(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状微小炭素繊維を界面活性剤を用いて水に分散させた水分散液とセルロース繊維を主体とする有機分および含水無機化合物粉体を含むスラリーとを混合して、前記炭素繊維が全原料の絶乾重量に対して固形分で５〜８５重量％含有し、コイル状微小炭素繊維以外の残部として、セルロース繊維を主体とする有機分を固形分で１５〜４０重量％および含水無機化合物粉体を固形分で６０〜８５重量％の割合で含有する紙料を調製し、この紙料を用いて前記コイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０２〜０．３５ｇ／ｃｍ３となるように抄造することを特徴とする難燃性電磁波吸収シートの製造方法。
【請求項２】
前記コイル状微小炭素繊維が、ファイバー径が０．０３〜０．３μｍ、コイル径が０．３〜４０μｍ、コイルピッチが０．０１〜１μｍ、コイルの長さが０．０１〜１５ｍｍの炭素繊維からなる請求項１記載の難燃性電磁波吸収シートの製造方法。
【請求項３】
前記含水無機化合物粉末が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、二水和石膏およびアルミン酸化カルシウムの中から選ばれた少なくとも１種類の粉末からなる請求項１または２記載の難燃性電磁波吸収シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難燃性電磁波吸収シートの製造方法に関し、さらに詳しくは、コイル状微小炭素繊維、セルロース繊維、および含水無機化合物を所定の比率範囲で含有してなり、軽量でかつ優れた難燃性と電磁波吸収特性を有する難燃性電磁波吸収シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで電磁波吸収体材料として提案されているものには、例えば、金属微粒子とカーボンブラックを高分子材料中に配合した塗料（特開平２−１２９２７２号）、カーボンブラックを熱可塑性樹脂に配合した樹脂組成物（特開平２−１４１０００号）、壁下地表面に、アモルファス金属薄膜を貼着し、その上に壁紙シートを貼着した壁装材料（特開平４−１８０６９８号）、不織布中に導電繊維を含ませ、導電繊維の交絡点を金属薄膜で電気的に結合した導電シート（特開平６−２９４０９３号）、変性ポリエステル樹脂を溶剤に溶かした液体組成物中に、フェライト焼結体粉末および／またはカーボン粉末を配合した塗布可能な樹脂組成物（特開平１０−７８６７号）などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電磁波吸収体材料では、ある程度の電磁波吸収効果を得るためには数十ｍｍの厚みが最低限必要であり、特に幅広い周波数域の電磁波を吸収するためには数十ｃｍの厚みが必要となる。そのため、これら従来の材料はフレキシブル性、軽量化の要求を満たすことができず、使用分野がある程度限られてくる。例えば、室内の壁紙として上記した従来の電磁波吸収体材料を利用しようとすると、かなり厚いものとなってしまうために施工性が悪く、さらには壁紙としての難燃性を満たしていないという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、比較的広帯域において電磁波吸収特性を有するとともに、難燃性に優れた薄型で軽量化できる難燃性電磁波吸収シートの製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の難燃性電磁波吸収シートの製造方法は、コイル状微小炭素繊維を界面活性剤を用いて水に分散させた水分散液とセルロース繊維を主体とする有機分および含水無機化合物粉体を含むスラリーとを混合して、前記炭素繊維が全原料の絶乾重量に対して固形分で５〜８５重量％含有し、コイル状微小炭素繊維以外の残部として、セルロース繊維を主体とする有機分を固形分で１５〜４０重量％および含水無機化合物粉体を固形分で６０〜８５重量％の割合で含有する紙料を調製し、この紙料を用いて前記コイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０２〜０．３５ｇ／ｃｍ３となるように抄造することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるセルロース繊維は、主として針葉樹クラフトパルプ、広葉樹クラフトパルプおよびその他の木材パルプの１種あるいは２種以上を配合した混合パルプまたはリンターパルプなどのセルロース繊維であるが、必要に応じてポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、ポリビニルアルコール繊維などの合成繊維や紙力増強剤、サイズ剤などの紙質改善のための薬剤を含んでもよい。特にポリビニルアルコール繊維は、シート中の微小炭素繊維の定着性を高めるバインダー繊維の作用を有するため、これを使用するのがより好ましい。
