JPH08165388A - オレフィン系導電性樹脂組成物 - Google Patents

オレフィン系導電性樹脂組成物

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JPH08165388A
JPH08165388A JP31070494A JP31070494A JPH08165388A JP H08165388 A JPH08165388 A JP H08165388A JP 31070494 A JP31070494 A JP 31070494A JP 31070494 A JP31070494 A JP 31070494A JP H08165388 A JPH08165388 A JP H08165388A
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Toshikazu Mizutani
敏和 水谷
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発熱温度コントロール性、機械的強度および
成形性に優れた導電性樹脂組成物を提供する。 【構成】 メルトフローレート(MFR)が3〜80g
/10分でエチレン含有量が1〜10重量%かつ炭素数
4〜12のα−オレフィン含有量が0〜10重量%であ
るプロピレン系重合体(A)100重量部、密度が0.
920g/cm3以上かつメルトフローレート(MF
R)が0.5〜40g/10分であるエチレン系重合体
(B)10〜120重量部、平均粒径が20mμm以上
かつBET式比表面積が500m2 /g以上のカーボン
ブラック(C)および平均粒子径5〜40μmの鱗片状
黒鉛(D)を該(A)成分と該(B)成分の合計量10
0重量部に対して合計量で20〜100重量部からなる
ことを特徴とするオレフィン系導電性樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロード(道路)ヒーテ
ィング、ルーフ(屋根)ヒーティング、フロアー(床)
ヒーティングその他凍結防止を目的として使用される加
温用棒状又は線状発熱部材に用いられる導電性樹脂組成
物に関するもので、経済性、生産性、押出成形を始めと
する成形性、特に自己温度制御性に優れた組成物であ
る。
【0002】
【従来の技術】ポリプロピレン樹脂に導電性フィラーを
配合した導電性樹脂組成物は、電流が流れるときのジュ
ール熱によって発熱する一方、ポリプロピレン樹脂の融
解挙動の際の体積変化により通過電流を制御し、発熱即
ち温度をコントロールする機能を持つ自己温度制御発熱
体として展開が図られている。
【0003】つまり通過電流を制御してジュール熱量、
温度をコントロールする機能は、温度上昇に伴い発熱成
形体の体積固有抵抗が大きくなる結果、通過電流を流れ
難くして発熱量を抑制する発熱体組成物固有の物性が大
きく寄与しているのである。従って、発熱体材料の温度
変化に対する体積固有抵抗の変化の即応性が発熱コント
ロールの精度を得るのに重要な性能として挙げられるの
である。コントロールの精度が低いと、発熱量の抑制に
即応できず、温度が急上昇し、場合によっては発火、火
災を誘発する可能性があるため、発熱体の用途において
は従来から高度な温度コントロール精度を有する材料が
望まれている。
【0004】即ち、温度の変化に対し敏感に体積固有抵
抗が変化し緻密な通過電流制御性を有する発熱体用導電
性組成物の登場が要望されている。かかる発熱コントロ
ール精度を向上するため従来より種々の技術が提案され
ている。例えば、特開昭54−16697号公報におい
ては導電性カーボンブラックを30重量%以上(実施例
においては42.6重量%)含有する重合体組成物が提
