JPH03249212A

JPH03249212A - 導電性複合繊維

Info

Publication number: JPH03249212A
Application number: JP4057490A
Authority: JP
Inventors: Masao Matsui; 松井　雅男; Hidenobu Tsutsumi; 英伸堤
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JP2834256B2

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】（発明の属する技術分野）本発明は新規な導電性繊維に関する。

（従来技術の問題点及び本発明の目的）導電性繊維は、
そのコロナ放電によるすぐれた静電気除去作用により、
繊維、各種樹脂、ゴム類などの製品に少量混用して制電
性を与えるために主として用いられる。従来、カーボン
ブラック（炭素粒子）を混合した導電性ポリマーと繊維
形成性ポリマーからなる複合繊維が用いられてきたが、
その複合繊維は色が黒いこと及びＨＬ導電性低く、従っ
て制電能力が不充分という問題点がある。

さらに、金属粒子を混合した導電性ポリマーを用いるこ
とも提案されているが、繊維用の充分に小さい粒子を得
ることが困難である上に、金属微粒子は凝集しやすくポ
リマー中に均一に分散させることが困難であるため、未
だ金属粒子応用の導電性複合繊維は実用化されていない
。

本発明者らは、金属酸化物（半導体）を応用した導電性
繊維を特公昭６１−１５２８４号公報、６１−５６３３
４号公報において提案した。金属酸化物微粒子応用の導
電性繊維は、白色度の高いものを得ることができるとい
う大きな特色を有するが、導電性は炭素粒子や金属粒子
応用型に比べて低く、従って制電性がやや劣るという欠
点がある。

本発明の目的は、導電性及び／または白皮に優れたもの
を、比較的容品に製造することができる新規な複合繊維
を徒供するにある。

（問題解決の手段及び作用）本発明の導電性複合繊維は、導電性粒子とポリマーの混
合体からなる導を層と繊維形成性ポリマーからなる保護
層とが接合されてなる複合繊維において、導電性粒子が
無機化合物を核とし、その外側に金属層を有しかつ表面
に導電性金属化合物皮膜を有することを特徴とする。

本発明に用いる導電性粒子は、無機化合物の核、金属層
及び金属化合物皮膜の３層構造を有する新しい粒子であ
る。一般に金属粒子は紡糸に適する大きさ、すなわち直
径０．０５〜１．５μｍ、特に０．１〜１μｍの大きさ
でかつ均一性の高いものを得ることが極めて困難であり
、今日もそのようなものは実用化されていない。また金
属微粒子は凝集性が高く、ポリマー中に均一に分散する
ことが極めて困難であることは前記の通りである。

無機化合物、例えば酸化チタン、酸化亜鉛５酸化錫、ア
ルミナ、シリカ、ゼオライト、ムライト硫酸バリウム、
炭酸カルシウムなどの粒子では、前記の紡糸に好ましい
大きさのものが得られ、それらの表面に金属層を形成し
て２層構造を有する導電性粒子を製造することができる
。しかし金属層が表面を占める微小粒子は相互親和性及
び凝集性が極めて強く、ポリマーとの均一な混合及び分
散が著しく困難なことが多い、また、熔融混合や溶融紡
糸などにおける高温高圧条件下で容易に相互に焼結して
粗大粒子になる傾向がある。しかし金属層の外側を金属
化合物の皮膜で覆うと、凝集性や焼結性を大幅に改善す
ることができる。この目的に用いる金属化合物は導電性
（導体または半導体）であることが好ましい。半導体で
は導電性を高めるため、例えば電子供与型または電子受
容型などのドーピング剤を少量添加することも好ましい
、ドーピング剤の例としては、酸化錫に対する酸化アン
チモン、酸化亜鉛に対する酸化アルミニウムなどをあげ
ることができる。また、銀や銅の酸化物、よう化銅、硫
化銅などは、それ自体かなりの導電性を示す、更に金属
化合物皮膜が極めて薄ければ導電性の低下は最小限に押
さえられる（トンネル効果も充分期待される）。導電性
の見地からは表面の金属化合物皮膜は薄い方がよいが、
凝集性改善の点からは厚い方がよい。従って金属化合物
皮膜の厚みはＯ，ＯＯ１〜０．２μｍ、の範囲が好まし
く、０．００２〜０．１μｍの範囲が特に好ましく、ｏ
、　ｏ　ｏ　ｓ〜０，０５μｍの範囲が最も好ましい。

金属化合物皮膜は、金属層の上に金属化合物を蒸着、イ
オンブレーティング、ＣＶＤ、化学反応などの方法で形
成することができ、金属層そのものの表面に酸素、よう
素などを反応させて形成することもできる。後者の場合
、金属層と金属化合物の境界は必ずしも明瞭でなく、金
属の含有率が徐々に内部に向かって連続的に増大するよ
うな傾斜材料的構造となることもある。そのような場合
、表面の金属含有率をＸ％としたとき、金属含有率（％
）が（１００ｘ）／２の点を金属層と金属化合物皮膜と
の境界とみなす。

