JPS6322861A - 充填剤入りポリマ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気抵抗性充填剤入りボリマー組成物、特に
「帯電防止」塗料を提供するのに好適な前記組成物に関
する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕現在、
静電効果を回避するかまたは最小限にすることが必要で
ある技術的および工業的状態が多く存在する。静電気そ
れ自体は害のないものであるが、その放電効果は大災害
をもたらし、費用のかかる可能性がある。極めて明白な
例として、工業プラントにおける静電気の火花放電によ
り火災および爆発が発生する可能性がある。

もつとも、現在、エレクトロニクス工業において、帯電
防止材料に対する要望が強く、エレクトロニクス工業に
おいては、毎年何百万ポンドの価値の精巧な部品が、そ
の敏感な部分の静電気放電によって、破壊されるか、あ
るいはその性能、信頼度または寿命を害するほどに傷づ
けられている。例えば、このような部品を入れて運搬す
る絶縁箱の表面に蓄積する静電荷は、通常少量であるが
、これらの静電荷は非常に高い電圧を有することが可能
であり、非常に短い時間とはいえ、損害をもたらすほど
高い電流を通させることも可能である。

現在、このように表面に蓄積した静電荷の影響を回避す
るための２種の基本的な公知の方法がある。第１の方法
は、静電荷蓄積を回避するものであり、導電性物質、す
なわち単位面積当り約１０５オーム未満の表面抵抗率を
有する物質を用いる。しかしながら、例えばエレクトロ
ニクス装置が、製造、輸送等の際に静電荷蓄積から完全
にシールドされるという保証はなく、この方法において
は、このような静電荷蓄積の放電は、損害を与えるほど
に速かになる傾向がある。

第２の方法は、「帯電防止」と呼ばれてお）、静電気蓄
積の放電を行うことを意図している。

現在、これは、一般に電導性充填剤、通常微粉いる。こ
れらの充填ポリマーを用いると、単位面積当、！７１０
６オームまでの表面抵抗率を達成することができる。困
ったことに、多くの用途に対して、このような帯電防止
物質は、静電気放電の潜在的に損害を与えるほどの速度
を防止するには不充分であって、実際に所望のよシ大き
い抵抗率を有する充填ポリマーを提供することは不可能
である。この理由は以下の通りである。

電導性または帯電防止充填ポリマー中の充填剤の役割は
、絶縁性ポリマーペースを通る電導性通路を提供するこ
とである。該物質を通しての伝導は、電導性粒子の粒子
から粒子への電子トンネルの形成によって起り、トンネ
ル形成の程度はこれらの粒子間の平均自由行程に依存す
る。

ある臨界距離を超えると、トンネルを形成することがで
きない。可能な限り高い抵抗率を有する充填ポリマーを
得るためには、勿論導電性充填剤の比率を可能な限シ低
下させることが必要である。しかしながら、充填剤粒子
がすべて同じ形状であって均一に混合されていると仮定
すると１粒子がすべて相互に離れて前記臨界距離にある
ような濃度に到達することがある。この臨界濃度以下に
充填剤の量をさらに低下させるとトンネル形成による伝
導が全く行なわれなくなって該組成物（末突然絶縁体と
なり、所望の中間抵抗率を達成することはできない。こ
れらの中間抵抗率を達成しようとして、非常に高いアス
ペクト比の導電性充填剤粒子、例えばチョツプドカーボ
ン繊維および高導電性長鎖カーボンブラックなどが用い
られた。これらの粒子は、通常非常に高価であシ、いず
れの場合でも、非湿潤性となる傾向があシ、集合する強
い傾向を有するために充填物質として用いることは困難
である。これらの充填剤物質を用いたとしても、実質上
絶縁性であるか、または過度に導電性であるかという上
記の臨界濃度問題のために、充分に抵抗性の組成物を得
ることが可能であることはわかっていない。さらにカー
ボンブラック充填：ポリマーを用いる問題は、特に傷を
うけやすい高アスペクト比カーボン鎖が包含されている
場合、変形をうけると抵抗率が変化する傾向があること
である。

