JP2002267627A - Humidity-sensitive element and method of manufacturing the same - Google Patents

Humidity-sensitive element and method of manufacturing the same

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JP2002267627A
JP2002267627A JP2001063245A JP2001063245A JP2002267627A JP 2002267627 A JP2002267627 A JP 2002267627A JP 2001063245 A JP2001063245 A JP 2001063245A JP 2001063245 A JP2001063245 A JP 2001063245A JP 2002267627 A JP2002267627 A JP 2002267627A
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moisture
polyethyleneimine
sensitive element
polymer
compound
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JP2001063245A
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Yuki Masuda
由紀 益田
Nobuo Kobayashi
信夫 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidity-sensitive element enabling measurement with DC, capable of detecting a humidity of <60% RH, having good sensitivity and response, and high in the characteristics stability against repeated operation, and to provide a method of manufacturing the same. SOLUTION: In the humidity-sensitive element, a humidity-sensitive film containing a hygroscopic polymer and conductive particles dispersed in the hygroscopic polymer is provided between a pair of electrodes, the hygroscopic polymer contains a polyethyleneimine type polymer modified with a reactive organic compound having a functional group reactive with a polyethyleneimine type polymer such as polyethyleneimine or the like, or a polyethyleneimine type polymer grafted with a reactive organic compound having a functional group reactive with a polyethyleneimine type polymer and the polyethyleneimine type polymer is crosslinked.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、吸湿性高分子と導
電性粒子とを含有する感湿膜を有する感湿素子およびそ
の製造方法に関する。詳しくは、物理的性能、高信頼性
に優れた組成の感湿膜を有する感湿素子およびその製造
方法に関する。
The present invention relates to a moisture-sensitive element having a moisture-sensitive film containing a hygroscopic polymer and conductive particles, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a moisture-sensitive element having a moisture-sensitive film having a composition excellent in physical performance and high reliability, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、湿度や結露を検出する感湿素子と
して、吸湿性高分子に導電性粒子を分散させた感湿膜を
備えたものが知られている(特開昭58-99740号、特開昭
59-170755号、特開昭60-25041号、特開昭62-21052号、
特開平6-249813号等)。これらは、低湿時には導電性粒
子同士が接触して導電経路が形成されて低抵抗を示す
が、高湿時には吸湿性高分子が水分を吸収して膨潤する
ことによって導電経路が断たれ、高抵抗状態になるとい
うものである。
2. Description of the Related Art Hitherto, as a moisture-sensitive element for detecting humidity and dew condensation, there is known a device provided with a moisture-sensitive film in which conductive particles are dispersed in a hygroscopic polymer (Japanese Patent Laid-Open No. 58-99740). , JP
No. 59-170755, JP-A-60-25041, JP-A-62-21052,
JP-A-6-249813). In low humidity, the conductive particles are in contact with each other at low humidity to form a conductive path and exhibit low resistance. However, at high humidity, the conductive path is cut off due to the moisture-absorbing polymer absorbing moisture and swelling, resulting in high resistance. It becomes a state.

【0003】吸湿性高分子を利用した感湿素子として
は、その他では例えば第四級アンモニウム塩基をもつ高
分子電解質を用い、湿度雰囲気に対応するイオン導電性
の変化を利用する湿度センサがある(特開平7-318526号
等)。この湿度センサは、測定雰囲気中の水分の量に応
じて第四級アンモニウム塩基の対イオンの解離の程度が
変化し、電圧をかけることにより、流れるイオン電流が
変化する現象を利用して、湿度を検出するものである。
しかしながら、イオン導電性の変化を利用した湿度セン
サは、直流で用いると分極が起こってしまい、機能しな
くなるため、交流で測定する必要があり、回路が複雑化
してしまう。また、90%RH以上の高湿度下、特に結露雰
囲気中では、高分子電解質が一部溶出するなど耐水性が
悪く、また湿度増加時と減少時とで同じ湿度でも異なる
出力値を示すヒステリシス現象がみられ、特性が不安定
になる。
[0003] Other examples of the moisture-sensitive element using a hygroscopic polymer include a humidity sensor using a polymer electrolyte having a quaternary ammonium base and utilizing a change in ionic conductivity corresponding to a humidity atmosphere ( JP-A-7-318526, etc.). This humidity sensor uses a phenomenon in which the degree of dissociation of a counter ion of a quaternary ammonium base changes according to the amount of moisture in the measurement atmosphere, and the phenomenon in which a flowing ion current changes when a voltage is applied is used. Is to be detected.
However, a humidity sensor using a change in ionic conductivity causes polarization to occur when used with a direct current, and thus does not function. Therefore, it is necessary to measure with an alternating current, and the circuit becomes complicated. Also, under high humidity of 90% RH or more, especially in a dew condensation atmosphere, the polymer electrolyte has poor water resistance such as partial elution, and a hysteresis phenomenon in which the output value differs when the humidity increases and decreases even at the same humidity. And the characteristics become unstable.

【0004】それに対し、吸湿性高分子に導電性粒子を
分散させた感湿素子は、直流で測定することが可能であ
り、測定回路を簡便にできる利点がある。
On the other hand, a moisture-sensitive element in which conductive particles are dispersed in a hygroscopic polymer has the advantage that a direct current can be measured and the measurement circuit can be simplified.

【0005】しかし、吸湿性高分子に導電性粒子を分散
させた感湿素子が検知できるのは60〜100%RHの範囲で
高湿度領域に限られている。従来、吸湿性高分子として
ポリエーテルポリアミン、ヒドロキシメタクリレートや
ポリビニルアルコールなどが使用されてきたが、これら
は60%RH以上で吸水量が急激に増加するため、60%RH未
満の湿度の検知には、充分な抵抗値が得られず、感度が
低い。
However, a moisture-sensitive element in which conductive particles are dispersed in a hygroscopic polymer can detect only a high humidity region within a range of 60 to 100% RH. Conventionally, polyether polyamines, hydroxymethacrylates, polyvinyl alcohols, etc. have been used as hygroscopic polymers. However, since the amount of water absorption increases rapidly above 60% RH, detection of humidity below 60% RH is difficult. , A sufficient resistance value cannot be obtained, and the sensitivity is low.

【0006】一方、吸湿性高分子として、ポリエチレン
イミンなどの吸湿性の高い樹脂を用いると、低湿度領域
から吸湿がはじまることが知られている。特開平10-926
03号には、表面にカルボキシル基を有した、カーボンブ
ラック等の導電性粒子に結晶性のポリエチレンイミンが
グラフトされ、特定物質に応答して抵抗値が可変する抵
抗組成物を利用したセンサが開示されている。そして、
特定物質としては水も挙げられており、感湿素子として
使用することが示されている。しかしながら、特開平10
-92603号で開示されている感湿素子は、乾燥時の抵抗値
が10Ω程度であるのに対し、100%RH雰囲気下において
数kΩであり抵抗値変化が2.5桁程度と感度が小さく、
また、抵抗値が安定するまでに15分以上の時間を要し、
応答性も悪く、感湿素子として充分な特性を有していな
い。ここで、結晶性のポリエチレンイミンとして、上記
公報では、2−メチル−2−オキサゾリンを開環重合さ
せたものを用いている。さらに、上記公報には、比較例
として、アジリジンを開環重合させた非結晶性のポリエ
チレンイミンがグラフトされたカーボンブラックを用い
たセンサが示されているが、結晶性のポリエチレンイミ
ンに比べてはるかにセンサ特性に劣ったものとなってい
る。
On the other hand, when a highly hygroscopic resin such as polyethyleneimine is used as the hygroscopic polymer, it is known that moisture absorption starts from a low humidity region. JP 10-926
No. 03 discloses a sensor using a resistive composition in which crystalline polyethyleneimine is grafted onto conductive particles having a carboxyl group on the surface, such as carbon black, and the resistance value changes in response to a specific substance. Have been. And
Water is also mentioned as a specific substance, and it is shown that it is used as a moisture-sensitive element. However, JP 10
The moisture-sensitive element disclosed in -92603 has a low sensitivity of about 10Ω in a dry state, but a few kΩ in a 100% RH atmosphere and a change in resistance of about 2.5 digits. ,
Also, it takes more than 15 minutes for the resistance to stabilize,
Responsiveness is poor, and it does not have sufficient characteristics as a moisture sensitive element. Here, as the crystalline polyethyleneimine, a product obtained by ring-opening polymerization of 2-methyl-2-oxazoline is used in the above publication. Further, in the above publication, as a comparative example, a sensor using carbon black grafted with non-crystalline polyethyleneimine obtained by ring-opening polymerization of aziridine is disclosed. In addition, the sensor characteristics are inferior.

【0007】ところで、一般に、ポリエチレンイミンは
特に高湿度領域での吸水量が大きく、これを感湿素子に
用いる場合、高湿度雰囲気にさらした際に感湿部が著し
く膨潤するため、その後乾燥させても膜の変形が戻らな
くなり、抵抗値は復帰しにくく、応答特性が不安定にな
る。
In general, polyethyleneimine has a large water absorption particularly in a high-humidity region. When the polyethyleneimine is used in a moisture-sensitive element, the moisture-sensitive portion swells significantly when exposed to a high-humidity atmosphere. However, the deformation of the film does not return, the resistance value does not easily return, and the response characteristics become unstable.

【0008】さらに、ポリエチレンイミンを用いた感湿
素子は、架橋が充分でないと耐水性がなく、高湿度雰囲
気中で樹脂部の流出が起こり、抵抗値変化が著しく小さ
くなるため、繰り返し暴露後の応答特性が不安定にな
る。一方、架橋度が高すぎると立体障害によって水が吸
湿性樹脂の吸着サイトに吸着しにくくなるため、低湿度
領域での応答が起こらなくなる。さらに、耐水性を充分
もたせ、低湿応答も実現するように適度な架橋を行う
と、架橋によって感湿膜の柔軟性が失われた上に高湿度
雰囲気曝露時に膨潤変形が起こるため、膜の機械的な耐
性が得られず、特性が安定しないという難点がある。
Further, a moisture-sensitive element using polyethyleneimine does not have water resistance unless cross-linking is sufficient, and the resin portion flows out in a high-humidity atmosphere, and the change in resistance becomes extremely small. Response characteristics become unstable. On the other hand, if the degree of crosslinking is too high, steric hindrance makes it difficult for water to be adsorbed to the adsorption site of the hygroscopic resin, so that a response in a low humidity region does not occur. Furthermore, if appropriate crosslinking is performed to provide sufficient water resistance and low humidity response, the crosslinking loses the flexibility of the moisture-sensitive film and causes swelling deformation when exposed to a high-humidity atmosphere. However, there is a drawback that characteristic resistance is not obtained and characteristics are not stable.

【0009】また、一般に吸湿性高分子と導電性粒子と
の複合材料系の感湿素子は、高湿度と低湿度雰囲気に繰
り返し暴露した場合、膨潤、収縮が生じ、特に吸湿性高
分子の水分吸着量が大きい場合、電極基板からの感湿膜
の剥離が起こりやすく、これも特性の安定した低湿度検
知素子を得る上での大きな妨げとなっている。
In general, a moisture-sensitive element based on a composite material of a hygroscopic polymer and conductive particles swells and shrinks when repeatedly exposed to high and low humidity atmospheres. When the amount of adsorption is large, peeling of the moisture-sensitive film from the electrode substrate is likely to occur, which also hinders obtaining a low-humidity detecting element having stable characteristics.

