JP2767260B2 - 導電性樹脂組成物 - Google Patents

導電性樹脂組成物

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JP2767260B2 JP29005488A JP29005488A JP2767260B2 JP 2767260 B2 JP2767260 B2 JP 2767260B2 JP 29005488 A JP29005488 A JP 29005488A JP 29005488 A JP29005488 A JP 29005488A JP 2767260 B2 JP2767260 B2 JP 2767260B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (a)発明の目的 (産業上の利用分野) 本発明は導電性塗料等の導電性樹脂組成物、詳しくは
耐熱性に優れ、自己温度制御性を有する導電体を与える
ことのできる導電性樹脂組成物に関する。
(従来の技術) 一般に、導電性塗料等の導電性樹脂組成物は、固定抵
抗体やしゅう動抵抗体等の分野で用いられる場合のもの
は、温度変化による抵抗値の変化の極めて少ないことが
要求されるが、センサーや面状発熱体等の分野において
用いられる場合のものは、むしろ温度変化により抵抗値
の変化するものが要求されることが多い。
従来、面状発熱体等における発熱体としては金属性発
熱体を用いるのが周知であったが、かかる金属性発熱体
に通電すると、発熱につれて発熱体の抵抗値が低下する
ために電流が増え、その結果として発熱温度が益々高く
なり、火災等の発生に結びつく危険があった。そのため
の安全確保には高価な温度制御装置を使用する必要があ
った。また、その温度制御装置が万一故障すると、火災
の発生や焼死等の重大事故を招く危険性があった。
また、線状発熱体を組込んだ面状発熱体は、線状発熱
体の存在個所において発熱をするので、面状発熱体に温
度ムラを生じたり、制御温度に鋸刃状の高低差を生じや
すく、いわゆる暖かさがハードとなり、使用者に不快感
を与える等の欠点があった。
さらに、ソフトな暖かさが得られる従来の炭素発熱体
は自己温度制御性が殆んどない欠点があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は従来の発熱体用等の導電体の有する欠点が改
良され、特に自己温度制御性を有する導電体を与えるこ
とのできる導電性樹脂組成物を提供しようとするもので
ある。
(b)発明の構成 (問題点を解決するための手段) 本発明者らは、前記の問題点を解決するために種々研
究を重ねた結果、特定の高い線膨脹率を有するウレタン
系樹脂に特定の物性をもつカーボンブラックを配合した
導電性樹脂組成物によって、その目的を達成できたので
ある。
すなわち、本発明の導電性樹脂組成物は、線膨脹率が
3.0×10-4K-1以上のウレタン系樹脂100重量部に対し、
ジブチルフタレート吸油量が100ml/100g以上で、かつ比
表面積が500m2/g以下のカーボンブラック15〜100重量部
を配合してなる組成物である。
本明細書に記載のウレタン系樹脂の線膨脹率は、温度
30〜60℃における平均線膨脹率をさす。
本発明の導電性樹脂組成物のような導電剤としてカー
ボンブラックを配合した樹脂組成物によって形成される
導電体は、それを面状発熱体やセンサー等の導電体とし
て使用するには、電気抵抗が103Ω以下(電極間5cm、電
極幅5cmにおいて)になるようにし、かつそれに自己温
度制御性を付与せしめるには、温度が高くなるにつれて
抵抗値が大きくなる特性を有するもの、すなわち“Posi
tive Temperature Coefficient(以下、これを「PTC」
と略称する)”の値の高いもの、好ましくは30℃の抵抗
値に対して100℃の抵抗値が1.3倍以上になり、その間の
抵抗値の変化が温度変化に対してリニアに高くなるもの
にするのが望ましいのである。
そして、本発明者らの研究によれば、ウレタン系樹脂
にカーボンブラックを配合した導電性樹脂組成物におけ
るPTCの発現は、用いるウレタン系樹脂の線膨張率と密
接な関係があり、高いPTC値を有し、充分な自己温度制
御性を有する導電体を与える導電性樹脂組成物とするに
は、その樹脂の線膨張率を3.0×10-4K-1以上とすればよ
いことが判明したのである。
本発明において用いる線膨張率が3.0×10-1K-1以上の
ウレタン系樹脂の代表的なものとしては、脂環式ジイソ
シアネートとポリエーテルグリコール及び/又は側鎖を
有するポリエステルグリコールと、さらに鎖延長剤とし
てのジアミンとを反応させることにより得られるウレタ
ン樹脂があげられる。
その場合に用いる脂環式ジイソシアネートとしては、
たとえばイソホロンジイソシアネート、1,4−シクロヘ
キシルジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメ
タンジイソシアネート、メチルシクロヘキシルジイソシ
アネートなどがあげられ、特にイソホロンジイソシアネ
ートが好ましい。
また、そのポリエーテルグリコールとしては、たとえ
ばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等があげら
れる。
また、その側鎖を有するポリエステルグリコールとし
ては、たとえばアジピン酸、コハク酸、セバシン酸、マ
レイン酸、グルタル酸、フタル酸等のジカルボン酸と、
たとえば1,2−プロピレングリコール、1,2−ブタンジオ
ール、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタ
ンジオール、ネオペンチルグリコール、3,3−ジメチロ
ールペンタン、3,3−ジメチロールヘプタン等のアルキ
ル側鎖を有するグリコールとの重縮合によって得られる
ものがあげられる。より具体的にはポリプロピレンアジ
ペート、ポリネオペンチレンアジペート等があげられ
る。また、β−メチル−δ−バレロラクトン、β−エチ
ル−δ−バレロラクトン等のアルキル側鎖を有するラク
トン類を開環重合して得られるポリラクトンジオール等
も使用することができる。
さらに、その鎖延長剤としてのジアミンとしては、た
とえばエチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサ
メチレンジアミン、イソホロンジアミン、ヒドラジン、
ピペラジン、ジシクロヘキシルメタン−4,4′−ジアミ
ン等があげられる。
かかる脂環式ジイソシアネートと、ポリエーテルグリ
コール及び/又は側鎖を有するポリエステルグリコール
と、さらに鎖延長剤のジアミンとを反応させて本発明で
用いるウレタン系樹脂を製造するには、常法により行な
わせることができる。たとえば、上記のジイソシアネー
トとポリオールとを、イソシアネート基が過剰になるよ
うに反応させてプレポリマーとし、これに鎖延長剤のア
ミンを反応させる二段法を用いて製造してもよいし、ジ
イソシアネートとポリオールと鎖延長剤とを一括反応さ
せる一段法を用いて製造してもよい。
そのウレタン系樹脂の製造においては、通常用いられ
るようなウレタン化反応触媒を使用することができ、そ
のウレタン化触媒としては、通常用いられるようなスズ
系、鉄系、三級アミン系等の触媒がいずれも用いること
ができる。そのスズ系触媒としては、ジブチルスズジラ
ウレート、ジオクチルスズジラウレート、ジブチルスズ
ジオクトエート、スタナスオクトエートなどがあげられ
る。その鉄系触媒としては、鉄アセチルアセトネート、
塩化第二鉄等があげられる。その三級アミン系触媒とし
ては、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等があ
げられる。また、反応溶媒は用いてもよいし、用いなく
てもよいが、より均一な樹脂溶液を得るためには溶媒を
用いるのが望ましい。その反応溶媒としては、前記の反
応させる各成分を溶解できるものであれば何でもよい。
その溶媒の具体例としては、たとえば2−ブタノン、4
−メチル−2−ペンタノン、シクロヘキサノン等のケト
ン類、酢酸エチル、トルエン、イソプロパノール等があ
げられる。
本発明で用いるかかるウレタン系樹脂は、分子量が通
常5000〜100,000、好ましくは10,000〜70,000のものと
して用いられる。その分子量が小さすぎると導電体の耐
熱性が不充分なものとなるし、大きすぎると溶解性やカ
ーボンブラックの分散性が悪くなり、導電体の物性低下
を招くことになる。
また、本発明におけるカーボンブラックは、導電剤と
して、すなわち樹脂組成物に導電性を付与せしめるため
に配合するものであるが、本発明においてはそのカーボ
ンブラックとして、ジブチルフタレート吸油量が100ml/
100g以上で、かつ比表面積が500m2/g以下、好ましくは4
00m2/g以下のものを選択使用する。用いるカーボンブラ
ックのジブチルフタレート吸油量が100ml/100g未満にな
ると、カーボンブラックの分散が悪くなり導電ネットワ
ークの形成ができず、充分な導電性が得られなくなる。
また、カーボンブラックの比表面積が大きくなりすぎる
と、得られる導電体のPTCが小さくなり、自己温度制御
性が不充分なものとなる。
本発明におけるかかる条件を満すカーボンブラック
は、たとえば三菱化成株式会社製の#3050B,#3150B、
及び#3250B、東海カーボン株式会社製の#4500及び#5
500、並びに電気化学工業株式会社製のデンカブラック
等として既に市販されているから、本発明はかかる市販
品を用いて実施することができる。
本発明の導電性樹脂組成物は、前述のウレタン系樹脂
100重量部に対し、前述のカーボンブラック15〜100重量
部、好ましくは20〜80重量部を配合してなるものであ
る。カーボンブラックの配合割合は、所望の導電性によ
りきめられるが、その配合割合が少なすぎると充分な導
電性が得られないし、多すぎると導電性樹脂組成物の溶
解粘度や溶融粘度が高くなり、導電体の形成上に支障が
生ずる。
本発明の導電性樹脂組成物は、種々の態様において実
施することができる。たとえば、導電性塗料の場合に
は、ウレタン系樹脂の適当な溶媒溶液に所定量のカーボ
ンブラックを配合して混合・攪拌してカーボンブラック
を充分に拡散させる。得られる塗料は適当な基材に所定
の厚さに塗布してから乾燥して溶媒を除けは基材上にフ
