JPS61207465A - 導電性熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、機械的強度その他の機械的諸物性に優れた導
電性熱可塑性樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、本
発明は、電気部品及び電子機器分野に利用されうる安定
した導電性乃至半導電性を与える熱可塑性樹脂組成物に
関する。

（背景とその問題点） 近年、技術の高度化及び精密化に伴って、各種の機器及
びその構成部品に対して材質や構造面からその軽薄短小
化を求める声が活発化しており、その傾向は特に電子材
料及び電子機器の両分野において著しい、そして、昨日
まで金属で作られていた部品や部材が今日はプラスチッ
クで置換されるという現象が急激に進行しつつある。し
かし反面において、従来の金属製部品や部材では問題に
ならなかった機械強度その他の機械的諸物性、帯電防止
性能及び導電性能等の諸問題が顕在化し。

各分野においてこれらの問題を解決するための研究が営
々と進められ（つつある。

ところで、ヤング率の低さその他のプラスチ。

クスの宿命とも言うべき機械強度の低さを璃曹するため
には、ａｍ状補強剤をプラスチックに配合することが有
力な解決手段の一つである。

一方、帯電防止性能を付与する方法としては、多価アル
コールや多価アルコールの脂肪酸エステル、ポリアルキ
レングリコール、アルキルアミンなどの親水基を有する
化合物を添加する方法がある。しかしながら、この親水
性物質を添加する方法では、樹脂成形品の表面抵抗は精
々ＩＱ１１Ω程度までしか低下せず、しかも環境湿度に
より著し、く抵抗値が変化する欠点がある。

また他の方法として、導電性カーボンブラックを樹脂中
に配合する方法もある。しかし周知のように、導電性カ
ーボンブラックは、非常に嵩高で、取扱に際し飛散しや
すいため、作業場を汚し易いという欠点がある。しかも
水晶単独にて樹脂組成物に導電性を付与するには、少な
くとも１０重量％程度の添加が必要である。しかるに、
７重量％以上の導電性カーボンブラックの配合は対象成
形品の機械強度を著しく低下させるから、その適用範囲
は自ずと比較的狭い範囲内に限定されているというのが
実状であるが、特に導電性カーボンブラックの単独添加
により導電性を付与した樹脂組成物における最大の欠点
は、再現性のある固有抵抗値を樹脂組成物に付与しにく
い点である。これを更に詳しく言えば、導電性カーボン
ブラックを７重量％未溝の割合で添加、配合された樹脂
組成物では、熱可塑性樹脂本来の高い電気抵抗値を示す
のに対し、前者を１０重量％以上の割合で添加された樹
脂組成物では、逆に導電性カーボンブラック固有の低い
抵抗値を示すようになり、７〜ｌＯ重量％の中間領域で
は、抵抗値は導電性カーボンブラック添加量の増加に応
じて極めて微妙に変化する。従って、樹脂固有抵抗値と
導電性カーボンブラック固有の抵抗値との間の中間的な
設計抵抗値を自由に、しかも安定して付与することは甚
だ困難である。即ち、導電性カーボンブラック配合量の
僅かな変化により、配合物乃至それによる成形品の電気
特性が絶縁領域から低抵抗領域へ急激に変化するため、
所望の半導電性を一定に付与するのは至難である。加え
て、被配合樹脂の熱安定性が悪化する他、成形時に起こ
る熱分解のため、得られた成形物の外観が著しく変化し
、かつ成形品の耐衝撃強度、曲げ強度が著しく低下する
など多くの欠点を生じる。

さらに別の方法として、炭素繊維を配合する方法もある
が、炭素ｍ＃ｌ自体高価であることに加え、このものは
成形品の表面平滑性を害する傾向があり、その上導電性
能においても部分的なバラツキが出やすいという欠点を
有している。

なお更に別の方法として、発明者らが先に見出した。繊
維状補強剤として導電性能を付与された導電性チタン酸
カリウム（以下「導電性ＰＴＷＪという）を利用する方
法がある。即ち、導電性ＰＴＷを熱可塑性樹脂に配合す
ると、機械的諸物性が向上するのみならず、成形品の表
面も平滑で異方性が少ない等、カーボンファイバー（炭
素繊維）の配合では望み得ない物性の向上が見られる。

しかしながら、所望の高い導電性を得るため率噌水準で
配合する必要があるが、かかる高充填率での配合は、必
然的にコスト高を招き、他の競合手段との競争を不利と
する。しかも該水準を越えて配合しても、該水準を越え
た量に見合う導電性の向上が見られない。

