JPH0450236A - 導電性粉末の分散状態評価方法と導電性樹脂材料の製造方法 - 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〉 本発明は電磁シールド材、帯電防止材等の成形材料とな
る導電性樹脂材料に含有される導電性粉末の分散状態評
価方法と導電性樹脂材料の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 本発明者は先に、導電性粉末と熱可塑性樹脂粉末とを溶
融混練する従来の混合・混線方法では導電性粉末を樹脂
粉末中に均一に分散させるのが困難であり、かつコスト
高となることに鑑み、樹脂粉末と導電性粉末とを高剪断
力かつ高圧縮力で混合することを提案した（特願平１−
２２２６６９号）。この方法によれば、導電性粉末はそ
の高剪断力により一次粒子状に粉砕され、樹脂粉末の表
面状に均一に分散される。また、高圧縮力により導電性
粉末は樹脂粉末の表面上に機械的に強く押圧されて固着
される。その結果、導電性粉末を樹脂粉末の表面に均一
に分散させることかでき、高い導電性を得ることができ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この方法による導電性樹脂材料の製造に
おいては、導電性粉末か凝集せずに均一に樹脂粉末の表
面上に均一に分散しているか否かを確認するために、電
子顕微鏡を使用した。このため、サンプルの作製に手間
かかかり、かつ判定は目視て行うために主観的な判断と
なりやすく、このため同品質の製品を安定に製造するの
か困難であった。また、製造後にも、製品の品質を簡便
に評価する方法か要望されていた。

従って、本発明の主たる目的は、導電性粉末の分散状態
を客観的にかつ容易に評価することができる導電性粉末
の分散状態評価方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、上記導電性粉末の分散状態評価方
法を利用して同品質の導電性樹脂材料を安定して製造す
ることかできる導電性樹脂材料の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

く課題を解決するための手段および作用〉本発明の導電
性粉末の分散状態評価方法は、導電性粉末か分散状態で
固着された樹脂粉末を圧縮成形し、得られた圧縮成形体
か有するインピーダンスと体積固有抵抗値との関係から
導電性粉末の分散状態を評価するものである。

すなわち、本発明者は、樹脂粉末と導電性粉末とを高剪
断力かつ高圧縮力にて種々な条件で混合して導電性樹脂
材料を作成し、これから導電性粉末の分散状態を評価す
るために、各導電性樹脂材料からつくった圧縮成形体の
インピーダンス１ｚと体積固有抵抗ρとの関係を周波数
ｆを変化させて測定し、これをグラフ上にプロットする
ことにより、導電性粉末の分散状態に応じて異なる曲線
を描くというまったく新たな事実を見出した。

これにより、実際に導電性粉末の分散状態、従って導電
性を評価する場合には、周波数を変えて導電性樹脂材料
のインピーダンスと体積固有抵抗値とを求め、これかと
のような関係にあるか調へればよい。このため、従来の
ように、電子顕微鏡による面倒な目視観察が不要となり
、簡単にかつ客観的な評価か可能となる。

ここで、インピーダンスは、抵抗とりアクタントの両方
を考慮した成形体の電気特性を表している。

本発明のかかる導電性粉末の分散状態評価方法は、樹脂
粉末と導電性粉末とを高剪断力かつ高圧縮力にて混合す
る導電性樹脂材料の混合終期の決定や製品の品質検査等
に利用できる 本発明で使用される樹脂粉末としては、例えばメタクリ
ル樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアセタ
ール、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリ
カーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリサル
ホン、ポリ塩化ビニル、ポリアミドイミド、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンなどのすレフイン樹脂といった熱可
塑性樹脂のほか、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ
エステル、ポリウレタンなとの熱硬化性樹脂もあげられ
る。これらの樹脂粉末は球状、不定形いずれでもよく、
粒径は数ｍ以上、具体的には約３〜５０μｍ１好ましく
は約８〜２０μｍであるのか好ましい。粒径か前記範囲
よりも小なるときは粒子にかかる圧縮力および剪断力か
過小となり、また前記範囲よりも大なるときは導電度が
少なくなり、かつ圧縮成形も困難となる。

導電性粉末としては、例えば金属粉末（Ａｇ、　ＡｌＦ
ｅ、　Ｓｎ、　Ａｕなど）、カーホン、表面を金属（Ａ
ｇなと）でコートした酸化チタンなどかあげられる。

導電性粉末の粒径は樹脂粉末の粒径の約ｌ／１０以下で
あるのが樹脂粉末の表面に導電性粉末を固着させるうえ
て好ましく、導電性粉末の粒径か１／１０よりも大なる
ときは導電性粉末か樹脂粉末の表面に強固に固着されず
に樹脂粉末の表面から脱離するおそれがある。

