(57)【要約】【課題】優れた柔軟性と導電性とを併せ持つ導電性モノフィラメントを提供する。【解決手段】カーボンナノチューブを３質量％以上含有する熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とが複合してなるモノフィラメントであって、カーボンナノチューブを含有する熱可塑性樹脂がモノフィラメント表面の４０％以上を占め、表面電気抵抗値が１０９Ω／ｃｍ以下である導電性モノフィラメント。モノフィラメントを構成する熱可塑性樹脂が、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂であることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブを３質量％以上含有する熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とが複合してなるモノフィラメントであって、カーボンナノチューブを含有する熱可塑性樹脂がモノフィラメント表面の４０％以上を占め、表面電気抵抗値が１０９Ω／ｃｍ以下であることを特徴とする導電性モノフィラメント。
【請求項２】
モノフィラメントを構成する熱可塑性樹脂が、ポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１記載の導電性モノフィラメント。
【請求項３】
モノフィラメントを構成する熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１記載の導電性モノフィラメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有するモノフィラメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気掃除機の吸込口としての床ブラシの下面には、回転清掃体としての回転ブラシが回転可能に配置されている。そして、この回転ブラシは、長尺状の軸部を有し、この軸部の外周に、被掃除面に接触して塵埃を掃く清掃体としての毛ブラシと、被掃除面を除電することで被掃除面への塵埃の付着を抑制する除電体である除電ブラシとが配置されている。
【０００３】
特許文献１には、電気掃除機において、清掃体の毛ブラシは、一般にナイロンなどの柔軟性、可撓性、耐摩耗性の大きい部材が軸部の両端間に亘って壁状に配置し、一方、除電ブラシとしては、アモルファス金属繊維、炭素繊維などの導電繊維が配されたものを開示している。電気掃除機の床ブラシに用いられる除電ブラシは、回転ブラシの回転による被清掃面との接触により導電繊維自体に応力がかかる。特許文献１では、アモルファス金属や炭素繊維では、該応力により折れてしまうという問題が生じないために、除電ブラシや毛ブラシの配置を工夫する構造を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−３１５５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、そもそも応力により容易に折れることなく、優れた柔軟性と導電性とを併せ持つ導電性モノフィラメントを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、カーボンナノチューブを３質量％以上含有する熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とが複合してなるモノフィラメントであって、カーボンナノチューブを含有する熱可塑性樹脂がモノフィラメント表面の４０％以上を占め、表面電気抵抗値が１０９Ω／ｃｍ以下であることを特徴とする導電性モノフィラメントを要旨とするものである。
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００８】
本発明の導電性モノフィラメントは、カーボンナノチューブを含有した熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とが複合されてなる。
【０００９】
優れた導電性を発揮する繊維として、アモルファス金属繊維や炭素繊維が挙げられる。しかしながら、これらは脆く折れ易い。そのため、電気掃除機の除電ブラシ等の、導電性繊維自体に屈曲する方向に継続的な応力がかかる用途では、長期の使用に耐えることが困難である。また一方、熱可塑性合成樹脂に、導電剤として金属微粒子やカーボンブラックを含有させた繊維もある。このような熱可塑性合成樹脂から構成される導電性繊維は、前記したアモルファス金属繊維や炭素繊維と比較して、柔軟性は有する。しかしながら、アモルファス金属繊維や炭素繊維と同等の導電性を発現させようとすると、繊維全体の質量に対して２０〜３０質量％の高濃度となる導電剤を添加しなければならない。そうすると、繊維を製造する段階において、繊維を構成する樹脂中の導電剤濃度が高くなり、紡糸性の悪化、繊維物性の低下が起こってしまう。
