導電性複合繊維
【課題】ポリ乳酸を一部に用いているにも関わらず、十分な導電性能と強度を有しており、高温雰囲気下での強度の低下が少なく、クリーンルーム用や医療用の作業用ユニフォーム等の衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び資材用途に好適であり、さらには電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシにも好適に用いることができる導電性複合繊維を提供する。
【解決手段】ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、平均粒径１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成され、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状を呈している導電性複合繊維であって、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性複合繊維。
【解決手段】ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、平均粒径１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成され、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状を呈している導電性複合繊維であって、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性複合繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性粒子を含有するポリ乳酸を導電性成分、非導電性成分がポリエステル樹脂である導電性複合繊維であって、制電作業着、ユニフォームなどの衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び産業資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシとして好適に用いることができる導電性複合繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等の疎水性ポリマーからなる繊維は、機械特性、耐薬品性、耐候性等の多くの長所を有しており、衣料のみならず産業資材用途にも広く用いられている。しかしこれらの繊維は摩擦等による静電気の発生が著しいため、空気中の粉塵を吸引して美観を低下させたり、人体に電撃を与えて不快感を与えたり、さらにはスパークによる電子機器への障害や、引火性物質への引火爆発等の問題を引き起こす場合があり、これらの問題を解決すべく導電性を付与するための多くの研究がなされてきた。
【０００３】
特許文献１には、導電性カーボンブラックや金属粉等の導電性粒子を含有する導電性成分を非導電性ポリマーで包み込んだ芯鞘型の複合繊維が記載されている。このような芯鞘型の複合繊維であれば、導電性粒子は繊維の内部のみに存在するので、操業時のトラブルは生じにくく、操業性よく得ることが可能であった。しかしながら、導電性粒子が繊維内部のみに存在するため、導電性能は不十分であった。
【０００４】
一方、特許文献２には、導電性粒子を含有する導電性成分を鞘部に配した芯鞘型の導電性複合繊維が記載されている。このような導電性複合繊維は、特許文献１に記載の繊維と比較すると、導電性能はかなり満足できるものであったが、操業時のトラブルは生じやすいものであった。
【０００５】
しかしながら、このような芳香族系ポリエステル繊維を含め、ポリオレフィン、ポリアミド等の合成繊維は、使用した後、自然界に放置されても分解され難く、地球環境の保護の面からさまざまな問題を生じている。例えば、これらの生活衣料品等は分解され難いため、使用後に一部はリサイクルされるが、その大半は焼却等の処理が必要となるため、その廃棄に制限があった。
【０００６】
さらには、これら合成繊維は石油を原料とするものであり、大量消費により、化石資源の枯渇問題などを提起するに至っている。この様な状況に対し、自然環境中で分解するポリマー素材の開発が切望されており、脂肪族ポリエステル等、様々なポリマーの研究開発、実用化の試みが活発化している。そして、微生物により分解されるポリマー、すなわち生分解性ポリマーに注目が集まっている。
【０００７】
一方、従来のポリマーはその殆どが石油を原料とするものであるが、石油資源を大量消費することにより、地質時代より地中に蓄えられていた二酸化炭素が大気中に放出され、さらに地球温暖化が深刻化することが懸念されている。しかし、二酸化炭素を大気中から取り込み成長する植物資源を原料としてポリマーが合成できれば、二酸化炭素循環により地球温暖化を抑制できることが期待できるのみならず、資源枯渇の問題も同時に解決できる可能性がある。このため植物資源を原料とするポリマー、すなわちバイオマスポリマーに注目が集まっている。
【０００８】
上記のことより、バイオマス利用の生分解性ポリマーが大きな注目を集め、石油資源を原料とする従来のポリマーを代替していくことが期待されている。
【０００９】
特に、現在最も注目されているバイオマス利用のポリマーはポリ乳酸である。ポリ乳酸は植物から抽出したデンプンを発酵することにより得られる乳酸を原料としたポリマーであり、バイオマス利用のポリマーの中では力学特性、耐熱性、コストのバランスが最も優れており、一部の用途には使用されている。しかしながら、従来の合成繊維と比較すると力学特性や耐熱性に劣るという問題点がある。
【特許文献１】特開平０９−１４３８２１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００２/０７５０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決するもので、ポリ乳酸を一部に用いているにも関わらず、十分な導電性能と強度を有しており、高温雰囲気下での強度の低下が少なく、クリーンルーム用や医療用の作業用ユニフォーム等の衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び資材用途に好適であり、さらには電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシにも好適に用いることができる導電性複合繊維を提供することを技術的な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために検討した結果、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明は、ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、平均粒径１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成され、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状を呈している導電性複合繊維であって、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性複合繊維を要旨とするものである。
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の導電性複合繊維は、ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、導電性粒子を含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成されるものである。
【００１５】
