JP2006348439A

JP2006348439A - 導電性アクリル系繊維

Info

Publication number: JP2006348439A
Application number: JP2005179022A
Authority: JP
Inventors: Satoru Harada; 悟原田; Seiichi Sakurai; 誠一桜井; Masaaki Kobayashi; 正明小林
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】優れた導電性と優れた難燃性とを兼ね備えた導電性繊維を、安価に提供する。
【解決手段】ハロゲン含有ビニル系単量体３０〜７０重量％を共重合してなるアクリロニトリル系共重合体に、該共重合体に対して５〜５０重量％の導電性微粒子を含有してなることを特徴とすることで、優れた導電性と優れた難燃性とを兼ね備えた導電性繊維を安価に提供することができ、前記導電性微粒子をカーボンブラックとすることで、アクリル系繊維の導電性が特に優れたものとなる。また、安価で大量入手が可能なカーボンブラックを用いることで、原料コストを低減することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、衣料、インテリア製品及び産業資材に用いることのできる難燃性に優れた導電性繊維及びその製造法に関する。

合成繊維は、衣料、インテリア製品及び産業資材等、幅広い分野で用いられている。

合成繊維は一般的に疎水性であるため、摩擦によって静電気が発生しやすく、衣料として用いた場合には、衣料に静電気力で塵埃が付着して汚れたり、衣料の脱着時に放電し不快感を与えるなどの問題がある。また、合成繊維をカーペットなどの床材として用いた場合には、床材と履物底との摩擦により発生した静電気が人体に帯電し、ドアのノブなどに触れたときに帯電した静電気が放電することで電撃ショックを受けるといった問題もある。さらに、工場においては、静電気の放電による火花が引き金となり、工場施設の爆発、火災が発生するなどの事故が起こる危険がある。また、例えばＬＳＩの製造、製薬、或いはバイオテクノロジー等の精密工業の分野においては、人体或いは衣服から発生する静電気や微小塵埃の影響を避けるための静電気対策が必要不可欠である。

合成繊維に導電性を付与する技術としては、繊維自体に導電性成分を含有させる手法と、後加工により導電性成分を添加する手法とに大別され、前者の手法としては、導電性成分ブレンド、導電性成分複合紡糸などが挙げられ、後者の手法としては、金属メッキ、導電性樹脂被覆、導電性樹脂含浸などが挙げられる。

これらの中で、複合紡糸することにより導電成分、特に導電性微粒子成分を含有させる技術が主流となっている（例えば、特許文献１、および特許文献２参照。）。しかしながら、このような手法においては、芯部に導電性微粒子を含む成分、鞘部に導電性微粒子を含まない成分を用いて芯鞘複合紡糸するため、高価な紡糸ノズルが必要であり、かつ、高濃度の導電性微粒子を含む樹脂を芯部に供給するため、ノズル内での詰まりトラブル等が発生するなど紡糸性が不安定であり、しかも複雑で微細加工された複合紡糸ノズルはホール数を増やすことが難しく、導電性繊維の製造コストが高くなるのが実状である。

また、導電性繊維の基質となるポリマーとしては、アクリル、ポリアミド、ポリエステルなどが、各々の用途で用いられている。しかし、これら導電性繊維には難燃性や自己消火性が付与されたものがなく、難燃性と導電性とを兼ね備えた繊維が要求されている。

例えば特許文献１においては、難燃性を付与するために、アクリロニトリルと共重合させる第２モノマーとして、塩化ビニリデン、塩化ビニル、臭化ビニル等のハロゲン含有ビニル系単量体を用いてもよい点が示唆されているが、これらは数多く列挙された第２モノマーの一部に過ぎず、また、このような第２モノマー、とりわけハロゲン含有ビニル系単量体を用いた場合の具体的な実施例は何ら示されておらず、その効果に関する記載はない。

また、硫化銅含有のセルロース系導電性繊維が難燃性、自己消火性を示すことが報告されている（非特許文献１）。しかし、セルロースは吸湿性が高いため、高湿度下においては電気抵抗が著しく低下する傾向があり、また、硫化銅含有のセルロース系導電性繊維は金属繊維並みの導体であるため、使用用途が限定される等の問題がある。

さらに、導電性ポリアミドポリマーと難燃性を付与させるリン化合物を含むポリエステルポリマーとの複合繊維の提案がなされている（特許文献３）。しかし、複合紡糸においては上記した問題点があり、かつ、この手法では大量の難燃剤を付与するため、製造コストが高くなってしまう問題がある。

