JP2783537B2 - 透明導電性フイルム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐熱性に優れた透明導電性フイルムに関す
るものである。 ［従来の技術］ 導電性フイルムは、大きく２つに分類される。１つ
は、フイルムに導電体を練込んだもので、面方向だけで
なく、厚み方向にも導電性がるあもの、もう１つは、フ
イルムの表面に導電層を形成したものであるが、これ
は、面方向の導電性しか付与されず、用途が制限され
る。その点、前者は、広範な用途があるが、これは、カ
ーボンブラックや、金属微粉末、導電性マイカなどの無
機系フイラーを練込んで製造される。しかし、透明性の
ないものが多く、透明性を有するものは、特開昭61−28
1401に示されるように導電性マイカを使用したポリカー
ボネートフイルムやポリウレタンフイルムしか知られて
いない。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、導電性マイカは形状異方性があるた
め、ポリマの種類や製造方法の差で透明性、導電性に差
がでたり、更に製造方法が同じでも、製造条件でこれら
の特性が大きく変化し、品質の安定性からみて、実用化
する上で問題があった。また、たとえ実用化されたとし
ても、ポリカーボネートや、ウレタンなどの一部のポリ
マでしか実現できず、例えば面状発熱体などとして使用
しようとしても、耐熱性の点で不満足なものであった。 本発明は、透明性、導電性が安定して得られ、なおか
つ耐熱性の非常に優れた信頼性の高い透明導電性フイル
ムを提供することを目的とするものである。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミドから
選ばれた一種以上のポリマーと、導電性を有する無機フ
イラーとを含有する組成物からなるフイルムであって、
体積抵抗が10^-2〜10¹²Ω・cm、全光線透過率が20％以上
であることを特徴とする透明導電性フイルムに関するも
のである。 本発明の芳香族ポリアミドとは、基本構成単位 −HN−Ar₁−NHOC−Ar₂−CO− を50モル％以上含む重合体からなるものである。ここ
で、Ar₁、Ar₂は、下記の（１）、（２）の構造のものを
いう。 ここで、Ｒ、Ｘはハロゲン基、ニトロ基、C₁〜C₃のア
ルキル基、C₁〜C₃のアルコキシ基、Ｙは −ＣH_２−、Ｏ−、ＳO_２−。 ｐ、ｍ、ｎは０〜３、ｌは０又は１を表わす。 ここで、Ｓはハロゲン基、ニトロ基、C₁〜C₃のアルキ
ル基、C₁〜C₃のアルコキシ基。ｑは０〜４。 これらのうち、ＲやＳにハロゲン（特に塩素）やアル
キル基（特にメチル基）などの置換基を有するポリマ、
あるいはＸやＹにアルキル基や−ＣH_２−を有するポリ
マは、ポリマ溶液中での溶解性が置換基のないものより
向上し、無機フイラーとの相性がよくなり、好ましい。
例えば、 などを50モル％以上含むポリマが挙げられる。 この芳香族ポリアミドは酸クロリドとジアミンの反
応、あるいはイソシアネートとカルボン酸との反応で得
られる。 酸クロリドとジアミンの組合せを例にとると、単量体
としては、酸クロリド側は、テレフタル酸クロリド、イ
ソフタル酸クロリド、及びこれらの芳香核にハロゲン、
ニトロ、アルキル、アルコキシ基を有するもの、例えば
２−クロロテレフタル酸クロリド、２−クロロイソフタ
ル酸クロリド、2,5−ジクロロテレフタル酸クロリド、
２−ニトロテレフタル酸クロリド、２−メチルイソフタ
ル酸クロリドなどがある。また、ジアミン側は、ｐ−フ
ェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、4,4′−
ジアミノジフェニルケトン、3,3′−ジアミノジフェニ
ルケトン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,4′−
ジアミノジフェニルメタン、3,3′−ジアミノジフェニ
ルメタン、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、3,3′
−ジアミノジフェニルエーテル、ベンチジン、及びこれ
らの芳香核に上記の置換基を有するもの、例えば２−ク
ロロ−ｐ−フェニレンジアミン、２−クロロ−メタフェ
ニレンジアミン、２−メチル−メタフェニレンジアミ
ン、3,3′−ジメチルベンチジンなどがある。 また、イソシアートとカルボン酸の組合せを例にとる
と、イソシアネート側は、フェニレン−1,4−ジイソシ
アネート、フェニレン−1,3−ジイソシアネート、ジフ
ェニルケトン−4,4′−ジイソシアネート、ジフェニル
メタン−4,4′−ジイソシアネート、ジフェニルエーテ