案されているが、カーボンブラックが高濃度に配合され
ているために成形加工時の押し出し成形性に問題があ
り、また機械的物性が劣り、発熱成形体を道路、屋根や
床に施工する時の取り扱いや施工後の外的応力による欠
損等といった問題点が残されている。また高価な導電性
カーボンブラックを高濃度配合することは発熱体材料と
しても高価なものになり経済的にも問題がある。また、
他の技術としては架橋性モノマーを使用した材料も提案
されているが(特開平3−143938号公報)、熱架
橋工程を必要とするため生産性、経済性において問題点
が残されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る従来技術の課題を解決し、成形性、生産性、経済性か
つ機械的物性に優れ、常用温度100℃以下の発熱導電
性材料として従来を上まわる発熱温度コントロール精度
を備えたオレフィン系導電性樹脂組成物を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意研究の結果、特定のプロピレン系重
合体、特定のエチレン重合体を用い、特定のカーボンブ
ラックと鱗片状黒鉛を加えることによって発熱温度コン
トロール性、機械的強度および成形性に優れた導電性樹
脂組成物が得られることを見出し本発明に到達した。
【0007】すなわち、本発明は、メルトフローレート
(MFR)が3〜80g/10分でエチレン含有量が1
〜10重量%かつ炭素数4〜12のα−オレフィン含有
量が0〜10重量%であるプロピレン系重合体(A)1
00重量部、密度が0.920g/cm3 以上かつメル
トフローレート(MFR)が0.5〜40g/10分で
あるエチレン系重合体(B)10〜120重量部、平均
粒径が20mμm以上かつBET式比表面積が500m
2 /g以上のカーボンブラック(C)および平均粒径5
〜40μmの鱗片状黒鉛(D)を該(A)成分と該
(B)成分の合計量100重量部に対して合計量で20
〜100重量部配合してなることを特徴とするオレフィ
ン系導電性樹脂組成物に関するものである。
【0008】以下本発明について詳述する。 (1)樹脂組成物の各成分および配合量 プロピレン系重合体〔(A)成分〕 本発明は、メルトフローレート〔MFR;JIS K7
210に準拠(230℃、2.16kg荷重)〕が3〜
80g/10分、好ましくは10〜50g/10分、特
に好ましくは15〜40g/10分、エチレン含有量1
〜10重量%かつ炭素数4〜12のα−オレフィン含有
量が0〜10重量%のプロピレン系重合体(A)を用い
る。
【0009】MFRが3g/10分未満のものを用いる
と、流動性が小さいため成形体に加工する際の押出成形
等が困難となる。一方、80g/10分を超えるものを
用いた場合は溶融時の粘度が小さいため押出成形時等に
おける賦形が困難となり好ましくない。また、エチレン
含有量が1重量%未満の場合は柔軟性に乏しいため成形
材料として好ましくない。一方、エチレン又はα−オレ
フィンが10重量%を超えると耐熱性が乏しくなり発熱
体成形体に用いるプロピレン系共重合体としては適して
いない。
【0010】 エチレン系重合体〔(B)成分〕 本発明に用いるエチレン重合体(B)は、密度(JIS
K6760に準拠)が0.920g/cm3 以上、メ
ルトフローレート〔MFR;JIS K6760に準拠
(190℃、2.16kg荷重)〕が0.5〜40g/
10分のものを上記(A)成分100重量部に対し10
〜120重量部、好ましくは15〜80重量部、さらに
好ましくは20〜40重量部使用する。10重量部未満
の配合では電流を制御する性能が低く好ましくない。ま
た120重量部を超過する配合においては耐熱性が低下
し発熱成形体の材料としては好ましくない。また、0.