樹脂粉末と導電性粉末とを高剪断力でかつ高圧縮力で混
合する方法としては、粉体粒子の表面改質法として知ら
れる、いわゆるメカノケミカル法か例示される。このメ
カノケミカル法の実施には、例えばホソカワミクロン■
製の「オングミル」か好適に採用される。この混合装置
の概略を第７図に示す。

同図に示す混合装置は、回転ケーシングｌ内に、このケ
ーシングｌの回転中心に設けた回転軸２に支承されケー
シング１と同方向に回転するインカ−ピース３と、かき
取り用のスクレーパー４とを設けたものである。混合操
作にあたっては、予備混合されない樹脂粉末と導電性粉
末とからなる粉体粒子５を回転ケーシング２内に投入し
たのち、回転ケーシング１を高速回転させる（回転速度
をＶ、とする）。これにより、粉体粒子５は遠心力を受
けてケーシング１の内壁面１ａに強く押圧される。一方
、インナーピース３はケーシング１よりも遅い速度ｖ２
でケーシング１と同方向に回転される。かかるケーシン
グｌとインナーピース３との速度差により粉体粒子５は
それらの間で強い機械的エネルギー（剪断力および圧縮
力）を受ける。すなわち、第７図に示すように、粉体粒
子５は矢印Ｘ方向に強い圧縮力を受け、矢印ｙ方向に強
い剪断力を受けることになる。なお、インナーピース３
およびスクレーパー４は回転しない固定したものであっ
てもよい（すなわちそれらの回転速度ｖ２が０、以下「
固定型」という）。

かかる混合装置を用いて本発明の導電性樹脂材料を製造
するにあたっては、樹脂粉末と導電性粉末とのケーシン
グｌ内への投入比を７５〜６０２５〜４０（重量比）と
するのか好ましく。投入比かこの範囲よりも大なるとき
は、得られた導電性樹脂材料が機械的強度に劣ったもの
となり、またこの範囲よりも小なるときは、得られた導
電性樹脂材料が導電性に劣ったものとなり、いずれも好
ましくない。

ケーシング１の回転速度Ｖ、は、固定型のものてｌＯ〜
５０ｒｐｓ程度か適当である。また、ケーシングｌとと
もにインナーピース３およびスクレーパー４も同方向に
回転する型のもの　（以下、「共回転型）という）ては
、ケーシングｌとインナーピース３との速度差は、前記
範囲と同じｌＯ〜５０ｒｐｓ程度とするのか好ましい。

固定型の場合のケーシング１の回転速度Ｖ、または共回
転型の場合の速度差か前記範囲よりも大なるときは混合
時の摩擦熱か過剰となり、逆に前記範囲より小なるとき
は圧縮力および剪断力か過不足となり、いずれも好まし
くない。

導電性粉末の分散は、かかるケーシングｌの回転速度ｖ
１と混合時間とに関係し、回転速度Ｖか高いときは混合
時間か少なくてよく、逆に回転速度ｖ１が低いときは混
合時間を多くする必要かある。これらの混合条件は後述
する実施例に記載のように、導電性粉末の分散状態の評
価に基づいて最も好ましい分散状態となるように決定さ
れる。

また、混合に際しては、混合時の摩擦により樹脂粉末の
融点またはガラス転位点以上に摩擦熱か発生すると、導
電性粉末が樹脂粉末内に埋めこまれてしまうので、樹脂
粉末の融点またはガラス転位点以上に摩擦熱が発生しな
いように注意する必要がある。このため、回転速度を調
整するほか、混合装置に空冷や水冷などの冷却装置（図
示せず）を取付けて摩擦熱を下げながら混合するように
すればよい。

さらに、混合時の摩擦により粉体粒子５の温度が上がり
過ぎると、金属粉末または導電性物質として用いる金属
が酸化され、抵抗値が上がり、導電性か低下するおそれ
がある。ただし、このような酸化を防止するために窒素
雰囲気下あるいは減圧下て混合を行うことかできる。

なお、従来より広く用いられている混合装置として、ボ
ールミルがあるか、ボールミルては圧縮力か殆ど認めら
れず、導電性粉末を樹脂粉末の表面に強く固着させるの
が困難であるため、好ましくない。

