JPH0517582A

JPH0517582A - 導電性樹脂材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0517582A
Application number: JP19861591A
Authority: JP
Inventors: Mikio Azuma; 幹雄東
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】高い導電性を有する圧縮成形品を製造できる
導電性樹脂材料と、その簡単な製造方法を提供する。【構成】多数の導電性微粒子Ｃを、バインダーとして
混在した金属Ｍにより、互いに電気的に接続した状態
で、樹脂粒子Ｐの表面に固着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁シールド材、帯電
防止材等を成形するための成形材料として用いられる導
電性樹脂材料、およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁シールド材や帯電防止材等の
導電性を有する成形品は、熱可塑性樹脂と導電性粉末
（金属微粒子、カーボンなど）とをミキサー、ボールミ
ルなどで混合し、加熱ロール、押出機などで溶融混練し
て、導電性を有する成形材料を製造したのち、この成形
材料を所定形状に成形加工して製造されていた。

【０００３】しかしながら、従来の混合・混練方法で
は、たとえ混合、混練に長時間をかけたとしても、導電
性粉末を熱可塑性樹脂中に均一に分散させることが困難
であるため、充分に高い導電性を有する成形品を得るこ
とができなかった。また、従来の混合・混練方法では、
導電性粉末を熱可塑性樹脂中に分散させるために混合と
混練との２工程を要するので、コスト高が避けられなか
った。

【０００４】そこで、本発明者らは、先に、樹脂粒子
と、この樹脂粒子より十分に小さい導電性微粒子とを高
剪断力かつ高圧縮力で混合する単一工程により、粒子状
の導電性樹脂材料を製造し、これを前記電磁シールド材
等の、導電性を有する成形品用の成形材料に使用するこ
とを提案した（特開平３−８４０３８号公報参照）。こ
の方法によれば、導電性微粒子が高剪断力により一次粒
子状に粉砕されて、樹脂粒子の表面に均一に分散される
とともに、高圧縮力により、樹脂粒子の表面上に機械的
に強く押圧されて固着される。そして、樹脂粒子の表面
に、多数の導電性微粒子が均一に分散された導電性樹脂
材料が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして得られた導電性樹脂材料を圧縮成形に用いた
場合には、得られる成形品の導電性が、未だ十分でない
という問題があった。これは、樹脂粒子の表面に固着し
た各導電性微粒子間に電気的なギャップが存在するこ
と、つまり、樹脂粒子の表面に固着した導電性微粒子
が、電気的に連続した膜を形成せず、隣合うもの同士で
電気的に全く絶縁されているか、あるいは、所定の抵抗
値をもって接触していることが原因であると考えられ
る。

【０００６】すなわち、上記導電性樹脂材料を圧縮成形
して得られた成形品では、樹脂粒子表面における導電性
微粒子の固着構造がほぼそのまま維持されるので、成形
品全体の導電性が、上述したように導電性微粒子間に存
在する電気的ギャップによって損なわれることになる。
そこで、展性または延性を有し、高剪断力かつ高圧縮力
で混合された際に一体化して、電気的に連続した薄膜を
形成し得る金属微粒子を使用することを検討したが、こ
の場合にも、得られた導電性樹脂材料を圧縮成形に用い
た場合には、十分な導電性を有する成形品を得ることが
できなかった。

【０００７】上記の問題は、図４に示すように、金属が
樹脂粒子の表面全体に行き渡らず、不連続な島状の凝集
体のままで樹脂粒子の表面に固着するのが原因で発生す
ることが判明した。すなわち、上述のように、金属が樹
脂粒子の表面に部分的にしか存在しない導電性樹脂材料
を圧縮成形して得られた成形品中においては、隣合う樹
脂粒子の表面の金属同士が接触しない場合が多数生じ
て、成形品全体の導電性が損なわれることになる。

