JP2008196074A - 導電性ポリエステル繊維 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維の長手方向における電気抵抗値のバラツキが少なく、かつ操業性よく得ることが可能であり、特定の範囲の電気抵抗値を有し、衣料、資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の帯電ブラシ、クリーニングブラシに好適に使用することができる導電性ポリエステル繊維を提供する。
【解決手段】ポリエステル樹脂からなる複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸は平均粒子径が１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有し、マルチフィラメントの電気抵抗値が１×１０^９〜９×１０^１２ Ω／ｃｍである導電性ポリエステル繊維。
【選択図】なし

Description

本発明は、特定の性能を有するカーボンブラックを含有するポリエステル樹脂からなる単糸で構成された導電性ポリエステル繊維であって、特定の範囲の電気抵抗値を有し、かつ長さ方向の導電性能（電気抵抗値）のバラツキが少なく、制電作業着、ユニフォームなどの衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び産業資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシに好適に使用される導電性ポリエステル繊維に関するものである。

ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等の疎水性ポリマーからなる繊維は、機械特性、耐薬品性、耐候性等の多くの長所を有しており、衣料用途のみならず産業資材用途にも広く用いられている。しかし、これらの繊維は摩擦等による静電気の発生が著しいため、空気中の粉塵を吸引して美観を低下させたり、人体に電撃を与えて不快感を与えたり、さらにはスパークによる電子機器への障害や、引火性物質への引火爆発等の問題を引き起こす場合がある。そこで、これらの問題を解決するために繊維に導電性を付与することが提案され、多くの研究がなされてきた。

特許文献１には、カーボンブラックや金属粉等の導電性粒子を含有する導電性成分を非導電性ポリマーで包み込んだ芯鞘型の複合繊維が記載されている。このような芯鞘型の複合繊維であれば、導電性粒子は繊維の内部のみに存在するので、操業時のトラブルは生じにくく、操業性よく得ることが可能であった。しかしながら、導電性粒子が繊維内部のみに存在するため、導電性能は不十分であった。

一方、特許文献２には、導電性粒子を含有する導電性成分を鞘部に配した芯鞘型の導電性複合繊維が記載されている。このような導電性複合繊維は、特許文献１に記載の繊維と比較すると、操業時のトラブルは生じやすいものであったが、導電性能はかなり満足できるものであった。

また、近年では、衣料用途以外でも、特に電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の分野に導電糸が用いられることが多くなった。

従来、このような分野に使用する導電糸としては、セルロース系繊維が多く用いられていたが、ポリエステルやポリアミド繊維においても多く提案されてきている。

しかしながら、特許文献１、２のような複合繊維(導電部と非導電部が存在する繊維)
では、断面と側面で抵抗値が異なることにより、均一な電気抵抗値が得られにくく、安定した導電性能を得ることが困難であった。また、繰り返し使用するうちに繊維が摩耗し、繊維の一部が欠落することにより、使用当初と同様の電気抵抗値を示すことができなくなり、長期にわたって安定した導電性能を得ることができないという問題もあった。

このような問題を解決すべく、特許文献３に示すように、単成分型(複合繊維ではなく、繊維全体にカーボンブラックが含有されているポリエステル導電性繊維)での検討を行っているものの、ポリエステルの場合、操業性が著しく悪くなる等の問題があるばかりではなく、電気抵抗値のバラツキ（繊維の糸長方向における電気抵抗値のバラツキ）が非常に大きくなるという問題があった。
特開平０９−１４３８２１号公報 ＷＯ２００２/０７５０３０号公報 特開２００４−１８３１８０号公報

本発明では上記のような問題点を解決し、繊維の長手方向における電気抵抗値のバラツキが少なく、かつ操業性よく得ることが可能であり、特定の範囲の電気抵抗値を有し、衣料、資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の帯電ブラシ、クリーニングブラシに好適に使用することができる導電性ポリエステル繊維を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者らは上記課題を解決するために検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、ポリエステル樹脂からなる複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸は平均粒子径が１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有し、マルチフィラメントの電気抵抗値が１×１０^９〜９×１０^１２ Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性ポリエステル繊維を要旨とするものである。

本発明の導電性ポリエステル繊維は、特定の範囲の電気抵抗値を有し、繊維の長手方向における電気抵抗値のバラツキが少なく、かつ操業性よく得ることが可能であるため、衣料、資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の帯電ブラシ、クリーニングブラシに好適に使用することができる。

