JP2005139269A - 練り込み型帯電防止剤 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の界面活性剤又はカーボン等の導電剤別々の使用では得られなかった、表面電気抵抗値１０^６以上１０^１０Ω／□の樹脂を安定した状態で得られるように両者の特性を生かした樹脂練り込み型帯電防止剤を提供しようとするものである。
【解決手段】二酸化珪素の微粒子と帯電防止剤としての界面活性剤、分散剤としての他の界面活性剤及び導電体の微粒子が配合されてなる、練り込み型帯電防止剤とした。また、上記二酸化珪素の微粒子は、疎水性、親水性、又はこれらの混合物であり、上記二酸化珪素の微粒子の平均粒径は５〜１００ｎｍ（ナノメーター）であり、ここでは集合体を形成している。また、上記導電体は、カーボン粒子、カーボン繊維の微粒子（電子電導体）、カーボンフラーレン、又はカーボンナノチューブの微粉末などである。
【選択図】なし

Description

この発明は、長期にわたり帯電防止機能を持続可能な、主にＩＣ半導体に適する練り込み型の帯電防止剤に関するものである。

合成樹脂成形品に帯電防止効果を付与するための帯電防止剤には、塗布型と樹脂練り込み型がある。この樹脂練り込み用帯電防止剤として界面活性剤（カチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性活性剤）が使用されている。また、樹脂成形品の導電性をより高めるため、カーボン粉末の混入による帯電防止剤も使用されている。

上記界面活性剤（カチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性活性剤）は、成形された樹脂の表面電気抵抗値を１０^１１〜１０^１２Ω／□台にするのが限界で、それ以上の表面抵抗値の降下（１０^９〜１０^１０Ω／□）を得ようとして界面活性剤の量を増しても、樹脂の表面に界面活性剤が不必要に多くブリードするため、べとつき、印刷不良、接着不良、ブロッキング、強度低下、変色等、多くの問題が発生し使用できない。
また、カーボン混入による帯電防止剤は１５〜３０パーセントのグラファイト系カーボン粒子をブレンドして、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、エラストマー及びそのコーポリマー等の樹脂に錬り込み、表面電気抵抗値１０^６Ω／□の樹脂を得ようとしても、電気抵抗値が不安定な値となり、カーボンの均一分散による高抵抗値（１０^９〜１０^１０Ω／□）を得るのは困難であった。そこで、カーボン粒子同士が接触又は接続した状態での表面電気抵抗値のコントロールとしては１０^２〜１０^５Ω／□のように低い抵抗値の範囲でカーボン入り帯電防止剤（この場合導電性帯電防止）が使用されているのが現状である。

しかしながら、人体の一般的な電気抵抗値は１０^６〜１０^７Ω／□といわれており、ＩＣ半導体等の樹脂がこれ以下の電気抵抗値であれば、帯電した人体がこれらの樹脂に接触すると、人体からＩＣ半導体等の樹脂に電気が流れ、ＩＣ半導体が電気により破壊されてしまうおそれがある。また、ＩＣ半導体等の樹脂の電気抵抗値が高いと、他物との摩擦帯電や剥離帯電により、静電気がたまりやすく、これらの静電気の放電等により、ＩＣ半導体等が破壊される恐れがある。そこで、ＩＣ等の半導体関連の樹脂としては、現在１０^６以上１０^９Ω／□台に安全性を置くようになってきており、樹脂練り込みによる帯電防止処理としては、コントロールの最も難しい電気抵抗値の範囲である。

この発明は、図１に示すように、従来の界面活性剤又はカーボン等の導電剤別々の使用では得られなかった、表面電気抵抗値１０^６〜１０^１０Ω／□の樹脂を安定した状態で得られるように両者の特性を生かした樹脂練り込み型帯電防止剤を提供しようとするものである。

