JP2010031423A

JP2010031423A - 導電繊維及びその製造方法

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Publication number: JP2010031423A
Application number: JP2008195962A
Authority: JP
Inventors: Yasutaro Seto; 保太郎瀬戸; Yoshiharu Nishino; 善春西野; Tomoro Okuno; 智朗奥野
Original assignee: Suminoe Textile Co Ltd
Current assignee: Suminoe Textile Co Ltd
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】本発明は、耐久性があり、伸縮して繊維が変形しても安定した導電性能の得られる導電繊維を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明者らは、ヨウ素イオンを含む水溶液に繊維を浸漬し、該繊維の表面側内部近傍にヨウ素を含浸させた後に、該繊維を一価の銅イオンを含む水溶液で処理することにより、該繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層を形成し、耐久性があり、伸縮等の形状変化があっても、性能の低下をきたさない導電繊維がえられることを見出し本発明に到達した。
【選択図】図４

Description

本発明は、導電繊維及びその製造方法に関するもので特に、伸縮して繊維が変形しても安定した導電性能の得られる導電繊維及びその製造方法に関するものである。

弾性糸（エラストマ繊維）は、その優れた伸縮性能から、アウター、インナー、スポーツ、レッグ等の衣料用途をはじめ、車のシート地やシューズなどの資材用途、あるいはサポーターやテーピング等の医療用途等にひろく使われている。しかしながら例えばポリウレタン弾性糸は、他の繊維に比較して導電性が劣ることから、ポリウレタン弾性糸の混率を上げた布帛では、埃の付着や静電気の発生等の問題があった。

特許文献１においては、伸縮性複合弾性糸として、芯部を構成する伸縮性弾性糸として、破断伸度が４００％以上あり、繊度が７０〜４６０デニールのポリウレタン系弾性糸を使用し、鞘部を構成する導電性複合糸として、鞘部がポリエステル重合体等の熱可塑性重合体、芯部が低融点金属からなる複合繊維からなるもので、前記伸縮性弾性糸を芯部に、該導電性複合糸がまわりをカバリングする伸縮性複合弾性糸を開示している。しかしながら該伸縮性複合弾性糸の鞘部を構成する導電性複合糸には伸縮性はないことから、製糸工程や糸加工工程での問題や、使用中に鞘部に亀裂を生じて芯部が表面に露出し、製品品位を低下させたり静電性能の低下を招いてしまうこともあった。また、該伸縮性複合弾性糸の製造工程が複雑になり高価なものになっていた。

また、特許文献２においては、ポリウレタン糸の紡糸液にＢＥＴ比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上であるアセチレンブラックを添加することにより導電性ポリウレタン糸を得る技術を開示している。しかしながら製糸性や糸強度、伸縮性能等の低下の問題や、アセチレンブラックが均一分散しない場合は安定した導電性能を得るのは難しいとされている。

また、特許文献３においては、銅イオンを含む水溶液に繊維を浸漬し、繊維表面に銅イオンを吸着させ、ヨウ化物イオンを含む水溶液に浸漬し、繊維上にヨウ化銅を形成せしめ電気伝導及び抗菌性を高める技術が記載されている。しかしながらこの方法で得られた繊維は、繊維の伸縮時に、繊維表面上のヨウ化銅に亀裂を生じ、導電性能の低下や製品品位の低下を招いてしまうものもあった。
特開平５−２１４６４６特開２００５−２８１８７８特開平５−２４７８４２

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層を形成させ、耐久性があり、伸縮等の形状変化があっても、性能の低下をきたさない導電糸を得ることを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

［１］ヨウ素イオンを含む水溶液に繊維を浸漬し、該繊維の表面側内部近傍にヨウ素を含浸させた後に、該繊維を一価の銅イオンを含む水溶液で処理することにより、該繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層を形成することを特徴とする導電繊維の製造方法。

［２］前記繊維が、エラストマ繊維であることを特徴とする前項１に記載の導電繊維の製造方法。

［３］前記エラストマ繊維が、ポリエステルエラストマ繊維であることを特徴とする前項２に記載の導電繊維の製造方法。

［４］前項１乃至３のいずれか１項に記載した製造方法で製造した導電繊維。

［５］前項２または３に記載した製造方法で製造した導電繊維であって、定常状態での体積抵抗率が５．０×１０^２Ω・ｃｍ以下、４０％伸長時の体積抵抗率が２．５×１０^３Ω・ｃｍ以下、１００％伸長時の体積抵抗率が５．０×１０^３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする導電繊維。

