JPH08217446A - 短冊状導電性粉末とその製造方法および用途 - Google Patents
短冊状導電性粉末とその製造方法および用途Info
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Abstract
m、平均厚み0.01〜2μmの短冊状二酸化チタン粉末か
らなる担体粉末の表面に、導電性金属酸化物 (例、Sbお
よび/またはInを含有する酸化錫) からなる導電層を形
成した、透明な短冊状導電性粉末。導電層の量は粉末全
体の1〜40wt%、好ましくは30wt%以下。 【効果】 塗料化して透光性の導電膜を形成でき、また
高分子材料中に分散させて導電性成形体 (フィルム、シ
ート、繊維を含む) の製造に有用。比較的少ない表面被
覆量および粉末充填量で、材料に均一、確実、かつ安全
に高い導電性を付与することができる。
Description
を金属酸化物型の導電層で被覆してなる短冊状導電性粉
末とその製造方法および用途に関する。本発明の短冊状
導電性粉末は高い透明性を示し、これを用いて透光性の
導電膜や導電性シート (紙、フィルム等) 、繊維、成形
体などを形成することができ、各種材料に導電性、帯電
防止性、または半導体性を付与するために利用できる。
電性を付与する手段として、導電性粉末を混合したり、
その表面に導電性塗料を塗布もしくは含浸させて複合材
とする方法がある。この目的に使用する導電性粉末とし
て、カーボン系、金属系、金属酸化物系、有機高分子
系、有機界面活性剤系などの材料があり、その形状は微
粉末状、粒状、針状、長繊維状、偏平状等である。
の目的で工業的に利用されているが、加工性に劣る
(微粉末状および球状、導電性有機高分子系) 、混合
・分散性、充填性に劣る (針状、繊維状、偏平状) 、
導電化複合材の表面平滑性が良くない (針状、繊維状)
、白色化および有色化ができない (カーボン系、導
電性有機高分子系) 、形状有害性がある (針状、繊維
状) 、環境安定性 (湿度・温度依存性) に劣る (有機
界面活性剤系) 等の問題があるため、用途が限定されて
いるのが実情である。
て、白色を呈する無機化合物からなる担体粉末の表面
に、酸化アンチモンを含む酸化錫からなる導電層を有す
る、表面被覆型の導電性粉末が知られている。具体的に
は、白色の担体として二酸化チタン粉末 (特開昭56−41
6035号および同56−114215号各公報) 、繊維状チタン酸
カリウム粉末 (特公昭61−26933 号公報) 、針状酸化チ
タン粉末 (特開昭63−233016号公報) 、雲母粉末 (特開
昭63−285119号公報) が使用されている。
表面被覆型の導電性粉末は、それ自体の白色度が高く、
粉体の電気抵抗値も10Ω・cm以下と優れている。しか
し、この導電性粉末は、形状が球状であるため、電気絶
縁性の有機または無機高分子に混合して導電性を発現さ
せるためには、50wt%以上の充填量を必要とし、媒体と
なる高分子の特性を著しく低下させる。
導電性粉末は、その形状効果により、球状粉末より少な
い充填量で導電性は得られるが、媒体の高分子との混合
時における折れ、均一分散の困難性の問題に加え、導電
化複合材の表面平滑性の問題もある。また、繊維または
針状という形状由来の有害性も指摘されている。
導電性付与に必要な導電性粉末同士の接触が面接触 (球
状、繊維状、繊維状では点接触) となり易く、導電性能
は、繊維状、針状には及ばない。また、偏平状の担体と
して一般に使用される天然雲母は、そのへき解性を利用
して偏平状とするため、粒度分布が広く、形状が不規則
(角ばった状態) となり、導電接触性の低下を招く。ま
た、不純物 (Fe等) を含むため白色度が低く、白色の導
電性材料の担体にはあまり適さない。
の1種である短冊状六チタン酸カリウム多結晶性粉末を
担体粉末とする表面被覆型の導電性粉末が記載されてい
る。この導電性粉末は透明性を備え、透明電極、透明な
帯電防止膜、透明発熱体、内外装材料などに利用でき
る。短冊状、即ち、細長い薄片状という担体粉末の形態
により、針状に近い形状効果 (高い導電接触性) を発揮
できる。そのため、担体が球状または雲母のような偏平
状である場合に比べて少ない充填量で、電気絶縁性の有
