JP7481104B2 - 伸縮性の導電性フルオロエラストマーペースト組成物 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１０月１６日に出願された、「Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒ Ｐａｓｔｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ」という表題の米国仮特許出願第６２／７４６，２６９号明細書の便益を主張するものであり、その出願は、それの参照によりあらゆる目的のためにその全体が本明細書に援用される。
技術分野
本発明は、ウェアラブル及びインモールドエレクトロニクス用の伸縮性ポリマー厚膜導電性フルオロエラストマーペースト組成物を指向する。
着用可能な衣類に電気回路を組み込んで、着用者の生理的側面を監視することへの関心が高まっている。そのような測定の例としては、心拍数、心電図、体温及び体液が挙げられる。これらの回路は、衣類又は物品が伸縮する時に及び複数回の洗濯及び乾燥サイクルに曝されるときに維持されなければならない。着用可能な衣類での電気回路の別の使用は、ヒーターにおいてである。
加えて、インモールドエレクトロクス（Ｉｎ Ｍｏｌｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）（ＩＭＥ）のための熱成形及び射出成形プロセス中に起こる伸縮及び変形に耐えることができる導電性接着剤が必要とされている。
本発明は、着用可能な衣類中に印刷導体を形成するために、インモールドエレクトロクス用の導電性接着剤を形成するために、又は消費者エレクトロニクス用の印刷導体を形成するために使用され得る伸縮性ポリマー厚膜導電性ペースト組成物に関する。それは、伸縮性の導電性ポリマー厚膜を形成する。
本発明は、
ａ）４５～６５重量％の導電性粉末と；
ｂ）１０～２０重量％のフルオロエラストマーと；
ｃ）０．１～３重量％のシランカップリング剤と；
ｄ）０～３５重量％の、２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、二塩基酸エステル及びＣ１１ケトンからなる群から選択される１種以上の溶媒と；
ｅ）１～３５重量％の、トリエチルホスフェート、アセトン、４－メチル－２－ペンタノン、２，６－ジメチル－４－ヘプタノン及びシクロヘキサンからなる群から選択される１種以上の溶媒と
を含むポリマー厚膜導電性ペースト組成物であって、
重量％がペースト組成物の総重量を基準とするペースト組成物を提供する。
本発明は、導電性粉末と、フルオロエラストマーと、シランカップリング剤と、１種以上の溶媒とを含むポリマー厚膜（ＰＴＦ）導電性ペースト組成物に関する。
本ＰＴＦペースト組成物は、様々な物品に印刷導体を形成するために使用することができる。本ＰＴＦペースト組成物は、着用可能な衣類に使用することができる印刷導体を形成するために使用することができる。一実施形態において、この導体は、衣類用布地上に直接印刷される。別の実施形態において、この導体は、次にその後衣類に積層される基材上に印刷される。この伸縮性の印刷導体は、そのような衣類が受ける伸縮及び洗濯及び乾燥中にその有用性を維持する。本ペーストは、他の物品に導体を形成するために、及びシート中のヒーター用に使用することができる。
本ＰＴＦペースト組成物はまた、印刷導体を形成するために、及び他の物品用の導電性接着剤（ＥＣＡ）を形成するために使用することができる。これらの物品は、熱成形し、その後射出成形に供することができ、印刷導体又は導電性接着剤は、これらのプロセス中に起こる伸縮及び変形に耐える。
本ペースト組成物は、ポリマーが印刷導体中の構成要素として残るので、ポリマー厚膜ペースト組成物と呼ばれる。「導電性」としての本ペースト組成物の記載は、組成物を基材上へ印刷し、乾燥させて、デバイスとそれに接続された電気回路との間に又は回路の構成要素間に電流を通すのに十分な導電性を持った導電体を形成することができることを意味するように行われる。多くの場合に、本ＥＣＡで行われる機械的結合及び電気接続は、伝統的なハンダ付けに代わるものであってもよい。
ＰＴＦ導電性ペースト組成物の様々な構成要素が、以下により詳細に論じられる。重量パーセントは重量％として記載される。
導電性粉末
導電性粉末は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃ、それらの合金及びそれらの混合物の１種以上の導電性粉末である。
一実施形態において、導電性粉末は銀粉末である。
別の実施形態において、銀粉末は銀フレークの形態にある。
ＰＴＦペースト組成物中の導電性粉末の量は、４０～６５重量％であり、ここで、重量％は、ポリマー厚膜ペースト組成物の総重量を基準とする。
フルオロエラストマー
一実施形態において、フルオロエラストマーは、フッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーコポリマーである。このコポリマーは、ターポリマー又はジポリマーであってもよい。
１つのそのような実施形態において、フルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとのターポリマーである。別の実施形態において、フルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンと、パーフルオロメチルビニルエーテルと、テトラフルオロエチレンとのターポリマーである。
別の実施形態において、フルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのジポリマーである。
他の実施形態において、フルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンを含有しない。１つのそのようなフルオロエラストマーは、エチレンと、テトラフルオロエチレンとパーフルオロメチルエチルビニルエーテルとのターポリマーである。
フルオロエラストマーの量は、１０～２０重量％であり、ここで、重量％は、ポリマー厚膜ペースト組成物の総重量を基準とする。
シランカップリング剤
典型的なシランカップリング剤は、［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシラン（３－グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン）、（アミノプロピル）トリメトキシシラン、（メタクリルオキシプロピル）トリメトキシシラン、（ビニル）トリメトキシシラン及び（メルカプトプロピル）トリメトキシシランである。
一実施形態においてシランカップリング剤は、［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシラン（３－グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン）である。
シランカップリング剤の量は０．１～３重量％であり、ここで、重量％は、ポリマー厚膜ペースト組成物の総重量を基準とする。
溶媒
溶媒は、０～３５重量％の、２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテート（ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、二塩基酸エステル及びｃ１１からなる群から選択される１種以上の溶媒と、１～３５重量％の、トリエチルホスフェート、アセトン、４－メチル－２－ペンタノン、２，６－ジメチル－４－ヘプタノン及びシクロヘキサンからなる群から選択される１種以上の溶媒とからなる。
一実施形態において、溶媒は、０～３５重量％の２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテートと１～３５重量％のトリエチルホスフェートとからなり、ここで、重量％は、ポリマー厚膜組成物の総重量を基準とする。
