JP2001049145A - カーボンブラック及びそれを配合してなるptc組成物 - Google Patents
カーボンブラック及びそれを配合してなるptc組成物Info
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Abstract
発熱体などとして好適なPTC機能を付与することので
きるカーボンブラック、及びこのカーボンブラックをポ
リマー成分に配合してなるPTC組成物の提供。 【解決手段】 凝集体ストークス相当径分布のモード径
(Dst)が150nm以上トルエン着色透過度(LT)が
60%以上、圧縮電気比抵抗(50kg/cm2加圧時)が0.
4Ω・cm以下の特性を備えるカーボンブラック、及び該
カーボンブラックをポリマー成分100重量部に5〜2
00重量部配合してなるPTC組成物。
Description
ポリマー成分に配合して、正の抵抗温度係数(PTC;
Positive Temperature Coefficient)を付与することの
できるカーボンブラック、及びこのカーボンブラックを
ポリマー成分に配合してなるPTC組成物に関する。
子や自己温度制御型発熱体などに有用されており、例え
ばポリエチレンなどの結晶性樹脂にカーボンブラック、
黒鉛粉末、金属粉末などの導電性粉末を分散、充填した
組成物が一般的に用いられている。このうち、カーボン
ブラックは軽量性や価格面で他の導電性粉末に比べて有
利であり、例えば特開昭63−265961号公報には
1次粒子径が25 mμ以下で、かつDBP吸油量が40
〜60ml/100g のカーボンブラックと、前記カーボンブ
ラックの表面官能基と親和性のある変性基が導入された
結晶性樹脂とを混練した自己温度制御発熱体組成物が提
案されている。
融点が120℃以下で、極性基を有すると共にエポキシ
基を有する結晶性ポリマー100重量部と、導電性付与
材5〜150重量部とからなる低温型PTC材料が提案
されており、実施例では導電性付与材としてアセチレン
ブラックが例示されている。
PTC挙動を示し、(1) 結晶度が少なくとも5%である
有機ポリマー、(2) ポリマーを溶解するのに適した活性
溶媒および (3)pHが4.0未満のカーボンブラックを
含んでなるポリマー厚膜インキが、特開平5−3458
60号公報には (a)結晶性高分子と、(b) これに分散さ
れた、少なくとも約60ミリミクロンの平均粒子径を有
し、少なくとも約80cc/100gのジブチルフタレート吸
収を有するカーボンブラックとからなる、正の温度係数
を有する導電性高分子組成物が開示されている。
TC機構を併有する導電性シートの製造方法として、繊
維化性のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とカーボン
ブラックの混合物にシリコーン樹脂をグリセリンまたは
2−メチル、4ペンタンジオールに溶解した混練助剤を
加えて混練し、混練物をロール圧延によりシート化する
ことを特徴とする導電性シートの製造方法(特開平4−
39814 号公報)を開発提案している。
路における過電流を保護したり、発熱体の熱暴走を防ぐ
自己温度制御型の発熱体などに好適に使用されるために
は、より高性能のPTC組成物が要求されている。例え
ば、ショートや電圧サージなどの過剰な電流に対して効
果的に保護機能を発揮するためには、定常状態において
は電力損失を極力防ぐために低抵抗であることが好まし
く、一方、ある範囲の温度上昇に対しては急激に抵抗値
が増大するPTC特性を備えていることが好ましいこと
になる。
能を備えたPTC組成物の開発を、主にカーボンブラッ
クの特性面から研究を進めた結果、カーボンブラック粒
子の凝集形態および表面性状などを特定することによ
り、優れた性能を有するPTC組成物が得られることを
見出した。
発されたものであって、その目的は電気回路の過電流保
護素子や自己温度制御型発熱体などとして好適に使用す
ることのできる優れたPTC機能を付与することのでき
るカーボンブラック、及びこのカーボンブラックをポリ
マー成分に配合してなるPTC組成物を提供することに
ある。
めの本発明に係るカーボンブラッックは、凝集体ストー
クス相当径分布のモード径(Dst)が150nm以上、ト
ルエン着色透過度(LT)が60%以上、圧縮電気比抵
抗(50kg/cm2加圧時)が0.4Ω・cm以下の特性を備え
ることを特徴とする。
