JP5617078B2 - 導電性樹脂組成物、及びこれを用いた成形品 - Google Patents
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Description
これらの材料は、導電性が良好で、樹脂との相溶性が良いなど優れているが、近年ではさらに高い導電性を有する材料が求められている。
また、イオン導電剤としては、樹脂に対する溶解性に優れた材料を用いる必要がある。
[1] (メタ)アクリル酸とポリエーテルポリオール類とが結合した(メタ)アクリレート、ジイソシアネート類とポリエーテルポリオール類が結合したウレタン、ウレタンの分子末端に(メタ)アクリル酸が結合したウレタンアクリレートのうち、少なくとも一種を含む、樹脂成分と、
前記樹脂成分100質量部に対して0.01〜30.0質量部の、下記式(1)で表されるペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホンアミド塩類から選択された少なくとも1種の化合物と、を含むことを特徴とする導電性樹脂組成物。
(FSO2)(CnF2n+1SO2)N・M・・・(1)
但し、上記式(1)において、Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、ホスホニウム、アルキルアンモニウム、アルキルホスホニウムからなる群から選ばれた陽イオンのいずれか一種である。また、nは、1〜4の整数を示している。
[2] 前記式(1)で表されるMが、Li,Na,Kのうち、いずれか1種の元素であることを特徴とする前項[1]記載の導電性樹脂組成物。
[3] 前項[1]又は[2]に記載の導電性樹脂組成物を含むことを特徴とする成形品。
本発明の導電性樹脂組成物は、ポリオール構造を有する樹脂成分と、下記式(2)に示される含フッ素スルホニルアミド塩と、を含む。
(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)N・M・・・(2)
但し、上記式(2)において、xとyは、0〜4の整数であり、かつxとyは異なる整数である。
ポリオール構造を有する樹脂成分としては、(メタ)アクリレート、ウレタン、ウレタンアクリレートの少なくとも一種を含むことが特に好ましい。なお、上記(メタ)アクリレートとは、アクリレートとメタクリレートを総称して「(メタ)アクリレート」と表記するものである。
上記式(2)に示すように、本実施の形態の含フッ素スルホニルアミド塩は、非対称性アミド化合物であって、該含フッ素スルホニルアミド塩としては、トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミド[(FSO2)(CF3SO2)NM]、ペンタフルオロ−N−(フルオロスルホニル)エタンスルホニルアミド[(FSO2)(C2F5SO2)NM]、ヘプタフルオロ−N−(フルオロスルホニル)プロパンスルホニルアミド[(FSO2)(C3F7SO2)NM]、ノナフルオロ−N−(フルオロスルホニル)ブタンスルホニルアミド[(FSO2)(C4F9SO2)NM]、ペンタフルオロ−N−[(トリフルオロメタン)スルホニル]エタンスルホニルアミド[(CF3SO2)(C2F5SO2)NM]、ヘプタフルオロ−N−[(トリフルオロメタン)スルホニル]プロパンスルホニルアミド[(CF3SO2)(C3F7SO2)NM]、ノナフルオロ−N−[(トリフルオロメタン)スルホニル]ブタンスルホニルアミド[(CF3SO2)(C4F9SO2)NM]、ヘプタフルオロ−N−[(ペンタフルオロエタン)スルホニル]プロパンスルホニルアミド[(C2F5SO2)(C3F7SO2)NM]、ノナフルオロ−N−[(ペンタフルオロエタン)スルホニル]ブタンスルホニルアミド[(C2F5SO2)(C4F9SO2)NM]、ノナフルオロ−N−[(ヘプタフルオロプロパン)スルホニル]ブタンスルホニルアミド[(C3F7SO2)(C4F9SO2)NM]が挙げられる。
(FSO2)(CnF2n+1SO2)N・M ・・・(3)
但し、上記式(3)において、カチオン成分Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、ホスホニウム、アルキルアンモニウム、アルキルホスホニウムからなる群から選ばれた陽イオンのいずれか一種である。また、nは、1〜4の整数を示している。
すなわち、ペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホンアミドリチウム塩、ペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホンアミドナトリウム塩、ペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホンアミドカリウム塩は、融点が高いため、高温での使用時においても樹脂から滲み出ることがなく、耐ブリード性を有するため好ましい。
ここで、上記含フッ素スルホニルアミド塩から選択された少なくとも1種の化合物が0.01質量部未満であると、導電性の効果が充分に得られないために好ましくない。
一方、30.0質量部を超えると、高温での使用時において樹脂から滲み出してブリードしたり、相分離したりするため好ましくない。これに対して、上記質量部の範囲であれば、高温の使用環境においても樹脂からにじみ出ることがなく、耐ブリード性を備えると共に優れた導電性を有する導電性樹脂組成物となる。
また、上記アミド基を有する化合物としては、例えば、アクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−ベンジルアクリルアミド等が挙げられる。
