JP5030390B2 - 導電性複合積層体の製造方法 - Google Patents

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本発明は、電子部品(IC、LSI等)の帯電防止用梱包資材等として有用な導電性複合積層体及びその製造方法に関する。
プラスチックフィルム、シート、成型品、発泡体、繊維、紙等の基材表面に導電性を与える処理方法としては、従来から幾つかの方法が知られており、この様な導電性処理がなされた基材を用いると有効な帯電防止が図れる事から、静電気障害防止用途として、電子部品(IC、LSI等)の梱包用資材等として幅広く利用されてきた。
そして、従来は、このような導電性処理法として、導電性フィラーをバインダー中に分散させた導電性塗料を塗布する方法、導電性フィラーを直接樹脂中へ練り込む方法、金、パラジウム等の金属、ITO、ATO等の金属酸化物を蒸着する方法等が実施されてきたが、特開昭62−140313号公報(特許文献1)や特開昭62−275137号公報(特許文献2)に開示されているように、被導電処理材を処理液中に浸漬し、その処理液中で電子共役系ポリマーを形成せしめることによって被導電処理材の導電性付与処理を行うという方法が開発され、それによって処理表面の抵抗値が周囲の環境に左右されず安定で、処理表面からのフィラーの脱落等がない極めてクリーンな導電化処理品を比較的安価に供給する事が可能となっている。
また、この技術に関連して、特開平11−166049号公報(特許文献3)においては、基体材料を溶解させない液体中に基体材料を含浸させた後、導電性高分子を与えるモノマーを酸化剤及びドーパントを用いて化学重合させる際に界面活性剤を存在させる方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1〜3に開示されている方法によって得られた導電性高分子を基材樹脂表面に積層させた導電性複合積層体は、その表面の耐摩耗性という点で未だ十分なものではなく、更にかかる導電性高分子を基材樹脂表面に積層させることによって基材樹脂が本来持っている透明性が損なわれる可能性があるという点においても問題があった。
特開昭62−140313号公報 特開昭62−275137号公報 特開平11−166049号公報
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、導電性複合積層体表面の耐摩耗性が十分に優れ、且つ、基材樹脂が本来持っている透明性を保持しつつ十分な導電性が付与された導電性複合積層体、並びにその導電性複合積層体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、導電性複合積層体表面の耐摩耗性の向上には合成樹脂上に積層された導電性高分子層表面の構造が極めて重要な作用を示しており、処理液中の溶存酸素濃度を所定値以下に維持した状態でモノマーを重合せしめることによって耐摩耗性に優れた導電性高分子層が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の導電性複合積層体の製造方法は、合成樹脂からなるシート状被導電処理材が溶解しない溶媒と、重合して導電性高分子を形成するモノマーと、酸化重合剤と、ドーパントとを含有する処理液中に前記被導電処理材を浸漬し、前記処理液中に含まれる溶存酸素濃度を1ppm以下に維持した状態で前記処理液に超音波を照射しつつ前記モノマーを重合せしめて前記被導電処理材の表面に導電性高分子層を積層させて導電性複合積層体を得ることを特徴とする方法である。
上記本発明の導電性複合積層体の製造方法によって、前記導電性高分子層の表面における凹凸の高低差の最大値が20nm以下であり、且つ、前記導電性高分子層の表面に対して走査型プローブ顕微鏡を用いて得たフリクショナルカーブから求められる電圧値を垂直荷重に対してプロットした近似曲線の傾きが0.03以下である導電性複合積層体が得られるようになる。
なお、本発明における導電性高分子層の表面における凹凸の高低差とは、試料(導電性高分子層)の表面形状を走査型プローブ顕微鏡を用いて観察し、隣接する凹部の最下点と凸部の頂点との間の高低差を測定した値を示す。
また、本発明における導電性高分子層の表面に対して走査型プローブ顕微鏡を用いて得たフリクショナルカーブとは、走査型プローブ顕微鏡を用いて試料(導電性高分子層)の表面を任意の点から直線的に往復走査したときの移動距離と、探針−試料間に働くFFM信号との関係を表す曲線を示し、横軸に距離、縦軸にカンチレバーのねじれ変位が表示される。そして、垂直荷重を段階的に変化させて測定したフリクショナルカーブから、各垂直荷重における往復走査の電圧差を求め、これを縦軸に、垂直荷重を横軸にプロットした点を結ぶ近似曲線の傾きは、摩擦係数を反映するものである。