静電分散性塗料を用いることによｐ静電蓄積の問題を回
避する試みもなされておシ、該塗料は物質の表面を吸湿
性とし、周囲の湿分の吸着により積電荷を分散させるそ
の能力を引き出すものである。いずれかと云えば、これ
らは単位面積当ｆｉ１０８オームを超える表面抵抗率を
有し、むしろ強絶縁性の傾向がある。さらにこれらの塗
料は、容易に破損し寿命が短かく、依存する周囲の湿分
によって、その効果が変動する。

単位面積当り１０６および１０８の間の抵抗率範囲を包
含することが可能であると同時に安価で製造に便利であ
る抵抗性組成物を提供することが望ましいことは明白で
ある。例えば、単位面積当＃）１０２ないし１０１１オ
ームの広範囲においてどこでも選ばれた表面抵抗率を有
する組成物をこのように簡便に調製（配合）できること
は特に望ましい。

〔問題点を解決するための手段〕

前記先行技術の上記諸制限の少くとも幾らかを解決する
ことが可能となるように、本発明は絶縁ポリマーベース
中に分散した電導性物質の粒状充填剤よりなる組成物を
提供するものであシ、該組成物中核充填剤の少くとも０
．５重量％が非木質植物質を炭化して得られるチャー（
Ｃｈａｒ）カーボンである。充填剤：ベースおよびチャ
ー：充填剤の相対比率は全体としての組成物の少くとも
０．０５重量％がチャーカーボンであるようなものであ
る。

好ましくは、該充填剤は、該組成物の０．１重量％ない
し５０重量％、よシ好ましくは１ないし３０重量％の範
囲にある。

本発明で用いられるチャーカーボンは、非木質または革
質植物質、好ましくは紙または布製運用繊維組織を提供
するために現在一般に用いられているようなものを炭化
することによって得られる。チャーカーボンの定義は、
一般に木炭を製造するのに用いられているような木質木
材質から得られるチャーを包含しないし、活性化木炭を
得るために特別の酸化処理をうけたチャーあるいは植物
から直接得られていない、例えば石炭からのカーボン質
も包含しない。好ましくは、チャーカーボンは、１段以
上で植物質を加熱して炭化し、次いで例えばミルで粉砕
し　。

て微粉化して好ましくは１００μｍ未満の平均粒径とし
、さらにより好ましくは７５μｍ未満とすることによっ
て得られる。チャーカーボンの好ましい炭素含有量は８
５ないし９５％である。

本発明において、粒状チャーカーボンは、絶縁ポリマー
ベースを有する組成物の少くとも０．０５重量％を形成
する導電性充填剤物質として用いられる。チャーカーボ
ンは、それ自体用いられる唯一の導電性充填剤物質であ
ることも可能である。しかしながら、より一般的には、
チャーカーボンは、ここで定義されたチャーカーボンで
はない、よシ導電性の粒状カーボン充填剤物質と組合せ
て用いることができる。例えば、チャーカーボン物質は
、カーボンブラック、グラファイト、チョツプドカーボ
ンファイバーまたはカーボンウールから選ばれた１種以
上の粒状物質と組合せることができる。それから、チャ
ーカーボンは、導電性充填剤物質の０．５重量％と云う
少量を構成することが可能であり、該使用量は該組合せ
に望まれる抵抗率性質および使用される充填剤の百分率
に依存する。一般的にチャーカーボンは充填剤の５〜８
０重量係。

