JP2005002535A

JP2005002535A - 導電性複合繊維

Info

Publication number: JP2005002535A
Application number: JP2003170416A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoki Mori; 義斉森; Masayuki Sato; 正幸佐藤; Hiroyuki Fushimi; 博幸伏見
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】優れた除電効果と製糸・加工安定性を有する導電性複合繊維を得ること。
【解決手段】導電性カーボンブラックを１５〜４０重量％、エステル系化合物を０．５〜５．０重量％を含有する熱可塑性ポリマーからなり、ズリ速度６０ｓｅｃ^−１下での２８５℃溶融粘度が５００〜９０００ｐｏｉｓｅである導電ポリマーＡと、主な繰り返し単位がエチレンテレフタレートであるポリエステルからなる保護ポリマーＢとが複合されており、導電ポリマーＡの少なくとも一部が繊維表面に露出し、保護ポリマーＢが繊維横断面積の７０〜９０％を形成することを特徴とする導電性複合繊維。
【選択図】図１

Description

本発明は、除電性能に優れた複合繊維に関するものであり、更に詳しくは、製糸性・加工性に優れ、かかる複合繊維は全体としては導電性カーボンブラックの含有量が少量であるにも関わらず優れた制電性能を有する布帛が得られる導電性複合繊維に関するものである。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
従来から除電性能の優れた繊維としての導電性繊維については、種々の提案がなされており、例えば導電性を有さない繊維の表面に金属メッキして導電性を付与せんとしたものや、導電性カーボンブラックを樹脂やゴム類に分散させた後、これを繊維表面にコートすることによって導電性被覆層を形成せしめたもの等がある。しかし、これらは製造工程が複雑化して技術的に困難な方法によって得られたものであったり、導電性繊維を実用に供するため準備段階、例えば製織編のための精練工程での薬品処理や実際の使用における摩耗や繰り返し洗濯といった外的な作用によって導電性が容易に低下し、実用の域を脱してしまうという問題があった。
【０００３】
他の導電性繊維として、スチール繊維の様な金属繊維が除電性能の優れたものとして知られているが、金属繊維はコストが高く、しかも一般の有機素材とはなじみ難く、紡績性不良となったり、製織・染色仕上げ工程でのトラブルの原因となったり、着用時の洗濯による断線・脱落が生じやすく、さらには通電性に基づく感電・スパークの問題、布帛の溶融トラブル等の原因となっていた。
【０００４】
また、別のタイプの導電性繊維として、導電性カーボンブラックを均一分散させたポリマーを繊維化する方法が提案されているが、カーボンブラックを多量に含有するために繊維の製造が難しく、コスト高であり、且つ繊維物性が著しく低下し、特殊な工程を用いる以外に製品化が困難であるという問題があった。これらの問題を解決せんとする提案として、芯鞘複合タイプの芯成分ポリマーに導電性カーボンブラックを含有させ、それを通常の繊維形成性ポリマーからなる鞘で包み込もうという方法である（特許文献１参照）。この場合、繊維性能を保つため芯部を５０％以下にする必要があり、そのため非導電性の鞘が厚く包囲しているため、低カーボン含有量では十分な性能が発揮されない。さらに、導電性カーボンを含む導電性ポリマー層とそれと同じポリマーで導電性カーボンを含まない非導電性ポリマー層とを多層状に張りあわせた繊維が、上記単一の芯鞘型導電性繊維の除電性能向上と成分層間の剥離紡防止を中心とした耐久性向上を目的として提案されている（特許文献２参照）。この場合もやはり導電性カーボンブラックを含む層が表面に露出しすぎているため、耐薬品性、耐久性の向上は認められない。
【０００５】
一方、有機導電性物質を含有する線状重合体を繊維形成性重合体内に筋状分散せしめた導電性繊維が提案されている（特許文献３，４参照）。これらにおいては導電性成分が繊維表面ではなく、内部に入っているために剥離、表面摩擦、洗濯などの耐久性が向上するというものである。しかし、この場合、有機導電性物質を含有する線状重合体はそれと全く相溶性のない繊維形成性重合体に筋状分散つまり、長さ方向へは非連続状態で分散混合しているわけで、繊維強度には全く寄与しないため繊維強度の低下は避けることが出来ない。また、最も重要な繊維性能である導電性が筋状分散によって変化するため、製造条件、製品品質の管理が非常に難しい。