〈実施例〉 以下、実施例をあげて本発明の導電性粉末の分散状態評
価方法と導電性樹脂材料の製造方法を詳細に説明する。

実施例１ メタクリル樹脂（平均粒径８μｍ、種水化成品工業■製
のｒＭＢ−８」）と、Ａｇでコートした二酸化チタン（
平均粒径０．５μｍ）とを重量比で３：２の割合で混合
処理した。すなわち、処理は、これらを予備混合するこ
となく、ホソカヮミクロン■製の「オングミルＡＭ−１
５ＦＪに投入して行った。この装置は第７図に示すよう
な混合装置であって、固定型のものである。混合条件は
、混合時間を６０分とし、回転速度を１６．７　ｒ　ｐ
　ｓ　。

２５．０ｒｐｓ、３３．３ｒｐｓおよび４１．７　ｒ　
ｐＳの４段階に分けて行った。

各混合条件で得られた導電性樹脂材料における導電性粉
末の分散状態を走査型電子顕微鏡にて観察し、その分散
状態をＩ、■および■に分類した。

それぞれの分散状態における電子顕微鏡写真（倍率・１
０００倍）を第２図〜第４図に示す。これらの図に基づ
く分類基準は以下のとおりである。

分散状態Ｉ：導電性粉末か大きな凝集体として樹脂粉末
の表面に分散（第２図） 分散状態■：凝集体か解砕され、小凝集体として樹脂粉
末の表面に分散（第３図） 分散状態■：凝集体か解砕され一次粒子状に樹脂粉末の
表面に分散（第４図） また、得られた導電性樹脂材料は、一対の電極間に投入
し、室温下、圧カフ０ｋｇ／ｃｍ’にて圧縮成形し、こ
の状態で電極間に交流電圧を印加してインピーダンス　
Ｚ　を測定した。このとき、周波数ｆをｌＸｌ０’　　
ｌＸｌ０’　　ｌＸｌ０’およびｌＸ１０’Ｈｚの４段
階に変えて、周波数ｆの変化によるインピーダンスと体
積固有抵抗値との関係を調へた。その結果を第１表およ
び第１図に示す。第１図において、周波数ｆの矢印はそ
の方向に周波数か増加することを表している。

なお、第１表および第１図において、各試料記号は以下
の導電性樹脂材料を示している。

記　号　　処理時間　　回転速度　　分散状態口　　　
　　６０　分　　　　　４１．７ｒｐｓ　　　　　ｍ［
１”　　　　　３３．３ｒｐｓ　　　　Ｉ［［〃２５．
０ｒｐｓ　　　　Ｉ［ ■　　　　”　　　　　　１６．７ｒｐｓ　　　　Ｉま
た、表において、Ｓは圧縮成形体の断面積、ｄは圧縮成
形体の厚さをそれぞれ示している。

（以下余白） 第１表 測定不能であった。

第１図から明らかなように、各試料はその分散状態に応
じてインピーダンスと体積固有抵抗値との関係か異なっ
ていた。このとき、帯電防止材として必要な導電性は第
１図に破線で示す値よりも低い値のときである。この範
囲では導電性が良好であるといえるが、この範囲内には
分散状態■と■か含まれている。これは分散状態工ては
導電性粉末の大きな凝集体か互いに接触して、導電経路
か形成されたためと考えられる。一方、分散状態■では
導電性か悪く、樹脂粉末単独の場合の周波数特性と大き
な変わりかなかった。これは導電経路が充分に形成され
ていないためである。

これに対して、分散状態■では、導電性か良好であるこ
とから、導電性粉末の一次粒子により導電経路か形成さ
れているといえる。さらに周波数特性は、 ＩＺＩＸ（Ｓ／ｄ）＝　　ρ の関係となることがわかる。

実施例２ 導電性粉末とじて−、下記に示すものを使用し、かつ下
記処理条件で処理したほかは実施例１と同様にして導電
性樹脂材料を作成し、その分散状態を評価した。

記号　導電性粉末　処理時間　回転速度　分散状態○　
　Ａｇ　　　　３０分　　４１．７ｒｐｓ　　Ｉｔ（）
　　　ＳｎＬ　　　　”　　　　３３．３ｒｐｓ　　　
ｍＧ　　　　　Ａｇ／Ｔｉ０ｔ本　　（Ａｇ）６０分　
　　４１．７ｒｐｓ（Ｔ１０２）３０分　４１．７ｒｐ
ｓ　　ｍ・　　　　　Ｔｉｅｄ　　　　　　　〃　　　
　　　　１６．７ｒｐｓ　　　　　ｍ記　　号　　　　
　　内　　容 ◎　　　　　ＰＭＭＡ粉末 マ　　　　　ＡｇコートＴｌＯ□ 　　ＳｎＯ２ △　　Ａｇ ム　　　　　５ｎ０２：］　　　）Ｔ＋０２これらの試
料の圧縮成形体の周波数特性を第２表および第５図に示
す。