本発明でいうポリ乳酸としては、ポリＤ−乳酸、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との共重合体であるポリＤＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との混合物（ステレオコンプレックス）、ポリＤ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＬ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＤ−乳酸又はポリＬ−乳酸と脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールとの共重合体、あるいはこれらのブレンド体を用いることができる。
【００１６】
そして、ポリ乳酸は、上記のようにＬ−乳酸とＤ−乳酸が単独で用いられているもの、もしくは併用されているものであるが、中でも融点が１５０℃以上であることが好ましい。
【００１７】
ポリ乳酸のホモポリマーであるＬ−乳酸やＤ−乳酸の融点は約１８０℃であるが、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体の場合、いずれかの成分の割合を１０モル％程度とすると、融点はおよそ１３０℃程度となる。
【００１８】
そこで、ポリ乳酸としては、ラクチドを原料として重合する時のＬ−乳酸やＤ−乳酸の含有割合で示されるＬ−乳酸とＤ−乳酸の含有比（モル比）であるＬ／Ｄ又はＤ／Ｌが、９０／１０以上のものが好ましく、中でも９５／５以上、さらには９７／３以上とすることが好ましい。
【００１９】
また、ポリ乳酸の中でも、上記したようなポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との混合物（ステレオコンプレックス）は、融点が200〜230℃と高く、高温雰囲気下での強度も高くなり、特に好ましい。
【００２０】
上記したポリ乳酸の数平均分子量（Ｍｎ）は特に限定されるものではないが、６００００以上、９００００以下が好ましい。ポリ乳酸のＭｎが６００００より小さい場合、溶融時に低粘度で製糸性が悪くなりやすい。また、ポリ乳酸の数平均分子量が９００００より大きいと溶融時に高粘度となり、製糸性が悪くなりやすい。
【００２１】
そして、本発明の導電性複合繊維は、ポリ乳酸中に特定の性能を有するカーボンブラックを含有させることで、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍの範囲となる導電性能を有するものとなる。
【００２２】
ポリ乳酸中に含有されるカーボンブラックは、ファーネスブラックやアセチレンブラック、ケッチェンブラック等、導電性を有する粉末体であれば特に限定するものではないが、分散性の観点からファーネスブラックが好ましい。
【００２３】
そして、カーボンブラックは平均粒子径が１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇであることが必要である。カーボンブラックを含有する繊維の電気抵抗値は、使用するカーボンブラックの導電特性とカーボンブラックの含有量（濃度）及びカーボンブラックを含有させる樹脂の特性により決定される。
【００２４】
まず、導電性能の高い繊維を得るには、カーボンブラックの平均粒子径が小さいことが好ましい。平均粒経が小さいほど被表面積が大きくなり、導電性能が向上するため、平均粒子径を３５ｎｍ以下とする。平均粒子径が３５ｎｍを超えると、カーボンブラックの分散性が悪くなり、操業性が悪化し、繊維の長さ方向に電気抵抗値のバラツキも大きいものとなる。
【００２５】
一方、平均粒子径が小さすぎると、凝集が発生しやすくなって操業性が悪くなるばかりでなく、下記に示すカーボンブラック粒子同士のつながりが良好に構成されず、繊維の長さ方向に電気抵抗値のバラツキが発生しやすくなるため、１５ｎｍ以上とする。
【００２６】
カーボンブラックは、カーボンブラック粒子同士のつながり（ストラクチャー）を構成しており、ストラクチャーが発達しているほど糸長方向の導電性能に優れ、電気抵抗値の低いものとなり、糸長方向に均一な電気抵抗値を示すものとなる。
【００２７】
そして、本発明ではポリ乳酸に含有させるのに適したカーボンブラックとして、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを使用する必要がある。
【００２８】
ＤＢＰ吸収量がこの範囲のカーボンブラックを使用すると、ポリ乳酸中でストラクチャーが良好に形成され、糸長方向の導電性能に優れたものとなる。ＤＢＰ吸収量が４０ｃｍ３／１００ｇ未満であると、ストラクチャーが良好に形成されないため、上記したような導電性能に優れたものとならない。一方、ＤＢＰ吸収量が１５０ｃｍ３／１００ｇを超えると、ストラクチャーが発達しすぎて、電気抵抗値が低くなりすぎ、操業性も著しく悪くなる。
【００２９】
そして、単糸中のカーボンブラックの含有量は１０〜２５質量％である。単糸中のカーボンブラックの含有量が１０質量％未満であると、導電性能が得られず、１×１０９〜９×１０１２Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。一方、２５質量％を超えると、電気抵抗値が低くなり、１×１０９〜９×１０１２Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。さらには、操業性も著しく悪いものとなる。なお、本発明におけるカーボンブラックの平均粒子径は、電子顕微鏡による算術平均値により測定、算出するものである。
【００３０】
また、ＤＢＰ吸収量は、アブソープメーターを用いて、カーボンブラックにＤＢＰを添加したときの100ｇ当たりのＤＢＰ吸収量をJIS K6217により求める。
【００３１】
次に、非導電性成分のポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）等を用いることができ、これらを単独あるいはブレンドや共重合したものも用いることができる。
【００３２】
ＰＥＴの場合、共重合成分として、イソフタル酸（IPA）、シクロヘキサンジメタノール（CHDM）、シクロヘキサンジカルボン酸（CHDA）のうち少なくとも一成分を共重合したＰＥＴとすることが好ましい。
【００３３】
上記共重合成分を共重合したポリエステルとすることにより、導電性成分であるポリ乳酸との相溶性が向上するばかりでなく、重縮合反応時の反応温度を下げることができ、さらには、紡糸時の温度も下げることができる。このように、重縮合反応時、紡糸時のポリマーの熱分解反応を抑制することができるので、品位、耐熱性、耐湿熱性に優れた導電性複合繊維を得ることが可能となる。
【００３４】
中でも、ＩＰＡ、ＣＨＤＭ、ＣＨＤＡのうち少なくとも一成分を５〜２０モル％共重合した共重合ＰＥＴとすることが好ましい。共重合量が５モル％未満では、通常のポリエステルと比較して融点があまり下がらないので、重縮合反応温度、紡糸温度を低下させることができず、耐湿熱性の向上効果が不十分となりやすい。共重合量が２０モル％を超えると、繊維中の非晶領域が多くなるため、操業性が悪くなるばかりでなく、加水分解反応を受けやすい構造となるため、耐湿熱性能が低下しやすくなる。
【００３５】
また、ポリエステルの中でもＰＢＴ又はＰＴＴを用いることが好ましい。ＰＢＴやＰＴＴは非常に結晶性の高い樹脂であることから、加水分解反応を受けにくく、耐湿熱性能が高くなり、高温雰囲気下での強度保持率が高いものとなる。
【００３６】
さらに、導電性成分及び非導電性成分中には、本発明の効果を損なわない範囲で、他の共重合成分として、１，３−プロパンジオール、セバシン酸、ダイマー酸、ドデカン二酸、キシリレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール等を含有してもよい。
【００３７】
また、目的に応じて、ワックス類、ポリアルキレンオキシド類、各種界面活性剤、有機電解質等の分散剤や酸化防止剤、紫外線吸収剤等の安定剤、艶消剤、着色剤、顔料、流動性改善剤、その他の添加剤を加えることもできる。
【００３８】
