JP5954412B2 - 複合材料、アクチュエータおよびそれらの製造方法 - Google Patents

複合材料、アクチュエータおよびそれらの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5954412B2
JP5954412B2 JP2014512485A JP2014512485A JP5954412B2 JP 5954412 B2 JP5954412 B2 JP 5954412B2 JP 2014512485 A JP2014512485 A JP 2014512485A JP 2014512485 A JP2014512485 A JP 2014512485A JP 5954412 B2 JP5954412 B2 JP 5954412B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amide group
side chain
polymer
composite material
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014512485A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013161633A1 (ja
Inventor
大寺　昭三
昭三 大寺
茂男 森
茂男 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of JPWO2013161633A1 publication Critical patent/JPWO2013161633A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5954412B2 publication Critical patent/JP5954412B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
    • H01B1/127—Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L25/00—Compositions of, homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L25/18—Homopolymers or copolymers of aromatic monomers containing elements other than carbon and hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122—Ionic conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877—Conductive materials
    • H10N30/878—Conductive materials the principal material being non-metallic, e.g. oxide or carbon based
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/142—Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1424—Side-chains containing oxygen containing ether groups, including alkoxy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
    • C08G2261/3223—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/50—Physical properties
    • C08G2261/51—Charge transport
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/90—Applications
    • C08G2261/94—Applications in sensors, e.g. biosensors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L41/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur; Compositions of derivatives of such polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/3154—Of fluorinated addition polymer from unsaturated monomers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

本発明は、導電性組成物に関し、より詳細には、ポリスチレンスルホン酸およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（以下、本明細書において「ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ」とも言う）を含む導電性組成物に関する。また、本発明は、かかる導電性組成物を用いて得られる複合材料およびそれらの製造方法にも関する。
導電性ポリマーは、ポリマー主鎖に沿って拡張したπ共役構造を有することによって導電性を示すポリマーである。かかる導電性ポリマーとして、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）が知られている（例えば特許文献１を参照のこと）。特に、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を含有したＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、水中に分散した状態で得られ、よって基材への塗布が容易であり、そのうえ、透明性に優れ、安定性が高く、低〜高導電性を提供できるなどの優れた特性を有するため、その用途が拡大してきている（例えば特許文献２〜４を参照のこと）。
特許第２７２１７００号公報 特許第４５３２９０８号公報 特開２００６−２８４３９号公報 特許第４００４２１４号公報 特表２０１１−５０１３６９号公報 特公平５−６０４２２号公報
しかしながら、かかるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液を基材に塗布し、加熱乾燥などにより水を除去してＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜を基材上に形成する場合、基材に対する膜の付着強度が低いという難点がある。一般的には、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液を用いて、ガラスやプラスチックの基材上に、実用に耐え得るレベルの付着強度を有するＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜を直接形成することは、バインダ樹脂なしには極めて困難である。
かかる難点に対処すべく、基材材料およびＰＥＤＯＴの双方にフッ素含有基を導入し、これらの間のフッ素−フッ素相互作用により付着強度を高めることが提案されている（特許文献５を参照のこと）。しかしながら、かかる方法は、基材材料に予めフッ素含有基を導入する必要がある上、フッ素含有基を導入することによって基材の特性が変わり得るため、必ずしも満足できる方法ではない。
また、フッ素含有基を元々有している基材材料であっても、例えばポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）は、他の物体に付着させることが困難な材料として知られている（特許文献６を参照のこと）。バインダ樹脂を添加したＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液であっても、従来から知られているようなバインダ樹脂では、ＰＶＤＦから成る基材上にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜を直接形成することは極めて困難である。
