JP2005256215A

JP2005256215A - 導電性繊維

Info

Publication number: JP2005256215A
Application number: JP2004068746A
Authority: JP
Inventors: Keiji Nagamune; 恵示長棟; Yoshiki Shirakawa; 良喜白川; Hiroyuki Aisaka; 浩幸逢坂
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】初期の導電性能に優れ、しかも洗濯処理後においてもその性能を高レベルで維持する導電性繊維を提供すること。
【解決手段】繊維横断面形状に、深さ（Ｈ）と開口巾（Ｗ）の比である開口深度（Ｈ／Ｗ）が０．３以上の凹部を２〜４個有する繊維表面に、導電性物質を含有する導電層を被覆する。
【選択図】図２

Description

本発明は、初期導電性能に優れていると共に、その洗濯耐久性も良好な導電性繊維に関するものである。

ポリエチレン、ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂は、繊維製品として多くの用途に使用されているが、制電性に乏しいため帯電しやすいという欠点があり、そのため、導電性を付与するための多くの研究がなされてきた。例えば導電性物質の粉末を熱可塑性樹脂中に分散させて芯成分とし、繊維形成性ポリマーを鞘成分とした芯鞘型複合繊維が提案されている。確かにこの繊維は、繊維横断面の芯部間では良好な導電性は示すものの、鞘成分は導電性に劣るポリマーで形成されているため、表面の電気抵抗値が高く、実質導電性不良となる問題がある。したがって、このように芯部に導電性物質を含有する芯鞘型複合繊維を使用した布帛には、静電気による不快感（着用衣服の身体へのまつわりつき、脱衣時の放電音、空気中のほこり付着等）が依然として残っていた。

このような問題点を解決するため、特許文献１には、導電性物質を芯成分に含有する芯鞘型複合繊維を高電圧電極間で放電加工する方法が提案されている。確かにこの方法によれば、表面の電気抵抗値が低下して良好な導電性を示すものが得られるが、最近の高性能を要求される導電性繊維としては品質の安定性（導電性能のバラツキ）に問題がある。

この問題を改善するため、特許文献２には、導電性物質を含有する芯成分の断面形状が２以上の鋭突部を有する芯鞘型複合繊維を放電加工する方法が提案されている。確かにこの方法によれば、導電性能のバラツキを小さくできるものの、まだ高性能を要求される分野では品質の安定性の面で不十分である。

一方、特許文献３などには、繊維表面に導電性物質含有する導電層を形成する方法が提案されているが、洗濯時の擦過により該導電層が脱落しやすいため、繰返し使用していく上での耐久性に問題がある。

特開昭６２−５３４１６号公報特開昭６３−２１９６２４号公報特公昭４６−２３７９９号公報

本発明は、上記背景技術を鑑みなされたもので、その目的は、初期の導電性能に優れ、しかも洗濯処理後においてもその性能を高レベルで維持する導電性繊維を提供することにある。

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特定の断面形状を有する繊維表面に導電性物質を含有する導電層を形成すれば、初期導電性能に優れると共に洗濯による導電性能の劣化が抑制された導電性繊維が得られることを見出し、本発明に到達した。

かくして本発明によれば、「繊維横断面形状に、深さ（Ｈ）と開口巾（Ｗ）の比である開口深度（Ｈ／Ｗ）が０．３以上の凹部を２〜４個有する繊維表面に、導電性物質を含有する導電層が被覆された導電性繊維。」が提供される。

本発明の導電性繊維は、特定の断面形状を有する繊維表面に導電層が被覆されているので、洗濯処理等によっても導電層の脱落が起こり難く、優れた洗濯耐久性を有している。

本発明で導電層が被覆される繊維としては、後述する繊維横断面形状の要件を満足していればその材料は特に限定する必要はなく、ナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド、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、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、その他ポリオレフィン系、アクリル系等の任意の重合体からなる繊維を使用することができる。なかでも、全繰返し単位の８５モル％以上、好ましくは９５モル％以上がエチレンテレフタレートからなるポリエステルは、その機械的特性、寸法安定性などの点から特に好ましい。

かかるポリエステルの固有粘度（オルソクロロフェノールを溶媒として使用し３５℃で測定）は、通常衣料用布帛素材として使用されるポリエステルと同程度であればよく、具体的には０．５〜０．９の範囲であればよい。