【0010】以上のように、吸湿性高分子に導電性粒子
を分散させた感湿膜を備えた感湿素子で、60%RH未満の
湿度を安定に検知できる感湿素子は得られていない。感
湿素子を空調機、加湿器等幅広い用途で用いる場合、60
%RH以上の中・高湿度領域のみではなく、低湿度である
60%RH未満の湿度が検出できる感湿素子が求められてい
る。
[0010] As described above, no moisture-sensitive element provided with a moisture-sensitive film in which conductive particles are dispersed in a hygroscopic polymer and capable of stably detecting a humidity of less than 60% RH has not been obtained. . If the humidity sensing element is used in a wide range of applications such as air conditioners and humidifiers,
Low humidity, not only in the middle and high humidity areas above% RH
There is a need for a moisture sensitive element that can detect a humidity of less than 60% RH.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、直流
で測定可能で、60%RH未満の湿度を検出することが
でき、感度、応答性がよくかつ繰り返し動作に対する特
性安定性が高い感湿素子およびその製造方法を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to be able to measure direct current, to detect a humidity of less than 60% RH, to have good sensitivity and responsiveness, and to have a high characteristic stability for repeated operation. An object of the present invention is to provide a wet element and a manufacturing method thereof.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述したように、イオン
導電性を利用したセンサは複雑な回路が必要でコストが
かかる上、耐水性が弱く、ヒステリシスも大きい。ま
た、吸湿性高分子と導電性粒子との複合体から成る感湿
素子で、検知湿度が60%RH末満で十分な抵抗変化が得ら
れ、かつ応答性がよく安定な特性をもつものは得られて
いない。本発明は、こうした背景に基づき、吸湿性高分
子と導電性粒子とを用いた感湿素子において、吸湿性高
分子としてポリエチレンイミン系高分子を用いた感湿膜
に対し、柔軟性と適度な耐水性の付与が感湿膜の機能上
重要であることを見出してなされたものである。すなわ
ち、本発明は下記のとおりである。
As described above, a sensor using ionic conductivity requires a complicated circuit, is expensive, has low water resistance, and has a large hysteresis. In addition, a moisture-sensitive element consisting of a composite of a hygroscopic polymer and conductive particles, which has a sufficient resistance change at a detection humidity of less than 60% RH, and has a responsive and stable characteristic Not obtained. Based on this background, the present invention provides a moisture-sensitive element using a hygroscopic polymer and conductive particles, and has a flexible and moderate moisture-sensitive film using a polyethyleneimine-based polymer as the hygroscopic polymer. It has been found that the provision of water resistance is important for the function of the moisture-sensitive film. That is, the present invention is as follows.

【0013】(1) 一対の電極間に、吸湿性高分子
と、この吸湿性高分子に分散された導電性粒子とを含有
する感湿膜を有する感湿素子において、前記吸湿性高分
子が、ポリエチレンイミン系高分子と反応性のある官能
基をもつ反応性有機化合物で変性されたポリエチレンイ
ミン系高分子、またはポリエチレンイミン系高分子と反
応性のある官能基をもつ反応性有機化合物がグラフト化
されたポリエチレンイミン系高分子を含み、かつこれら
のポリエチレンイミン系高分子が架橋されている感湿素
子。 (2) ポリエチレンイミン系高分子と反応性のある官
能基をもつ反応性有機化合物が、アルデヒド化合物、ケ
トン化合物、アルキルハライド化合物、イソシアネート
化合物、チオイソシアネート化合物、活性二重結合を有
する化合物、エポキシ化合物、シアナミド化合物、グア
ニジン化合物、尿素化合物、酸、酸無水物、またはアシ
ルハライド化合物であり、これらの反応性有機化合物に
よる変性またはグラフト化により、感湿膜が可塑化され
ている上記(1)の感湿素子。 (3) 感湿膜の硬度が、25℃0%RHでのJIS
K5400に従う鉛筆硬度で表して3Hまたは3Hより
柔軟な膜である上記(1)または(2)の感湿素子。 (4) 変性またはグラフト化に供されるポリエチレン
イミン系高分子骨格の分子量が、数平均分子量で、30
0〜70000である上記(1)〜(3)のいずれかの
感湿素子。 (5) 変性またはグラフト化に供されるポリエチレン
イミン系高分子骨格中のNに結合するアルキレン基が、
それぞれ置換基を有していてもよいメチレン基、エチレ
ン基、トリメチレン基およびテトラメチレン基から選ば
れる1種以上であって、かつ無置換のエチレン基を含む
上記(1)〜(4)のいずれかの感湿素子。 (6) 前記Nに結合するアルキレン基のうち、無置換
のエチレン基の比率が20〜100モル%であり、置換
基を有するエチレン基、ならびにそれぞれ置換基を有し
ていてもよいメチレン基、トリメチレン基およびテトラ
メチレン基から選ばれる1種以上が0〜80モル%であ
る上記(5)の感湿素子。 (7) 導電性粒子がカーボンブラックである上記
(1)〜(6)のいずれかの感湿素子。 (8) 一対の電極間に、吸湿性高分子と、この吸湿性
高分子に分散された導電性粒子とを含有する感湿膜を有
する感湿素子の製造方法において、前記感湿膜を、ポリ
エチレンイミン系高分子、ポリエチレンイミン系高分子
と反応性のある官能基をもつ反応性有機化合物、架橋剤
および導電性粒子を含有する分散液の塗膜を硬化して得
る感湿素子の製造方法。
(1) A moisture-sensitive element having a moisture-sensitive film containing a hygroscopic polymer and conductive particles dispersed in the hygroscopic polymer between a pair of electrodes, wherein the hygroscopic polymer is A polyethyleneimine polymer modified with a reactive organic compound having a functional group reactive with a polyethyleneimine polymer, or a reactive organic compound having a functional group reactive with a polyethyleneimine polymer is grafted A moisture-sensitive element containing a modified polyethyleneimine-based polymer and crosslinked with the polyethyleneimine-based polymer. (2) The reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer is an aldehyde compound, a ketone compound, an alkyl halide compound, an isocyanate compound, a thioisocyanate compound, a compound having an active double bond, an epoxy compound , A cyanamide compound, a guanidine compound, a urea compound, an acid, an acid anhydride, or an acyl halide compound, wherein the moisture-sensitive film is plasticized by modification or grafting with these reactive organic compounds. Moisture sensitive element. (3) The hardness of the moisture sensitive film is JIS at 25 ° C and 0% RH.
The moisture-sensitive element according to the above (1) or (2), which is a film 3H or a film softer than 3H expressed in pencil hardness according to K5400. (4) The molecular weight of the polyethyleneimine-based polymer skeleton subjected to modification or grafting is 30 in number average molecular weight.
The moisture-sensitive element according to any one of the above (1) to (3), which has a molecular weight of 0 to 70000. (5) an alkylene group bonded to N in the polyethyleneimine-based polymer skeleton subjected to modification or grafting,
Any one of the above (1) to (4), which is at least one kind selected from a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a tetramethylene group which may have a substituent, and includes an unsubstituted ethylene group; Such a moisture sensitive element. (6) Among the alkylene groups bonded to N, the ratio of unsubstituted ethylene groups is 20 to 100 mol%, and the substituted ethylene groups, and the methylene groups each having a substituent, The moisture-sensitive element according to the above (5), wherein at least one selected from trimethylene groups and tetramethylene groups is 0 to 80 mol%. (7) The moisture-sensitive element according to any one of (1) to (6), wherein the conductive particles are carbon black. (8) In the method for manufacturing a moisture-sensitive element having a moisture-sensitive film containing a moisture-absorbing polymer and conductive particles dispersed in the moisture-absorbing polymer between a pair of electrodes, Method for producing moisture-sensitive element obtained by curing coating film of polyethyleneimine-based polymer, reactive organic compound having functional group reactive with polyethyleneimine-based polymer, crosslinking agent and conductive particles .

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の感湿素子は、一対の電極間に、感湿膜を有する
ものであり、感湿膜は、吸湿性高分子と、これに分散さ
れた導電性粒子とを含有する。吸湿性高分子は、ポリエ
チレンイミン系高分子と反応性のある官能基をもつ有機
化合物で変性されたポリエチレンイミン系高分子、また
はポリエチレンイミン系高分子と反応性のある官能基を
もつ有機化合物がグラフト化されたポリエチレンイミン
系高分子を含み、かつこれらのポリエチレンイミン系高
分子が架橋されたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The moisture-sensitive element of the present invention has a moisture-sensitive film between a pair of electrodes, and the moisture-sensitive film contains a hygroscopic polymer and conductive particles dispersed therein. The hygroscopic polymer is a polyethyleneimine polymer modified with an organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer, or an organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer. It contains a grafted polyethyleneimine-based polymer, and these polyethyleneimine-based polymers are crosslinked.

【0015】本発明は、低湿度領域の湿度の検出を可能
にするため、親水性が非常に大きい高吸水性高分子であ
るポリエチレンイミン系高分子を感湿膜に用いることに
着眼してなされたものであり、ポリエチレンイミン系高
分子は、低湿度領域から吸湿を開始する。反面、高湿度
雰囲気にさらすと、吸湿による膨潤が著しくなり、その
後、乾燥しても抵抗値の復帰が困難になり、応答特性が
不安定になる。
The present invention focuses on using a polyethyleneimine-based polymer, which is a highly water-absorbing polymer having a very high hydrophilicity, in a moisture-sensitive film in order to enable detection of humidity in a low humidity region. The polyethyleneimine-based polymer starts absorbing moisture from a low humidity region. On the other hand, when exposed to a high-humidity atmosphere, swelling due to moisture absorption becomes remarkable, and it becomes difficult to recover the resistance value even after drying, and the response characteristics become unstable.

【0016】したがって、本発明では、低湿度領域での
応答が可能になるように、ポリエチレンイミン系高分子
を適度に架橋し、耐水性をもたせるとともに、架橋によ
り硬化した膜に対し、高湿度および低湿度(端的には乾
燥)のサイクルが繰り返し施されることで、クラックや
膜剥離などが生じ、膜特性が変化し、素子特性の安定性
が得られない問題を、上述のように変性またはグラフト
化されたポリエチレンイミン系高分子を用いることによ
って解決している。
Therefore, in the present invention, the polyethyleneimine-based polymer is appropriately crosslinked to have water resistance so as to enable a response in a low humidity range, and the film cured by the crosslinking has high humidity and high humidity. Repeated low-humidity (dry drying) cycles cause cracks and peeling of the film, change the film characteristics, and make it impossible to obtain stable device characteristics. The problem is solved by using a grafted polyethyleneimine polymer.

【0017】すなわち、上述のように変性またはグラフ
ト化されたポリエチレンイミン系高分子を適度に架橋す
ることによって、膜の可塑化ないし柔軟化を図ることが
でき、かつ適度な耐水性を得ることができる。このた
め、このような吸水性高分子を用いることにより、90%R
H未満、特に10〜90%RHの湿度領域から吸湿が始まるの
で、60%RH以上の高湿度領域のみならず、60%RH未満の低
湿度領域の湿度が検出できる。すなわち、本発明の感湿
素子は、10〜100%RH、さらに30〜100%R
H、特に40〜100%RHの領域の湿度を検出するこ
とができる。また、その吸湿量も10〜50%(質量百
分率)と大きいので、導電性粒子の充填量が大きくと
れ、安定した抵抗湿度特性が得られる。本発明の感湿素
子の乾燥時の抵抗値は400Ω〜2kΩ程度、抵抗値の
変化は3〜5桁程度と十分な特性が安定して得られる。
また、その抵抗値の変化は迅速に生じ、応答性が良好で
ある。しかも、本発明の感湿素子は、乾燥雰囲気と高湿
雰囲気とに繰り返しさらされても抵抗湿度特性が極めて
安定しており、500以上(500〜600)サイクル
後でもその変化は極めて小さい。
That is, by appropriately cross-linking the modified or grafted polyethyleneimine-based polymer as described above, it is possible to plasticize or soften the membrane and obtain appropriate water resistance. it can. Therefore, by using such a water-absorbing polymer, 90% R
Since moisture absorption starts from a humidity region of less than H, particularly 10 to 90% RH, it is possible to detect not only a high humidity region of 60% RH or more but also a low humidity region of less than 60% RH. That is, the humidity-sensitive element of the present invention has a 10 to 100% RH,
H, in particular, humidity in the range of 40 to 100% RH can be detected. In addition, since the amount of moisture absorption is as large as 10 to 50% (mass percentage), a large amount of conductive particles can be taken, and stable resistance / humidity characteristics can be obtained. The resistance value of the moisture-sensitive element of the present invention at the time of drying is about 400 to 2 kΩ, and the change of the resistance value is about 3 to 5 digits.
Further, the resistance value changes quickly, and the response is good. Moreover, the humidity-sensitive element of the present invention has extremely stable resistance humidity characteristics even when repeatedly exposed to a dry atmosphere and a high-humidity atmosphere, and its change is extremely small even after 500 or more (500 to 600) cycles.

