JP5254532B2 - 導電性ポリエステル繊維 - Google Patents

Description

本発明は、ポリアルキレングリコールとカーボンブラックを含有するポリエステルを少なくとも一部の構成成分とするポリエステル繊維であって、特定の範囲の電気抵抗値を有し、かつ長さ方向の導電性能（電気抵抗値）のバラツキが少ないため、制電作業着、ユニフォームなどの衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び産業資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシに好適に使用される導電性ポリエステル繊維に関するものである。

ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等の疎水性ポリマーからなる繊維は、機械特性、耐薬品性、耐候性等の多くの長所を有しており、衣料用途のみならず産業資材用途にも広く用いられている。しかし、これらの繊維は摩擦等による静電気の発生が著しいため、空気中の粉塵を吸引して美観を低下させたり、人体に電撃を与えて不快感を与えたり、さらにはスパークによる電子機器への障害や、引火性物質への引火爆発等の問題を引き起こす場合がある。そこで、これらの問題を解決するために繊維に導電性を付与することが提案され、多くの研究がなされてきた。

特許文献１には、カーボンブラックや金属粉等の導電性粒子を含有する導電性成分を非導電性ポリマーで包み込んだ芯鞘型の複合繊維が記載されている。このような芯鞘型の複合繊維であれば、導電性粒子は繊維の内部のみに存在するので、操業時のトラブルは生じにくく、操業性よく得ることが可能であった。しかしながら、導電性粒子が繊維内部のみに存在するため、導電性能は不十分であった。

一方、特許文献２には、導電性粒子を含有する導電性成分を鞘部に配した芯鞘型の導電性複合繊維が記載されている。このような導電性複合繊維は、特許文献１に記載の繊維と比較すると、操業時のトラブルは生じやすいものであったが、導電性能はかなり満足できるものであった。

また、近年では、衣料用途以外でも、特に電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の分野に導電糸が用いられることが多くなった。

従来、このような分野に使用する導電糸としては、セルロース系繊維が多く用いられていたが、ポリエステルやポリアミド繊維においても多く提案されてきている。

しかしながら、特許文献１、２のような複合繊維(導電部と非導電部が存在する繊維)
では、断面と側面で抵抗値が異なることにより、均一な電気抵抗値が得られにくく、安定した導電性能を得ることが困難であった。また、繰り返し使用するうちに繊維が摩耗し、繊維の一部が欠落することにより、使用当初と同様の電気抵抗値を示すことができなくなり、長期にわたって安定した導電性能を得ることができないという問題もあった。

このような問題を解決すべく、特許文献３に示すように、単成分型(複合繊維ではなく、繊維全体にカーボンブラックが含有されているポリエステル導電性繊維)での検討を行っているものの、ポリエステルの場合、操業性が著しく悪くなる等の問題があるばかりではなく、電気抵抗値のバラツキ（繊維の糸長方向における電気抵抗値のバラツキ）が非常に大きくなるという問題がある。

さらに、通常、カーボンブラックを含有するポリエステル系導電糸の場合、電気抵抗値は１×１０⁶ 〜１×１０⁹ Ω／ｃｍであり、この範囲でないと安定した電気抵抗値が得られない。

しかしながら、上記のような電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の分野においては、帯電ブラシや除電ブラシ、クリーニングブラシ等の様々な用途に使用されるため、用途によって要求される電気抵抗値の範囲も異なるものとなる。特に、電気抵抗値が５×１０⁸ 〜5×１０¹³ Ω／ｃｍの領域で安定した電気抵抗値を有するポリエステル繊維を得ることは非常に困難であり、未だに開発されていないのが現状である。
特開平０９−１４３８２１号公報 ＷＯ２００２/０７５０３０号公報 特開２００４−１８３１８０号公報

本発明では上記のような問題点を解決し、特定の範囲の電気抵抗値を有し、繊維の長手方向における電気抵抗値のバラツキが少なく、かつ操業性よく得ることが可能であり、衣料、資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の帯電ブラシ、クリーニングブラシに好適に使用することができる導電性ポリエステル繊維を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者らは上記課題を解決するために検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸の成分の少なくとも一部がエチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とし、ポリアルキレングリコールを３〜１５質量％含有し、かつカーボンブラックを８〜１５質量％含有するポリエステルであって、電気抵抗値が５×１０⁸〜５×１０¹³Ω／ｃｍであり、長手方向の電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）が０．３以下であることを特徴とする導電性ポリエステルマルチフィラメントを要旨とするものである。