本発明においては、上記ポリマーからなる、導電層が被覆される繊維の横断面形状を規定することが肝要で、深さ（Ｈ）と開口巾（Ｗ）の比である開口深度（Ｈ／Ｗ）が０．３以上の凹部を２〜４個有する必要がある。該開口深度が０．３以上の凹部の数が２個未満の場合には導電層の導電層の繊維表面への密着性が低下し、十分な洗濯耐久性を有する導電性繊維を得ることができなくなる。一方４個を越える場合には、導電層の被覆工程や得られた導電性繊維を使用して布帛等に成形する工程において、導電層に亀裂などの損傷が発生しやすくなるので好ましくない。

このような断面形状を有する繊維の製造方法は特に限定する必要はなく、従来公知の方法で製造したものでよいが、ポリエステル繊維の場合には、例えば特開２００３−１６６１１９号公報に記載された方法により先ず十字断面形状異型断面に紡糸し、次いで得られた未延伸糸に延伸同時仮撚加工を施すことにより得られる仮撚加工糸が好ましい。

本発明の導電性繊維は、上記の断面形状を有する繊維表面に導電性物質を含有する導電層が被覆されている必要がある。ここで、導電性物質は特に限定する必要はないが、カーボンブラック、銀、アルミ、銅などの金属微粉末、ヨウ化銅、硫酸銅、酸化インジウム、酸化錫などの導電性金属化合物微粉末、酸化チタン微粉末に酸化錫層を被覆した導電性微粉末などを挙げることができ、必要に応じて導電性を改善する目的で他成分をドーピングしたものであってもよい。なかでもカーボンブラック、特に導電性グレードのカーボンブラックが好ましい。

導電性物質の大きさは、繊維表面に塗装等によって導電層を形成する際の作業性を損なわない範囲であれば特に制限する必要はなく、通常は平均粒径が１０μｍ程度以下、好ましくは５μｍ以下、特に好ましくは１μｍ以下であればよい。

かかる導電性物質を含有する導電層は、繊維表面に付着させるために樹脂成分を併用する。好ましく用いられる樹脂成分としては、その作業性および作業環境の点から水分散性の樹脂成分があげられ、具体的にはウレタン樹脂の水分散体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水分散体、アクリル樹脂の水分散体などを例示することができる。これらは、洗濯耐久性をさらに向上させる目的で架橋剤を併用してもよい。

導電性物質の導電層中の濃度は、目的とする導電性能に応じて適宜設定すればよいが、通常繊維表面の導電抵抗値が１０^７Ω／ｃｍ以下となる濃度が好ましい。

本発明の導電層を被覆した導電性繊維は、さらに、深さ（ｈ）と開口巾（ｗ）の比である開口深度（ｈ／ｗ）が０．２以上の凹部を１個以上有する断面形状を有していることが好ましい。このような断面形状の導電性繊維は、その凹部に導電層が保持されているので擦過などの外部からの力による剥離が抑制される。すなわち、導電層被覆工程で凹部への導電層の溜まりが発現し、厚みがその他の場所よりも厚くなる傾向があり、凹部が導電層で完全に埋まった場合には外部からの引っかかりなどで剥離しやすく、また割れなどが生じやすい。したがって、導電性能を確保しながら柔軟性をも確保するために、糸長さ方向にこのような開口深度（ｈ／ｗ）の凹部が少なくとも１つ存在する断面形状を有している必要がある。

導電層は、繊維表面を完全に覆っていればその厚さは均一であっても不均一であってもよいが、完全に被覆していない場合には導電層の剥離が起こりやすくなるので好ましくない。なお、導電層の厚さも目的とする導電性能に応じて適宜設定すればよいが、通常繊維表面の導電抵抗値が１０^７Ω／ｃｍ以下となる厚さが好ましい。

本発明においては、繊維表面に導電層を被覆するに先立って、接着剤を付与することが好ましく、例えばポリエステル繊維を例に挙げると、エポキシ化合物を含有する接着剤、好ましくはさらにブロックドイソシアネート化合物を含有する接着剤を付与した後に上述の導電層を形成することが好ましい。