導電性成分、非導電性成分ともに、耐湿熱性をさらに向上させるために末端封鎖剤を添加してもよい。末端封鎖剤の具体例としては、N,N'-ビス(2,6-ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドなどのカルボジイミド化合物、フェニルグリシジルエーテルなどのエポキシ化合物などが挙げられる。
【００３９】
次に、本発明の導電性複合繊維の複合形態について図面を用いて説明する。図１〜３は、本発明の導電性複合繊維の繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面形状を示す模式図である。
【００４０】
本発明の導電性複合繊維は、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出しているものである。
【００４１】
図１、２に示すような、導電性成分の一部が繊維表面に露出している形状のものや、図３に示すように、導電性成分が繊維表面の全体を覆っているもの、つまり、鞘部が導電性成分、芯部が非導電性成分の芯鞘形状のものが挙げられる。中でも耐熱性、耐湿熱性が要求される用途では、ポリ乳酸の導電性成分の露出面積の少ない図１、２の形状とすることが好ましい。また、これらの形状は、クラックの発生や脱落も生じにくいものである。
【００４２】
導電性成分の一部が繊維表面に露出し、繊維表面の一部を導電性成分が覆っている形状のものとしては、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、略三角形状の導電性成分が非導電性成分中に存在しており、導電性成分の一部（略三角形状の一辺）が繊維表面に露出しているようなものが挙げられる。導電性成分の形状は特に限定されるものではなく、四角形や半円形状のものであってもよい。
【００４３】
図１（ａ）は、導電性成分の数が１個で繊維表面に露出している箇所が１箇所であるもの、（ｂ）は導電性成分の数が２個で繊維表面に露出している箇所が２箇所、（ｃ）は導電性成分の数が３個で繊維表面に露出している箇所が３箇所、（ｄ）は導電性成分の数が４個で繊維表面に露出している箇所が４箇所であるものの例である。
【００４４】
導電性成分の繊維表面に露出している箇所は２〜２０箇所が好ましく、中でも３〜８箇所であることが好ましい。導電性成分の繊維表面に露出している箇所が１箇所であると、ポリ乳酸が繊維表面に露出している部分が多く、耐熱性、耐湿熱処理に劣るばかりでなく、着用等による負荷を受けた時にクラックが生じたり、破損、脱落すると、導電性能が不十分となり、当初の導電性能を維持できなくなる場合がある。
一方、導電性成分の繊維表面に露出している箇所が２０箇所を超える場合は、湿熱処理後のクラックや脱落が生じやすくなる。
【００４５】
さらに、本発明の導電性複合繊維の形状として、導電性成分の繊維表面に露出している部分が２箇所以上あり、かつ導電性成分が繊維中心部付近を連通する形状を呈していることが好ましい。その一例としては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようなものが挙げられる。
【００４６】
図２（ａ）は、導電性成分が繊維の中心部付近を通って一直線状に配置されているものであり、繊維表面に露出している部分が２箇所のものである。（ｂ）は、導電性成分が繊維の中心部付近を通って三方に分かれた形状に配置されており、繊維表面に露出している部分が３箇所のものである。（ｃ）は、導電性成分が繊維の中心部付近を通って十字形状に配置されており、繊維表面に露出している部分が４箇所のものである。
【００４７】
このように、導電性成分が繊維中心部付近を連通し、かつ繊維表面に２箇所以上露出していることにより、繊維表面に多数の導電性の接点が存在し、かつそれらの接点間が中心部を介して導通することにより電気の流れが多方向で可能となるので、導電性に優れた繊維とすることができる。このため、中でも導電性成分の繊維表面に露出している部分が３箇所以上とすることが好ましい。
【００４８】
また、本発明の導電性複合繊維においては、非導電性成分と導電性成分の複合比率は、非導電性成分が４０〜９０質量％、導電性成分が６０〜１０質量％とすることが好ましく、より好ましくは非導電性成分が５０〜７０質量％、導電性成分が５０〜３０質量％である。導電性成分の複合比率が１０質量％未満では、導電性性能が十分でない場合が生じる。一方、導電性成分の複合比率が４０質量％を超えると、強伸度特性等の糸質性能が劣ったり、操業時のトラブルや滅菌処理後のクラックが生じやすくなる。
【００４９】
そして、本発明の導電性複合繊維は、導電性能として、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであり、中でも１×１０10Ω／ｃｍ〜１×１０12Ω／ｃｍであることが好ましい。複合繊維の電気抵抗値が９×１０12Ω／ｃｍを超えると、使用する用途によっては、導電性能が不十分となる。導電性複合繊維の電気抵抗値が９×１０12Ω／ｃｍ以下であると、得られた織編物を通常の環境下で使用した場合に、織編物の帯電をほとんどなくすことが可能となる。
【００５０】
一方、１×１０９Ω／ｃｍ未満にしようとすると、導電性粒子をポリ乳酸中に多量に含有させることが必要となり、繊維物性に悪影響を及ぼすばかりか、紡糸、延伸時にトラブルが生じやすくなる。
【００５１】
なお、本発明における導電性複合繊維の電気抵抗値は、ＡＡＴＣＣ７６法により以下のようにして測定するものである。導電性複合繊維（マルチフィラメントもしくは単糸のいずれでもよい）を長さ方向に１５ｃｍ程度にカットして、１０サンプルを採取する。このサンプルの両端の表面にケラチンクリームを塗布し、この表面部分を金属端子に接続し、試料測定長１０ｃｍにて、５０Ｖの直流電流を印加して電流値を測定し、下記式で電気抵抗値を算出する。算出した１０個のサンプルの電気抵抗値の相加平均値とする。
電気抵抗値＝Ｅ／（Ｉ×Ｌ）
Ｅ：電圧（Ｖ） Ｉ：測定電流（Ａ） Ｌ：測定長（cm）
【００５２】
次に、本発明の導電性複合繊維の高温雰囲気下での強度保持性能について説明する。
本発明では、２５℃雰囲気下における強度を１００％としたとき、１２０℃雰囲気下における強度が２５℃雰囲気下における強度の４０％以上であることが必要である。つまり、１２０℃雰囲気下での強度保持率が４０％以上である。
【００５３】
導電性複合繊維の強度は、オリエンテック社製引っ張り試験機にて、糸長１００ｍｍとし、引っ張り試験機のサンプル把持部を囲うように設置された恒温層内にて２５℃雰囲気下での強度を測定する。その後恒温層内の温度を１２０℃とした後、１２０℃雰囲気下での強度を測定する。なお、測定時には、恒温層内の温度が２５℃又は１２０℃となった後、サンプルを１分間保持した後測定するものとする。
【００５４】
測定した強度より、以下の式を用いて強度保持率を算出する。
強度保持率（％）＝｛〔１２０℃雰囲気下での強度（ｃN/dtex）〕／〔２５℃雰囲気下での強度（ｃN/dtex）〕｝×100
【００５５】
本発明の導電性複合繊維は、ポリ乳酸とポリエステル樹脂からなる複合繊維とし、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状であることにより、高温下での強度保持率を４０％以上とすることができ、さらには５０％以上であることが好ましい。
【００５６】
強度保持率が４０％未満であると、衣料用途であれば洗濯時、あるいはアイロン時、産業資材用途では、高温高湿下にさらされている間に、強度の低下が大きくなり、 繊維が切断したり、品位が悪くなる。さらにはそれに起因して導電性能も低下する。なお、通常のポリ乳酸のみからなる繊維では、高温雰囲気下での強度保持率は１０％以下となる。
【００５７】
本発明の導電性複合繊維は、複数本からなるマルチフィラメントとしても、単糸のみで用いるモノフィラメントとしてもよく、また、長繊維でも短繊維としてもよい。
【００５８】
次に、本発明の導電性複合繊維の製造方法について説明する。
