JP3113054B2

JP3113054B2 - 導電性複合繊維

Info

Publication number: JP3113054B2
Application number: JP04088674A
Authority: JP
Inventors: 裕憲山田; 統光神山
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1992-04-09
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH05287611A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性複合繊維に関す
る。さらに詳しくは、特異な粒度分布を有する導電性物
質を含有してなる、使用耐久性に優れた新規な白色系導
電性複合繊維に関する。

【０００２】

【従来の技術】合成繊維、例えばポリエステル繊維、ポ
リアミド繊維等は導電性がないため、摩擦により静電気
が帯電し易く、塵埃の付着、放電に伴なう各種障害が発
生する問題がある。

【０００３】かかる問題点を解決するため、繊維製品に
白色の導電性物質を含有させた繊維を混合する方法が提
案されており、なかでも白色または無色の無機微粒子の
表面に酸化錫を主成分とする導電皮膜が付与された導電
性物質が、白度に優れ導電性も良好な点で注目されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば、特公昭５８―
３９１７５号公報には溶融成形可能な合成重合体中に酸
化第二錫で表面をコーティングした酸化チタン微粒子を
３〜２０重量％分散せしめた制電性重合体組成物が提案
されている。しかしこの場合、酸化第二錫単独の被覆で
は導電性は不充分であり、満足できる導電性繊維を得る
ためには適当なドーピング剤を添加しておくことが必要
であり、且つその被覆量も７０重量％以上と極めて多量
にする必要がある。

【０００５】また特公昭６２―２９５２６号公報には、
導電性皮膜を有する酸化チタン粒子を含有する熱可塑性
重合体と繊維形成性重合体とからなる導電性複合繊維を
製造するに際し、複合紡糸・延伸後さらに熱処理するこ
とにより導電性構造を再生長させる方法が提案されてい
る。そして用いられる導電性粒子としては、可紡性及び
導電性の見地から粒径が小さいものが望ましく、特に粒
径が小さいほど導電性に優れ、１μｍ以上のものは著し
く性能が劣るとしている。しかし、粒径が小さくなる
と、導電性粒子は熱可塑性重合体中に分散させる際に凝
集し易くなり、溶融紡糸時の工程調子が悪化し、結果的
には導電性能に劣る繊維しか得られず、且つ断糸も頻発
するといった問題が起る。さらには、得られる導電性複
合繊維は、このような微細な粒子がミクロな繊維状配列
されて導電性能が発現されているためと推定されるが、
かかる複合繊維に引張り応力が作用すると、該繊維状配
列が容易に破壊されて導電性能が劣化するといった問題
がある。

【０００６】最近、かかる問題点を解決するために、特
開平２―３０７９１１号公報には導電性金属酸化物とし
て金属酸化物ウィスカーを用いる方法が提案され、特に
直径が０．５μｍ以下、長さが８μｍ以上でアスペクト
比が１６以上のものを用いると上記導電性能の劣化は防
止されるとしている。しかしながら、かかるウィスカー
を配合して溶融紡糸を行う際には、通常溶融紡糸に採用
されている濾過装置を用いるとウィスカー自体も捕捉さ
れるために濾過条件を甘くするかもしくは濾過装置を使
用せずに紡糸する必要があり、断糸が頻発したり、異物
やウィスカーの凝集物による節糸が発生し易いといった
問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来技術の有する問題点を
鑑みなされたもので、その目的は、容易に製糸すること
ができ、優れた導電性能とその使用耐久性を有する新規
な白色系導電性複合繊維を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意検討を行なった結果、導電性物質の
粒度分布が特定形状を有し、且つ粗大粒子の含有量が特
定範囲内にあれば、製糸性並びに導電性能及びその耐久
性が同時に改善されることを見い出し、本発明に到達し
た。