（以下余白） ［本　使用したＴｉＯ□はあらかじめＳｎＯ□でコート
したものである。また、Ａｇ／Ｔ＋Ｏｔは、まずＡｇを
混合処理したのち、Ｔｉ０ｚ（ＳｎＯ□でコート）で混
合処理したことを示している。］ また、比較例として、以下の試料についても実施例１と
同様にして試験した。使用した試料の記号と内容は以下
のとおりである。

第２表 第２表 第２表 第２表および第５図から、実施例１と異なる導電性粉末
を使用した場合でも、はぼ実施例１と同様な周波数特性
を有することかわかる。また、分散状態Ｉては導電性粉
末単独（マ、、△、ムて示す）の場合とほぼ同様な導電
性を示していた。

このことは、導電性粉末が解砕されずに大きな凝集体と
して存在していることを示している。

実施例３ 回転速度を４１．７ｒｐｓとし、処理時間を変えたほか
は実施例１と同様にして導電性樹脂材料を作成した。

各試料の周波数特性を第３表および第６図にそれぞれ示
す。なお、試料の記号および処理内容は第３表 これらの実施例から、周波数を変化させてインピーダン
スと体積固有抵抗値との関係を調べることにより、導電
性粉末の分散状態を簡単にかつ客観的に評価することが
できることがわかる。従つ以下のとおりである。

記　号　　　　処理時間 ０　　　　１分 ［］　　　　３３０ 分　　　　　　　６０分 分散状態 ■ ■ ■ （以下余白） て、導電性粉末か均一に分散された導電性樹脂材料を安
定して製造することか可能になる。

なお、第１図、第５図および第６図のグラフにおける分
散状態■〜■の曲線は、使用する樹脂粉末や導電性粉末
の種類等に応じて変化するものであり、従って導電性粉
末の分散状態を評価するにあたっては、あらかじめイン
ピーダンスと体積固有抵抗値との周波数特性を求めてお
く必要かある。

〈発明の効果〉 本発明の導電性粉末の分散状態評価方法によれば、イン
ピーダンスと体積固有抵抗値の関係を測定することによ
り、樹脂粉末に対する導電性粉末の分散状態を容易に評
価できるのて、電磁シールド材、帯電防止材等の導電性
樹脂材料の品質評価に広く利用することができる。

また、かかる本発明の評価方法を導電性樹脂材料の製造
工程に利用することにより、混合処理の終点を容易に知
ることができるため、製造が容易になると共に、品質の
安定した導電性樹脂材料を製造することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例１て得られた導電性樹脂材料の
インピーダンスと体積固有抵抗値との関係を示すグラフ
、第２図〜第４図はそれぞれ導電性粉末の分散状態にお
ける粒子構造の違いを示す電子顕微鏡写真、第５図は本
発明の実施例２て得られた導電性樹脂材料のインピーダ
ンスと体積固有抵抗値との関係を示すグラフ、第６図は
本発明の実施例３て得られた導電性樹脂材料のインピー
ダンスと体積固有抵抗値との関係を示すグラフ、第７図
は樹脂粉末と導電性粉末との混合に用いる混合装置の一
例を示す説明図である。 １・・・回転ケーシング、２・・・回転軸、３・・・イ
ンナーピース、４・・・スクレーバー５・・・粉体粒子
。 ′・ハ ５イＪ 図 ＡτＹ 努Ｊ 図 第 ○　　４２３４５６ 体積固有抵抗（＠ｌｏｇρ（０ｍ） 体積固有抵抗１’ｌ［ｌｏｇρ（Ωｍ）体積固有抵抗値
１０ｃＩρ（Ωｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性粉末が分散状態で固着された樹脂粉末を圧縮
   成形し、得られた圧縮成形体が有するインピーダンスと
   体積固有抵抗値との関係から導電性粉末の分散状態を評
   価することを特徴とする導電性粉末の分散状態評価方法
   。 ２、樹脂粉末と、導電性粉末を高剪断力かつ高圧縮力で
   分散混合する導電性樹脂材料の製造方法において、 混合中または混合後に、混合物の一部を圧縮成形し、得
   られた圧縮成形体が有するインピーダンスと体積固有抵
   抗値との関係から導電性粉末の分散状態を評価すること
   を特徴とする導電性樹脂材料の製造方法。