JP7463144B2 - 半導電性ポリエチレン系樹脂組成物及びこれを用いた成形体、シームレスベルト - Google Patents
半導電性ポリエチレン系樹脂組成物及びこれを用いた成形体、シームレスベルト Download PDFInfo
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Description
これらの従来技術には、ポリエチレン系樹脂に中抵抗領域の導電性を安定的に付与する技術は開示されていない。
本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、中抵抗領域の表面抵抗率を示し、バラつきが小さい半導電性ポリエチレン系樹脂組成物を提供することを目的とする。
(1)ポリエチレン系樹脂(A)とポリアミド系樹脂(B)とを、70重量%~92重量%:30重量%~8重量%の割合で含有し、
さらに、前記ポリエチレン系樹脂(A)と前記ポリアミド系樹脂(B)との合計量100重量部に対して、相溶化剤(C)を0.3~5重量部と、導電剤(D)を8~20重量部とを含有する樹脂組成物であって、
前記相溶化剤(C)は、エポキシ基、カルボキシル基又は無水酸基を有する変性ポリエチレンであり、前記導電剤(D)は、炭素系フィラーであることを特徴とする半導電性ポリエチレン系樹脂組成物が提供され、
(2)前記ポリエチレン系樹脂(A)は、高密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレンを含有することを特徴とする(1)記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物が提供され、
(3)前記導電剤(D)は、カーボンブラックであることを特徴とする(1)または(2)記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物が提供され、
(4)前記ポリアミド系樹脂(B)は、ナイロン6、ナイロン12、ナイロン6,12から選ばれた1種以上であることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれか記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物が提供され、
(5)(1)乃至(4)のいずれか記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物から形成された成形体が提供され、
(6)(1)乃至(4)のいずれか記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物から形成されたシームレスベルトが提供される。
また、本発明の半導電性ポリエチレン系樹脂からなる基材層とポリエチレン系樹脂からなる絶縁性の表面層で構成されたシームレスベルトは、表面層の絶縁性が優れているため、特にインクジェットプリンター用の紙搬送ベルトに好適に使用できる。
本発明に用いられるポリエチレン系樹脂(A)は、エチレンからなる重合体のことであり、ポリエチレンを部分構造として持つ共重合体も含む。ポリエチレン系樹脂(A)は、例えば、高密度ポリエチレン(密度:0.92~0.96)、低密度ポリエチレン(密度:0.91~0.92)、超低密度ポリエチレン(密度:0.91以下)、直鎖状低密度ポリエチレン等が挙げられ、ポリエチレンを部分構造として持つ共重合体の例としては、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体であるエチレン―酢酸ビニル共重合体(EVAと呼ばれる)等が挙げられる。
本発明に用いられるポリアミド系樹脂(B)は、ジアミンとジカルボン酸との重縮合、ω―アミノカルボン酸の自己縮合、ラクタム類の開環重合などによって得られ、十分な分子量を有する熱可塑性樹脂である。
本発明に用いられる相溶化剤(C)は、エポキシ基、カルボキシル基又は無水酸基を有する変性ポリエチレンであることを特徴とする。ポリアミド系樹脂(B)の末端基であるアミノ基と反応性があるエポキシ基、カルボキシル基又は無水酸基を有する変性ポリエチレンを相溶化剤として用いることにより、得られる成形体はポリエチレン系樹脂(A)マトリクス中にポリアミド系樹脂(B)が微分散した海島構造を呈し、導電剤(D)が均一に分散することとなる。