【0018】また、吸湿性高分子に導電性粒子を分散さ
せた感湿膜を用いているので、直流測定が可能であり、
測定回路を簡便にでき、低コストである。
Further, since a moisture-sensitive film in which conductive particles are dispersed in a hygroscopic polymer is used, direct current measurement is possible.
The measurement circuit can be simplified and the cost is low.

【0019】本発明において、感湿膜に用いられる変性
ポリアルキレンイミンまたはグラフト化ポリエチレンイ
ミン系高分子を構成するポリエチレンイミン系高分子骨
格は、例えば、エチレンイミン(アジリジン)を開環重
合して得られるポリエチレンイミンのように、エチレン
イミンを開環した構成繰り返し単位を有するものであ
り、かつ下記式(1)の構造を有し、さらには式(1)
の構造において、Nに結合するエチレン基の一部が、後
述のように、置換されたり、あるいはメチレン基数が増
減したりしたものを含んでいてもよい。本発明の変性ポ
リエチレンレンイミン系高分子またはグラフト化ポリエ
チレンイミン系高分子は、このようなポリエチレンイミ
ン系高分子を変性するか、またはこのようなポリエチレ
ンイミン系高分子にグラフト化するかして得られる。
In the present invention, the polyethyleneimine-based polymer skeleton constituting the modified polyalkyleneimine or grafted polyethyleneimine-based polymer used in the moisture-sensitive film is obtained, for example, by ring-opening polymerization of ethyleneimine (aziridine). Such as polyethyleneimine obtained, having a constitutional repeating unit obtained by ring-opening ethyleneimine, and having a structure represented by the following formula (1);
In the above structure, a part of the ethylene group bonded to N may be substituted or the number of methylene groups may be increased or decreased as described later. The modified polyethyleneimine-based polymer or the grafted polyethyleneimine-based polymer of the present invention can be obtained by modifying such a polyethyleneimine-based polymer or grafting onto such a polyethyleneimine-based polymer. Can be

【0020】[0020]

【化1】 Embedded image

【0021】式(1)の構造において、Nに結合するエ
チレン基は、一部、メチレン基、トリメチレン基、テト
ラメチレン基となっていてもよく、さらには、エチレン
基も含めて、置換基を有していてもよい。置換基として
は、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、等が挙
げられる。アルキル基は、総炭素数1〜3のものが好ま
しく、置換基(ヒドロキシ基等)を有していてもよく、
例えばメチル基等が好ましい。アルコキシ基は、アルキ
ル部分が上記のアルキル基と同様のものが好ましく、例
えばメトキシ基等が挙げられる。置換基を有する場合
は、アルキレン基1個に対し、1個が好ましい。また、
それぞれのアルキレン基の置換基は同一でも異なるもの
であってもよい。
In the structure of the formula (1), the ethylene group bonded to N may be partly a methylene group, a trimethylene group, or a tetramethylene group. You may have. Examples of the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxy group, and the like. The alkyl group preferably has 1 to 3 carbon atoms in total, and may have a substituent (such as a hydroxy group).
For example, a methyl group is preferred. The alkoxy group preferably has the same alkyl moiety as the above-mentioned alkyl group, and includes, for example, a methoxy group. When it has a substituent, one alkylene group is preferably one. Also,
The substituents of each alkylene group may be the same or different.

【0022】本発明のポリエチレンイミン系高分子は、
Nに結合するアルキレン基が、無置換のエチレン基から
なるものであってもよく、無置換のエチレン基と、置換
基を有するエチレン基および/または置換基を有してい
てもよいアルキレン基(但し、アルキレン基は、メチレ
ン基、トリメチレン基、テトラメチレン基)とからなる
ものであってもよい。その比率は、無置換のエチレン基
が20〜100モル%、置換基を有するエチレン基およ
び/または置換基を有していてもよいアルキレン基(但
し、アルキレン基は、メチレン基、トリメチレン基、テ
トラメチレン基)が0〜80モル%であることが好まし
い。
The polyethyleneimine polymer of the present invention comprises
The alkylene group bonded to N may be an unsubstituted ethylene group, and may be an unsubstituted ethylene group and an ethylene group having a substituent and / or an alkylene group optionally having a substituent ( However, the alkylene group may be composed of a methylene group, a trimethylene group, a tetramethylene group). The ratio is such that the unsubstituted ethylene group is 20 to 100 mol%, the substituted ethylene group and / or the optionally substituted alkylene group (provided that the alkylene group is a methylene group, a trimethylene group or a tetramethylene group). (Methylene group) is preferably 0 to 80 mol%.

【0023】すなわち、このようなポリエチレンイミン
系高分子は、Nに結合するアルキレン基が無置換のエチ
レン基である構成繰り返し単位のホモポリマーであって
もよく、Nに結合するアルキレン基が2種以上であるコ
ポリマー(共重合体)であってもよく、通常、このよう
なNに結合したアルキレン基の構成繰り返し単位で構成
されるが、場合によっては、他のモノマー単位を含んで
もいてもよい。
That is, such a polyethyleneimine-based polymer may be a homopolymer of a constitutional repeating unit in which the alkylene group bonded to N is an unsubstituted ethylene group. The above-mentioned copolymer (copolymer) may be used, and is usually constituted by such a constitutional repeating unit of an alkylene group bonded to N, but may contain other monomer units in some cases. .

【0024】このようなポリエチレンイミン系高分子
は、親水基であるアミノ基およびイミノ基の密度が高
く、親水性の非常に大きい高吸水性高分子である。その
吸水率は、25℃50%RHで40〜45%(質量百分
率)程度である。
Such a polyethyleneimine-based polymer is a superabsorbent polymer having a high density of amino groups and imino groups, which are hydrophilic groups, and a very high hydrophilicity. Its water absorption is about 40 to 45% (mass percentage) at 25 ° C and 50% RH.

【0025】分子量は、数平均分子量Mnで、300〜
70000であり、分子量が異なっても吸湿特性にほと
んど差がないので、いずれの分子量でも利用できる。し
かし、分子量が小さすぎると架橋の際、網目構造を形成
しにくく充分な耐水性が得られない。また、分子量が大
きすぎると高粘度である故、硬化が速く、電極基板上に
感湿膜を形成する際の作業性がよくない。したがってポ
リエチレンイミン系高分子の分子量は1000〜10000が好
ましい。
The molecular weight is a number average molecular weight Mn of 300 to
It is 70,000, and there is almost no difference in moisture absorption characteristics even if the molecular weights are different, so that any molecular weight can be used. However, if the molecular weight is too small, it is difficult to form a network structure at the time of crosslinking, and sufficient water resistance cannot be obtained. On the other hand, if the molecular weight is too large, the composition has a high viscosity, so that the curing is fast and the workability when forming a moisture-sensitive film on the electrode substrate is poor. Therefore, the molecular weight of the polyethyleneimine-based polymer is preferably from 1,000 to 10,000.

【0026】このようなポリエチレンイミン系高分子
は、市販品(例えば、Nに結合するアルキレン基が無置
換のエチレン基からなるポリエチレンイミンとしては株
式会社日本触媒製SP200等)を用いることができ
る。また、エチレンイミン(アジリジン)等のアルキレ
ンイミンをカチオン触媒で開環重合する等の常法に従っ
て合成することができる[例えば、日本化学会、第4版
実験化学講座、丸善、28,244(1992)、等参照]。
As such a polyethyleneimine-based polymer, a commercially available product (for example, SP200 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. as a polyethyleneimine having an unsubstituted ethylene group in which an alkylene group bonded to N is used) can be used. Further, it can be synthesized according to a conventional method such as ring-opening polymerization of an alkylene imine such as ethyleneimine (aziridine) with a cation catalyst [for example, The Chemical Society of Japan, 4th edition Experimental Chemistry Course, Maruzen, 28, 244 (1992), Etc.].

【0027】一方、変性ポリエチレンイミン系高分子ま
たはグラフト化ポリエチレンイミン系高分子は、上記の
ポリエチレンイミン系高分子と反応性のある官能基をも
つ反応性有機化合物で変性するか、またはこの反応性有
機化合物をグラフト化するかして得られる。この場合の
変性またはグラフト化は、上記反応性有機化合物をポリ
エチレンイミン系高分子に反応させて、縮合反応などに
より、ポリエチレンイミン系高分子のアミノ基および/
またはイミノ基の活性プロトンを置換することを意味
し、このなかのグラフト化は、さらに、上記反応性有機
化合物がグラフト重合する場合のことをいう。
On the other hand, the modified polyethyleneimine-based polymer or the grafted polyethyleneimine-based polymer is modified with the above-mentioned reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine-based polymer, It is obtained by grafting an organic compound. In the modification or grafting in this case, the reactive organic compound is reacted with a polyethyleneimine-based polymer, and the amino group of the polyethyleneimine-based polymer and / or
Alternatively, it means that the active proton of the imino group is substituted, and the grafting in this means the case where the reactive organic compound further undergoes graft polymerization.

【0028】ポリエチレンイミン系高分子と反応性のあ
る官能基をもつ反応性有機化合物は、ポリエチレンイミ
ン系高分子のアミノ基、イミノ基と反応する有機化合物
であれば、いずれを用いてもよく、このような反応性の
官能基は少なくとも1個あればよく、通常は1個であ
る。このような化合物として、具体的にはアルデヒド化
合物、ケトン化合物、アルキルハライド化合物、イソシ
アネート化合物、チオイソシアネート化合物、活性二重
結合を有する化合物、エポキシ化合物、シアナミド化合
物、グアニジン化合物、尿素化合物、酸、酸無水物(無
水有機酸)、アシルハライド化合物などが挙げられる。
分子量は特に制限されないが、一般的には50〜500
0が好ましい。
As the reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer, any organic compound which reacts with the amino group or imino group of the polyethyleneimine polymer may be used. The number of such reactive functional groups may be at least one, and usually one. As such compounds, specifically, aldehyde compounds, ketone compounds, alkyl halide compounds, isocyanate compounds, thioisocyanate compounds, compounds having an active double bond, epoxy compounds, cyanamide compounds, guanidine compounds, urea compounds, acids, acids Anhydrides (organic anhydrides), acyl halide compounds and the like can be mentioned.
Although the molecular weight is not particularly limited, it is generally 50 to 500.
0 is preferred.

【0029】以下に、これらの化合物の具体例を挙げ
る。 (1)エポキシ化合物 具体的には、下記のものなどである。
The following are specific examples of these compounds. (1) Epoxy compound Specific examples include the following.

【0030】[0030]

【化2】 Embedded image

【0031】(2)有機酸 具体的には、下記のものなどである。(2) Organic acids Specific examples include the following.

【0032】[0032]

【化3】 Embedded image

【0033】(3)アルデヒド化合物 具体的には、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒ
ド、ラウリンアルデヒド、ベンズアルデヒド等である。
(3) Aldehyde compounds Specific examples include butyraldehyde, isobutyraldehyde, laurinaldehyde, benzaldehyde and the like.