【００１０】
本発明では、導電剤として、より高い導電性を発揮するカーボンナノチューブを用い、これを熱可塑性樹脂に添加することで、少ない添加量で優れた導電性を発揮させることができる。そして、少ない添加量で優れた導電性を発揮できるため、熱可塑性樹脂中の添加量を少なくできるので、繊維を得る際の紡糸性が良好となり、繊維物性の低下を抑えることが可能となる。
【００１１】
本発明においては、カーボンナノチューブを３質量％以上添加した熱可塑性樹脂を用いる。３質量％以上添加することにより、所望の導電性を発揮することができる。好ましい添加量は４．５〜８重量％である。カーボンナノチューブの添加量が多くなると、カーボンナノチューブの添加による増粘効果により、熱可塑性樹脂が増粘して製糸性が著しく低下する。
【００１２】
カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブのいずれも用いることができる。熱可塑性樹脂との親和性、電気的特性、機械的特性の観点から、多層カーボンナノチューブを用いるとよい。また、カーボンナノチューブは、一般にレーザーアブレーション法、アーク放電法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、気相法、燃焼法などで製造できるが、特に制限されることなく、いずれのものを用いてもよい。
【００１３】
本発明のモノフィラメントは、上記したカーボンナノチューブを含有してなる熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とが複合してなるものであり、導電部となるカーボンナノチューブを含有する熱可塑性樹脂がフィラメント表面の一部を構成しており、その比率は４０％以上である。カーボンナノチューブを含有する熱可塑性樹脂が、フィラメントの表面積の４０％以上を占めることにより、より効率的に通電を行うことができる。このように表面積の４０％以上占める複合形態としては、例えば、サイドバイサイド型、芯鞘型、２種の樹脂が放射状に交互に配された放射型、多層型、断面形状において表層近傍において２種の樹脂が交互に露出するように配された形態等が挙げられる。
【００１４】
本発明においては、カーボンナノチューブを含有した熱可塑性樹脂とカーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とを複合するため、すなわち、導電性のための添加剤が添加されない樹脂を複合することにより、安定して紡糸することができ、また、導電剤としてカーボンナノチューブを採用しているため、少ない添加量で優れた導電効果を発揮できるため、添加される熱可塑性樹脂においても過度に増粘することなく、紡糸性が良好となる。そして、カーボンナノチューブを含有する熱可塑性樹脂をフィラメント表面に配するため、より効果的に導電性が発揮され、コスト的にも有利である。
【００１５】
本発明では、モノフィラメントの形態を採用している。モノフィラメント糸とは、単糸繊度が大きく、単糸１本で使用できる強度等を有するものである。モノフィラメント糸は、単糸繊度が大きいため、加工時の工程通過による単糸切れが生じにくい。また、本発明では、上述したようにカーボンナノチューブを含有した熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とからなる複合形態を採用し、単糸繊度の大きい複合モノフィラメントとすることで、優れた糸物性を発揮する。本発明において、用いる用途に応じてモノフィラメントの太さを適宜選択すればよいが、その直径は０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。
【００１６】
本発明のモノフィラメントを構成する熱可塑性樹脂は、ポリエステル樹脂あるいはポリアミド樹脂であることが好ましい。
【００１７】
ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリトリメチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレートの汎用性の高いポリエステル樹脂が好適に用いられる。また、目的によっては、異なるポリエステル樹脂のブレンド体およびポリエステル樹脂に第三成分を共重合した共重合ポリエステル樹脂を用いることができる。また、カーボンナノチューブを含有する樹脂と含有しない樹脂の組合せとしてのポリエステル樹脂の組み合わせとしては、同種のポリエステル樹脂が好ましいが、異種のポリエステル樹脂の組み合わせでも特に規制するものではない。また、それぞれのポリエステル樹脂には、製糸性を損なわない範囲で公知の添加剤を添加してもよい。