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第３８０３４５３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開昭５２−１５２５１３号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開昭５３−１４７８６５号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開昭５４−３４４７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決し、製糸性・加工性に優れ、複合繊維は全体としては導電性カーボンブラックの含有量が少量であるにも関わらず優れた除電性能を有する布帛が得られる導電性複合繊維を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、導電性カーボンブラックを１５〜４０重量％、エステル系化合物を０．５〜５．０重量％を含有する熱可塑性ポリマーからなり、ズリ速度６０ｓｅｃ^−１下での２８５℃溶融粘度が５００〜９０００ｐｏｉｓｅである導電ポリマーＡと、主な繰り返し単位がエチレンテレフタレートであるポリエステルからなる保護ポリマーＢとが複合されており、導電ポリマーＡの少なくとも一部が繊維表面に露出し、保護ポリマーＢが繊維横断面積の７０〜９０％を形成することを特徴とする導電性複合繊維である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明において、導電ポリマーＡにおける導電性カーボンブラックの含有量は１５〜４０重量％であり、好ましくは２０〜３０重量％である。導電性カーボンブラックの含有量が１５重量％より少ない場合には十分な除電性能は発揮されない。一方、４０重量％を超える場合では、ポリマー流動性が著しく低下して製糸性が極端に悪化する。カーボンブラックは完全に粒子分散をしている場合は一般に導電性が不良であって、ストラクチャーと呼ばれる連鎖構造をとると導電性が向上して導電性カーボンブラックと言われるものになる。従って、導電性カーボンブラックによって、ポリマーを導電化するにあたっては、このストラクチャーを破壊しないでカーボンブラックを分散させることが肝要となる。そして、導電性カーボンブラック含有複合体の電気伝導メカニズムとしては、カーボンブラック連鎖の接触によるものとトンネル効果によるものが考えられるが、前者の方が主と考えられる。従って、カーボンブラックの連鎖が長く高密度ポリマー中に存在する方が接触確率大となり、高導電性となる。本発明者らの検討結果では、導電性カーボンブラック含有量１５重量％未満では殆ど効果がなく、２０重量％になると急激に導電性が向上し、３０重量％を超えるとほぼ飽和する。
【００１４】
ポリマーＡ中に含有せしめる導電性カーボンブラックとしては、１０^−３〜１０^２Ω・ｃｍの固有電気抵抗を有するものが好ましい。
【００１５】
本発明における導電ポリマーＡとして用いる熱可塑性ポリマーには、エステル系化合物を０．５〜５．０重量％、好ましくは１．０〜３．０重量％含有する。エステル系化合物を含有することで、カーボンブラックを含有せしめた後の溶融粘度が適正な範囲となる。本発明者らの検討結果では、エステル系化合物としては、モンタン酸エステル系化合物や亜リン酸エステル系化合物などが好ましく、これらエステル系化合物を１種、もしくは２種以上を併用しても構わないが、含有量は０．５重量％未満では殆ど効果がなく、５．０重量％を超えると耐熱性が低下してしまう。ここで言う導電ポリマーＡの溶融粘度の適正な範囲とは、ズリ速度６０ｓｅｃ^−１における２８５℃溶融粘度が５００〜９０００ｐｏｉｓｅである。紡糸機ポリマー配管や紡糸口金での流動性や保護ポリマーＢとの複合安定性を確保し、安定した生産を行うためのものであり、５００ｐｏｉｓｅ未満では粘性が低すぎて、紡糸口金での計量性が低下し、各単糸間あるいは単糸内での複合ムラが発生する。また、９０００ｐｏｉｓｅを上回ると、紡糸口金での流動性が低すぎて安定吐出することが出来ない。好ましくは８００〜８０００ｐｏｉｓｅであり、より好ましくは１０００〜７０００ｐｏｉｓｅである。
【００１６】
本発明における導電ポリマーＡとして用いる熱可塑性ポリマーは、特に限定するものではないが、保護ポリマーＢとの複合安定性や製糸性を考慮した場合、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートなどのポリエステル、または、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６／ナイロン６６共重合体、あるいはポリアミド系熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。
【００１７】