本発明は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電性組成物であって、基材に対する付着強度が向上したＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜を形成できる導電性組成物を提供することを目的とする。加えて、本発明は、かかる導電性組成物を使用して得られる複合材料、ならびに導電性組成物および複合材料の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、基材に対する付着強度を向上させるべく、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液に添加するバインダ樹脂について検討し、更なる鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。
本発明の１つの要旨によれば、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性組成物が提供される。
本発明において、ポリスチレンスルホン酸およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを成す。本発明の導電性組成物によれば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは水に分散可能であり、他方、アミド基を側鎖に有するポリマーは有機溶媒に溶解または分散可能であり、そして、この有機溶媒は水と親和性を有し、また、アミド基を側鎖に有するポリマーはＰＥＤＯＴ−ＰＳＳおよび水と親和性が高いので、これら各成分が実質的に均一に存在した導電性組成物を得ることができる。かかる導電性組成物を使用して膜を形成した場合、アミド基を側鎖に有するポリマーの存在によって、従来のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液に比べて、基材に対する付着強度を向上させることができる。
本発明の１つの態様において、上記アミド基の窒素原子は、３級化されていることが好ましい。かかる態様によれば、アミド基は窒素原子に直結した水素原子を有しないため、アミド基が加水分解されることを効果的に防止でき、導電性組成物の安定性を高めることができる。
本発明の１つの態様において、上記有機溶媒は、グリコールおよびその誘導体から選択される１種または２種以上を含むことが好ましい。かかる態様によれば、膜の導電性を高めることができる。
本発明のもう１つの要旨によれば、
フッ化ビニリデン系樹脂基材、および
該フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面を被覆する導電性膜であって、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性膜
を含む複合材料が提供される。
本発明の複合材料によれば、ＰＶＤＦなどのフッ化ビニリデン系樹脂基材であっても、アミド基を側鎖に有するポリマーの存在によって、基材と導電性膜との間において高い付着強度を得ることができ、均一な膜質の導電性膜を得ることができる。
本発明のもう１つの要旨によれば、上記複合材料を用いたアクチュエータもまた提供される。かかるアクチュエータにおいて、上記複合材料は、アクチュエータの素子（アクチュエータに変位を生じさせるための素子、例えば電歪素子など）として利用され得る。
本発明のもう１つの要旨によれば、導電性組成物の製造方法であって、
少なくとも、アミド基を含有するモノマーと（メタ）アクリル系モノマーおよび／または他のビニル系モノマーからなる群より選択される少なくとも１種とを共重合させることによって、アミド基を側鎖に有するポリマーを得、
上記アミド基を側鎖に有するポリマーを、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と共に混合して導電性組成物を得る
ことを含む、導電性組成物の製造方法が提供される。
なお、用語「（メタ）アクリル」は、「アクリル」および「メタクリル」の双方を包含し、これらのいずれであってもよいことを意味する。
かかる導電性組成物の製造方法によって、本発明の上記導電性組成物を製造することができる。しかしながら、上記導電性組成物は、その他の方法、例えば、アミド基を含有する任意の適切なモノマーを単独で、またはこれと共重合可能な他の１種または２種以上のモノマーと共に重合させることを含む方法によって製造してもよい。
本発明のもう１つの要旨によれは、フッ化ビニリデン系樹脂基材と導電性膜とを含む複合材料の製造方法であって、
フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面に、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性組成物を供給し、および
上記フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面に供給した上記導電性組成物から水および有機溶媒を除去して導電性膜を形成する
ことを含む、複合材料の製造方法が提供される。
かかる複合材料の製造方法によって、本発明の上記複合材料を製造することができ、ＰＶＤＦなどのフッ化ビニリデン系樹脂基材であっても、アミド基を側鎖に有するポリマーの存在によって、基材上に導電性膜を直接形成することができ、基材に対する付着強度を向上させることができる。
本発明のもう１つの要旨によれば、上記複合材料をアクチュエータの素子に用いることを含む、アクチュエータの製造方法もまた提供される。
本発明によれば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電性組成物において、バインダ樹脂としてアミド基を側鎖に有するポリマーを使用し、かつ、かかるポリマーに加えて、水と水に対して親和性を有する有機溶媒とを含有させることによって、基材に対する付着強度が向上したＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜を形成し得る導電性組成物が提供される。加えて、本発明によれば、かかる導電性組成物を使用して得られる複合材料、ならびに導電性組成物および複合材料の製造方法もまた提供される。
本発明の実施例において作製したアクチュエータを示す概略断面図であって、図１（ａ）は電極間に電圧を印加していない状態（非駆動状態）、図１（ｂ）は電極間に電圧を印加した状態（駆動状態）を示す。
（導電性組成物およびその製造方法）
本発明の導電性組成物は、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む。
本発明の導電性組成物において、ポリスチレンスルホン酸およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを成す。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、ＰＳＳを含有したＰＥＤＯＴであり、水に分散（好ましくは微分散）可能である。
導電性組成物中におけるＰＥＤＯＴとＰＳＳとの割合（存在比）は、例えば、ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの重量比で、１：１．５〜３．５が好ましく、かかる範囲を選択することによって、導電性組成物を使用して膜を形成した場合に得られる膜の導電性を高めることができる。
有機溶媒は、水に対して親和性を有する限り、任意の有機溶媒を使用してよい。本発明において、有機溶媒が「水に対して親和性を有する」とは、水に対する溶解度が少なくとも５ｍｇ／１００ｍＬ水（常温、例えば２０〜２５℃）であることを意味する。本発明を限定するものではないが、水に対して高い親和性、即ち親水性を有する有機溶媒が好ましく、具体的には、水に対する溶解度が少なくとも２０ｍｇ／１００ｍＬ水である有機溶媒が好ましく、水に対して任意に混和可能である有機溶媒がより好ましい。
水に対して親和性を有する有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、アリルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコールおよびグリコールなどのアルコール系溶媒、アセトンおよびメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒、ジオキサンなどのエーテル系溶媒、アセトニトリルなどのニトリル系溶媒、ならびにこれらの誘導体などが挙げられる。有機溶媒は、これらの１種であっても、２種以上の混合物であってもよい。