【0034】(4)ケトン化合物 具体的には、エチルメチルケトン、イソブチルメチルケ
トン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、アセ
トフェノン、バレロフェノン等である。
(4) Ketone compounds Specific examples include ethyl methyl ketone, isobutyl methyl ketone, diisopropyl ketone, cyclohexanone, acetophenone, valerophenone and the like.

【0035】(5)アルキルハライド化合物 具体的には、塩化ヘキサン、臭化オクタン等である。(5) Alkyl halide compounds Specific examples include hexane chloride and octane bromide.

【0036】(6)イソシアネート化合物 具体的には、エチルイソシアネート、イソプロピルイソ
シアネート、フェニルイソシアネート、オクタデシルイ
ソシアネート等である。
(6) Isocyanate compound Specific examples include ethyl isocyanate, isopropyl isocyanate, phenyl isocyanate, and octadecyl isocyanate.

【0037】(7)チオイソシアネート化合物 具体的には、エチルチオイソシアネート、イソプロピル
チオイソシアネート、オクタデシルチオイソシアネート
等である。
(7) Thioisocyanate compound Specific examples include ethylthioisocyanate, isopropylthioisocyanate, and octadecylthioisocyanate.

【0038】(8)活性二重結合を有する化合物(エチ
レン性不飽和単量体) 具体的には、アクリル酸アルキルエステル、メタクリル
酸アルキルエステル、クロトン酸アルキルエステル、イ
タコン酸アルキルエステル、マレイン酸アルキルエステ
ル、フマル酸アルキルエステル(以上、アルキル基はす
べて炭素数1〜5である)、アクリロニトリル類、メタ
クリルニトリル類などであり、例えば、プロピルアクリ
レート、イソブチルメタクリレート、アクリロニトリル
等がある。
(8) Compound having an active double bond (ethylenically unsaturated monomer) Specifically, alkyl acrylate, alkyl methacrylate, alkyl crotonate, alkyl itaconate, alkyl maleate Examples thereof include esters, alkyl fumarate (all alkyl groups have 1 to 5 carbon atoms), acrylonitriles, methacrylonitriles, and the like. Examples thereof include propyl acrylate, isobutyl methacrylate, and acrylonitrile.

【0039】(9)シアナミド化合物 具体的には、シアナミド(NCNH2)等である。(9) Cyanamide compound Specific examples include cyanamide (NCNH 2 ).

【0040】(10)グアニジン化合物 具体的には、グアニジン((NH22C=NH)、アセ
チルグアニジン(CH 32(NHCOCH3))、ヒプ
リルグアニジン(C65−CONHCH2CONH−C
(=NH)NH2)等である。
(10) Guanidine compound Specifically, guanidine ((NHTwo)TwoC = NH), ace
Tilguanidine (CH ThreeNTwo(NHCOCHThree)), Hyp
Lilguanidine (C6HFive-CONHCHTwoCONH-C
(= NH) NHTwo).

【0041】(11)尿素化合物 具体的には、尿素(カルバミド;CO(NH22)等で
ある。
(11) Urea compound Specifically, urea (carbamide; CO (NH 2 ) 2 ) or the like is used.

【0042】(12)無水有機酸 具体的には、無水酢酸、無水フタル酸等である。(12) Organic anhydride Specific examples thereof include acetic anhydride and phthalic anhydride.

【0043】(13)アシルハライド化合物 具体的には、塩化吉草酸等である。(13) Acyl halide compound Specific examples include valeric chloride.

【0044】このようななかでも、エポキシ化合物やカ
ルボン酸の使用が一般的である。
Of these, the use of epoxy compounds and carboxylic acids is common.

【0045】このような反応性有機化合物は、通常、単
独使用されるが、場合によっては2種以上併用してもよ
い。
These reactive organic compounds are usually used alone, but may be used in combination of two or more in some cases.

【0046】このような反応性有機化合物は、ポリエチ
レンイミン等のポリエチレンイミン系高分子中に存在す
るアミノ基およびイミノ基に含まれる活性プロトン数
と、これら活性プロトンをもつ基に反応する反応性有機
化合物中の官能基の数との比が、1:0.01〜1:
0.5程度となるように添加することが好ましく、ポリ
エチレンイミン系高分子と反応性有機化合物との重量比
が1:0.1〜1:2となるように添加することが好ま
しい。このような添加量とすることで、ポリエチレンイ
ミン系高分子の親水性を適度に保持したままで、感湿膜
を可塑化し柔軟性を付与することが可能になり、感湿膜
としての特性が向上する。これに対し、反応性有機化合
物の添加量が少なくなると、可塑化の効果が得られなく
なり、反応性有機化合物の添加量が多くなると、ポリエ
チレンイミン系高分子自体の吸湿特性を阻害してしま
う。
Such reactive organic compounds include the number of active protons contained in amino groups and imino groups present in polyethyleneimine polymers such as polyethyleneimine, and the number of reactive organic compounds reactive with groups having these active protons. The ratio with the number of functional groups in the compound is 1: 0.01 to 1:
It is preferable to add so that it may become about 0.5, and it is preferable to add so that the weight ratio of a polyethyleneimine polymer and a reactive organic compound may be 1: 0.1 to 1: 2. With such an addition amount, it is possible to plasticize the moisture-sensitive film and to impart flexibility while maintaining the hydrophilicity of the polyethyleneimine-based polymer at an appropriate level, and the characteristics as the moisture-sensitive film are improved. improves. On the other hand, if the amount of the reactive organic compound added is small, the effect of plasticization cannot be obtained, and if the amount of the reactive organic compound added is large, the moisture absorption properties of the polyethyleneimine-based polymer itself are hindered.

【0047】さらに、本発明に用いられるポリエチレン
イミン系高分子は、耐水性を付与するために架橋された
ものであり、好ましくは架橋剤が用いられる。
Further, the polyethyleneimine-based polymer used in the present invention is crosslinked to impart water resistance, and a crosslinking agent is preferably used.

【0048】架橋剤は、ポリエチレンイミン系高分子と
反応性のある官能基を2個以上有する多官能化合物であ
るところを除いて、前記の変性またはグラフト化に用い
られる反応性有機化合物と同種の化合物であってよく、
通常は、反応性が良好なエポキシ化合物が好ましく用い
られる。この場合のエポキシ当量は、感度および耐水性
の両立を図る上で、50〜700WPE、特に100〜
250WPEであることが好ましい。具体的には、市販
品を用いることができる。例えば、ソルビトールポリグ
リシジルエーテルとしてはナガセ化成製デナコールEX-6
11、612、614、614B等が、ソルビタンポリグリシジルエ
ーテルとしてはナガセ化成製デナコールEX-651、651A等
が、ポリグリセロールポリグリシジルエーテルとしては
ナガセ化成製デナコールEX-512、521等が、ペンタエリ
トリトールポリグリシジルエーテルとしてはナガセ化成
製デナコールEX-411等が、ジグリセロールポリグリシジ
ルエーテルとしてはナガセ化成製デナコールEX-421等
が、トリグリシジルトリス(2−ヒドロキシエチル)イ
ソシアヌレートとしてはナガセ化成製デナコールEX-301
等が、グリセロールポリグリシジルエーテルとしてはナ
ガセ化成製デナコールEX-313、314等が、トリメチロー
ルプロパンポリグリシジルエーテルとしてはナガセ化成
製デナコールEX-321等が、ネオペンチルグリコールジグ
リシジルエーテルとしてはナガセ化成製デナコールEX-2
11等が、エチレングリコールジグリシジルエーテルとし
てはナガセ化成製デナコールEX-810、811等が、ポリエ
チレングリコールジグリシジルエーテルとしてはナガセ
化成製デナコールEX-850、851、821、830、832、841、8
61等が、プロピレングリコールジグリシジルエーテルと
してはナガセ化成製デナコールEX-911等が、ポリプロピ
レングリコールジグリシジルエーテルとしてはナガセ化
成製デナコールEX-941、920、921、931等がある。
The crosslinking agent is the same as the reactive organic compound used for the modification or grafting, except that it is a polyfunctional compound having two or more functional groups reactive with the polyethyleneimine polymer. May be a compound,
Usually, an epoxy compound having good reactivity is preferably used. In this case, the epoxy equivalent is preferably from 50 to 700 WPE, particularly from 100 to 700 W to achieve both sensitivity and water resistance.
Preferably it is 250 WPE. Specifically, a commercially available product can be used. For example, as a sorbitol polyglycidyl ether, Nagase Kasei's Denacol EX-6
11, 612, 614, 614B etc., as sorbitan polyglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-651, 651A etc., as polyglycerol polyglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-512, 521 etc., pentaerythritol poly As glycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-411 etc., as diglycerol polyglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-421 etc., and as triglycidyl tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, Nagase Kasei Denacol EX-411 etc. 301
Etc., as glycerol polyglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-313, 314, etc., as trimethylolpropane polyglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-321, etc., and as neopentyl glycol diglycidyl ether, Nagase Kasei. Denacol EX-2
11 etc., as ethylene glycol diglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-810, 811 etc., as polyethylene glycol diglycidyl ether, Nagase Kasei Denacol EX-850, 851, 821, 830, 832, 841, 8 as polyethylene glycol diglycidyl ether.
61 and the like, and propylene glycol diglycidyl ether includes Denacol EX-911 manufactured by Nagase Kasei, and polypropylene glycol diglycidyl ether includes Denacol EX-941, 920, 921, 931 manufactured by Nagase Kasei.

【0049】エポキシ化合物の他、架橋剤としては、多
官能カルボキシル化合物、多官能アルデヒド化合物、多
官能カルボニル化合物、多官能アルキルハライド化合
物、多官能イソシアネート化合物、多官能チオイソシア
ネート化合物、活性二重結合を2つ以上有する化合物、
多官能アシルハライド化合物などがあり、この他、上記
官能基のうち、2種類以上の組み合わせを2つ以上含有
する多官能化合物などがある。
In addition to epoxy compounds, crosslinking agents include polyfunctional carboxyl compounds, polyfunctional aldehyde compounds, polyfunctional carbonyl compounds, polyfunctional alkyl halide compounds, polyfunctional isocyanate compounds, polyfunctional thioisocyanate compounds, and active double bonds. A compound having two or more,
There are polyfunctional acyl halide compounds and the like. In addition, there are polyfunctional compounds containing two or more combinations of two or more of the above functional groups.

【0050】架橋剤は、通常、単独使用されるが、場合
によっては2種以上併用してもよい。
The crosslinking agent is usually used alone, but may be used in combination of two or more in some cases.

【0051】架橋剤は、ポリエチレンイミン等のポリエ
チレンイミン系高分子中に存在するアミノ基およびイミ
ノ基に含まれる活性プロトン数と、これら活性プロトン
をもつ基に反応する架橋剤中の官能基の数との比が、
1:0.05〜1:1程度、特に1:0.1〜1:0.
3程度となるように添加することが好ましい。ポリエチ
レンイミン系高分子と架橋剤との重量比では1:0.1
〜1:3.9程度、特には1:0.2〜1:1.4程度
であることが好ましい。このような添加量とすること
で、適度な耐水性を付与することができ、低湿〜高湿ま
での検知が可能になる。これに対し、架橋剤の添加量が
少なくなると、架橋による不溶化が充分でなく、耐水性
が低くなり高湿雰囲気中において樹脂の流出等による感
湿膜の組成変化が起こり、繰り返し応答後に初期の特性
を保つことが困難である。架橋剤の添加量が多くなる
と、架橋密度が著しく高くなり、水の吸着が立体障害の
ために阻害され、検知が高湿シフトする上、膜の弾力性
がなくなるために、膨潤後に乾燥させると多くのクラッ
クが入り、初期の特性を保つことが非常に難しくなる。
The number of active protons contained in amino groups and imino groups present in a polyethyleneimine-based polymer such as polyethyleneimine, and the number of functional groups in the crosslinker reacting with groups having these active protons are as follows. And the ratio
1: 0.05 to about 1: 1, especially 1: 0.1 to 1: 0.
It is preferable to add so as to be about 3. The weight ratio between the polyethyleneimine polymer and the crosslinking agent is 1: 0.1.
1 : 1: 3.9, particularly preferably 1: 0.2-1: 1.4. With such an addition amount, appropriate water resistance can be imparted, and detection from low humidity to high humidity becomes possible. In contrast, when the amount of the cross-linking agent is reduced, the insolubilization due to cross-linking is not sufficient, the water resistance is reduced, and the composition of the moisture-sensitive film changes due to the outflow of the resin in a high-humidity atmosphere. It is difficult to maintain the characteristics. When the amount of the cross-linking agent is increased, the cross-linking density becomes extremely high, the adsorption of water is hindered by steric hindrance, the detection shifts to high humidity, and the film loses its elasticity. Many cracks occur, making it very difficult to maintain initial properties.