［１］の発明では、ヨウ素イオンを含む水溶液に繊維を浸漬するので、ヨウ素は繊維の内部に入り込み、繊維の表面側内部近傍にヨウ素が含浸される。しかる後に繊維を一価の銅イオンを含む水溶液で処理することにより、繊維の表面側内部近傍のヨウ素と、銅が反応し、ヨウ化銅からなる導電層を繊維の表面側内部近傍に形成することができる。繊維の表面に導電層が付着形成する構造ではなく、繊維の内部に導電層が形成されるので、良好な導電性能をえることができ、耐久性があり、伸縮等の形状変化にも性能の低下をきたしにくい導電繊維の製造方法とすることができる。

［２］の発明では、前記繊維が、エラストマ繊維であるので、伸縮性能に優れた導電繊維の製造方法とすることができる。

［３］の発明では、前記エラストマ繊維が、ポリエステルエラストマ繊維であるので、ヨウ素の繊維の内部への入り込みが良好で、伸縮性能に優れ、より確実な導電性能のえられる導電繊維の製造方法とすることができる。

［４］の発明では、前項１乃至３のいずれか１項に記載した製造方法で製造しているので、繊維の柔軟性を損なうことなく、安価で優れた導電性能を備えた導電繊維とすることができる。

［５］の発明では、前項２または３に記載した製造方法で製造し、定常状態での体積抵抗率が５．０×１０^２Ω・ｃｍ以下、４０％伸長時の体積抵抗率が２．５×１０^３Ω・ｃｍ以下、１００％伸長時の体積抵抗率が５．０×１０^３Ω・ｃｍ以下となっているので、定常状態でも、伸長状態でも十分な導電性能を得ることができ、柔軟で安価な導電繊維とすることができる。

本発明では、図１〜４の顕微鏡写真に示すように、繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅の導電層を形成する。従来から、繊維に機能性を付与する加工では、繊維の表面にバインダー樹脂等を使って機能材を付着させる加工方法が多く、洗濯や使用中に機能材が剥離してしまう耐久性の問題や、風合いが硬くなってしまう等の問題があった。本発明では、ヨウ素イオンが繊維の内部に含浸しやすい性質と、ヨウ素イオンが金属を吸着する性質を利用するもので、繊維の内部に含浸したヨウ素イオンが金属を繊維内によび込み、表面内部に金属の被膜を形成させて、導電性のある繊維を製造するものである。ヨウ素イオンとしてはＩ_３ ⁻又はＩ_５ ⁻が好適で繊維の表面側内部近傍に含浸しやすく、金属を吸着しやすい。本発明は、特に一価の銅イオンとヨウ素イオンとは結合しやすく、ヨウ化銅被膜を形成する性質を応用している。

本発明では、まず第一の工程として、ヨウ素イオンを含む水溶液を作成し、繊維を浸漬して、繊維の表面側内部近傍にヨウ素を含浸させる。ヨウ素イオンを含む水溶液は、例えばヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウムを含む水溶液にヨウ素を常温で溶解して作成する。ヨウ素の濃度は０．１〜３．０ｍｏｌ／Ｌにするのが好ましい。３．０ｍｏｌ／Ｌを上回ると、過剰なヨウ素が繊維の内部に入り込み、繊維の引張強度や伸度を低下させるので好ましくない。また、０．１ｍｏｌ／Ｌを下回っても、繊維の表面側内部近傍のヨウ素密度が低下し、体積抵抗率を増大させてしまうので好ましくない。次に該ヨウ素イオンを含む水溶液に繊維を浸漬する。常温〜８５℃で１０〜９０分浸漬処理し繊維の表面側内部近傍にヨウ素を含浸させる。このときの繊維は特に限定されないが、ポリエステル繊維がヨウ素を含浸しやすいことから好適である。また、伸縮性のある繊維に導電加工を施す場合には、エラストマ繊維が好適で、特にポリエステルエラストマ繊維に導電加工を行えばその効果は顕著である。