特に、有機溶媒は、グリコールおよびその誘導体から選択される１種または２種以上を含むこと好ましい。グリコールおよびその誘導体を用いた導電性組成物を使用して膜を形成した場合、膜の導電性を高めることができる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、これは、導電性を示すＰＥＤＯＴが基材上で配列し易くなるためであると考えられる。グリコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコールなどが挙げられる。グリコールの誘導体としては、グリコールエーテルが挙げられ、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。
アミド基を側鎖に有するポリマーは、以下に模試的に示すように、ポリマー主鎖から分岐した側鎖にアミド基（−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ＜）を有していればよい。
Figure 0005954412
 式中、Ｒ１およびＲ２は、互いに独立して、水素または１価の有機基（例えば炭素数１〜８）を表わし、あるいは、互いに結合して環構造を成す場合には、−Ｒ１−Ｒ２−の全体で２価の有機基（例えば炭素数４〜８）を表わす。かかる有機基は、直鎖または分岐状の鎖式あるいは環式の炭化水素基であり得、ヘテロ原子を含有していてもよく、置換されていてもよい。
なお、ポリマーは、これら模式的に示した２種のアミド基のいずれかを有していればよく、双方を有していてもよい。
より具体的には、側鎖を成すアミド基としては、例えば下記（ａ）〜（ｉ）の構造が挙げられる。
［化２］
Figure 0005954412
側鎖を成すアミド基の窒素原子は、２級化または３級化されていることが好ましく、３級化されていること（アミド基の窒素原子にＲ１およびＲ２が結合している場合はＲ１およびＲ２がいずれも水素でなく、アミド基の窒素原子にＲ１が結合し、Ｒ２が結合していない場合はＲ１が水素でないこと）、還元すれば、Ｎ，Ｎ−置換アミド基であり、アミド基の窒素原子が置換基によって保護されていることがより好ましい。より具体的には、かかる側鎖を成すアミド基としては、例えば上記（ａ）〜（ｉ）の構造が挙げられ、上記（ａ）〜（ｈ）の２級化または３級化構造が好ましく、なかでも上記（ａ）〜（ｅ）の３級化構造がより好ましい。アミド基は酸性雰囲気下で加水分解を受け得、アミド基の窒素原子に結合している水素の数が多いほど加水分解され易く、例えば以下の式に示すように、アミド基が加水分解されると、アミド基に由来する機能が低下してしまう。これに対して、アミド基の窒素原子が２級化以上、特に３級化されていると、かかる加水分解反応が起りにくく、アミド基がより安定して存在し得る。
Figure 0005954412
アミド基を側鎖に有するポリマーは、アミド基を含有する任意の適切なモノマーの単独重合体（ホモポリマー）であっても、またはこれと共重合可能な他の１種または２種以上のモノマーとの共重合体（コポリマー、ターポリマー、その他）であってもよい。
例えば、アミド基を含有するモノマー単位は、以下に模式的に示すように、（メタ）アクリルアミド系モノマー単位であってよく、また、アミド基を含有するモノマーと共重合可能な他のモノマー単位は、他の（メタ）アクリル系モノマー単位などのビニル系モノマー単位であってよいが、これらに限定されない。
Figure 0005954412
 式中、Ｒ１およびＲ２は、上述の通りであり、好ましくは、炭素数１以上５以下の炭化水素基であり、酸素、窒素、リン、ハロゲン原子などのヘテロ原子を含有していてもよく、また、相互に結合していてもよい。Ｒ３およびＲ５は、互いに独立して、水素またはメチル基を表わし、Ｒ４およびＲ６は、水素または１価の有機基を表わす。また、式中、ｍは、１以上の整数であり、ｎは、０または１以上の整数であり、ｍ／（ｍ＋ｎ）×１００（％）は、例えば５％以上１００％以下である。
なお、上記では２種のモノマー単位の組み合わせの例を示したが、これらに限定されず、３種またはそれ以上を組み合わせてもよい。
本発明の導電性組成物中、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、例えば０．１〜２重量％（ＰＥＤＯＴおよびＰＳＳの合計）で、水は、例えば１０〜７０重量％で、水に対して親和性を有する有機溶媒は、例えば１０〜７０重量％で、アミド基を側鎖に有するポリマーは、例えば０．００１〜２０重量％、好ましくは０．５〜２０重量％で含まれ得る（但し、こらの合計が１００重量％を超えない）が、これに限定されない。
加えて、本発明の導電性組成物には、任意の適切な添加剤、例えば紫外線吸収剤、酸化防止剤（例えばジブチルヒドロキシトルエン）、染料、顔料、難燃化剤、架橋剤、重合開始剤、重合抑制剤、可塑剤、接着剤およびその他の添加剤などが、本発明の効果を損なわない範囲で含まれていてもよい。
次に、本発明の導電性組成物の製造方法の例について説明する。
まず、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを準備する。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、任意の適切な方法で調製し得る。例えば、予めポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を水および／または有機溶媒に溶解または分散させておき、この溶媒中で３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）を重合させることによって、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを得ることができる。ＥＤＯＴの重合は、公知の方法、例えば化学酸化重合または電界重合により実施できる。溶媒として水を用いれば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが水中に分散した分散液を得ることができる。かかるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液は、市販で入手することが可能である。
また、アミド基を側鎖に有するポリマーを準備する。かかるポリマーも、任意の適切な方法で調製し得る。アミド基を側鎖に有するポリマーを得るには、重合反応に関与しない側鎖にアミド基を組み込んだ（例えば置換した）モノマーを使用すればよく、既知の重合反応条件に従って比較的容易に得ることができる。例えば、少なくとも、（メタ）アクリルアミド系モノマーと他の（メタ）アクリル系モノマーなどのビニル系モノマー（１種またはそれ以上であってよい）とを共重合させることによって、アミド基を側鎖に有するポリマーを得てよい。
（メタ）アクリルアミド系モノマーは、例えばＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルカプロラクトン、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクリルアミドが挙げられ、好ましくはＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルカプロラクトン、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドであり、より好ましくはＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルカプロラクトンである。