本発明における保護ポリマーＢは、主な繰り返し単位がエチレンテレフタレートであるポリエステルである。本発明における導電性複合繊維の繊維化の際の良好な複合安定性や製糸性、高次加工通過性を維持するために、ポリマーＡと類似した熱特性や収縮特性を有する結晶性ポリエステルポリマーとするものである。また、これらにテレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレン２，６−ジカルボン酸、フタール酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸などを本来ポリエステルホモポリマーの有する繊維形成性を損なわない程度に共重合させても良い。
【００１８】
ポリマーＡとポリマーＢとの複合形態については、ポリマーＡの少なくとも一部が繊維表面に露出するようにすることが重要である。そうすることで、導電成分であるポリマーＡの存在による除電性能の実効を得ることができる。また、目的の除電性能を得るための複合繊維の抵抗値は１．５８×１０^６〜７．９４×１０^８Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝６．２〜８．９の範囲にあることが好ましく、より好ましくはＬｏｇ（Ω）が７．９以下である。
【００１９】
複合形態としては、図１〜３に示すような、繊維表面に導電成分を配した海島型や偏心芯鞘型、さらには導電成分を鞘とした芯鞘型、サイドバイサイド型等を採用することができる。
【００２０】
ポリマーＡとポリマーＢとの複合比率としては、ポリマーＢが導電性繊維の繊維横断面積の７０〜９０％を占有することが重要である。
保護成分であるポリマーＢが繊維横断面積の９５％を超えて多くなり、導電成分であるポリマーＡが５％未満になると、安定した複合構造として紡糸するのが困難になる。特に導電ポリマーを糸横断面方向に分散させて複合する場合には、繊維長さ方向に導電ポリマーの連続層を得るのが困難になる。一方、導電ポリマーＡが繊維横断面積の３０％を超えると、複合した系の紡糸性、延伸性、さらには繊維物性が極端に低下し、実用性は全く失われてしまう。従って、導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合面積比率Ａ：Ｂは１０：９０〜３０：７０であり、好ましくは１５：８５〜２５：７５である。
【００２１】
本発明の導電性複合繊維は、単糸繊度が４．０デシテックス以上であることが好ましい。単糸繊度を４．０デシテックス以上とすることで、通常の非導電性繊維に導電性複合繊維を少量混繊して布帛加工した場合でも導電性複合繊維の導電成分露出面積を確保でき、十分な徐電性能が得られる。
【００２２】
本発明の導電性複合繊維は、通常の複合繊維の製造方法をそのまま用いることができ、特に限定するものではなく、複合紡糸した未延伸糸を一旦巻き取った後に加熱延伸する方法を採用しても良く、複合紡糸した未延伸糸を一旦巻き取ること無く、加熱延伸する直接紡糸延伸法を採用しても良い。
【００２３】
【実施例】
以下本発明を実施例により詳細に説明する。なお、実施例中における溶融粘度、複合繊維抵抗値、製糸安定性、加工安定性は以下の通りである。
【００２４】
また、実施例中に示す導電ポリマーＡに含有せしめるエステル化合物については、亜リン酸エステル化合物をα、モンタン酸エステル化合物をβと略す。
１．溶融粘度
東洋精機社製キャピロフローテスターを用い、直径１．０ｍｍ、深さ１０ｍｍのキャピラリーにて、溶融温度２８５℃で２０分加温した後にズリ速度６０ｓｅｃ^−１下で溶融粘度（ｐｏｉｓｅ）を測定した。
２．複合繊維抵抗値
得られた複合繊維を小池機械社製筒編み機にて、ゲージ２６、針数２４０本にて幅１５０ｍｍの筒編み地を作成し、ＭＥＩＳＥＩ社製ＳＲＭ−１００ＳＵＲＦＡＣＥＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＣＨＥＣＫＥＲにて測定した表面抵抗値（Ω）より算出した。なお除電効果については、表面抵抗値の対数＝Ｌｏｇ（Ω）を求め、以下の通り判定した。
【００２５】
６．０〜７．９：○、８．０〜８．９：△、９．０以上：×
３．通常の複合紡糸機にて、１，０００ｋｇの未延伸糸を巻き取った後に、通常の延伸機にてボビンに０．５ｋｇの延伸糸を巻き取り、１，０００ｋｇの未延伸糸に対する製品収率で以下の通り判定し、○および△を合格とした。
【００２６】
９１％以上：○、８０〜９０％：△、７９％以下：×
４．加工安定性
得られた繊維をポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）／綿＝６５／３５の混紡糸でカバーリングし、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）／綿＝６５／３５、綿番手２０Ｓ／２の経糸に８０本に１本の割合で打ち込んでタテ８０本／ｉｎヨコ５０本／ｉｎの２／１ツイル織物とした。この際の、ポリエステル／綿混紡糸でのカバーリングを行う際の、導電繊維の給糸ガイドおよび糸道での毛羽・糸切れ発生頻度（導電繊維の給糸長１００，０００ｍ当たり）で評価し、○および△を合格とした。