5g/10分未満又は40g/10分を超えるMFRを
有するエチレン系重合体を用いると機械的物性が低下
(特に引張特性)するので好ましくない。MFRは、5
〜15g/10分のものが特に好ましい。
【0011】密度が0.920g/cm3 未満のエチレ
ン系重合体を用いると組成物としての耐熱性が低下し本
発明が目的とする発熱温度コントロール性、通過電流制
御性が劣り好ましくない。密度が0.950〜0.96
0g/cm3 のものが特に好ましい。また、エチレン系
重合体には、ポリエチレンの他、エチレンと少量の炭素
数3〜12のαオレフィン、例えばプロピレン、ブテン
等との共重合体も含まれるが、発熱温度コントロール性
の観点から結晶性の高いものが好ましく、ポリエチレ
ン、特に高密度ポリエチレンが好ましい。
【0012】 カーボンブラック〔(C)成分〕 カーボンブラックは、組成物に導電性を付与し電流抵抗
を低下させるために配合する。該カーボッブラックは、
平均粒径20mμm以上かつBET式比表面積500m
2 /g以上のもの、好ましくは、平均粒径25〜30m
μmかつBET式比表面積500〜900m2 /gの高
導電性カーボンブラックを用いる。平均粒径が20mμ
m未満のカーボンブラックを用いると、該カーボンブラ
ックの樹脂中への分散が難しく導電性不良、成形外観不
良等が生じ易く好ましくない。なお、カーボンブラック
は単体球形粒子として存在していることは稀で多くの場
合、1次粒子が融合合一した凝集体として存在している
が、ここでいう平均粒径とは凝集体ではなく、1次粒子
の平均粒径のことである。また、BET式比表面積が、
500m2 /g未満のカーボンブラックでは本発明に必
要な導電性を得るためには多量に配合せざるを得なくな
り、その結果組成物の機械的物性が低下するので本発明
には適さない。
【0013】また、本願発明において使用するカーボン
ブラックは、不純物を低減させる点で次のような製法で
得られるものが好ましい。すなわち、液状炭化水素を炉
内において分子状酸素および水蒸気で部分酸化反応せし
めて合成ガス化すると同時に高導電性カーボンを製造す
るにあたり、該炭化水素の炭素原子/水素原子が重量比
で9以上であり、かつ該炉内温度が1300〜1450
℃の範囲で、炉内圧力が20〜120kg/cm2 、炉
内に供給される水蒸気の量が該炭化水素1トンあたり4
00〜800kgの条件にて製造されるカーボンブラッ
クが好ましい。該炭化水素の炭素原子/水素原子の重量
比が9未満のものを用いて製造されたカーボンブラック
では、耐熱老化性が劣るため長期耐熱性が要求される本
発明には好ましくない。
【0014】 鱗片状黒鉛〔(D)成分〕 上記(C)成分以外の導電性フィラーとして本発明にお
いて平均粒径5〜40μm、好ましくは10〜20μm
の鱗片状黒鉛(D)を用いる。該(D)成分を配合する
のは、樹脂組成物の温度上昇に伴って電気抵抗上昇率を
高め、電流制御性能を付与するためである。
【0015】該黒鉛は天然のものと人造のものとが入手
可能であるがいずれを用いてもよく、又併用することも
できる。平均粒径が5μm未満の鱗片状黒鉛を用いた場
合は、電気抵抗が大きく電流が流れ難くなり発熱体用材
料としては好ましくない。一方、40μmを超える平均
粒径を有する鱗片状黒鉛を用いた場合は、耐衝撃強度や
引張伸度等の機械的強度が低下し好ましくない。
【0016】導電性フィラーとして上記カーボンブラッ
ク(C)成分の単独配合又は上記鱗片状黒鉛(D)成分
の単独配合では好ましくない。即ち、(C)成分の単独
配合の場合では、温度に対する電気抵抗上昇率が小さい
ために電流制御性に劣り、発熱温度コントロール精度が
低くなること、また導電性カーボンブラック特有の流動
性が低下すること、さらに機械的強度低下等の問題を有
す。また、(D)成分単独配合の場合では、発熱体とし
て必要な導電性を得るために多量の配合が必要となるた
め機械的強度の低下等が生じるので好ましくない。従っ
て、発熱体として良好な導電性、温度に対する電気抵抗
上昇率、機械的強度並びに成形性等を得るためには、上