従来、無機粒子の表面に導電性金属化合物皮膜を形成し
た導電性粒子を応用した導電性複合繊維は周知である（
特公昭６１−１５１８４号公報など）。しかし、そのよ
うな２層構造の粒子は、本発明に用いる内部に金属層を
有する３層構造粒子に比較して本質的に導電性が劣る。

本発明に用いる３層構造粒子においては、電流は表面の
金属化合物皮膜を垂直に（最も短い距離）通過して、金
属層に達し、粒子の反対側では逆に金属層から金属皮膜
を垂直に通過して隣の粒子へと流れる。従って、３層構
造粒子においては、電流が表面の金属化合物を通る距離
は最小限となり、電流通路の大部分は金属となるため、
金属粒子に近い導電性が得られる。上記、従来の２層構
造粒子では粒子の（圧縮時の）比抵抗はＩ−１０Ωｍ程
度が実用上到達できる限度であったが、本発明に用いる
３層構造の粒子では１Ωｍ以下で、しかも比較的粒径が
揃っており、凝集性の低い実用の高いものが得られる。

金属化合物皮膜を形成する化合物としては、錫亜鉛、銅
、銀、インジウム、ジルコニウムなどの導電性（半導体
を含む）金属酸化物及びよう化銅硫化銅などの導電性化
合物などがあげられる。特に酸化錫５酸化亜鉛、＃化イ
ンジウム、よう化銅などは無色、白色または着色度の少
ないものを得ることができ、本発明の目的に好ましい、
またドーピング荊を添加して導電性を高めたものは特に
好ましい。

導電性粒子は熱可塑性ポリマーと混合されて複合繊維の
導電層を形成する。本発明に用いる熱可塑性ポリマーは
特に限定されないが、例えばポリアミド、ポリエステル
、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリ
アクリル系、ポリビニル系、ポリイミド系、ポリサルフ
ァイド系のポリマーなどが有用である。特に結晶化度が
高い（５０％以上、特に７０％以上）ポリオレフィン。

ポリエーテル、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル
系などが導電性の見地より好ましい。導電性粒子の混合
率は、熔融紡糸、乾式紡糸、湿式紡糸などの紡糸工程で
充分な流動性を示し、かつ得られる複合ｗ４雑の１電性
が充分高い範囲とすべきである。複合繊維の導電層の比
抵抗は１０’　Ωｃｍ以下が必要であり、１０２Ωｃｍ
以下が好ましく１Ωｃｍ以下が最も好ましい。本発明に
よって１Ωｃｍ以下のものも得られることは前述の通り
である。このような導電性を得るに必要な導電性粒子の
混合率は、粒子の大きさ（直径）やポリマーの結晶性に
よって異なるが、多くの場合５０〜８０％、特に６０〜
７５％程度である。

導電層と保護層の複合構造及び複合比率は任意である。

複合比率は多くの場合５０１５０〜１／９９の範囲、特
に７５／２５〜２／９Ｂの範囲が好ましい、複合構造は
並列（サイドバイサイド）型、芯鞘型、放射型、多重型
、多層型など任意であるが、導電層が表面に露出したも
のの方が制電性に優れる。しかし露出した導電層は一般
に摩擦によって対手を損傷することがあるので、その露
出面積をできるだけ小さくすることが好ましい。

第１図は本発明に用いる３層構造導電粒子の断面図であ
る９図において、ｌは無機化合物の核であり、２は金属
層であり、３は導電性金属化合物皮膜である０粒子の直
径Ｄ１は０．０５〜１．５μｍ、特に０．１〜１μｍが
好ましい。核の直径Ｄ２はＤｌの０．２〜０．９５倍程
度、特に０．３〜０．９倍程度が好ましい。金属層の厚
み（或いは最大厚み）ＴＩは０．００５〜０．２　ｐ　
ｍ、特に０．０１〜０．１８〜程度が好ましい。金属化
合物皮膜の厚みＴ２は０．　ＯＯＩ　〜０．２　ｐ　ｍ
、特に０．００２〜０．０１８ｍの範囲が好ましい。

第２図〜第１１図は、本発明に用いることができる複合
構造の例を示す複合繊維の横断面図である。図において
４は導電層を、５は保護層を示す。

第２図は並列型の例、第３図は多重化した並列型の例、
第４図は３層型の例、第５図は放射型の例、第６図は芯
鞘型の例、第７図は第６図と逆の芯鞘型の例、第８図は
多芯型の例、第９図は多重芯鞘型の例、第１０図は鍵穴
型の例、第１１図は多重化した鍵穴型の例、第１２図は
多層型の例である。