本発明の導電性ポリエステル繊維（以下、ポリエステル繊維という）は、複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸はポリエステル樹脂からなるものである。そして、単糸を構成するポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート等を主成分とするものが好ましい。

また、これらにアジピン酸、セバシン酸、 2,6−ナフタレンジカルボン酸、4, 4′−ビフェニルジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボン酸、1,5−ペンタメチレンジオール、1,6−ヘキサメチレンジオール、ジエチレングリコール、 シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ又はビスフェノールＳのエチレンオキシド付加体等のジオール成分が共重合されたものであってもよく、これらのポリエステルを複数種ブレンドしたものであってもよい。さらには、生分解ポリエステルとして知られるポリ乳酸を主成分とするものでもよい。

そして、単糸を構成するポリエステル樹脂中にはカーボンブラックが含有されている。つまり、本発明のポリエステル繊維を構成する単糸は、カーボンブラックを含有するポリエステル樹脂のみからなるもの（単成分型）であっても、カーボンブラックを含有するポリエステル樹脂と含有しないポリエステル樹脂とからなるからなるもの（複合型）のいずれであってもよい。複合型の繊維の場合には、鞘成分にカーボンブラックが含有されたポリエステルを配した芯鞘型の複合繊維とすることが好ましい。

中でも、本発明のポリエステル繊維を電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシに使用する際には、繰り返し使用するうちに繊維が摩耗することから、摩耗により繊維の一部が欠落しても使用当初と同様の導電性能を有することができるものとして、単成分型の繊維とすることが好ましい。

単糸を構成するポリエステル樹脂中に含有されるカーボンブラックは、ファーネスブラックやアセチレンブラック、ケッチェンブラック等、導電性を有する粉末体であれば特に限定するものではないが、分散性の観点からファーネスブラックが好ましい。

そして、カーボンブラックは平均粒子径が１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇであることが必要である。カーボンブラックを含有するポリエステル繊維の電気抵抗値は、使用するカーボンブラックの導電特性と繊維中のカーボンブラックの含有量（濃度）及びポリエステルの特性により決定される。

このように、本発明においては、特定の平均粒子径とＤＢＰ吸収量のカーボンブラックを使用することにより、ポリエステル樹脂中でのカーボンブラックの分散性が良好となり、電気抵抗値が１×１０^９〜９×１０^１２Ω／ｃｍであり、繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキが小さいポリエステル繊維とすることができるものである。

まず、安定した導電性能の繊維を得るには、カーボンブラックの平均粒子径が小さいことが好ましい。平均粒経が小さいほど被表面積が大きくなり、導電性能が安定するため、平均粒子径を３５ｎｍ以下とする。平均粒子径が３５ｎｍを超えると、カーボンブラックの分散性が悪くなり、操業性が悪化し、繊維の長さ方向に電気抵抗値のバラツキも大きいものとなる。一方、平均粒子径が小さすぎると、凝集が発生しやすくなって操業性が悪くなるばかりでなく、下記に示すカーボンブラック粒子同士のつながりが良好に構成されず、繊維の長さ方向に電気抵抗値のバラツキが発生しやすくなるため、１５ｎｍ以上とする。

カーボンブラックは、カーボンブラック粒子同士のつながり（ストラクチャー）を構成しており、ストラクチャーが発達しているほど糸長方向の導電性能に優れ、電気抵抗値の低いものとなり、糸長方向に均一な電気抵抗値を示すものとなる。

本発明では、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラックを使用する必要がある。ＤＢＰ吸収量がこの範囲のカーボンブラックを使用すると、ストラクチャーが良好に形成され、電気抵抗値が１×１０^９〜９×１０^１２Ω／ｃｍのものとなる。ＤＢＰ吸収量が４０ｃｍ^３／１００ｇ未満であると、ストラクチャーが良好に形成されないため、一方、ＤＢＰ吸収量が１５０ｃｍ^３／１００ｇを超えると、ストラクチャーが発達しすぎるため、ともに上記したような電気抵抗値を有するものならない。また、糸長方向に電気抵抗値のバラツキが生じたり、操業性も悪くなる。

そして、単糸中のカーボンブラックの含有量は１０〜２５質量％である。単糸中のカーボンブラックの含有量が１０質量％未満であると、電気抵抗値が高くなり、１×１０^９〜９×１０^１２ Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。またストラクチャーが良好に形成されず、糸長方向に電気抵抗値のバラツキが生じることとなる。一方、２５質量％を超えると、電気抵抗値が低くなり、１×１０^９〜９×１０^１２Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。さらには、操業性や加工性も著しく悪いものとなる
なお、本発明におけるカーボンブラックの平均粒子径は、電子顕微鏡による算術平均値により測定、算出するものである。

