JP2010209481A

JP2010209481A - 伸縮性導電繊維及びその製造方法

Info

Publication number: JP2010209481A
Application number: JP2009054516A
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: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP5213052B2

Abstract

【課題】本発明は、伸縮性繊維の表面側内部近傍（鞘部）にヨウ化銅からなる導電層を形成させ、使用中に過剰ヨウ素が内部から昇華離脱することがなく、耐久性があり、導電性能の低下をきたさない伸縮性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、芯鞘構造の伸縮性繊維を作成し、芯部をヨウ素の含浸しにくい繊維とし、鞘部はヨウ素の含浸し易い繊維とすることにより、過剰なヨウ素が内部に含浸して残らないようにすることにより、使用中に過剰ヨウ素が内部から昇華離脱しない伸縮性導電繊維の得られること見いだし本発明に到達した。
【選択図】図１

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伸縮性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。

また、出願人は特許文献４において、ヨウ素イオンを含む水溶液に繊維を浸漬し、繊維表面内部近傍にヨウ素を含浸させた後に、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にヨウ化銅からなる導電層を形成せしめる技術を開示している。しかしながらこの方法で得られた導電繊維を電子機器等に使用した場合には、使用中に過剰ヨウ素が内部から昇華離脱して、電子機器に悪影響を与えるという問題があった。
特開平５−２１４６４６特開２００５−２８１８７８特開平５−２４７８４２特願２００８−１９５９６２

伸縮性繊維の表面側内部近傍（鞘部）にヨウ化銅からなる導電層を形成させ、使用中に過剰ヨウ素が内部から昇華離脱することがなく、耐久性があり、導電性能の低下をきたさない伸縮性導電繊維を得ることを目的とする。

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、芯鞘構造の伸縮性繊維を作成し、芯部をヨウ素の含浸しにくい伸縮性繊維とし、鞘部はヨウ素の含浸し易い伸縮性繊維とすることにより、過剰なヨウ素が内部に含浸して残らないようにすることにより、使用中に過剰ヨウ素が内部から昇華離脱しない伸縮性導電繊維の得られることを見いだし本発明に到達した。本発明は、前記目的を達成するために以下の手段を提供する。

［１］ヨウ素イオンを含む水溶液に芯鞘構造の伸縮性繊維を浸漬し、該繊維の鞘部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、該繊維の鞘部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伸縮性導電繊維の製造方法。

［２］前記芯鞘構造の伸縮性繊維の鞘部がポリエステルエラストマで、芯部がポリオレフィンエラストマであることを特徴とする前項１に記載の伸縮性導電繊維の製造方法。

［３］前項１又は２に記載した製造方法で製造した伸縮性導電繊維。

［４］前項１又は２に記載した製造方法で製造した伸縮性導電繊維であって、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伸縮性導電繊維。

［１］の発明では、ヨウ素イオンを含む水溶液に芯鞘構造の伸縮性繊維を浸漬するので、ヨウ素は繊維の鞘部から内部に入り込み、鞘部にヨウ素が含浸され芯部にまでは含浸されにくく、過剰なヨウ素が芯部にまでは到達しにくい。しかる後に該伸縮性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、繊維の鞘部に含浸したヨウ素と、銅が反応し、ヨウ化銅からなる導電層を繊維の鞘部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く、使用中にヨウ素が内部から昇華離脱しない伸縮性導電繊維の製造方法とすることができる。

［２］の発明では、前記芯鞘構造の伸縮性繊維の鞘部がヨウ素の含浸し易すいポリエステルエラストマであるので、ヨウ素は鞘部に含浸し、芯部がヨウ素の含浸しにくいポリオレフィンエラストマであるので、鞘部を含浸したヨウ素は芯部には含浸しない。よって、一価の銅イオンを含む水溶液で処理するときに、過剰なヨウ素が繊維内部に残ることのない伸縮性導電繊維の製造方法とすることができる。

［３］の発明では、前項１または２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、優れた導電性能を備え、使用中にヨウ素が内部から昇華離脱しない伸縮性導電繊維とすることができる。

［４］の発明では、前項１又は２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、柔軟で使用中にヨウ素が内部から昇華離脱しない伸縮性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、芯鞘構造の伸縮性繊維の鞘部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、導電性のある伸縮性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しやすい性質を応用している。

本発明の一実施形態では、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、芯鞘構造の伸縮性繊維を浸漬して、繊維の鞘部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引張強度や伸度を低下させ、過剰なヨウ素が使用中に昇華離脱するので好ましくない。また、０．１ｍｏｌ／Ｌを下回っても、繊維の鞘部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鞘部にヨウ素を含浸させる。このときの鞘部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、伸縮性のある鞘部の繊維としては、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加工を行えばその効果は顕著である。

また、伸縮性のある鞘部の繊維の厚さは、芯部の繊維繊度にもよるが、例えば、直径０．６ｍｍのモノフィラメント糸の場合、２０〜１００μｍが好適である。伸縮性のある鞘部の繊維の厚さが２０μｍを下回ると伸長時に安定した導電性が得られなくなり、１００μｍを上回ってもヨウ化銅の被膜が厚くなり、伸縮性能が低下したり風合が硬くなり好ましくない。より好ましくは３０〜７０μｍがよい。