図において円形断面の例を示したが、非円形例えば楕円
形、三角形、星形その他合成繊維におけるあらゆる断面
形状を応用できる。

複合繊維は通常の溶融、乾式、湿式その他あらゆる紡糸
方法が適応される。例えば熔融または熔解された導電成
分と保護成分とを紡糸口金内で複合して紡出し、禮取り
、必要に応して延伸、熱処理などを行う、高速で紡糸す
る方法や紡糸、延伸を同時に行う方法なども有用である
。また導電層ポリマーを例えばポリオレフィンなどの低
融点かつ高結晶性のものとし、保護層ポリマーを高融点
のものとし、両者の融点の間の温度で延伸または／及び
熱処理をすることにより、得られる繊維の導電性を高く
保つことが可能である。

以下、本発明の好適な実施態様を整理して記しておく。

（２）　　導電性粒子の金属化合物皮膜が、金属酸化物
、金属硫化物及び金属よう化物の群から選ばれたもので
ある特許請求の範囲記載の複合繊維。

（３）　　導電性粒子の金属層が、銀、金、銅、ニッケ
ル、クロム、インジウムの群から選ばれた１種または２
種以上の金属からなる特許請求の範囲記載の複合繊維。

（４）　　導電性粒子の平均直径が０．０５〜１．５μ
ｍ、金属層の平均厚みが０．００５〜０．２μｍ、金属
化合物皮膜の平均厚みが０．　ＯＯ１〜０．２μｍの範
囲である特許請求の範囲第１項記載の複合繊維。

＋５）　　導電性粒子の比抵抗が１０２Ω・ｃｍ以下で
ある特許請求の範囲記載の複合繊維。

（６）　　繊維形成性ポリマーが、ポリアミド、ポリエ
ステル、ポリオレフィン、ポリアクリル系、ポリビニル
系、ポリエーテル系、ポリイミド系及びポリサルファイ
ドの群より選ばれた１種または２種以上のポリマーであ
る特許請求の範囲記載の複合繊維。

（７）　　導電層を形成する熱可塑性ポリマーが、ポリ
アミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリエーテル
、ポリアクリル系、ポリビニル系、ポリイミド系及びポ
リサルファイド系の群より選ばれた１種または２種以上
のポリマーである特許請求の範囲記載の複合繊維。

（実施例）実施例１直径０．２μｍの酸化チタン粒子の表面にイオンブレー
ティング法によって厚さ約０．０２μｍの銀の層を形成
し、さらにその上に、ドーピング剤として７重量％の酸
化アンチモンを含む酸化錫を同しくイオンブレーティン
グ法により厚さ約０、００８μｍで被覆し導電性粒子Ｐ
１を得た。粒子ＰＬをＥＰＭＡで観察したところ粒子の
表面には銀、酸化錫層が均一に形成されていた。また、
圧縮時（３０ｋｇ／ｃｍ”）の粉末の比抵抗は０、０１
２Ωｃｍであり、平均直径は０．２７μｍであった・粒子Ｐ１７５部、分子量的３００００の高密度ポリエチ
レン（融点１２５℃、結晶化度９０％）２３部、ステア
リン酸マグネシウム２部を溶融混合して導電性ポリマー
ＣＰＩを得た。ｃｐｉを導電成分とし、分子量２２００
０のナイロン６を保護成分とし、両者を第７図のような
芯鞘型に溶融複合紡糸した。速度６００ｍ／分で紡糸し
、冷却、オイリング後、１５０℃で３．１倍に延伸して
２０デニール／３フイラメントの導電糸ＣＹＩを得た。

ＣＹＩの導電層の比抵抗は０．７６Ωｃｍとなり、１０
Ωｃｍ以下の優れた導電性を示した。

比較例直径０．２　ｐ　ｍの酸化チタン粒子の表面にイオンブ
レーティング法によって厚さ約０，０５μｍの銀皮膜を
形成しＳｔ性粒子Ｐ２を得た。同様にして酸化アンチモ
ンを７重量％含む酸化錫を厚さ約０．０２μｍで被覆し
導電性粒子Ｐ３を得た０粒子Ｐ２，３をＥＰＭＡにより
観察したところ粒子の表面には銀及び酸化錫の皮膜が均
一に形成されていた。また、粒子Ｐ２．Ｐ３の圧縮時＜
３０ｋｇ／ｃｍ”）の粉末比抵抗は各々０．０２．５．
８Ωｃｍであり、平均粒径は０，２９．０．２６　／７
　ｍであった。