導電性成分にはポリ乳酸を使用し、非導電性成分には通常の重縮合反応を行うことにより得られたポリエステル樹脂を用いる。両ポリマーをそれぞれ乾燥等の処理を行ってチップ化し、通常の二成分系の複合溶融紡糸装置を用いて複合紡糸する。このとき、非導電性成分や導電性成分の形状や配置位置については、紡糸口金形状を種々変更することにより、所望の断面形状の複合繊維とする。そして、得られた糸条を延伸、熱処理することによって、本発明の導電性複合繊維を得ることができる。
なお、導電性成分を得る方法としては、ベースとなるポリマーの重合段階で導電性粒子を添加する方法や、ポリマーの溶融混練時に導電性粒子を添加する方法があるが、溶融混練時に添加する方法が好ましい。
【発明の効果】
【００５９】
本発明の導電性複合繊維は、十分な導電性能と強度を有しており、かつ高温雰囲気下での強度の低下が少ない。このため、制電効果を求められ、かつ滅菌処理等の湿熱処理を繰り返し行う必要のあるクリーンルーム用や医療用の作業用ユニフォーム等の衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び産業資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシとして好適に用いることができる。
【実施例】
【００６０】
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例中の各種の値の測定及び評価は以下のように行った。
１．導電性複合繊維の電気抵抗値
前記した方法に従って、測定、算出した。
２．２５℃雰囲気下及び１２０℃雰囲気下での強度及び強度保持率
前記した方法に従って、測定、算出した。
３．紡糸操業性
24時間連続して紡糸を行い、この間の切れ糸回数により以下の３段階で評価した。
○：切糸なし
△：切糸回数１〜２回
×：切糸回数３回以上
【００６１】
実施例１
非導電性成分として、ＩＰＡが10モル％共重合された相対粘度（フェノールと四塩化エタンとの等質量混合液を溶媒とし、温度20℃で測定した）1.48、融点230℃のＰＥＴを用い、常法によりチップ化した。導電性成分として、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の含有比であるＬ／Ｄが98.7／1.3であり、数平均分子量88200、相対粘度1.87、融点170℃のポリ乳酸に、導電性粒子として、平均粒径２０ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が８０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラック（導電性成分中の１７質量％となる量含有させる）を溶融混練したものを用いた。通常の複合紡糸装置に導電性成分と非導電性成分を供給し、繊維の横断面形状が図１（ｃ）となるように設計された紡糸口金を用いて、紡糸温度250℃、導電性成分の複合比率２０質量％となるようにして溶融紡糸した。紡出した糸条を冷却し、オイリングしながら３０００ｍ／分の速度で巻き取り、42dtex／2ｆの未延伸糸を得た。
この未延伸糸を９０℃の熱ローラを介して１．５０倍に延伸し、さらに、１４０℃のヒートプレートで熱処理を行った後に巻き取り、図１（ｃ）の断面形状を呈する２８dtex／２ｆの導電性複合繊維を得た。
【００６２】
実施例２〜３、比較例１〜４
カーボンブラックの平均粒径とＤＢＰ吸収量を表１に示す値のものに変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６３】
実施例４、比較例５〜６
導電性成分中のカーボンブラックの含有量を表１に示す値に変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６４】
実施例５
非導電性成分として、CHDMが１０モル％共重合された、相対粘度1.46、融点230℃のＰＥＴを使用した以外は実施例１と同様に行った。
【００６５】
実施例６
非導電性成分として、相対粘度1.58、融点230℃のＰＢＴ（実質的にブチレンテレフタレート繰り返し単位が100モル％のもの）を使用した以外は実施例１と同様に行った。
【００６６】
実施例７
非導電性成分として、相対粘度1.58、融点225℃のＰＰＴ（実質的にプロピレンテレフタレート繰り返し単位が100モル％のもの）を使用した以外は実施例１と同様に行った。
【００６７】
実施例８〜９
複合比率及び横断面形状を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様に行った。
【００６８】
比較例７
非導電性成分として、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の含有比であるＬ／Ｄが98.7／1.3であり、数平均分子量88200、相対粘度1.87、融点170℃であるポリ乳酸を用いて２２０℃で溶融紡糸し、紡出した糸条を冷却し、オイリングしながら３０００ｍ／分の速度で巻き取り、36dtex／2ｆの未延伸糸を得、この未延伸糸を９０℃の熱ローラを介して１．３倍に延伸した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６９】
実施例１〜９、比較例１〜７で得られた導電性複合繊維の各種の値の測定結果、評価結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１から明らかなように、実施例１〜９の導電性複合繊維は、目的とする電気抵抗値が得られ、高温雰囲気下での強度保持率も良好なものであった。また紡糸操業性にも優れていた。
一方、比較例１の導電性複合繊維は、カーボンブラックの平均粒径が大きいために紡糸操業性が非常に悪く、導電性複合繊維を得ることができなかった。比較例２の導電性複合繊維は、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量が高いため、電気抵抗値が非常に低く、また、紡糸操業性も悪いものであった。比較例３の導電性複合繊維は、カーボンブラックの平均粒経が小さすぎたため、二次凝集により紡糸性が非常に悪く、繊維を得ることができなかった。比較例４の導電性複合繊維は、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量が低すぎたため、電気抵抗値を測定することができなかった。比較例５の導電性複合繊維は、導電成分中のカーボンブラック含有量が少ないため、電気抵抗値を測定することができなかった。比較例６の導電性複合繊維は、導電成分中のカーボンブラック含有量が多すぎたため、得られた導電性複合繊維の電気抵抗値が非常に低くなり、紡糸操業性も悪いものであった。比較例７の導電性複合繊維は、導電成分及び、非導電成分共にポリ乳酸からなるものであるため、高温雰囲気下での強度保持率は著しく低いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の導電性複合繊維の一実施態様を示す、繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面模式図である。
【図２】本発明の導電性複合繊維の他の実施態様を示す、繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面模式図である。
【図３】本発明の導電性複合繊維の他の実施態様を示す、繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面模式図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性粒子を含有するポリ乳酸を導電性成分、非導電性成分がポリエステル樹脂である導電性複合繊維であって、制電作業着、ユニフォームなどの衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び産業資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシとして好適に用いることができる導電性複合繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等の疎水性ポリマーからなる繊維は、機械特性、耐薬品性、耐候性等の多くの長所を有しており、衣料のみならず産業資材用途にも広く用いられている。しかしこれらの繊維は摩擦等による静電気の発生が著しいため、空気中の粉塵を吸引して美観を低下させたり、人体に電撃を与えて不快感を与えたり、さらにはスパークによる電子機器への障害や、引火性物質への引火爆発等の問題を引き起こす場合があり、これらの問題を解決すべく導電性を付与するための多くの研究がなされてきた。