ル−4,4′−ジイソシアネート、ジフェニルスルホン−
4,4′−ジイソシアネート、及びこれらの芳香核に上記
の置換基を有するもの、例えばトルイレン−2,6−ジイ
ソシアネート、トルイレン−2,4−ジイソシアネート、
などがある。また、カルボン酸側は、テレフタル酸、イ
ソフタル酸及びこれらの芳香核に置換基を有するものな
どがある。 本発明は、上記の一般式で示される基本構成単位を50
モル％以上、好ましくは70モル％以上含むことが必要で
ある。上記範囲より少ないと、耐熱性が低下して、本発
明の目的を達成することができない。50モル％未満の共
重合成分は、特に限定されるものではなく、エステル結
合、ウレタン結合、イミド結合、複素環結合などを含有
していてもよい。なお、機械特性、耐熱性の優れたフイ
ルムを得るには、ポリマとしては、固有粘度の（ポリマ
0.5gを臭化リチウム2.5wt％を含むＮ−メチルピロリド
ン100mlの溶液として、30℃で測定した値）は0.5〜6.0
が好ましい。 また、本発明の芳香族ポリイミドとは、下記（１）式
の構造単位で示されるものを主体とするものである。 ここで、R₁は少なくとも１個の芳香族環を含有してお
り、かつ炭素数としては、25以下が好ましく、イミド環
を形成する２つのカルポニル基は、隣接する炭素原子に
結合している有機基である。 また、式中−R₂−は、２価の有機基であり、これは一
般式H₂N−R₂−ＮH_２を有する芳香族ジアミンに由来して
いる。R₁基は一般式 を有する芳香族テトラカルボン酸成分によってもたらさ
れる。このような芳香族テトラカルボン酸の代表例とし
ては、次のようなものが挙げられる。 ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′−ビスフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンジ
カルボン酸二無水物、2,2−ビス（3,4−ジカルボキシフ
ェニル）エーテル二無水物、ピリジン−2,3,5,6テトラ
カルボン酸二無水物、3,3′,4,4′ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸二無水物、あるいはこれらテトラカルボン
酸エステルなどがある。 一方、芳香族ジアミンとしては、２個のアミノ基は少
なくとも１つ以上の炭素を介して結合していることが好
ましく、またR₂としては少なくとも１個の芳香族環を含
有しており、炭素数としては25以下が好ましく、例えば
パラキシリレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ベ
ンチジン、4,4′ジアミノジフェニルエーテル、4,4′ジ
アミノジフェニルメタン、4,4′ジアミノジフェニルス
ルホン、3,3′ジメチル−4,4′ジアミノジフェニルメタ
ン、1,5ジアミノナフタレン、3.3′ジメトキシベンチジ
ン、1,4ビス（３メチル−５アミノフェニル）ベンゼン
などが挙げられる。これら酸成分やアミン成分は各々単
独または、混合して用いられることは言うまでもない。 また、本発明の芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド
にはフイルムの物性を損わない程度に、滑剤、酸化防止
剤、その他の添加剤等や、また他のポリマがブレンドさ
れていてもよい。 本発明において用いられる導電性を有する無機フイラ
ーとしては、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化
物から選ばれた一種以上の粒子がある。具体例として
は、金、銀、銅、鉛、スズ、アルミニウム、白金、イン
ジウム、チタン、コバルト、鉄、ニッケル、クロム等の
金属及びこれらの酸化物、窒化物、炭化物か挙げられる
が、粒子安定性、導電性、さらにポリマ溶液中、フイル
ム中での分散などを考慮すると金属酸化物が好ましく、
酸化スズ、酸化インジウムがより好ましい。また、導電
性向上のために、これらの酸化物に他の金属がドープさ
れていてもよい。無機フイラーの形状は、球状、鱗状、
針状、不定形などいずれでもよく、一次粒径は、透明性
ということから、可視光線の波長より小さいことが望ま
れるが、これらの粒子は、粒径分布をもっており、10m
μ〜５μの範囲のものが好ましく、より好ましくは20m
μ〜２μであり、二次凝集しにくいものが好ましい。 フイラーの添加量は、目的とする導電率によって異な
るが、ポリマ100重量部に対して、５〜250重量部であ
り、好ましくは10〜200重量部である。５重量部未満で
は、導電性が発現しなかったり、250重量部を越える
と、透明性が失なわれたり、フイルムの機械特性が悪く
