JP2003226759A

JP2003226759A - 導電マスターバッチおよび成形品

Info

Publication number: JP2003226759A
Application number: JP2002026123A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yoshioka; 淳一吉岡
Original assignee: Toyo Ink Mfg Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】機械物性や表面外観が良好な、導電性を有す
るポリフェニレンエーテル樹脂成形品を得ること。【解決手段】ブタジエン成分を含有しないポリスチレ
ン５〜９５重量％、またはアクリル酸、メタクリル酸、
これらのエステルから選ばれる少なくとも１種以上とエ
チレンとの共重合体成分５〜９５重量％と、カーボンブ
ラック、グラファイト、カーボン繊維、金属繊維および
ウィスカならびに粉状物、金属酸化物からなる群から選
ばれる少なくとも１種以上の成分５〜９０重量％を含む
導電マスターバッチ。成形用樹脂としてポリフェニレン
エーテル樹脂を用いてなる成形品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に成形加工温度
が２５０℃を超えるエンジニアリングプラスチック、特
にポリフェニレンエーテル樹脂成形品に対する導電性付
与に適する導電マスターバッチ、およびそれを用いて得
られる成形品に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂、なかでも成形加工温度が
２５０℃を超えるエンジニアリングプラスチック、特に
ポリフェニレンエーテル樹脂（以下ＰＰＥ樹脂と略す）
は、その耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性、寸法安定性、易
成形性、耐熱水洗浄性等の特徴により、近年、ＯＡ機器
を中心とする電気部品に好んで使用されるようになって
きた。また、電気部品に導電性を付与させた成形品とし
て、ＩＣチップ等の運搬用に使用されるトレイにより、
チップの静電気による破壊防止を目的とした用途にも盛
んに使用されるようになってきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
エンジニアリングプラスチックは一般的に溶融粘度が高
い。これに導電材料、特にカーボンブラックを多量に配
合すると、配合物の溶融粘度が更に高くなり、混練トル
クの上昇、樹脂温度の上昇による樹脂の劣化が生じてい
た。また、ウィスカや繊維状の導電材料を配合させた配
合物は高粘度化するため、過剰なせん断作用によりこれ
らの導電材料の切断や破壊が生じやすかった。

【０００４】このため、成形品に導電性を付与させる場
合に、表面抵抗値１０^１０Ω以下の帯電防止性能を有す
る導電性を付与させた成形品を得ることは可能であって
も、より高いレベルの導電性の付与は事実上困難であっ
た。

【０００５】本発明者は上記事実に鑑み、高濃度の導電
材料をＰＰＥ樹脂へ直接含有させた成形品の高導電性付
与は不可能と考え、ＰＰＥ樹脂と相溶性が良く、且つＰ
ＰＥ樹脂の成形温度である２８０℃程度であっても容易
に熱分解しないベース樹脂を選定し、これを用いて高濃
度の導電マスターバッチを製造し、これを用いて成形品
を製造するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、第１の発明は、ブ
タジエン成分を含有しないポリスチレン５〜９５重量％
と、カーボンブラック、グラファイト、カーボン繊維、
金属繊維およびウィスカならびに粉状物、金属酸化物か
らなる群から選ばれる少なくとも１種以上の成分５〜９
０重量％を含む導電マスターバッチである。

【０００７】第２の発明は、アクリル酸、メタクリル
酸、これらのエステルから選ばれる少なくとも１種以上
とエチレンとの共重合体５〜９５重量％と、カーボンブ
ラック、グラファイト、カーボン繊維、金属繊維および
ウィスカならびに粉状物、金属酸化物からなる群から選
ばれる少なくとも１種以上の成分５〜９０重量％を含む
導電マスターバッチである。

【０００８】第３の発明は、成形用樹脂としてポリフェ
ニレンエーテル樹脂を用い、この樹脂で第１または第２
の発明に記載の導電マスターバッチを稀釈し成形して得
られる成形品である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明の導電マスターバッチに用いられるベース樹
脂は、ＰＰＥ樹脂の成形温度である２８０℃程度でも熱
劣化しないことが好ましい。また、成形品の表面光沢の
発現や耐衝撃性をはじめ種々の機械物性の維持の観点か
ら、成形樹脂と相溶性が優れていることが好ましい。

【００１０】また、導電材料の多量配合を可能とするた
めに流動性が高いこと、高濃度の導電材料の混練操作が
可能なニーダ−、バンバリーミキサー、２本ロール等の
汎用の強混錬機を使用可能とするために、低融点または
低軟化点であることが好ましい。更に、ＰＰＥ樹脂の優
れた耐薬品性を維持するために、ベース樹脂も同様に耐
薬品性が優れていることが好ましい。