特開平６−８１２１７号公報特開平８−３３７９２５号公報特開２００１−４９５３４号公報繊維機械学会誌，１９９１年，ＶＯＬ．４４，ＮＯ．２

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、優れた導電性と優れた難燃性を兼ね備えた導電性繊維を、安価に提供することにある。

本発明の導電性アクリル系繊維は、ハロゲン含有ビニル系単量体３０〜７０重量％を共重合してなるアクリロニトリル系共重合体に、該共重合体に対して５〜５０重量％の導電性微粒子を含有してなることを特徴とすることで、上記課題を解決するものである。

また、前記導電性微粒子がカーボンブラックであることが好ましい。

本発明の導電性アクリル系繊維は、ハロゲン含有ビニル系単量体３０〜７０重量％を共重合してなるアクリロニトリル系共重合体に、該共重合体に対して５〜５０重量％の導電性微粒子を含有してなることを特徴とすることで、優れた導電性と優れた難燃性とを兼ね備えた導電性繊維を、安価に提供することができる。さらに、前記導電性微粒子をカーボンブラックとすることで、アクリル系繊維の導電性が特に優れたものとなる。また、安価で大量入手が可能なカーボンブラックを用いることで、原料コストを低減することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の導電性アクリル系繊維は、アクリロニトリル系共重合体に、導電性微粒子を含有してなることを特徴とする。

前記アクリロニトリル系共重合体は、アクリロニトリルを主成分とする重合体からなり、アクリロニトリル３０〜７０重量％に、ハロゲン含有ビニル系単量体３０〜７０重量％を共重合してなることが好ましい。前記ハロゲン含有ビニル系単量体を共重合させることで、得られる導電性アクリル系繊維の難燃性が向上する。前記ハロゲン含有ビニル系単量体としては、例えば塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

前記アクリロニトリル系共重合体は、アクリロニトリル３０〜７０重量％に、ハロゲン含有ビニル系単量体３０〜７０重量％と、スルホン酸基含有ビニル系単量体０．１〜１０重量％を共重合してなることがより好ましい。前記スルホン酸基含有ビニル系単量体を共重合させることで、紡糸安定性が向上する。前記スルホン酸基含有ビニル系単量体としては、例えばメタリルスルホン酸ソーダ、スチレンスルホン酸ソーダ等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

前記アクリロニトリル系共重合体におけるアクリロニトリルの割合が３０重量％未満の場合や、ハロゲン含有ビニル系単量体の割合が７０重量％を超える場合には、耐熱性が充分ではなくなる。一方、アクリロニトリルの割合が７０重量％を超える場合や、ハロゲン含有ビニル系単量体の割合が３０重量％未満の場合には、難燃性が充分ではなくなる傾向がある。

前記アクリロニトリル系共重合体を得る方法としては、通常のビニル重合法、たとえば懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法などのいずれの方法により行ってもよく、特に制限はない。

前記アクリロニトリル系共重合体を溶解させ、紡糸原液を作成するための有機溶剤としては、アセトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。

本発明において使用される導電性微粒子は、アクリロニトリル系共重合体の導電性を高め、均一に分散混合されるものであれば特に制限はない。これらの例としては、カーボンブラック、各種金属粉、導電性金属酸化物および非導電性微粒子に金属酸化物を被覆させた粒子等が挙げられる。アクリロニトリル系共重合体に均一に分散混合させるためには、導電性微粒子の平均粒径が１μｍ以下であることが好ましく、また、高い導電性を有し、安価で大量入手可能なファーネス、チャンネル、サーマル、アセチレンブラックに代表されるカーボンブラックがより好ましい。

本発明の導電性アクリル系繊維における導電性微粒子の含有量は、アクリロニトリル系共重合体に対して５〜５０重量％とする。導電性微粒子の割合が、５重量％未満だと導電性を向上させる効果が小さく、５０重量％を超えると紡糸安定性や延伸性が低下する。好ましくは、導電性微粒子を、１０〜３５重量％含有させることにより、得られる導電性アクリル系繊維の導電性や紡糸安定性等が特に良好なものとなる。