【０００８】本発明は上述の問題を排除すべくなされた
ものであって、高い導電性を有する圧縮成形品を製造し
得る導電性樹脂材料と、その製造方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため、本発明者らは、高剪断力かつ高圧縮力での
混合時における、各種微粒子の挙動について検討を行
い、その結果、導電性微粒子と金属微粒子とを、同時
に、樹脂粒子と混合すると、高い導電性を有する圧縮成
形品を製造し得る導電性樹脂材料が得られるという新た
な事実を見出し、本発明を完成するに至った。

【００１０】したがって、本発明の導電性樹脂材料は、
多数の導電性微粒子が、これら導電性微粒子間を繋ぐバ
インダーとして混在した金属により、電気的に互いに接
続された状態で、樹脂粒子の表面に固着していることを
特徴とする。また、上記導電性樹脂材料を製造するため
の、本発明の導電性樹脂材料の製造方法は、樹脂粒子
と、展性および延性を有さない導電性微粒子と、展性ま
たは延性を有する金属微粒子とを、高剪断力かつ高圧縮
力で混合することで、樹脂粒子の表面に、導電性微粒子
と金属とを混在状態で固着させることを特徴とする。

【００１１】前述したように、展性、延性を有さない導
電性微粒子は、高剪断力かつ高圧縮力での混合により、
樹脂粒子の表面に、均一に固着する。一方、金属微粒子
は、上記混合時に、主として導電性微粒子から強い圧
縮、剪断、摩擦力を受けて解砕され、導電性微粒子と均
一に混合されるとともに、変形一体化して、図１に示す
ように、樹脂粒子Ｐの表面に固着した導電性微粒子Ｃ，
Ｃ…間に、当該導電性微粒子Ｃ，Ｃ…間を繋ぐバインダ
ーとして、金属Ｍ，Ｍ…が混在される。

【００１２】そして、上記構造では、導電性微粒子Ｃ，
Ｃ…間が、バインダーとして混在する金属Ｍ，Ｍ…によ
って電気的に繋がれて、電気的なギャップがなくなるの
で、この導電性樹脂材料を圧縮成形して得られる圧縮成
形品は、導電性が向上するのである。なお、本発明者ら
は、先に、樹脂粒子と金属微粒子とを、高剪断力かつ高
圧縮力で混合した後、導電性微粒子を加えてさらに混合
することで、従来より導電性の高い導電性樹脂材料を製
造することを提案した（特願平２−１５８３９７号）
が、本発明によれば、金属微粒子と導電性微粒子とを同
時に混合するので、上記と同程度の導電性を有する導電
性樹脂材料を、より短時間で製造できるという利点があ
る。

【００１３】本発明で使用される樹脂粒子としては、例
えばアクリル樹脂、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、ボ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オレフィ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、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂もあげられ
る。

【００１４】これらの樹脂粒子は球形、不定形いずれで
もよく、粒径は数μｍ以上、具体的には約３〜１００μ
ｍが好ましく、約８〜５０μｍであるのがより好まし
い。粒径が前記範囲よりも小なるときは粒子にかかる圧
縮力および剪断力が過小となり、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。

【００１５】展性および延性を有さない導電性微粒子と
しては、例えばカーボンや、導電性金属酸化物微粉末、
表面を金属（銀など）でコートした酸化チタンなどがあ
げられる。導電性微粒子の粒径は樹脂粒子の粒径の約１
／１０以下であるのが、樹脂粒子の表面に導電性微粒子
を固着させるうえで好ましい。導電性微粒子の粒径が１
／１０よりも大なるときは、導電性微粒子が樹脂粒子の
表面に強固に固着されずに樹脂粒子の表面から脱離する
おそれがある。また混合時の条件によっては、その条件
で展性、延性を有さない、硬度の高い金属微粒子を、上
記導電性微粒子として使用することもできる。

