JP2009024120A

JP2009024120A - 柔軟性を有する導電性樹脂チューブとその製造方法

Info

Publication number: JP2009024120A
Application number: JP2007190513A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nishikawa; 俊男西川; Haruhiko Ito; 晴彦伊藤
Original assignee: Nitta Moore Co
Current assignee: Nitta Moore Co
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】樹脂本来の柔軟性を維持し、チューブ表面からカーボン粉が析出しない導電性樹脂チューブとその製造方法を提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の０．９〜４．０ｗｔ％がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブ。その製造方法は、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、柔軟性を有する導電性樹脂チューブとその製造方法に関するものである。

従来、工場設備その他で各種配管用に合成樹脂製のチューブが使用されている。

合成樹脂製チューブは一般的に電気絶縁性であって（表面抵抗率１０^１２〜１０^１７Ω/ｓｑ）この合成樹脂製チューブが内部流体との摩擦によって帯電すると、周囲の精密機器の作動に悪影響を与え、さらに埃をチューブ表面に吸着してクリーン性を低下するという問題があった。

前記合成樹脂製チューブが帯電しないように導電性を持たせる手段として、合成樹脂中にカーボンブラック（例えば、特許文献１の背景技術参照）などを混合して成形した導電性樹脂チューブが開示されている。

しかしながら、合成樹脂にカーボンブラックを混合して成形することによって得られた導電性樹脂チューブは、不均一にカーボンブラックが樹脂中に分散してしまうという問題と、多量のカーボンブラックをチューブに含有させる必要があるという問題があった。

前記の方法で得られた導電性樹脂チューブは、時間経過と共に樹脂本来の柔軟特性を失い、さらにチューブ表面からカーボン粉の析出、発塵を生じる恐れがあり、クリーンルーム内等の環境下で使用された場合、そのクリーン性能を低下させるものであった。
特開２００６−３２２５７６

そこで、この発明は、樹脂本来の柔軟性を維持し、チューブ表面からカーボン粉が析出しない導電性樹脂チューブとその製造方法を提供するものである。

（請求項１記載の発明）
この柔軟性を有する導電性樹脂チューブは、カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の０．９〜４．０ｗｔ％がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする。

導電性樹脂内の導電性物質をカーボンナノチューブとし、最小限の添加量にて樹脂内で均一に分散させることによって、樹脂チューブの導電性と柔軟性が両立する。

（請求項２記載の発明）
この柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法は、請求項１記載の柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法であって、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなることを特徴とする。

カーボンナノチューブを粉末状態で混練せず、マスターバッチとして添加、混練することによって、カーボンナノチューブを樹脂内に均一に分散させることができる。

（請求項３記載の発明）
この柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法は、請求項２記載の発明に関し、ポリアミドとカーボンナノチューブとを、ポリアミド：カーボンナノチューブ＝８０：２０の重量配合比で混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチとポリエステルエラストマーとを、ポリエステルエラストマー：マスターバッチ＝１００：５〜２０の重量配合比で混合・混練して押出成形する第二工程からなることを特徴とする。

母材樹脂にポリエステルエラストマーを用いると、カーボンナノチューブの含有量を少なくして導電性を発揮させることができる。

この柔軟性を有する導電性樹脂チューブは、柔軟性と導電性とを有し、チューブの表面からカーボン粉を析出・発塵しないものであるから、クリーンルーム内等における移動回数が多い機器などの厳しい条件を求められる使用環境下であっても、チューブ本来の柔軟性を維持し、且つクリーン性能を低下させることがない。

本発明を実施するための最良の形態例について、実施例として示す各図を参照して詳細に説明する

図１は本願発明の柔軟性を有する導電性樹脂チューブである、図２は柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造フローチャートである。

この柔軟性を有する導電性樹脂チューブ１（以下、チューブ１）は、導電性樹脂で形成されている。この導電性樹脂は、樹脂内にカーボンナノチューブ１０が均一に分散されている。

カーボンナノチューブ１０の配合量は、導電性樹脂総重量の０．９〜４．０ｗｔ％とするのが好ましい。

そして、この発明の柔軟性を有するチューブ１は、図２に示す通り、以下のような工程で製造される。
（第一工程：マスターバッチの作成）
カーボンナノチューブ１０をマスターバッチ用ベース樹脂と混練り（混合・混練）し、マスターバッチを作成する。この発明におけるマスターバッチとは、大量にカーボンナノチューブを含有する樹脂のことである。

マスターバッチ用ベース樹脂として、ポリスチレン、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリカーボネート等を使用することができる。