他の（メタ）アクリル系モノマーは、（メタ）アクリル酸またはその誘導体であることが好ましい。（メタ）アクリル酸の誘導体としては、例えば、アルキルエステル（（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸ｉ−ブチル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ドデシル（（メタ）アクリル酸ラウリル）、（メタ）アクリル酸トリデシル、（メタ）アクリル酸オクタデシル（（メタ）アクリル酸ステアリル）など）、環構造または不飽和二重結合含有エステル（（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）アクリル酸イソボルニル、（メタ）アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリル、（メタ）アクリル酸アリルなど）、ヒドロキシまたはアルコキシ含有エステル（（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸２−メトキシエチル、（メタ）アクリル酸２−エトキシエチルなど）、ジおよびトリメタクリル酸エステル（ジ（メタ）アクリル酸エチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸トリエチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸１，３−ブチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ジ（メタ）アクリル酸ポリプロピレングリコール、トリ（メタ）アクリル酸トリメチロールプロパンなど）、カルボン酸含有エステル（フタル酸２−（メタ）アクリロイルオキシエチル、ヘキサヒドロフタル酸２−（メタ）アクリロイルオキシエチルなど）、ジアルキルアミノエチルエステル（（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルベンジルクロライド塩、（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチルなど）、フルオロアルキルエステル（（メタ）アクリル酸トリフルオロエチル、（メタ）アクリル酸ヘプタデカフルオロデシルなど）が挙げられる。
また、その他のビニル系モノマーとしては、例えば、酢酸ビニル、ビニルスルホン酸、マレイン酸エステル、メチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテルなどが挙げられる。
（メタ）アクリルアミド系モノマーと他の（メタ）アクリル系モノマーなどのビニル系モノマーとの共重合は、例えば、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合などの従来公知の方法によって製造され得る。重合には、通常、重合開始剤が用いられ得る。特に、水に対して親和性を有する有機溶媒（重合条件化で不活性である）を用いて、溶液重合によりアミド基を側鎖に有するポリマーを得るようにすると、かかる有機溶媒を次の混合工程に利用できるので好都合である。水に対して親和性を有する有機溶媒は、上記に例示したものを市販で入手することが可能である。
そして、これにより得られたアミド基を側鎖に有するポリマーを、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳと、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と共に所望の割合で混合する。混合に用いるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは水分散液の形態であってよく、アミド基を側鎖に有するポリマーは、水に対して親和性を有する有機溶媒に溶解または分散した形態であってよい。また、上述したような添加剤を適宜加えてもよい。
以上により得られる混合物として、本発明の導電性組成物を製造することができる。この導電性組成物において、水および水と親和性を有する有機溶媒は混合溶媒を構成する。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは水に分散可能であり、他方、アミド基を側鎖に有するポリマーは有機溶媒に溶解または分散可能である。加えて、アミド基を側鎖に有するポリマーは、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳと親和性が高い。よって、本発明の導電性組成物において、これら各成分が実質的に均一に存在し、より詳細には、水および水と親和性を有する有機溶媒から構成される混合溶媒中にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳおよびアミド基を側鎖に有するポリマーが分散または溶解する。
かかる本発明の導電性組成物は、基材への適用（例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷などによる塗布、噴霧、スピンコート、浸漬など）が容易であるという利点を有する。そして、本発明の導電性組成物を使用して膜を形成した場合、アミド基を側鎖に有するポリマーの存在によって、従来のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液に比べて、基材に対する付着強度を向上させることができる。
本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、基材に対する付着強度が向上する理由は次のように考えられ得る。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、一般的に、ＰＥＤＯＴがオリゴマーになり易いため、比較的短いＰＥＤＯＴのセグメントがＰＳＳの長いポリマー鎖に結合して成っている。よって、従来のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液を基材に適用した場合、ＰＥＤＯＴは形状が微細な粒子であるため、また、ＰＳＳは極性が高く、よって基材（特に有機疎水面）に対する親和性が乏しいため、基材に対する付着強度が低い。これに対して、本発明の導電性組成物においては、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳに加えて、バインダ樹脂として、これと親和性の高いアミド基を側鎖に有するポリマーが存在しているので、本発明の導電性組成物を基材に適用した場合、これらのポリマー鎖が絡み合った状態で（ポリマーアロイとなって）基材上に残留して膜を形成する。そして、アミド基が側鎖に存在しているため膜表面に現れやすく、基材に対する親和性が高いので、膜と基材との間の付着強度を向上させることができる。
本発明の導電性組成物は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳにより導電性を示し、これにより得られる膜においても同様である。本発明の導電性組成物は、アミド基を側鎖に有するポリマーも含んでいるが、アミド基を側鎖に有するポリマーは、少量でも接着効果を発揮し得るので、かかるポリマーを含めても、導電性の低下は最小限に抑制され得る。
本発明の導電性組成物は、導電性有機材料として様々な用途に利用され得る。例えば、電極形成用、帯電防止用、電磁波遮蔽用などの膜材料として、また、導電性接着剤、導電性塗料（またはインク）などとして使用可能である。しかしながら、本発明の導電性組成物の用途は、これらに限定されるものではない。
（複合材料およびその製造方法）
本発明の複合材料は、フッ化ビニリデン系樹脂基材、および該フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面を被覆する導電性膜であって、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性膜を含む。
フッ化ビニリデン系樹脂基材は、少なくとも導電性膜で被覆されるべき表面がフッ化ビニリデン系樹脂から成るものであればよい。フッ化ビニリデン系樹脂基材の表面のどの領域が導電性膜で被覆されるかは、複合材料の用途によって様々であり得る。
フッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンの単独重合体（ホモポリマー）であっても、またはこれと共重合可能な他の１種または２種以上のモノマーとの共重合体（コポリマー、ターポリマー、その他）であってもよい。かかる共重合体としては、例えば、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）などのコポリマーや、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＤＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＡ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＰ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＶＣ）などのターポリマーが挙げられる（Ｐはポリを、ＶＤＦはビニリデンフルオライドを、ＴｒＦＥはトリフルオロエチレンを、ＣＦＥはクロロフルオロエチレンを、ＣＴＦＥはクロロトリフルオロエチレンを、ＣＤＦＥはクロロジフルオロエチレンを、ＨＦＡはヘキサフルオロアセトンを、ＨＦＰはヘキサフルオロプロピレンを、ＶＣはビニルクロライドを意味する）。
