CN109819655A - 导电性弹性体组合物、以及使用该导电性弹性体组合物的导电性片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种兼具优越的导电性和伸张性的导电性弹性体组合物、以及使用该导电性弹性体组合物的导电性片。导电性弹性体组合物含有氟弹性体、平均粒径为1～10μm的金属填料、包含以通式（I）表示的咪唑鎓类离子（其中，式（I）中，R表示分别独立选择的碳数1～10的烷基（alkyl））和四氟硼酸盐离子的离子液体、交联剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电性弹性体组合物、以及使用该导电性弹性体组合物的导电性片。
背景技术
随着手表、腕带、戒指、眼镜、衣服等带有信息终端功能的可穿戴终端的普及、机器人终端的普及，要求有一种具有能够适应动态使用方式的伸张性的电缆等。但是，在使用以往的导电性组合物的电缆等中，动态使用方式下导通可能会被阻断。
针对上述问题，例如专利文献1中公开了一种含有环氧树脂、固化剂、碳纳米管、离子液体的材料。但是，碳纳米管的电阻值高，导电性和伸张时导通的保持还有进一步改善的余地。另外，碳纳米管被指出有致癌性，其使用时需要用于防止飞散的专用设备，制造成本很高。另外，专利文献1所涉及的发明中，在环氧树脂聚合进行交联时，离子液体与环氧树脂反应而被取入交联结构，因此难以获得由于含有离子液体而带来的导电性的提高效果。
专利文献2中公开了一种含有氟树脂（A）、氟橡胶（B）、离子液体（C）、以及导电性填料（D）的高分子致动器元件用电极膜。
另外，专利文献3中公开了一种导电性含氟聚合物组合物，该导电性含氟聚合物组合物的特征在于：含有含氟聚合物、纳米碳材料和离子液体，含氟聚合物包含以通式CH2＝CFRf1（式中Rf1是碳数1～12的直链或支链的氟烷基）表示的含氟乙烯单体（M）的结构单元M，结构单元M相对于全部结构单元来说为0.1～100mol％。
但是，专利文献2的用途为致动器元件用电极膜，其所需的导电性等特性与用于线路的特性差异很大。且专利文献2、3所涉及的发明都将碳纳米管用作导电性填料，难以获得优越的导电性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2014－114420号公报；
专利文献2：国际公开2010／113416号公报；
专利文献3：日本专利公开2015－140400号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明有鉴于上述内容，其目的在于提供一种兼具优越的导电性和伸张性的导电性弹性体组合物、以及使用该导电性弹性体组合物的导电性片。
解决技术问题的技术手段
为解决上述技术问题，本发明的导电性弹性体组合物含有氟弹性体、平均粒径为1～10μm的金属填料、包含通式（I）表示的咪唑鎓类离子和四氟硼酸盐离子的离子液体、交联剂。
[化1]
其中，式（I）中，R表示分别独立选择的碳数1～10的烷基（alkyl）。
上述离子液体的含有量相对于100质量份氟弹性体可为0.1～3质量份。
上述金属填料的含有量相对于100质量份氟弹性体可为40～250质量份。
上述金属填料可为树突形状。
上述金属填料可为从由金粉、银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、以及银包铜合金粉构成的群中选择的至少1种。
上述交联剂可为过氧化物类交联剂。
上述氟弹性体可为含有作为结构单体的、从由偏二氟乙烯、四氟乙烯、以及六氟丙烯构成的群中选择的至少1种。
本发明的导电性片为由上述导电性弹性体组合物交联而成。
发明效果
通过本发明所涉及的导电性弹性体组合物能够获得兼具优越的导电性和伸张性的、伸张时也能保持导通的导电性片。
附图说明
