JP2010168697A

JP2010168697A - 導電性複合繊維

Info

Publication number: JP2010168697A
Application number: JP2009013065A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshikawa; 宏紀吉川
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【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、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有すると共に、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置に用いた場合に、ブラシ端部における導電性繊維先端部の繊維密度を実質的に高めることが可能で、斑の少ない導電性複合繊維を提供する。
【解決手段】導電性微粒子を含有するポリ乳酸からなる芯成分が、熱可塑性重合体からなる非導電性の鞘成分によって完全に被覆された導電性複合繊維であって、芯成分が２以上の鋭利な突起を有する断面形状を有しているとともに、鞘成分外周部と芯成分外周部とにより形成される非導電性成分の最小厚さＶｉが０．５〜５μｍである導電性複合繊維。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性粒子を含有するポリ乳酸を芯成分、熱可塑性重合体からなる非導電性成分を鞘成分とする導電性複合繊維であって、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有すると共に、レーザープリンター等の画像形成装置に用いるブラシ用に好適な導電性複合繊維及びそれを用いた導電性ブラシに関するものである。

ポリエチレン、ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂は繊維製品として多くの用途に使用されているが、制電性に乏しいため帯電しやすいという欠点があり、そのため導電性繊維に関する多くの研究がなされてきた。

その一つの方法として、繊維表面に導電性物質をコーティングする方法があり、このようにして得られた導電性繊維は初期の導電性能は良好であるが、着用時の耐摩耗性、さらには耐洗濯性、耐薬品性が不十分であるため、防塵衣等に使用した場合に発塵源となってしまうという問題があった。

また、導電性物質の粉末を熱可塑性樹脂中に分散させて芯成分とし、繊維形成性の熱可塑性樹脂を鞘成分として被覆して芯鞘形成繊維とした後、高電圧で放電加工する方法（例えば、特開昭６３−２１９６２４号公報など）がある。該複合繊維においては、芯成分が鞘成分で覆われていない場合には製糸・製織工程における毛羽、糸導ガイド類の磨耗、使用中に導電性物質が脱落して機能が低下するなどのトラブル発生の原因となっている。

さらに、画像形成装置において、例えば帯電ドラムや除電ドラムへの通電媒体としては上記導電性繊維を含む導電ブラシが用いられ、この場合、ブラシの先端部がより均一な接触を行うようにすることが極めて重要となるが、これを実現する方法は未だ見出されていない。また、感光体上の残留トナーを除去するために設けられるクリーニングブラシ等にこれらの導電性繊維を使用した場合にも、感光体へのブラシの接触が均一ではないために残留トナーが残り、性能が悪化するという問題があった。

一方、このようなポリエチレン、ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂を用いた合成繊維は、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。

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。

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。
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。

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。

導電性カーボンを含有するポリ乳酸とポリエステル樹脂とで構成される導電性複合繊維が提案されている（例えば、特開２００８−１９６０７３号公報など）。該複合繊維においては、導電性成分の一部を繊維表面に露出させているために、製糸・製織工程における毛羽、糸導ガイド類の磨耗、使用中に導電性物質が脱落して機能が低下するなどの問題がある。

特開昭６３−２１９６２４号公報特開２００８−１９６０７３号公報

本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解決し、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、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有すると共に、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置に用いた場合に、ブラシ端部における導電性繊維先端部の繊維密度を実質的に高めることが可能で、斑の少ない導電性複合繊維を提供することにある。

本発明者等は上記目的を達成するため鋭意検討した結果、導電性物質の粉末をポリ乳酸中に分散させて芯成分とし、繊維形成性の熱可塑性樹脂を鞘成分として被覆した芯鞘型複合繊維の芯形状を異型とすることで、所望の導電性複合繊維が得られることを究明し、本発明に到達した。

かくして本発明によれば、
導電性微粒子を含有するポリ乳酸からなる芯成分が、熱可塑性重合体からなる非導電性の鞘成分によって完全に被覆された導電性複合繊維であって芯成分が２以上の鋭利な突起を有する断面形状を有しているとともに、鞘成分外周部と芯成分外周部とにより形成される非導電性成分の最小厚さＶｉが０．５〜５μｍであることを特徴とする導電性複合繊維が提供される。

本発明によれば、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有すると共に、ブラシに用いられた場合、その端部における繊維密度を実質的に高めることが可能で、斑の少ない導電性複合繊維が得られるので、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置に好適に使用できる。

本発明の導電性複合繊維の、繊維断面形状の例を説明するための断面図。本発明の導電性複合繊維の、他の実施形態での繊維断面形状の例を説明するための断面図。本発明の導電性ブラシを構成するパイル布帛の一例を示す斜視図。本発明の導電性ブラシを構成するパイル布帛断面の一例を示す正面図と側面図。本発明の導電性ブラシの作成例を示す側面図。