導電性膜に含まれるポリスチレンスルホン酸、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（これらはＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを成す）およびアミド基を側鎖に有するポリマーについては、導電性組成物について上述した説明が当て嵌まる。
次に、本発明の複合材料の製造方法の例について説明する。
まず、フッ化ビニリデン系樹脂基材を準備する。フッ化ビニリデン系樹脂基材は、任意の適切な方法で作製可能であり、市販で入手することが可能である。
また、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳと、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性組成物を準備する。かかる導電性組成物として、上述した本発明の導電性組成物を使用する。
そして、フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面に、この導電性組成物を供給（または適用）する。供給方法は、特に限定されず、例えば塗布（グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷などによる）、噴霧、スピンコート、浸漬などの任意の適切な方法を利用できる。また、供給（被覆）すべきでない表面は、適宜、マスクなどで予め遮蔽しておいてもよい。
次に、フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面に供給した導電性組成物から水および有機溶媒を除去する。除去方法は、特に限定されないが、好ましくは加熱および／または乾燥により水および有機溶媒を除去することができる。加熱温度は、水の沸点、有機溶媒の沸点、水と有機溶媒とが共沸する場合には共沸組成物の沸点および水と有機溶媒との混合比等を考慮して決定できる。簡便には、大気または不活性雰囲気下にて、例えば６０〜１５０℃に加熱することにより実施できる。かかる除去操作により、水は実質的にほぼ全てが除去され得るが、有機溶媒のごく一部は除去できずに、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳおよびアミド基を側鎖に有するポリマーと共に不可避的に残留し得る。
以上により導電性組成物から得られる残留物として導電性膜が形成され、これにより、本発明の複合材料を製造することができる。この複合材料において、導電性膜はフッ化ビニリデン系樹脂基材に密着して形成され、高い付着強度を示す。
本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、フッ化ビニリデン系樹脂基材に対する付着強度が向上する理由は次のように考えられる。ＰＶＤＦは、一般的に、高い耐薬品性を示すものの、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドには溶解することが知られている。本発明者らは、とりわけ、フッ化ビニリデンモノマー単位に対するアミド基の作用に着目した。本発明の複合基材によれば、導電性膜中に、フッ化ビニリデンモノマー単位と親和性の高いアミド基を側鎖に有するポリマーが存在しているので、これと接触するフッ化ビニリデン系樹脂基材に密着し、高い付着強度を示すことができる。そして、アミド基を側鎖に有するポリマーは、同じく導電性膜中に存在しているＰＥＤＯＴ−ＰＳＳに対しても親和性が高いので、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電性膜をフッ化ビニリデン系樹脂基材上に直接形成することが可能となる。
本発明の複合材料における導電性膜は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳにより導電性を示す。フッ化ビニリデン系樹脂基材に対する付着強度を向上させるためには、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電性組成物に、アミド基を側鎖に有するポリマーではなく、ＰＶＤＦを添加して、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを含む導電性膜をフッ化ビニリデン系樹脂基材上に直接形成することも考えられ得る。しかしながら、ＰＶＤＦはＰＥＤＯＴ−ＰＳＳとの親和性が低く、また、ＰＶＤＦの添加によって、得られる膜の導電性が著しく低下するという難点がある。これに対して、本発明の複合基材では、アミド基を側鎖に有するポリマーを用いているので、かかる難点を実質的に解消可能である。
本発明の複合材料は様々な用途に利用され得る。例えば、フッ化ビニリデン系樹脂基材は、圧電または電歪素子における圧電または電歪体や、リチウムイオン電池における負極用バインダなどに使用されており、フッ化ビニリデン系樹脂基材の表面に形成された導電性膜は、かかる用途において電極や集電体などとして利用可能である。本発明によれば、導電性膜がフッ化ビニリデン系樹脂基材上に直接形成され、高い付着強度を示すので、電極または集電体として高い信頼性が得られる。しかしながら、本発明の複合材料の用途は、これらに限定されるものではない。
以上、本発明の導電性組成物およびその製造方法ならびに複合材料およびその製造方法について詳述したが、本発明はかかる態様に限定されない。
また、本発明の基本的概念は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳのみならず、これに類似する他の導電性ポリマーにも拡張可能であろう。具体的には、ＰＥＤＯＴに代えて、ポリマー主鎖に沿って拡張したπ共役構造を有する他のポリマー、例えば、ポリアニリン、ポリピロールなど（いずれも置換されていてもよく、これらのモノマー単位を含む共重合体であってもよい）を使用することも可能であろう。また、ＰＳＳに代えて、他の有機スルホン酸系ドーパント、例えば、ポリビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリ−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸などを使用することも可能であろう。
以下の手順に従って、本発明の導電性組成物を調製し、導電性組成物から得た導電性膜の基材に対する付着強度および導電性膜の導電性を評価した。
・ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの準備
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液を市販で入手した（ヘレウス（Heraeous）社製、クレビオス（Clevios）ＰＨ １０００）。このＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液は、固形分１．０〜１．３重量％（全体基準）であり、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを１：２．５の重量比で含むと表示されている。
・バインダ樹脂の準備
アクリル酸ブチルと、アミド基を含有するモノマーとしてＤＭＡＡ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）とを準備し、これらを、水とイソプロパノールの混合溶媒（体積比５０：５０）に、これらモノマーのモル比が１００：０、９５：５、５０：５０、０：１００で、モノマー合計濃度が２０重量％（全体基準）となるように添加し、これにより得られた混合物１００重量部に対してアゾビスイソブチロニトリルを０．１重量部で添加し、８０℃で重合させて、バインダ樹脂ａ〜ｄを得た。全モノマー単位に対するアミド基を含有するモノマー単位のモル割合（ｍ／（ｍ＋ｎ）×１００（％））は、ポリマーａ〜ｄでそれぞれ０、５、５０、１００％であり、バインダ樹脂ｂ〜ｄが、アミド基を側鎖に有するポリマーである。
・導電性組成物の調製
上記のＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液およびバインダ樹脂ａ〜ｄの２０重量％（水−イソプロパノール）溶液を、イソプロパノール、エチレングリコールおよび純水と共に混合して、以下に示す組成を有する導電性組成物Ａ〜Ｄを得た。