本発明の導電性ポリエステル繊維は、特定の範囲の電気抵抗値を有し、繊維の長手方向における電気抵抗値のバラツキが少なく、かつ操業性よく得ることが可能であるため、衣料、資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の帯電ブラシ、クリーニングブラシに好適に使用することができる。

本発明の導電性ポリエステル繊維は、複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸はポリエステルからなるものである。そして、単糸を構成するポリエステルとして、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とし、ポリアルキレングリコールを３〜１５質量％含有するポリエステル（ポリエステルＡとする）であって、ポリエステルＡ中にカーボンブラックが８〜１５質量％含有されているものを少なくとも一部に使用する。

つまり、本発明の繊維を構成する単糸は、カーボンブラックが含有されたポリエステルＡのみからなるもの（単成分型）であっても、カーボンブラックが含有されたポリエステルＡと他の成分とからなるもの（複合型）のいずれであってもよい。複合型の繊維の場合には、鞘成分にカーボンブラックが含有されたポリエステルＡを配した芯鞘型の複合繊維や、島成分にカーボンブラックが含有されたポリエステルＡを配し、少なくともその一部が繊維表面に露出した海島型の複合繊維とすることが好ましい。また、他の成分としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等を挙げることができるが、ポリエステルを用いることが好ましい。

中でも、本発明の繊維を電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシに使用する際には、繰り返し使用するうちに繊維が摩耗することから、摩耗により繊維の一部が欠落しても使用当初と同様の導電性能を有することができるものとして、単成分型の繊維とすることが好ましい。

ポリエステルＡは、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とし、ポリアルキレングリコールを３〜１５質量％含有するものであり、中でも５〜１０質量％含有することが好ましい。ポリアルキレングリコールとしては、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グリコール等が挙げられる。ポリアルキレングリコールの分子量は特に限定するものではないが、分子量が３００〜１００００のものが好ましい。

そして、これらのポリアルキレングリコールは、共重合されたものであっても、また末端封鎖により共重合性を失ったものでもよい。共重合される場合は、２種類以上のランダム共重合体またはブロック共重合体であってもよい。

このように、本発明においては、ポリアルキレングリコールとカーボンブラックとを最適な量含有するポリエステルとすることにより、カーボンブラックの分散性が良好となり、電気抵抗値が５×１０⁸ 〜5×１０¹³ Ω／ｃｍであり、繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）が0.3以下であるポリエステル繊維とすることができるものである。電気抵抗値は、中でも１×１０¹⁰〜９×１０¹² Ω／ｃｍとすることが好ましく、さらには、１×１０¹¹ 〜５×１０¹²Ω／ｃｍとすることが好ましい。

つまり、通常、カーボンブラックを含有するポリエステル系導電糸の電気抵抗値は、使用するカーボンブラックの導電特性と繊維中のカーボン濃度及びポリエステルの特性により決定されるが、１×１０⁶ 〜１×１０⁹ Ω／ｃｍの領域でないと安定した導電性能（繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキが小さい）が得られ難い。特に、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシ等で使用する際に要求される、電気抵抗値が５×１０⁸〜5×１０¹³ Ω／ｃｍの領域においては、安定した導電性能を得ることは非常に困難であった。

カーボンブラックは基本的には、カーボンブラック粒子同士のつながり（ストラクチャー）を構成しており、繊維中のカーボンブラックのストラクチャーの配列が均一で欠落した部分がないほど、導電性能は安定したものとなる。また、ストラクチャーの構造が発達しているものほど、粒子同士の距離が近いほど安定した電気抵抗値を有する導電糸が得られる。

本発明においては、導電糸中のカーボンブラックの粒子同士の間隙に親水基であるポリアルキレングリコールを含有させることにより、粒子同士の距離を通常の導電糸よりも離し、電気抵抗値が５×１０⁸ 〜5×１０¹³Ω／ｃｍの領域で安定した電気抵抗値を有する導電性ポリエステル繊維を得ることができるものである。