【0052】ポリエチレンイミン等のポリエチレンイミ
ン系高分子は、前述のとおり、これと反応性のある官能
基をもつ反応性有機化合物により、適度に、変性または
グラフト化し、かつ適度に架橋することによって、その
吸水率は、25℃50%RHで10〜20%(質量百分
率)となる。このような吸水率とすることにより、高湿
度雰囲気にさらしても初期の特性に戻すことが可能とな
り、かつ充分な感度が得られる。吸水率が高くなると抵
抗変化が大きくなるが、高湿度領域にさらすと抵抗値が
上昇したまま元に戻らなくなることがある。吸水率が低
くなると、吸湿時に高分子が充分に膨潤しないので、感
度が低くなってくる。
As described above, a polyethyleneimine-based polymer such as polyethyleneimine is appropriately modified or grafted with a reactive organic compound having a functional group reactive therewith, and is appropriately crosslinked. Its water absorption becomes 10 to 20% (mass percentage) at 25 ° C and 50% RH. With such a water absorption rate, it is possible to return to the initial characteristics even when exposed to a high humidity atmosphere, and to obtain a sufficient sensitivity. As the water absorption rate increases, the change in resistance increases. However, when exposed to a high-humidity region, the resistance value may not return to the original state while increasing. If the water absorption rate is low, the polymer will not swell sufficiently during moisture absorption, and the sensitivity will be low.

【0053】このような変性またはグラフト化したポリ
エチレンイミン系高分子は、通常、単独使用されるが、
場合によっては2種以上併用してもよい。
Such a modified or grafted polyethyleneimine-based polymer is usually used alone.
In some cases, two or more kinds may be used in combination.

【0054】本発明に用いられる導電性粒子としてはカ
ーボンブラック、グラファイトなどの炭素系粒子、ニッ
ケルや金、銀、銅などの金属粉などが挙げられる。特に
カーボンブラックなどが好ましく使用される。カーボン
ブラックの比表面積は30〜300m2/g、さらには30
〜150m2/g、特には30〜75m2/gであることが好ま
しい。また、カーボンブラックの一次粒子の平均粒径は
20〜50nmで、ストラクチャーが発達したものが良
く、DBP吸油量が100ml/100g 以上(通常15
0ml/100g 以下)のものが好ましい。なお、一般
に、導電性粒子の平均粒径(球状粒子でないときは投影
面積を円に換算したときの直径)は20nm〜3μm 程度
であることが好ましい。
The conductive particles used in the present invention include carbon-based particles such as carbon black and graphite, and metal powders such as nickel, gold, silver and copper. Particularly, carbon black and the like are preferably used. Carbon black has a specific surface area of 30 to 300 m 2 / g,
It is preferably from 150 to 150 m 2 / g, particularly preferably from 30 to 75 m 2 / g. The average particle size of the primary particles of carbon black is preferably 20 to 50 nm, and those having a well-developed structure are preferable, and the DBP oil absorption is 100 ml / 100 g or more (usually 15
0 ml / 100 g or less) is preferable. In general, it is preferable that the average particle size of the conductive particles (when the particles are not spherical particles, the diameter when the projected area is converted into a circle) is about 20 nm to 3 μm.

【0055】本発明の感湿膜中における導電性粒子の充
填量としてはカーボンブラックの場合で5〜40%(質
量百分率)が好ましく、さらに好ましくは10〜30%
(質量百分率)である。導電粒子の充填量が少ないと、
乾燥時の抵抗値が高くなりすぎる上、乾燥雰囲気と高湿
雰囲気とに繰り返しさらされたときに抵抗値が変化して
しまう。また、多すぎると、湿度の変化に対する抵抗値
の変化が小さくなり、感湿素子としての感度が低下す
る。その他の導電性粒子についてもこれに準じた充填量
とすればよい。
The filling amount of the conductive particles in the moisture-sensitive film of the present invention is preferably 5 to 40% (mass percentage) in the case of carbon black, more preferably 10 to 30%.
(Mass percentage). If the filling amount of conductive particles is small,
The resistance value during drying becomes too high, and the resistance value changes when repeatedly exposed to a dry atmosphere and a high humidity atmosphere. On the other hand, if the amount is too large, the change in the resistance value with respect to the change in the humidity becomes small, and the sensitivity as a moisture-sensitive element decreases. The other conductive particles may have a filling amount according to this.

【0056】本発明における感湿膜は、ポリエチレンイ
ミン等のポリエチレンイミン系高分子、これと反応性の
ある官能基をもつ反応性有機化合物、架橋剤および導電
性粒子を含有する分散液の塗膜を得、これを硬化して得
られる。この場合、ポリエチレンイミン系高分子、これ
と反応性のある官能基をもつ反応性有機化合物および架
橋剤の量比を、前述のように規制しているので、硬化後
において、適度な耐水性と柔軟性とが付与される。な
お、硬化により、ポリエチレンイミン系高分子と反応性
のある官能基をもつ反応性有機化合物は、ポリエチレン
イミン系高分子のアミノ基ないしイミノ基に置換されて
いるが、一部、遊離した状態にあってもよく、結合形成
に至らない状態のまま相互作用していてもよい。同様
に、ポリエチレンイミン系高分子においても、一部、変
性またはグラフト化されないものが存在していてもよ
い。
The moisture-sensitive film in the present invention is a coating film of a dispersion containing a polyethyleneimine-based polymer such as polyethyleneimine, a reactive organic compound having a functional group reactive therewith, a crosslinking agent and conductive particles. And cured. In this case, the amount ratio of the polyethyleneimine-based polymer, the reactive organic compound having a functional group reactive therewith, and the cross-linking agent is regulated as described above, so that after curing, it has appropriate water resistance and Flexibility is provided. In addition, by curing, the reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine-based polymer is substituted with an amino group or an imino group of the polyethyleneimine-based polymer, but a part thereof is in a free state. Or they may interact with each other in a state that does not lead to bond formation. Similarly, some polyethyleneimine-based polymers that are not modified or grafted may be present.

【0057】なお、上記においては、塗膜の硬化ととも
に、反応性有機化合物による変性またはグラフト化を行
っており、この方が好ましいが、上記分散液の調製に際
して、予め反応性有機化合物により変性またはグラフト
化したポリエチレンイミン系高分子を用いてもよい。
In the above, modification or grafting with a reactive organic compound is carried out together with curing of the coating film, and this is preferred. However, in preparing the dispersion, modification or grafting with the reactive organic compound is performed in advance. Polyethyleneimine-based polymer may be used.

【0058】上記の分散液を調製する際の分散媒ないし
溶媒は、アルコール、水等の極性を有するものが好まし
く、特にエチルセロソルブ(エチレングリコールモノエ
チルエーテル)等が好ましい。
The dispersion medium or solvent for preparing the above-mentioned dispersion is preferably a solvent having a polarity such as alcohol or water, and particularly preferably ethyl cellosolve (ethylene glycol monoethyl ether).

【0059】塗布方法としては通常スクリーン印刷法が
用いられる。
As a coating method, a screen printing method is usually used.

【0060】塗膜の硬化は、熱処理によることが好まし
く、塗膜を形成したのち、120〜180℃程度の温度
で30分〜3時間程度硬化させる。酸素存在下で熱処理
(架橋)を行うと、ポリエチレンイミン等のポリエチレ
ンイミン系高分子の酸化あるいは分解が生じて吸湿量が
減少するため、不活性雰囲気下で行うのが好ましい。
The coating is preferably cured by heat treatment. After forming the coating, the coating is cured at a temperature of about 120 to 180 ° C. for about 30 minutes to 3 hours. When heat treatment (crosslinking) is performed in the presence of oxygen, oxidation or decomposition of a polyethyleneimine-based polymer such as polyethyleneimine occurs, and the amount of absorbed moisture is reduced. Therefore, the heat treatment (crosslinking) is preferably performed in an inert atmosphere.

【0061】このようにして得られる感湿膜の乾燥厚さ
は15μm 以下、特に8〜12μmであることが好まし
い。これにより水分の透過が充分に確保される。
The dry thickness of the moisture-sensitive film thus obtained is preferably 15 μm or less, particularly preferably 8 to 12 μm. Thereby, permeation of moisture is sufficiently ensured.

【0062】また、感湿膜の硬度は、25℃0%RHで
のJIS K 5400に従う鉛筆硬度で表して3Hまたは3Hよ
り柔軟な膜(通常3H〜B程度)であることが好まし
く、反応性有機化合物で変性またはグラフト化せず、そ
のままポリエチレンイミン等のポリエチレンイミン系高
分子を用いた場合の鉛筆硬度が5H〜9H、あるいは9
Hより硬質であるのと比べると、感湿膜が可塑化ないし
柔軟化しており、感湿膜におけるクラック等の発生が防
止され、素子の初期特性の維持を図ることができる。な
お、感湿膜の硬度は、感湿膜と同組成の膜をガラス基板
上に、乾燥厚さで約10μm に成膜して測定したもので
ある。
The hardness of the moisture-sensitive film is preferably 3H or a film softer than 3H (usually about 3H to B) expressed in pencil hardness according to JIS K 5400 at 25 ° C. and 0% RH. Pencil hardness of 5H to 9H or 9% when polyethyleneimine-based polymer such as polyethyleneimine is used as it is without being modified or grafted with an organic compound.
Compared with H, the moisture-sensitive film is plasticized or softened, cracks and the like in the moisture-sensitive film are prevented, and the initial characteristics of the element can be maintained. The hardness of the moisture-sensitive film was measured by forming a film having the same composition as the moisture-sensitive film on a glass substrate to a dry thickness of about 10 μm.

【0063】本発明の感湿素子は、具体的には、以下の
ようにして作製される。
The humidity-sensitive element of the present invention is specifically manufactured as follows.

【0064】所定量のポリエチレンイミン等のポリエチ
レンイミン系高分子を極性溶媒に希釈し、ポリエチレン
イミン系高分子と反応性のある官能基をもつ反応性有機
化合物を所定量添加する。この場合、予め、この化合物
により変性またはグラフト化したポリエチレンイミン系
高分子を用いてもよい。さらに、所定量の導電性粒子を
入れ、撹拌し、分散する。この分散液に、所定量の架橋
剤を添加し、さらに撹拌し、分散する。このようにして
得られた感湿材ペーストを、所定の電極(例えば櫛形電
極)上に塗布し、前述のように、N2ガスなどの不活性
雰囲気中で所定条件で熱処理して、感湿膜を形成する。
A predetermined amount of a polyethyleneimine polymer such as polyethyleneimine is diluted in a polar solvent, and a predetermined amount of a reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer is added. In this case, a polyethyleneimine-based polymer modified or grafted with this compound in advance may be used. Further, a predetermined amount of conductive particles is added, stirred, and dispersed. A predetermined amount of a crosslinking agent is added to the dispersion, and the mixture is further stirred and dispersed. The moisture-sensitive material paste thus obtained is applied on a predetermined electrode (for example, a comb-shaped electrode), and is heat-treated under a predetermined condition in an inert atmosphere such as N 2 gas as described above to obtain a moisture-sensitive paste. Form a film.

