JP2846001B2 - 改善された静電気特性を有するカーペット複合体 - Google Patents

改善された静電気特性を有するカーペット複合体

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、改善された静電気特性を有するカーペッ
ト複合体（carpet composite）に関する。より具体的に
は、この発明は、カーボンブラック粒子と炭素繊維との
組合せを含むことによって提供される改善された静電気
特性を有する熱可塑性裏地を有するカーペット複合体に
関する。
従来、カーペットにおける静電気の問題を低減するた
めに多くの努力がなされてきているいる。一般に、これ
らの努力は、カーペット表からその床係合表面へ至る連
絡電路を提供するために、カーペットの表糸に、化学的
仕上げとしてまたは離散した導電体（例えば、スチール
繊維または金属化有機繊維）の形態で、導電性材料を加
えること（米国特許第4,678,675号参照）、アルミニウ
ム箔のような導電性材料をカーペット裏地に結合するこ
と（米国特許第3,713,960号参照）、または導電性ラテ
ックスの多層（タフト接着剤、スクリム接着剤、および
裏サイズ）を適用すること（米国特許第3,728,205号参
照）を含んでいる。しばしば、表糸の帯電防止性を改善
し、有用な寿命を増大させるため、導電性表糸は、導電
性箔またはラテックス層とともに用いられている。
特に、感受性装置に対する損傷が生じるようなコンピ
ュータ室等における効果的な静電散逸は、特に急を要す
る。そのような用途において、これら高い感受性におい
ての床覆い製品の好適性を評価するために、ある種の試
験方法が開発されている。すなわち、カーペットの静電
散逸特性を改善するために示唆された従来の技術は、多
くの最終用途に適しているが、これら特に感受性の高い
用途における散逸特性は、従来の技術では達成されてい
ない。
カーボンブラック自体を裏地層に混入することにより
これら要求を満足させようとする試みがなされている
が、要求される静電気散逸特性を達成するため、あるい
はそれに近づくためにさえ、混入されるべきカーボンブ
ラックの量は、一般に、非常に多いので、裏地に適用さ
れる液状熱可塑性樹脂の粘度は、製品の加工が困難か不
可能となる程増加する。
この発明によれば、カーペット製品における所望の静
電気散逸特性を達成するために従来示唆されている技術
にまつわる問題が解決され、約２×105オームの導電性
測定値を達成することができる。
これら利点は、熱可塑性樹脂裏打ちカーペットの裏地
層または裏地層１またはそれ以上中に、約15ないし30ナ
ノメートルの粒度（particle size）を有するカーボン
ブラック約0.2ないし0.4重量％と、約0.1ないし約0.2イ
ンチ、好ましくは約0.12インチないし約0.18インチの平
均長を有する炭素繊維約0.4にないし２重量％との混合
物を含めることにより達成される。カーボンブラックと
炭素繊維とのこのような組合せを含めることにより、約
２×105オームの導電性測定値を達成することができ
る。
この発明のカーペット製品は、パイル形成糸の好適な
ベース層への結合が、比較的安価であり、したがって商
業的に魅力のある接着剤系であるホットメルト接着剤に
より達成されるパイル織物として記述することができ
る。パイル形成糸をベース層に結合するための１つの特
に望ましい技術が、メイチェル（Machell）の米国特許
第4,371,576号（以下、メイチェル特許という）に記載
されている。この特許は、いわゆる「ボンデットカーペ
ット（bonded carpeting）」を作るための技術を記載し
ている。この発明は、ボンデッドカーペットに対して大
いなる用途を有するが、タフテッドカーペット（すなわ