【００１６】展性または延性を有する金属微粒子として
は、例えばAg，Al，Fe，Au，Cu，Sn，Niなどがあげられ
る。かかる金属微粒子の粒径は０．２μｍ以下であるの
が好ましく、金属微粒子の粒径がこれよりも大きい場合
は金属粒子を薄く延ばすのが困難になるおそれがある。
樹脂粒子、導電性微粒子および金属微粒子を高剪断力か
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が例示
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（株）製の混合装置「オングミル」が好適
に採用される。この混合装置の概略を図５に示す。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
ミルがあるが、ボールミルでは圧縮力が殆ど認められ
ず、導電性微粒子を樹脂粒子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。

【００１７】図５に示す混合装置は、回転ケーシング１
と、この回転ケーシング１内の回転中心に、当該回転ケ
ーシング１と同方向に回転可能に設けた回転軸２と、こ
の回転軸２に取り付けたインナーピース３およびかき取
り用のスクレーパー４とで構成されている。混合操作に
あたっては、混合対象物としての、予備混合していない
粉体粒子５（本発明の場合は樹脂粒子、導電性微粒子お
よび金属微粒子）を回転ケーシング１内に投入したの
ち、この回転ケーシング１を高速回転させる（回転速度
をｖ₁とする）。これにより、粉体粒子５は遠心力を受
けて回転ケーシング１の内壁面１ａに強く押圧される。
一方、回転軸２は回転ケーシング１よりも遅い速度ｖ₂
で回転ケーシング１と同方向に回転される。

【００１８】かかる回転ケーシング１と回転軸２との速
度差により、粉体粒子５は、回転ケーシング１と、回転
軸２に取り付けられたインナーピース３との間で強い機
械的エネルギー（剪断力および圧縮力）を受ける。すな
わち、図５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。

【００１９】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
ち回転軸２の回転速度ｖ₂が０、以下「固定型」とい
う）。一方、上記のように、回転軸２も同方向に回転す
る型のものを、「共回転型」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の製造方法を実施する
にあたっては、まず、樹脂粒子と、展性、延性を有さな
い導電性微粒子と、展性、延性を有する金属微粒子と
を、回転ケーシング１内へ投入して、上述したように混
合操作を行う。そうすると、前記図１に模式的に示した
ように、導電性微粒子Ｃ，Ｃ…と、この導電性微粒子
Ｃ，Ｃ…間を繋ぐバインダーとしての金属Ｍ，Ｍ…とが
混在した状態で、樹脂粒子Ｐの表面に均一に固着され、
本発明の導電性樹脂材料が完成する。

【００２０】導電性微粒子の回転ケーシング１内への投
入量は、樹脂粒子の投入量に対する、導電性微粒子の割
合（重量％）に換算して、５〜６６重量％の範囲内が好
ましい。導電性微粒子の割合が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
のになり、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になり、いずれも
好ましくない。

【００２１】また、金属微粒子の回転ケーシング１内へ
の投入量は、樹脂粒子の投入量に対する、金属微粒子の
割合（重量％）に換算して、５〜６６重量％の範囲内が
好ましい。金属微粒子の割合が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
のになり、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になり、いずれも
好ましくない。

【００２２】回転ケーシング１の回転速度ｖ₁は、固定
型のもので１１００〜３０００r.p.m.程度が適当であ
る。また、共回転型では、回転ケーシング１とインナー
ピース３との速度差を、前記範囲と同じ１１００〜３０
００r.p.m.程度とするのが好ましい。固定型の場合の回
転ケーシング１の回転速度ｖ₁ または共回転型の場合の
速度差が前記範囲よりも大なるときは混合時の摩擦熱が
過剰となり、逆に前記範囲より小なるときは圧縮力およ
び剪断力が不足となり、いずれも好ましくない。

【００２３】さらに、混合に際しては、混合時の摩擦に
よって温度が上がり過ぎないように注意する必要があ
る。混合時の摩擦により樹脂粒子の融点またはガラス転
位点以上に摩擦熱が発生すると、樹脂粒子が溶融して変
形するとともに、導電性微粒子が樹脂粒子内に埋めこま
れてしまうので、樹脂粒子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。