ポリアミド１２をマスターバッチ用ベース樹脂とし、前記ポリアミド１２にカーボンナノチューブを２０ｗｔ％含有させたマスターバッチが好ましい。
（第二工程：母材樹脂とマスターバッチの混合、押出成形）
チューブ１は、前述のマスターバッチを母材樹脂へ添加して混合機にて混合し、この混合物（以下、導電性樹脂）をスクリュータイプの押出機に投入して溶融、混練し、金型のダイ・ノズルから吐出されて押出チューブ成形されたものである。

前述の混合機と押出機は一体として使用するのが好ましい。

母材樹脂には、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリウレタンエラストマー等を用いることができるが、ポリエステルエラストマーを用いるのが特に好ましい。さらに前記樹脂及びエラストマーの二種以上を混合して用いても良い。
（チューブ１の構造について）
上述の方法により押出チューブ成形されて作成されたチューブは、チューブ１となり以下のような構造である。

このチューブ１は導電性樹脂により形成されており、この導電性樹脂はマスターバッチが母材樹脂に混合・混練されたことによって、カーボンナノチューブ１０が均一に分散している。

すなわち、図１に示すように、カーボンナノチューブ１０はチューブ１中で均一に分散している。

カーボンナノチューブ１０は、円筒状に形成されたものであって、円筒は側壁１１と空洞部１２からなるものである。側壁１１は炭素２によって形成されている。

このような構造を有するチューブ１は、従来の導電性樹脂チューブ（カーボンブラックを母材樹脂中に分散させたもの）が含有する炭素の約１／５の量であっても、同等の導電性を発揮することが分かった。

そして、チューブ１は従来の導電性樹脂チューブと比較して炭素２の含有量が少ない（０．９〜４．０ｗｔ％である）ことから、母材樹脂本来が持つ優れた柔軟特性を有するものとなる。

したがって、チューブ１は、希望する導電性を有しつつ優れた柔軟性を保持するものである。

さらに、チューブ１は、表面や断面から炭素粉が析出、発塵するという問題はない。
（実施例１記載の発明の試験）
以下、この発明の実施例１記載のチューブ１の試験およびその結果について説明する。
（重量配合比について）
実施例１の導電性樹脂は、母材樹脂とマスターバッチとを溶融・混練したものである。この試験では、「（母材樹脂）：（マスターバッチ）」の重量配合比を、部数比で「Ｘ：Ｙ」と設定した。

そして、「Ｘ：Ｙ＝１００：５（配合比１）」「Ｘ：Ｙ＝１００：１０（配合比２）」「Ｘ：Ｙ＝１００：２０（配合比３）」「Ｘ：Ｙ＝１００：３０（配合比４）」という４種類の重量配合比のものを準備した。
（母材樹脂について）
母材樹脂（配合部数Ｘ）には、ポリウレタンエラストマー、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステルエラストマーを用いた。ポリウレタンエラストマーとして、日本ミラクトラン株式会社製のエーテルタイプ熱可塑性ポリウレタン（ミラクトラン）Ｅ３９５を使用した。ポリアミドエラストマーとして、宇部興産株式会社製のナイロン１２(ＵＢＥＳＴＡ)３０３０Ｕを使用した。ポリオレフィン樹脂として、日本ユニカー株式会社製のＬＬＤＰＥＧＳ−６５０を使用した。また、ポリエステルエラストマーとして、東レ・デュポン株式会社製のポリエステルエラストマー（ハイトレル）５０７７を使用した。
（マスターバッチについて）
マスターバッチ（配合部数Ｙ）には、カーボンナノチューブを２０ｗｔ％含有したポリアミド１２として、ＨｙｐｅｒｉｏｎＣａｔａｌｙｓｉｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製のＲＭＢ４２２０−００を使用した。

カーボンナノチューブは、シングルウォールのものを用いるのが好ましいが、試験では工業的に使用しやすいマルチウォールのカーボンナノチューブを使用した。

それぞれの母材樹脂と前述のマスターバッチを混合し、その後、株式会社東洋精機製作所製のラボプラストミルを使用し、二本のローラーを同期モーターにて定速回転（表１参照）させ、ローラー間及びローラーとミキサー内壁との間で混練した。混練したものは加圧しながら熱プレスを行い、厚さ１．５〜１．６ｍｍのシート状に仕上げた。

上記の方法によって、各種配合比の試料を得た。

そして、各重量配合比の試料に対して、以下の導電性試験（シート３での表面抵抗率の測定）と柔軟性試験とを行った。
（１．導電性試験）
図３は、導電性試験の説明図である。

図３に示すように、作成したシート３をＰＴＦＥ板３０上に載せ、シート３の両端に黄銅電極４、５を接触させ、その上からＰＴＦＥ板３１を被せた。黄銅電極４と黄銅電極５はクリップ４０、クリップ５０によってそれぞれ電源端子と接続されており、黄銅電極４から黄銅電極５に通電させた時の測定値を下記（式１）によって表面抵抗率に換算した。