ち、パイル糸が裏地層中にタフトされ、タフトされた糸
をベース層に接着させるためにペース層の裏に接着剤を
適用するカーペット）にも含む有利に適用することがで
きる。典型的に、ホットメルトまたは熱可塑性接着剤
は、それをベース層に適用する前に、少なくともその軟
化点まで加熱される。ついで、これを冷却させて、パイ
ル形成糸（ボンデッドおよびタフテッド形態の双方にお
ける）をベース層に結合させる。
バールを形成するのに使用される糸は、ナイロン、ア
クリル、ポリエステル、ウール、コットンおよびレーヨ
ン等、床覆い製品に有用であることが知られているいず
れのタイプの繊維で作られていてもよい。この発明の好
ましい態様によれば、糸自体が、糸に適用される通常の
帯電防止仕上げによりまたは糸にその製造中に導電性金
属もしくは炭素繊維等を含めることにより、帯電防止性
を有している。この発明の床覆い製品に使用される糸に
帯電防止特性を付与するための多種の技術は、当業者に
は、明かであろう。
この発明に従って使用できる熱可塑性樹脂接着剤組成
物は、長年に渡って利用されている広範な熱可塑性また
はいわゆるホットメルト接着剤を含む。典型的に、その
ような組成物は、360゜Fで約200000cp未満、好ましくは
約100000cp未満の溶融粘度を有する。その例を挙げる
と、例えば、米国特許第3,551,231号に記載されている
ような、エチレン／ビニルエステル共重合体、石油ワッ
クスおよび熱組成樹脂のブレンドである。使用できる他
の好適なブレンドは、米国特許第3,684,600号に記載さ
れているような、エチレン／ビニルエステル共重合体、
定分子量低密度ポリエチレン、マイクロクリスタリンワ
ックス、脂肪族熱可塑性炭化水素樹脂、ジシクロペンタ
ジエンアルキル化ポリマー、酸化防止剤、および充填材
を含む。使用できるエチレン／ビニルエステルタイプの
他の好適なホットメルト接着剤は、米国特許第3,583,93
6号、第3,676,280号、第3,684,600号、第3,745,054号、
第3,723,371号、第3,911,185号、第3,914,489号および
第4,012,547号に記載されている。使用できるさらに他
のホットメルト接着剤は、アタクチックポリプロピレン
タイプのものを含む。一般に、このような組成物は、主
成分量例えば、約10ないし約100重量部、好ましくは60
ないし100重量部のアタクチックポリプロピレン、０な
いし約70重量部の他の相容性熱可塑性材料（例えば、炭
化水素樹脂、ワックス、ポリエチレン、特に線状低密度
ポリエチレン）、アイソタクチックポリプロピレン、ポ
リイソブチレンおよびポリブテン−を含む。当業者に明
らなかように、このような組成物に種々の割合を充填材
を加えてもよい。
接着剤組成物中に使用できる他の相容性熱可塑性材料
は、エチレン／エチルアクリレート、ポリアセタール、
ポリエステル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、
ポリアクリルエステル、ポリメタクリルエステル、ポリ
塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアセテー
ト、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポルアミド、クロマン／イン
デン樹脂、天然樹脂、炭化水素樹脂、ビチューメン、そ
の他である。
適用されるホトメルト接着剤の量は、使用するパイル
糸、ベース層、およびパイル織物製品に望まれる性質に
基づいて、広く渡り得る。一般に、使用料は、平方ヤー
ド当るい約２ないし約200オンス、好ましくは約４ない
し約80オンスである。この発明に従って達成され得るカ
ーペット糸のタフトバインド（tuft bind）は、約２な