本発明に用いられる相溶化剤(C)は、その他の単量体に由来する構成単位を含んでいても良い。その他の単量体としては、例えば、プロピレン、ブテン等のα-オレフィン、スチレン、酢酸ビニル、(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル等が挙げられる。その他の単量体は単独、或いは2種以上を組み合わせて用いることができる。その他の単量体の含有量は、0~15モル%であり、好ましくは0~10モル%であり、さらに好ましくは0~5モル%である。
本発明では導電剤(D)としては、カーボンブラック(CB)、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、カーボンファイバ(CF)等のナノレベルの炭素系フィラーを用いる。導電性やコスト等に鑑みて特に好ましいのは、カーボンブラックである。
カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等の導電性カーボンブラックを挙げることができ、特に、平均粒子径50nm以下のカーボンブラックが少量の配合で電気抵抗を下げることができるので好ましい。また、本発明においては、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、オキサゾリン基、から選ばれる1種以上の官能基を有するポリマーがグラフト付加されたグラフト化カーボンブラック、或いは低分子量化合物で表面処理したカーボンブラックも用いることができる。
次に、本発明の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物を構成する各成分の組成比について説明する。本発明の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物は、ポリエチレン系樹脂(A)とポリアミド系樹脂(B)とを、ポリエチレン系樹脂(A):ポリアミド系樹脂(B)=70重量%~92重量%:30重量%~8重量%の割合で含有する。ポリエチレン系樹脂(A)とポリアミド系樹脂(B)の合計量100重量%におけるポリアミド系樹脂(B)の割合は、10~25重量%が好ましく、12~20重量%がより好ましい。ポリエチレン系樹脂(A)とポリアミド系樹脂(B)との組成比を上記範囲とすることにより、ポリエチレン系樹脂マトリクス中にポリアミド系樹脂が微分散した海島構造を呈し、これにより導電剤(D)が均一に分散し、優れた電気抵抗の均一性を示す。ポリアミド系樹脂(B)の含有量が8重量%未満であると、海島構造の中で島の間隔が大きくなるため、電気抵抗の均一性が悪くなる恐れがある。
本発明の半導電性樹脂組成物の製造方法には特に制限はないが、例えば、ポリエチレン系樹脂(A)、ポリアミド系樹脂(B)を予め溶融混練し、ここに所定量の相溶化剤(C)、導電剤(D)及び必要に応じて用いられる添加剤を配合し混錬する方法、ポリエチレン系樹脂(A)、ポリアミド系樹脂(C)、相溶化剤(C)、導電剤(D)及び必要に応じて用いられる添加剤を配合してドライブレンドした後に溶融混練する方法、ポリエチレン系樹脂(A)またはポリアミド系樹脂(B)の一方に所定量の導電剤(D)を配合し、溶融混練して予めマスターバッチを作製し、次いで該マスターバッチとポリエチレン系樹脂(A)またはポリアミド系樹脂(B)の他方と相溶化剤(C)とを溶融混練する方法等が挙げられる。
以下、本発明の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物からなる層を少なくとも一層有するフィルムについて説明するが、本発明の樹脂組成物の用途はこれに限定されるものではない。本発明の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物を用いて、従来公知の成形方法により各種成形体を製造することができる。当該方法としては、例えば射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、プレス成形等の成形法を例示することができる。また、本発明における「フィルム」とは、シート状のもの、チューブ状のもの、ベルト状のものを含む。
(1)溶融粘度
本発明の樹脂組成物について、長さ10mm×直径1mmのダイを取り付けた島津製作所製高化式フローテスターを用いて溶融粘度を測定した。
(2)電気抵抗(表面抵抗率)
各実施例・比較例により得られたフィルムのMD方向に異なる位置から、460mm×400mmの試験片を20点切り出し、URSプローブを取り付けたハイレスタUP(MCP-HT450、ダイヤインスツルメンツ社製)を用い、各試験片の表面抵抗率を測定した。20点の試験片における表面抵抗率の平均値、最大値、最小値を表に記載した。
また、表面抵抗率のバラつきは以下の式で求めた。
表面抵抗率のバラつき[桁]=log10(表面抵抗率の最大値/表面抵抗率の最小値)
