(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー成分に、窒素吸着比表面積(N2SA)が６５〜７８m2/g、造粒粒子の硬さが２．５〜４．５g/粒、トルエン着色透過度が９０％以上の特性を有するカーボンブラックを配合してなり、比抵抗が１０8〜１０9Ω・cmの高抵抗域における抵抗安定性の優れたポリマー組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムや樹脂等のポリマー成分への分散性に優れたカーボンブラックを配合して抵抗安定性、特に比抵抗が１０8〜１０9Ω・cmの高抵抗域における抵抗安定性に優れたポリマー組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンブラックの導電性を利用してゴムや樹脂等のポリマー成分に配合した導電性ゴム組成物あるいは導電性樹脂組成物等は、電子機器類の静電防止や電磁波シールド材等として有用されている。カーボンブラックの導電性能はカーボンブラックの物理化学的性状によって異なり、一般にカーボンブラック粒子の大きさ（比表面積）、ストラクチャー、カーボンブラック粒子表面の吸着物質や粒子内部の結晶度等によって支配され、粒子径が小さく（比表面積が大きく）、ストラクチャーあるいは結晶度が高く、吸着物質が少ないほど、導電性が向上するといわれている。
【０００３】
そこで、本出願人はゴム成分や樹脂成分との親和性が良好で優れた導電性を付与するカーボンブラックとして、窒素吸着比表面積１８０m2/g以下、圧縮ＤＢＰ吸油量８５ml/100g 以上の特性領域にあって、脱気開始温度５００℃以上、真比重値１．８４０以下の選択的特性を有する導電性カーボンブラックを提案（特開昭61−111368号公報）した。
【０００４】
また、特開平６−１１６５０１号公報には、非晶性耐熱樹脂１００重量部にヨウ素吸着量が５２〜７２mg/g、ＤＢＰ吸油量が１５２〜１８２ml/100g 、24Ｍ４ＤＢＰ吸油量が１００ml/100g 以上で、トルエン着色透過度が８５％以上のファーネスブラックを２０〜４０重量部含有してなる耐熱導電性樹脂組成物が開示されている。この発明によれば高温加熱下での寸法安定性に優れ、また表面抵抗値で１×１０5 Ω未満の導電性が付与されるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、ＯＡ用のロールやＩＣ関連機器の包装、運搬用のゴム材料あるいは樹脂材料として、高抵抗域例えば比抵抗が１０4 〜１０10Ω・cm程度の高抵抗域あるいはそれ以上のレベルにおいて安定な電気抵抗を示すゴム組成物や樹脂組成物のニーズが高まっている。通常、このような高抵抗域においての抵抗安定性を図ることは、カーボンブラックが準導電性物質であることから電気抵抗が急激に減少し始める、いわゆるパーコレーション領域での抵抗の安定性が要求されることとなるので極めて困難である。
【０００６】
そこで、本発明者は比抵抗が１０4 〜１０10Ω・cmの高抵抗域において安定な抵抗特性を示すポリマー組成物について研究を進めた結果、カーボンブラックの比表面積、造粒特性及び表面性状等を特定することによりゴム成分や樹脂成分への分散性能が向上し、安定な分散状態を維持し得ることを見出した。更に、カーボンブラックが安定な分散状態で均一にゴム組成物や樹脂組成物中に分布する結果抵抗変化が少なく、安定な抵抗特性を示すことを確認した。
【０００７】
本発明は上記の知見に基づいて開発されたもので、その目的はポリマー成分への分散性能に優れたカーボンブラックを配合した、例えばＯＡ用のロールやＩＣ関連機器の包装、運搬用等のゴム材料あるいは樹脂材料等として好適に用いることのできる比抵抗が１０8〜１０9Ω・cmの高抵抗域における抵抗安定性に優れたポリマー組成物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明のポリマー組成物は、ポリマー成分に、窒素吸着比表面積(N2SA)が６５〜７８m2/g、造粒粒子の硬さが２．５〜４．５g/粒、トルエン着色透過度が９０％以上の特性を有するカーボンブラックを配合してなり、比抵抗が１０8〜１０9Ω・cmの高抵抗域において優れた抵抗安定性を備えることを構成上の特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記構成におけるカーボンブラックの各特性は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。