【００２４】また、過度に温度が上がり過ぎると、金属
微粒子または導電性物質として用いる金属が酸化され
て、抵抗値が上がり、導電性が低下するおそれもある。
金属の酸化を防止するためには、窒素雰囲気下あるいは
減圧下で混合しても良い。上記製造方法で製造された、
本発明の導電性樹脂材料は、多数の導電性微粒子が、こ
れら導電性微粒子間を繋ぐバインダーとして混在した金
属により、電気的に互いに接続された状態で、樹脂粒子
の表面に固着しており、導電性微粒子間に電気的なギャ
ップがないため、例えば圧縮成形した際には、高い導電
性を有する成形品を得ることが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明の導電性樹脂材
料を詳細に説明する。実施例１ポリメチルメタクリレート製の球形樹脂粒子（平均粒径
５０μｍ、積水化成品工業（株）製の「ＭＢ−５０」）
１００重量部と、導電性微粒子としての、表面を銀でコ
ートした二酸化チタン微粒子（不定形、平均粒径０．５
μｍ）１５重量部と、ニッケル微粒子（球形、平均粒径
０．０２μｍ）１５重量部とを、予備混合することな
く、ホソカワミクロン（株）製の「オングミルＡＭ−１
５Ｆ」に投入した。この装置は図５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、回転ケ
ーシング１の回転数を１２００r.p.m.、回転ケーシング
１の内壁面１ａとインナーピース３との間隙を３．４mm
とし、室温で６０分間の混合処理を行って、粒状の導電
性樹脂材料を作製した。実施例２ニッケル微粒子に代えて、銅微粒子（不定形、平均粒径
０．０２μｍ）１５重量部を使用したこと以外は、上記
実施例１と同様にして、粒状の導電性樹脂材料を作製し
た。実施例３導電性微粒子として、表面を銀でコートした二酸化チタ
ン微粒子に代えて、二酸化スズでコートした二酸化チタ
ン微粒子（球形、平均粒径０．２μｍ、酸化アンチモン
をドープしたもの）１５重量部を使用したこと以外は、
上記実施例１と同様にして、粒状の導電性樹脂材料を作
製した。比較例１ニッケル微粒子を使用せず、表面を銀でコートした二酸
化チタン微粒子の使用量を３０重量部にしたこと以外
は、上記実施例１と同様にして、粒状の導電性樹脂材料
を作製した。比較例２表面を銀でコートした二酸化チタン微粒子を使用せず、
ニッケル微粒子の使用量を３０重量部にしたこと以外
は、上記実施例１と同様にして、粒状の導電性樹脂材料
を作製した。比較例３ポリメチルメタクリレート製の球形樹脂粒子１００重量
部とニッケル微粒子１５重量部とを、予備混合すること
なく、ホソカワミクロン（株）製の「オングミルＡＭ−
１５Ｆ」に投入して、回転ケーシング１の回転数７５０
r.p.m.、回転ケーシング１の内壁面１ａとインナーピー
ス３との間隙３．４mmの条件で、室温で４５分間の混合
処理を行った。