【０００３】
特許文献１には、導電性カーボンブラックや金属粉等の導電性粒子を含有する導電性成分を非導電性ポリマーで包み込んだ芯鞘型の複合繊維が記載されている。このような芯鞘型の複合繊維であれば、導電性粒子は繊維の内部のみに存在するので、操業時のトラブルは生じにくく、操業性よく得ることが可能であった。しかしながら、導電性粒子が繊維内部のみに存在するため、導電性能は不十分であった。
【０００４】
一方、特許文献２には、導電性粒子を含有する導電性成分を鞘部に配した芯鞘型の導電性複合繊維が記載されている。このような導電性複合繊維は、特許文献１に記載の繊維と比較すると、導電性能はかなり満足できるものであったが、操業時のトラブルは生じやすいものであった。
【０００５】
しかしながら、このような芳香族系ポリエステル繊維を含め、ポリオレフィン、ポリアミド等の合成繊維は、使用した後、自然界に放置されても分解され難く、地球環境の保護の面からさまざまな問題を生じている。例えば、これらの生活衣料品等は分解され難いため、使用後に一部はリサイクルされるが、その大半は焼却等の処理が必要となるため、その廃棄に制限があった。
【０００６】
さらには、これら合成繊維は石油を原料とするものであり、大量消費により、化石資源の枯渇問題などを提起するに至っている。この様な状況に対し、自然環境中で分解するポリマー素材の開発が切望されており、脂肪族ポリエステル等、様々なポリマーの研究開発、実用化の試みが活発化している。そして、微生物により分解されるポリマー、すなわち生分解性ポリマーに注目が集まっている。
【０００７】
一方、従来のポリマーはその殆どが石油を原料とするものであるが、石油資源を大量消費することにより、地質時代より地中に蓄えられていた二酸化炭素が大気中に放出され、さらに地球温暖化が深刻化することが懸念されている。しかし、二酸化炭素を大気中から取り込み成長する植物資源を原料としてポリマーが合成できれば、二酸化炭素循環により地球温暖化を抑制できることが期待できるのみならず、資源枯渇の問題も同時に解決できる可能性がある。このため植物資源を原料とするポリマー、すなわちバイオマスポリマーに注目が集まっている。
【０００８】
上記のことより、バイオマス利用の生分解性ポリマーが大きな注目を集め、石油資源を原料とする従来のポリマーを代替していくことが期待されている。
【０００９】
特に、現在最も注目されているバイオマス利用のポリマーはポリ乳酸である。ポリ乳酸は植物から抽出したデンプンを発酵することにより得られる乳酸を原料としたポリマーであり、バイオマス利用のポリマーの中では力学特性、耐熱性、コストのバランスが最も優れており、一部の用途には使用されている。しかしながら、従来の合成繊維と比較すると力学特性や耐熱性に劣るという問題点がある。
【特許文献１】特開平０９−１４３８２１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００２/０７５０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決するもので、ポリ乳酸を一部に用いているにも関わらず、十分な導電性能と強度を有しており、高温雰囲気下での強度の低下が少なく、クリーンルーム用や医療用の作業用ユニフォーム等の衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び資材用途に好適であり、さらには電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシにも好適に用いることができる導電性複合繊維を提供することを技術的な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために検討した結果、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明は、ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、平均粒径１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成され、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状を呈している導電性複合繊維であって、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性複合繊維を要旨とするものである。
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の導電性複合繊維は、ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、導電性粒子を含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成されるものである。
【００１５】
本発明でいうポリ乳酸としては、ポリＤ−乳酸、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との共重合体であるポリＤＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との混合物（ステレオコンプレックス）、ポリＤ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＬ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＤ−乳酸又はポリＬ−乳酸と脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールとの共重合体、あるいはこれらのブレンド体を用いることができる。
【００１６】
そして、ポリ乳酸は、上記のようにＬ−乳酸とＤ−乳酸が単独で用いられているもの、もしくは併用されているものであるが、中でも融点が１５０℃以上であることが好ましい。
【００１７】
ポリ乳酸のホモポリマーであるＬ−乳酸やＤ−乳酸の融点は約１８０℃であるが、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体の場合、いずれかの成分の割合を１０モル％程度とすると、融点はおよそ１３０℃程度となる。
【００１８】
そこで、ポリ乳酸としては、ラクチドを原料として重合する時のＬ−乳酸やＤ−乳酸の含有割合で示されるＬ−乳酸とＤ−乳酸の含有比（モル比）であるＬ／Ｄ又はＤ／Ｌが、９０／１０以上のものが好ましく、中でも９５／５以上、さらには９７／３以上とすることが好ましい。
【００１９】
また、ポリ乳酸の中でも、上記したようなポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との混合物（ステレオコンプレックス）は、融点が200〜230℃と高く、高温雰囲気下での強度も高くなり、特に好ましい。
【００２０】
上記したポリ乳酸の数平均分子量（Ｍｎ）は特に限定されるものではないが、６００００以上、９００００以下が好ましい。ポリ乳酸のＭｎが６００００より小さい場合、溶融時に低粘度で製糸性が悪くなりやすい。また、ポリ乳酸の数平均分子量が９００００より大きいと溶融時に高粘度となり、製糸性が悪くなりやすい。
【００２１】
そして、本発明の導電性複合繊維は、ポリ乳酸中に特定の性能を有するカーボンブラックを含有させることで、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍの範囲となる導電性能を有するものとなる。
【００２２】