なる。 本発明にかかるフイルムの体積抵抗は、10^-2〜10¹²Ω
・cmである。10^-2未満の抵抗を得るためには、多量のフ
イラーを必要とするため、透明性やフイルムの機械特性
が悪くなり、また10¹²より高いと、帯電防止の効果さえ
得られず、実用的でなくなる。より好ましくは、10^-1〜
10¹⁰Ω・cmである。また、表面抵抗は、10⁰〜10¹⁴Ω／
□が好ましい。 また、全光線透過率は、20％以上であることが必要で
ある。20％未満では、もはや透明とは言えず、実用性は
ない。より好ましくは40％以上である。また、ヘイズは
80％以下であることが好ましい。 なお、全光線透過率、ヘイズは、積分球式、光線透過
率測定装置によって求めた。 本発明のフイルムは用途によって異なるが、厚みは１
〜200μが好ましくは、より好ましくは２〜150μであ
る。 また、少なくとも一方向の250℃の熱収縮率は、好ま
しくは５％以下、より好ましくは２％以下であり、強度
と伸度は、少なくとも一方向が5kg/mm²以上、５％以上
が好ましく、より好ましくは8kg/mm²以上、10％以上で
ある。さらにフイルムの吸湿率は、好ましくは５％以
下、より好ましくは４％以下である。５％より大きいと
湿度により抵抗値の変動が大きくなり、実用上問題とな
ることがある。 次に、本発明の製法について説明する。本発明を達成
するには、芳香族ポリアミドあるいは芳香族ポリイミド
あるいはポリアミド酸（ポリイミド前駆体）の溶液中
に、上記の無機フイラーを存在させ、この溶液を製膜す
ることにより形成される。 まず、芳香族ポリアミドであるが、酸クロリドとジア
ミンとからの場合は、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチル
アセトアミド、ジメチルホルムアミドなどの非プロトン
性有機極性溶媒中で、溶液重合したり、水系媒体をしよ
うする界面重合などで合成される。ポリマ溶液は、単量
体として酸クロリドとジアミンを使用すると塩化水素が
副生するため、これを中和するために水酸化カルシウム
などの無機の中和剤、又はエチレンオキサイドなどの有
機の中和剤を添加する。 また、イソシアネートとカルボン酸との反応は、非プ
ロトン性有機極性溶媒中、触媒の存在下で行なわれる。
これらのポリマ溶液はそのままフイルムを成形する製膜
原液にしてもよく、またポリマーを一度単離してから上
記の溶媒に再溶解して製膜原液を調製してもよい。製膜
源液には溶解助剤として無機塩例えば塩化カルシウム、
塩化マグネシウムなどを添加する場合もある。製膜原液
中のポリマ濃度は２〜40重量％程度が好ましい。 一方、芳香族ポリイミドあるいはポリアミド酸の溶液
は次にようにして得られる。即ち、ポリアミド酸はＮ−
メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホ
ルムアミドなどの非プロトン性有機極性溶媒中でテトラ
カルボン酸二無水物と芳香族ジアミンを反応させて、調
製することができる。又、芳香族ポリイミドは前記のポ
リアミド酸を含有する溶液を加熱したり、ピリジンなど
のイミド化剤を添加してポリイミドの粉末を得、これを
再度溶媒に溶解して調製できる。製膜原液中のポリマ濃
度は、５〜40重量％程度が好ましい。 無機フイラーとポリマの練込みは次の方法が挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。 （１） 無機フイラーをポリマが可溶である溶媒に分散
しておいて、ポリマ溶液に加える、あるいはフイラー分
散溶液に、あらかじめ単離されたポリマを添加する。 （２） 重合前に重合溶媒にフイラーを分散させておい
てから、重合を行なう。 （３） 無機フイラーを粉末のままでポリマ溶液に添加
する。 この無機粒子が添加混合された製膜原液は、いわゆる
溶液製膜法によりフイルム化が行なわれる。溶液製膜法
には、乾湿式法、乾式法、湿式法などがあるが、乾湿式
法、乾式法が表面性のよいフイルムを得るには好まし
い。キャスト時の粘度は、100〜10000ポイズになるよう
に製膜原液のポリマ濃度や温度を調節することが好まし
い。 ここで粘度とは、回転式Ｂ型粘度計でキャスト時と同
一条件（濃度、温度）で測定した値をいう。 キャストは金属ドラムやエンドレスの金属ベルトなど
の支持体上に行なわれ、ここで薄膜が自己保持性をもつ
まで乾燥あるいはイミド化反応を促進させる。この際溶
媒が急激に飛散して面荒れを起こさないように調節する
必要があり、一般に室温〜300℃、好ましくは50〜250℃
で60分以内の範囲で行なわれる。 自己保持性をもつに至ったフイルムは支持体から剥離
され、乾湿式法のプロセスを採用する際には湿式浴中へ
導入される。この浴は、一般に水系媒体からなるもので