【００２６】次に、上記回転ケーシング１内に、表面を
銀でコートした二酸化チタン微粒子１５重量部を投入し
て、回転ケーシング１の回転数１２００r.p.m.、回転ケ
ーシング１の内壁面１ａとインナーピース３との間隙
３．４mmの条件で、室温で６０分間の混合処理を行い、
粒状の導電性樹脂材料を作製した。体積固有抵抗値の測定上記各実施例並びに比較例で得た導電性樹脂材料３．５
ｇを成形用の型内に充填し、圧力１００kg／cm²にて圧
縮成形して、縦１０mm×横１０mm×高さ１５mmの成形品
を作製した。そして、各成形品の体積固有抵抗値（Ω
ｍ）を、ＭＣＰ−テスター（三菱油化製）にて測定し
た。結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表より、実施例１〜３の導電性樹脂材料か
ら成形された成形品は、いずれも、導電性微粒子および
金属微粒子のうちいずれか一方のみを用いた比較例１，
２の導電性樹脂材料から成形された成形品に比べて、高
い導電性を有することがわかった。また、上記実施例１
〜３によれば、金属微粒子と導電性微粒子とを順次、樹
脂粒子と混合した比較例３に比べて、より短時間で、同
程度の導電性を有する成形品を成形し得る、導電性樹脂
材料を製造できることがわかった。導電性樹脂材料の表面観察上記実施例１、比較例１および比較例２の各導電性樹脂
材料を走査型電子顕微鏡（倍率：２０００倍）にて観察
した。実施例１の観察結果を図２、比較例１の観察結果
を図３、比較例２の観察結果を図４に示す。

【００２９】実施例１の導電性樹脂材料（図２参照）で
は、ニッケルを使用しなかった比較例１（図３参照）と
同様に、表面を銀でコートした二酸化チタン微粒子が、
樹脂粒子の表面全体に均一に固着しているのがわかっ
た。また、上記図２において、ニッケルの大きな塊が観
察されないことから、混合により消費されたニッケル
は、樹脂粒子表面に固着した二酸化チタン微粒子間にバ
インダーとして取り込まれて、図１に示す構造が形成さ
れたものと予測された。実施例１の導電性樹脂材料の方
が、ニッケルを使用しなかった比較例１の導電性樹脂材
料よりも導電性の高い成形品を成形できることを示す、
前述した体積固有抵抗値の測定結果も、ニッケルによっ
て、二酸化チタン微粒子間の電気的なギャップが埋めら
れたことを示しており、上記予測を裏付けているものと
考えられる。

【００３０】一方、比較例２の導電性樹脂材料は、図４
に示すように、ニッケルが２〜５μｍ程度の凝集体のま
まで、樹脂粒子の表面に、部分的に固着しているのがわ
かった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の導電性樹脂材料は、以上のよう
に構成されており、多数の導電性微粒子が、これら導電
性微粒子間を繋ぐバインダーとして混在した金属によ
り、電気的に互いに接続された状態で、樹脂粒子の表面
に固着しており、導電性微粒子間に電気的なギャップが
ないので、高い導電性を有する成形品を製造することが
可能となる。

【００３２】また、本発明の導電性樹脂材料の製造方法
によれば、上記導電性樹脂材料を、樹脂粒子と導電性微
粒子と金属微粒子の、高剪断力かつ高圧縮力での混合だ
けで、低コストで簡単かつ短時間で製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導電性樹脂材料において、導電性微粒
子と金属とが、樹脂粒子表面に混在して固着した状態を
模式的に示す図である。

【図２】実施例１で得られた導電性樹脂材料の粒子構造
を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図３】比較例１で得られた導電性樹脂材料の粒子構造
を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図４】比較例２で得られた導電性樹脂材料の粒子構造
を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図５】本発明に使用される混合装置の一例を示す概略
断面図である。

【符号の説明】

Ｐ樹脂粒子Ｃ導電性微粒子Ｍ金属微粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 9/00 Ｗ 7128−4Ｅ // Ｂ２９Ｂ 9/16 7722−4Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の導電性微粒子が、これら導電性微粒
子間を繋ぐバインダーとして混在した金属により、電気
的に互いに接続された状態で、樹脂粒子の表面に固着し
ていることを特徴とする導電性樹脂材料。
【請求項２】樹脂粒子と、展性および延性を有さない導
電性微粒子と、展性または延性を有する金属微粒子と
を、高剪断力かつ高圧縮力で混合することで、樹脂粒子
の表面に、導電性微粒子と金属とを混在状態で固着させ
る、請求項１記載の導電性樹脂材料の製造方法。