シート３は１２０ｍｍ×５０ｍｍとし、黄銅電極４、５を１０ｍｍずつシート３の両端部に接触させ、黄銅電極４と黄銅電極５の間隔（電極間のシート長さ）は１００ｍｍとした。すなわち、この実験で用いた黄銅電極４と黄銅電極５は１０ｍｍ（電極の幅）×５０ｍｍ（電極の長さ）である。

（式１）
「表面抵抗率（Ω／ｓｑ）＝測定抵抗値（Ω）×（電極の長さ）／（電極間のシート長さ）」
測定器はアドバンテスト株式会社の「デジタル超抵抗計Ｒ８３４０」を用い、印加電圧５００Ｖ、印加時間１分で測定した。
シート状の各々の試料について表面抵抗率を測定したところ、表１の結果が得られた。

表１から分かるように、ポリエステルエラストマーを母材樹脂とすると、少ないマスターバッチの添加量（カーボナノチューブＣＮＴの含まれる量）であったとしても、表面抵抗率を大幅に下げることができる。

また、ポリエステルエラストマーを母材樹脂として、配合比１（添加量５）でマスターバッチと混合した場合であっても、ラボプラストミルの定速回転数を１００ｒｐｍと高速化すると、１．６×１０^９（Ω／ｓｑ）という値が得られた。すなわち、ポリエステルエラストマーは配合比１の少ないカーボンナノチューブ（０．９５ｗｔ％）であったとしても、ラボプラストミルの定速回転数を１００ｒｐｍと高速化することによって表面抵抗率を下げる傾向のあることが分かった。これは、回転数を上げることで添加したカーボナノチューブの分散性が向上したためと考えられる。

（２．柔軟性試験）
次に、母材樹脂は前述１．の導電性試験と同じものを用いて柔軟性試験を行った。

導電性試験の配合比で混合された導電性樹脂の試料を、一辺が４０ｍｍの正方形となるように切り取り、温度２３℃、湿度５０％の恒温・恒湿の室内で２４時間静置した後、水平な硬い滑らかな台の上に厚さ６ｍｍ以上に重ねて置いた。次にデュロメーターの加圧基準面を試料表面に並行に保ちながら、速やかに試料表面に押し付け、加圧基準面と試料をよく密着させた後、１秒以内に指示計の最大指示値を読み取った。

デュロメーター測定は、高分子計器株式会社製のＣＬ−１５０の装置を用い、母材樹脂がポリウレタンの試料について、デュロメータタイプはＡタイプとし、試験荷重は１ｋｇとした。同様に母材樹脂がポリウレタン以外の試料について、デュロメータタイプはＤタイプとし、試験加重は５ｋｇとした。

測定結果は、表２に示す通りである。

どの配合試料とも表面硬度の変化はほとんどなく柔軟性は初期値を維持していることが分かる。
（３．総合判定）
上述の、導電性試験および柔軟性試験の結果をまとめると以下の表３のようになる。

表３からわかるように、母材樹脂には、母材樹脂のみの時と同等の硬度（柔軟）を保ちつつ、少量（０．９５〜３．５ｗｔ％）のカーボナノチューブの添加により導電性を向上させることができるポリエステルエラストマーを用いるのが好ましい。

ポリウレタンを母材樹脂として用いる場合は、カーボンナノチューブを４ｗｔ％程度含有させるのが好ましい。

母材樹脂にポリエステルエラストマーを用いたチューブは、大きな導電性を得られ、高価なカーボンナノチューブの使用量を少量とすることができると共に、チューブ表面からの発塵もなく柔軟性を損なわないものとなる。

柔軟性を有する導電性樹脂チューブの内部拡大図である。柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造フローチャートである。導電性試験の説明図である。

符号の説明

１柔軟性を有する導電性樹脂チューブ
１０カーボンナノチューブ
１１側壁
１２空洞部
２炭素
３シート
４黄銅電極
４０クリップ
５黄銅電極
５０クリップ

Claims

カーボンナノチューブが均一に分散された導電性樹脂であって、前記導電性樹脂の０．９〜４．０ｗｔ％がカーボンナノチューブであり、この導電性樹脂により形成されたことを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブ。
請求項１記載の柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法であって、マスターバッチ用ベース樹脂とカーボンナノチューブとを混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチと母材樹脂とを混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなることを特徴とする柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法。
ポリアミドとカーボンナノチューブとを、ポリアミド：カーボンナノチューブ＝８０：２０の重量配合比で混合・混練することでマスターバッチを作成する第一工程と、作成したマスターバッチとポリエステルエラストマーとを、ポリエステルエラストマー：マスターバッチ＝１００：５〜２０の重量配合比で混合・混練してなる導電性樹脂を押出成形する第二工程からなることを特徴とする請求項２記載の柔軟性を有する導電性樹脂チューブの製造方法。