機または無機高分子に導電性を発現させることができ
る。しかも、この短冊状の担体粉末は、雲母に比べて粒
度分布が狭く、針状・繊維状の場合の形状由来の有害性
がない。
耐酸性に劣るため、酸性の媒体に対しては適用できない
という問題がある。また、表面被覆する酸化錫と担体粉
末との密着性が低いため、表面被覆量を多くする必要が
あり、表面被覆量を多くしても、媒体との混合過程で被
覆の一部が剥がれるため、導電性を十分に高めることが
できない。
した〜の問題点を持たず、しかも比較的少量の充填
量で材料に導電性を付与することができ、かつ透明性も
しくは白色性の高い導電性粉末とその製造方法を提供す
ることである。
ン粉末の表面に酸化錫系の導電層を形成した表面被覆型
の導電性粉末について、従来の球状粉末より少ない充填
量で、しかも酸化錫系導電性の被覆量を多くせずに十分
な導電性を付与できるように改良することである。
達成するために研究を重ねた結果、担体粉末として、短
冊状二酸化チタン粉末 (特願平5−307733号参照) を使
用し、その表面を酸化アンチモンを含む酸化錫で代表さ
れるような金属酸化物型の導電層で被覆した表面被覆型
の導電性粉末が、短冊状という形状により高い導電性付
与効果を示し、前述した短冊状六チタン酸カリウムを担
体とする場合の問題点がなく、分散性、透明性または白
色性、表面平滑性に優れていることを見出した。
m、平均幅 0.2〜20μm、平均厚み0.01〜2μmの短冊
状二酸化チタン粉末の表面を、金属酸化物型導電層で被
覆してなる、短冊状導電性粉末であって、この導電層が
導電性粉末の1〜40wt%の量を占めることを特徴とする
短冊状導電性粉末である。
化チタン粉末を懸濁させた水中で、前記導電層の金属酸
化物を構成する金属の塩化物を含有する塩酸酸性水溶液
とアルカリ水溶液とを混合することにより、この塩化物
を加水分解させ、次いでこの加水分解物で表面被覆され
た前記粉末を回収し、焼成することにより製造すること
ができる。
分を含有する溶液中に分散させることにより導電性塗料
化でき、それにより透光性または白色もしくは有色の導
電膜の形成に利用できる。本発明の短冊状導電性粉末は
また、有機または無機高分子中に混練して分散させるこ
とにより、導電性成形材料として、フィルム、シート、
繊維、立体成形品を含む各種形態の導電性成形体の製造
に利用することもできる。
る。これに対し、本発明で担体粉末として用いる二酸化
チタン粉末は、平均長さ1〜100 μm、平均幅 0.2〜20
μm、平均厚み0.01〜2μmの短冊状の二酸化チタン粉
末である。短冊状とは、長さ>幅>厚みの関係にある薄
片状の形状を意味する。
が、平均長さで100 μm、平均幅で20μm、または平均
厚みで2μmを超えると、光透過率が低下し、薄膜化し
た時の透光性が低下する。また、この粉末の平均長さが
1μm未満または平均幅が0.2μm未満であると、短冊
状の形状効果を十分に発揮できず、導電性付与に多量の
充填量が必要となる。平均厚みが0.02μm未満である
と、粉末の機械的強度が弱く、塗料化または高分子との
混合時に折損し易くなる。好ましくは、平均長さ5〜50
μm、平均幅 1〜10μm、平均厚み0.05〜1μmであ
る。本発明で用いる短冊状二酸化チタン粉末は、(株)
クボタよりTXAX-ST なる商品名で市販されている。
述した特願平5−307733号明細書に記載されているよう
に、メルト法で合成した繊維状の二チタン酸カリウム結
晶を酸水溶液に浸漬して結晶中のカリウムイオンの実質
的に全量を溶出させ、この浸漬中または浸漬後に湿式粉
砕を行い、次いで脱水・乾燥し、さらに焼成することに
より製造することができる。
いて、次に簡単に説明する。まず、原料の繊維状二チタ
ン酸カリウム結晶は、加熱によりTiO2を生成するチタン
化合物と、K2O または加熱によりK2O を生成するカリウ
ム化合物とを、TiO2/K2O のモル比が 1.5〜2.5 となる
比率で混合し、この混合物を加熱溶融し、溶融生成物を
冷却 (好ましくは指向性冷却) して凝固させることによ
り生成させることができる。この方法を本発明ではメル
ト法という。
ン酸カリウム結晶を含む塊状物である。この塊状物を酸
水溶液に浸漬して、結晶中のカリウムイオンの実質的に
全量を溶出させると共に、浸漬中または浸漬後に湿式粉