次に第二の工程として、前記ヨウ素を繊維の表面側内部近傍に含浸した繊維を、ヨウ素水溶液から取り出し、マングルで絞ってから、一価の銅イオンを含む水溶液に６５〜８５℃で１０〜９０分浸漬処理することにより、前工程で繊維の表面側内部近傍に入り込んだヨウ素イオンと、一価の銅イオンが反応し、ヨウ化銅からなる導電層を繊維の表面側内部近傍に形成する。一価の銅イオンとヨウ素イオンとは結合しやすく被膜を形成しやすい。その後水洗し乾燥すれば、繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層が形成された繊維を製造することができる。

一価の銅イオンを含む水溶液は、例えば塩化第一銅をアンモニウムイオンを含む水溶液に溶解して作成する。一価の銅イオンの濃度は０．１〜０．５ｍｏｌ／Ｌ、反応温度は６５〜８５℃にするのが好ましい。０．１ｍｏｌ／Ｌを下回ると、充分な量のヨウ化銅を形成することができない。また、０．５ｍｏｌ／Ｌ、を上回っても、ヨウ化銅の形成量が増えるわけではなく好ましくない。また、反応温度が６５℃を下回るとヨウ化銅を形成しにくくなり、８５℃を上回っても、ヨウ化銅の形成量が増えるわけではなく、水溶液が沸点近くになるため好ましくない。

導電繊維を製造する繊維をエラストマ繊維とすれば、伸縮性能に優れた導電繊維を製造することができる。エラストマ繊維は、本来電気抵抗値が大きく、摩擦によって容易に帯電しやすく、塵や埃を吸引して外観を損ねてしまう性質をもっており、制電性や導電性が要求される用途での展開が制限されていた。従来からの、エラストマ繊維に導電性を付与する方法として導電性カーボンブラックを配合することで、制電性、導電性を付与することが知られているが、導電性カーボンブラックとのを混練にバラツキを生じ、体積抵抗率が一定しなかった。また、黒色系となって意匠的にも限られるものであった。本発明は、繊維の内部に安定的に導電層を形成するので、上述の欠点を解消し、帯電防止性、柔軟性、伸縮性の優れたエラストマ繊維とすることができる。

また、導電繊維を製造する繊維をポリエステルエラストマ繊維とすれば、ポリエステル繊維がヨウ素を含浸しやすい性質をもつことから、さらに安定した導電性能のえられる伸縮性の優れたエラストマ繊維とすることができる。

また、定常状態での体積抵抗率が５．０×１０^２Ω・ｃｍ以下、４０％伸長時の体積抵抗率が２．５×１０^３Ω・ｃｍ以下、１００％伸長時の体積抵抗率が５．０×１０^３Ω・ｃｍ以下となっているので、導電繊維の変位量に伴って体積抵抗率が変化する性質を応用し、各種センサーにも利用可能で、様々な用途拡大も期待できる。

次に、この発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、体積抵抗率は以下の測定器にて測定した。

＜試験方法＞
体積抵抗率・・・低低抗率計（三菱化学株式会社製ロレスターＧＰ）によって測定した。

＜実施例１＞
ポリエステルマルチフィラメント糸（１３００ｄｔｅｘ１４４ｆ生地、初期体積抵抗率３．８×１０^１３Ω・ｃｍ）を、ヨウ素イオンを含む水溶液（ヨウ素０．２ｍｏｌ／Ｌ、ヨウ化カリウム３．０ｍｏｌ／Ｌ水溶液、８０℃）に６０分浸漬し、マングルで絞って、ポリエステルマルチフィラメント糸の表面内部にヨウ素を含浸させた。ポリエステルマルチフィラメント糸は褐色となっていた。つぎに、このポリエステルマルチフィラメント糸を一価の銅イオンを含む水溶液（水１リットルにＣｕＣｌ４０ｇ、ＮＨ_４Ｃｌ８５ｇを溶解させた水溶液）に８５℃で６０分間浸漬処理することによって、ポリエステルマルチフィラメント糸の表面内部のヨウ素と銅を反応させてヨウ化銅を形成させた。ポリエステルマルチフィラメント糸を浴から取り出し、水洗し乾燥機で乾燥させた。ポリエステルマルチフィラメント糸は淡黄色となって、ヨウ化銅がポリエステルマルチフィラメント糸の表面内部に形成されたことを示していた。体積抵抗率は１．３×１０^２Ω・ｃｍであった。