粒子Ｐ２、Ｐ３を用い実施例１と同様な方法で、溶融混
合して導電性ポリマーＣＰ２（粒子Ｐ２は８００重量％
含）、ＣＦ２　（粒子Ｐ３は７５５重量％含）を製造し
、更に実施例１と同一方法で溶融複合紡糸を行った。ポ
リマーＣＰ２を用いた場合、紡糸口金のフィルターやオ
リフィス孔が穴詰まりし紡糸不可能であった。これは、
粒子Ｐ２の表層が銀でコーティングされているため、混
線・紡糸のような高温高圧下で粒子が凝集、焼結し粗大
化したことによる。ポリマーＣＰ３を用いて得た複合繊
維の未延伸糸は更に１５０℃で３．１倍に延伸して２０
デニール／３フイラメントの導電糸ＣＹ３とした。ＣＹ
３の導電層の比抵抗は２．７Ｘ１０’Ωｃｍとなり、糸
ＣＹＩより導電性に劣っていた。

実施例２直径０．２５μｍの酸化チタン粒子の表面にイオンブレ
ーティング法によって厚さ約０，０２μｍの銅の皮膜を
形成し、更にその上に、酸化アルミニウム５重量％含む
酸化亜鉛を同しくイオンブレーティング法によって厚さ
約０．００７μｍで被覆し導電性粒子Ｐ４を得た。Ｒｆ
ｔ性粒子Ｐ４をＥＰＭＡにより観察したところ粒子の表
面には銅、酸化亜鉛層が均一に形成されていた。また、
圧縮時（３０ｋｇ／ｃｍ”）の粉末の比抵抗は０．０７
Ωｃｍ、平均直径は０．３１μｍであった。

粒子Ｐ４を実施例１のポリエチレンに７５重量％で混合
し、導電性ポリマーＣＰ４を得た。ポリマーＣＰＩとＣ
Ｆ４を導電成分とし、分子量２２０００のナイロン６を
保護成分とし、両者を導電成分が繊維表面に掻く一部露
出した鍵穴型構造に複合比率（導電成分／保護成分の体
積比率）１／１０で溶融複合し、直径０．２５　ｍ　ｍ
、２７８℃のオリフィスから紡出し、オイリング後６０
０ｍ／分で捲取り、１５０℃で３．２倍に延伸し２０デ
ニール／３フイラメントのａｌｉｉ＆ｃＹ４．ＣＹ５を
得た。糸ＣＹ４．ＣＹ５の導電層の比抵抗はそれぞれ０
．７６．１．０２Ωｃｍであった。

糸ＣＹ１．ＣＹ３．ＣＹ４．ＣＹ５をそれぞれナイロン
６の延伸糸（２６００デニール／１４４フイラメント）
と合糸して巻縮加工し、合糸したものを４コースに１本
用い他の３コースはナイロン６巻縮加工糸（２６００デ
ニール／１４４フイラメント）を用いてタフティドカー
ベント（ル−プパイル）を製造した。得られたカーペッ
トの上を革靴で歩行（２５℃、２０％ＲＨ）したときの
人体の帯電圧を測定したところ表１の通りであった。な
お、比較のためナンロン６巻縮糸のみからなるカーペッ
ト上を歩行したときの人体帯電圧を併記する。

第表糸ＣＹＩ、ＣＹ４．ＣＹ５共に人体帯電圧はナイロン６
のみに比べ低く、制電性に優れるものであった。ＣＹ３
の制電性能不足は、導電性がｃｙｌ、ＣＹ４．ＣＹ５よ
り劣るためである。またＣＹｌがＣＹ４．ＣＹ５より制
電性に劣る理由は、導電層が繊維表面に露出していない
ため、コロナ放電を生起しに＜＜、帯電荷の拡散、消失
がすみやかに行われないためである。

実施例３実施例１の導電性ポリマーＣＰＩを導電成分とし、分子
量的１８．０００のポリエチレンテレフタレートを保護
成分として複合比率１／９で第７図のような横断面に複
合し、直径０．２５ｍｍ。

２７８℃のオリフィスから紡出しオイリングして１５０
０ｍ／ｍｉｎの速度で捲取り、１５０℃で３．３倍に延
伸し３０デニール／３フイラメントの延伸糸ＣＹ６を得
た。糸ＣＹ６の比抵抗は０．８２Ωｃｍとなり良好な導
電性を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる３層構造導電粒子の断面図であ
り、第２図〜第１２図は本発明複合繊維の横断面の具体
例である。図中１は無機化合物の核、２は金属層、３は
導電性金属化合物膜、また４は導電層、５は保護層を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

　導電性粒子と熱可塑性ポリマーからなる導電層と繊維
形成性ポリマーからなる保護層とが接合されてなる複合
繊維において、導電性粒子が無機化合物を核とし、その
外側に金属層を有しかつ表面に導電性金属化合物皮膜を
有することを特徴とする導電性複合繊維。