【０００９】すなわち本発明は、１．繊維形成性熱可塑性重合体（Ａ）と、導電性物質
（Ｂ）を含有する熱可塑性重合体（Ｃ）とから形成され
る導電性複合繊維において、前記導電性物質（Ｂ）は平
均粒径μ_Bが０．５〜１．５μｍであり、遠心沈降法に
よる沈降粒子重量から求められた粒度分布曲線に少なく
とも２つのピークを有し、該ピークを示す粒径の粒径比
ｄmax ／ｄmin が２〜３０であり、且つ粒径が３．０μ
ｍ以上の粗大粒子の含有量が全粒子重量に対して１５〜
３０重量％であることを特徴とする導電性複合繊維、で
あり、２．導電性物質（Ｂ）が、平均粒径μ_Dが０．５〜１．
５μｍ、粒度分布比ｒ_Dが６．０以上の導電性金属酸化
物粒子（Ｄ）と平均粒径μ_Eが０．１〜１．０μｍ、粒
度分布比ｒ_Eが２．５以下の導電性金属化合物（Ｅ）と
の混合物であり、μ_D−μ_Eが０．１〜１．４μｍ、そ
の混合比Ｄ／Ｅ（重量比）が０．１〜３．０である上記
１記載の導電性複合繊維、［但し、粒度分布比ｒは、遠
心沈降法における沈殿粒子の累積重量が全粒子重量の２
５％になった時の粒径をＤ₂₅、７５％になった時の粒径
をＤ₇₅とした時、ｒ＝Ｄ₂₅／Ｄ₇₅で表わされる］であ
る。

【００１０】本発明の導電性複合繊維の一部を構成する
繊維形成性熱可塑性重合体（Ａ）は、溶融紡糸可能なも
のであれば任意である。かかる重合体の具体例として
は、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフ
タレート等のポリエステル、ナイロン６やナイロン６，
６等のポリアミド、ポリエチレンやポリプロピレン等の
ポリオレフィンなどが挙げられる。またはこれらを主成
分とする共重合体もしくは混合重合体をあげることがで
きる。また、かかる（Ａ）成分には、必要に応じて任意
の添加剤、たとえば艶消剤、着色剤、酸化安定剤、染色
性向上剤、制電剤等を含有させてもよい。

【００１１】本発明の導電性物質（Ｂ）を配合せしめる
熱可塑性重合体（Ｃ）は、公知の熱可塑性重合体いずれ
をも使用できる。かかる重合体としては、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエ
ン、ポリイソプレン、ナイロン６、ナイロン６，６、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト等をあげることができ、これらには共重合成分が共重
合されていてもよく、また必要に応じてそれらの２種以
上を混合したものであってもよい。

【００１２】本発明の最大の特徴とするところは、導電
性複合繊維の導電成分となる、上記熱可塑性重合体に配
合される導電性物質、特にその粒度分布にある。すなわ
ち、従来では導電性物質としては粒径が小さいもの、あ
るいはアスペクト比の大きいウィスカーが使用されてい
るのに対して、本発明では、粒径分布に少なくとも２つ
のピークを有し、そのピークを示す粒径の最大値ｄmax
と最小値ｄmin とは粒径比ｄmax ／ｄmin が２〜３０で
あり、且つ粒径が３．０μｍの粗大粒子を特定量１５〜
３０重量％（全粒子重量に対して）含有している導電性
粒子を用いることに特徴がある。

【００１３】なお、ここでいう粒度分布は、遠心粒径測
定器を用い得られた遠心沈降曲線を基にして粒径と全粒
子重量に対する沈降粒子重量を表わした累積重量分布曲
線から、これを微分して粒度分布曲線を求めた。また、
平均粒径、粗大粒子量及び後述する粒度分布比は、夫々
下記のようにして求めたものである。

【００１４】粒度分布比：上記累積分布曲線から、沈降
粒子の累積重量が全粒子重量に対して２５重量％に相当
する粒径（Ｄ₂₅）と７５重量％に相当する粒径（Ｄ₇₅）
を読みとり、Ｄ₂₅／Ｄ₇₅を粒度分布比ｒとした。

【００１５】粗大粒子量：上記累積分布曲線から、所定
粒径以上の割合を算出した。

【００１６】本発明で用いられる導電性物質（Ｂ）は、
前述のとおり、粒度分布に少なくとも２つのピークを有
するとともに粗大粒子を特定量含有するものであるが、
具体的には、ピークに相当する粒径の最大値ｄmax と最
小値ｄmin とは粒径比ｄmax／ｄmin が２〜３０を満足
する必要がある。

【００１７】ｄmax ／ｄmin が２未満の場合には、後述
する本発明の作用が奏されず、当初の導電性能のレベル
が良好であっても、その使用耐久性は不充分となり本願
の目的は達成されない。一方、ｄmax ／ｄmin が３０を
越える場合には、粗大粒子の割合が相対的に多くなりす
ぎて紡糸性が低下するとともに、導電性も低下する傾向
があるので好ましくない。