ポリ乳酸中に含有されるカーボンブラックは、ファーネスブラックやアセチレンブラック、ケッチェンブラック等、導電性を有する粉末体であれば特に限定するものではないが、分散性の観点からファーネスブラックが好ましい。
【００２３】
そして、カーボンブラックは平均粒子径が１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇであることが必要である。カーボンブラックを含有する繊維の電気抵抗値は、使用するカーボンブラックの導電特性とカーボンブラックの含有量（濃度）及びカーボンブラックを含有させる樹脂の特性により決定される。
【００２４】
まず、導電性能の高い繊維を得るには、カーボンブラックの平均粒子径が小さいことが好ましい。平均粒経が小さいほど被表面積が大きくなり、導電性能が向上するため、平均粒子径を３５ｎｍ以下とする。平均粒子径が３５ｎｍを超えると、カーボンブラックの分散性が悪くなり、操業性が悪化し、繊維の長さ方向に電気抵抗値のバラツキも大きいものとなる。
【００２５】
一方、平均粒子径が小さすぎると、凝集が発生しやすくなって操業性が悪くなるばかりでなく、下記に示すカーボンブラック粒子同士のつながりが良好に構成されず、繊維の長さ方向に電気抵抗値のバラツキが発生しやすくなるため、１５ｎｍ以上とする。
【００２６】
カーボンブラックは、カーボンブラック粒子同士のつながり（ストラクチャー）を構成しており、ストラクチャーが発達しているほど糸長方向の導電性能に優れ、電気抵抗値の低いものとなり、糸長方向に均一な電気抵抗値を示すものとなる。
【００２７】
そして、本発明ではポリ乳酸に含有させるのに適したカーボンブラックとして、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを使用する必要がある。
【００２８】
ＤＢＰ吸収量がこの範囲のカーボンブラックを使用すると、ポリ乳酸中でストラクチャーが良好に形成され、糸長方向の導電性能に優れたものとなる。ＤＢＰ吸収量が４０ｃｍ３／１００ｇ未満であると、ストラクチャーが良好に形成されないため、上記したような導電性能に優れたものとならない。一方、ＤＢＰ吸収量が１５０ｃｍ３／１００ｇを超えると、ストラクチャーが発達しすぎて、電気抵抗値が低くなりすぎ、操業性も著しく悪くなる。
【００２９】
そして、単糸中のカーボンブラックの含有量は１０〜２５質量％である。単糸中のカーボンブラックの含有量が１０質量％未満であると、導電性能が得られず、１×１０９〜９×１０１２Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。一方、２５質量％を超えると、電気抵抗値が低くなり、１×１０９〜９×１０１２Ω／ｃｍの範囲のものが得られない。さらには、操業性も著しく悪いものとなる。なお、本発明におけるカーボンブラックの平均粒子径は、電子顕微鏡による算術平均値により測定、算出するものである。
【００３０】
また、ＤＢＰ吸収量は、アブソープメーターを用いて、カーボンブラックにＤＢＰを添加したときの100ｇ当たりのＤＢＰ吸収量をJIS K6217により求める。
【００３１】
次に、非導電性成分のポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）等を用いることができ、これらを単独あるいはブレンドや共重合したものも用いることができる。
【００３２】
ＰＥＴの場合、共重合成分として、イソフタル酸（IPA）、シクロヘキサンジメタノール（CHDM）、シクロヘキサンジカルボン酸（CHDA）のうち少なくとも一成分を共重合したＰＥＴとすることが好ましい。
【００３３】
上記共重合成分を共重合したポリエステルとすることにより、導電性成分であるポリ乳酸との相溶性が向上するばかりでなく、重縮合反応時の反応温度を下げることができ、さらには、紡糸時の温度も下げることができる。このように、重縮合反応時、紡糸時のポリマーの熱分解反応を抑制することができるので、品位、耐熱性、耐湿熱性に優れた導電性複合繊維を得ることが可能となる。
【００３４】
中でも、ＩＰＡ、ＣＨＤＭ、ＣＨＤＡのうち少なくとも一成分を５〜２０モル％共重合した共重合ＰＥＴとすることが好ましい。共重合量が５モル％未満では、通常のポリエステルと比較して融点があまり下がらないので、重縮合反応温度、紡糸温度を低下させることができず、耐湿熱性の向上効果が不十分となりやすい。共重合量が２０モル％を超えると、繊維中の非晶領域が多くなるため、操業性が悪くなるばかりでなく、加水分解反応を受けやすい構造となるため、耐湿熱性能が低下しやすくなる。
【００３５】
また、ポリエステルの中でもＰＢＴ又はＰＴＴを用いることが好ましい。ＰＢＴやＰＴＴは非常に結晶性の高い樹脂であることから、加水分解反応を受けにくく、耐湿熱性能が高くなり、高温雰囲気下での強度保持率が高いものとなる。
【００３６】
さらに、導電性成分及び非導電性成分中には、本発明の効果を損なわない範囲で、他の共重合成分として、１，３−プロパンジオール、セバシン酸、ダイマー酸、ドデカン二酸、キシリレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール等を含有してもよい。
【００３７】
また、目的に応じて、ワックス類、ポリアルキレンオキシド類、各種界面活性剤、有機電解質等の分散剤や酸化防止剤、紫外線吸収剤等の安定剤、艶消剤、着色剤、顔料、流動性改善剤、その他の添加剤を加えることもできる。
【００３８】
導電性成分、非導電性成分ともに、耐湿熱性をさらに向上させるために末端封鎖剤を添加してもよい。末端封鎖剤の具体例としては、N,N'-ビス(2,6-ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドなどのカルボジイミド化合物、フェニルグリシジルエーテルなどのエポキシ化合物などが挙げられる。
【００３９】
次に、本発明の導電性複合繊維の複合形態について図面を用いて説明する。図１〜３は、本発明の導電性複合繊維の繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面形状を示す模式図である。
【００４０】
本発明の導電性複合繊維は、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出しているものである。
【００４１】
図１、２に示すような、導電性成分の一部が繊維表面に露出している形状のものや、図３に示すように、導電性成分が繊維表面の全体を覆っているもの、つまり、鞘部が導電性成分、芯部が非導電性成分の芯鞘形状のものが挙げられる。中でも耐熱性、耐湿熱性が要求される用途では、ポリ乳酸の導電性成分の露出面積の少ない図１、２の形状とすることが好ましい。また、これらの形状は、クラックの発生や脱落も生じにくいものである。
【００４２】
導電性成分の一部が繊維表面に露出し、繊維表面の一部を導電性成分が覆っている形状のものとしては、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、略三角形状の導電性成分が非導電性成分中に存在しており、導電性成分の一部（略三角形状の一辺）が繊維表面に露出しているようなものが挙げられる。導電性成分の形状は特に限定されるものではなく、四角形や半円形状のものであってもよい。
【００４３】
図１（ａ）は、導電性成分の数が１個で繊維表面に露出している箇所が１箇所であるもの、（ｂ）は導電性成分の数が２個で繊維表面に露出している箇所が２箇所、（ｃ）は導電性成分の数が３個で繊維表面に露出している箇所が３箇所、（ｄ）は導電性成分の数が４個で繊維表面に露出している箇所が４箇所であるものの例である。
【００４４】
導電性成分の繊維表面に露出している箇所は２〜２０箇所が好ましく、中でも３〜８箇所であることが好ましい。導電性成分の繊維表面に露出している箇所が１箇所であると、ポリ乳酸が繊維表面に露出している部分が多く、耐熱性、耐湿熱処理に劣るばかりでなく、着用等による負荷を受けた時にクラックが生じたり、破損、脱落すると、導電性能が不十分となり、当初の導電性能を維持できなくなる場合がある。