あり、水の他に、有機溶媒や無機塩等を含有していても
よい。該浴中でフイルム中の残存溶媒や無機塩、イミド
化剤が抽出される。 さらにフイルム長手方向に延伸、あるいはリラックス
が行なわれる。浴から出たフイルムは次いで乾燥や延
伸、リラックス、熱処理が行なわれる。 これらの処理は、一般に100〜500℃で行なわれる。 乾式法の場合には、自己保持性をもったフイルムは支
持体から剥離後、一般には、残存輝発分を少なくとも３
重量％以下になるまで、乾燥、延伸リラックス、熱処理
がなされる。これらの処理は一般に150℃〜500℃で行な
われる。 以上、乾湿式法、乾式法のいずれの製膜方法をとる場
合にも、面倍率は、好ましくは0.8〜5.0倍、より好まし
くは1.1〜3.0倍で延伸あるいはリラックスを行なう。面
倍率とはフイルム長手方向（MD方向）の延伸倍率と幅方
向（TD方向）の延伸倍率の積を言う。面倍率は0.8より
小さいとフイルム物性の低下や平面性の悪化が見られ、
また5.0を越すとフイルム中で無機フイラーが面方向に
配向したり、フイラーどうしの距離が広がって、導電性
が発現しなくなったりする。なお、無機フイラーの添加
量が同じでも面倍率を変えることで抵抗値を調節するこ
とが可能である。 ［発明の効果］ 本発明で得られたフイルムは、体積抵抗が10^-2〜10¹²
Ω・cm、全光線透過率が20％以上であり、透明性に優
れ、面方向のみならず、厚み方向にも安定した導電性を
有し、更に耐熱性も非常に優れているため、その使用範
囲は広範である。とくに高温下で使用される場合には、
その効果は、一層大きなものとなる。 なお、本発明の用途としては、液晶表示素子、電磁波
シールド（電子レンジの窓など）、透明面状発熱体や透
明帯電防止フイルムなど非常に広範である。 ［実施例］ 次に、本発明をより具体的に説明するために実施例を
示すが、これらに限定されるものではない。 実施例１ ２−クロロ−ｐ−フェニレンジアミンと２−クロロテ
レフタル酸クロリドから合成したポリマのNMP（Ｎ−メ
チルピロリドン）溶液に、NMP中に分散した酸化インジ
ウムをポリマに対して酸化インジウム固形分が150wt％
になるように添加して3000ポイズの溶液とした。これを
ガラス板上に流延し、150℃で３分間乾燥し、次にガラ
スより剥離後、流水中に10分間浸し、更に緊張下で300
℃、２分間熱処理を行なった。フイルムの厚みは６μｍ
で、第１表に示すように、全光線透過率75％、体積抵抗
２Ω・cm、表面抵抗3kΩ／□と透明性、導電性とも優れ
たものであった。また、耐熱性、機械特性とも良好なフ
イルムであった。さらに吸湿率は、1.2％で湿度が変化
しても抵抗値の変化はなかった。 実施例２ 4.4′−ジアミノジフェニルメタンと２−クロロテレ
フタル酸クロリドから合成したポリマのNMP溶液に酸化
スズを粉末でポリマに対して40wt％添加し、２時間撹拌
すると均一に分散した。実施例１と同様な方法で厚み15
μｍのフイルムを作成したところ、第１表に示すように
透明性、耐熱性、機械特性に優れ、静電防止効果のある
フイルムが得られた。 実施例３ 4,4′−ジアミノフェニルエーテルと無水ピロメリッ
ト酸から合成したポリアミド酸のDNAc（N,N−ジメチル
アセトアミド）溶液に、DMAcに分散した酸化インジウム
をポリマに対して100wt％添加した。この溶液をガラス
板上に流延し、160℃で３分間乾燥し、次にガラスより
剥離した後、400℃で緊張下に２分間熱処理してポリイ
ミドフイルムを得た。第１表に示すような特性をもった
フイルムが得られ、透明性、導電性、耐熱性に優れてい
た。 比較例１ 実施例１と同じポリマのNMP溶液に酸化インジウムを
ポリマに対して300wt％粉末で添加し、２時間撹拌し
て、均一溶液にした。これを実施例１と同様な方法でフ
イルムにしたところ、第１表に示すように20μｍの厚み
で、全光線透過率13％、体積抵抗0.4Ω・cmと導電性は
良好だが、透明性が悪く、更に機械特性が悪いため、フ
イルムはぼろぼろで実用性のないものであった。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−201828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−55818（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミドから選ばれた
   一種以上のポリマーと、導電性を有する無機フイラーと
   を含有する組成物からなるフイルムであって、体積抵抗
   が10^-2〜10¹²Ω・cm、全光線透過率が20％以上であるこ
   とを特徴とする透明導電性フイルム。