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ水分散液（クレビオスＰＨ １０００） ４０重量部
バインダ樹脂（ａ〜ｄ）の２０重量％溶液 １０重量部
イソプロパノール ３５重量部
エチレングリコール ５重量部
水 １０重量部
導電性組成物Ｂ〜Ｄが本発明の実施例であり、導電性組成物Ａは比較例である。
・複合材料の作製
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から成る厚さ３８μｍのフィルム上に、フッ化ビニリデン系樹脂材料としてＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）を厚さ１０μｍでキャスティングして、ＰＥＴフィルムとＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）層の二層から成るフッ化ビニリデン系樹脂基材を準備した。
そして、このフッ化ビニリデン系樹脂基材に対して、フッ化ビニリデン系樹脂材料層側の表面上に、上記で調製した導電性組成物Ａ〜Ｄをバーコーター１２番で厚さが２７．４μｍになるように塗布し、大気雰囲気下、約８０℃にて５分間加熱した。これにより、導電性組成物Ａ〜Ｄから、導電性膜が形成された。
以上より、フッ化ビニリデン系樹脂基材と、その片面を被覆する導電性膜から成る複合材料が作製された。
・付着強度の評価
導電性組成物Ａ〜Ｄから得た導電性膜のフッ化ビニリデン系樹脂基材（より詳細には、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）層）に対する付着強度を、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−６に準じてクロスカット法により評価した。具体的には、カッターガイドの隙間間隔を２ｍｍとして、上記複合材料の導電性膜に全２５個のマス目を格子状に形成し、その上面にテープを貼り、その後、テープを引きはがして、フッ化ビニリデン系樹脂基材から剥離せずに残ったマス目の数をカウントした。結果を表１に示す。
Figure 0005954412
表１の結果から、比較例の導電性組成物Ａ（バインダ樹脂としてアミド基を側鎖に有しないポリマーを用いたもの）では付着強度が極めて低かったのに対して、本発明の実施例の導電性組成物Ｂ〜Ｄは高い付着強度を示すことが確認された。また、全モノマー単位に対するアミド基を含有するモノマー単位のモル割合（ｍ／（ｍ＋ｎ）×１００（％））は、５〜１００％にするのが好ましく、５０〜１００％にするのがより好ましいことが理解される。
・導電性の評価
導電性組成物Ｂ〜Ｄから得た導電性膜について、その表面抵抗率をシルテック社製表面抵抗測定計ＳＬＴ−ＹＫＨ４１０１を用いて測定したところ、表面抵抗率は、いずれも３００Ω／□であった。この結果から、本発明の実施例の導電性組成物Ｂ〜Ｄは、高い付着強度に加えて、高い導電性を示すことが確認された。
更に、以下の手順に従って、本発明の導電性組成物から得た導電性膜を利用して、アクチュエータを作製した。
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から成る厚さ３８μｍのフィルム上に、フッ化ビニリデン系樹脂材料としてＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）を厚さ１０μｍでキャスティングして、ＰＥＴフィルムとＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）層の二層から成る積層体を得、その後、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）層をＰＥＴフィルムから剥離して、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）層を分離し、これを長さ１８ｍｍおよび幅９ｍｍの寸法にカットして、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）層（厚さ１０μｍ）から成るフッ化ビニリデン系樹脂基材を準備した。
そして、このフッ化ビニリデン系樹脂基材の片面上に、上記で調製した導電性組成物Ｃをスクリーン印刷で、乾燥後の厚さが０．２μｍになるように塗布し、大気雰囲気中、約８０℃にて５分間加熱して乾燥させた。これにより、フッ化ビニリデン系樹脂基材の片面上に、導電性組成物Ｃから、導電性膜が形成された。
別途、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から成る長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１００μｍのフィルムを予め準備しておき、その片面に、上記の通り導電性組成物Ｃを塗布したフッ化ビニリデン系樹脂基材を、導電性膜（導電性組成物Ｃ）を介して貼り付けた。貼り付けには接着剤を使用した。
更に、フッ化ビニリデン系樹脂基材のもう片面（ＰＥＴフィルムと反対側の面）上に、上記で調製した導電性組成物Ｃをスクリーン印刷で、乾燥後の厚さが０．２μｍになるように塗布し、大気雰囲気中、約８０℃にて５分間加熱して乾燥させた。これにより、フッ化ビニリデン系樹脂基材のもう片面上に、導電性組成物Ｃから、導電性膜が形成された。
以上により、図１（ａ）に示すようなアクチュエータ４０が作製された。このアクチュエータ４０において、フッ化ビニリデン系樹脂基材は電歪材料層１に対応し、その両面に形成された導電性膜は電極３ａ、３ｂに対応し、ＰＥＴフィルムは電歪材料層１が電極３ａを介して接合された基材３０に対応する。このアクチュエータ４０において、電歪材料層（フッ化ビニリデン系樹脂基材）１と、その両面を被覆する電極（導電性膜）３ａ、３ｂは、本発明の複合材料を構成するものであり、電歪素子１０として機能する。電極３ａ、３ｂには、それぞれ、引出し線５ａ、５ｂを接続した。
図１（ａ）に示すように、上記の通り作製されたアクチュエータ４０の基材（ＰＥＴフィルム）３０の一端３０ａを平面３１に固定した状態で、電極３ａ、３ｂ間に直流電圧５００Ｖを印加したところ、図１（ｂ）に示すように、電歪材料層１を外側とし、基材３０を内側として屈曲し、基材３０の他端（固定されていない先端）３０ｂはｘ＝１０ｍｍの大きな変位を示した。このように、アクチュエータ４０が一方向に曲げ変形を生じるのは、電極３ａ、３ｂ間に電圧を印加すると、それらの間に挟まれている電歪材料層（フッ化ビニリデン系樹脂基材）１が厚さ方向（電界方向）に縮み、面内方向で伸びて、電歪材料層１と基材３０との間で寸法差が生じることによるものである。
よって、本発明の導電性組成物および複合材料を利用することにより、電歪材料層（フッ化ビニリデン系樹脂基材）と電極（導電性膜）との間の付着強度が大きく、その結果、信頼性の高いアクチュエータが提供される。
本発明の導電性組成物は、電極形成用、帯電防止用、電磁波遮蔽用などの膜（またはコーティング）材料として、また、導電性接着剤、導電性塗料（またはインク）などとして使用可能である。本発明の複合材料は、圧電または電歪素子などに利用可能である。しかしながら、かかる用途に限定されず、例えば、リチウムイオン電池、タッチパネル、太陽電池、プリント配線板、有機ＥＬ、有機ＴＦＴ、有機半導体、エレクトロクロミックデバイスなど、極めて広範に利用され得る。
１ 電歪材料層
３ａ、３ｂ 電極
５ａ、５ｂ 電極
１０ 電歪素子
３０ 基材
３０ａ 一端
３０ｂ 他端
３１ 壁面
４０ アクチュエータ
ｘ 変位

Claims (12)

  1. フッ化ビニリデン系樹脂基材、および
    該フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面を被覆する導電性膜であって、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性膜
    を含む複合材料。
  2. 請求項１に記載の複合材料を用いたアクチュエータ。
  3. フッ化ビニリデン系樹脂基材と導電性膜とを含む複合材料の製造方法であって、
    フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面に、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性組成物を供給し、および