【0065】本発明の感湿素子は、一対の電極間に感湿
膜を有する構成のものであれば制限はない。例えば、図
1の構成のものであってよい。感湿素子1は、絶縁基板
2上に一対の櫛形電極4を有し、一対の櫛形電極4は、
一定距離のギャップ5を介して絶縁基板2上に配置され
ている。そして、絶縁基板2および櫛形電極4上には、
図示のように、感湿膜3が設けられている。また、櫛形
電極4の各々の一端には電極端子6が取り付けられてい
る。また、図示のように、レジスト膜9を設けてもよ
い。
The moisture-sensitive element of the present invention is not limited as long as it has a moisture-sensitive film between a pair of electrodes. For example, the configuration shown in FIG. 1 may be used. The moisture-sensitive element 1 has a pair of comb-shaped electrodes 4 on an insulating substrate 2, and the pair of comb-shaped electrodes 4
It is arranged on the insulating substrate 2 via a gap 5 at a fixed distance. Then, on the insulating substrate 2 and the comb-shaped electrode 4,
As shown, a moisture sensitive film 3 is provided. An electrode terminal 6 is attached to one end of each of the comb-shaped electrodes 4. Further, as shown, a resist film 9 may be provided.

【0066】このような構成で、両電極間に電圧を印加
する。感湿膜の湿度に応じた抵抗変化により出力電圧が
変化し、湿度が検出される。
With such a configuration, a voltage is applied between both electrodes. The output voltage changes due to a change in resistance according to the humidity of the moisture-sensitive film, and the humidity is detected.

【0067】図1に従って説明すれば、本発明に用いる
絶縁基板2としては、材質は感湿膜3との接着性が良好
で、かつ電気絶縁性を有するものであればどのようなも
のでもよく、例えばガラス、プラスチック、セラミック
または絶縁被覆した金属等が用いられる。
Referring to FIG. 1, as the insulating substrate 2 used in the present invention, any material may be used as long as it has good adhesion to the moisture sensitive film 3 and has electrical insulation. For example, glass, plastic, ceramic or metal coated with insulation is used.

【0068】また、電極4は通常使用されているもので
あれば特に制限はなく、例えばAu、RuO2 、カーボ
ンブラックやグラファイト等の炭素粒子等を含有し、さ
らに必要に応じガラスフリットを含有する低抵抗ペース
ト等をスクリーン印刷し、高温焼結したものなどが使用
できる。なお、電極4を形成した電極基板は、感湿膜3
との親和性を高めるために、シランカップリング剤など
で表面処理しておく方が好ましい。また、電極端子6
は、例えばAg−Pd合金等を用い、これらを通常の方
法で印刷して高温で焼き付け等すればよい。さらに、図
1に示すように、ガラス等よりなるレジスト膜9を設け
てもよい。レジスト膜9の厚さおよび形状には制限はな
い。
The electrode 4 is not particularly limited as long as it is a commonly used one. For example, it contains Au, RuO 2 , carbon particles such as carbon black and graphite, and further contains glass frit as required. A low-resistance paste or the like which is screen-printed and sintered at a high temperature can be used. The electrode substrate on which the electrodes 4 are formed is the moisture sensitive film 3
In order to enhance the affinity with, a surface treatment with a silane coupling agent or the like is preferable. Also, the electrode terminal 6
For example, an Ag-Pd alloy or the like may be used, and these may be printed by a normal method and baked at a high temperature. Further, as shown in FIG. 1, a resist film 9 made of glass or the like may be provided. The thickness and shape of the resist film 9 are not limited.

【0069】本発明の感湿素子は図示例に限らず、種々
のものであってよい。
The moisture-sensitive element of the present invention is not limited to the illustrated example, but may be of various types.

【0070】なお、本発明における一対の電極間のギャ
ップは、通常、0.1〜1.0mm程度である。
Incidentally, the gap between the pair of electrodes in the present invention is usually about 0.1 to 1.0 mm.

【0071】[0071]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を比較例ととも
に示し、本発明をさらに詳細に説明する。次の各実施例
および比較例に用いた電極基板は、以下のようにして作
製した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing specific examples of the present invention together with comparative examples. The electrode substrates used in the following examples and comparative examples were manufactured as follows.

【0072】<電極基板の作製>アルミナ基板上に酸化
ルテニウム電極を形成した電極を、KBM403(信越化学工
業製、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
の5%(質量百分率)水溶液に、1時間浸漬後、水洗浄
し、100℃で5分間、熱処理し、これを電極基板として
用いた。
<Preparation of Electrode Substrate> An electrode obtained by forming a ruthenium oxide electrode on an alumina substrate was replaced with KBM403 (γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
Was immersed in a 5% (mass percentage) aqueous solution for 1 hour, washed with water, heat-treated at 100 ° C. for 5 minutes, and used as an electrode substrate.

【0073】(実施例1)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP200、数平均分子量1000
0)0.417gを溶解した。これに、ポリエチレンイミンと
反応性のある反応性有機化合物デナコールEX-145(ナガ
セ化成工業製、フェノールエチレンオキサイドグリシジ
ルエーテル)を0.319gおよびカーボンブラック(東海カ
ーボン製トーカブラック#4500F)0.20gを加え、クラボ
ウ製遊星式撹拌機KK-100で9分間分散した。その後、架
橋剤デナコールEX-512(ナガセ化成工業製、ポリグリセ
ロールポリグリシジルエーテル、エポキシ当量168WPE)
0.265gを加え、さらに1分間分散し、感湿材ペーストを
得た。
Example 1 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight 1000
0) 0.417 g was dissolved. To this, 0.319 g of reactive organic compound Denacol EX-145 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo, phenol ethylene oxide glycidyl ether) reactive with polyethyleneimine and 0.20 g of carbon black (Tokai Carbon # 4500F manufactured by Tokai Carbon) were added. The mixture was dispersed for 9 minutes with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100. Then, crosslinker Denacol EX-512 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd., polyglycerol polyglycidyl ether, epoxy equivalent 168 WPE)
0.265 g was added and further dispersed for 1 minute to obtain a moisture-sensitive paste.

【0074】上記のアルミナ基板上に酸化ルテニウムで
形成された一対の櫛形電極上にスクリーン印刷で感湿材
ペーストを印刷し、その後窒素雰囲気中で165℃、1時
間熱処理し、感湿素子を得た(図1参照)。感湿膜の乾
燥厚さは10μm であった。また、前述の条件で求めた
感湿膜の硬度は、鉛筆硬度でHBであった。
A moisture-sensitive material paste is printed by screen printing on a pair of comb electrodes made of ruthenium oxide on the alumina substrate, and then heat-treated at 165 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a moisture-sensitive element. (See FIG. 1). The dry thickness of the moisture-sensitive film was 10 μm. Further, the hardness of the moisture-sensitive film obtained under the above conditions was HB in pencil hardness.

【0075】(実施例2)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP200、数平均分子量1000
0)0.540gを溶解した。これに、ポリエチレンイミンと
反応性のある反応性有機化合物デナコールEX-192(ナガ
セ化成工業製、グリシジルエーテルアルコキシド)を0.
288gおよびカーボンブラック(東海カーボン製トーカブ
ラック#4500F)0.20gを加え、クラボウ製遊星式攪拌機
KK-100で9分間分散した。その後、架橋剤デナコールEX-
512(ナガセ化成工業製、ポリグリセロールポリグリシ
ジルエーテル、エポキシ当量168WPE)0.172gを加え、さ
らに1分間分散して、感湿材ペーストを得、実施例1と
同様にして感湿素子を得た。なお、感湿膜の硬度は3H
であった。
Example 2 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight 1000
0) 0.540 g was dissolved. To this, a reactive organic compound denacol EX-192 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd., glycidyl ether alkoxide), which is reactive with polyethyleneimine, is added to 0.1%.
Add 288 g and 0.20 g of carbon black (Tokai Carbon Toka Black # 4500F) and add a Kurabo Industries planetary stirrer
Disperse with KK-100 for 9 minutes. After that, the crosslinking agent Denacol EX-
0.172 g of 512 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd., polyglycerol polyglycidyl ether, epoxy equivalent: 168 WPE) was added, and the mixture was further dispersed for 1 minute to obtain a moisture-sensitive material paste. A moisture-sensitive element was obtained in the same manner as in Example 1. The hardness of the moisture sensitive film is 3H
Met.

【0076】(実施例3)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP-200、数平均分子量1000
0)0.625gを溶解した。これに、ポリエチレンイミンと
反応性のある反応性有機化合物12-ヒドロキシステアリ
ン酸0.177gおよびカーボンブラック(東海カーボン製ト
ーカブラック#4500F)0.20gを加え、クラボウ製遊星式
攪拌機KK-100で9分間分散した。その後、架橋剤デナコ
ールEX-512(ナガセ化成工業製、ポリグリセロールポリ
グリシジルエーテル、エポキシ当量168WPE)0.198gを加
え、さらに1分間分散して感湿材ペーストを調製し、実
施例1と同様にして感湿素子を得た。なお、感湿膜の硬
度はHであった。
Example 3 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP-200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight: 1000).
0) 0.625 g was dissolved. To this, 0.177 g of reactive organic compound 12-hydroxystearic acid reactive with polyethyleneimine and 0.20 g of carbon black (Toka Black # 4500F, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) were added, and dispersed with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100 for 9 minutes. did. Thereafter, 0.198 g of a crosslinking agent Denacol EX-512 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd., polyglycerol polyglycidyl ether, epoxy equivalent: 168 WPE) was added, and further dispersed for 1 minute to prepare a moisture-sensitive material paste. A moisture-sensitive element was obtained. The hardness of the moisture-sensitive film was H.

【0077】(実施例4)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP200、数平均分子量1000
0)0.359gを溶解した。これに、ポリエチレンイミンと
反応性のある反応性有機化合物X22-173DX(信越化学工
業製、エポキシ変性シリコーンオイル)を0.30gおよび
カーボンブラック(東海カーボン製トーカブラック#45
00F)0.20gを加え、クラボウ製遊星式攪拌機KK-100で9
分間分散した。その後、架橋剤デナコールEX-512(ナガ
セ化成工業製、ポリグリセロールポリグリシジルエーテ
ル、エポキシ当量168WPE)0.341gを加え、さらに1分間
分散し、感湿材ペーストを得、実施例1と同様にして感
湿素子を得た。なお、感湿膜の硬度は2Hであった。
Example 4 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight 1000
0) 0.359 g was dissolved. To this, 0.30 g of reactive organic compound X22-173DX (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., epoxy-modified silicone oil) reactive with polyethyleneimine and carbon black (Tokai Carbon # 45 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.)
00F) Add 0.20 g, and add Kurabo's planetary agitator KK-100 to 9
Dispersed for minutes. Thereafter, 0.341 g of a cross-linking agent Denacol EX-512 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd., polyglycerol polyglycidyl ether, epoxy equivalent: 168 WPE) was added, and further dispersed for 1 minute to obtain a moisture-sensitive material paste. A wet element was obtained. The hardness of the moisture-sensitive film was 2H.

【0078】(比較例1)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP200、数平均分子量1000
0)0.612gを溶解した。これにカーボンブラック(東海
カーボン製トーカブラック#4500F)0.20gを加え、クラ
ボウ製遊星式攪拌機KK-100で9分間分散した後、架橋剤
デナコールEX-512(ナガセ化成工業製、ポリグリセロー
ルポリグリシジルエーテル、エポキシ当量168WPE)0.38
8gを加え、さらに1分間分散し、感湿材ぺーストを得
た。
Comparative Example 1 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight 1000
0) 0.612 g was dissolved. 0.20 g of carbon black (Tokai Carbon # 4500F) is added to the mixture, and the mixture is dispersed with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100 for 9 minutes. The cross-linking agent Denacol EX-512 (Nagase Kasei Kogyo, polyglycerol polyglycidyl ether) , Epoxy equivalent 168WPE) 0.38
8 g was added, and the mixture was further dispersed for 1 minute to obtain a moisture-sensitive paste.