【００１１】これらの要求特性を満たすものとして、ブ
タジエン成分を含有しないポリスチレンや、アクリル
酸、メタクリル酸、これらのエステルから選ばれる少な
くとも１種以上と、エチレンとの共重合体樹脂が挙げら
れる。

【００１２】ポリスチレンは、ＰＰＥ樹脂との良好な相
溶性からＰＰＥ樹脂の流動改質剤として従来から用いら
れている上、軟化点が低く流動性が高いので、低温、低
粘度での導電材料の溶融、混練が可能であること、耐薬
品性が良好である。

【００１３】ポリスチレンは、一般的にスチレンモノマ
ー単独を塊状重合、溶液重合、乳化重合等により高分子
化し樹脂としたＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＰｏ
ｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＧＰＰＳ）と、重合時にブタジエ
ン成分であるスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を添加
して耐衝撃性を高めたＨｉｇｈＩｍｐａｃｔＰｏｌ
ｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＨＩＰＳ）の２種類がある。二重結
合を有するブタジエン成分が存在するＨＩＰＳは、耐衝
撃性に優れているものの、ＰＰＥ樹脂の成形温度である
２８０℃付近においてブタジエン成分が架橋劣化し、成
形品の着色やブツ発生の原因となるため用いることがで
きない。

【００１４】アクリル酸またはメタクリル酸あるいはこ
れらのエステルと、エチレンとの共重合体は、アクリル
基やメタクリル基の存在により、本来ＰＰＥ樹脂に対し
て相溶性のないポリエチレンに相溶性を付与させること
を可能とする。共重合体におけるアクリル酸またはメタ
クリル酸あるいはこれらのエステルの含有率は、ＰＰＥ
との相溶性効果の観点から５重量％以上、マスターバッ
チ製造の際の樹脂ペレットの取り扱いの観点から４０重
量％以下が好ましい。特に１０〜３０重量%が好まし
い。

【００１５】アクリル酸またはメタクリル酸あるいはこ
れらのエステルから選ばれる１種以上と、エチレンとの
共重合体はポリスチレンとの場合と同様に軟化点が低
く、流動性が高い。耐薬品性の点ではポリスチレンより
優れている。

【００１６】本発明に用いられる導電材料としてはカー
ボンブラック、グラファイト、金属粉・ウィスカ・繊
維、金属酸化物、カーボンファイバーなどが挙げられ
る。これらの１種、または２種以上の組み合わせが使用
できる。導電性、特に帯電防止機能を成形品に具備させ
るためには表面抵抗値が１０^１０Ω以下の性能が必要と
される。

【００１７】そのために成形品におけるカーボンブラッ
ク、グラファイト、金属粉などの粉状物の含量は、比重
によりそれぞれ異なるが、カーボンブラックの場合は８
〜３０重量％、より好ましくは１０〜２５重量％、グラ
ファイトや金属粉の場合は３０〜７５重量％、より好ま
しくは４０〜６０重量％の添加が必要である。金属繊
維、ウィスカの場合、添加量は上記より低減可能であ
る。また、ステンレス繊維、カーボンファイバーの場合
は３〜１０重量％にて表面抵抗値を１０^１ ^０Ω以下にす
ることが可能である。

【００１８】マスターバッチ中の導電材料の最適含有量
は、例えばカーボンブラックを例に挙げると、一次粒子
径が大きくストラクチャーが小さく且つ吸油量の小さい
低級カーボンの場合４０〜５０重量％、一次粒子径が小
さくストラクチャーが大きく且つ吸油量の大きな高級カ
ーボンや高導電カーボンの場合２０〜４０重量％が好ま
しい。

【００１９】また、金属繊維やウィスカの場合、２０〜
９５重量％と幅広い添加量を選択できる。繊維状の導電
材料の場合、マスターバッチ製造に際し一般的に行われ
ている溶融混練法の他にクロスヘッドダイにて溶融した
樹脂を含浸させ、ペレット化したプルトリュージョン法
が使用出来るからである。

【００２０】導電材料の最適含有量を下回る場合は、導
電性の発現が不充分となるばかりか、本導電マスターバ
ッチのＰＰＥ樹脂への添加量が多くなり、結果としてベ
ース樹脂の添加量が減少し、ＰＰＥ本来の物性、特に耐
熱性や剛性が悪化するおそれがある。

【００２１】また、仮に導電材料の最適含有量が上回る
場合、ベース樹脂との溶融混練時に必要以上の粘度上昇
が起こってしまい、結果としてカーボンブラックのスト
ラクチャー切断、金属繊維やウィスカの切断、破壊など
が起こってしまい、所望の導電性を発現することが困難
となるばかりか、溶融混練物を造粒しペレット化する際
に安定した作業が出来なくなる可能性がある。