上記エポキシ樹脂としては、例えば、グリシジルエーテル系エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環族系エポキシ樹脂、ポリグリシジルエステル系エポキシ樹脂、ポリグリシジルアミン系エポキシ樹脂、メチルエピクロ型エポキシ樹脂等が挙げられる。
これに対して、上記質量部の範囲であれば、高温の使用環境においても樹脂からにじみ出ることがなく、均一な樹脂が得られると共に、優れた耐ブリード性及び導電性を有する導電性樹脂組成物となる。
また、ペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホンアミド塩類は、ビス(フルオロスルホニル)イミド塩[(FSO2)2N・M]と比較して、化学的に安定であるため、加水分解しにくく、かつ経時的な分解反応が発生しにくい。これにより、導電性樹脂組成物を長期間使用した場合においても高い導電性を有することができる。
本発明の導電性樹脂組成物の製造法の一例として、上記式(2)で示される含フッ素スルホニルアミド塩から選択された少なくとも1種の化合物を、ポリオール構造を有する樹脂成分に溶解させて導電性樹脂組成物とする。
これにより、ポリオール構造を有する樹脂成分に上記含フッ素スルホニルアミド塩が均一に分散された導電性樹脂組成物を製造することができる。
本実施の形態のアミド化合物の製造方法は、上記式(2)に示されるアミド化合物の製造方法であって、下記式(4)に示される含フッ素スルホン酸と、下記式(5)に示される含フッ素スルホニルアミドと、を塩化チオニル(SOCl2)の存在下で反応させるものである。
CxF2x+1SO3H・・・(4)
CyF2y+1SO2NH2 ・・・(5)
但し、上記式(4)及び(5)において、xとyは、0〜4の整数であり、かつxとyは異なる整数である。
Rf1SO3H+Rf2SO2NH2+SOCl2→(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)NH+2HCl+SO2・・・(6)
但し、上記式(6)において、xとyは、0〜4の整数であり、かつxとyは異なる整数である。
(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)NH+MOH→(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)NM+H2O・・・(7)
但し、上記式(7)において、Mは、カチオン成分を示している。カチオン成分Mとしては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、ホスホニウム、アルキルアンモニウム、アルキルホスホニウムからなる群から選ばれた陽イオンのいずれか一種を適用することができる。また、カチオン成分Mは、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)のいずれか一種の元素であることが特に好ましい。
アミド化合物の製造方法において、一方の原料である上記式(5)で表される含フッ素スルホン酸としては、フルオロスルホン酸(FSO3H)、トリフルオロメチルスルホン酸(CF3SO3H)、ペンタフルオロエチルスルホン酸(C2F5SO3H)、ヘプタフルオロプロピルスルホン酸(C3F7SO3H)、ノナフルオロブチルスルホン酸(C4F9SO3H)が挙げられる。
また、他方の原料である上記式(6)で表される含フッ素スルホニルアミドとしては、フルオロスルホンアミド(FSO2NH2)、トリフルオロメチルスルホンアミド(CF3SO2NH2)、ペンタフルオロエチルスルホンアミド(C2F5SO2NH2)、ヘプタフルオロプロピルスルホンアミド(C3F7SO2NH2)、ノナフルオロブチルスルホンアミド(C4F9SO2NH2)が挙げられる。
先ず、反応容器内に含フッ素スルホン酸と塩化チオニルとを反応させることなく投入して、含フッ素スルホン酸に塩化チオニルが溶解した溶解液を生成する。
添加反応過程では、先ず、反応容器内に投入された上記溶解液を加熱する。次に、加熱している上記反応容器に含フッ素スルホニルアミドを添加する。このようにして、含フッ素スルホン酸と含フッ素スルホニルアミドとを塩化チオニルの存在下で反応させる。
この製造方法により、ポリオール構造を有する樹脂成分に上記含フッ素スルホニルアミド塩をより均一に分散させることができる。
(実施例1)
トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩として、トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミドリチウム(以下、「Li−FTA」と略記する)5部を、ウレタンアクリレート(アクロイル基数5(1分子中)、有効成分80部、DIC株式会社製、ユニディック17−806)95部に添加して混合し、次いで、光重合開始剤として2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン5部を添加した。
実施例1で使用したLi−FTA5部の代わりに、トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩としてトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミドカリウム(以下、「K−FTA」と略記する)を用いて、実施例1と同様な手法により、第2実施例の樹脂組成物を製造した。この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、4×1012Ω/sq.であった(表1参照)。