成分100重量部に、このカーボンブラックを5〜20
0重量部の割合で配合してなることを特徴とする。
体ストークス相当径分布のモード径(Dst)の値が15
0nm以上であることが必要である。Dstはカーボンブラ
ックの粒子径やストラクチャーなどを総合的に表すパラ
メータであり、この値が大きくなると樹脂やゴムなどの
ポリマー成分に同一の量比で配合し、分散させた場合
に、ポリマー組成物中におけるカーボンブラック凝集体
間の距離が短くなり、電気伝導性が高くなる。
抗(あるいは電気伝導性)を付与するためにはカーボン
ブラックの配合量を相対的に少なくすることが可能とな
る。その結果、組成物の温度上昇に伴い、カーボンブラ
ック凝集体間の距離が大きくなり易くなり、ある温度域
に達すると急激な電気抵抗の上昇を招くことになる。す
なわち、組成物に優れたPTC機能を付与するためには
凝集体ストークス相当径分布のモード径(Dst)の値は
大きいことが望ましく、本発明はこの値を150nm以上
に設定するものである。
ラック粒子表面に残留する未分解炭化水素量の程度を示
すもので、残留する未分解炭化水素量が少ない程トルエ
ン着色透過度(LT)の値は大きくなる。残留する未分
解炭化水素はカーボンブラックの導電性を阻害する物質
であり、本発明は導電性を阻害するこの未分解炭化水素
量を規制するためにトルエン着色透過度(LT)の値を
60%以上と設定するものである。その結果、ポリマー
成分に配合して組成物とする際の分散加工性が良好で、
また初期の低抵抗化を図ることができる。
性を示す指標であり、この値が大きくなると導電性が低
下し、ポリマー成分に配合して組成物とした場合に低抵
抗化を図ることができなくなる。そこで、本発明におい
ては、電気比抵抗として50kg/cm2の圧力で加圧した時
の圧縮電気比抵抗の値を0.4Ω・cm以下に設定するこ
とにより組成物の初期電気抵抗の低位化を図っている。
カーボンブラック特性として凝集体ストークス相当径分
布のモード径(Dst)、トルエン着色透過度(LT)お
よび圧縮電気比抵抗(50kg/cm2加圧時)を選択し、その
値を特定することにより、ポリマー成分に配合した組成
物の電気抵抗レベルを同一レベルに保持するためのカー
ボンブラック配合量比を相対的に少なくすることが可能
となる。その結果、温度上昇による組成物内におけるカ
ーボンブラック−カーボンブラック間の距離が大きくな
り易く、電気抵抗の増大、すなわち、組成物に優れたP
TC機能を付与することが可能となる。
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。
(Dst)(nm):JISK6221(1982) 5「乾燥試料の作り
方」に基づいて乾燥したカーボンブラック試料を少量の
界面活性剤を含む20容量%エタノール水溶液と混合し
てカーボンブラック濃度100mg/lの分散液を作成し、
これを超音波で充分に分散させて試料とする。ディスク
・セントリフュージ装置(英国Joyes Lobel 社製)を6
000rpm の回転数に設定し、スピン液(2重量%グリ
セリン水溶液、25℃)を15ml加えた後、1mlのバッ
ファー液(20容量%エタノール水溶液、25℃)を注
入する。次いで、温度25℃のカーボンブラック分散液
0.5mlを注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時
に記録計を作動させて図1に示す分布曲線(横軸;カー
ボンブラック分散液を注射器で加えてからの経過時間、
縦軸;カーボンブラックの遠心沈降に伴い変化した特定
点での吸光度)を作成する。この分布曲線より各時間T
を読み取り、次式(数1)に代入して各時間に対応する
ストークス相当径を算出する。
cp) 、Nはディスク回転スピード(6000rpm) 、r1 はカ
ーボンブラック分散液注入点の半径(4.56cm)、r2 は吸
光度測定点までの半径(4.82cm)、ρCBはカーボンブラッ
クの密度(g/cm3) 、ρ1 はスピン液の密度(1.00178g/cm
3)である。
と吸光度の分布曲線(図2)における最大頻度のストー
クス相当径をDstモード径(nm)とする。この測定方法に
よるASTMD-24 Standard Reference BlackC-3(N23
4)のDstは80nmである。
ISK6221(1982)「ゴム用カーボンブラックの試験方
法」 6.2.4項による。