【００２２】本発明の導電マスターバッチは、ベース樹
脂と上記導電材料とを混練させる溶融混練方法で製造す
ることが可能である。例えば加圧ニーダ−、バンバリー
ミキサー等のバッチ式混練機や単軸および２軸押出機、
タンデム型混練機、コニーダー等の連続式混練機が挙げ
られる。上記の方法は各種形状の導電材料を混練するこ
とが可能だが、ウィスカや繊維状の導電材料を混練する
際はその形状を破壊すると導電性が低下するため、形状
破壊を極力少なく混練をおこなうことが重要である。

【００２３】また、繊維状の導電材料の場合、上記混練
方法によりマスターバッチ化する方法以外に、例えばベ
ース樹脂を含浸させた繊維状導電材料を用いることも可
能である。例えば、長繊維状の導電材料を溶融したベー
ス樹脂に浸し、クロスヘッドダイ付き押出機にて含浸さ
せ、次に冷却したストランドをロータリーカッターにて
カッティングすることでベース樹脂含浸繊維状導電材料
が得られる。これを用いた場合、ベース樹脂の含有量を
極力少なくした導電マスターバッチペレットを製造する
ことも可能である。

【００２４】マスターバッチ製造をおこなう際、必要に
応じて熱可塑性樹脂の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安
定剤、滑剤、着色剤などを添加しても良い。酸化防止剤
としては樹脂の加工時の熱劣化防止のためフェノール
系、リン系、硫黄系、ラクトン系からなる酸化防止剤を
単独または組み合わせて添加すればよく、屋外用途で耐
候性が必要な場合は紫外線吸収剤や光安定剤としてベン
ゾフェノン系、サルシレート系、ベンゾトリアゾール
系、シアノアクリレート系、ヒンダートアミン系化合物
を用いれば良い。

【００２５】混練時および成形時の滑性付与のために用
いられる滑剤としてはポリオレフィンワックス、高級脂
肪酸金属塩もしくはアミド、エステル化合物が挙げられ
る。着色剤としては染顔料そのもの若しくはそれらを易
分散処理した粉状、液状、ペレット状のものを用いれば
良い。

【００２６】しかしながらこれら添加剤を添加する際に
は、ＰＰＥ樹脂の成形温度が高いことを考慮し、耐熱性
の良いグレードを選定することが重要である。

【００２７】本発明の成形品における導電マスターバッ
チの含有量は、導電性付与の観点から５重量％以上、成
形品の機械物性などの観点から３０重量％以下が好まし
い。導電マスターバッチ中のベース樹脂は、稀釈樹脂で
あるＰＰＥ樹脂と比べ、耐熱性や剛性が劣る傾向にあ
る。マスターバッチの多量含有はＰＰＥ樹脂の特徴であ
る耐熱性、剛性を悪化させる場合があるため、必要以上
の添加は好ましくない。

【００２８】例えば導電材料をカーボンブラック、なか
でも導電性の最も良いとされるケッチェンブラックの場
合、成形品中に最低１０重量％は存在していないと、表
面抵抗値１０^１０Ω以下は達成されない。しかし、導電
マスターバッチへの配合量は、吸油量が高いため最大３
０重量％までである。従って、ＰＰＥ樹脂への導電マス
ターバッチ添加量は最大３０〜３５重量％となり、ＰＰ
Ｅ樹脂の耐熱性、具体的には熱変形温度を、剛性、具体
的には曲げ弾性率等の機械物性を大幅に変えてしまうお
それがある。しかし、成形品製造の際、ガラス繊維など
の物性補強材の添加により機械物性が改善できる。

【００２９】

【実施例】実施例、比較例を用いて更に本発明を説明す
る。以下、％とは重量％、部とは重量部を示す。実施
例、比較例で用いた材料の説明を表１に記し、配合比や
各評価試験値を表２に記す。［実施例１］カーボン３０％、ＧＰＰＳ６９．８％、酸
化防止剤０．２％の配合物を、バンバリーミキサーを用
いて１７０℃にて混練した後、直径３mm、長さ３mmの円
柱状ペレット（導電マスターバッチ）を造粒した。次
に、得られたペレット３０％、ＰＰＥ樹脂６０％、ガラ
ス繊維チョップドストランド１０％の配合物を、型締圧
７５tの射出成形機にて、成形温度２９０℃で２００mm
×４００mmの平板状の成形品を作製した。この平板の表
面状態および表面抵抗値を測定した。同時にアイゾット
試験片、曲げ試験片、加熱変形温度測定用試験片を成形
し、各種物性を測定した。

【００３０】［実施例２］実施例１のＧＰＰＳをＥＥＡ
（エチレン−アクリル酸エチル共重合体）に変更した他
は実施例１と同様の所作をおこなった。

【００３１】［実施例３］チタン酸カリウムウィスカ４
０％、ＧＰＰＳ５９．８％、酸化防止剤０．２％の配合
物を実施例１と同様の所作にてペレットを造粒した。次
に、得られたペレット３０％、ＰＰＥ樹脂７０％の配合
物を用いて、実施例１と同様の所作をおこない成形品を
作製し、同様に各種物性を測定した。