いし約20ポンドであり得る。
この発明の製品および方法に使用できる好適なベース
層は、織布、編布、不織スクリム、フェルト材、または
柔軟な有孔（foraminous）材料でもありあり得る。
この発明のホットメルト接着剤結合パイル織物を床覆
い製品特にカーペットタイルとして提供することを望む
なら、多種の好適な弾性裏地層のいずれかを当該織物に
適用することが望ましい。そのようなカーペットタイル
もまた、この発明の範囲内のものであるとみなされる。
裏地層は、例えば、適切な熱可塑性材料例えば、エチレ
ン／ビニルアセテート共重合体、アタクチックポリプロ
ピレン、ビチューメン炭化水素樹脂、ワックス、合成お
よび天然ゴムを含む各種ブレンドから形成することがで
きる。
裏地は、パイル織物を結合するためにベース層に適用
された接着剤と同じ接着剤によってベース層に結合させ
ることができる。かくして、得られる製品は、分離を受
ける別の層が、既知のカーペットタイルよりも少ない。
すなわち、この発明のカーペットタイルは、パイル層、
接着剤層、ベース層、他の接着剤層および裏地層を有す
るよりもむしろ、典型的に、パイル層、ベース層が配置
もしくはサスペンドされ得る単一の一体のホットメルト
接着剤層、および該ホットメルト接着剤により当該複合
体に結合された裏地層を有する。裏地層は、ガラス繊維
織布もしくは不織布のような少なくとも１つの補剛化お
よび安定化用メンブランを備えていてもよい。
この発明の方法に使用される炭素質材料は、カーボン
ブラックと炭素繊維との組合せである。使用される炭素
繊維は、ある導電特性を有する一般に炭素質もしくはグ
ラファイト繊維として表示され得る。その例を挙げる
と、ピッチ系繊維から製造されたもの、並びにポリアク
リロニトリル繊維またはリグニン繊維を炭素化すること
により製造されたものである。この発明に従って使用さ
れる炭素繊維の長さは、平均長として、約0.1ないし約
0.2インチ、好ましくは約0.12ないし約0.18インチを有
する。この繊維が、平均長で約0.2インチを越えると、
熱可塑性裏地層中に均一に分散させることが困難であり
得る。また、この繊維が、平均で約0.1インチ未満であ
ると、カーペットの電気散逸特性が満足できないものと
なり得る。
この発明の床覆い製品に製造に有用なカーボンブラッ
クは、一般に、約50ナノメートル未満、好ましくは約15
ないし30ナノメートルの平均粒度を有するものとして特
徴付けることができる。これらカーボンブラック粒子
は、ガラム当り約800ないし約1500平方メートルの平均
表面積、100グラム当り約2300ないし約500ミリリットル
の気孔容積、および立方フィート当り５ないし10ポンド
の見掛け嵩密度を有するものとしてさらに特徴付けるこ
とができる。この発明の製品に用いて好適であうことが
見いだされている市販製品は、例えば、EC−600JDケト
ジェンブラック（Ketjenblack）（アクゾー・ヒーミー
社（アメリカ）製）の下で販売されている。
この発明によれば、カーボンブラックは、裏地層名
に、あるいは多層裏地層がある場合にはその１またはそ
れ以上中に、熱可塑性裏地の重量に基づき、約0.2ない
し約0.4重量％の割合で含められ、また炭素繊維は、熱
可塑性裏地層の重量に基づいて、約0.4ないし２重量％
の割合で含められる。床覆い製品は、個々の最終使用用
途に望まれる性質を得るために、１、２またはそれ以上
の熱可塑性裏地層を含めることにより製造することがで
きる。すなわち、例えばカーペットタイル製品を望む場
合、糸は、典型的に、平均ヤード当り約20ないし80オン
スの割合で典型的に提供される熱可塑性接着剤により複
合体に結合される。接着剤は、典型的に、充填材を含ん
でおり、また充填材に加えて、上記の炭素質組成物を含