【００１８】
ポリアミド樹脂としては、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２の重縮合ポリアミド樹脂、ナイロン６６、ナイロン６１０の共縮合ポリアミド樹脂が好適に用いられる。特に、安価で加工が容易であるナイロン６が好ましい。また、目的によって、ポリアミド樹脂に第三成分を共重合した共重合ポリアミドを用いることができる。カーボンナノチューブを含有する樹脂と含有しない樹脂の組合せとしてのポリエステル樹脂の組み合わせとしては、本発明のポリアミド樹脂の組み合わせは、同種のポリアミド樹脂が好ましいが、異種のポリアミド樹脂の組み合わせでも特に規制するものではない。また、それぞれのポリアミド樹脂には、製糸性を損なわない範囲で公知の添加剤あるいは、少量のナノカーボンを添加してもよい。
【００１９】
本発明の導電性複合モノフィラメントの表面電気抵抗値は１０９Ω／ｃｍ以下である。表面電気抵抗値は、以下の方法により測定される値である。温湿度２０℃×６５％の雰囲気で２４時間調湿した長さ１５ｃｍの試料を５本準備する。１本の試料に、間隔が１０ｃｍとなるように電極を一組取り付け、電極に１００Ｖの電圧を印加した時のそれぞれ抵抗値を測定し、その平均値を表面電気抵抗値とする。
【００２０】
本発明の導電性複合モノフィラメントは、電気掃除機の除電ブラシの材料として好適に用いることができる。一般的には、マルチフィラメント糸を束ねた繊維束状の形態、合成繊維の織布に導電性繊維を起毛させたパイル織物の形態で用いられている。しかし、マルチフィラメント糸の形態では、構成繊維中に含まれる導電剤によって繊維物性が低下しており、ブラシへの加工時にフィラメントを誘導するガイドとの摩耗によって繊維切れが起こり易い。単糸が切れることにより、毛羽立ちの目立つ製品となってしまう。一方、本発明は、１本で使用できうる強度を有するモノフィラメントの形態であるため、加工工程中で単糸切れ等が発生しにくく、品位の高い製品を得ることが期待できる。
【００２１】
また、本発明の導電性複合モノフィラメントは、除電ブラシの用途以外にも、保温基盤、静電気の除電用途など、家庭分野や産業分野等の幅広い分野で利用が可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の導電性モノフィラメントは、カーボンナノチューブを含有した熱可塑性樹脂と、カーボンナノチューブを含有しない熱可塑性樹脂とからなる複合モノフィラメントであり、優れた糸物性と優れた導電性能を併せ持ち、モノフィラメントを製造する際の製造コストをも低減できるという効果を奏する。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において、各種の特性値等の測定、評価は、次に示す方法で行った。
（１）モノフィラメント径（ｍｍΦ）
温湿度２０℃×６５％の雰囲気で２４時間調湿した長さ１０ｃｍの試料を５本準備した。マイクロメータにてそれぞれの繊維径を測定し、その平均値を繊維径とした。
（２）表面電気抵抗値（Ω／ｃｍ）
温湿度２０℃×６５％の雰囲気で２４時間調湿した長さ１５ｃｍの試料を５本準備した。1本の該試料に、間隔が１０ｃｍとなるように電極を一組取り付け、電極に１００Ｖの電圧を印加した時のそれぞれ抵抗値を測定し、その平均値を表面電気抵抗値とした。
【００２４】
実施例１
ポリブチレンテレフタレート樹脂にカーボンナノチューブを６質量％となるように混合し、コンパウンド加工を行い、カーボンナノチューブ含有ポリブチレンテレフタレートコンパウンド樹脂を準備した。一方、カーボンナノチューブを含有しない樹脂として、ポリエチレンテレフタレート樹脂を準備した。この２つの樹脂を用いて紡糸温度２８０℃で溶融紡糸して複合モノフィラメントを得た。具体的には、２つの樹脂の溶融物を別々の定量ポンプで定量し、カーボンナノチューブ含有ポリブチレンテレフタレート樹脂を鞘成分に、ポリブチレンテレフタレート樹脂を芯成分とし、複合比を１／１の条件下で芯鞘複合型紡糸ノズルに導き、紡糸ノズルから糸条を吐出した。該紡出糸条を紡糸ノズルの下流に設置した冷却バスにて冷却固化し、引取りローラーに導き下流に設置した周速の異なるローラー群で延伸を行い、繊維径が０．１２ｍｍΦの導電性複合モノフィラメントを得た。
【００２５】
実施例２
芯成分と鞘成分の複合比を１／２としたこと以外は、実施例１と同様にして、繊維径が０．１２ｍｍΦの導電性複合モノフィラメントを得た。
【００２６】
実施例３