【０００８】
一方、本発明に用いるコイル状微小炭素繊維は、１本の単コイル構造あるいは２本の単コイルが相互に絡み合いながら巻合って１本の２重コイル構造からなり、ファイバー径が０．０３〜０．３μｍ、コイル径が０．３〜４０μｍ、コイルピッチが０．０１〜１μｍ、コイル長さが０．０１〜１５ｍｍの炭素繊維で構成されている。
【０００９】
かようなコイル状微小炭素繊維の製造方法としては、例えば、反応温度７５０℃に設定された透明石英製外熱式反応管中で、原料ガス（アセチレン＋Ｈ2＋Ｎ2＋チオフェン）を気相熱分解し、触媒であるニッケルの結晶面にコイル状微小炭素繊維を成長させる方法（炭素TANSO 1996 [No.174] 215-224 参照）が採用できる。かくして製造されたコイル状微小炭素繊維をそのまま使用することもできるが、これをさらにアルゴン中２０００℃で２０時間熱処理したヒートマイクロコイルや、四塩化チタン−水素雰囲気中で９００〜１２００℃でメタライジング処理した炭化チタンマイクロコイルなども使用することができる。
【００１０】
通常コイル状微小炭素繊維は、外部から電磁波が照射され変動電場や変動磁場中にさらされると、電磁気的に小さなコイルとして作用し、レンツの法則に従いコイル内に誘導起電力による誘導電流が流れ、ジュール熱が発生する。すなわち、電磁波がコイルを通過しようとする場合には、電磁波のエネルギーは誘導電流に変換され、コイル上を流れ、ジュール熱として消費され吸収されるのである。さらに電磁波は、コイルにより直線偏波（水平、垂直）のほか円偏波（右回転、左回転）を受け、さらに高導電性であるため反射、散乱などを受け急激に減衰する。
【００１１】
本発明におけるように、セルロース繊維を主体とする繊維と含水無機化合物粉体との混合系中にコイル状微小炭素繊維を分散させる場合、コイル状微小炭素繊維の含有量を全原料の絶乾重量に対して固形分で５〜８５重量％、好ましくは８〜８０重量％の範囲とし、抄紙したシート中におけるコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０２〜０．３５ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．０２〜０．３０ｇ／ｃｍ3とする必要がある。例えば、コイル状微小炭素繊維が全原料の絶乾重量に対して５重量％より少ないと、コイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０２ｇ／ｃｍ3未満となり、十分な電磁波吸収効果が得られない。一方、コイル状微小炭素繊維の含有量を全原料の絶乾重量に対して８５重量％より多くすると、電磁波吸収特性は向上するものの、引張り強度などの紙力低下を招く。
【００１２】
本発明に使用する含水無機化合物粉体としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、二水和石膏、アルミン酸化カルシウム等を挙げることができる。これらの含水無機化合物は何れも分子内に結晶水を持ち化学的に類似した構造を有している。また、含水無機化合物はその種類によって、分解温度および吸熱量に幾分差があるが、高温加熱時に分解して吸熱作用により難燃効果を示すという点では、全く共通しているためどんな種類を用いてもよいが、入手価格などの経済性も考慮すると水酸化アルミニウムが最適である。粉体の粒度は特に限定されないが、抄紙作業上支障のない粒度の粉体であれば使用することができ、一般的には１〜３０μｍ程度とする。
【００１３】
コイル状微小炭素繊維以外の残部の素材の絶乾重量を１００重量％とすると、そのうちの含水無機化合物粉体の含有量は固形分で６０〜８５重量％の範囲とし、セルロース繊維を主体とする有機分は固形分で１５〜４０重量％とする。含水無機化合物の含有量を８５重量％を越えて多くしても得られたシートの難燃性能はそれ以上向上せず、むしろシートの強度低下が起こるので含水無機化合物の含有量は８５重量％以下とする。一方、含水無機化合物の含有量が６０重量％未満では所望の難燃性が得られない。
【００１４】
また、シートの剛度、寸法安定性および燃焼後の保形性を高める目的で、上記したセルロース繊維、コイル状微小炭素繊維および含水無機化合物粉体の他に、無機繊維を配合することができる。かような無機繊維としては、ガラス繊維、ロックウール繊維、セラミック繊維などが挙げられる。