＜実施例２＞
実施例１において、ポリエステルマルチフィラメント糸に代えてエラストマ繊維（ポリウレタンモノフィラ糸１０００ｄｔｅｘ、初期体積抵抗率６．５×１０^１３Ω・ｃｍ）とした以外は実施例１と同様にして導電繊維を得た。定常状態での体積抵抗率が４．６×１０^２Ω・ｃｍ、４０％伸長時の体積抵抗率が１．９×１０^３Ω・ｃｍ、１００％伸長時の体積抵抗率が４．３×１０^３Ω・ｃｍを示し、伸長状態でも良好な導電性を得ることができた。

＜実施例３＞
実施例１において、ポリエステルマルチフィラメント糸に代えてポリエステルエラストマ繊維（ポリエステルモノフィラ糸５０００ｄｔｅｘ、初期体積抵抗率２．５×１０^１３Ω・ｃｍ）とした以外は実施例１と同様にして導電繊維を得た。定常状態での体積抵抗率が１．９×１０^２Ω・ｃｍ、４０％伸長時の体積抵抗率が９．５×１０^２Ω・ｃｍ、１００％伸長時の体積抵抗率が２．０×１０^３Ω・ｃｍを示し、実施例２よりも耐久性や導電性の良好な導電繊維を得ることができた。

また、実施例３において、ヨウ化銅がポリエステルエラストマ繊維の表面内部に形成された顕微鏡写真を図１〜図４に示す。図１及び図２は、繊維の縦断面を示し、ヨウ化銅が、繊維の表面側内部近傍に白くなって層を形成しているのがわかる。また、図３及び図４は、繊維の横断面を示し、ヨウ化銅が、繊維の表面側内部近傍に白くなって層を形成し、また、アンカー効果で繊維の表面側内部近傍にしっかりと入り込んでいることがわかる。

＜比較例１＞
実施例３において、ポリエステルエラストマ繊維を一価の銅イオンを含む水溶液（水１リットルにＣｕＣｌ４０ｇ、ＮＨ_４Ｃｌ８５ｇを溶解させた水溶液）に８５℃で６０分間浸漬処理した後、ヨウ素イオンを含む水溶液（ヨウ素０．２ｍｏｌ／Ｌ、ヨウ化カリウム３．０ｍｏｌ／Ｌ水溶液、８０℃）に６０分浸漬した以外は実施例３と同様にした。顕微鏡写真を図５に示す。図５から解るように、一価の銅イオンが繊維に含浸しないため、ヨウ化銅の導電層がほとんど形成されていない。定常状態での体積抵抗率は３．５×１０^１２Ω・ｃｍであり、導電性は非常に低いものであった。

この発明の実施例３に係る導電繊維の縦断面を示す顕微鏡写真である。（倍率２００）この発明の実施例３に係る導電繊維の縦断面を示す顕微鏡写真である。（倍率１０００）この発明の実施例３に係る導電繊維の横断面を示す顕微鏡写真である。（倍率３００）この発明の実施例３に係る導電繊維の横断面を示す顕微鏡写真である。（倍率１０００）この発明の比較例１に係る繊維の横断面を示す顕微鏡写真である。（倍率３００）

Claims

ヨウ素イオンを含む水溶液に繊維を浸漬し、該繊維の表面側内部近傍にヨウ素を含浸させた後に、該繊維を一価の銅イオンを含む水溶液で処理することにより、該繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層を形成することを特徴とする導電繊維の製造方法。
前記繊維が、エラストマ繊維であることを特徴とする請求項１に記載の導電繊維の製造方法。
前記エラストマ繊維が、ポリエステルエラストマ繊維であることを特徴とする請求項２に記載の導電繊維の製造方法。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載した製造方法で製造した導電繊維。
請求項２または３に記載した製造方法で製造した導電繊維であって、定常状態での体積抵抗率が５．０×１０^２Ω・ｃｍ以下、４０％伸長時の体積抵抗率が２．５×１０^３Ω・ｃｍ以下、１００％伸長時の体積抵抗率が５．０×１０^３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする導電繊維。