んでいてもよい。この発明の好ましい態様であるカーペ
ットタイルタイプの床覆い製品に典型的に提供される次
の層は、タイコート層として同定される。この層は、典
型的に、比較的高充填の熱可塑性材料である。例えば不
織ガラスの安定化層をもって配置され得る熱可塑性材料
の追加の層も提供され得る。
この発明の最も広い観点では、上記炭素質材料は、裏
地層の少なくとも１つの中に提供される。もっとも、裏
地層の内のいくつかの層、好ましい態様によれば全ての
裏地層が、個々の層の重量に基づいて、上記範囲の炭素
質材料を備え得る。このことは、特に望ましい。床覆い
製品の抵抗をその断面全体に渡って（すなわち、パイル
糸の先端が全体にわたって現出する製品表面から、基材
表面と接触するところの床覆い製品の裏面に至るまで）
減少されることが有利であるからである。
特に、上記炭素質は、カーボンブラックと炭素繊維と
の組合せであるべきであることが見いだされている。こ
の材料の組合せは、それら材料の単独使用よりも、予期
されない驚くべき利点を提供することが見いだされてい
る。特に、以後の実施例において、より詳細に指摘する
ように、平均サイズが例えば30ナノメートルのカーボン
ブラック100％を熱可塑性裏地層に含めた場合、製品の
加工が困難か不可能になるレベルまで熱可塑性層の相対
粘度が増加する。また、熱可塑性裏地層中に炭素繊維の
みを含めるので、床覆い製品における所望の電気導電散
逸特性を達成するには、不十分であることが見いだされ
ている。
以下、この発明を実施例により説明するが、この発明
は、それに限定されるものではない。なお、他の支持が
ない限り、全ての部および％は、重量による。
試験方法 電子装置に適合性のあるカーペットモジュールに対す
る各消費者の要求はかなり様々であるが、電子オフィス
機器およびコンピューターとともに使用するための床覆
い製品の好適性を特徴付けるため、３種の試験が、米
国、ヨーロッパ、および日本において現在使用されてい
る。これら試験は、典型的に、20％相対湿度および70゜
Fで予め状態調節した床覆い製品についておこなわれる
ものであると理解されるべきである。
静電気発生試験 「歩行」試験とも呼ばれる静電気発生試験は、AATCC
試験方法134−1986に記載されている。この試験は、電
圧測定装置に接続した電極を持った人が、状態調節した
カーペット上を同じペースで行ったり来たりすることか
らなる。この試験は、３種の靴底、すなわち皮革、ゴム
および合成でもっておこなわれる。最大電圧ピークの平
均が、カーペットが静電気を発生する傾向の指標であ
る。一般に、この試験の目標は、ネオライト底靴で最大
2.0KV、皮革底靴で最大1.0KVである。
抵抗率試験 工業的にはIBM抵抗率試験としても知られている抵抗
率試験は、重量５ポンドの2.5インチ径電極に所定の500
ボルト電荷をかけることによりカーペットの表面と裏面
との間の抵抗を測定するものである。抵抗は、カーペッ
ト中を通過する電流を測定することにより決定され、値
は、オームの法則を用いて計算する。この試験の目標
は、以下の通りである。
最大108オーム、フェースグラウンド （以下、Ｆ−Ｇ） 最大108オーム、フェース−フェース （以下、Ｆ−Ｆ） 最大1.5×105オーム、Ｆ−Ｆ 最大108オーム／平方 静電減衰試験 静電減衰試験は、NFPA 56Aに記載されており、床覆い
製品が静電電荷を散逸させる能力を決定するために用い
られている。試験試料を、まず、5000ボルトの電圧に電
荷させる。この試料試験を保持するブラケットを急激に
設置し、感応性電気メーターにより電圧の減衰をモニタ
ーする。カーペット試料が放電するに要する時間が、静
電減衰の尺度である。
この試験の目標は、以下の通りである。
5KVから0.5KVへの電圧現象についての最大減衰時間0.