(3)島のサイズ
各実施例・比較例により得られたフィルムから、ロータリミクロトーム(ST-102型、株式会社ミクロトーム社製)を用いて厚さ2~5μmに試験片を切出した後、得られた試験片をデジタルマイクロスコープ(VHX-500、株式会社キーエンス社製)を用いて試験片断面の観察を行った。試験片の相分離構造が海島構造であった場合、分散相のサイズは測定サンプル上のランダムに選択した点を中心に低倍率から徐々に倍率を上げ、ポリアミド系樹脂の分散相(島)が50個以上100個未満観察されたときに、島のサイズの粒径を10点測定し、その平均値を島のサイズとした。(島のサイズの粒径は、長軸の長さと短軸の長さとの平均値とする)
(4)引張弾性率及び破断伸び
100kgのセルを取り付けたオートグラフを用いてMD方向(試料幅10mm、チャック間100mm、引張速度50mm/分)の引張弾性率及び破断伸びを測定した。
<ポリエチレン系樹脂(A)>
・高密度ポリエチレン系樹脂(A-1)[融点:132℃、溶融粘度:9240poise(測定温度200℃、荷重100kg)]
・高密度ポリエチレン系樹脂(A-2)[融点:131℃、溶融粘度:2590poise(測定温度200℃、荷重100kg)]
・低密度ポリエチレン(A-3)[融点:111℃、溶融粘度:2300poise(測定温度200℃、荷重100kg)]
<ポリアミド系樹脂(B)>
・ナイロン12(B-1)[融点:178℃、溶融粘度:5000poise(測定温度200℃、荷重100kg)]
<相溶化剤(C)>
・相溶化剤(C-1)[エチレン―エチルアクリレート―無水マレイン酸の3元共重合体(配合割合;エチレン:エチルアクリレート:無水マレイン酸=92:5:3、融点:107℃、溶融粘度:830poise(測定温度200℃、荷重100kg))]
・相溶化剤(C-2)[エチレン―ブチルアクリレート―無水マレイン酸の3元共重合体(配合割合;エチレン:ブチルアクリレート:無水マレイン酸=90:6.5:3.5、融点:105℃、溶融粘度:430poise(測定温度200℃、荷重100kg))]
<導電剤(D)>
・カーボンブラック(D-1)[給油量:190ml/100g、BET表面積:70m2/g]
表1及び表2に示した配合比となるように、ポリエチレン系樹脂とポリアミド系樹脂と相溶化剤と導電剤とをスクリュー径38Φmmの二軸混錬押出機を用いて溶融混錬し、コンパウンドを得た。次いで、得られたコンパウンドを環状ダイスを備えた単軸押出機(設定温度:210℃、押出径:50Φmm)に供給し、溶融状態でチューブ状に押出すことで厚さ140μmのチューブ状のフィルムを得た。得られたフィルムの表面抵抗率とそのバラつき、島のサイズを評価し、その結果を表1及び表2に示す。
また、ポリアミド系樹脂を含有していない比較例1乃至4は、表面抵抗率の均一性が0.5桁を超え、表面抵抗率が安定せずに均一な中抵抗領域を示さなかった。
Claims (5)
- ポリエチレン系樹脂(A)とポリアミド系樹脂(B)とを、70重量%~92重量%:30重量%~8重量%の割合で含有し、
さらに、前記ポリエチレン系樹脂(A)と前記ポリアミド系樹脂(B)との合計量100重量部に対して、相溶化剤(C)を0.3~5重量部と、導電剤(D)を8~20重量部とを含有する樹脂組成物であって、
前記ポリアミド系樹脂(B)は、ナイロン6、ナイロン12、ナイロン6,12から選ばれた1種以上であり、前記相溶化剤(C)は、エポキシ基、カルボキシル基又は無水酸基を有する変性ポリエチレンであり、前記導電剤(D)は、炭素系フィラーであって、
表面抵抗率が10 5 ~10 9 Ω/□であることを特徴とする半導電性ポリエチレン系樹脂組成物。 - 前記ポリエチレン系樹脂(A)は、高密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレンを含有することを特徴とする請求項1記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物。
- 前記導電剤(D)は、カーボンブラックであることを特徴とする請求項1または2記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物。
- 請求項1乃至3のいずれか記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物から形成された成形体。
- 請求項1乃至3のいずれか記載の半導電性ポリエチレン系樹脂組成物から形成されたシームレスベルト。
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