好ましく使用されるエポキシ化合物は、１分子中に少なくとも２個以上のエポキシ基を該化合物１００ｇ当たり０．２ｇ当量以上含有するものである。例えば、エチレングリコール、グリセロール、ソルビトール、ペンタエリスリトール、ポリエチレングリコール等の多価アルコール類とエピクロルヒドリンの如きハロゲン含有エポキシ類との反応生成物、レゾルシン・ビス（４−ヒドロキシフェニル）ジメチルメタン、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、レゾルシン・ホルムアルデヒド樹脂等の多価フェノール類と前記ハロゲン含有エポキシ類との反応生成物、過酢酸または過酸化水素等で不飽和化合物を酸化して得られるポリエポキシド化合物などを挙げることができる。特に多価アルコールとエピクロルヒドリンとの反応生成物、すなわち多価アルコールのポリグリシジルエーテル化合物が優れた性能を発現するので好ましい。

一方ブロックドイソシアネート化合物とは、イソシアネート化合物とブロック化剤との付加物であり、加熱によりブロック成分が遊離して活性なイソシアネート化合物を生ぜしめるものである。イソシアネート化合物としては、例えばトリレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート等のイソシアネート、あるいはこれらポリイソシアネートと活性水素原子を２個以上有する化合物、例えばトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ポリアルキレングリコール等とをイソシアネート基（−ＮＣＯ）とヒドロキシル基（−ＯＨ）の比が１を越えるモル比で反応させて得られる末端イソシアネート基含有の多価アルコールアダクトポリイソシアネートなどがあげられる。特にトリレジンイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートの如き芳香族ポリイソシアネートが優れた性能を発現するので好ましい。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例における各項目は次の方法で測定した。
（１）開口深度
試料繊維を繊維軸方向に１０ｍ毎に１０箇所サンプリングし、おのおの断面顕微鏡写真を撮影した。撮影された全繊維断面について、導電層の内側の凹部の深さＨ（図２）と開口幅Ｗ（図２）を測定し、Ｈ／Ｗを計算し開口深度（Ｈ／Ｗ）とした。また導電層の外側の凹部の深さｈと開口幅ｗを同様に測定し、ｈ／ｗを計算し導電性繊維の開口深度（ｈ／ｗ）とした。
（２）繊維端面間電気抵抗値（Ω／ｃｍ）
繊維軸方向の長さが２．０ｃｍとなるよう両端を横断面方向にカットした試料繊維の両断面にＡｇドウタイト（銀粒子含有の導電性樹脂塗料、藤倉工業製）を付着させ、電気絶縁性ポリエチレンテレフタレートフィルム上で、温度２０℃相対湿度３０％の条件のもとに１ｋＶの直流電圧を該Ａｇドウタイト付着面を使って印加して両断面間に流れる電流値を求め、オームの法則により電気抵抗値（Ω／ｃｍ）を算出した。
（３）表面電気抵抗値（Ω／ｃｍ）
繊維軸方向の長さ約２．０ｃｍにカットされた繊維の両端付近の表面（繊維側面）に前記のＡｇドウタイトを付着させたものを試料として、該試料を電気絶縁性ポリエチレンテレフタレートフィルム上で、温度２０℃相対湿度３０％の条件のもとに１ｋＶの直流電圧を該Ａｇドウタイト間に印加してＡｇドウタイト間に流れる電流値を求め、かつ、Ａｇドウタイト間の距離を測定して、オームの法則により表面電気抵抗値Ω／ｃｍを算出した。
（４）洗濯耐久性：
導電性繊維試料を市販の布帛に約２０ｃｍずつ１０本縫い込み、市販の洗濯機にて５０回および１００回洗濯処理した後に取り出して、導電抵抗値を上記の（２）および（３）の方法でそれぞれ５本ずつ測定し、その平均値を洗濯処理後の導電抵抗値とした。

［実施例１］
固有粘度が０．６４のポリエチレンテレフタレートポリマーを２９０℃で溶融し、図３に示す幅０．１０ｍｍ（図３のＥ）、長さ０．７０ｍｍ（図３のＦ）、頂点の小円部（図３のＲ_１）直径０．１４ｍｍのスリットを４個および直径０．３０ｍｍの中心開口円部（図３のＲ_２）を２４個穿設した吐出孔を有する紡糸口金から吐出し、冷却固化、油剤付与後、速度３０００ｍ／分で捲き取り、繊維断面に凹部を４個有する１３５ｄｔｅｘ／２４フィラメントの未延伸ポリエステルマルチフィラメントを得た。得られた未延伸ポリエステルマルチフィラメントの開口深度はいずれも０．４であった。