本発明の導電性複合積層体の製造方法において、処理液中の溶存酸素濃度を1ppm以下に維持した状態でモノマーを重合せしめることによって耐摩耗性に優れた導電性高分子層が得られるようになる理由については必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の導電性複合積層体の製造方法によれば、重合中において積層される導電性高分子表面へ付着する微細な気泡が少ないために、重合のむらの発生が十分に抑制され、それによって凹凸の少ない導電性高分子層が形成されるようになる。そして、このように本発明の導電性複合積層体においては、凹凸の少ない導電性高分子層が表面に形成されているため、その表面の耐摩耗性が十分に向上しており、同時に基材樹脂が本来持っている透明性が保持されているものと本発明者らは推察する。
本発明によれば、導電性複合積層体表面の耐摩耗性が十分に優れ、且つ、基材樹脂が本来持っている透明性を保持しつつ十分な導電性が付与された導電性複合積層体、並びにその導電性複合積層体の製造方法を提供することが可能となる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
先ず、本発明の導電性複合積層体の製造方法について説明する。すなわち、本発明の導電性複合積層体の製造方法は、合成樹脂からなるシート状被導電処理材が溶解しない溶媒と、重合して導電性高分子を形成するモノマーと、酸化重合剤と、ドーパントとを含有する処理液中に前記被導電処理材を浸漬し、前記処理液中に含まれる溶存酸素濃度を1ppm以下に維持した状態で前記モノマーを重合せしめて前記被導電処理材の表面に導電性高分子層を積層させて導電性複合積層体を得ることを特徴とする方法である。
本発明において処理対象となるシート状被導電処理材は、シート状の合成樹脂成形体であればよく、特に制限されない。このようなシート状被導電処理材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂製のフィルムやシートを挙げることができる。
このような本発明にかかるシート状被導電処理材の形状は特に制限されないが、その表面における凹凸の高低差の最大値が10nm以下のものであることが好ましい。前記高低差の最大値が10nmを超えると、得られる導電性高分子層の表面における凹凸の高低差の最大値が20nm以下になりにくくなる傾向にある。また、本発明にかかるシート状被導電処理材の厚さも特に制限されないが、一般的には5μm〜5mm程度、好ましくは10〜300μm程度であることが好ましい。
また、本発明において処理液を形成するために用いられる溶媒としては、前記被導電処理材を溶解しないものであればよく、例えば、水、有機溶媒(例えば、メタノール、エタノール等の脂肪族アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等の脂肪族ケトン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;ハロゲン化炭化水素類;エステル類;芳香族炭化水素類;脂肪族炭化水素類;含窒素化合物)、水と有機溶媒との混合液が挙げられる。さらに、本発明においては、後述するように処理液中の溶存酸素濃度を1ppm以下に維持した状態とする必要があることから、超音波や脱気膜や脱気装置(例えば真空レギュレーター)を用いて溶存酸素濃度を低減せしめた脱気水が特に好ましい。
また、本発明において導電性高分子層を形成させるために用いられるモノマーとしては、重合して導電性高分子を形成して前記被導電処理材に導電性を付与することができるものであればよく、特に制限されないが、例えば、ピロール;N−メチルピロール、3−メチルピロール、3,5−ジメチルピロール、4−メチルピロール−3−カルボン酸メチル、3−メチルピロール、3−オクチルピロール等のピロール誘導体;アニリン;o−クロルアニリン、m−クロルアニリン、p−クロルアニリン、o−メトキシアニリン、m−メトキシアニリン、p−メトキシアニリン、o−エトキシアニリン、m−エトキシアニリン、p−エトキシアニリン、o−メチルアニリン、m−メチルアニリン、p−メチルアニリン等のアニリン誘導体;チオフェン;3−メチルチオフェン、3−メトキシチオフェン等のチオフェン誘導体が挙げられる。これらモノマーの中でも、基材との接着強度や付与される導電性の水準や加工性等の観点から、ピロール、N−メチルピロール、アニリン、チオフェン、チオフェン−3−スルホン酸が好ましく、ピロールが特に好ましい。
さらに、本発明において前記モノマーを重合せしめる際に用いられる酸化重合剤としては、使用する前記モノマーに応じてその重合を促進する公知の物質を適宜使用することができ、例えば、過硫酸、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類;塩化第二鉄、過塩素酸第二鉄、硫酸第二鉄、硫酸アンモニウム第二鉄、硝酸第二鉄、過沃素酸第二鉄、クエン酸第二鉄、p−トルエンスルホン酸第二鉄、ベンゼンスルホン酸第二鉄等の第二鉄塩;過マンガン酸、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩;塩素、臭素、沃素等のハロゲン;過酸化水素、過酸化ベンゾイル等の過酸化物;塩化銅等の金属塩化物;次亜塩素酸、次亜塩素酸カリウム等の塩素酸類;硝酸銀等の硝酸塩類;酸化銀等の金属酸化物を挙げることができる。これらの酸化重合剤の中でも、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄、過塩素酸第二鉄、p−トルエンスルホン酸第二鉄、ベンゼンスルホン酸第二鉄が好ましい。