通常２０〜５０重量％を構成する。

各成分の比率を変動させることにより、単位面積当＃）
ｌＯないしｌＯオームの範囲にわたる各種の表面抵抗率
を有する組成物を得ることが可能であり、チャーカーボ
ンは（例えば、現在用いられている極めて高価な高アス
ペクト比カーボンブラックに比べて）簡単な方法で安価
な原料から製造することができるので、製造費を大幅に
節減することができる。しかしながら特別の利点は、そ
の表面抵抗率が実質上単位面積当り約１０５オームを超
える組成物、特に従来実際に得られていない単位面積当
９１０６〜１０９オームの表面抵抗率を有する組成物を
有することができることにある。上記したように、この
ような抵抗率を有する組成物は、帯電防止用途に特に好
適である。現在、植物質の本質的繊維構造（高アスペク
ト比）は、ある程度の非連続的内部構造になる傾向およ
びしたがって炭化された場合でも高い抵抗率を有する傾
向と共に、チャーカーボン含有組成物のこの非常に望ま
しい性質に貢献しているものと考えられている。

例えば、カーボンブラックと組合せた充填剤において、
チャーカーボン粒子は、よシ導電性のブラック（ｂｌａ
ｃｋｓ　）によって、ポリマーペースを通して相互に結
合された高抵抗率ブロック（“ｂｌｏｃｋｓ　”“）と
して作用するものと考えられる。

異なる好ましい態様において、本発明は絶縁ポリマーペ
ース６０〜９９重量％と電導性物質の粒状充填剤４０〜
１重量係とを混合してなる組成物を提供するものであり
、ここに定義されるチャーカーボンは電導性充填物の５
〜６０重量％を構成する。

本発明の組成物の特に好ましい用途は、例えばエレクト
ロニクス工業において用いられるような前記製品のよう
な製品に施かされる塗料を提供することにある。したが
って、好ましい態様において、使用されるポリマーペー
スは塗料であシ、もう一つの態様において、本発明は、
本発明にしたがって上記した組成物を塗布した製品を提
供するものである。該塗料は、従来用いられている適当
な方法で製品に施用され、実塗料ポリマー自体であって
もよい。

本発明の組成物は、所望により、例えば該組成物を増量
させるか、または着色するための、他の本質的に非電導
性充填剤を含有することも可能である。しかしながら、
これらは、チャーカーボンの上記全充填剤に対する比率
を計算する際に考慮されるものではない。

〔実施例〕

説明のために、本発明の具体的な実施態様について以下
説明する。

Ａ、チャーカーボンの製造 チャーカーボンの一つの現在好ましい原料は、わらであ
シ、特に下記種のわら（広義には茎、葉および種皮を包
含する）が好適であることがわかった： アマ（リニウムウシタチシウム） ラミー（ボエメリア　ニペア） アサ（カナビス　サチバ） ワタ（ゴシピウム） サイザル（アカ゛ペ　シサラナ） マニラアサ（ムサ　テクスチリス） ジュート（コルコラス） オート（アベナ） オオムギ（ホルデウム） ライムギ（セカレ） コムギ（トリチクム） １つの具体例において、多量のオオムギわらを、立って
いた農場から取った状態で用いた。

第１段階において、該わらを、木材からバーベキューチ
ャーコールを製造するのに用いられるものに類似した型
のタンクに入れて着火した。

該わらの大部分をこのようにして単に燃やし、生じた熱
は残シのわらを炭化するのに用いた。

第２段階において、第１段階において部分的に炭化した
わらをタンクから取シ出して大気中の酸素を排除するよ
うにしたキルンに入れた。次いでキルンの温度を、約６
時間にわたって約１１００℃にあげた。この温度に到達
したら、キルンを徐々に冷却させたが、約３０時間かか
った。この加熱工程によって、チャーの炭素含有量は、
上昇して約９０％となった。次いで、第３段階において
、該生成物をミルで充分に粉砕して７５μｍの篩を通過
させて使用に供した。