【0079】アルミナ基板上に酸化ルテニウムで形成さ
れた一対の櫛形電極上にスクリーン印刷で感湿材ペース
トを印刷し、その後窒素雰雰囲気で165℃、1時間熱処
理し、感湿素子を得た。なお、ポリエチレンイミンと架
橋剤との量比は実施例1と同様にした。また、感湿膜の
硬度は9H、あるいは9Hより硬質の膜であった。
A moisture-sensitive paste was printed by screen printing on a pair of comb-shaped electrodes formed of ruthenium oxide on an alumina substrate, and then heat-treated at 165 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a moisture-sensitive element. The amount ratio of polyethyleneimine to the crosslinking agent was the same as in Example 1. The moisture-sensitive film had a hardness of 9H or a film harder than 9H.

【0080】(比較例2)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP200、数平均分子量1000
0)0.759gを溶解した。これにカーボンブラック(東海
カーボン製トーカブラック#4500F)0.20gを加え、クラ
ボウ製遊星式撹拌機KK-100で9分間分散した後、架橋剤
デナコールEX-512(ナガセ化成工業製、ポリグリセロー
ルポリグリシジルエーテル、エポキシ当量168WPE)0.24
1gを加え、さらに1分間分散して感湿材ぺーストを調製
し、比較例1と同様にして感湿素子を得た。なお、ポリ
エチレンイミンと架橋剤との量比は実施例2、3と同様
にした。また、感湿膜の硬度は5Hであった。
Comparative Example 2 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight 1000
0) 0.759 g was dissolved. 0.20 g of carbon black (Tokai Carbon # 4500F) is added to the mixture, and the mixture is dispersed with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100 for 9 minutes. Then, the crosslinking agent Denacol EX-512 (Nagase Kasei Kogyo, polyglycerol polyglycidyl) Ether, epoxy equivalent 168WPE) 0.24
1 g was added and further dispersed for 1 minute to prepare a moisture-sensitive paste, and a moisture-sensitive element was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The ratio between polyethyleneimine and the crosslinking agent was the same as in Examples 2 and 3. The moisture-sensitive film had a hardness of 5H.

【0081】(比較例3)エチルセロソルブ1gにポリ
エチレンイミン(日本触媒製SP200、数平均分子量1000
0)0.512gを溶解した。これにカーボンブラック(東海
カーボン製トーカブラック#4500F)0.20gを加え、クラ
ボウ製遊星式撹拌機KK-100で9分間分散した後、架橋剤
デナコールEX-512(ナガセ化成工業製、ポリグリセロー
ルポリグリシジルエーテル、エポキシ当量168WPE)0.48
8gを加え、さらに1分間分散して感湿材ぺーストを得、
比較例1と同様にして感湿素子を得た。なお、ポリエチ
レンイミンと架橋剤との量比は実施例4と同様にした。
また、感湿膜の硬度は9H、あるいは9Hより硬質の膜
であった。
Comparative Example 3 1 g of ethyl cellosolve was mixed with polyethyleneimine (SP200 manufactured by Nippon Shokubai, number average molecular weight 1000
0) 0.512 g was dissolved. 0.20 g of carbon black (Tokai Carbon # 4500F) is added to the mixture, and the mixture is dispersed with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100 for 9 minutes. Then, the crosslinking agent Denacol EX-512 (Nagase Kasei Kogyo, polyglycerol polyglycidyl) Ether, epoxy equivalent 168WPE) 0.48
Add 8 g and disperse for another minute to obtain a moisture-sensitive paste
A moisture-sensitive element was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The amount ratio between polyethyleneimine and the crosslinking agent was the same as in Example 4.
The moisture-sensitive film had a hardness of 9H or a film harder than 9H.

【0082】<評価およびその結果、ならびに考察>ま
ず、実施例1〜3の感湿素子の湿度応答性について測定
を行った。温度25℃の恒温槽内で湿度を0%RHから100%
RHへ急激に変化させた際の感湿素子の抵抗変化を経時観
察した後、さらに0%RH雰囲気に急激に戻した際の、経
時変化を同様に観察した。結果を図2に示した。
<Evaluation, Results and Discussion> First, the humidity responsiveness of the moisture-sensitive elements of Examples 1 to 3 was measured. Humidity from 0% RH to 100% in a thermostat at a temperature of 25 ° C
After observing the resistance change of the humidity-sensitive element when the temperature was rapidly changed to RH, the change with time when the atmosphere was rapidly returned to the 0% RH atmosphere was also observed. The results are shown in FIG.

【0083】この結果より、100%RHに変化させると急
速に3.5〜4桁程度の抵抗値の変化が起こり、いずれの素
子も1分以内に応答がほぼ収束し、その後30分間は抵抗
値の変化は殆ど観察されず、非常に高い感度および応答
性が得られた。その後、0%RH雰囲気に戻すと5〜10分以
内に抵抗値の変化が収束し、100%RH暴露前の乾燥時の
抵抗値に復帰した。これより、非常に鋭敏な応答性をも
ち、ヒステリシスも小さく、繰り返し動作にも耐え得る
ことが認められた。
From these results, it was found that when the voltage was changed to 100% RH, the resistance value rapidly changed by about 3.5 to 4 digits, and the response almost converged within one minute for all the elements, and thereafter, the resistance value changed for 30 minutes. Little change was observed and very high sensitivity and responsiveness were obtained. Thereafter, when the atmosphere was returned to the 0% RH atmosphere, the change in resistance value converged within 5 to 10 minutes, and the resistance value returned to the dry state before the exposure to 100% RH. From this, it was recognized that the device has extremely sharp response, small hysteresis, and can withstand repetitive operations.

【0084】次に、実施例1〜3、比較例1、2の感湿
素子の初期(Initial)の抵抗湿度特性と、同素子を0%RH
の雰囲気と100%RHの雰囲気に10分ずつ繰り返し500サイ
クル(cycle)以上さらした後の抵抗湿度特性を示した。
これらの結果を図3〜5と図7、8に示す。実施例1〜
3、比較例2については563サイクル後、比較例1に
ついては606サイクル後のものを示した。
Next, the resistance-humidity characteristics of the humidity sensitive devices of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 at the initial stage (Initial) and the humidity sensitive devices of 0% RH
The resistance-humidity characteristics after repeated exposure for more than 500 cycles for 10 minutes each in the atmosphere of 100% RH and the atmosphere of 100% RH were shown.
These results are shown in FIGS. 3 to 5 and FIGS. Example 1
3 and Comparative Example 2 after 563 cycles, and Comparative Example 1 after 606 cycles.

【0085】実施例1〜3の感湿素子では、いずれも、
60%RH未満(特に40〜50%RH)の湿度が検知可能であ
り、応答後には乾燥時の抵抗値から3.5〜4桁程度の抵抗
値上昇がみられた。
In each of the moisture-sensitive elements of Examples 1 to 3,
Humidity of less than 60% RH (particularly 40 to 50% RH) was detectable, and after the response, the resistance increased by about 3.5 to 4 digits from the resistance at the time of drying.

【0086】これに対し、ポリエチレンイミンと架橋剤
とを用い、反応性有機化合物を用いない比較例1の感湿
素子は、初期の抵抗湿度特性に対して、0%RHと100%RH
繰り返し暴露後の特性は著しい変化がみられ、低湿度領
域でもほぼ絶縁体に近く、高湿度領域ではさらに絶縁性
が増して、抵抗測定が不可能であった。
On the other hand, the humidity-sensitive element of Comparative Example 1 using polyethyleneimine and a crosslinking agent and no reactive organic compound showed 0% RH and 100% RH with respect to the initial resistance and humidity characteristics.
The characteristics after repeated exposure showed a remarkable change, and it was almost close to the insulator even in the low humidity area, and the insulating property was further increased in the high humidity area, making it impossible to measure the resistance.

【0087】また、同様に、反応性有機化合物を用いな
い比較例2の感湿素子は、初期の抵抗湿度特性に対して
0%RHと100%RH繰り返し曝露後の特性では乾操時の抵抗
が2桁以上上昇している上、応答後の抵抗値の変化幅も
小さい。また、初期の乾操時の抵抗も10kΩ程度と、感
湿素子としての十分な特性および信頼性を得られない。
Similarly, the humidity-sensitive element of Comparative Example 2 in which no reactive organic compound was used was different from the initial resistance-humidity characteristic.
In the characteristics after repeated exposure to 0% RH and 100% RH, the resistance during dry operation increases by more than two orders of magnitude, and the range of change in resistance after response is small. Further, the resistance at the time of the initial dry operation is about 10 kΩ, and sufficient characteristics and reliability as a moisture-sensitive element cannot be obtained.

【0088】実施例1は比較例1とポリエチレンイミン
と架橋剤との量比が同じで、反応性有機化合物デナコー
ルEX-145をポリエチレンイミンのアミノ基およびイミノ
基に含まれる活性水素数と、これら活性プロトンをもつ
基に対して反応する官能基との比が1:0.1となるよ
うに添加したものであり、実施例2、3では、比較例2
とポリエチレンイミンと架橋剤との量比が同じで、それ
ぞれ反応性有機化合物デナコールEX-192、12-ヒドロキ
システアリン酸を、ポリエチレンイミンのアミノ基およ
びイミノ基に含まれる活性水素数と、これら活性プロト
ンをもつ基に対して反応する官能基との比がそれぞれ
1:0.1、1:0.05となるように添加したものであ
り、反応性有機化合物を添加することで、0%RHと100%
RHに繰り返し500サイクル以上さらしても初期からの抵
抗湿度特性の変化は非常に小さくなった。
In Example 1, the amount ratio of polyethyleneimine and the crosslinking agent was the same as that of Comparative Example 1, and the reactive organic compound Denacol EX-145 was used to determine the number of active hydrogens contained in the amino group and imino group of polyethyleneimine. In Examples 2 and 3, Comparative Example 2 was added so that the ratio of the group having an active proton to the functional group reacting with the group having an active proton was 1: 0.1.
The ratios of the reactive organic compounds denacol EX-192 and 12-hydroxystearic acid were the same, and the number of active hydrogens contained in the amino and imino groups of polyethyleneimine, and the number of active protons Are added so that the ratios of the functional group reacting with the group having the formula are 1: 0.1 and 1: 0.05, respectively. By adding the reactive organic compound, 0% RH and 100%
Even after repeated exposure to RH for more than 500 cycles, the change in resistance-humidity characteristics from the initial stage became very small.

【0089】また、実施例4、比較例3の感湿素子につ
いて、初期の抵抗湿度特性と、同素子を60℃95%RHの高
温高湿状態に300時間以上放置した後の抵抗湿度特性を
調べた。これらの結果を図6、図9に示す。ともに、3
51時間放置した後のものである。
For the humidity-sensitive devices of Example 4 and Comparative Example 3, the initial resistance-humidity characteristics and the resistance-humidity characteristics after leaving the devices in a high-temperature and high-humidity state of 60 ° C. and 95% RH for 300 hours or more are shown. Examined. These results are shown in FIGS. Both 3
After leaving for 51 hours.

【0090】比較例3のポリエチレンイミンと架橋剤と
を用い、反応性有機化合物を用いない感湿素子は、初期
の抵抗湿度特性に対して60℃95%RH高温高湿放置後の特
性は乾燥時の抵抗が1.5桁程度上昇し、感湿素子として
の充分な信頼性が得られない。
The humidity-sensitive element using the polyethyleneimine and the cross-linking agent of Comparative Example 3 and no reactive organic compound was characterized in that the initial resistance / humidity characteristics after drying at 60.degree. The resistance at the time increases by about 1.5 digits, and sufficient reliability as a moisture sensitive element cannot be obtained.