記の(C)成分と(D)成分とを併用することが好まし
い。
【0017】(C)成分と(D)成分の配合量 本発明のカーボンブラック(C)と鱗片状黒鉛(D)の
配合量は、プロピレン系重合体(A)とエチレン系重合
体(B)の合計量100重量部に対して合計量で20〜
100重量部、好ましくは28〜80重量部、特に好ま
しくは36〜60重量部である。20重量部未満では導
電性が乏しいため電気抵抗が大きく電流が流れ難いもの
となり、発熱し難いものとなり好ましくない。一方、1
00重量部を超えた場合では組成物の溶融時の流動性が
低下してしまい成形加工が難しく、靭性等の機械的強度
に劣り、生産性も低下するといった問題が生ずる。また
カーボンブラックは価格的に高価なので多量に配合する
ことは経済的にも好ましくない。
【0018】またカーボンブラック(C)、鱗片状黒鉛
(D)の配合比(C/D)は,通過電流を制御するとい
う観点から、1/1〜1/2の重量比が好ましい結果が
得られる。また、本発明における効果の観点から、
(C)成分と(D)成分は各々10重量部未満では好ま
しくなく、また各々50重量部を超えても好ましくな
い。
【0019】その他の付加的成分 上記の必須成分の他、本発明においては必要に応じ次の
ような各種の添加剤を用いることができる。酸化防止剤
としてテトラキス〔メチレン−3−(3′,5′−ジ−
t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)〕プロピネー
ト、ブチルヒドロキシトルエンに代表されるモノフェノ
ール、ポリヒドロキシベンゼン、ビスフェノール、トリ
スフェノール、テトラキスフェノール等フェノール系の
もの、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)
−4,4′−ビフェニレンジホスフォナイトトリス−
(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト等に
代表されるモノフォスファイト、ジフォスファイト、ト
リスフォスファイト、テトラフォスファイト、ポリフォ
スファイト等からなるリン系のもの、ジラウリル−3,
3′−チオジプロピオン酸エステル、ペンタエリスリト
ールテトラ(β−ラウリルチオプロピオネート)エステ
ルなどに代表されるチオジプロピオン酸エステル、チオ
プロピオン酸アミド等からなるイオウ系酸化防止剤を
(A)〜(D)成分の合計量100重量部に対し0.1
〜2重量部添加することができる。
【0020】また、金属不活性化剤として、N,N′−
ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ
フェニル)プロピオニル〕ヒドラジン、3−(N−サリ
チロイル)アミノ−1,2,4−トリアゾール等に代表
されるヒドラジン系金属不活性化剤を(A)〜(D)成
分の合計量100重量部に対し0.1〜2重量部添加す
ることができる。
【0021】また、フィラー分散剤として、脂肪酸、カ
ルボン酸金属塩からなる金属石鹸を(A)〜(D)成分
の合計量100重量部に対し0.1〜2重量部添加する
ことができる。これら添加剤は、長期高温使用時の樹脂
成分の劣化抑制、金属電極との接触による劣化促進の抑
制やカーボンブラックの均一分散等を図る本発明特有の
添加剤配合であり、各添加剤の配合が0.1重量部未満
ではそれらの効果が得られず、また配合が2重量部を超
えるとそれら効果が飽和状態に達しそれ以上の効果は期
待できない。
【0022】(2)組成物の物性 体積固有抵抗 発熱体の温度分布を観察したところ体積固有抵抗の大き
いものほど不均一であることがわかった。そこで、種々
検討した結果、常温における体積固有抵抗が、101 Ω
・cm以下の組成物からなる発熱体が温度分布において
均一な発熱を示し、好ましいことが確認された。
【0023】メルトフローレート(MFR) 良好な成形性を得るためには、組成物のMFR〔JIS
K7210準拠(230℃、5kg荷重)〕は0.1
〜10g/10分であることが好ましい。MFRが0.