上記方法によって得られる炭化度は、当然のことながら
植物種によって変動することがわかったが、したがって
所定の炭化度を得るためには上記製造方法の条件を、植
物種に応じて変動させる必要がある。さらに、篩分は前
にチャーを適当な大きさにするのに必要な粉砕作用を用
いてチャーのアスペクト比を変動させることも可能であ
る。例えば、ボールミルで粉砕されて７５μｍ篩で篩分
けされたチャーを含有する特別の配合物は、（塗布した
試験片について）ｌＯ５の表面抵抗率を示す。しかしな
がら、上記に代ってチャーをピンミルで粉砕して７５μ
ｍ篩を通して篩分けした場合、試験片の抵抗率はｌＯ３
に低下した。抵抗率の差は、粉砕粒子のアスペクト比の
差が原因であり、ピンミルを用いて得られるアスペクト
比はボールミルを用いて得られるものの約５倍大きい。

ミル中のチャーの滞留時間によって、粉砕チャーの最終
粒径画分を調節することができる。はとんどの植物種に
対して、低くは７００°Ｃの温度に加熱することにより
充分な炭化を実際に得ることができるが、これらの低温
度で製造されたチャーを用いた場合、性質の再現性は劣
る。

本発明の実施態様を示す組成物を製造するためにここで
用いられる基本的な方法において、各成分は、すべて−
度に一緒に混合し、次いで該組成物に相当の剪断作用を
与えるように混合する。この剪断作用は、カーボンブラ
ック充填ポリマーを製造することで知られているように
、含有されている高アスペクト比カーボン粒子は、はと
んどのポリマーにおいて湿潤性が極めて悪く１分散させ
るのが困難である傾向があるので必要とされる。ポリマ
ーペースの選択も、もちろん特別の組成物に対して想定
される用途に依存し、同様にチャーカーボンおよび他の
充填剤の比率も所望の抵抗率に依存する。カーボンブラ
ックを充填するのに適当であるとして既に知られている
ポリマーも、一般に本発明に適当である。さらに、本発
明は、特に有利には、これも公知の塗料ポリマーを用い
る。塗料目的のためには、充填剤の重量百分率は、４０
係を超えるのは好ましくない。というのは、さもないと
塗料の施用にあたって困難を伴うからである。

実施例Ｂｌ 下記の各成分を、その組成物が通過するチューブ内で回
転する櫂を組込んだミキサー中、室温で攪拌することに
よシ、下記の比率で混合して、該組成物に剪断応力を作
用させた。

重量部 タルク　　　　　　　　　　　　　　　１４０炭酸カル
シウム　　　　　　　　　　１４０エチルヒドロキシエ
チルセルロース　　　　　　１４０水中にｌ：６で稀釈
されたカリウムポリ　　　　　２０メタアクリレート ナトリウムポリホスフェートガラス５％　　　　　２０
水溶液 水酸化カリウム５０％水溶液　　　　　　　　　　　２
水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１５０消　泡　剤（フォーマスターＮＸ２）　　　　　
　　　１殺　菌　剤（アクチサイド　ＢＧ）　　　　　
　　　　１２−（２−ブトキシエトキシ）エテル　　　
　　２０アセテート ビニルアセテート／ビニルクロリド／　　　　　　２４
４エチレンコポリマー 導電性カーボンブラック（デグツサコラクスＬ）（標準
色ファーネスブラック；粒径約２０ｎｍ；構造−ジブチ
ルフタレート吸着指数：２００ゴ／ｌ′０ＯｔＤＢＰ）
　　　　　　　　　９３実施例Ａのチャーカーボン　　
　　　２９１．０００ 本実施例は、この組成物の機械的特性を向上するために
相当量の非電導性充填剤物質を、ならびにきのこの成長
を防止するために防腐剤を含有していることがわかる。

使用されるチャーの正確な性質によシ、このような組成
物は、単位面積＃刊■用中当り１０６ないし１０７オー
ムの表面抵抗率を有した。該組成物は、特に多種の包装
材料に対して、帯電防止塗料として極めて広範囲の用途
を有する。他の用途としては、該組成物は、ポリスチレ
ンシート、成形品および多種類の紙およびカードボード
ラッパーおよびコンテナに塗布される。