【００１５】
本発明の難燃性電磁波吸収シートを製造するに際して特に留意すべき点は、コイル状微小炭素繊維は疎水性のため、そのままではうまく水に分散しないことである。そこで、本発明では界面活性剤を添加することにより、コイル状微小炭素繊維を効果的に水に分散させるのである。この時、水分散液に気泡が発生する場合は、適宜消泡剤を添加することにより起泡性を抑制することができ、消泡剤が分散性に悪影響を及ぼすことはない。コイル状微小炭素繊維を水に分散させるために用いる界面活性剤としては、アニオン系の高分子界面活性剤を用いるのが好ましい。かような界面活性剤の添加量は、効果的な分散が得られる有効量を添加すれば良いが、一般的にはコイル状微小炭素繊維（固形分）に対して、５〜１０重量％が適当である。
【００１６】
抄造に当たっては、紙料中に、含水無機化合物粉体およびコイル状微小炭素繊維の水分散液を追加的に混合する以外は、従来から紙の抄造に慣用的に用いられている方法を採用することができる。例えば、紙力増強剤を適宜選択して添加したセルロース繊維と含水無機化合物粉体を含むスラリーに、予め水に分散させておいたコイル状微小炭素繊維の所定量を混合した後、さらに歩留向上剤、サイズ剤などを適宜選択して添加することにより紙料を調製し、この紙料を慣用的な抄紙機を用いて抄造する。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて、本発明を詳述する。なお、得られたシートの引張強度、電磁波吸収特性、密度、難燃性は以下の方法により測定、評価した。
【００１８】
［引張強度］
ＪＩＳ−Ｐ８１１３に準じて測定し、０．８ｋｇｆ／１５ｍｍ以上を合格とした。
【００１９】
［電磁波吸収特性］
「Varadan 法」に準じて透過電磁波強度および反射電磁波強度を測定し、電磁波吸収率を求めた。上記「Varadan 法」とは、ペンシルバニア州立大学電子・音響材料センターのVaradan 教授が開発した方法で、コイル状微小炭素繊維のようなキラル構造（回映対照を持たない立体的構造）を持つ素材の透過電磁波強度および反射電磁波強度を測定する方法である。測定方法としては、試料を電波発信、電波受信の２個１組のアンテナの間に設置し、この電波発信アンテナから１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの電波を発信させ、上記受信アンテナで透過電磁波および反射電磁波を受信し、それぞれの電磁波強度を測定するものである。
【００２０】
上記の電磁波吸収率は次式により求め、５〜１５ＧＨｚでの平均的吸収率で示した。
電磁波吸収率(dB)＝
−10 log〔透過電磁波強度〕／（〔入射電磁波強度〕−〔反射電磁波強度〕）
【００２１】
また評価の判定基準は、一般的に電波暗室に使用される電磁波吸収材料の電波特性として、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯で２０〜２５ｄＢ以上の電磁波吸収率が必要とされているため、本評価においてもこれに準じて、２５ｄＢ以上のものを「電磁波吸収特性有り」とした。
【００２２】
［密度］
各シートの坪量（ｇ／ｍ2）と厚さをそれぞれ測定し、その商（坪量／厚さ）で表した。
【００２３】
［難燃性］
ＪＩＳ−Ａ１３２１（表面燃焼試験）に準じて評価し、難燃２級以上を合格とした。
【００２４】
［実施例１〜３および比較例１〜６］
水５００ｍＬ（ミリリットル）中に、表１に示す各設定坪量および配合に合わせた所定量のコイル状微小炭素繊維（炭素TANSO 1996 [No.174] 215-224 に掲載されている製造方法にて生成されたコイル状微小炭素繊維）とそのコイル状微小炭素繊維の固形分重量に対して１０重量％となるようなアニオン系高分子界面活性剤水溶液をそれぞれ添加し、高速ミキサーで３０秒間撹拌してコイル状微小炭素繊維の各種水分散液を調製した。
【００２５】
この各種水分散液を、予め叩解したパルプ繊維、水酸化アルミニウム粉末およびバインダー繊維（ＰＶＡ繊維）を表１に示す配合に合わせた所定量含有する混合スラリーに各々添加して紙料を調製し、この紙料を抄紙機にかけ抄紙し、その後、圧搾、乾燥してそれぞれのシートを得た。これらのシートについて、前記評価方法により引張り強度、電磁波吸収率および難燃性を比較した結果を表１に示す。なお表１中では、コイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量を「炭素繊維内添密度」と略記する。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