5秒 例 １ 米国特許第4,371,576号に一般的に記載されている装
置および方法を用いて、ホットメルト接着剤裏打ちカー
ペットタイル製品を製造した。使用したナイロン糸は、
金属化有機繊維のブレンドを含有する紡績糸であった。
約1/8インチの平均長を有する炭素繊維0.5％、並びに約
15ナノメートルの平均粒度、1250平方メートル／グラム
の表面積、495ミリリットル/100グラムの気孔容積およ
び7.2ポンド／立方フィートの見掛け嵩密度を有するカ
ーボンブラック0.3％を含有するホットメルト接着剤を
用いて、上記糸を結合した。ホットメルト接着剤は、液
体浸透性ベース中に押し込んでナイロン糸と接触させ、
接着剤は、約40オンス／平行ヤードの割合で用いた。熱
可塑性ホットメルト接着剤タイコート層を用いて（25オ
ンス／平行ヤード）、この結合したカーペットを、重量
約50オンス／平行ヤードの熱可塑性裏地層に接合した。
上記ホットメルト接着剤層に加えて、上記裏地層および
タイコート層も、上記の通りの炭素繊維0.5％およびカ
ーボンブラック0.3％を含有していた。このカーペット
製品は、好適な床タイル製品に必要な望ましい物性の全
てを示し続け、さらに以下にまとめて示すように、改善
された帯電防止性を示した。
試験結果： 静電発生「歩行」 −0.4KV皮革 −1.5KVネオライト 抵抗 ５×106オームＦ−Ｇ １×108オームＦ−Ｆ 2.6×106オーム／平方 静電減衰 5000ボルトからゼロへ 0.01秒未満内 例 ２ この例では、金属化繊維の使用、並びに例１に記載し
た種々の層における炭素質材料の使用を排除して、上記
と同じ操作により「比較」カーペットタイルを製造し
た。以下にまとめて示すこのカーペットの帯電防止性
は、感受性の電気装置およびコンピューター装置が影響
を受けるような用途に用いた場合、例１の製造よりも劣
るものである。
静電発生「歩行」 −0.8KV皮革 −2.8KVネオライト 抵抗 ３×1010オームＦ−Ｇ 1.3×1011オームＦ−Ｆ 1.3×1015オーム／平方 静電減衰 減衰 10.0秒 例 ３ この例では、ホットメルト接着剤裏打ちカーペットタ
イルの製造に典型的に使用される熱可塑性樹脂約35重量
％を含有する「実験室配合物」を調製した。これら配合
物は、また、以下の表に示すように、種々の量の炭素繊
維、カーボンブラック、および充填剤を含むものであ
た。所望の帯電防止層を有する床覆い性の製造にそのよ
うな配合物を用いて好適かどうかを測定するめに、抵抗
試験を採用した。以下の表からわかるように、炭素繊維
を用いなかった場合、または炭素繊維またはカーボンブ
ラックのいずれかの量が、この発明のカーペット製品に
規定する範囲から逸脱した場合には、抵抗測定結果は、
感受性の電子もしくはコンピューター装置が配置される
領域に使用されるカーペット製品の最大許容値を越えて
いる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) D06M 17/00 - 17/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表糸で構成された表面層を備えた改善され
    た静電気特性を有するカーペット複合体であって、該表
    糸は、該カーペット複合体の静電気特性を改善するため
    に十分な量の、カーボンブラックと炭素繊維との混合物
    が含入された熱可塑性樹脂材料の裏地層中に埋入されて
    いるカーペット複合体。
  2. 【請求項２】カーボンブラックが、熱可塑性樹脂裏地層
    の総重量の約0.2ないし約0.4重量％の割合で存在する請
    求項１記載のカーペット複合体。
  3. 【請求項３】炭素繊維が、熱可塑性樹脂裏地層の総重量
    の約0.4ないし約２重量％の割合で存在する請求項１ま
    たは２記載のカーペット複合体。
  4. 【請求項４】カーボンブラックが、約50ナノメートル未
    満の平均粒度を有する請求項１ないし３のいずれか１項
    記載のカーペット複合体。
  5. 【請求項５】炭素繊維が、約0.1ないし約0.2インチの平
    均長を有する請求項１ないし４のいずれか１項記載のカ
    ーペット複合体。
  6. 【請求項６】表糸が、帯電防止特性を備えている請求項
    １ないし５のいずれか１項記載のカーペット複合体。
  7. 【請求項７】表糸で構成された表面層を備えた改善され
    た静電気特性を有するカーペット複合体であって、該表
    糸は、熱可塑性樹脂材料の裏地層中に埋入されており、
    該熱可塑性樹脂裏地層には、該熱可塑性樹脂裏地層の総
    重量の約0.2ないし約0.4重量％の、約50ナノメートル未
    満の平均粒子を有するカーボンブラックと、熱可塑性樹
    脂裏地層の総重量の約0.4ないし約２重量％の、約0.1な
    いし約0.2インチの平均長を有する炭素繊維との混合物
    が該裏地層の全断面にわたって均一に含入されているこ
    とを特徴とするカーペット複合体。
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