・cm):JISK1469(1984)「アセチレンブラック」
5.6項による。
えるカーボンブラックをポリマー成分100重量部に対
して5〜200重量部の割合で配合してなるものであ
る。カーボンブラックの配合量が5重量部未満では組成
物の強度が充分でなく、一方200重量部を越えると組
成物を作成する際の加工性が低下するとともに、PTC
機能の低下を招くためである。なお、ポリマー成分とし
ては各種の樹脂やゴムをはじめインキ用ビヒクルなどが
適用され、さらに必要に応じ他のフィラーや薬品類を適
宜添加することもできる。
体的に説明する。
ーボンブラック試料をEVA樹脂〔エチレン/酢酸ビニ
ル共重合体、東洋曹達 (株) 製、ウルトラセン633〕に
量比を変えて配合し、東洋精機(株)製ラボプラストミ
ルにより120℃の温度で10分間混練して、EVA樹
脂組成物を調製した。このEVA樹脂組成物を140℃
の温度でロール成形して、120×120×2mmのシー
トを作製した。
より電気抵抗を測定した。 体積固有抵抗 LogVR(Ω・cm)の測定;JIS K67
23に準拠し、電極70φ、印加時間60sec 、印加電圧
5V、測定温度 −10、30、50℃の各条件で測
定。
「熱可塑性プラスチックの流れ試験方法」に準じて、温
度230℃、荷重12.5kgの条件で流動特性を測定
し、加工性(MI)を評価した。なお、この値が大きい
ほど加工性が良好であることを示している。
例)、表2(比較例)に示した。
cm前後の導電性シートにおいて、本発明で選択、特定し
たカーボンブラック特性の全てを充足するカーボンブラ
ックを配合した実施例のEVA樹脂組成物シートは、少
なくとも1つの特性が外れるカーボンブラックを配合し
た比較例のEVA樹脂組成物シートに比べて、−10℃
から50℃の温度変化に対応する体積固有抵抗値が増大
し、その変化率が大きいことが判る。また、比較例にお
いては体積固有抵抗値の変化率が小さいばかりでなく、
比較例4では負の抵抗温度係数を示していることが認め
られる。
も、実施例は比較例に比べていずれも大きく、実施例の
カーボンブラックを配合したEVA樹脂シートは比較例
に比べて加工性においても優れていることが認められ
る。
特性を備えるカーボンブラックによれば、このカーボン
ブラックをポリマー成分に配合することによりポリマー
組成物に優れたPTC機能を付与することができ、更
に、加工性も良好である。したがって、例えば、電気回
路の過電流保護素子や自己温度制御型発熱体などとして
好適に使用することができる。
を加えてからの経過時間とカーボンブラックの遠心沈降
による吸光度の変化を示した分布曲線である。
光度の関係を示す分布曲線である。
Claims (2)
- 【請求項1】 凝集体ストークス相当径分布のモード径
(Dst)が150nm以上、トルエン着色透過度(LT)
が60%以上、圧縮電気比抵抗(50kg/cm2加圧時)が
0.4Ω・cm以下の特性を備えるカーボンブラック。 - 【請求項2】 ポリマー成分100重量部に、請求項1
記載のカーボンブラック5〜200重量部を配合してな
るPTC組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22490099A JP3828317B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | カーボンブラック及びそれを配合してなるptc組成物 |
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カーボンブラック協会, カーボンブラック便覧, vol. 第3版, JPNX006029911, 15 April 1995 (1995-04-15), pages 130 - 133, ISSN: 0000751958 * |
カーボンブラック協会, カーボンブラック便覧<第三版>, JPNX006016598, 15 April 1995 (1995-04-15), pages 495 - 498, ISSN: 0000730402 * |
カーボンブラック協会, カーボンブラック便覧<第三版>, JPNX006029910, 15 April 1995 (1995-04-15), pages 495 - 498, ISSN: 0000751957 * |
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