【００１８】また、粒径が３．０μｍ以上の粗大粒子の
含有量は１５〜３０重量％である必要があり、１５重量
％未満には本発明の導電性能耐久性向上効果は得られ
ず、一方３０重量％を越える場合には紡糸性が低下する
ため好ましくない。

【００１９】さらに導電性物質の平均粒径は０．５〜
１．５μｍの範囲内にあることが好ましく、また紡糸性
の見地からは粗大粒子は少ない方が好ましく、１０μｍ
以上の粗大粒子量は２重量％以下とするのが望ましい。
また導電性物質の色調は、得られる複合繊維の白度を向
上するといった見地より、特にハンター型色差計による
色差Ｌ値が７５以上、ｂ値が１０以下であることが望ま
しい。

【００２０】本発明で用いられる導電性物質（Ｂ）は、
上記特性を満たしていれば特に限定されず、例えば平均
粒径が異なる２種以上の導電性物質を混合する方法をあ
げることができ、平均粒径μ_Dが０．５〜１．５μｍの
導電性金属酸化物（Ｄ）と平均粒径μ_Eが０．１〜１．
０μｍでμ_D−μ_Eが０．１〜１．４μｍの導電性金属
酸化物（Ｅ）とを０．１〜３．０の割合（重量比Ｄ／
Ｅ）で混合したものが好ましく例示できる。

【００２１】この際、前者の金属酸化物の粒度分布ｒ_D
を６．０以上として粒度分布をブロードにし、一方ｒ_E
を２．５以下として粒度分布をシャープにすると、粒度
分布の広い粒径の大きい粒子のまわりに粒径のそろった
小さい粒子を配置させた導電構造が形成され、導電性能
の耐久性が向上するので好ましい。

【００２２】ここで用いられる導電性金属酸化物粒子
（Ｄ）としては、例えば、酸化錫、酸化亜鉛、酸化銀、
酸化銅、酸化カドミウム、酸化鉛、酸化チタン、チタン
酸カリウム、酸化クロム、酸化ニッケルあるいはこれら
の複合酸化物等が挙げられる。これら金属酸化物の多く
のものは絶縁体に近い半導体であるが、適当な第２成分
を添加することによって導電性を向上させることができ
る。このような導電性向上剤、いわゆるドーピング剤と
しては、異種金属の酸化物あるいは同種、異種金属が挙
げられる。例えば酸化錫に対して酸化アンチモン、酸化
銅に対して銅、酸化亜鉛に対して酸化アルミニウムを添
加する。

【００２３】ドーピング剤の添加量は、導電性金属酸化
物の電気電導度と粒子の着色の度合によって決定され
る。またかかる導電性金属酸化物粒子は、白度の高い金
属酸化物表面を導電性金属酸化物で覆ったものであって
もよい。すなわち、酸化チタンあるいはチタン酸カリウ
ム等の表面を、酸化錫あるいは酸化亜鉛を主成分とし、
ドーピング剤として酸化アンチモンを用いた導電性被覆
で覆った導電性金属酸化物粒子は、白度及び電気電導度
ともに良好である。

【００２４】かかる導電性金属酸化物粒子（Ｄ）の比抵
抗は粉末状で１０³Ω・cm以下、特に１０²Ω・cm以下
のものが本発明の目的に使用することができる。また
（Ｄ）成分の粒子形状は特に限定されず、球状であって
も楕円状であってもよく、前述の導電性物質（Ｂ）につ
いて限定される要件を満たしていればよい。

【００２５】また導電性金属酸化物粒子（Ｄ）と混合し
て使用される導電性金属化合物粒子（Ｅ）としては、平
均粒径及び粒度分布が前述の範囲にあり、且つ混合物と
しての性状が前記導電性物質（Ｂ）について規定される
要件を満たしていればよく、特に粉末状の比抵抗が１０
³Ω・cm以下であることが好ましい。かかる金属化合物
粒子としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化銀、酸化銅、酸
化カドミウム、酸化亜鉛、酸化チタン、チタン酸カリウ
ム、酸化クロム、酸化ニッケル、あるいはこれらの複合
酸化物、さらにはこれらの化合物にドーピング剤を添加
した化合物、またカオリナイト、硫酸バリウム、酸化チ
タン、酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、その他各
種化合物粒子の表面を導電性金属化合物で覆った導電性
金属化合物粒子を挙げることができる。