実施例1で使用したLi−FTA5部の代わりに、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド(以下、「EMI−FTA」と略記する)を用いて、実施例1と同様に樹脂組成物を製造した。この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、4×1012Ω/sq.であった(表1参照)。
実施例1と同じウレタンアクリレート100部に光重合開始剤として2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン5部を添加して、実施例1と同様にして樹脂組成物を形成し表面抵抗を測定した結果、1×1014Ω/sq.以上であった(表1参照)。
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩としてリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(以下、「Li−TFSI」と略記する。)を用いて、実施例1と同様に樹脂組成物を製造し表面抵抗を測定した結果、2×1012Ω/sq.であった(表1参照)。
上記結果から、ポリウレタンアクリレートからなる樹脂組成物に含有されたトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩よりも表面抵抗を低下させることが確認できた。
(実施例4)
トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩として20部のLi−FTAを、ポリエチレングリコールジアクリレート(オキシエチレン単位14)80部に溶解させて希釈液を作成する。
次いで、Li−FTAを含有していないポリエチレングリコールジアクリレート(オキシエチレン単位14)98部に当該希釈液2部を添加して混合させ、その後、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール4部を添加することで混合物を作成した。
トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩として、K−FTAを用いて、実施例2と同様な手法により樹脂組成物を製造した。この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、4×109Ω/sq.であった(表2参照)。
トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩として、NH4−FTAを用いて、実施例2と同様に樹脂組成物を製造した。この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、6×109Ω/sq.であった(表2参照)。
トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩を含有していないポリエチレングリコールジアクリレート(オキシエチレン単位14)100部に、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール4部を添加した。次に、実施例4と同様な手法により樹脂組成物を形成し、該樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、9×1010Ω/sq.であった(表2参照)。
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩としてLi−TFSIを用いて、実施例4と同様に樹脂組成物を製造し、表面抵抗を測定した結果、2×109Ω/sq.であった(表2参照)。
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩としてK−TFSIを用いて、実施例4と同様に樹脂組成物を製造し、表面抵抗を測定した結果、9×109Ω/sq.であった(表2参照)。
また、イミド塩にLi−TFSIを用いた比較例4では、表面抵抗が比較例3よりも低くなることが確認された。これに対して、実施例4〜5の表面抵抗は、比較例4〜5の表面抵抗よりも低いことが確認できた。
上記結果から、ポリエチレングリコールジアクリレートからなる樹脂組成物に含有されたトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩よりも表面抵抗を低下させることが確認できた。
(実施例7)
オキシエチレン単位が異なる3種のポリエチレングリコールジアクリレート(オキシエチレン単位4、14、23)80部に、トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩として20部のLi−FTAを溶解させて希釈液を形成する。
次いで、該希釈液2部をLi−FTAを含有していないポリエチレングリコールジアクリレート(オキシエチレン単位4、14、23)98部に添加して混合させ、次いで、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール4部を添加することで混合物を作成した。
その後、表面抵抗測定機(三菱化学(株)製、HT−450)を用いて、この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、表3に示すように、3×108Ω/sq.(オキシエチレン単位4)、8×107Ω/sq.(オキシエチレン単位14)、4×107Ω/sq.(オキシエチレン単位23)であった。
