐａ）して導電紙を製造した。
【００２５】
上記で製造された導電紙について、表面形状、接着性を観察するとともに、表面電気抵抗（ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１）を測定した。それらの結果を表１に示す。なお、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量はＪＩＳ  Ｋ  ６２１７により、また比表面積はＢＥＴ法によって測定した。
【００２６】
【表１】
0003998230.tif 000002
【００２７】
表１から、本発明の導電性カーボンブラック分散体を用いて製造された導電紙（実施例１、２）は、従来のカーボンブラックを充填したもの（比較例１〜３）に比べて、導電紙の表面状態ならびに原料繊維との接着性が良好であり、すこぶる高い導電性を示した。
【００２８】
このように、本発明の実施例が比較例に比べて、優れた効果を発現する理由は、ホウ素固溶のカーボンブラックは、導電性が高いことに加えて、ＤＢＰ吸収量がそれほど大きくないことに関係していると考えている。すなわち、比較例１で用いられた一般的なカーボンブラックでは、導電性が小さく、またＤＢＰ吸収量が高い（カーボンブラックの空隙が大きい）ため、塗膜の表面が平坦化できずに導電性が低下した。比較例２では、ＤＢＰ吸収量が低く表面に膨れ剥離等なく良好であったが、ストラクチャーが未発達のため、導電性に劣った。
【００２９】
実施例３
次に、実施例１の導電性カーボンブラック分散体８０質量％と水性ウレタン樹脂２０質量％とを混合し、これをセルロース繊維濾紙に塗布乾燥して導電紙を製造したところ、表面電気抵抗が０．７ｋΩであり、しかも樹脂成分のバインダー効果によって一段と剥離しにくいものであった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明で使用されるホウ素固溶のカーボンブラックは、一般的なカーボンブラックに特徴的な溶剤に対する分散性や溶解性の悪さ、更には溶解後の安定性の悪さなどが問題とならない。したがって、本発明によれば、導電性に一段と優れ、貯蔵安定の良好な導電性カーボンブラック分散体及び導電材料が提供される。
【００３１】
本発明の導電性カーボンブラック分散体及び導電材料は、導電性を広い範囲で設定することが可能であるため、電子精密機器等の帯電防止用塗膜や導電紙として用いることができるほか、安定した導電性を具備した水系カーボンブラック分散体として、その適用範囲を広めることができる。