【００２６】以上の詳述した導電性物質（Ｂ）の熱可塑
性重合体（Ｃ）への配合量は、該混合物の重量に対して
５０〜７５重量％の範囲が望ましく、５０重量％未満と
少ない場合には導電性能のレベルが不充分となり易く、
一方、７５重量％を越えて多い場合には紡糸性が悪化し
易くまた導電性能の使用耐久性も悪化し易い。

【００２７】なお、前記（Ｂ）成分と（Ｃ）成分とから
なる導電性成分には、必要に応じて任意の添加剤、例え
ばカップリング剤、艶消剤、着色剤、安定剤、制電剤等
を含有させることができる。

【００２８】本発明においては、前記繊維形成性熱可塑
性重合体（Ａ）及び導電性物質（Ｂ）を含有する熱可塑
性重合体（Ｃ）［導電成分］とによって構成される複合
繊維の形状は、サイド・バイ・サイド型、芯―鞘型のい
ずれでもよく、また導電性成分の断面形状は任意の形を
とることができ、その数も１以上の任意の数をとること
ができる。なかでも芯部を導電成分とした芯鞘型が特に
好ましい。

【００２９】繊維横断面における（Ａ）成分と導電成分
との割合は、極めて広い範囲にすることができるが、導
電成分の割合があまりに大きくなると得られる導電性複
合繊維の強度が低下するようになるので、繊維横断面に
おける導電成分の占める割合は５０％以下が好ましい。
また、この導電成分の下限は、導電成分が繊維軸方向に
沿って連続しさえすればよく、通常繊維横断面積の１％
以上、特に３％以上にするのが好ましい。

【００３０】かかる導電性複合繊維を製造するには格別
の方法、条件を採用する必要はない。二成分よりなる複
合繊維を製造する公知の製糸方法及び製糸条件から適当
に選択することができる。

【００３１】

【発明の作用効果】従来、導電性金属酸化物微粒子を配
合した重合体を一成分とする導電性複合繊維は、製造直
後の導電性能が良好なレベルにあっても、その使用耐久
性に劣り、極めて短時間でその導電性能が大きく低下す
るといった問題があった。かかる現象は、使用時に導電
性複合繊維に負荷例えば張力が作用した場合、容易に導
電構造が破壊され、その導電層の連続性が遮断されるた
めと推定される。そしてかかる導電構造破壊の抑制は、
導電層を構成する導電性微粒子の連続配列が、応力が作
用しても破壊され難い構造となっていれば可能であると
考え種々検討した結果、粒度分布に２つのピークを有す
るもので、その粒径比ｄmax ／ｄmin が２〜３０の関係
にある導電性微粒子であり且つ粒径３μｍ以上の含有量
が１５〜３０重量％の範囲にあるものを用いれば、上記
問題が解決されることを知った。

【００３２】かかる耐久性向上の得られる理由は、未だ
明確化されたわけではないが以下の如く考えられる。す
なわち、粒径の大なる導電性微粒子のみを配合した場
合、導電性能はやや劣るものの得られる複合繊維の伸度
は向上し、張力等の応力が作用しても導電層は破壊され
難くなっている。そして本発明の複合繊維は、かかる大
粒子が存在する導電層に、さらに粒径の小さな導電性微
粒子成分を併用しているため、該微粒子が粒径の大きな
微粒子間を充填して導電構造が形成され導電性能のレベ
ルが向上している。また、応力が作用して大粒子間の相
互位置が移動しても、大粒子間をつなぐ小粒子による連
結性は容易に更新されるため、全体としての導電性微粒
子の連続配列は保たれ、導電性能の耐久性が飛躍的に向
上するものと推定される。このことは、粒径の大なる粒
子のまわりに小なる粒子が層状をなして配列し、この層
を介して粒子の連結が保持されていることからも裏付け
られる。

【００３３】また粒径のより大なる方の微粒子として、
その粒度分布が巾広いものを用いた場合、上記導電構造
は応力によってもより破壊し難くなるため、耐久性はさ
らに向上するものと推定される。

【００３４】そして上記特性を有する本発明の複合繊維
は、使用時の耐久性が向上するだけでなく、高温染色・
高温セットといった過酷な加工条件にさらされても導電
性能には顕著な影響を受けないといった特徴をも有し、
その工業的価値は極めて大である。

【００３５】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。なお実施例における各評価項目は下記の方法によ
り測定した。