（発明の目的） 本発明は、実用上充分な機械強度その他の機械的物性（
以下「機械的物性」と呼ぶ）を有すると共に、平滑な表
面を保持し、しかも任意の導電性を安定して発現する成
形物を与える熱可塑性樹脂組成物を提供することにある
。

（発明の構成） 以上の目的を達成せんがため、本発明の樹脂組成物は、
組成物中に１０〜４０重量％の導電性チタン酸カリウム
ｍ＃ｌと、０．３〜７重量％の導電性カーボンブラック
が配合されていることを特徴とする。

本発明者は１以上の事情に鑑み更に研究を進めた結果、
熱可塑性樹脂に１０〜４０重量％の導電性ＰＴＷと０．
３〜７重量％の導電性カーボンブラックを配合してなる
導電性熱可塑性樹脂組成物が、導電性ＰＴＷと導電性カ
ーボンブラックとの配合比及び配合量に応じて、任意の
導電性を良好な再現性をもって、しかも、導電性ＰＴＷ
単独使用時より低充填量の該ＰＴＷの充填でもって、導
電性ＰＴＷの特性を充分に発揮するから、経済的にも極
めて有利な樹脂組成物であることを見出した。

本発明者の得た新規な知見によれば、導電性ＰＴＷと導
電性カーボンブラックを前述の量的範囲内で併用するこ
とにより、抵抗値が予期値より遥かに低くなることが見
出されたばかりでなく、半導電領域で、バラツキのない
安定した電気抵抗値を容易に再現しうるという事実が見
出された。

換言すれば、本発明により、絶縁域から低抵抗域までの
間の任意の導電性を確実に再現することができる。

しかも、本発明においては、取扱上問題のある導電性カ
ーボンブラックの添加量が比較的微量乃至少量であるこ
とに加え、より多量の導電性ＰＴＷ中に分散した状態で
使用されるため、計量時を除き導電性カーボンブラック
が飛散する懸念がないから、導電性ＰＴＷと導電性カー
ボンブラックとの併用によって、実際的に作業環境が著
しく改善されるという副次的な効果も見出された。

本発明に使用される導電性ＰＴＷは、下記の一般式■で
示される組成の単結晶繊維であり、平均繊維径０．０１
〜１（イ）、平均繊維長１〜１００圃で、かつ平均繊維
長／平均繊維径（アスペクト比）が１０以上のものであ
る。

Ｋ２０　＊　ｎ　（ＴｉＯ２−ｘ　）　−−一■（式中
ｎは８以下の正の実数、Ｘは２未満の実数を意味する。

） この導電性ｐ”ｒｗは、一般式、 Ｋ２　０　　＊　　ｎ　　（Ｔｉ０２　　）（式中ｎは
８以下の正の実数、） で表されるチタン酸カリウムウィスカーを、不活性ガス
雰囲気中で、又は水素、低級炭化水素ガスもしくはアン
モニアガス等の還元性ガス雰囲気中にて、そのまま、あ
るいは炭素物質などの酸素受容体と混合して、５００〜
１５００℃の温度にて還元焼成することにより得られる
。因に、この際使用される炭素物質としては、カーボン
ブラック、グラファイト、コークス、石油ピッチ等を例
示することができる。また、チタン酸カリウムウィスカ
ーと炭素物質との混合比は、還元炉の大きさ、材質によ
って異なるが、炭素物質の混合量は、通常、チタン酸カ
リウムウィスカーに対して１〜５０重量％である。

またその他の導電性ＰＴＷとして、チタン酸カリムウィ
ス力−を無電解メッキ法又は浸漬法もしくはスプレーコ
ート法にて該ウィスカーの表面に金属、金属酸化物等の
導電性又は半導電性物質を付着させ、又は沈積させたも
のも使用できる。参考までに、チタン酸カリウムウィス
カーを無電解メッキするには、これを　１００℃のアル
カリ性領域のニッケル、銅、白金、銀等のメッキ液中に
５分〜１時間浸漬、攪拌し、当該金属をメッキする。

またスプレーコート法においては、　２００〜８００℃
に加熱されたチタン酸カリウムウィスカーに、錫、ニッ
ケル、インジウム、アンチモン等のハロゲン化物、硫酸
塩又は酸化物の水溶液又は水性有機溶媒溶液をスプレー
ガン等を用いて噴霧、塗布し、該ウィスカーの表面を被
覆する。

上記各導電性ＰＴＷは、通常、無処理状態のままでも使
用できるが、熱可塑性樹脂との界面接着性をより良好に
するため、シランカップリング剤、チタネートカップリ
ング剤など目的に応じた表面処理剤を使用した方が一般
に良い結果を与える。