本発明の導電性繊維の芯成分は導電性物質を含有するものであるが、該導電性物質としては、導電性カーボンブラック、導電性金属化合物などの公知のものを使用することができる。導電性カーボンブラックの種類としては、例えばオイルファーネス系の“ケッチェンブラックＥＣ”（日本ＥＣ社製）、“コンダクテックス９７５”、“コンダクテックスＳＣ”（コロンビアン社製）やアセチレン系の“デンカブラック”（デンカ社製）等公知の導電性カーボンブラックの他、サーマルブラック、チャネルブラック、ケッチェンブラックなどが使用できる。

他方導電性金属化合物としては、金属粒子または金属酸化物もしくは金属化合物の粒子、あるいは、これらの皮膜を有する粒子を用いることができる。金属粒子としては、銀、ニッケル、銅、鉄、アルミニウムあるいはこれらの合金があげられる。金属酸化物や金属酸化物皮膜を有する粒子としては、アンチモン酸化物を第２成分として混合焼成した酸化錫、アルミニウム酸化物を第２成分とした酸化亜鉛、前記酸化錫や酸化亜鉛等の導電性酸化物の皮膜を有する酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の無機粒子が使用できる。金属酸化物としては、ヨウ化銅、硫化銅、硫化亜鉛、硫化カドミニウムなどを用いることができる。中でも、白色性に優れた酸化第二錫や酸化亜鉛が好ましく例示される。なおここでいう酸化第二錫には、少量のアンチモン化合物を含む酸化第二錫、酸化チタン粒子の表面に酸化第二錫をコーティングした導電性金属複合体も含まれる。また、酸化亜鉛には、少量の酸化アルミニウム、酸化リチウム、酸化インジウムなどを含む酸化亜鉛も含まれる。これらの導電性物質は、通常微粉末としてマトリックスポリマーに分散して用いられる。

これら導電性物質の配合率は、粒子の種類、粒子径、導電性およびマトリックスポリマーの性質や結晶性などによって変わるが、通常は１５〜８０重量％が好ましい。該配合量が少なすぎる場合は導電性が低下しがちであり、多すぎる場合はポリマー中への均一分散が困難となり製糸性も低下する傾向がある。

芯成分を構成するポリ乳酸としては、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を用いることができる。
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。

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。
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。

上記したポリ乳酸の重量平均分子量（Ｍｗ）は特に限定されるものではないが、６００００以上、２０００００以下が好ましい。ポリ乳酸のＭｗ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２０００００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。

鞘成分として用いられる熱可塑性重合体としてはポリエステル、ポリオレフィン、またはその共重合物が好ましくポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。また、芯鞘成分のポリマー中に有機スルホン酸、またはその金属塩、有機リン酸またはその金属塩などの界面活性剤を含むポリアルキレングリコール、ブロックポリエーテルエステル、ブロックポリエーテルアミドなどの有機制電性成分を５％以下分散させてもよい。

本発明の複合繊維は、その断面形状が、図１の（イ）〜（ニ）に例示するように、芯成分が２以上の鋭利な突起を有する断面形状を有することを特徴とする。
すなわち、本発明の複合繊維は、異型断面にすることによって、導電部を表層に近づけ、繊維の断面導電性および表面導電性を向上させると共に、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有し、またブラシに用いられた場合、その端部における繊維密度を実質的に高めることが可能となる。

さらに、本発明においては、鋭利な突起により形成される芯成分外周部と鞘成分外周部とにより形成される非導電性成分の最小厚さＶｉが０．５〜５μｍである必要がある。
非導電性成分の最小厚さＶｉが０．５μｍより小さい場合には、芯と鞘が剥離したり、鞘成分が芯成分を被覆していない部分が生じて導電性物質が脱落し、導電性能が低下したり汚染の原因となるなどの問題が生じる。一方、非導電性成分の最小厚さＶｉが５μｍより大きい場合には、導電性が低下し、導電性ブラシとして十分な機能を発揮しない。

上記複合繊維断面において、芯成分（Ａ）の占める面積は５〜３０％が好ましい。該面積が５％より小さいときは、制電性が劣る場合があり、一方、該面積が３０％を超える場合と繊維の力学的特性、耐発塵性、耐久性が低下する場合がある。

本発明の導電性ポリエステル繊維を用いて導電性ブラシを製造するには、まず、該繊維をパイル糸としたパイル布帛を製造する。パイル布帛の製造方法としては、それ自体公知の方法を用いて製造することができる。例えば、パイル織物の場合、図３に示すモケット・ベルベットのような生地を公知の方法で製造することができる。この場合、導電性複合繊維は少なくともパイル糸のみに使用すればよい。一方、パイル編物の場合は、ダブルラッセル・トリコットのような生地を公知の方法により製造することができる。なお、パイル布帛を製造する際、２種以上の繊維を併用することもでき、例えば、導電性ブラシの性能が損なわれない範囲で、本発明の導電性複合繊維に通常のポリエステル繊維を加えてパイル布帛を製造してもよい。