【００３６】断面抵抗値（単位Ω／cm）断面抵抗値とは、単繊維１cm長さあたりの電気抵抗値で
ある。測定は単繊維を１cmの長さに切り、ポリエチレン
テレフタレートフイルム上に置き、両切断面（両端）に
導電塗料（ドータイト）を塗り、抵抗計にて測定する。

【００３７】体積抵抗値（単位Ω・cm）体積抵抗値とは、ある物質の断面積１cm²、長さ１cmあ
たりの電気抵抗値である。測定はブレンド組成物を細い
紐状（長さ１cm）に成形し、両断面にドータイトを塗
り、抵抗計にて測定後、太さを測定して断面積を計算
し、補正する。

【００３８】体積抵抗値（Ω・cm）＝抵抗値（Ω）×断
面積（cm²）／１cm なお電気抵抗値の測定条件は温度２０℃、湿度３０％Ｒ
Ｈ、電圧は１ＫＶ直流電圧である。

【００３９】

【実施例１〜８、比較例１〜６】ポリエチレン３０部と
表１に示す導電性金属酸化物（Ｂ）成分（酸化チタンの
表面を１３重量％の酸化第２錫（酸化アンチモンを２ｗ
ｔ％含む）でコーティングした酸化物（Ｄ）及び酸化ア
ルミニウムの表面を１５重量％の酸化第２錫（酸化アン
チモンを２ｗｔ％含む）でコーティングした酸化物
（Ｅ））７０部とを混練機で十分に加熱混合し、得られ
たブレンド組成物を芯部とし、酸化チタン２．５重量部
を含有するポリエチレンテレフタレートを鞘部として同
心円の芯鞘型複合紡糸機を用いて紡糸し、１００℃で４
倍に延伸後、１６０℃で熱固定して、繊維横断面の芯
部、鞘部の面積比１：６、繊維構成が３０デニール３フ
ィラメントの複合繊維を得た。

【００４０】この複合繊維を、通常のポリエチレンテレ
フタレートからなる布に３ホン／２．５４cmの割合で挿
入し、この布を１００回繰り返し洗濯を行なった。結果
を表２に示す。

【００４１】

【実施例９〜１１】（Ｅ）成分として、実施例９では硫
酸バリウムの表面を酸化アンチモンでドーピングした酸
化第２錫でコーティングしたもの、実施例１０では酸化
チタンの表面を酸化アンチモンでドーピングした酸化第
２錫でコーティングしたもの、実施例１１では酸化アル
ミニウムでドーピングした酸化亜鉛を用いた他は実施例
１と同様に行なった。結果は表２に示す。

【００４２】

【実施例１２】（Ｄ）成分として、チタン酸カリウムの
表面を酸化アンチモンでドーピングした酸化第２錫でコ
ーティングしたものを用いた以外は実施例１と同様に行
なった。結果を表２に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−307911（ＪＰ，Ａ) 特開平２−259106（ＪＰ，Ａ) 特開平２−259109（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01F 8/00 - 8/16 D01F 1/09 D01F 6/92 301 - 309

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維形成性熱可塑性重合体（Ａ）と、導
電性物質（Ｂ）を含有する熱可塑性重合体（Ｃ）とから
形成される導電性複合繊維において、前記導電性物質
（Ｂ）は平均粒径μ_Bが０．５〜１．５μｍであり、遠
心沈降法による沈降粒子重量から求められた粒度分布曲
線に少なくとも２つのピークを有し、該ピークを示す粒
径の粒径比ｄmax ／ｄmin が２〜３０であり、且つ粒径
が３．０μｍ以上の粗大粒子の含有量が全粒子重量に対
して１５〜３０重量％であることを特徴とする導電性複
合繊維。
【請求項２】導電性物質（Ｂ）が、平均粒径μ_Dが
０．５〜１．５μｍ、粒度分布比ｒ_Dが６．０以上の導
電性金属酸化物粒子（Ｄ）と平均粒径μ_Eが０．１〜
１．０μｍ、粒度分布比ｒ_Eが２．５以下の導電性金属
化合物（Ｅ）との混合物であり、μ_D−μ_Eが０．１〜
１．４μｍ、その混合比Ｄ／Ｅ（重量比）が０．１〜
３．０である請求項１記載の導電性複合繊維。［但し、
粒度分布比ｒは、遠心沈降法における沈殿粒子の累積重
量が全粒子重量の２５％になった時の粒径をＤ₂₅、７５
％になった時の粒径をＤ₇₅とした時、ｒ＝Ｄ₂₅／Ｄ₇₅で
表わされる。］