５回以下：○、６〜１０回：△、１１回以上：×
実施例１
導電ポリマーＡは、カーボンブラックを１５重量％、亜リン酸エステル化合物を０．５重量％含有した溶融粘度７８００ｐｏｉｓｅのポリエチレンテレフタレートを用い、図１の如く複合形態を成し、且つ繊維横断面積における導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合比率がＡ：Ｂ＝３０：７０となるようポリエチレンテレフタレートである保護ポリマーＢと複合紡糸した。その後延伸を実施し２７デシテックス３フィラメントの導電性複合繊維を得た。製糸操業性としては、製品収率８８．５％で生産可能なレベルであった。得られた複合繊維の抵抗値は２５．１２×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝８．４であり、これを用いた織物における除電効果は問題なく、カバーリング加工時の毛羽・糸切れ発生回数は９回と生産可能なレベルであった。
【００２７】
実施例２
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを４０重量％、モンタン酸エステル化合物を３．０重量％含有した溶融粘度８１００ｐｏｉｓｅのポリブチレンテレフタレートを用い、繊維横断面積における導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合比率がＡ：Ｂ＝１０：９０となるように変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で複合繊維を得た。製糸操業性としては、製品収率８０．３％で生産可能なレベルであった。得られた複合繊維の抵抗値は０．１６×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝６．２であり、これを用いた織物は優れた除電効果を有し、カバーリング加工時の毛羽・糸切れ発生回数は１０回と生産可能なレベルであった。
【００２８】
実施例３
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを３０重量％、モンタン酸エステル化合物を１．０重量％、亜リン酸エステル化合物を１．０％含有した溶融粘度１１２０ｐｏｉｓｅのナイロン６を用い、繊維横断面積における導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合比率がＡ：Ｂ＝１５：８５となるように変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で複合繊維を得た。製品収率９２％で良好な製糸操業性であった。得られた複合繊維の抵抗値は１．９９×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝７．３であり、これを用いた織物は優れた除電効果を有し、カバーリング加工時の毛羽・糸切れ発生回数は６回と生産可能なレベルであった。
【００２９】
実施例４
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを３０重量％、モンタン酸エステル化合物を１．０重量％、亜リン酸エステル化合物を０．５％含有した溶融粘度５０７０ｐｏｉｓｅのポリブチレンテレフタレートを用い、繊維横断面積における導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合比率がＡ：Ｂ＝１５：８５となるように変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で複合繊維を得た。製品収率９５％で良好な製糸操業性であった。得られた複合繊維の抵抗値は５．０４×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝７．７であり、これを用いた織物は優れた除電効果を有し、カバーリング加工時の毛羽・糸切れ発生回数は３回と加工安定性も良好であった。
【００３０】
実施例５〜７
複合形態が図２〜４となるようにした事以外、実施例４と同様の方法で複合繊維を得た。いずれについても、優れた除電性能を有しており、製糸操業性・加工安定性も問題の無いものであった。
【００３１】
実施例１〜７の結果をまとめて、表１に示す。
【００３２】
比較例１
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを１０重量％、亜リン酸エステル化合物を０．５重量％含有した溶融粘度５８５０ｐｏｉｓｅのポリエチレンテレフタレートを用いたこと以外、実施例１と同様の方法で複合繊維を得た。製糸操業性や加工安定性は問題なかったが、得られた複合繊維の抵抗値は１．２５×１０^１１Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝１１．２となり、これを用いた織物は優れた除電効果を有するものとは言えないものであった。