なお、本発明における導電性ポリエステル繊維の電気抵抗値は、繊維の糸長方向に１００ｍ毎に長さ１０ｃｍの試験片を20個採取し、この１０ｃｍの試験片の間(両端間)に500Ｖの電圧をかけて、測定環境20℃、20％ＲＨの条件下、東亜電波工業社製の抵抗値測定機「SM-10E」を使用して測定する。そして、試験片20個の平均値とする。

また、本発明における導電性ポリエステル繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキを示す指標である標準偏差は、上記のようにして試験片を５００個採取し、上記と同様にして電気抵抗値を測定し、標準偏差を算出するものである。

導電性ポリエステル繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）は0.3以下とすることが好ましく、中でも0.2以下、さらには0.15以下とすることが好ましい。電気抵抗値のバラツキが0.3を超えるものであると、長手方向に電気抵抗値が均一でないため、特に電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電、除電ブラシ、クリーナーブラシに使用する際に、帯電斑や除電斑が生じたり、均一なクリーニングが困難となる。

ポリエステルＡにおけるポリアルキレングリコールの含有量が３質量％未満であると、親水基が不足するため、カーボンブラックの分散性が悪くなり、安定した電気抵抗値を有する導電性繊維とすることができず、繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）が0.3を超えるものとなる。

一方、ポリエステルＡにおけるポリアルキレングリコールの含有量が１５質量％を超えると、ポリエステルの非晶領域が増えるため、カーボンブラックの配列が乱れ、安定した電気抵抗値を有する導電性繊維とすることができず、繊維の長手方向の電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）が0.3を超えるものとなる。

また、ポリエステルＡ中のカーボンブラックの含有量が８質量％未満であると、電気抵抗値が高くなり、５×１０⁸ 〜5×１０¹³ Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。一方、１５質量％を超えると、電気抵抗値が低くなり、５×１０⁸〜5×１０¹³ Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。さらには、操業性も著しく悪いものとなる。

本発明に用いるカーボンブラックは、例えばファーネスブラックやアセチレンブラック、ケッチェンブラック等、導電性を有する粉末体であれば特に限定するものではないが、分散性の観点からファーネスブラックが好ましい。導電性カーボン粒子が大きいと紡糸時の濾過圧上昇が起こったり、紡糸時の糸切れが増加したり、繊維の強度が低下したりするため、出来る限り粒径の小さな粉末体を用いることが好ましい。

ポリエステルＡ中にカーボンブラックを含有させる方法としては、ポリアルキレングリコールが含有されたポリエステルＡのペレットにカーボンブラックをブレンドし、溶融する方法、もしくはポリエステルＡのペレットと高濃度のカーボンブラックを含有するマスターペレット(ポリアルキレングリコールを含有していても、含有していなくても構わない)を予め作成しておき、マスターペレットとポリエステル樹脂ペレットをブレンドし、溶融する方法、溶融状態のポリエステルＡのポリマーにカーボンブラックを添加し混練する方法などが挙げられる。中でも、カーボンブラックをポリエステルＡ中により均一に分散させるためには、ポリエステルＡのペレットにカーボンブラックをブレンドし、溶融する方法が好ましい。

また、本発明の目的を損なわない範囲でならば、本発明の導電性ポリエステル繊維中に第三成分が含有（共重合やブレンド）されていてもよい。このような第三成分としては、フタル酸、イソフタル酸、5-アルカリ金属イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボン酸成分が挙げられる。そして、これらは一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

本発明の導電性ポリエステル繊維は、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等の分野において、帯電ブラシや除電ブラシ、クリーニングブラシ等に使用することが好ましく、このため、得られる画質や製糸性の面から、単糸繊度は０．５〜４．０デシテックスとすることが好ましい。中でも単糸繊度１．５〜３．５デシテックスとすることが好ましい。
また、単糸数は特に限定するものではないが、１０〜２００とすることが好ましい。