ィルム状の導電体が形成される。
また、ウレタン系樹脂を100〜130℃の温度に加熱溶解
させた状態で、ミキシングロール、バンバリーミキサ
ー、一軸又は二軸エクストルダー、ブスコニーダー等を
用いて所定量のカーボンブラックと混合して、カーボン
ブラックを樹脂中に分散させると導電性樹脂組成物が得
られる。かかる導電性樹脂組成物は、常温〜適当な温度
に加熱し、ロールまたはプレス成形機等を用いて成形す
れば、シートその他の形状の導電体が得られる。また、
ウレタン系樹脂を適当な溶媒とともにオープンロール等
を用いて常温で混練してからシート状に押出し、乾燥す
ればシート状の導電体を製造できる。以上のようにして
得られたシート状導電体を、たとえば布状支持体上に加
熱圧着させると、自己温度制御性を有する面状発熱体が
得られる。
(実施例等) 以下に、実施例及び比較例をあげてさらに詳述する
が、本発明はその実施例によって限定されるものではな
い。
実施例1〜4 比較例1〜3 下記の表1に示した各種の配合を用いて導電性樹脂塗
料を調製した。
すなわち、200ccのガラス製容器びんに、表1に示す
配合により種々のウレタン系樹脂又はアクリルゴム、種
々の溶媒、及び種々のカーボンブラックを添加し、1mm
径のガラスビーズを加えて、1時間ペイントシェカーを
用いて分散を行なわせた。
得られた各塗料を両サイドに電極を有する綿製の布状
支持体の両面に、乾燥厚さが約0.5mmになるようにそれ
ぞれ塗布し、排気設備のあるオーブン中で、残留溶媒の
揮発除去とアニーリングを行なわせるために、120℃で
1時間処理したのち取出し、1昼夜放置して冷却し、試
験片を得た。
その各試験片に電極を取付けてから空気循環型の恒温
槽に入れ、各種の温度における抵抗値(電極間融5cm、
電極幅5cm)を測定して、PTC値を算出した。その結果は
表1に示すとおりであり、各実施例の導電性塗料によっ
て形成された導電性塗膜は、温度が高くなるにつれてPT
C値が著しく大きくなることから自明なように、自己温
度制御性に著しく優れている。
なお、表1に記載の樹脂又はゴムの線膨脹率は、熱機
械的分析装置TMA10(セイコー電子工業株式会社製)を
用いて、下記の方法で測定した。すなわち、溶剤を完全
に除去した厚さ約3mmの樹脂又はゴムフィルを、直径約8
mmに切断して試料とし、この試料を測定前に100℃で30
分間前処理したのち、下記の測定条件を用いて測定し、
30〜60℃の測定値の平均値を算出して、その線膨脹率と
した。
線膨脹率測定条件 測定モード :膨脹・圧縮 荷 重 :なし 昇温速度 :10℃/分 測定温度範囲:30℃〜60℃ また、表1に記載の抵抗値の測定には、デジタル・マ
ルトメーターTR−6856(タケダ理研社製)を用いた。
(c)発明の効果 本発明の導電性樹脂組成物は、PTC値が高く、したが
って自己温度制御性に優れた導電体を与えることができ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−197763(JP,A) 特開 昭58−132058(JP,A) 特開 昭63−12665(JP,A) 特開 昭63−239707(JP,A) 岩田敬治著「ポリウレタン、樹脂ハン ドブック」昭和62年9月25日、日刊工業 新聞社発行、第338頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 75/00 - 75/16 C08K 3/00 - 3/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】線膨脹率が3.0×10-4K-1以上のウレタン系
    樹脂100重量部に対し、ジブチルフタレート吸油量が100
    ml/100g以上で、かつ比表面積が500m2/g以下のカーボン
    ブラック15〜100重量部を配合してなる導電性樹脂組成
    物。
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JP3013665B2 (ja) * 1993-08-18 2000-02-28 株式会社ブリヂストン 電子写真用導電性部材
JPH08157556A (ja) * 1994-12-01 1996-06-18 Bridgestone Corp ポリウレタン部材
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JP2006206780A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Mitsubishi Chemicals Corp 導電性熱可塑性樹脂組成物
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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岩田敬治著「ポリウレタン、樹脂ハンドブック」昭和62年9月25日、日刊工業新聞社発行、第338頁

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