【００３３】
比較例２
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを３０重量％含有した溶融粘度９７００ｐｏｉｓｅのナイロン６を用いたこと以外、実施例３と同様の方法で複合繊維を得た。得られた繊維は、抵抗値は１．５８×１０^７Ω〜７９．４３×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝７．２〜８．９のレベルでバラツキがあり、製品収率７４．２％と製糸操業性が生産可能なレベルになく、複合繊維断面を観察すると各単繊維間に導電ポリマーＡの流動性不足によると思われる複合ムラがあることが判明した。
【００３４】
比較例３
繊維横断面積における導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合比率がＡ：Ｂ＝５：９５となるように変更したこと以外は、実施例４と同様の方法で複合繊維を得た。製糸操業性および加工安定性には問題なかったが、得られた複合繊維の抵抗値は２．５１×１０^１０Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝１０．４であり、これを用いた織物は優れた除電効果を有しているとは言えないものとなった。
【００３５】
比較例４
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを３０重量％、モンタン酸エステルを５．５重量％、亜リン酸エステルを２．０重量％含有した溶融粘度４１０ｐｏｉｓｅのポリブチレンテレフタレートを用いたこと以外、実施例４と同様の方法で複合繊維を得ようとしたが、導電ポリマーＡの熱劣化によると思われる単糸切れや複合ムラによる糸切れが頻発し、採取した複合糸の抵抗値は、３．９８×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝７．９であり、除電性能は良好であったが、製糸操業性が生産可能なレベルではなかった。。
【００３６】
比較例５
導電ポリマーＡに、カーボンブラックを５０重量％、モンタン酸エステルを３．０重量％、亜リン酸エステルを２．０重量％含有した溶融粘度１０２００ｐｏｉｓｅのナイロン６を用いたこと以外、実施例４と同様の方法で複合繊維を得ようとしたが、導電ポリマーＡの流動性が著しく低く、安定したポリマー吐出が成されず、製品採取することが出来なかった。
【００３７】
比較例６
繊維横断面積における導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの複合比率がＡ：Ｂ＝４０：６０となるように変更したこと以外は、実施例４と同様の方法で複合繊維を得た。得られた複合繊維の抵抗値は０．７９×１０^７Ω、すなわちＬｏｇ（Ω）＝６．９であったが、製品収率５１．８％、カバーリング加工時の毛羽・糸切れ発生回数は１８回となり、製糸操業性および加工安定性は生産可能なレベルではなかった。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、導電性カーボンブラックとエステル系化合物を熱可塑性ポリマーに含有せしめた導電ポリマーと主な繰り返し単位がエチレンテレフタレートであるポリエステルとを複合紡糸し、導電性カーボンブラック含有量、保護ポリマーの繊維表面周長占有率、繊維横断面積占有率、２成分の接合面距離および導電ポリマーの繊維横断面上の等配数を適正なものとすることにより、製糸・加工安定性を有し通常の非導電性繊維に当該複合繊維を０．０１〜１０重量％添加するだけで優れた除電性能を有する布帛が得られる導電性複合繊維を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明導電性複合繊維の糸横断面の一具体例
【図２】本発明導電性複合繊維の糸横断面の一具体例
【図３】本発明導電性複合繊維の糸横断面の一具体例
【図４】本発明導電性複合繊維の糸横断面の一具体例
【符号の説明】
Ａ：導電性ポリマー
Ｂ：保護ポリマー

Claims

導電性カーボンブラックを１５〜４０重量％、エステル系化合物を０．５〜５．０重量％を含有する熱可塑性ポリマーからなり、ズリ速度６０ｓｅｃ^−１下での２８５℃溶融粘度が５００〜９０００ｐｏｉｓｅ以下である導電ポリマーＡと、主な繰り返し単位がエチレンテレフタレートであるポリエステルからなる保護ポリマーＢとが複合されており、導電ポリマーＡの少なくとも一部が繊維表面に露出し、保護ポリマーＢが繊維横断面積の７０〜９０％を形成することを特徴とする導電性複合繊維。
単糸繊度が４．０デシテックス以上であることを特徴とする請求項１記載の導電性複合繊維。