次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。実施例中の各種の値の測定方法、評価方法は以下の通りである。
１．電気抵抗値
上記の方法で測定した。
２．電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）
上記の方法で測定した。
３．操業性
24時間連続して紡糸を行い、この間の切れ糸回数により以下のように３段階で評価した。
○：切糸なし
△：切糸１〜２回
×：切糸３回以上

実施例１
ビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート及びその低重合体（ＢＨＥＴ）の存在するエステル化反応缶に、モル比１／1.6 のテレフタル酸とエチレングリコールとのスラリーを連続的に供給し、温度 250℃、圧力0.05ｋｇ／ｃｍ² 、滞留時間８時間の条件でエステル化反応を行い、エステル化反応率が95％のＢＨＥＴを連続的に得た。このＢＨＥＴ50ｋｇを重合槽に移送し、数平均分子量が6000であるポリエチレングリコールを添加した後、275 ℃に加熱し、触媒として三酸化アンチモンを及びリン化合物としてリン酸トリエチルを添加し、常法により減圧下で重縮合反応を行い、極限粘度（フェノールと四塩化エタンとの等質量混合液を溶媒とし、温度20℃で測定した）0.64のポリエチレングリコールを６質量％含有するポリエチレンテレフタレート（ポリエステルＡ）を得、常法によりチップ化した。
上記チップに導電性粒子として、平均粒径0.2 μm のカーボンブラックを８質量％となるように添加し、溶融混練したものを常法によりチップ化し、導電性チップを得た。
上記導電性チップを常法により乾燥した後、270℃の押出機に供給し、通常の溶融紡糸装置（紡糸口金には孔径0.25ｍｍの紡糸孔36個が穿設）を用いて溶融紡糸を行った。紡糸された糸条を空気流により冷却し、オイリング装置を通過させて０．５質量％の付着量となるように油剤を付与した。続いて、速度800ｍ/minのローラで引き取り、捲取機にて巻き取り、２６４dtex／３６ｆの未延伸糸を得た。そして、この未延伸糸を９５℃の熱ローラを間で２．６４倍に延伸し、さらに、１８０℃のヒートプレートで熱処理を行った後に巻き取り、１００dtex／３６fの導電性ポリエステル繊維を得た。

実施例２〜５ 比較例１〜４
ポリエステルＡ中のポリエチレングリコールの含有量、カーボンブラックの含有量を表１に示すように変更した以外は実施例1と同様に行った。

実施例６
孔径0.2ｍｍの紡糸孔72個が穿設された紡糸口金を使用した以外は、実施例５と同様に行った。

実施例１〜６、比較例１〜４で得られた導電性ポリエステル繊維の特性値及び評価を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜６で得られた導電性ポリエステル繊維は、操業性よく得ることができ、５×１０⁸ 〜5×１０¹³ Ω／ｃｍの範囲の電気抵抗値を有し、かつ電気抵抗値のバラツキも小さいものであり、安定した導電性能を有するものであった。

一方、比較例１の導電性ポリエステル繊維は、ポリエステルＡ中のポリエチレングリコールの含有量が少ないために、電気抵抗値のバラツキが大きいものとなった。比較例２の導電性ポリエステル繊維は、カーボンブラックの含有量が少ないため、電気抵抗値が測定不可能であった。比較例３の導電性ポリエステル繊維は、ポリエステルＡ中のポリエチレングリコールの含有量が多すぎたため、比較例４の導電性ポリエステル繊維は、カーボンブラックの含有量が多すぎたため、ともに操業性が悪かったばかりでなく、電気抵抗値のバラツキも大きいものとなった。

Claims (2)

1. 複数の単糸で構成されたマルチフィラメントであって、単糸の成分の少なくとも一部がエチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とし、ポリアルキレングリコールを３〜１５質量％含有し、かつカーボンブラックを８〜１５質量％含有するポリエステルであって、電気抵抗値が５×１０⁸〜５×１０¹³Ω／ｃｍであり、長手方向の電気抵抗値のバラツキ（標準偏差）が０．３以下であることを特徴とする導電性ポリエステルマルチフィラメント。
2. 電気抵抗値が１×１０^１０〜５×１０¹³Ω／ｃｍである請求項１記載の導電性ポリエステルマルチフィラメント。