図３〜５は本発明の導電性複合繊維を用いた導電性ブラシの例を示すもので、図３は導電性ブラシを構成するパイル布帛の一例を示す斜視図、図４は導電性ブラシを構成するパイル布帛断面の一例を示す正面図と側面図、図５は本発明の導電性ブラシの一例を示す側面図である。図４中の１はパイル布帛のタテ糸、２はヨコ糸、３は基布であり、４は必要に応じて施されるコーティング層、５はパイル糸である。また、図５中の６はパイル布帛、７は支柱を示す。

本発明の導電性ブラシを製造するには、例えば図４のように、上記方法で製造されたパイル布帛の生地を、支柱に螺旋状に巻きつけてブラシ形状とする。その後、立毛処理、シャーリング処理を行い、画像形成装置用の導電性ブラシとすることができる。また、パイル布帛を平面に固定した導電性ブラシとしてもよい。

導電性ブラシにおける導電性複合繊維の断面電気抵抗値（温度２０℃、湿度４０〜７０％ＲＨ）は、１０^２〜１０^１１Ω／ｃｍがよい。好ましくは、温度２５℃、湿度４０％ＲＨで、１０^８〜１０^１０Ω／ｃｍがよい。画像形成装置の種類によりも異なるが、これより低くても高くても均一な帯電、除電、クリーニング効果が得難くなり好ましくない。

本発明の導電性複合繊維からなるパイル糸は、上記の条件を満たすので、例えば、特にレーザープリンター等の画像形成装置に好適に用いることができる導電性ブラシとして十分な機能を発揮する。

以下、実施例を挙げて本発明の構成および効果をさらに詳細に説明する。なお、実施例における物性は下記の方法で測定したものである。

（イ）断面間内部電気抵抗値
繊維軸方向の長さが１０ｃｍとなるよう両端を横断面方向にカットした繊維の該両断面にＡｇドウタイト（銀粒子含有の導電性樹脂塗料、藤倉工業製）を付着させた試料を電気絶縁性ポリエチレンテレフタレートフイルム上で、温度２５℃、相対湿度４０％の条件下で１．７ｋＶの直流電圧を該Ａｇドウタイト付着面を使って印加して両断面間に流れる電流値を求め、オームの法則により電気抵抗値Ω／ｃｍを算出した。

（ロ）導電性ブラシの耐久性
ＪＩＳＬ１０９６８．１７．３Ｃ法（テーパー刑法）の摩擦強さ試験で、荷重４．９０Ｎ、磨耗輪Ｎｏ．ＣＳ−１７、摩擦回数５００回とし、導電性ブラシの磨耗耐久性を測定した。表面を白色綿布で拭きとった時綿布へのカーボンの色移行により評価した。
Ａ：ほとんど色移行せず良好
Ｂ：やや色移行する。
Ｃ：黒くなり色落ち大

［実施例１］
導電性カーボンブラック１７．５重量部、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の含有比であるＬ／Ｄが９８．７／１．３のポリ乳酸８２．５重量部からなる導電性樹脂組成物を芯成分とし、ポリエチレンテレフタレートを鞘成分として用いて、図１の（ロ）に示す断面形状を有する芯鞘型複合繊維を溶融紡糸により紡出した後、１．９倍に延伸して２５０ｄｔｅｘ／４０フィラメントのマルチフィラメントヤーンを得た。得られた繊維の性能を表１に示す。
次に、この繊維をパイル糸に使用したパイル織物（ベルベット）を製造し、導電性ブラシを作成した。この際、パイル織物は、パイル密度を５，０００本／ｃｍ²、パイル長を５ｍｍに設計した。その結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において、繊維断面形状を図２の（イ）に示すように導電性成分が繊維表面に露出するように変更した以外は実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。

本発明によれば、芯成分が表面に出ていないため導電部分の脱落等のトラブルがなく、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有しているので、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置に好適に使用できる。

Ｖｉ非導電性成分の最小厚さ
１タテ糸
２ヨコ糸
３基布
４コーティング層
５パイル糸
６パイル布帛
７支柱

Claims

導電性微粒子を含有するポリ乳酸からなる芯成分が、熱可塑性重合体からなる非導電性の鞘成分によって完全に被覆された導電性複合繊維であって、芯成分が２以上の鋭利な突起を有する断面形状を有しているとともに、鞘成分外周部と芯成分外周部とにより形成される非導電性成分の最小厚さＶｉが０．５〜５μｍであることを特徴とする導電性複合繊維。
熱可塑性重合体が、主として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１〜２いずれかに記載の導電性複合繊維を含むことを特徴とする電子写真式画像形成装置の導電性ブラシ。