この未延伸ポリエステルマルチフィラメントを、ウレタンゴムフリクションディスクを三軸に配置した仮撚ユニットを装備している延伸仮撚機に通し、延伸倍率１．６５、第１ヒータ温度１７０℃、延伸仮撚速度６００ｍ／分、仮撚係数（仮撚数（回／ｍ）×繊度^１／２（デニール））約３００００の条件で延伸同時仮撚加工し、８４．０ｄｔｅｘ／２４フィラメントのポリエステル仮撚加工糸をえた。このポリエステル繊維の横断面形状には、開口深度（Ｈ／Ｗ）が０．３以上の凹部が２個存在していた。

得られたポリエステル繊維に、先ずエポキシ化合物（グリセリンジグリシジルエーテル：ナガセ化成株式会社製、デナコールＥＸ−３１３）１７．５ｇに界面活性剤（ジオクチルスルフォサクシネートナトリウム塩：第一工業製薬株式会社製、ネオコールＳＷ−３０）１４．５ｇを添加して溶解させ、次いでブロックドイソシアネート化合物（ε−カプロラクタムブロックドイソシアネートの２５重量％水乳化物：明成化学工業株式会社製、Ｓ−３）８．６ｇを加えてさらに撹拌し、ついで水４０６ｇに高速にかき混ぜながらゆっくり加えて分散させて得た前処理剤（第１浴）を塗布した後、温度２００℃の接触式ヒーターを用いて約１．５秒間の熱処理を施した。

ついで、導電性カーボンブラックを分散させたニトリルゴム水分散液からなる導電剤（第２浴：水２７８．０ｇにニッポールＬＸ−１５６２（アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴムラテックス４１％水乳化物、日本ゼオン株式会社製）４００．７ｇをゆっくり撹拌、混合する。この混合液に、導電性カーボンブラック粉末（ライオン株式会社製、カーボンＥＣＰ６００ＪＤ）をゆっくり撹拌しながら混合した水分散液（２０％濃度）３０ｇおよびヒンダードフェノール系酸化防止剤（イルガノックス１０１０、チバガイギー株式会社製）の２５％水分散液８ｇを添加する）を塗布した後、温度１５０℃の熱風で１秒間乾燥処理し、続いて温度２００℃で２秒間の加熱処理を施し、冷却後オイリングして巻き取った。なお、カーボンブラック濃度は、得られる導電性繊維の初期性能（繊維表面の電気抵抗）が１０^７Ω／ｃｍ以下となるように調整した。また、これらの塗布量は処理前後の重量比より約１％であった。結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において、導電層を被覆するポリエステル繊維の断面形状を丸断面とする以外は実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。

この表から明らかなように、いずれの繊維も初期の導電性能は良好であるが、繊維横断面形状が丸断面である比較例の導電性繊維は、洗濯１００回後で導電性能が著しく悪化しているのに対して、本発明の導電性繊維は良好な導電性能を有している。この繊維表面を拡大観察すると、比較例では導電層が剥離して繊維表面の全周に亘って白くなっている部分が確認されたのに対して、実施例ではわずかに剥離が確認されたものの、繊維全周に亘って剥離した部分は認められなかった。

本発明の導電性繊維は、優れた導電性能を有していると共に、その洗濯耐久性が極めて良好なので、その特性を生かして白衣や防塵衣などの繰返し洗濯が施される用途分野に好適に使用することができる。

本発明の導電性繊維の横断面形状を示す一概略図である。本発明の表面に導電層が被覆される繊維の横断面形状を示す一概略図である。実施例で用いたポリエステル繊維を溶融紡糸する際に用いた紡糸口金の吐出孔形状を示す模式図である。

Claims

繊維横断面形状に、深さ（Ｈ）と開口巾（Ｗ）の比である開口深度（Ｈ／Ｗ）が０．３以上の凹部を２〜４個有する繊維表面に、導電性物質を含有する導電層が被覆された導電性繊維。
導電性繊維の横断面形状が、深さ（ｈ）と開口巾（ｗ）の比である開口深度（ｈ／ｗ）が０．２以上の凹部を１個以上有する形状である請求項１に記載の導電性繊維。
繊維がポリエステル繊維である請求項１または２記載の導電性繊維。
ポリエステル繊維が仮撚加工糸である請求項３記載の導電性繊維。
導電層がエポキシ系接着層を介して繊維表面に被覆されている請求項３または４に記載の導電性繊維。