【００３２】［実施例４］実施例１のＧＰＰＳをＥＭＡ
Ａ（エチレン−メタクリル酸共重合体）に変更した他は
実施例１と同様の所作を行い、導電マスターバッチを作
成した。これを用いて実施例３と同様の所作をおこない
成形品を作成し、各種物性を測定した。

【００３３】［実施例５］クロスヘッドダイを装着した
押出機にて、１８０℃で溶融したＥＥＡ（エチレン−酢
酸ビニル共重合体）と酸化防止剤の配合物を、炭素長繊
維に含浸させ、冷却したストランドを長さ３ｍｍの円柱
状ペレット状にカッティングして、導電マスターバッチ
を得た。この組成は炭素長繊維９０％、ＥＥＡ９．８
％、酸化防止剤０．２％であった。次に、得られたペレ
ット１２％、ＰＰＥ樹脂８８％の配合物を用いて、実施
例１と同様の所作をおこない成形品を作成し、同様に各
種物性を測定した。

【００３４】［比較例１］実施例１のＧＰＰＳをＨＩＰ
Ｓに変更した他は実施例１と同様の所作をおこなった。

【００３５】［比較例２］実施例１のＧＰＰＳをＥＶＡ
に変更した他は実施例１と同様の所作をおこなった。

【００３６】［比較例３］実施例３のＧＰＰＳをＨＩＰ
Ｓに変更した他は実施例３と同様の所作をおこなった。

【００３７】［参考例１］ＰＰＥ１００％の成形品を実
施例１と同様に作製し、同様に物性の評価をした。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】［表の説明］上記配合中、表面外観評価に
おいて、実施例はいずれも良好だが、比較例はブツ、シ
ルバー（成形品表面に線香花火状、線条の模様が生じる
現象。材料中の揮発分が原因とされる。）、変色が確認
された。

【００４１】

【発明の効果】本発明の導電マスターバッチは、ブタジ
エン成分を含有しないポリスチレン５〜９５重量％と、
カーボンブラック、グラファイト、カーボン繊維、金属
繊維およびウィスカならびに粉状物、金属酸化物からな
る群から選ばれる少なくとも１種以上の成分５〜９０重
量％とを含んでいるので、これを用いて得られる成形品
は、機械物性が低下せず表面状態が良好である。

【００４２】また、本発明の導電マスターバッチは、ア
クリル酸、メタクリル酸、これらのエステルから選ばれ
る少なくとも１種以上とエチレンとの共重合体５〜９５
重量％と、カーボンブラック、グラファイト、カーボン
繊維、金属繊維およびウィスカならびに粉状物、金属酸
化物からなる群から選ばれる少なくとも１種以上の成分
５〜９０重量％を含んでいるので、これを用いて得られ
る成形品は、機械物性が低下せず表面状態が良好であ
る。

【００４３】成形用樹脂としてポリフェニレンエーテル
樹脂を用い、本発明の導電マスターバッチを稀釈し成形
して得られる本発明の成形品は、成形加工温度が２５０
℃を超えても表面状態や機械物性の維持が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 71/12 Ｃ０８Ｌ 71/12 Ｈ０１Ｂ 1/24 Ｈ０１Ｂ 1/24 ＺＦターム(参考） 4F070 AA13 AA18 AC04 AC06 AC15 AD02 AE06 FA01 FB03 4F071 AA15 AA15X AA22 AA32X AA33X AA51 AB03 AB06 AB18 AD01 AD02 AE15 AF13 AF37 AH12 BA01 BB05 BC07 4J002 BB072 BB082 BC022 CH071 DA016 DA026 DA036 DA066 DE046 FA036 FA046 FA086 FD040 FD070 FD116 FD170 GQ02 5G301 DA18 DA23 DA42 DD05 DD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブタジエン成分を含有しないポリスチレン
５〜９５重量％と、カーボンブラック、グラファイト、
カーボン繊維、金属繊維およびウィスカならびに粉状
物、金属酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種
以上の成分５〜９０重量％を含む導電マスターバッチ。
【請求項２】アクリル酸、メタクリル酸、これらのエス
テルから選ばれる少なくとも１種以上と、エチレンとの
共重合体５〜９５重量％と、カーボンブラック、グラフ
ァイト、カーボン繊維、金属繊維およびウィスカならび
に粉状物、金属酸化物からなる群から選ばれる少なくと
も１種以上の成分５〜９０重量％を含む導電マスターバ
ッチ。
【請求項３】成形用樹脂としてポリフェニレンエーテル
樹脂を用い、この樹脂で請求項１または２に記載の導電
マスターバッチを稀釈し成形して得られる成形品。