実施例Ｂ２ 下記の各成分を実施例Ｂ１と同様に混合した二重量部 ５０ｑｂキシレン溶液中のメチルシリコーン樹脂（ワラ
カー　ＨＫ４６）　　　　　　　　　　　９２０高電導
性カーボンブラツク（ケトゼンＥＣ）（非常に高いアス
ペクト比構造；粒径的２５ｎｍ）　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　６０実施例Ａのチャーカーボン　　
　　　　　　　　　２０ｔ、ｏ　ｏ　。

本実施例では特別の疎水性樹脂を用いたが、該樹脂で塗
布された物は防水性となる。その疎水性のために、この
ような組成物は、例えば、食品工業に用いられる製品を
塗布する用途を見出すことができる。その表面抵抗率は
、単位面積当り約１０６オームである。

実施例Ｂ３ 下記各成分を実施例Ｂｌと同様に混合した二重置部 水分散性エポキシ樹脂（アラルダイト ＤＹ３４０）　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
１９実施例Ａのチャーカーボン　　　　　　　　　　　
　９高電導性カーボンブラツク（ケットゼンＥＣ）　　
　　ｓ電導性カーボンブラック（デグツサ　ユラクスＬ
）　　　　　　　　　　９ ポリアミノアミド水性硬化剤（テパ・ガイギー社製）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＯこの組
成物は、前記２つの実施例よりもかなり電導性が高く、
単位面積当り１０４ないし１０５オームの表面抵抗率を
有した。このようなエポキシ組成物（通常その増量のた
めＫさらに非電導性充填剤が添加される）は、例えば麻
酔室の床に施用するのに好適であり、該麻酔室では静電
気蓄積およびその突然の放電が、もし起るようであれば
１回避されなければならないことは知られている。

実施例Ｂ４ 下記の各成分を上記の通ｐｌｏ分間混合した二重置部 中硬質メチルフェニルシリコーンｍｆｌ’ｆｔ　　　　
　　９７０電導性カーボンブラツク　　　　　　　　　
　　　　６実施例Ａのチャーカーボン　　　　　　　　
　　　２４１．０００ 得られた組成物を１表面塗料゛として平らな絶縁体に施
こし、２４時間空気乾燥した。単位面積当υ３　Ｘ　１
０９　オームの表面抵抗率を有することがわかった。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁ポリマーベース中における電導性物質の粒状充
   填剤の分散体よりなる組成物であつて、該充填剤の少く
   とも０．５重量％が炭化された繊維植物質のチヤーカー
   ボンであり、該チヤーカーボンが該組成物の少くとも０
   ．０５重量％を構成することを特徴とする前記組成物。
2. ２．該充填剤が該組成物の０．１ないし５０重量％を構
   成する特許請求の範囲第１項記載の組成物。
3. ３．該充填剤が、チヤーカーボンに加えて、他の電導性
   炭素物質からなる特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の組成物。
4. ４．他の電導性炭素が、カーボンブラック、グラファイ
   ト、チヨツプドカーボン繊維およびカーボンウールの少
   くとも１種を包含する特許請求の範囲第３項記載の組成
   物。
5. ５．該チヤーカーボンが前記充填剤の少くとも５重量％
   を構成する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載の組成物。
6. ６．該チヤーカーボン粒子の平均粒径が、１００μｍ未
   満である特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
   に記載の組成物。
7. ７．該チヤーカーボンが、炭化された草質わらである特
   許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の組
   成物。
8. ８．特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記
   載の組成物を塗布した製品。
9. ９．該組成物が、単位面積当り約１０＾６ないし約１０
   ＾９オームの表面抵抗率を有する特許請求の範囲第８項
   記載の製品。
10. １０．導電性物質の粒状充填剤を絶縁ポリマーベース中
    に分散させることにより抵抗性組成物を製造する方法で
    あつて、該充填剤中に、繊維植物質を加熱してそれを炭
    化することによつて得られるチヤーカーボンを該充填剤
    の重量に対して少くとも０．５％含有させて、該チャー
    カーボンが該組成物の少くとも０．０５重量％を構成す
    るようにすることを特徴とする抵抗性組成物の製造方法
    。