以上の導電性ＰＴＷの配合量は、補強効果、特に剛性、
耐クリープ性及び熱変形温度の向上並びに限界Ｐｖ値の
向上、さらには寸法精度の向上などから、組成物中１０
〜４０重量％の範囲で配合されるのが好ましい、前記配
合量が１０重量％未満では、成形品の機械的強度を充分
向上させることがでない、一方、４０重量％を越えて使
用しても、該＾ 限界量を越える量に見合う程の機械的強度の向上効果を
認めに＜＜、かつ組成物の造粒化も難しくなる傾向にあ
る。

本発明に使用される導電性カーボンブラックとしては、
例えばファーネスブラック、サーマルブラック、チャン
ネルブラック及びグラファイト等が挙げられる。しかし
特に、 ■　ストラフチャーが発達しやすい。

■　粒子径が小さい。

■　表面積が大きい。

■　π電子を捕捉する不純物が少ない。

■　グラファイト化が進んでいる。

などの導電性に必要な性能を考慮すると、ファーネスブ
ラックのうち、コンダクティブファーネスの一員である
ケッチェンブラックが最適である。

導電性ＰＴＷと併用される導電性カーボンブラックの配
合量は、組成物中０．３〜７重量％の範囲内が好適であ
る。使用量が０．３重量％以下では、樹脂中で導電性を
付与できる程のストラフチャーが構成されず、従って、
導電性ＰＴＷとの併用効果を殆ど期待できない、他方、
配合量が７重量％を越えると、成形品における機械的物
性の低下が著しいのみでなく、樹脂組成物の熱変形温度
をも低下させ、しかも造粒が困難となる。但し、混練技
術及び成形技術の練磨如何により、単に導電性の向上の
みを目的としてならば実施する意義がないとは言えない
。

本発明でいう熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリ塩化ビニル樹脂等の汎用熱可塑性プラスチ
ックス以外に、ポリアミド、熱可塑性ポリエステル、ポ
リアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリサル
フ；ン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケ
トン等のエンジニアリングプラスチックの全てを含む中
熱可塑性樹脂に導電性ＰＴＷ及び導電性カーボンブラッ
クを配合する方法自体は任意であって、前王者をトライ
ブレンドする方法、押出機を用いて、熔融した熱可塑性
樹脂に後二者を混入する方法のような公知の配合法を自
由に採用することができる。しかしながら、導電性ＰＴ
Ｗの繊維の切断や導電性カーボンブラックのストラフチ
ャーの破壊を防止乃至抑制するには、緩和な混線手段、
゛　例えば押出機を用いて、熔融した熱可塑性樹脂中に
導電性ＰＴＷ及び導電性カーボンブラックを配合する手
段が好ましい。

本発明の樹脂組成物には、さらに所望により、それ自体
公知の熱安定剤、光安定剤、酸化防止剤、滑剤、難燃化
剤、色素もしくは顔料等を必要に応じて、かつ本発明の
効果を失わせない範囲で任意に添加することができる。

（実施例） 以下、実施例を掲げて発明具体化の例及び具体的効果等
について説明するが、例示は当然説明用のものであって
、発明思想の限定を意味するものではない。

実１自１１ ノーブレンＩ（５０１［三井東圧化学■、ポリプロピレ
ン］、チタン酸カリウムウィスカーを不活性雰囲気中で
１０００℃にて還元焼成した導電性ＰＴＷ［大塚化学■
製］及びケッチェンブラックＥＣ−Ｐ　［ライオンアク
ゾ■製］を、下表−１に示す配合組成として、２２０℃
に設定した４５ｍｍφ二軸押出機にて、熔融したノーブ
レンＨ３Ｏ１に上記の導電性ＰＴＷ及びケッチェンブラ
ックＥＣ−Ｐを混入し、押出し造粒化した。その後、下
記条件下で射出成形を行い、物性測定用テストピースを
作成した。

シリンダ一温度：２１Ｏ℃ 射出圧カニ　５００　Ｋｇ／ｃｍ２ 射出時間：１５秒 金型温度：６０℃ 得られた各テストピースについて、電気的性質と機械的
強度とを測定した。その結果を下表−１に示す。

（以下余白） 表−１ 全体を１００とする重量％にて表わされる。

実施例２ ジュラコンＭ９０−０２　［ポリプラスチック■；ポリ
アセタール］、実施例１と同一の導電性ＰＴＷ［大塚化
学■製１及びケッチェンブラックＥ　Ｃ−Ｄ　Ｊ　５０
０　　［ライオンアクゾ■製］を下表−２に示す配合組
成として２００℃に設定した４５１φの２軸押用機にて
熔融したジュラコンＭ９０−０２に上記の導電性ＰＴＷ
及びケッチェンブラックＥ　Ｃ−Ｄ　Ｊ　５００を混入
し、押出し造粒した。その後、下記条件で射出成形し、
物性測定用テストピースを作成した。