また、ＤＢＰ吸収量は、アブソープメーターを用いて、カーボンブラックにＤＢＰを添加したときの100ｇ当たりのＤＢＰ吸収量をJIS K6217-4 ＤＢＰ吸収量の求め方により求めるものである。

本発明のポリエステル繊維は、マルチフィラメントの電気抵抗値が１×１０^９〜９×１０^１２Ω／ｃｍであり、中でも１×１０^１０〜９×１０^１１Ω／cmであることが好ましい。電気抵抗値が９×１０^１２Ω／cmを超えると、使用する用途によっては、導電性能が不十分となる。一方、１×１０^９Ω／cm未満の場合は用途によっては電気抵抗値が低すぎるものとなる。また、カーボンブラックを多量に含有させることが必要となり、操業性が著しく悪くなるばかりでなく、糸長方向の電気対抗値のバラツキも大きくなる。

なお、本発明のポリエステル繊維の電気抵抗値は、繊維の糸長方向に１００ｍ毎に長さ１０ｃｍの試験片を20個採取し、この１０ｃｍの試験片の間(両端間)に500Ｖの電圧をかけて、測定環境20℃、20％ＲＨの条件下、東亜電波工業社製の抵抗値測定機「SM-10E」を使用して測定する。そして、試験片20個の平均値とする。

また、本発明のポリエステル繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキを示す指標であるＣＶ％は、上記のようにして試験片を１００個採取し、上記と同様にして電気抵抗値を測定し、下記式にて算出するものである。

電気抵抗値のＣＶ％（％）＝（Ｖ／Ｘ）×１００
Ｖ：マルチフィラメントの電気抵抗値の不偏分散の平方根
Ｘ：マルチフィラメントの電気抵抗値の平均値

ポリエステル繊維の繊維の長手方向の電気抵抗値のＣＶ％は、５０％以下とすることが好ましく、中でも４０％以下、さらには３０％以下とすることが好ましい。電気抵抗値のＣＶ％が５０％を超えるものであると、長手方向に電気抵抗値が均一でないため、特に電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシに使用する際に、帯電斑や除電斑が生じたり、均一なクリーニングが困難となる。

本発明のポリエステル繊維は、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の分野において、帯電ブラシや除電ブラシ、クリーニングブラシ等に使用することが好ましく、このため、得られる画質や製糸性の面から、単糸繊度は０．５〜４．０デシテックスとすることが好ましい。中でも単糸繊度１．５〜３．５デシテックスとすることが好ましい。また、単糸数は特に限定するものではないが、１０〜２００とすることが好ましい。

次に、本発明のポリエステル繊維の製造方法について説明する。
まず、単糸を構成するポリエステル樹脂中にカーボンブラックを含有させる方法としては、ポリエステル樹脂のペレットにカーボンブラックをブレンドし、溶融する方法、もしくはポリエステル樹脂のペレットと高濃度のカーボンブラックを含有するマスターペレットを予め作成しておき、マスターペレットとポリエステル樹脂ペレットをブレンドし、溶融する方法、溶融状態のポリエステル樹脂中にカーボンブラックを添加し混練する方法などが挙げられる。中でも、カーボンブラックをポリエステル樹脂により均一に分散させるためには、ポリエステル樹脂のペレットにカーボンブラックをブレンドし、溶融する方法が好ましい。

上記のようにしてポリエステル樹脂中にカーボンブラックを添加、混練した後、一旦チップ化し、導電性チップを得る。導電性チップを押出機に供給、溶融し、通常の溶融紡糸装置を用いて溶融紡糸を行う。紡糸された糸条を空気流により冷却し、油剤付与した後、一旦捲き取ることなく連続して延伸を行い捲き取る一工程法と、紡糸後、延伸することなく一旦捲き取り、その未延伸糸を延伸工程に導き延伸を行う二工程法のいずれで製造してもよい。

次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。実施例中の各種の値の測定方法、評価方法は以下の通りである。
１．カーボンブラックの平均粒子径、ＤＢＰ吸収量
前記の方法で測定した。
２．電気抵抗値、電気抵抗値のＣＶ％
前記の方法で測定した。
３．操業性
24時間連続して紡糸を行い、この間の切れ糸回数により以下のように３段階で評価した。
○：切糸なし
△：切糸１〜２回
×：切糸３回以上