そこで、請求項１の発明は、二酸化珪素の微粒子と帯電防止剤としての界面活性剤、分散剤としての他の界面活性剤及び導電体の微粒子が配合されてなる、練り込み型帯電防止剤とした。また、請求項２の発明は、上記請求項１において、二酸化珪素の微粒子が、疎水性、親水性、又はこれらの混合物である、練り込み型帯電防止剤とした。また、請求項３の発明は、上記請求項１又は２の発明において、二酸化珪素の微粒子の平均粒径が５〜１００ｎｍ（ナノメーター）であり、これらの二酸化珪素の多数の微粒子が集合体を形成している、練り込み型帯電防止剤とした。また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、導電体が、1)金属又はその酸化物の導電性粉末（電子電導体）、2)カーボン粒子、カーボン繊維の微粒子（電子電導体）、カーボンフラーレン、又はカーボンナノチューブの微粉末、3)有機キレート化合物（イオン電導体）、4)導電性高分子、から選択された一つ又は複数からなる、練り込み型帯電防止剤とした。

請求項１乃至４の発明によれば、従来、練り込み型の帯電防止剤において、界面活性剤やカーボン粒子の混入では得られなかった、ＩＣ半導体等に使用する樹脂に最適な表面電気抵抗値１０^６〜１０^１０Ω／□の範囲の樹脂が容易に、安定して得られる。しかも従来練り込みの難しいＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、エラストマー及びそのコーポリマー等の樹脂に対しても、この発明の帯電防止剤は練り込むことができる。

カーボングラファイト等の導電体の導電性を活用し、帯電防止効果（電気抵抗値の値）をコントロールするため、二酸化珪素の微粒子が多数集まったぶどう状集合体（ユニット）にカーボングラファイト等の導電体を集合、把持させ、このユニットを帯電防止効果のある界面活性剤と、分散剤としての他の界面活性剤で樹脂中に均一に混ぜることにより得られる帯電防止剤とした。

この発明は、二酸化珪素の微粒子と帯電防止剤としての界面活性剤、分散剤としての他の界面活性剤及び導電体の微粒子が配合されてなる、練り込み型帯電防止剤であり、上記二酸化珪素の微粒子は、疎水性、親水性、又はこれらの混合物である。また、上記二酸化珪素の微粒子の平均粒径は５〜１００ｎｍであり、その集合体（ユニット）はぶどうの房状に形成されている。また、上記導電体は、1)金属又はその酸化物の導電性粉末（電子電導体）、2)カーボン粒子、カーボン繊維の微粒子（電子電導体）、カーボンフラーレン、又はカーボンナノチューブの微粉末、3)有機キレート化合物（イオン電導体）、4)導電性高分子、から選択された一つ又は複数からなるものである。

上記帯電防止効果を有する界面活性剤としては、第４級アンモニウム、ソルビタン・ラウリン酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、グリセロール・ボレート・アルキレート、ポリグリセリンエステル、アルキルトリメチルアンモニウムブロマイド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、ポリオキシエチレンドデシルアミン、ベタイン系両性界面活性剤等が挙げられる。また、上記分散剤としての界面活性剤には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。

次に、上記物質の配合比について説明すると、上記導電体は０．１〜３０％、上記帯電防止効果を有する界面活性剤は１０〜５０％、分散剤としての界面活性剤は５〜４０％また、二酸化珪素の集合体は３〜２０％の割合で混合する。
これらの物質の混合は、導電体、帯電防止効果を有する界面活性剤、分散剤としての界面活性剤、二酸化珪素の微粒子の集合体の順で混ぜ合わせて、混合物を作り、約６０°Ｃで加温しつつ練る。そして温かいうちに缶に入れる。これにより、粘度のあるペースト状で仕上がる。そして、合成樹脂材料に対して３％になるように、上記ペースト状物を計り、ブレンダーで樹脂材料の表面に付着、固定する。この混合物を押し出し機で加熱、熔融してペレットに成型し、コンパウンドにする。その後、シート、フィルム、各成型物の成型機で加工し、表面抵抗値１０^９〜１０^１０Ω／□台の帯電防止成型品を得る。