1g/10分未満のときは押出成形時の負荷が大きく成
形が困難となる傾向にあり、一方10g/10分を超え
ると溶融張力が小さく賦形性に欠ける傾向となる。 機械的強度 機械的強度については、引張強伸度試験(JIS 71
13準拠)における破断点伸度が20%以上かつ破断点
強度が250kg/cm2 以上であることが発熱体の施工
時の取扱上好ましい。
【0024】(3)組成物の製法 本願発明のオレフィン系導電性樹脂組成物は、上記
(A)〜(D)成分の各成分および必要に応じ、その他
の付加的成分を特定の割合で混合し混練して得られる。
混練混合装置としては、二軸押出機、加圧ニーダー、バ
ンバリーミキサー等が用いられる。混練温度は200〜
250℃の範囲で、混練時間は3〜5分が適当である。
【0025】(4)成形加工 上記製法で得られた導電性樹脂組成物は、板状、棒状等
の各種形状に単層や多層の層構造にて各用途に応じて押
出加工され、発熱体として使用される。押出加工機は各
種のものが用途に応じて使用でき、また成形時の加工温
度は180〜230℃が適当である。
【0026】
【実施例】
〔配合成分〕 (1)プロピレン系重合体〔(A)成分〕 プロピレン−エチレン共重合体:三菱化学社製「三菱
ポリプロ」(フ゜ロヒ゜レン 含有量が93重量%、エチレン含有量が
7重量%、MFRが30g/10分) プロピレン−エチレン共重合体:三菱化学社製「三菱
ポリプロ」(フ゜ロヒ゜レン 含有量が94重量%、エチレン含有量が
6重量%、MFRが5g/10分) プロピレン−エチレン共重合体:三菱化学社製「三菱
ポリプロ」(フ゜ロヒ゜レン 含有量が94重量%、エチレン含有量が
6重量%、MFRが2g/10分) プロピレン−エチレン共重合体:三菱化学社製「三菱
ポリプロ」(フ゜ロヒ゜レン 含有量が93重量%、エチレン含有量が
7重量%、MFRが100g/10分)
【0027】(2)エチレン系重合体〔(B)成分〕 ポリエチレン:三菱化学社製「三菱ポリエチ」(密度
が0.951 g/cm3 、MFRが9g/10分の高密度ポ
リエチレン) ポリエチレン:三菱化学社製「三菱ポリエチ」(密度
が0.918 g/cm3 、MFRが5g/10分の低密度ポ
リエチレン) ポリエチレン:三菱化学社製「三菱ポリエチ」(密度
が0.930 g/cm3 、MFRが5g/10分の中密度ポ
リエチレン)
【0028】(3)カーボンブラック〔(C)成分〕 ECカーボン:三菱化学社製「ECカーボン」(平均粒
径が30mμm、BET式比表面積が800m2 /gの
カーボンブラック) アセチレンブラック:電気化学社製「デンカブラック」
(平均粒径が50mμm、BET式比表面積が70m2
/gのカーボンブラック)
【0029】(4)鱗片状黒鉛〔(D)成分〕 鱗片状黒鉛:日本黒鉛工業製「黒鉛CPB」(平均粒
径が10μm) 鱗片状黒鉛:日本黒鉛工業製「黒鉛CB100 」(平均
粒径が50μm)
【0030】〔実施例1〕プロピレン系重合体(A)と
してプロピレン−エチレン共重合体を100重量部、
エチレン系重合体(B)としてポリエチレンを(A)
成分100重量部に対し40重量部、カーボンブラック
(C)としてカーボンブラックを(A)成分と(B)
成分の合計100重量部に対し30重量部、鱗片状黒鉛
(D)として鱗片状黒鉛を(A)成分と(B)成分の
合計100重量部に対し30重量部、酸化防止剤として
テトラキス〔メチレン−3−(3′,5′−ジ−t−ブ
チル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕メタ
ン(チバガイギー社製「イルガノックス1010」)を
(A)〜(D)成分の合計100重量部に対し0.1重
量部、ペンタエリスリトールテトラ(β−ラウリル−チ
オプロピオネート)エステル(白石カルシウム社製「シ
ーノックス412S」)を同様に0.1重量部、金属不活性
化剤としてN,N′−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブ
チル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル〕ヒドラ
ジン(チバガイギー社製「イルガノックスMD1024」)を
同様に0.2重量部、カーボン分散剤としてステアリン
酸マグネシウム(堺化学社製「SM#1000」)を同様に