【0091】それに対して、実施例4は、比較例3とポ
リエチレンイミンと架橋剤の量比が同じで、反応性有機
化合物X22-173DXを、ポリエチレンイミンと、この化合
物との重量比が1:0.85程度となるように添加したもの
であるが、この化合物の添加により、高温高湿雰囲気下
に3OO時間以上放置しても初期からの抵抗湿度特性の変
化は非常に小さくなった。
On the other hand, in Example 4, the amount ratio of polyethyleneimine and the cross-linking agent was the same as that of Comparative Example 3, and the reactive organic compound X22-173DX was replaced with polyethyleneimine at a weight ratio of 1: Although it was added so as to be about 0.85, the change in the resistance-humidity characteristics from the initial stage became very small even when the compound was left in a high-temperature and high-humidity atmosphere for 3 OO hours or more.

【0092】(実施例5)エチルセロソルブ1g にエチ
レンイミンとプロピレンイミンの共重合体(エチレン(-
CH2-CH2-)単位:トリメチレン単位(-CH2-CH2-CH2-)=
8:2(モル比):数平均分子量10000)0.4g を溶
解した。これに、このようなポリエチレンイミン系高分
子と反応性のある反応性有機化合物デナコールEX-145を
0.3g およびカーボンブラック0.2g を加え、クラ
ボウ製遊星式攪拌機KK-100で9分間分散した。その後、
架橋剤デナコールEX-512を0.3g 加え、さらに1分間
分散して、感湿材ペーストを得、実施例1と同様にして
感湿素子を得た。なお、感湿膜の硬度は3Hであった。
Example 5 A copolymer of ethylene imine and propylene imine (ethylene (-) was added to 1 g of ethyl cellosolve.
CH 2 -CH 2- ) unit: trimethylene unit (-CH 2 -CH 2 -CH 2- ) =
(8: 2 (molar ratio): number average molecular weight 10,000). To this, 0.3 g of reactive organic compound Denacol EX-145 reactive with such a polyethyleneimine-based polymer and 0.2 g of carbon black were added, and the mixture was dispersed for 9 minutes with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100. . afterwards,
0.3 g of a crosslinking agent Denacol EX-512 was added, and the mixture was further dispersed for 1 minute to obtain a moisture-sensitive material paste. A moisture-sensitive element was obtained in the same manner as in Example 1. The hardness of the moisture-sensitive film was 3H.

【0093】この感湿素子を0%RH雰囲気と100%
RH雰囲気に10分ずつ繰り返し500サイクル以上さ
らした後の抵抗湿度特性は初期の特性と変化がなく、実
施例1〜3と同様の効果が見られた。
This moisture-sensitive element was subjected to a 0% RH atmosphere and a 100% RH atmosphere.
The resistance-humidity characteristics after repeated exposure to the RH atmosphere for 10 minutes for 500 cycles or more did not change from the initial characteristics, and the same effects as in Examples 1 to 3 were observed.

【0094】(実施例6)エチルセロソルブ1g に一部
メチル化したポリエチレンイミン0.4g を溶解した。
このようなポリエチレンイミンの数平均分子量は1000で
あり、エチレン(-CH2-CH2-)単位:プロピレン(-CH(CH3)
-CH2-)単位=9:1(モル比)であった。これに、ポリ
エチレンイミンと反応性のある反応性有機化合物デナコ
ールEX-145を0.3g およびカーボンブラック0.2g
を加え、クラボウ製遊星式攪拌機KK-100で9分間分散し
た。その後、架橋剤デナコールEX-512を0.3g 加え、
さらに1分間分散して、感湿材ペーストを得、実施例1
と同様にして感湿素子を得た。なお、感湿膜の硬度は3
Hであった。
Example 6 0.4 g of partially methylated polyethyleneimine was dissolved in 1 g of ethyl cellosolve.
The number average molecular weight of such a polyethyleneimine is 1000, ethylene (-CH 2 -CH 2 -) units: propylene (-CH (CH 3)
—CH 2 —) units = 9: 1 (molar ratio). To this, 0.3 g of reactive organic compound Denacol EX-145 reactive with polyethyleneimine and 0.2 g of carbon black
Was added and dispersed with a Kurabo Industries planetary stirrer KK-100 for 9 minutes. Then add 0.3g of crosslinker Denacol EX-512,
After further dispersing for 1 minute, a moisture-sensitive paste was obtained.
A moisture-sensitive element was obtained in the same manner as described above. The moisture-sensitive film has a hardness of 3
H.

【0095】この感湿素子を0%RH雰囲気と100%
RH雰囲気に10分ずつ繰り返し500サイクル以上さ
らした後の抵抗湿度特性は初期の特性と変化がなく、実
施例1〜3と同様の効果が見られた。
This moisture-sensitive element was subjected to a 0% RH atmosphere and a 100%
The resistance-humidity characteristics after repeated exposure to the RH atmosphere for 10 minutes for 500 cycles or more did not change from the initial characteristics, and the same effects as in Examples 1 to 3 were observed.

【0096】[0096]

【発明の効果】本発明によれば、直流で測定可能で、6
0%RH未満の低湿度領域の湿度が検出することがで
き、感度、応答性がよく、繰り返し動作に対する特性安
定性の高い感湿素子が得られる。
According to the present invention, direct current can be measured and 6
Humidity in a low humidity range of less than 0% RH can be detected, and a moisture-sensitive element having good sensitivity and responsiveness and having high characteristic stability against repeated operation can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の感湿素子の一構成例を示す平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing one configuration example of a moisture-sensitive element of the present invention.

【図2】実施例1〜3の感湿素子の湿度応答特性を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing humidity response characteristics of the moisture-sensitive elements of Examples 1 to 3.

【図3】実施例1の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Example 1.

【図4】実施例2の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Example 2.

【図5】実施例3の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 5 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Example 3.

【図6】実施例4の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 6 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Example 4.

【図7】比較例1の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Comparative Example 1.

【図8】比較例2の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 8 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Comparative Example 2.

【図9】比較例3の感湿素子の抵抗湿度特性を示すグラ
フである。
FIG. 9 is a graph showing resistance-humidity characteristics of the humidity-sensitive element of Comparative Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 感湿素子 2 絶縁基板 3 感湿膜 4 電極 5 ギャップ 6 電極端子 9 レジスト膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Moisture sensitive element 2 Insulating substrate 3 Moisture sensitive film 4 Electrode 5 Gap 6 Electrode terminal 9 Resist film

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の電極間に、吸湿性高分子と、この
吸湿性高分子に分散された導電性粒子とを含有する感湿
膜を有する感湿素子において、 前記吸湿性高分子が、ポリエチレンイミン系高分子と反
応性のある官能基をもつ反応性有機化合物で変性された
ポリエチレンイミン系高分子、またはポリエチレンイミ
ン系高分子と反応性のある官能基をもつ反応性有機化合
物がグラフト化されたポリエチレンイミン系高分子を含
み、かつこれらのポリエチレンイミン系高分子が架橋さ
れている感湿素子。
1. A moisture-sensitive element having a moisture-sensitive film containing a hygroscopic polymer and conductive particles dispersed in the hygroscopic polymer between a pair of electrodes, wherein the hygroscopic polymer is Polyethyleneimine polymer modified with reactive organic compound having functional group reactive with polyethyleneimine polymer, or reactive organic compound having functional group reactive with polyethyleneimine polymer grafted A moisture-sensitive element comprising a modified polyethyleneimine-based polymer and crosslinked with the polyethyleneimine-based polymer.
【請求項2】 ポリエチレンイミン系高分子と反応性の
ある官能基をもつ反応性有機化合物が、アルデヒド化合
物、ケトン化合物、アルキルハライド化合物、イソシア
ネート化合物、チオイソシアネート化合物、活性二重結
合を有する化合物、エポキシ化合物、シアナミド化合
物、グアニジン化合物、尿素化合物、酸、酸無水物、ま
たはアシルハライド化合物であり、これらの反応性有機
化合物による変性またはグラフト化により、感湿膜が可
塑化されている請求項1の感湿素子。
2. The method according to claim 1, wherein the reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer is an aldehyde compound, a ketone compound, an alkyl halide compound, an isocyanate compound, a thioisocyanate compound, a compound having an active double bond, An epoxy compound, a cyanamide compound, a guanidine compound, a urea compound, an acid, an acid anhydride, or an acyl halide compound, wherein the moisture-sensitive film is plasticized by modification or grafting with these reactive organic compounds. Moisture sensitive element.
【請求項3】 感湿膜の硬度が、25℃0%RHでのJ
IS K5400に従う鉛筆硬度で表して3Hまたは3
Hより柔軟な膜である請求項1または2の感湿素子。
3. The hardness of the moisture-sensitive film is J at 25 ° C. and 0% RH.
3H or 3 in pencil hardness according to IS K5400
3. The moisture-sensitive element according to claim 1, wherein the moisture-sensitive element is a film that is more flexible than H.
【請求項4】 変性またはグラフト化に供されるポリエ
チレンイミン系高分子骨格の分子量が、数平均分子量
で、300〜70000である請求項1〜3のいずれか
の感湿素子。
4. The moisture-sensitive element according to claim 1, wherein the molecular weight of the polyethyleneimine-based polymer skeleton subjected to the modification or grafting is 300 to 70000 in number average molecular weight.
【請求項5】 変性またはグラフト化に供されるポリエ
チレンイミン系高分子骨格中のNに結合するアルキレン
基が、それぞれ置換基を有していてもよいメチレン基、
エチレン基、トリメチレン基およびテトラメチレン基か
ら選ばれる1種以上であって、かつ無置換のエチレン基
を含む請求項1〜4のいずれかの感湿素子。
5. An alkylene group bonded to N in a polyethyleneimine-based polymer skeleton subjected to modification or grafting, wherein each of the alkylene groups may have a substituent.
The moisture-sensitive element according to any one of claims 1 to 4, wherein the element is at least one selected from an ethylene group, a trimethylene group, and a tetramethylene group and contains an unsubstituted ethylene group.
【請求項6】 前記Nに結合するアルキレン基のうち、
無置換のエチレン基の比率が20〜100モル%であ
り、置換基を有するエチレン基、ならびにそれぞれ置換
基を有していてもよいメチレン基、トリメチレン基およ
びテトラメチレン基から選ばれる1種以上が0〜80モ
ル%である請求項5の感湿素子。
6. Among the alkylene groups bonded to N,
The ratio of unsubstituted ethylene groups is 20 to 100 mol%, and at least one selected from ethylene groups having substituents and methylene groups, trimethylene groups, and tetramethylene groups which may have substituents, respectively. The moisture-sensitive element according to claim 5, wherein the content is 0 to 80 mol%.
【請求項7】 導電性粒子がカーボンブラックである請
求項1〜6のいずれかの感湿素子。
7. The moisture-sensitive element according to claim 1, wherein the conductive particles are carbon black.
【請求項8】 一対の電極間に、吸湿性高分子と、この
吸湿性高分子に分散された導電性粒子とを含有する感湿
膜を有する感湿素子の製造方法において、 前記感湿膜を、ポリエチレンイミン系高分子、ポリエチ
レンイミン系高分子と反応性のある官能基をもつ反応性
有機化合物、架橋剤および導電性粒子を含有する分散液
の塗膜を硬化して得る感湿素子の製造方法。
8. A method for manufacturing a moisture-sensitive element having a moisture-sensitive film containing a hygroscopic polymer and conductive particles dispersed in the hygroscopic polymer between a pair of electrodes, wherein the moisture-sensitive film is Of a moisture-sensitive element obtained by curing a coating film of a dispersion liquid containing a polyethyleneimine polymer, a reactive organic compound having a functional group reactive with the polyethyleneimine polymer, a crosslinking agent, and conductive particles. Production method.
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