砕を行う。浸漬に用いる酸水溶液としては、無機酸
(例、塩酸、硫酸、硝酸など) が好ましいが、有機酸
(例、スルホン酸類) も使用できる。「カリウムイオン
の実質的に全量を溶出」とは、浸漬後のカリウムイオン
含有量が2wt%以下、好ましくは1wt%以下であること
を意味する。
は層状の空隙が生成するので、湿式粉砕を行うと、繊維
は容易に薄片状に解体して、短冊状形状の二酸化チタン
水和物の粒子が得られる。この粒子を回収し、脱水・乾
燥後、焼成 (好ましくは 500〜1000℃) を行うと、本発
明に用いる短冊状二酸化チタン粉末を得ることができ
る。この時のメルト法合成時のTiO2/K2O のモル比や、
溶出後の湿式粉砕の条件等によって、得られた短冊状二
酸化チタン粉末の粒子形状を制御することができる。
化チタン粉末を担体粉末とし、これを金属酸化物型の導
電層で表面被覆したものである。導電層を構成する金属
酸化物としては、従来より導電材料として使用されてい
る各種の金属酸化物を使用することができる。このよう
な金属酸化物の例としては、酸化錫、ドープ金属と
してSbおよび/またはInを含有する酸化錫、ドープ金
属としてSnを含有する酸化インジウム、ならびにAl、
V、Cr、Mn、Co、Ga、Ge、Hfなどの1種もしくは2種以
上のドープ金属を含有する酸化亜鉛などが挙げられる。
いのは、Sbおよび/またはInを含有する酸化錫と、Snを
含有する酸化インジウム (一般にITOと略称される)
であり、特に好ましいのはSbを含有する酸化錫 (以下A
TOと略記する) である。ドープ金属 (例、酸化錫中の
Sbおよび/またはIn、或いは酸化インジウム中のSn)の
含有量は特に制限されないが、全金属に対するドープ金
属の原子%で、酸化錫においては30原子%以下、酸化イ
ンジウムにおいては15原子%以下、酸化亜鉛においては
30原子%以下であることが好ましい。
面被覆は、得られた導電性粉末全体の重量の1〜40wt%
を導電層が占めるように行う。この導電層による被覆量
が1wt%未満であると導電性はほとんど付与されず、40
wt%を超えて被覆しても、それに見合う導電性の向上は
見られない。導電層の量は好ましくは5〜30wt%であ
る。
の表面被覆型導電性粉末の場合と同様に実施できる。即
ち、水中に担体粉末を懸濁させ、この懸濁した担体粉末
の存在下で、導電層を構成する金属酸化物の金属の塩化
物 (金属酸化物がATOである場合、塩化錫とドープ金
属となる塩化アンチモン) を含有する塩酸酸性水溶液と
アルカリ水溶液とを混合すると、これらの金属塩化物が
加水分解し、金属水酸化物が担体粉末の表面に析出し
て、粉末表面を被覆する。上記のATOのように2種以
上の金属塩化物を使用した場合には、2種以上の金属水
酸化物の共沈物が担体粉末の表面に析出する。従って、
原料の各金属塩化物の使用割合によって、共沈した水酸
化物中のドープ金属の割合を調整することができる。
溶液との混合は、水性媒質のpHが1.0〜7、特に 1.5
〜2.0 の範囲内となるように行うことが好ましい。この
加水分解によって得られた、金属水酸化物で表面被覆さ
れた担体粉末を回収し、所望により水洗および乾燥した
後、大気中で焼成 (好ましくは 400〜800 ℃) すると、
金属水酸化物が酸化物に変化し、短冊状二酸化チタン粉
末が導電性金属酸化物で表面被覆された本発明の短冊状
導電性粉末が得られる。
分を含有する溶液中に分散させることにより塗料化し
て、導電性塗料として導電膜の形成に使用することがで
きる。塗膜形成成分は、有機系と無機系のいずれでもよ
く、自然もしくは加熱乾燥型、熱硬化型、紫外線もしく
は電子線硬化型などのいずれの種類のものでもよい。塗
膜形成成分が透明膜を形成するものであれば、この塗料
により透光性の導電膜を形成することができ、塗膜を厚
くすれば白色の導電膜が形成される。また、着色顔料も
しくは染料を共存させて、着色導電膜を形成することも
可能である。好ましい塗膜形成成分としては、ポリエス
テル、アクリル樹脂、ポリカーボネート、アルキッド樹
脂などの有機樹脂、ならびにエチルシリケートなどのア
ルコキシシランなどが例示される。
たは無機高分子中に分散させて導電性の成形材料として
利用することもできる。この成形材料を成形することに