[图1]表示比较例1及实施例2～6的导电性片的伸张率和表面电阻值的关系的图表。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行更具体的说明。
本实施方式所涉及的导电性弹性体组合物含有氟弹性体、平均粒径为1～10μm的金属填料、包含通式（I）表示的咪唑鎓类离子和四氟硼酸盐离子（BF4 -）的离子液体、交联剂。
[化2]
其中，式（I）中，R表示分别独立选择的碳数1～10的烷基（alkyl）。
本实施方式中的氟弹性体只要分子中含有氟原子就无特别限定，优选为含有作为结构单体的偏二氟乙烯、四氟乙烯（TFE）、三氟氯乙烯（CTFE）、三氟乙烯、六氟丙烯（HFP）、三氟丙烯、四氟丙烯、五氟丙烯、三氟丁烯、四氟异丁烯、以及全氟（烷基乙烯基醚）（PAVE）等含氟单体，更优选为含有作为结构单体的、从由偏二氟乙烯、四氟乙烯、以及六氟丙烯构成的群中选择的至少1种，进一步优选为含有作为结构单体的偏二氟乙烯、四氟乙烯、以及六氟丙烯。这种氟弹性体能够使用市场销售的，例如能够列举出苏威 苏莱克斯（SOLVAYSolexis）公司制“TecnoflonP－457”等。
使用后述交联剂使上述氟弹性体交联而成的橡胶在分子内具有极性。因此，对将导电性弹性体组合物硫化成型而成的导电性片通电时，能够辅助配混的金属填料之间的电子的流动，能够获得优越的导电性。通过选择比较而言极性相近的氟弹性体和离子液体能够易于获得针对氟弹性体的离子液体的优越的分散性，也难以渗出。
本实施方式中的交联剂无特别限定，优选为过氧化物类交联剂，具体而言，能列举出过氧缩酮（peroxyketal）、二烷基过氧化物、过酸烷基酯（Alkylperoxyester）、过氧化氢、过氧碳酸酯（peroxycarbonate）等，更具体而言，能列举出过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧基）己烷、2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧基）-3-己炔、二（叔丁基过氧化异丙基）苯、过氧化叔丁基异丙苯、1,1-二（叔丁基过氧基）-3,3,5-三甲基环己烷、正丁基-4,4-二（叔丁基过氧基）戊酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧基异丙基碳酸酯、叔丁基过氧基-2-乙基己基碳酸酯、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化氢等，上述物质能够使用某1种或2种以上。另外，也可以一并配混助交联剂，具体而言，能列举出二甲基丙烯酸乙二醇酯、间苯撑双马来酰亚胺、氧化锌、三烯丙基异氰脲酸酯等，这些能够使用某1种或2种以上。
交联剂的含有量（并用2种以上时为合计量）无特别限定，相对于100质量份氟弹性体，优选为0.1～10质量份，更优选为1～10质量份，进一步优选为1～5质量份。
助交联剂的含有量（并用2种以上时为合计量）无特别限定，相对于100质量份氟弹性体，优选为0.1～10质量份，更优选为1～10质量份，进一步优选为1～5质量份。
弹性体的交联剂一般会使用硫磺，但是硫磺可能会腐蚀金属填料，因此本实施方式的导电性弹性体组合物优选为实质上不含硫磺。在此，“实质上不含”指的是由于其的含有不能确认到有意义的作用效果的范围的含有量，通常相对于100质量份氟弹性体为不足1质量份，优选为不足0.1质量份。
本实施方式中的金属填料的平均粒径只要为1～10μm的话就无特别限定，优选为1～7μm，进一步优选为2～6μm。通过为1μm以上能易于获得优越的分散性，通过为10μm以下能易于获得优越的导电性。在此，在本说明书中，平均粒径意味着通过激光衍射/散射法获得的粒度分布中累计值50％处的粒径（一次粒径）。