また、本発明において前記モノマー及び前記酸化重合剤と共に用いられるドーパントとしては、特に制限されず、例えば、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アントラキノンスルホン酸、モノクロロベンゼンスルホン酸、ジクロロベンゼンスルホン酸、トリクロロベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、イソプロピルナフタレンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸、スルホサリチル酸等の芳香族スルホン酸;前記芳香族スルホン酸のアルカリ金属塩(例えばナトリウム塩);過塩素酸、塩酸、硫酸、硝酸、トリフルオロスルホン酸等の鉱酸が挙げられる。
本発明の導電性複合積層体の製造方法においては、先ず、前記溶媒と前記モノマーと前記酸化重合剤と前記ドーパントとからなる処理液を準備する。このような処理液を調製する具体的な方法は特に制限されず、例えば、前記溶媒に前記モノマー、前記酸化重合剤及び前記ドーパントを添加して攪拌するといった方法が適宜採用される。また、本発明にかかる処理液における上記諸成分の含有量も特に制限されず、用いる成分に応じて適宜調節されるが、一般的には前記モノマーの濃度は5×10−3〜1M程度、前記酸化重合剤の濃度は1×10−3〜1M程度、前記ドーパントの濃度は1×10−4〜1×10−2M程度が好ましい。
次に、本発明の導電性複合積層体の製造方法においては、前記処理液中に前記被導電処理材を浸漬し、前記モノマーを重合(化学重合)せしめて前記被導電処理材の表面に導電性高分子層を積層させる。その際、すなわち前記被導電処理材を処理液中に浸漬(重合開始時)してから取り出す(重合終了時)までの間、本発明においては、前記処理液中の溶存酸素濃度を1ppm以下に維持した状態とする必要がある。前記モノマーを重合せしめる処理液中の溶存酸素濃度が1ppmを超えている場合、得られる導電性高分子層の表面における凹凸が大きくなり、優れた耐摩耗性は達成されない。
このように処理液中の溶存酸素濃度を1ppm以下に維持する方法としては、特に制限されず、例えば、超音波や脱気膜や脱気装置(例えば真空レギュレーター)を用いて溶存酸素濃度を1ppm以下に低減せしめた脱気水を用いることによって達成できる。なお、前記モノマーの重合の進行に伴って処理液中の溶存酸素濃度が上昇する傾向にあることから、重合開始時における前記処理液中の溶存酸素濃度を0.8ppm以下とすることが好ましく、0.6ppm以下とすることがより好ましい。
また、本発明においては、前記処理液に超音波を照射しつつ前記モノマーを重合せしめることが好ましい。このように超音波を照射することによって、前記重合の進行に伴う溶存酸素濃度の上昇が抑制されて前記処理液中の溶存酸素濃度がより低く維持され、更に超音波の物理的な力により導電性高分子の膜質がより緻密で滑らかになり、得られる導電性高分子層の表面の摩擦係数がより低くなる傾向にある。なお、このような超音波を発生する装置は特に限定されず、例えば周波数を25KHz〜1MHzの範囲内でコントロール可能な超音波発生装置が好適に使用され、中でも球面波を発生するものがより好ましい。このような球面波を有する超音波を用いると、超音波が反応容器全体に行き渡って均一で強力な効果がもたらされる傾向にあり、他方、平面波を有する超音波を用いると、定在波が発生して一定ピッチ(例えば15nm〜20nm)ごとに強い部分と弱い部分が生じ易くなる傾向にある。
以上説明した本発明の導電性複合積層体の製造方法においては、前記モノマーを重合せしめて前記被導電処理材の表面に導電性高分子層を積層させる際に前記処理液中の溶存酸素濃度が1ppm以下に維持されていればよく、その他の重合条件は特に制限されないが、一般的には−5〜40℃程度の前記処理液中に前記被導電処理剤を1〜60分間程度浸漬せしめることが好ましい。処理温度が前記下限未満では前記被導電処理材の表面に導電性高分子層が十分に形成されにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると溶存酸素濃度の増加が生じ、表面における凹凸の高低差の最大値が20nm以上になる傾向にある。また、浸漬時間が前記下限未満では前記被導電処理材の表面に導電性高分子層が十分に形成されにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると基材樹脂が本来持っている透明性が損なわれる傾向にある。