より、フィルム、シート、テープ、繊維、立体成形品な
どの任意の形状の導電性成形体を得ることができる。こ
のような成形材料に用いる有機高分子としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリ
エステル、ポリカーボネート、シリコーン樹脂などが挙
げられる。また、無機高分子の例は各種の含水珪酸塩鉱
物である。
する場合にも、本発明の導電性粉末の細長い短冊状とい
う形状により、球状粉末や偏平状粉末に比べて少ない充
填量で必要な導電性を付与することができる。導電性粉
末の充填量は、必要な導電性のレベルに応じて異なる
が、通常は10〜50wt%、好ましくは15〜40wt%の範囲内
である。導電性粉末の充填量が少ないため、粉末の充填
による材料特性の劣化が少ない。
ような、混合中の粉末の折損や均一分散が困難といった
問題が軽減され、形状由来の危険性もない。さらに、担
体粉末が、六チタン酸カリウムではなく、化学的により
安定な二酸化チタン粉末であるので、本発明の導電性粉
末は酸性環境下でも使用でき、また表面被覆の担体粉末
への密着性が高く、混合中の表面被覆の剥がれによる導
電性の低下が少ない。そのため、比較的少ない充填量で
確実に所定の導電性を材料に付与することができる。
び成形体は、帯電防止材料として有用である他、導電性
のレベルによっては導電材料または半導性材料として利
用することもできる。
するが、本発明は実施例に制限されるものではない。
0.2 μmの短冊状二酸化チタン粉末[(株) クボタ製、TX
AX−ST、K含有量約 0.6wt%] 100 gを0.3 L の水に加
えて攪拌下に分散状態に保持し、90℃に加熱した。この
加熱・分散状態を保持しながら、SnCl4 30gとSbCl3 4.
5 gとを含む塩酸酸性水溶液と150 g/L のNaOH水溶液と
を、水相のpHが2〜4になるように30分間かけて同時
に滴下し、水酸化錫と水酸化アンチモンとの共沈物を上
記粉末の表面に析出させた。この粉末を濾別した後、再
び水中に分散させて水洗し、濾過により回収した。その
後、回収した粉末を100 ℃で乾燥し、次に600 ℃大気中
にて1時間で焼成して、Sbを含有する酸化錫 (ATO)
で表面被覆された短冊状二酸化チタン粉末を得た。
表面被覆量は15wt%であり、粉末の体積電気抵抗率 (10
0 kgm2の加圧下、以下同じ) は9Ω・cmであった。この
導電性粉末30gを、メチルエチルケトン600 gとシクロ
ヘキサノン150 gとからなる混合溶媒中にポリエステル
樹脂100 gを含有する樹脂液と混合し、サンドミル (ガ
ラスビーズ径1mm) で30分間分散させて、透光性の導電
塗料を得た。これを厚さ75μmのポリエステルフィルム
上に膜厚5μmになるように塗布し、150 ℃で乾燥して
透光性の導電膜を形成した。この導電膜中の導電性粉末
の充填量は23wt%、表面抵抗値は4×106 Ω/□、全光
線透過率は86%であった。
5μm、平均厚み0.2 μmの短冊状六チタン酸カリウム
粉末[(株) クボタ製、TXAX−SA、K含有量約13.5wt%]
100gを用いて、実施例1と同様にしてATOで表面被
覆し、導電性粉末を得た。但し、塩酸酸性水溶液中のSn
Cl4 量は34g、SbCl3 含有量は5gと、実施例1よりや
や多くした。得られた導電性粉末の収量は119 gであ
り、その導電層の表面被覆量は20wt%と実施例1より多
かったが、粉末の体積電気抵抗率13Ω・cmであって、導
電性は実施例1より低下した。
してポリエステルフィルム上に透光性の導電膜を形成し
た。導電性粉末の表面被覆量が多い (膜中の導電性粉末
の充填量は同じ) にもかかわらず、得られた導電膜の表
面抵抗値は3×107 Ω/□と実施例1より低く、全光線
透過率は85%であった。
工業所製、平均粒径30μm、平均厚み0.6 μm) 100 g
を用いて、実施例1と同様にしてATOで表面被覆し、
導電性粉末を得た。得られた薄片状の導電性粉末の収量
は114 gであり、粉末の体積電気抵抗率19Ω・cmであっ
た。この導電性粉末を用いて実施例1と同様にしてポリ
エステルフィルム上に透光性の導電膜 (導電性粉末の充
填量は実施例1に同じ) を形成したところ、導電膜の表