また、該樹脂組成物を温度100℃で10分間加熱し、綿製の布で強く20回表面を拭き取った後、再度、樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、表面抵抗の変化は見られなかった(表3参照)。
トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩としてK−FTAを用いて、実施例6と同様な手法により樹脂組成物を製造した。その後、樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、表3に示すように、4×108Ω/sq.(オキシエチレン単位4)、9×107Ω/sq.(オキシエチレン単位14)、5×107Ω/sq.(オキシエチレン単位23)であった。
また、この塗膜を温度100℃で10分間加熱し、綿製の布で強く20回表面を拭き取った後、再度、樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、表面抵抗に変化は見られなかった。
さらに、実施例7,8では、樹脂組成物を温度100℃で10分間加熱し、次いで、綿製の布で強く20回表面を拭き取った後、再度、樹脂組成物の表面抵抗を測定しても表面抵抗が変化しないことから、優れた耐ブリード性を有していることが確認できた。
(実施例9)
数平均分子量2000の両末端水酸基のポリテトラメチレンエーテルグリコール100部に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート12.5部及びメチルエチルケトン260部(Li−FTA 10部溶解)の割合で加えて、80℃の温度で1時間反応させることで、濃度30重量%のポリウレタン溶液を作成した。
また、表4に示すように、表面抵抗測定機(三菱化学(株)製、HT−450)を用いて該樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、8×109Ω/sq.であった。
上記実施例9と同様に、数平均分子量2000の両末端水酸基のポリテトラメチレンエーテルグリコール100部に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート12.5部およびメチルエチルケトン260部の割合で加え、その後、80℃で1時間反応させることで、濃度30重量%のポリウレタン溶液を製造し、樹脂組成物を得た。表4に示すように、該樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、1×1014Ω/sq.以上であった。
上記結果から、ポリウレタンからなる樹脂組成物に含有されたトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩は、表面抵抗を低下させることが確認できた。
(実施例10)
メチルエチルケトン90部に、Li−FTAを10部溶解させて希釈液とし、該希釈液8部をポリエーテル系ウレタン(有効成分35部、DIC株式会社製、ハイドランWLS−201)92部に添加した。
上記実施例10と同様な手法により、ポリエーテル系ウレタンで樹脂組成物を形成した。この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、1×1014Ω/sq.以上であった。
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩としてLi−TFSIを用いて上記実施例10と同様な手法により、ポリエーテル系ウレタンで樹脂組成物を形成した。この樹脂組成物の表面抵抗を測定した結果、8×1010Ω/sq.以上であった。
また、イミド塩にLi−TFSIを用いた比較例8では表面抵抗が比較例7よりも低くなることが確認された。これに対して実施例10では表面抵抗が比較例7及び比較例8よりも低いことが確認された。
以上より、ポリエーテル系ウレタンからなる樹脂組成物に含有されたトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホンアミド塩は、表面抵抗を低下させることが確認できた。
実施例1、5、10で評価した樹脂組成物を、60℃の温度で相対湿度が90%の条件とされた雰囲気に1000時間放置し、その後、樹脂組成物の表面抵抗を測定して、樹脂組成物の耐久性を確認したところ、試験前の表面抵抗値からの変化はみられなかった。
Claims (3)
- (メタ)アクリル酸とポリエーテルポリオール類とが結合した(メタ)アクリレート、ジイソシアネート類とポリエーテルポリオール類が結合したウレタン、ウレタンの分子末端に(メタ)アクリル酸が結合したウレタンアクリレートのうち、少なくとも一種を含む、樹脂成分と、
前記樹脂成分100質量部に対して0.01〜30.0質量部の、下記式(1)で表されるペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホンアミド塩類から選択された少なくとも1種の化合物と、を含むことを特徴とする導電性樹脂組成物。
(FSO2)(CnF2n+1SO2)N・M・・・(1)
但し、上記式(1)において、Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、ホスホニウム、アルキルアンモニウム、アルキルホスホニウムからなる群から選ばれた陽イオンのいずれか一種である。また、nは、1〜4の整数を示している。 - 前記式(1)で表されるMが、Li,Na,Kのうち、いずれか1種の元素であることを特徴とする請求項1記載の導電性樹脂組成物。
- 請求項1又は2に記載の導電性樹脂組成物を含むことを特徴とする成形品。
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