次に、本発明の導電性複合積層体について説明する。本発明の導電性複合積層体は、前記本発明の製造方法によって得られた導電性複合積層体であって、前記導電性高分子層の表面における凹凸の高低差の最大値が20nm以下であり、且つ、前記導電性高分子層の表面に対して走査型プローブ顕微鏡を用いて得たフリクショナルカーブから求められる電圧値を垂直荷重に対してプロットした近似曲線の傾きが0.03以下(好ましくは0.005〜0.03)であることを特徴とするものである。
このような表面凹凸の高低差の最大値が20nmを超えると、導電性複合積層体の表面における耐摩耗性が低下し、更に基材樹脂が本来持っている透明性が損なわれ易くなる。また、前記近似曲線の傾きが0.03を超えると、やはり導電性複合積層体の表面における耐摩耗性が低下し、更に基材樹脂が本来持っている透明性が損なわれ易くなる。
本発明の導電性複合積層体における導電性高分子層は、前述のモノマーの重合体(マトリックスとなる導電性高分子)と、その中に均一に分散している前記ドーパントとからなるものである。このような導電性高分子層中のドーパントの含有量は特に制限されず、用いる成分に応じて適宜調節されるが、一般的には前述のモノマーの重合体単位ユニット当たり前記ドーパント0.01〜0.3分子程度が好ましい。また、導電性高分子層の厚さも特に制限されないが、一般的には30〜100nm程度が好ましい。
さらに、本発明にかかる導電性高分子層においては、その導電性に悪影響を及ぼさない範囲で、他の添加成分として界面活性剤、紫外線吸収剤、水溶性高分子、無機微粒子等が含有されていてもよい。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、溶存酸素濃度、表面抵抗率、表面高低差の最大値、近似曲線の傾き及び耐摩耗性はそれぞれ以下の方法により評価又は測定した。
(i)溶存酸素濃度の測定
DOメーター(飯島電子工業(株)製)を用いて、重合開始前及び重合終了後における処理液中の溶存酸素濃度(ppm)を測定した。
(ii)表面抵抗率の測定
ハイレスタ抵抗計及びローレスタ抵抗計(それぞれ三菱化学(株)製)を用いて、得られた導電性複合積層体における導電性高分子層の表面抵抗率(Ω/□)を測定した。
(iii)表面高低差の最大値の測定
走査型プローブ顕微鏡(SPI3800:エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製)を用いて、得られた導電性高分子層表面の1μm×1μm領域の形状像を観察し、その結果から表面凹凸の高低差の最大値(nm)を測定した。なお、かかる形状像の観察は、たわみバネ定数0.09N/m、ねじれバネ定数0.10N/mのカンチレバーを用いて、コンタクトモードにより行った。
(iv)近似曲線の傾きの測定
走査型プローブ顕微鏡(SPI3800:エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製)及びねじれバネ定数0.10N/mのカンチレバーを用いて、得られた導電性高分子層表面に関して垂直荷重を段階的に変化させてフリクショナルカーブを測定し、各垂直荷重における往復走査の電圧差を求め、得られた電圧差を縦軸に、垂直荷重を横軸にプロットして近似曲線の傾きを求めた。
(v)耐摩耗性の評価
得られた導電性複合積層体における導電性高分子層表面の耐摩耗性を以下の方法によって判定した。すなわち、JIS L 0849「摩擦に対する染色堅ろう度試験方法」に記載された方法に準拠して摩擦試験機II型による摩擦試験を行い、乾燥及び湿潤条件における耐摩耗性についてJIS L 0801「染色堅ろう度試験方法通則」に記載された基準に基づいて評価した。そして、5級、4〜5級、4級の場合を「優良(○)」、3〜4級の場合を「やや劣る(△)」、それ以下の場合を「劣る(×)」と判定した。
比較例1)
先ず、脱気モジュール((株)櫻製作所製)を用いて溶存酸素濃度を0.3ppmに低減した脱気水を作製した。次に、上部が開口した反応容器中に、前記脱気水(溶媒)1リットルと、ピロールモノマー(モノマー)10mMと、過硫酸アンモニウム(酸化重合剤)13mMと、p−トルエンスルホン酸ナトリウム(ドーパント)6mMとを入れ、300rpmの撹拌速度で撹拌して処理液を得た。次いで、得られた処理液(20℃)中に、厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを浸漬し、30分間保持して前記モノマーを重合せしめた後、フィルムを取り出し、水洗浄及び乾燥して、表面にポリピロールを積層複合させた導電性高分子層(厚さ約50nm)が形成されている導電性複合積層体を得た。
重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。また、得られた導電性複合積層体においては、基材樹脂が本来持っている透明性が十分に保持されていることが確認された。
比較例2)