ナイロン６樹脂にカーボンナノチューブを８重量％となるように混合し、コンパウンド加工を行い、カーボンナノチューブ含有ナイロン６コンパウンド樹脂を準備した。一方、カーボンナノチューブを含有しない樹脂としてナイロン６樹脂を準備した。この２つの樹脂を用いて紡糸温度２８０℃で溶融紡糸して複合モノフィラメントを得た。具体的には、２つの樹脂の溶融物を別々の定量ポンプで定量し、カーボンナノチューブ含有ナイロン６樹脂を鞘成分に、ナイロン６樹脂を芯成分とし両溶融物の複合比を１／１の条件下で芯鞘複合型紡糸ノズルに導き、紡糸ノズルから糸条を吐出した。該紡出糸条を紡糸ノズルの下流に設置した冷却バスにて冷却固化し、引取りローラーに導き下流に設置した周速の異なるローラー群で延伸を行い、繊維径が０．１７ｍｍΦの導電性複合モノフィラメントを得た。
【００２７】
実施例４
芯成分と鞘成分の複合比を１／２としたこと以外は、実施例３と同様にして、繊維径が０．１７ｍｍΦの導電性複合モノフィラメントを得た。
【００２８】
比較例１
ナイロン６樹脂にカーボンブラックを２５％混合し、コンパウンド加工を行い、カーボンブラック含有ナイロン６コンパウンド樹脂を準備した。該コンパウンド樹脂と導電剤を添加していないナイロン６樹脂とを１：１の比率でブレンドし、紡糸温度２８０℃で溶融紡糸してモノフィラメントを得た。具体的には、単相型紡糸ノズルに導き、紡糸ノズルから糸条を吐出した。該紡出糸条を紡糸ノズルの下流に設置した冷却バスにて冷却固化し、引取りローラーに導き下流に設置した周速の異なるローラー群で延伸を行い、繊維径が０．１７ｍｍΦの導電性モノフィラメントを得た。
【００２９】
比較例２
実施例１で用いたカーボンナノチューブ含有ポリブチレンテレフタレートコンパウンド樹脂のみを用いて、紡糸温度２８０℃で溶融紡糸してモノフィラメントを得た。具体的には、単相型紡糸ノズルに導き、紡糸ノズルから糸条を吐出した。該紡出糸条を紡糸ノズルの下流に設置した冷却バスにて冷却固化し、引取りローラーに導き下流に設置した周速の異なるローラー群で延伸を行い、繊維径が０．１ｍｍΦの導電性モノフィラメントを得た。
【００３０】
比較例３
実施例３で用いたカーボンナノチューブ含有ナイロン６コンパウンド樹脂のみを用いて、紡糸温度２８０℃で溶融紡糸してモノフィラメントを得た。具体的には、単相型紡糸ノズルに導き、紡糸ノズルから糸条を吐出した。該紡出糸条を紡糸ノズルの下流に設置した冷却バスにて冷却固化し、引取りローラーに導き下流に設置した周速の異なるローラー群で延伸を行い、繊維径が０．１９ｍｍΦの導電性モノフィラメントを得た。
【００３１】
比較例４
ナイロン６樹脂にカーボンナノチューブを２５質量％となるように混合し、コンパウンド加工を行い、カーボンナノチューブ含有ナイロン６コンパウンド樹脂を準備した。該コンパウンド樹脂のみを用いて、紡糸温度２８０℃で溶融紡糸してモノフィラメントを得ようとしたが、紡糸ノズルから吐出された糸条の凝固速度が速すぎて、引取りローラーに導くことができず、延伸することができなかった。
【００３２】
比較例５
実施例３で用いたカーボンナノチューブ含有ナイロン６コンパウンド樹脂と導電剤を含有しないナイロン６樹脂とを１／３の割合で混合し、カーボンナノチューブが樹脂中に２質量％含有する樹脂を準備したこと以外は、比較例３と同様にして繊維径が０．１７ｍｍΦの導電性モノフィラメントを得た。
【００３３】
得られたモノフィラメントの物性を表１、表２に示す。
【００３４】
【表１】
2016044380.tif 000002
【００３５】
【表２】
2016044380.tif 000003
なお、表中の「ＣＰ樹脂」とは、カーボンナノチューブ含有コンパウンド樹脂であり、「他樹脂」とは、カーボンナノチューブ非含有樹脂である。
【００３６】
実施例１は、モノフィラメント物性および導電性に優れるものであった。
【００３７】
実施例２は、導電部の割合が、実施例１に比べて増加しているため、実施例１に比べて強度が低下したものの、優れたモノフィラメント物性および導電性であった。
【００３８】
実施例３は、モノフィラメント物性および導電性に優れるものであった。
【００３９】
実施例４は、導電部の割合が、実施例３に比べて増加しているため、実施例３に比べて強度が低下したものの、優れたモノフィラメント物性および導電性であった。
【００４０】
比較例１は、導電剤であるカーボンブラックを多量に添加したものの、表面電気抵抗値は測定不能となり、また、高濃度にカーボンブラックを添加したことで強度が低下していた。
【００４１】
比較例２は、単相モノフィラメントとしたものであり、実施例１と比較して強度が低下した。
【００４２】
比較例３は、単相モノフィラメントとしたものであり、実施例３と比較して強度が低下した。
【００４３】
比較例４は、カーボンナノチューブを高濃度に添加したことで、著しい増粘が起こり、延伸した糸を得ることができなかった。
【００４４】
比較例５は、カーボンナノチューブの添加量が少なく、表面電気抵抗値は測定不能となり、抵抗値の高いものであった。