    前記フッ化ビニリデン系樹脂基材の少なくとも一部の表面に供給した前記導電性組成物から水および有機溶媒を除去して導電性膜を形成する
    ことを含む、複合材料の製造方法。
  4. 前記導電性組成物として、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と、アミド基を側鎖に有するポリマーとを含む導電性組成物を用いる、請求項３に記載の複合材料の製造方法。
  5. 前記アミド基の窒素原子が、３級化されている、請求項４に記載の複合材料の製造方法。
  6. 前記有機溶媒が、グリコールおよびその誘導体から選択される１種または２種以上を含む、請求項４または５に記載の複合材料の製造方法。
  7. 前記導電性組成物として、
    少なくとも、アミド基を含有するモノマーと、（メタ）アクリル系モノマー、酢酸ビニル、ビニルスルホン酸、マレイン酸エステル、メチルビニルエーテルおよびブチルビニルエーテルから選択される少なくとも１種とを共重合させることによって、アミド基を側鎖に有するポリマーを得、
    前記アミド基を側鎖に有するポリマーを、ポリスチレンスルホン酸と、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）と、水と、水に対して親和性を有する有機溶媒と共に混合して導電性組成物を得る
    ことを含む方法によって製造された導電性組成物を用いる、請求項４〜６のいずれかに記載の複合材料の製造方法。
  8. 請求項３〜７のいずれかに記載の製造方法によって得られる複合材料をアクチュエータの素子に用いることを含む、アクチュエータの製造方法。
  9. 前記アミド基を側鎖に有するポリマーが、下記（Ｘ）または（Ｙ）に示されるように、ポリマー主鎖から分岐した側鎖にアミド基（−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ＜）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の複合材料。
    （Ｘ）
    Figure 0005954412
     （Ｙ）
    Figure 0005954412
     （式中、Ｒ １ およびＲ ２ は、互いに独立して、水素または１価の有機基を表わし、あるいは、互いに結合して環構造を成す場合には、−Ｒ １ −Ｒ ２ −の全体で２価の有機基を表す）
  10. 前記アミド基を側鎖に有するポリマーの、ポリマー主鎖から分岐した側鎖が下記（ａ）〜（ｉ）の構造であることを特徴とする、請求項９に記載の複合材料。
    （ａ）
    Figure 0005954412
     （ｂ）
    Figure 0005954412
     （ｃ）
    Figure 0005954412
     （ｄ）
    Figure 0005954412
     （ｅ）
    Figure 0005954412
     （ｆ）
    Figure 0005954412
     （ｇ）
    Figure 0005954412
     （ｈ）
    Figure 0005954412
     （ｉ）
    Figure 0005954412
  11. 前記アミド基を側鎖に有するポリマーが、下記（Ｘ）または（Ｙ）に示されるように、ポリマー主鎖から分岐した側鎖にアミド基（−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ＜）を有していることを特徴とする、請求項３〜７のいずれかに記載の複合材料の製造方法。
    （Ｘ）
    Figure 0005954412
     （Ｙ）
    Figure 0005954412
     （式中、Ｒ １ およびＲ ２ は、互いに独立して、水素または１価の有機基を表わし、あるいは、互いに結合して環構造を成す場合には、−Ｒ １ −Ｒ ２ −の全体で２価の有機基を表す）
  12. 前記アミド基を側鎖に有するポリマーの、ポリマー主鎖から分岐した側鎖が下記（ａ）〜（ｉ）の構造であることを特徴とする、請求項１１に記載の複合材料の製造方法。
    （ａ）
    Figure 0005954412
     （ｂ）
    Figure 0005954412
     （ｃ）
    Figure 0005954412
     （ｄ）
    Figure 0005954412
     （ｅ）
    Figure 0005954412
     （ｆ）
    Figure 0005954412
     （ｇ）
    Figure 0005954412
     （ｈ）
    Figure 0005954412
     （ｉ）
    Figure 0005954412
JP2014512485A 2012-04-23 2013-04-16 複合材料、アクチュエータおよびそれらの製造方法 Active JP5954412B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012097634 2012-04-23
JP2012097634 2012-04-23
PCT/JP2013/061314 WO2013161633A1 (ja) 2012-04-23 2013-04-16 導電性組成物、複合材料およびそれらの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013161633A1 JPWO2013161633A1 (ja) 2015-12-24
JP5954412B2 true JP5954412B2 (ja) 2016-07-20

Family

ID=49482956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014512485A Active JP5954412B2 (ja) 2012-04-23 2013-04-16 複合材料、アクチュエータおよびそれらの製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9589697B2 (ja)
JP (1) JP5954412B2 (ja)
WO (1) WO2013161633A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6108138B2 (ja) * 2014-04-30 2017-04-05 株式会社村田製作所 導電パターン付絶縁基材
JP6325364B2 (ja) * 2014-06-18 2018-05-16 マクセルホールディングス株式会社 透明導電性コーティング組成物、透明導電性シート及びその製造方法、並びに透明導電パターン形成方法
CA2979412A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Arkema Inc. Modified fluoropolymers
JP7079463B2 (ja) * 2017-09-22 2022-06-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 透明な積層体及び透明ゲルアクチュエータ素子並びにその製造法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2577564B1 (fr) 1985-02-14 1987-07-17 Atochem Procede de traitement de surface du polyfluorure de vinylidene en vue de son adhesion a un substrat. materiau obtenu a partir du polyfluorure de vinylidene traite
DE3843412A1 (de) 1988-04-22 1990-06-28 Bayer Ag Neue polythiophene, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung
US8921473B1 (en) * 2004-04-30 2014-12-30 Sydney Hyman Image making medium
JP4004214B2 (ja) 2000-08-24 2007-11-07 ナガセケムテックス株式会社 帯電防止コーティング用組成物
JP3911145B2 (ja) * 2000-11-10 2007-05-09 三洋化成工業株式会社 電気化学素子の電極用結合剤および電極の製造方法