また、上記導電体としてカーボン微粉末を用いる場合において、カーボンユニットを形成するために、二酸化珪素の微粒子の枝状集合体にカーボンを吸着させる場合、二酸化珪素の表面に疎水基をつけた疎水性二酸化珪素の微粒子を使用することにより樹脂中への分散も含め、効果的に働く。
疎水性二酸化珪素は個々には７〜１００ｎｍの粒径であるが、それぞれが多数個、ぶどうの房状に集合体を成している。この疎水性二酸化珪素（ＳｉＯ_２）とカーボン微粒子と界面活性剤を混合し、よく練成してチクソトロピー状態に仕上げる。これにより、上述のように、この混合物は粘度を有するペースト状物となる。

配合例１ 樹脂の表面又は体積抵抗値を１０^９〜１０^１０Ωとする場合
導電体（グラファイトカーボン微粉末） ２０部
界面活性剤（ジステアリルジメチルアンモニウムクロリド） ４５部
分散剤（ポリエチレングリコール） ２５部
疎水性二酸化珪素微粉末 １０部
この実施例１の場合、この帯電防止剤の樹脂材料に対する混合割合は、約４％以下である。

配合例２ 樹脂の表面又は体積抵抗値を１０^６〜１０^９Ωとする場合
導電体（グラファイトカーボン微粉末） ３０部
界面活性剤（ジステアリルジメチルアンモニウムクロリド） ３５部
分散剤（ポリエチレングリコール） １５部
疎水性二酸化珪素微粉末 １５部
アルコール類（低級アルコール） ５部
この実施例２の場合、マスターバッチ、又はコンパウンド化する時、アルコール類をベント式押出機で分離してからペレットにする。また、この実施例２の場合、この帯電防止剤の樹脂材料に対する混合割合は、約８％以下である。

図２はこの発明の帯電防止剤の樹脂材料にたいする含有量の変化と成型された樹脂の表面抵抗値との関係を示すグラフである。これによると、この発明の帯電防止剤によれば、従来、練り込み型では得られなかった、表面抵抗値１０^６〜１０^１０Ω／□（２３°Ｃで３５％ＲＨの相対湿度にて）の範囲の樹脂が容易に、安定して得られる。

また、従来のカーボン練り込みの帯電防止剤の場合は、カーボンを樹脂に対して１５〜３０％位まで混入すると、帯電防止効果はあるものの、出来上がった樹脂が繰り返して折り曲げるような形であると、割れてしまう恐れがあり、加工そのものも難しい。しかしながら、この発明の帯電防止剤は、カーボンの混入が樹脂に対して３％前後であるため、このように帯電防止効果があり、その上、繰り返し折り曲げてもなかなか割れない。

従来使用されている練り込み型の、界面活性剤による帯電防止剤とカーボン混入帯電防止剤による樹脂の表面電気抵抗値とこの発明の帯電防止剤による樹脂の表面抵抗値の分布を示す表である。 この発明の帯電防止剤の樹脂材料にたいする含有量の変化と成型された樹脂の表面抵抗値との関係を示すグラフ図である。

Claims (4)

1. 二酸化珪素の微粒子と、帯電防止剤としての界面活性剤、分散剤としての界面活性剤及び導電体の微粒子が配合されてなることを特徴とする、練り込み型帯電防止剤。
2. 二酸化珪素の微粒子が、疎水性、親水性、又はこれらの混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の練り込み型帯電防止剤。
3. 二酸化珪素の微粒子の平均粒径が５〜１００ｎｍであり、これらの二酸化珪素の多数の微粒子が集合体を形成していることを特徴とする、上記請求項１又は２に記載の練り込み型帯電防止剤。
4. 導電体が、
   １） 金属又はその酸化物の導電性粉末、
   ２） カーボン粒子、カーボン繊維の微粒子、カーボンフラーレン、又はカーボンナノチューブの微粉末、
   ３） 有機キレート化合物、
   ４） 導電性高分子
   から選択された一つ又は複数からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の練り込み型帯電防止剤。
   

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