面抵抗値は9×109 Ω/□、全光線透過率は86%であっ
た。
(平均粒径6.2 μm) 100 gを用い、実施例1とほぼ同
様にしてATOで被覆し、表面被覆量17wt%、体積電気
抵抗率5Ω・cmの導電性粉末116 gを得た。この球状の
導電性粉末を用いて、実施例1と同様にしてポリエステ
ルフィルム上に透光性の導電膜 (導電性粉末の充填量は
60wt%) を形成したところ、導電膜の表面抵抗値は5×
109 Ω/□、全光線透過率は68%であった。
0 gを用い、実施例1とほぼ同様にしてATOで被覆
し、表面被覆量20wt%、体積電気抵抗率15Ω・cmの導電
性粉末118 gを得た。この針状の導電性粉末を用いて、
実施例1と同様にしてポリエステルフィルム上に透光性
の導電膜 (導電性粉末の充填量は50wt%) を形成したと
ころ、導電膜の表面抵抗値は3×107 Ω/□であった。
を含有する塩酸酸性水溶液を使用した以外は実施例1に
従って、Snを含む酸化インジウム (ITO) で表面被覆
された短冊状導電性粉末115 gを得た。この粉末の表面
被覆量は15wt%、体積電気抵抗率は12Ω・cmであった。
この短冊状導電性粉末を用いて、実施例1と同様にして
ポリエステルフィルム上に透光性の導電膜 (導電性粉末
の充填量は実施例1に同じ) を形成したところ、導電膜
の表面抵抗値は1×106 Ω/□、全光線透過率は84%で
あった。
末の材料が二酸化チタンであるため、短冊状の六チタン
酸カリウム粉末を担体とする場合に比べて、少ない表面
被覆量で高い導電性を発揮することができる。しかも、
短冊状という形状効果により、球状粉末に比べて少ない
充填量で材料に導電性を付与することができ、繊維状ま
たは針状粉末に比べて、均一分散性や表面平滑性に優れ
ており、形状由来に危険性もない。これらの総合的な効
果により、比較的少ない表面被覆量および粉末充填量
で、材料に均一、確実、かつ安全に高い導電性を付与す
ることができる。また、本発明の導電性粉末は透明性が
高く、透光性の導電膜およびフィルムを形成することが
でき、白色化あるいは自由に着色することも可能であ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 平均長さ1〜100 μm、平均幅 0.2〜20
μm、平均厚み0.01〜2μmの短冊状二酸化チタン粉末
の表面を、金属酸化物型導電層で被覆してなる、短冊状
導電性粉末であって、この導電層が導電性粉末の1〜40
wt%の量を占めることを特徴とする短冊状導電性粉末。 - 【請求項2】 前記短冊状二酸化チタン粉末を懸濁させ
た水中で、前記導電層の金属酸化物を構成する金属の塩
化物を含有する塩酸酸性水溶液とアルカリ水溶液とを混
合することにより、この塩化物を加水分解させ、次いで
この加水分解物で表面被覆された前記粉末を回収し、焼
成することを特徴とする、請求項1記載の短冊状導性粉
末の製造方法。 - 【請求項3】 前記短冊状二酸化チタン粉末が、メルト
法で合成した繊維状の二チタン酸カリウム結晶を酸水溶
液に浸漬して結晶中のカリウムイオンの実質的に全量を
溶出させ、浸漬中または浸漬後に湿式粉砕し、脱水・乾
燥、焼成することにより製造された粉末である、請求項
2記載の方法。 - 【請求項4】 塗膜形成成分と、請求項1記載の短冊状
導電性粉末とを含有することを特徴とする導電性塗料。 - 【請求項5】 有機または無機高分子中に請求項1記載
の短冊状導電性粉末が分散していることを特徴とする、
導電性成形材料。
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|---|---|---|---|
| JP02204595A JP3557688B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 短冊状導電性粉末とその製造方法および用途 |
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|---|---|
| JPH08217446A true JPH08217446A (ja) | 1996-08-27 |
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