0.3重量部を、L/D=30、口径30φmmの同方
向二軸押出機に投入し、温度220℃、スクリュー回転
数220rpmの条件下で溶融混練しペレットを得た。
このペレットをL/D=15,口径20φmmの単軸押
出機に投入し6φmm×200mm(長さ)の単層の棒
状に成形し発熱体として以下に示す方法にて評価した。
その結果を表1に示す。
【0031】〔評価方法〕 (1)PTC特性(Positive Tempera
ture Coefficience) 上記成形体に一定電圧(E)を印加し流れる電流(I)
とそれに伴う発熱成形体表面の温度を測定する。そして
オームの法則により抵抗(R)を算出(R=E/I)
し、表面温度と抵抗の相関曲線(PTC曲線)を得る。
発熱体として良好な場合のPTC曲線は、発熱前の常温
域では低抵抗を有し電流が流れ易く発熱し易い、一方、
発熱後使用温度域に到達した場合は温度上昇に伴い抵抗
が上昇し、電流を制御して発熱量(I2 ・R)をコント
ロールするものであり、図1に示されるようなPTC曲
線を描くものが良好な発熱体である。即ち、常温では小
さい電気抵抗を示し(体積固有抵抗が小)、発熱後は温
度上昇に対する抵抗上昇率が大きい(PTC係数が大き
い)組成物ほど温度コントロール性に優れた発熱体であ
る。
【0032】(PTC係数の算出) 常温(20℃)での発熱体抵抗値(Ω) : R20 発熱体表面温度100℃における抵抗値(Ω): R
100 PTC係数=(R100 −R20)/(100−20) PTC係数値が大きいほど発熱温度コントロールの精度
が高くなる。発熱温度コントロールの観点からはPTC
係数が2.0以上が好ましく、特に2.3以上が好まし
い。
【0033】(2)体積固有抵抗 常温(20℃)での体積固有抵抗を測定した。体積固有
抵抗の大きさは、SRIS2301−1969ホイート
ストンブリッジ法により測定した。
【0034】(3)成形性 JIS K7210に準拠(230℃、5kg荷重)し
てMFRを測定した。
【0035】(4)機械的強度 引張強伸度試験(JIS 7113準拠)において引張
破断点伸度と引張破断点強度を測定した。
【0036】〔実施例2〜7〕表1に示す各成分を配合
した組成物を調製し、前記実施例1と同様に評価した。
その結果を表1に示す。
【0037】
【表1】
【0038】〔比較例1〜12〕表2に示す各成分を配
合した組成物を調製し、前記実施例1と同様に評価し
た。その結果を表2に示す。
【0039】
【表2】
【0040】
【表3】
【0041】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、発熱
温度コントロール性、機械的強度および成形性に優れた
導電性樹脂組成物が得られる。特に、オレフィン系樹脂
を主体とするため容易に押出成形によって棒状又は線状
等の各種形状に加工でき、常用温度100℃以下の加熱
又は保温に用いられる発熱成形体用材料として有用であ
り、かつ経済的にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面温度と抵抗との相関曲線(PTC曲線)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 1/24 Z

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メルトフローレート(MFR)が3〜80
    g/10分でエチレン含有量が1〜10重量%かつ炭素
    数4〜12のα−オレフィン含有量が0〜10重量%で
    あるプロピレン系重合体(A)100重量部、密度が
    0.920g/cm3 以上かつメルトフローレート(M
    FR)が0.5〜40g/10分であるエチレン系重合
    体(B)10〜120重量部、平均粒径が20mμm以
    上かつBET式比表面積が500m2 /g以上のカーボ
    ンブラック(C)および平均粒径5〜40μmの鱗片状
    黒鉛(D)を該(A)成分と該(B)成分の合計量10
    0重量部に対して合計量で20〜100重量部配合して
    なることを特徴とするオレフィン系導電性樹脂組成物。
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