▲１▼窒素吸着比表面積(N2SA)；
ＡＳＴＭ  Ｄ3037−88  “Standard Test Methods for Carbon Black-Surface Area By Nitrogen Adsorption”Method  Ｂによる。
▲２▼造粒粒子の硬さ；
ＪＩＳ  Ｋ6221−82「ゴム用カーボンブラックの試験方法」6.3.3 項による。
▲３▼トルエン着色透過度；
ＪＩＳ  Ｋ6221−82「ゴム用カーボンブラックの試験方法」6.2.4 項による。
【００１１】
本発明においてポリマー成分に配合するカーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)の値を６５〜７８m2/gの範囲に設定するのは、カーボンブラックのポリマー成分中への分散性を高め、安定な分散状態を維持するためである。窒素吸着比表面積(N2SA)が６５m2/g未満であると、カーボンブラックをポリマー成分に配合、混練する過程において分散状態の変化が大きく、例えば混練時間による比抵抗の変化率が大きくなる。一方、７８m2/gを越えると分散性が低下するために安定な分散状態、すなわち安定な抵抗特性が得難くなる。
【００１２】
また、分散性能を向上させて短時間でミクロな分散状態に到達させるためには造粒粒子の硬さが大きく影響し、本発明は造粒粒子の硬さを２．５〜４．５g/粒の範囲に設定するものである。すなわち、造粒粒子の硬さが４．５g/粒を越えると混練過程においてミクロ分散状態に到達させるための混練時間が長くかかり、結果的に混練時間による比抵抗の変化率の増大を招くためである。しかしながら造粒粒子の硬さが２．５g/粒を下回る場合には、搬送や混練等の作業時に破粒が生じて微粉化し易く、微粉によるゴム成分や樹脂成分中への分散性が著しく低下し、更に配合時に微粉の飛散による配合量の低下が生じて抵抗特性の変動を招くことになる。なお、造粒法は常用の湿式造粒機により適宜造粒条件を調整することにより所定硬さの造粒粒子を得ることができる。
【００１３】
更に、本発明のポリマー成分への分散性に優れたカーボンブラックはトルエン着色透過度が９０％以上であることが必要である。トルエン着色透過度は、カーボンブラックが炭化水素原料の熱分解により生成する過程において未分解炭化水素がカーボンブラックに残留した程度を示すもので、残留する未分解炭化水素量が少ないほどトルエン着色透過度は高くなる。すなわちトルエン着色透過度が９０％未満では、ポリマー組成物中においてカーボンブラックとポリマー分子との界面に存在する未分解炭化水素による電気抵抗のばらつきが大きくなり、比抵抗の不安定化が増大するためである。
【００１４】
なお、ポリマー成分に配合する際の混練条件により分散率が低下したり、分散性を更に高める必要があるなどの場合には、カーボンブラックのＤＢＰ吸油量を６０ ml/100g以上の値に設定することが好ましい。
【００１５】
このように、本発明のポリマー組成物によれば、特定したカーボンブラックの特性が総合的に機能してポリマー成分への分散性能を著しく向上させることが可能となる。その結果、混練条件による電気抵抗の変動を抑制することが可能となる。したがって、ポリマー成分への配合量を適宜に設定することにより比抵抗が１０8〜１０9Ω・cmの高抵抗域において優れた抵抗安定性を示すポリマー組成物を提供することができる。すなわちパーコレーション領域における抵抗安定性の優れたポリマー組成物が提供される。
【００１６】
なお、本発明のポリマー組成物を構成するポリマー成分としては各種のゴム、樹脂をはじめインキ用ビヒクルにも適用可能であり、また、ポリマー組成物の用途によって他の無機質フィラー、無機薬品類等を適宜添加することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００１８】
実施例３〜４、比較例１〜６
表１に示す特性のカーボンブラック試料を表２に示す配合比率でＥＰＤＭゴムに配合した。なお、カーボンブラックのみ変量配合とした。また、配合は下記の混練条件で行い、混練時間は４、６、１２分間と変更して行った。
Ｂ型バンバリー(1800cc)練り、コンベンショナル法、
混練り時間;4,6,12 min.、ローター回転数;51/60 rpm、