上述金属填料无特别限定，优选为金粉、银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、或银包铜合金粉，出于削减成本的观点，更优选为银包铜粉或银包铜合金粉。银包铜粉可以含有铜粉和被覆该铜粉的银含有层，银包铜合金粉可以含有铜合金粉和被覆该铜合金粉的银含有层。另外，铜合金粉中，镍的含有量可为0.5～20质量％，且锌的含有量可为1～20质量％。在上述范围内包含镍和锌，剩余的部分由铜构成，剩余的部分的铜也可以包含不可避免的杂质。
银被覆量优选为在银包铜粉或银包铜合金粉中的比例为1～30质量％，更优选为3～20质量％。银被覆量为1质量％以上的话，能够抑制交联剂带来的腐蚀作用，银被覆层为30质量％以下的话，能够维持优越的导电性，并且与银粉相比较来说能够削减成本。
上述金属填料的形状无特别限定，能够列举出薄片状（鳞片状）、树突形状（树枝状）、球状、纤维状、不定形（多面体）等，从伸张时易于获得优越的导电性的观点出发，优选为树突形状。
在此，树突形状指的是具有从粒子表面突出的1个以上的树枝状突起的形状，可以仅为无分支的主枝，也可以为分枝部分从主枝分支出去以平面状或三维生长而成的形状。
上述金属填料的含有量（并用2种以上时为合计量）无特别限定，相对于100质量份氟弹性体，优选为40～250质量份，更优选为60～200质量份，进一步优选为80～200质量份。通过为40质量份以上能够易于获得优越的导电性，通过为250质量份以下能够易于获得导电性弹性体组合物的优越的伸张性。
本实施方式中的离子液体包含以通式（I）表示的咪唑鎓类离子和四氟硼酸盐离子（BF4 -）。
[化3]
其中，式（I）中，R表示分别独立选择的碳数1～10的烷基（alkyl），优选为碳数1～6的烷基（alkyl），更优选为碳数1～3的烷基（alkyl）。
以通式（I）表示的咪唑鎓类离子只要R的碳数在上述范围内就无特别限定，优选为1-己基-3-甲基咪唑鎓离子、1-乙基-3-甲基咪唑鎓离子，更优选为1-乙基-3-甲基咪唑鎓离子。
上述离子液体的含有量（并用2种以上时为合计量）无特别限定，相对于100质量份氟弹性体，优选为0.1～3质量份，更优选为0.5～2.5质量份，进一步优选为1～2.5质量份。
金属填料相对于离子液体的比（金属填料／离子液体）无特别限定，按照质量比来说优选为30～400，更优选为40～300，进一步优选为50～250，特别优选为60～200。
能够向本实施方式所涉及的导电性弹性体组合物添加上述各成分，能够在通常的范围内适当配混通常的橡胶工业中使用的加工油、锌粉、硬脂酸、软化剂、可塑剂、蜡、防老剂等的配混化学物质类。
一实施方式所涉及的导电性弹性体组合物的制造方法能够使用通常使用的班伯里混炼机（Banbury Mixer）、捏合机（Kneader）、压延机（roll）等混合机按照常规方法混合来制作。即，例如能够在第一混合阶段相对于氟弹性体添加混合金属填料及离子液体、以及除交联剂之外的其他含有成分，在最终混合阶段向所获得的混合物添加混合交联剂来制备导电性弹性体组合物。最终混合阶段的温度条件优选为100℃以下，更优选为80℃以下。
在第一混合阶段之前，也可以设置对氟弹性体进行塑炼的工序。另外，为了提高金属填料的分散性，也可以如下进行，首先在第一混合阶段对氟弹性体仅添加混合金属填料，对获得的混合物添加混合离子液体和其他含有成分并将其作为第二混合阶段。
如此获得的导电性弹性体组合物通过硫化成型能够成为用于传导电信号等的导电性片，能够很好地用于电缆、挠性印制线路板。导电性片的制造方法不限于此，能够通过如下方法来制造：将获得的导电性弹性体组合物流入一定模具，例如在170～180℃的温度、1～2MPa的压力下加热5～10分钟。
实施例
下面表示本发明的实施例，但本发明不被以下实施例所限定。另外，下面的配混比例等无特别限定的话都为质量基准。