一方、導電性成分の繊維表面に露出している箇所が２０箇所を超える場合は、湿熱処理後のクラックや脱落が生じやすくなる。
【００４５】
さらに、本発明の導電性複合繊維の形状として、導電性成分の繊維表面に露出している部分が２箇所以上あり、かつ導電性成分が繊維中心部付近を連通する形状を呈していることが好ましい。その一例としては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようなものが挙げられる。
【００４６】
図２（ａ）は、導電性成分が繊維の中心部付近を通って一直線状に配置されているものであり、繊維表面に露出している部分が２箇所のものである。（ｂ）は、導電性成分が繊維の中心部付近を通って三方に分かれた形状に配置されており、繊維表面に露出している部分が３箇所のものである。（ｃ）は、導電性成分が繊維の中心部付近を通って十字形状に配置されており、繊維表面に露出している部分が４箇所のものである。
【００４７】
このように、導電性成分が繊維中心部付近を連通し、かつ繊維表面に２箇所以上露出していることにより、繊維表面に多数の導電性の接点が存在し、かつそれらの接点間が中心部を介して導通することにより電気の流れが多方向で可能となるので、導電性に優れた繊維とすることができる。このため、中でも導電性成分の繊維表面に露出している部分が３箇所以上とすることが好ましい。
【００４８】
また、本発明の導電性複合繊維においては、非導電性成分と導電性成分の複合比率は、非導電性成分が４０〜９０質量％、導電性成分が６０〜１０質量％とすることが好ましく、より好ましくは非導電性成分が５０〜７０質量％、導電性成分が５０〜３０質量％である。導電性成分の複合比率が１０質量％未満では、導電性性能が十分でない場合が生じる。一方、導電性成分の複合比率が４０質量％を超えると、強伸度特性等の糸質性能が劣ったり、操業時のトラブルや滅菌処理後のクラックが生じやすくなる。
【００４９】
そして、本発明の導電性複合繊維は、導電性能として、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであり、中でも１×１０10Ω／ｃｍ〜１×１０12Ω／ｃｍであることが好ましい。複合繊維の電気抵抗値が９×１０12Ω／ｃｍを超えると、使用する用途によっては、導電性能が不十分となる。導電性複合繊維の電気抵抗値が９×１０12Ω／ｃｍ以下であると、得られた織編物を通常の環境下で使用した場合に、織編物の帯電をほとんどなくすことが可能となる。
【００５０】
一方、１×１０９Ω／ｃｍ未満にしようとすると、導電性粒子をポリ乳酸中に多量に含有させることが必要となり、繊維物性に悪影響を及ぼすばかりか、紡糸、延伸時にトラブルが生じやすくなる。
【００５１】
なお、本発明における導電性複合繊維の電気抵抗値は、ＡＡＴＣＣ７６法により以下のようにして測定するものである。導電性複合繊維（マルチフィラメントもしくは単糸のいずれでもよい）を長さ方向に１５ｃｍ程度にカットして、１０サンプルを採取する。このサンプルの両端の表面にケラチンクリームを塗布し、この表面部分を金属端子に接続し、試料測定長１０ｃｍにて、５０Ｖの直流電流を印加して電流値を測定し、下記式で電気抵抗値を算出する。算出した１０個のサンプルの電気抵抗値の相加平均値とする。
電気抵抗値＝Ｅ／（Ｉ×Ｌ）
Ｅ：電圧（Ｖ） Ｉ：測定電流（Ａ） Ｌ：測定長（cm）
【００５２】
次に、本発明の導電性複合繊維の高温雰囲気下での強度保持性能について説明する。
本発明では、２５℃雰囲気下における強度を１００％としたとき、１２０℃雰囲気下における強度が２５℃雰囲気下における強度の４０％以上であることが必要である。つまり、１２０℃雰囲気下での強度保持率が４０％以上である。
【００５３】
導電性複合繊維の強度は、オリエンテック社製引っ張り試験機にて、糸長１００ｍｍとし、引っ張り試験機のサンプル把持部を囲うように設置された恒温層内にて２５℃雰囲気下での強度を測定する。その後恒温層内の温度を１２０℃とした後、１２０℃雰囲気下での強度を測定する。なお、測定時には、恒温層内の温度が２５℃又は１２０℃となった後、サンプルを１分間保持した後測定するものとする。
【００５４】
測定した強度より、以下の式を用いて強度保持率を算出する。
強度保持率（％）＝｛〔１２０℃雰囲気下での強度（ｃN/dtex）〕／〔２５℃雰囲気下での強度（ｃN/dtex）〕｝×100
【００５５】
本発明の導電性複合繊維は、ポリ乳酸とポリエステル樹脂からなる複合繊維とし、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状であることにより、高温下での強度保持率を４０％以上とすることができ、さらには５０％以上であることが好ましい。
【００５６】
強度保持率が４０％未満であると、衣料用途であれば洗濯時、あるいはアイロン時、産業資材用途では、高温高湿下にさらされている間に、強度の低下が大きくなり、 繊維が切断したり、品位が悪くなる。さらにはそれに起因して導電性能も低下する。なお、通常のポリ乳酸のみからなる繊維では、高温雰囲気下での強度保持率は１０％以下となる。
【００５７】
本発明の導電性複合繊維は、複数本からなるマルチフィラメントとしても、単糸のみで用いるモノフィラメントとしてもよく、また、長繊維でも短繊維としてもよい。
【００５８】
次に、本発明の導電性複合繊維の製造方法について説明する。
導電性成分にはポリ乳酸を使用し、非導電性成分には通常の重縮合反応を行うことにより得られたポリエステル樹脂を用いる。両ポリマーをそれぞれ乾燥等の処理を行ってチップ化し、通常の二成分系の複合溶融紡糸装置を用いて複合紡糸する。このとき、非導電性成分や導電性成分の形状や配置位置については、紡糸口金形状を種々変更することにより、所望の断面形状の複合繊維とする。そして、得られた糸条を延伸、熱処理することによって、本発明の導電性複合繊維を得ることができる。
なお、導電性成分を得る方法としては、ベースとなるポリマーの重合段階で導電性粒子を添加する方法や、ポリマーの溶融混練時に導電性粒子を添加する方法があるが、溶融混練時に添加する方法が好ましい。
【発明の効果】
【００５９】
本発明の導電性複合繊維は、十分な導電性能と強度を有しており、かつ高温雰囲気下での強度の低下が少ない。このため、制電効果を求められ、かつ滅菌処理等の湿熱処理を繰り返し行う必要のあるクリーンルーム用や医療用の作業用ユニフォーム等の衣料用途や、カーテンなどのインテリア用途及び産業資材用途のみならず、電子写真記録方式の乾式複写機やファクシミリ、プリンター等に用いられる帯電ブラシ、クリーナーブラシとして好適に用いることができる。
【実施例】
【００６０】
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例中の各種の値の測定及び評価は以下のように行った。
１．導電性複合繊維の電気抵抗値
前記した方法に従って、測定、算出した。
２．２５℃雰囲気下及び１２０℃雰囲気下での強度及び強度保持率
前記した方法に従って、測定、算出した。
３．紡糸操業性
24時間連続して紡糸を行い、この間の切れ糸回数により以下の３段階で評価した。
○：切糸なし
△：切糸回数１〜２回
×：切糸回数３回以上
【００６１】
実施例１
非導電性成分として、ＩＰＡが10モル％共重合された相対粘度（フェノールと四塩化エタンとの等質量混合液を溶媒とし、温度20℃で測定した）1.48、融点230℃のＰＥＴを用い、常法によりチップ化した。導電性成分として、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の含有比であるＬ／Ｄが98.7／1.3であり、数平均分子量88200、相対粘度1.87、融点170℃のポリ乳酸に、導電性粒子として、平均粒径２０ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が８０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラック（導電性成分中の１７質量％となる量含有させる）を溶融混練したものを用いた。通常の複合紡糸装置に導電性成分と非導電性成分を供給し、繊維の横断面形状が図１（ｃ）となるように設計された紡糸口金を用いて、紡糸温度250℃、導電性成分の複合比率２０質量％となるようにして溶融紡糸した。紡出した糸条を冷却し、オイリングしながら３０００ｍ／分の速度で巻き取り、42dtex／2ｆの未延伸糸を得た。