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
各配合物を１５０℃で４０分間加硫してゴム組成物シート(120×120 ×2mm)を作製し、それらの各ゴム組成物シートについて下記の方法により電気抵抗を測定した。
体積固有抵抗 LogＶＲ（Ω・cm）；
ＪＩＳ  Ｋ6723法に準拠し、電極70φ、印加時間 60sec、印加電圧 5Ｖ、測定温度30℃の条件で測定した。
【００２２】
このようにして得られた結果のうち、混練時間を４分間と一定にした場合に、表１に示した各カーボンブラックの配合量と体積固有抵抗を表３（実施例）及び表４（比較例）に示した。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
【表４】
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【００２５】
次に、カーボンブラックの配合量を一定とし、混練時間を変えた場合の体積固有抵抗の変化を表５（実施例）及び表６（比較例）に示した。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
【表６】
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【００２８】
また、カーボンブラック配合量 (PHR)と体積固有抵抗 LogＶＲ（Ω・cm）の関係を図１及び図２に、混練時間と体積固有抵抗 LogＶＲ（Ω・cm）の関係を図３、図４及び図５に示した。
【００２９】
表１〜表６及び図１〜図５を考察して明らかなように、本発明で特定した窒素吸着比表面積(N2SA)、造粒粒子の硬さ、及びトルエン着色透過度を有するカーボンブラックを配合した実施例３〜４のゴム組成物は、これらの特性の少なくとも１つが外れるカーボンブラックを配合した比較例１〜６のゴム組成物に比べて、カーボンブラックの配合量を変えた場合の体積固有抵抗の変化、及び、混練時間を変えた場合の体積固有抵抗の変化が少ないことが判る。
【００３０】
すなわち、表３〜４及び図１〜２から実施例３のカーボンブラックを配合したゴム組成物はカーボンブラック配合量を多くしても体積固有抵抗の低下が少なく、特に電気抵抗が１０8〜１０9Ω・cmレベルの高抵抗域においてカーボンブラックの配合量が変化しても体積固有抵抗の低下の傾きが緩やかで、比較例に比べてパーコレーション領域における抵抗安定性に優れていることが判明する。
【００３１】
また、表５〜６及び図３〜５からカーボンブラックの配合量を一定とし、混練時間を変えた場合の１０8〜１０9Ω・cmレベルの高抵抗域における体積固有抵抗の変化は、実施例は比較例に比べていずれも少なく、混練時間の変動による抵抗安定性に優れていることが認められる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のとおり、窒素吸着比表面積(N2SA)、造粒粒子の硬さ、トルエン着色透過度が特定範囲にあるカーボンブラックを配合した本発明のポリマー組成物によれば、カーボンブラックのポリマー成分への分散性能が優れており、その結果カーボンブラックの配合量の変動や混練時間の長短等による体積固有抵抗の変動が極めて少なく、抵抗安定性に優れていることが認められる。特に、１０8〜１０9Ω・cm程度の高抵抗域における抵抗安定性が高く、例えばＯＡ用のロールやＩＣ関連機器の包装、運搬用のゴム材料あるいは樹脂材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  比較例１、２によるポリマー組成物のカーボンブラック配合量と体積固有抵抗の関係グラフである。
【図２】  実施例３と比較例４、５によるポリマー組成物のカーボンブラック配合量と体積固有抵抗の関係グラフである。
【図３】  比較例１、２、３によるポリマー組成物の混練時間と体積固有抵抗の関係グラフである。
【図４】  実施例３と比較例４、５によるポリマー組成物の混練時間と体積固有抵抗の関係グラフである。
【図５】実施例４と比較例６によるポリマー組成物の混練時間と体積固有抵抗の関係グラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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