導電性微粒子を、アクリロニトリル系共重合体中に均一に分散させるためには、以下のような手法によることが好ましい。すなわち、先ずアクリロニトリル系共重合体を有機溶剤に溶解させた紡糸原液を作成する。また、これとは別に、有機溶剤に導電性微粒子を分散、混合し、さらに前記の紡糸原液を所定量混合、攪拌することにより導電性微粒子分散液を作成する。そして、前記紡糸原液と前記導電性微粒子分散液とを混合攪拌して混合紡糸原液を作成する。

前記導電性微粒子分散液における導電性微粒子の割合は、好ましくは５〜３０重量％、さらに好ましくは１０〜２０重量％である。導電性微粒子分散液中の導電性微粒子の割合が３０重量％を超えると均一な分散性が得られず、また５重量％未満となると分散液が希薄となり、紡糸安定性が低下するため好ましくない。

導電性微粒子の分散は公知の方法で実施することができ、その際に用いる装置としては、例えばビーズミル、高速インペラー分散機やホモジナイザー等が挙げられる。また、分散性を向上させるために、さらに界面活性剤などを添加してもよい。

また、前記混合紡糸原液中の固形分濃度としては、好ましくは２０〜３５重量％、さらに好ましくは２５〜３０重量％である。混合紡糸原液中の固形分濃度が２０重量％未満の場合には紡糸安定性が低下し、一方、固形分濃度が３５重量％を超えると十分な均一分散性が得られないため、導電性の向上効果が低下し好ましくない。

本発明の導電性アクリル系繊維は、公知の製造法、例えば湿式紡糸、乾式紡糸により得ることができる。紡糸にあたっては、凝固液として紡糸原液または混合紡糸原液に用いたものと同じ有機溶剤の水溶液を通常使用するが、有機溶媒の混合系でも差し支えない。凝固液の種類によっても異なるが、浴濃度は一般に１５〜６５重量％であり、また、浴温度は１０〜３０℃である。また、総延伸倍率は２〜６倍、好ましくは３〜４倍であり延伸切れや導電成分の破断を生じないように設定する必要がある。総延伸倍率が２倍未満では、繊維内部のポリマーの結晶や分子鎖が乱れた状態となるため実用性が低く、一方、総延伸倍率が６倍を越えると繊維切断を起こしやすくなり、かつ導電性の低下を起こす。さらに、オイリング、乾燥、緩和熱処理、巻取りの工程を経て製造される。

本発明の導電性アクリル系繊維の単糸繊度は特に制限はないが、一般的には１．１〜２２ｄｔｅｘである。また、全体の総繊度についても特に制限はない。さらに、本発明の導電性アクリル系繊維は、短繊維としてもよいし、長繊維（マルチフィラメント)としてよもい。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。尚、実施例及び比較例における導電性繊維の導電性及び難燃性は、以下の方法で評価した。

（導電性（比抵抗）の測定法）
得られた繊維を４０００ｄｔｅｘとなるように合糸して試料とし、これを正確に１０ｃｍの間隔で両端を導電性接着剤（ドータイト；藤倉化成株式会社製）により金属端子に固定した。２０℃、６０％ＲＨにおいて、絶縁抵抗計（横河電機株式会社製ＭＹ４０）にて金属端子間に２５０Ｖの直流電圧を印加し、電気抵抗値Ｒ（Ω）を測定し、次式より繊維の比抵抗σ（Ωｃｍ）を算出した。

σ＝Ｒ×ｄ／（１，０００，０００×Ｌ×ρ）
ここで、σ：比抵抗（Ωｃｍ）
Ｒ：絶縁抵抗計での測定抵抗値（Ω）
ｄ：測定繊度（ｄｔｅｘ）
Ｌ：測定繊維長（ｃｍ）
ρ：繊維密度（ｇ／ｃｍ³）

（難燃性の測定法）
繊維長約６ｃｍで０．２５ｇの試料に撚りをかけてコヨリを作成し、これを測定用試料とした。この試料を酸素指数試験器のホルダーに直立させ、この試料が５ｃｍ燃え続けるのに必要な最小酸素濃度を測定し、これをＬＯＩ値とした。
ＬＯＩ値が大きい程燃えにくく、難燃性が高い。

（実施例１〜３および比較例１）
アクリロニトリル５０重量％、塩化ビニル４９重量％、スチレンスルホン酸ソーダ１重量％からなるアクリロニトリル系共重合体をアセトンに溶解し、３０重量％の紡糸原液（Ａ）を作成した。また、アセトン１００重量部にカーボンブラック微粒子（カーボンブラック＃３０；三菱化学株式会社製）２７．５重量部を分散、混合し、さらに紡糸原液（Ａ）１００重量部を混合、撹拌してカーボンブラック分散液（Ｂ）を作成した。