また、芯部の繊維は特に限定されないが、ポリオレフィン繊維がヨウ素を含浸しにくいことから好適である。また、伸縮性のある芯部の繊維としては、エラストマ繊維が好適で、特にポリオレフィンエラストマ繊維が好適である。

次に第二の工程として、前記ヨウ素を繊維の鞘部に含浸した繊維を、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、前工程で繊維の鞘部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鞘部に形成する。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、繊維の鞘部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、導電繊維を構成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・・・抵抗率計（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＞
ポリオレフィンエラストマ弾性糸としてエチレンプロピレンエラストマ弾性糸（モノフィラ糸５０００ｄｔｅｘ）を用意し、ポリエステルエラストマ樹脂溶液（ポリエステル−ポリエーテルエラストマ樹脂、塩化メチレンを溶媒にし、１０重量％溶液）を通過させ、５０℃で乾燥して芯鞘構造の伸縮性繊維（初期体積抵抗率６．８×１０^１３Ω・ｃｍ）を作成した。次に、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、伸縮性繊維の鞘部にヨウ素を含浸させた。伸縮性繊維の表面は褐色となっていた。さらに、この伸縮性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分間浸漬処理することによって、伸縮性繊維の鞘部のヨウ素と銅を反応させてヨウ化銅を形成させた。伸縮性繊維を浴から取り出し、水洗し乾燥機で乾燥させた。伸縮性繊維は淡黄色となって、ヨウ化銅が伸縮性繊維の鞘部に形成されたことを示していた。（図１〜４に示す。鞘部の厚さは３０μｍ）定常状態での体積抵抗率が５．０×１０^１Ω・ｃｍ、４０％伸長時の体積抵抗率が１．２×１０^２Ω・ｃｍ、１００％伸長時の体積抵抗率が２×１０^２Ω・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。つぎに該伸縮性導電繊維を透明なアクリルボックスに入れ、８０℃に加熱して、アクリルボックスの壁面を観察（ヨウ素の離脱試験）したが、ヨウ素の離脱はみられなかった。

＜実施例２＞
実施例１において、ポリオレフィンエラストマ弾性糸としてポリエステル−ポリウレタンエラストマ弾性糸（モノフィラ糸５０００ｄｔｅｘ）を用意した以外は実施例１と同様にして芯鞘構造の伸縮性導電繊維を得た。伸縮性繊維は実施例１と同様に、淡黄色となって、ヨウ化銅が伸縮性繊維の鞘部に形成されたことを示していた。定常状態での体積抵抗率が９．０×１０^１Ω・ｃｍ、４０％伸長時の体積抵抗率が２．９×１０^２Ω・ｃｍ、１００％伸長時の体積抵抗率が６．４×１０^２Ω・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。ヨウ素の離脱試験では、ヨウ素の離脱はみられなかった。

＜比較例１＞
実施例１において、芯鞘構造の伸縮性繊維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。図５に示すように、ヨウ化銅がポリエステルエラストマ繊維の表面内部にしっかりと形成され、一部は表面より深く入り込んでいるのがわかる。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、耐久性や導電性の良好な導電繊維を得ることができた。伸長状態でも良好な導電性を得ることができたが、ヨウ素の離脱試験では、アクリルボックスの壁面が褐色にくもり、ヨウ素の離脱がみられた。

＜比較例２＞
実施例１において、エチレンプロピレンエラストマ弾性糸に代えてナイロンモノフィラメント（５０００ｄｔｅｘ）とした以外は実施例１と同様にして導電繊維を得た。ヨウ化銅が繊維の鞘部に形成されているが、さらに芯部のナイロンの中にもヨウ素が侵入していた。定常状態での体積抵抗率が５．１×１０^１Ω・ｃｍであるが、４０％、１００％伸長時の体積抵抗率は伸度がなく測定できなかった。ヨウ素の離脱試験では、比較例１と同様にアクリルボックスの壁面が褐色にくもり、ヨウ素の離脱がみられた。

この発明の実施例１に係る伸縮性導電繊維の横断面を示す顕微鏡写真である。（倍率１００）この発明の実施例１に係る伸縮性導電繊維の横断面を示す顕微鏡写真である。（倍率５００）この発明の実施例１に係る伸縮性導電繊維の縦断面を示す顕微鏡写真である。（倍率１００）この発明の実施例１に係る伸縮性導電繊維の縦断面を示す顕微鏡写真である。（倍率５００）この発明の比較例１に係る伸縮性導電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芯鞘構造の伸縮性繊維を浸漬し、該繊維の鞘部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、該繊維の鞘部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伸縮性導電繊維の製造方法。
前記芯鞘構造の伸縮性繊維の鞘部がポリエステルエラストマで、芯部がポリオレフィンエラストマであることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性導電繊維の製造方法。
請求項１又は２に記載した製造方法で製造した伸縮性導電繊維。
請求項１又は２に記載した製造方法で製造した伸縮性導電繊維であって、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伸縮性導電繊維。