実施例１〜３によれば、本発明で規定した範囲のコイル状微小炭素繊維、セルロース繊維を主体とする有機分および含水無機化合物粉末を含み、かつ本発明で規定した範囲のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量となるように抄造することにより、優れた電磁波吸収特性、引張強度および難燃性を有するのがわかる。
【００２８】
これに対して比較例１は、コイル状微小炭素繊維を固形分で全原料の絶乾重量に対して３５重量％含有し、かつシート中のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．１８ｇ／ｃｍ3であり、またそのコイル状微小炭素繊維を除いた残りが、セルロース繊維を主体とする有機分が固形分で４６重量％、含水無機化合物が固形分で５４重量％の含有率となるように抄紙した例であり、電磁波吸収特性および引張強度には優れているが、含水無機化合物の内填量が少ないために難燃性が不十分であることがわかる。
【００２９】
一方比較例２は、コイル状微小炭素繊維を固形分で全原料の絶乾重量に対して１４重量％含有し、かつシート中のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０７ｇ／ｃｍ3であり、またそのコイル状微小炭素繊維を除いた残りが、セルロース繊維を主体とする有機分が固形分で１４重量％、含水無機化合物が固形分で８６重量％の含有率となるように抄紙した例であり、電磁波吸収特性および難燃性には優れているが、有機分の内填量が少ないために引張強度が不十分であることがわかる。
【００３０】
また比較例３は、コイル状微小炭素繊維を固形分で全原料の絶乾重量に対して９０重量％含有し、かつシート中のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．４５ｇ／ｃｍ3であり、またそのコイル状微小炭素繊維を除いた残りが、セルロース繊維を主体とする有機分が固形分で７０重量％、含水無機化合物が固形分で３０重量％の含有率となるように抄紙した例であり、コイル状微小炭素繊維が高内填のため電磁波吸収特性は非常に良好であるが、有機分および無機化合物の含有量が少ないために引張強度および難燃性が劣っていることがわかる。
【００３１】
同様に比較例４は、コイル状微小炭素繊維を固形分で全原料の絶乾重量に対して９０重量％含有し、かつシート中のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．４４ｇ／ｃｍ3であり、またそのコイル状微小炭素繊維を除いた残りが、セルロース繊維を主体とする有機分が固形分で３０重量％、含水無機化合物が固形分で７０重量％の含有率となるように抄紙した例であり、比較例３と同様の結果となっている。
【００３２】
比較例５は、コイル状微小炭素繊維を固形分で全原料の絶乾重量に対して３重量％含有し、かつシート中のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０１ｇ／ｃｍ3であり、またそのコイル状微小炭素繊維を除いた残りが、セルロース繊維を主体とする有機分が固形分で３１重量％、含水無機化合物が固形分で６９重量％の含有率となるように抄紙した例であり、有機分および無機化合物を高内填しているために引張強度および難燃性に優れているが、一方でコイル状微小炭素繊維の内填率が少ないため、電磁波吸収の効果が小さいのがわかる。
【００３３】
同様に比較例６は、コイル状微小炭素繊維を固形分で全原料の絶乾重量に対して３重量％含有し、かつシート中のコイル状微小炭素繊維の単位体積当たりの存在量が０．０１ｇ／ｃｍ3であり、またそのコイル状微小炭素繊維を除いた残りが、セルロース繊維を主体とする有機分が固形分で６９重量％、含水無機化合物が固形分で３１重量％の含有率となるように抄紙した例であり、有機分を高内填しているため引張強度には優れているが、無機化合物およびコイル状微小炭素繊維の含有量が少ないために難燃性および電磁波吸収特性に劣っているのがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
上記した本発明によれば、比較的広帯域において電磁波吸収特性を持つコイル状微小炭素繊維と自己消火性をもつ含水無機化合物粉体とを、セルロース繊維を主体とする繊維に分散、定着させてシート化することにより、電磁波吸収特性および難燃性に優れた薄型（軽量）の難燃性電磁波吸収シートをつくることができるという優れた効果がある。かようなシートは、難燃性や施工性が良好であり、しかも電磁波吸収特性を備えているために、壁紙材料として好ましく使用することができる。