先ず、比較例1と同様に脱気モジュールを用いて溶存酸素濃度を0.6ppmに低減した脱気水を作製した。次に、この脱気水を用いた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。
重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。また、得られた導電性複合積層体においては、基材樹脂が本来持っている透明性が十分に保持されていることが確認された。
(実施例
先ず、比較例1と同様に脱気モジュールを用いて溶存酸素濃度を0.5ppmに低減した脱気水を作製した。次に、この脱気水を用いた以外は比較例1と同様にして処理液を得た。次いで、この処理液を用い、更に超音波発生装置(S8500HFハイフリークェンシー:日本エマソン社製)を用いて80KHzの超音波を照射しつつ前記モノマーを重合せしめた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。
重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。また、得られた導電性複合積層体においては、基材樹脂が本来持っている透明性が十分に保持されていることが確認された。
(実施例
先ず、比較例1と同様に脱気モジュールを用いて溶存酸素濃度を0.7ppmに低減した脱気水を作製した。次に、この脱気水を用いた以外は比較例1と同様にして処理液を得た。次いで、この処理液を用い、更に超音波発生装置(MegaCoustic9500:日本エマソン社製)を用いて950KHzの超音波を照射しつつ前記モノマーを重合せしめた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。
重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。また、得られた導電性複合積層体においては、基材樹脂が本来持っている透明性が十分に保持されていることが確認された。
(比較例
上部が開口した反応容器中に、イオン交換水1リットルと、ピロールモノマー10mMと、過硫酸アンモニウム13mMと、p−トルエンスルホン酸ナトリウム6mMとを入れ、300rpmの撹拌速度で撹拌して処理液を得た。次いで、この処理液を用いた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。
(比較例
先ず、比較例1と同様に脱気モジュールを用いて溶存酸素濃度を3.4ppmに低減した脱気水を作製した。次に、この脱気水を用いた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。
(比較例
先ず、比較例1と同様に脱気モジュールを用いて溶存酸素濃度を0.9ppmに低減した脱気水を作製した。次に、この脱気水を用いた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。
(比較例
先ず、比較例1と同様に脱気モジュールを用いて溶存酸素濃度を1.1ppmに低減した脱気水を作製した。次に、この脱気水を用いた以外は比較例1と同様にして導電性複合積層体を得た。重合反応前後における処理液中の溶存酸素濃度を表1に、得られた導電性複合積層体における前記諸測定の結果を表2に示す。
Figure 0005030390
Figure 0005030390
表1及び表2に記載した結果からも明らかなように、本発明の導電性複合積層体(実施例1〜)においては、十分な導電性が付与されていると共に、その導電性高分子層表面の耐摩耗性が非常に優れていることが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、導電性複合積層体表面の耐摩耗性が十分に優れ、且つ、基材樹脂が本来持っている透明性を保持しつつ導電性が付与された導電性複合積層体を提供することが可能となる。従って、本発明の導電性複合積層体は、電子部品(IC、LSI等)の帯電防止用梱包資材等として有用である。

Claims (2)

  1. 合成樹脂からなるシート状被導電処理材が溶解しない溶媒と、重合して導電性高分子を形成するモノマーと、酸化重合剤と、ドーパントとを含有する処理液中に前記被導電処理材を浸漬し、前記処理液中に含まれる溶存酸素濃度を1ppm以下に維持した状態で前記処理液に超音波を照射しつつ前記モノマーを重合せしめて前記被導電処理材の表面に導電性高分子層を積層させて導電性複合積層体を得ることを特徴とする導電性複合積層体の製造方法。
  2. 前記導電性高分子層の表面における凹凸の高低差の最大値が20nm以下であり、且つ、前記導電性高分子層の表面に対して走査型プローブ顕微鏡を用いて得たフリクショナルカーブから求められる電圧値を垂直荷重に対してプロットした近似曲線の傾きが0.03以下であることを特徴とする請求項1に記載の導電性複合積層体の製造方法
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