シリンダ一温度＝２００℃ 射出圧カニ　１０１００Ｇ／　ｃｍ２ 射出時間＝３０秒 金型温度＝８０℃ 続いて、電気的性質と機械的強度を測定した。その結果
を下表−２に示す。

（以下余白） 表−２ 組ｊ騰険ト体を１００とする重量％で表わされる。

実施例３ ＲＥＮＹ８００１［三菱瓦斯化学■製；ナイロンＭＸＤ
６］、チタン酸カリウムウィスカーとコークスとを混合
し、水素ガスとプロパンガスの混合気流中で還元焼成す
ることにより得られた導電性ＰＴＷ　［大塚化学■製］
及びケッチェンブラックＥＣ−Ｐ　［ライオンアクゾ■
製］を下表−３に示す配合組成として２７０℃に設定さ
れた４５■鵬φの二軸押出機にて、熔融したＲＥＮＹＩ
ｌｏｏＩに上記の導電性ＰＴＷ及びケッチェンブラック
ＥＣ−Ｐを混入し、押出し造粒した。その後、下記条件
で射出成形し、物性測定用テストピースを作成した。

シリンダ一温度：２８５℃ 射出圧カニ　１０００Ｋｇ／　ｃｍ２ 射出時間：２０秒 金型温度：１２０℃ 得られたテストピースについて、電気的性質と機械的強
度を測定した。その結果を下表−３に示す。

表−３ ｆ　Ω・ｃｍ） 霧　　　　・１０ｍ２） ＣＣＢ：ケッチェンブラックＥＣ−Ｐ ■　表中、導電性ＰＴｗ７ｉびケッチェンブラックＥＣ
−Ｐの組成は、絽仄所←ト体を１００とする重量％で表
わされる。

実１１ま ティジンＰＢＴＣＬ７０００［音大■、ポリブチレンテ
レフタレート］、チタン酸カリウムウィスカーを３００
℃に加熱し、塩化第二錫の水溶液のスプレーにて表面を
導電被覆された導電性ＰＴＷ　［大塚化学■製］及びケ
ッチェンブラックＥＣ−Ｐ　［ライオンアクゾ■製］を
。

下表−４に示す配合組成として、２４０℃に設定された
４５ｍｍφの二軸押出機にて熔融したＰＢＴＣＬ７００
０に、上記の導電性ｐ”ｒｗ及びケッチェンブラックＥ
Ｃ−Ｐを混入し、押出し造粒した。その後、下記条件で
射出成形を行い、物性測定用テストピースを作成した。

シリンダ一温度：２４５℃ 射出圧力＝　１０００Ｋｇ／　ｃ腸２ 射出時間：２０秒 金型温度：１００℃ 次いで、得られたテストピースについて電気的性質と機
械的強度とを測定した。その結果を下表−４に示す。

表−４ 番　　　　・ｆ　ｃｌ） 組−輪一ト木を１００とするＩｌと省で表わされる。

（発明の効果） 本発明によれば、成形品の機械的物性が高く。

また寸法精度にも優れ、しかも絶縁域から導電域までの
任意の導電性を再現しうる樹脂組成物を容易に得ること
ができる。

特に、本発明の導電性熱可塑性樹脂組成物は、体積固有
抵抗値で１ＱＩ４〜ＩＱＩＯΩ・Ｃ■の帯電防止材料、
１ＱｌｏＮＩＱ４Ω・ｃ＋ｓの半導電性材料及び１０４
〜１００Ω・ｃｍの導電性成形材料を提供できるので。

電子部品の梱包、収納材料、複写機、プリンター等のＯ
Ａ機器の機構部品やハウジングなどに好適な樹脂材料を
特徴する

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１０〜４０重量％の導電性チタン酸カリウム繊維
   と、０．３〜７重量％の導電性カーボンブラックとが配
   合されていることを特徴とする安定した導電性又は半導
   電性を備える熱可塑性樹脂組成物。
2. （２）導電性カーボンブラックがファーネスブラックで
   ある特許請求の範囲第１項記載の熱可塑性樹脂組成物。
3. （３）導電性チタン酸カリウム繊維、導電性カーボンブ
   ラック及び熱可塑性樹脂が、熔融法により配合されたも
   のである特許請求の範囲第１項記載の熱可塑性樹脂組成
   物。