実施例１
常法により重縮合反応を行って得た、極限粘度（フェノールと四塩化エタンとの等質量混合液を溶媒とし、温度20℃で測定した）0.68のポリエチレンテレフタレートチップに、平均粒子径20ｎｍ、DBP吸収量80ｃｍ^３／100ｇのカーボンブラックを17質量％となるように溶融混練し、常法によりチップ化し、導電性チップを得た。
導電性チップを常法により乾燥し、285℃の押出機に供給し、溶融紡糸装置に供給し、溶融紡糸を行った。紡糸口金には孔径0.25ｍｍの紡糸孔36個が穿設されているものを使用した。紡出した糸条を空気流により冷却し、オイリング装置を通過させて0.5質量％の付着量となるように油剤を付与した。続いて、紡糸速度８００ｍ／分のローラで引き取り、捲取機にて巻き取って２６４dtex／３６ｆの未延伸糸を得た。そして、この未延伸糸を９５℃の熱ローラを介して２．６４倍に延伸し、さらに、１７０℃のヒートプレートで熱処理を行った後に巻き取り、１００dtex／３６fの導電性ポリエステル繊維を得た。

実施例２〜４、比較例１〜７
カーボンブラックの平均粒子径、ＤＢＰ吸収量及び含有量を表１に示すように変更した以外は、実施例1と同様に行った。

実施例５
極限粘度0.68のポリエチレンテレフタレートチップに代えて、極限粘度0.75のポリブチレンテレフタレートを用いた以外は実施例1と同様に行った。

実施例６
極限粘度0.68のポリエチレンテレフタレートチップに代えて、極限粘度0.75のポリプロピレンテレフタレートを用いた以外は実施例1と同様に行った。

実施例７
孔径0.2ｍｍの紡糸孔７２個が穿設されている紡糸口金を使用した以外は、実施例４と同様に行い、１００dtex／７２fの導電性ポリエステル繊維を得た。

実施例１〜７、比較例１〜７で得られた導電性ポリエステル繊維の特性値及び評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜７で得られた導電性ポリエステル繊維は、操業性よく得ることができ、１×１０^９〜９×１０^１２ Ω／ｃｍの範囲の電気抵抗値を有し、かつ電気抵抗値のバラツキも小さいものであり、安定した導電性能を有するものであった。
一方、比較例１の導電性ポリエステル繊維は、カーボンブラックの含有量が少なすぎたため、電気抵抗値を測定することができなかった。比較例２の導電性ポリエステル繊維は、カーボンブラックの含有量が多すぎたため、操業性が悪化し、繊維を得ることができなかった。比較例３の導電性ポリエステル繊維は、カーボンブラックの平均粒子径が大きく、ＤＢＰ吸収量が低かったため、電気抵抗値が本発明の範囲を満足しないものであった。また、操業性が悪く、電気抵抗値のバラツキも大きいものであった。比較例４の導電性ポリエステル繊維は、ＤＢＰ吸収量が低かったため、電気抵抗値が本発明の範囲を満足しないものであり、操業性も悪かった。比較例５の導電性ポリエステル繊維は、カーボンブラックの平均粒径が小さく、ＤＢＰ吸収量が低かったため、カーボンブラックのストラクチャーが良好に形成されず、電気抵抗値が本発明の範囲を満足しないものであり、電気抵抗値のバラツキも大きく、操業性が悪いものであった。比較例６の導電性ポリエステル繊維は、ＤＢＰ吸収量が高かったため、電気抵抗値が本発明の範囲を満足しないものであった。比較例７の導電性ポリエステル繊維は、ＤＢＰ吸収量が著しく高いため、操業性が悪化し、繊維を得ることができなかった。

Claims (2)

1. ポリエステル樹脂からなる複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸は平均粒子径が１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有し、マルチフィラメントの電気抵抗値が１×１０^９〜９×１０^１２ Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性ポリエステル繊維。
2. 繊維の長手方向の電気抵抗値のＣＶ％が５０％以下である請求項１記載の導電性ポリエステル繊維。
   電気抵抗値のＣＶ％（％）＝（Ｖ／Ｘ）×１００
   Ｖ：マルチフィラメントの電気抵抗値の不偏分散の平方根
   Ｘ：マルチフィラメントの電気抵抗値の平均値