この未延伸糸を９０℃の熱ローラを介して１．５０倍に延伸し、さらに、１４０℃のヒートプレートで熱処理を行った後に巻き取り、図１（ｃ）の断面形状を呈する２８dtex／２ｆの導電性複合繊維を得た。
【００６２】
実施例２〜３、比較例１〜４
カーボンブラックの平均粒径とＤＢＰ吸収量を表１に示す値のものに変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６３】
実施例４、比較例５〜６
導電性成分中のカーボンブラックの含有量を表１に示す値に変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６４】
実施例５
非導電性成分として、CHDMが１０モル％共重合された、相対粘度1.46、融点230℃のＰＥＴを使用した以外は実施例１と同様に行った。
【００６５】
実施例６
非導電性成分として、相対粘度1.58、融点230℃のＰＢＴ（実質的にブチレンテレフタレート繰り返し単位が100モル％のもの）を使用した以外は実施例１と同様に行った。
【００６６】
実施例７
非導電性成分として、相対粘度1.58、融点225℃のＰＰＴ（実質的にプロピレンテレフタレート繰り返し単位が100モル％のもの）を使用した以外は実施例１と同様に行った。
【００６７】
実施例８〜９
複合比率及び横断面形状を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様に行った。
【００６８】
比較例７
非導電性成分として、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の含有比であるＬ／Ｄが98.7／1.3であり、数平均分子量88200、相対粘度1.87、融点170℃であるポリ乳酸を用いて２２０℃で溶融紡糸し、紡出した糸条を冷却し、オイリングしながら３０００ｍ／分の速度で巻き取り、36dtex／2ｆの未延伸糸を得、この未延伸糸を９０℃の熱ローラを介して１．３倍に延伸した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６９】
実施例１〜９、比較例１〜７で得られた導電性複合繊維の各種の値の測定結果、評価結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１から明らかなように、実施例１〜９の導電性複合繊維は、目的とする電気抵抗値が得られ、高温雰囲気下での強度保持率も良好なものであった。また紡糸操業性にも優れていた。
一方、比較例１の導電性複合繊維は、カーボンブラックの平均粒径が大きいために紡糸操業性が非常に悪く、導電性複合繊維を得ることができなかった。比較例２の導電性複合繊維は、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量が高いため、電気抵抗値が非常に低く、また、紡糸操業性も悪いものであった。比較例３の導電性複合繊維は、カーボンブラックの平均粒経が小さすぎたため、二次凝集により紡糸性が非常に悪く、繊維を得ることができなかった。比較例４の導電性複合繊維は、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量が低すぎたため、電気抵抗値を測定することができなかった。比較例５の導電性複合繊維は、導電成分中のカーボンブラック含有量が少ないため、電気抵抗値を測定することができなかった。比較例６の導電性複合繊維は、導電成分中のカーボンブラック含有量が多すぎたため、得られた導電性複合繊維の電気抵抗値が非常に低くなり、紡糸操業性も悪いものであった。比較例７の導電性複合繊維は、導電成分及び、非導電成分共にポリ乳酸からなるものであるため、高温雰囲気下での強度保持率は著しく低いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の導電性複合繊維の一実施態様を示す、繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面模式図である。
【図２】本発明の導電性複合繊維の他の実施態様を示す、繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面模式図である。
【図３】本発明の導電性複合繊維の他の実施態様を示す、繊維の長手方向に対して垂直に切断した横断面模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、平均粒径１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成され、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状を呈している導電性複合繊維であって、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性複合繊維。
【請求項２】
ポリエステル樹脂が、イソフタル酸、シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジカルボン酸のうち少なくとも一成分を５〜２０モル％共重合したポリエチレンテレフタレートである請求項１記載の導電性複合繊維。
【請求項３】
ポリエステル樹脂が、ポリブチレンテレフタレートである請求項１記載の導電性複合繊維。
【請求項４】
ポリエステル樹脂が、ポリプロピレンテレフタレートである請求項１記載の導電性複合繊維。
【請求項５】
１２０℃雰囲気下で測定した強度が、２５℃雰囲気下で測定した強度の４０％以上（強度保持率４０％以上）である請求項１〜４いずれかに記載の導電性複合繊維。
【請求項１】
ポリエステル樹脂からなる非導電性成分と、平均粒径１５〜３５ｎｍ、ＤＢＰ吸収量が４０〜１５０ｃｍ３／１００ｇのカーボンブラックを１０〜２５質量％含有するポリ乳酸からなる導電性成分とで構成され、導電性成分の少なくとも一部が繊維表面に露出している形状を呈している導電性複合繊維であって、電気抵抗値が１×１０９Ω／ｃｍ〜９×１０12Ω／ｃｍであることを特徴とする導電性複合繊維。
【請求項２】
ポリエステル樹脂が、イソフタル酸、シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジカルボン酸のうち少なくとも一成分を５〜２０モル％共重合したポリエチレンテレフタレートである請求項１記載の導電性複合繊維。
【請求項３】
ポリエステル樹脂が、ポリブチレンテレフタレートである請求項１記載の導電性複合繊維。
【請求項４】
ポリエステル樹脂が、ポリプロピレンテレフタレートである請求項１記載の導電性複合繊維。
【請求項５】
１２０℃雰囲気下で測定した強度が、２５℃雰囲気下で測定した強度の４０％以上（強度保持率４０％以上）である請求項１〜４いずれかに記載の導電性複合繊維。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１９６０７３（Ｐ２００８−１９６０７３Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２１２９（Ｐ２００７−３２１２９）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（０００２２８０７３）日本エステル株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（０００２２８０７３）日本エステル株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
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