CN1224862C (zh) 2001-03-07 2005-10-26 阿克里奥公司 电化学像素器件
EP2015135B1 (en) 2002-03-07 2012-02-01 Acreo AB Electrochemical device
CA2513596C (en) 2003-01-28 2012-03-13 Toppan Forms Co., Ltd. Conductive polymer gel and method of producing the same, actuator, iontophoretic patch label, biomedical electrode, toner, conductive functional member, antistatic sheet, printed circuit member, conductive paste, electrode for fuel cell, and fuel cell
JP2006028439A (ja) 2004-07-21 2006-02-02 Shin Etsu Polymer Co Ltd 導電性高分子溶液及び導電性塗膜
JP2006129541A (ja) 2004-10-26 2006-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子アクチュエータデバイス
US8236902B2 (en) 2006-10-24 2012-08-07 University Of Southern California Fluorocarbon mediated polymer blends and methods for making thereof
EP2203945B1 (de) 2007-10-24 2014-04-16 Merck Patent GmbH Optoelektronische vorrichtung
JP5060422B2 (ja) 2008-08-05 2012-10-31 キヤノン株式会社 プリント配線基板及び該プリント配線基板を有する装置
JP4287504B1 (ja) 2008-08-15 2009-07-01 パナソニック株式会社 導電性高分子アクチュエータおよびその製造方法
US8480917B2 (en) 2008-12-12 2013-07-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid electrolyte polymer, polymer actuator using cross-linked polyvinylidene fluoride-based polymer, and method of manufacturing the polymer actuator
EP2549560B1 (en) * 2010-03-17 2018-09-26 Konica Minolta Holdings, Inc. Organic electronic device and method of manufacturing the same
US9159940B2 (en) * 2010-09-30 2015-10-13 Lintec Corporation Conductive adhesive composition, electronic device, positive electrode laminate, and method for manufacturing electronic device
JP5441952B2 (ja) * 2011-05-17 2014-03-12 Ｎｅｃトーキン株式会社 導電性高分子懸濁溶液およびその製造方法、導電性高分子材料、ならびに電解コンデンサおよびその製造方法
JP5741366B2 (ja) * 2011-10-17 2015-07-01 コニカミノルタ株式会社 透明電極の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2013161633A1 (ja) 2015-12-24
US9589697B2 (en) 2017-03-07
US20150079404A1 (en) 2015-03-19
CN104245831A (zh) 2014-12-24
WO2013161633A1 (ja) 2013-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5760003B2 (ja) 透明導電性フィルム、電子デバイス及び電子デバイスの製造方法
KR101488628B1 (ko) 도전성 접착제 조성물, 전자 디바이스, 양극 적층체 및 전자 디바이스의 제조 방법
JP5954412B2 (ja) 複合材料、アクチュエータおよびそれらの製造方法
US20100098841A1 (en) Conductive composition vand conductive cross-linked product, capacitor and production method thereof, and antistatic coating material, antistatic coating, antistatic film, optical filter, and optical information recording medium
US20120168682A1 (en) Pedot/pss composition and pedot/pss film using the same
JP6349393B2 (ja) 安定なポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）組成物及び酸性度が限定されたアニオン性安定剤
JPWO2015056609A1 (ja) 透明導電膜形成用組成物、透明導電体及び透明導電体の製造方法
KR20160040611A (ko) 비수계 축전 소자용 결착제 및 비수계 축전 소자
JP5888084B2 (ja) 有機電子素子用透明電極、有機電子素子用透明電極の製造方法、及び有機電子素子
JP2008050391A (ja) 導電性フィルムおよび当該フィルムを用いたタッチパネル
WO2015111731A1 (ja) パターン形成方法、透明導電膜付き基材、デバイス及び電子機器
JP5367939B2 (ja) 導電性フィルムおよび当該フィルムを用いたタッチパネル
US20120161080A1 (en) Conductive polymer composition and conductive film using the same
JP5984054B2 (ja) 有機導電膜
JP2012216450A (ja) 導電性組成物の製造方法及びその導電性組成物を用いた透明導電膜、有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6567875B2 (ja) 電子用途において有用な印刷可能なインクおよびこれに関する方法
JP2018006076A (ja) 透明導電性シート及びその製造方法
WO2012053373A1 (ja) 導電性粘着剤組成物、電子デバイス及び電子デバイスの製造方法
JP5983408B2 (ja) 透明電極の製造方法
JP2009104876A (ja) 抵抗膜式タッチパネル
KR20100096869A (ko) 음이온 계면 활성제를 이용한 수분산 폴리(3, 4-에틸렌다이옥시싸이오펜)용액을 사용한 압전 필름스피커
JP2011108425A (ja) 透明電極構造体およびそれを用いたタッチパネル
KR102080862B1 (ko) 투명 도전체
CN104245831B (zh) 导电性组合物、复合材料以及它们的制造方法
JP6746276B2 (ja) 透明導電性シート及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160108

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160517

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160530

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5954412

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150