按照下述表1、2所示配混内容使用作为混合机的压延机混合各成分，制作了导电性弹性体组合物。具体而言，第1混合工序中混合氟弹性体和金属填料，第2混合工序中向所获得的混合物混合离子液体，在最终混合工序中在20～30℃的温度下向通过上述工序获得的混合物混合交联剂和助交联剂，获得了导电性弹性体组合物。将获得的导电性弹性体组合物流入纵100mm×横100mm×厚度1mm的模具，在170～180℃的温度、1～2MPa的压力下加热5～10分钟，获得了导电性片的样品。
表中所述的化合物的详情如下。
氟弹性体：苏威 苏莱克斯（SOLVAY Solexis）公司制“TecnoflonP－457”
离子液体A：1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐
离子液体B：1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐
金属填料：银包铜粉、树突形状、平均粒径＝5μm、银被覆率＝9％
交联剂：过氧化物、日本油脂（株）制“PERHEXA25B－40”
助交联剂：三烯丙基 异氰脲酸酯、日本化成（株）制“TAICM60”。
对所获得的样品的表面电阻值进行测定，结果示于表1、2。测定方法如以下内容所示。
表面电阻值（Ω）：通过四端法对样品的电阻值进行了测定。
另外，使用（株）岛津制作所制拉伸试验机“autographAGS－X”对比较例1以及实施例2～6的导电性片的伸张率和表面电阻值的关系进行了评价。具体而言，将所获得的导电性片切断为纵100mm×横100mm×厚度1mm的样品，并将样品的端部固定于拉伸试验机的夹持部，一边对样品的表面电阻值进行测定一边以200mm／min的拉伸速度让样品伸张。测定结果以图表的形式示于图1。
[表1]
[表2]
如表1所示，从实施例1～8和比较例1的对比可知，通过含有离子液体会使表面电阻值显著下降，其效果通过比较金属填料的含有量大幅减少的实施例7、8和比较例1也能确认。
另外，如表2所示，由比较例2和实施例9、10的对比能够确认到，相对于由于金属填料的含有量少而未获得导电性的比较例2，通过配混离子液体能够获得导电性。
再者，如图1所示，可知在比较例1中，在紧接着刚刚进行伸张之后，表面电阻值急剧上升，未能获得导通，与此相对，在实施例2～6中，即使伸张到伸张率50％的程度表面电阻值也没有大的变化，能够获得导通。
Claims (8)
1. 一种导电性弹性体组合物，含有：
氟弹性体、
平均粒径为1～10μm的金属填料、
包含以通式（I）表示的咪唑鎓类离子和四氟硼酸盐离子的离子液体、
交联剂；
[化1]
其中，式（I）中，R表示分别独立选择的碳数1～10的烷基。
2.根据权利要求1所述的导电性弹性体组合物，其特征在于：
所述离子液体的含有量相对于100质量份氟弹性体为0.1～3质量份。
3.根据权利要求1或2所述的导电性弹性体组合物，其特征在于：
所述金属填料的含有量相对于100质量份氟弹性体为40～250质量份。
4.根据权利要求1～3其中任意一项所述的导电性弹性体组合物，其特征在于：
所述金属填料为树突形状。
5.根据权利要求1～4其中任意一项所述的导电性弹性体组合物，其特征在于：
所述金属填料为从由金粉、银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、以及银包铜合金粉构成的群中选择的至少1种。
6.根据权利要求1～5其中任意一项所述的导电性弹性体组合物，其特征在于：
所述交联剂是过氧化物类交联剂。
7.根据权利要求1～6其中任意一项所述的导电性弹性体组合物，其特征在于：
所述氟弹性体含有作为结构单体的、从由偏二氟乙烯、四氟乙烯、以及六氟丙烯构成的群中选择的至少1种。
8.一种导电性片，其特征在于：
由权利要求1～7其中任意一项所述的导电性弹性体组合物交联而成。
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