次に、前記紡糸原液（Ａ）と分散液（Ｂ）との混合比率を種々変更して、孔径０．１２ｍｍ丸断面ノズルを用い、ノズルドラフトが１．６となる条件で、アセトン濃度２０％で２０℃のアセトン水溶液中に紡出し、得られた繊維を水洗浴７５℃で脱溶剤した後、３．７５倍延伸し、次いで１３０℃で乾熱乾燥し、更に１５０℃の乾熱で弛緩熱処理を行った。こうしてカーボンブラック含有量の異なるアクリル系繊維を得た。得られた繊維の単糸繊度は、１０ｄｔｅｘであった。また、繊維の断面形状は略繭型であった。

得られたアクリル系繊維のカーボンブラック含有量、導電性及び難燃性の評価結果を表１に示した。

（実施例４，５）
アクリロニトリル５０重量％、塩化ビニル３４重量％、塩化ビニリデン１５重量％、スチレンスルホン酸ソーダ１．０重量％からなるアクリロニトリル系共重合体をアセトンに溶解し、３０重量％の紡糸原液（Ａ）を作成した。また、アセトン１００重量部にカーボンブラック微粒子（カーボンブラック＃３０；三菱化学株式会社製）２７．５重量部を分散、混合し、さらに紡糸原液（Ａ）１００重量部を混合、撹拌してカーボンブラック分散液(Ｂ)を作成した。

次に、前記紡糸原液（Ａ）と分散液（Ｂ）の混合比率を種々変更して、孔径０．１０ｍｍ丸断面ノズルを用い、ノズルドラフトが１．６となる条件で、アセトン濃度２０％で２０℃のアセトン水溶液中に紡出し、得られた繊維を水洗浴７５℃で脱溶剤した後、３．７５倍延伸し、次いで１３０℃で乾熱乾燥し、更に１５０℃の乾熱で弛緩熱処理を行った。こうしてカーボンブラック含有量の異なるアクリル系繊維を得た。得られた繊維の単糸繊度は６ｄｔｅｘであった。また、繊維の断面形状は略繭型であった。

（比較例２，３）
アクリロニトリル９０重量％、アクリル酸メチル８．５重量％、スチレンスルホン酸ソーダ１．５重量％からなるアクリロニトリル系共重合体をＮ、Ｎジメチルホルムアミドに溶解し、２０重量％の紡糸原液（Ａ）を作成した。また、Ｎ、Ｎジメチルホルムアミド１００重量部にカーボンブラック微粒子（カーボンブラック＃３０；三菱化学株式会社製）２７．５重量部を分散、混合し、さらに紡糸原液（Ａ）１００重量部を混合、撹拌してカーボンブラック分散液(Ｂ)を作成した。

次に、前記紡糸原液（Ａ）と分散液（Ｂ）の混合比率を種々変更して、孔径０．１２ｍｍ丸断面ノズルを用い、ノズルドラフトが１．６となる条件で、Ｎ、Ｎジメチルホルムアミド濃度６０％で２０℃のＮ、Ｎジメチルホルムアミド水溶液中に紡出し、得られた繊維を水洗浴７５℃で脱溶剤した後、３．７５倍延伸し、次いで１３０℃で乾熱乾燥し、更に１５０℃の乾熱で弛緩熱処理を行った。こうして得られたアクリル系繊維の単糸繊度は１０ｄｔｅｘであった。また、繊維の断面形状は略丸型であった。

表１に示したように、実施例１〜５の導電性アクリル系繊維は、優れた導電性と優れた難燃性とを兼ね備えたものであった。これに対し、比較例１のアクリル系繊維は、導電性微粒子を含んでいないため、得られた繊維の導電性が不充分となった。また、比較例２、３のアクリル系繊維は、カーボンブラックを含有しているため優れた導電性を示したが、共重合成分としてハロゲン含有ビニル系単量体を含有していないため、難燃性は不充分となった。

Claims

ハロゲン含有ビニル系単量体３０〜７０重量％を共重合してなるアクリロニトリル系共重合体に、該共重合体に対して５〜５０重量％の導電性微粒子を含有してなることを特徴とする導電性アクリル系繊維。
前記導電性微粒子がカーボンブラックである請求項１記載の導電性アクリル系繊維。