以下に、出願時の特許請求の範囲の記載を示す。
[請求項１]
ポリマー厚膜導電性ペースト組成物であって、
ａ）４５～６５重量％の導電性粉末と；
ｂ）１０～２０重量％のフルオロエラストマーと；
ｃ）０．１～３重量％のシランカップリング剤と；
ｄ）０～３５重量％の、２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、二塩基性酸エステル及びｃ１１からなる群から選択される１種以上の溶媒と；
ｅ）１～３５重量％の、トリエチルホスフェート、アセトン、４－メチル－２－ペンタノン、２，６－ジメチル－４－ヘプタノン及びシクロヘキサンからなる群から選択される１種以上の溶媒と、を含み、前記重量％が前記ペースト組成物の総重量を基準とする、ポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項２]
前記フルオロエラストマーが、フッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーコポリマーである、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項３]
前記フルオロエラストマーが、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびテトラフルオロエチレンのターポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項４]
前記フルオロエラストマーが、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのジポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項５]
前記導電性粉末が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃ、それらの合金及びそれらの混合物の１種以上の導電性粉末である、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項６]
前記導電性粉末が銀粉末である、請求項５に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項７]
前記銀粉末が銀フレークの形態にある、請求項６に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項８]
前記シランカップリング剤が、［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシラン（３－グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン）、（アミノプロピル）トリメトキシシラン、（メタクリルオキシプロピル）トリメトキシシラン、（ビニル）トリメトキシシラン及び（メルカプトプロピル）トリメトキシシランからなる群から選択される、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項９]
前記シランカップリング剤が［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシランである、請求項８に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項１０]
０～３５重量％の２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテートと１～３５重量％のトリエチルホスフェートとを含む、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
[請求項１１]
請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物から形成された印刷導体を含む物品。
[請求項１２]
前記物品が着用可能な衣類である、請求項１１に記載の物品。
[請求項１３]
前記印刷導体が基板上に印刷されていてこれが続いて前記衣類に積層されたものである、請求項１２に記載の物品。
[請求項１４]
前記物品が熱成形されていて続いて射出成形に供されたものである、請求項１１に記載の物品。
[請求項１５]
請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物から形成された印刷導電性接着剤を含む物品。
[請求項１６]
前記物品が熱成形されていて続いて射出成形に供されたものである、請求項１５に記載の物品。
実施例及び比較実験
実施例１～４並びに比較実験１及び２
実施例Ｅ１～Ｅ３並びに比較実験ＣＥ１～ＣＥ２のそれぞれに使用されるフルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとのターポリマーであり、各ＰＴＦペースト組成物は、次の通り調製した。
フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンターポリマー（Ｖｉｔｏｎ（登録商標）ＧＢＬ２００，Ｃｈｅｍｏｕｒｓ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）のシートを、小片へカットし、１０重量％のトリエチルホスフェートと９０重量％の２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテートとの溶媒ブレンドに添加した。ターポリマーの量は、ターポリマーと溶媒ブレンドとの総重量を基準として４０重量％であった。混合物を、フルオロエラストマーが溶媒に完全に溶解して、ターポリマー媒体を形成するまで１８時間以下６０℃で攪拌した。
銀フレーク（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）及びシランカップリング剤［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシラン（Ｄｙｎａｓａｌｙｎ（登録商標）ＧＬＹＭＯ，Ｅｖｏｎｉｋ Ｃｏｒｐ．ＵＳＡ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪ）をターポリマー媒体に添加した。トリエチルホスフェート及び２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテートをまた添加して混合中に粘度を制御した。この混合物を次に、３ロール粉砕して構成要素を完全に分散させた。最後に、３０～９０Ｐａ・Ｓのターゲット粘度まで追加のトリエチルホスフェート及び２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテートを使用して粘度調整を行ってペースト組成物を製造した。
実施例Ｅ１～Ｅ４及び比較実験ＣＥ１～ＣＥ２に使用された重量パーセント単位での構成要素の量を表Ｉに示す。重量％は、組成物の総重量を基準とする。
Figure 0007481104000001
記載されたように製造された５種のペーストをそれぞれ、
接着剤層を含有する熱可塑性ポリウレタンフィルムの基材上へ２００～３２５網目数スクリーンを用いてスクリーン印刷した。基材は、ＤｕＰｏｎｔTM Ｉｎｔｅｘａｒ（登録商標）ＴＥ－１１Ｃ（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）かＢｅｍｉｓTM ＳＴ－６０４（Ｂｅｍｉｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｉｎｃ．，Ｓｈｉｒｌｅｙ，ＭＡ）かのいずれかであった。印刷パターンを、対流炉又はベルト炉において１００～１３０℃で１０～２０分間乾燥させて印刷導体を形成した。
印刷パターン基材をきれいに整え、１３０℃で３０秒間ホットプレスを用いて布地上へ積層させた。試料を、ｌａｕｎｄｅｒ－ｏ－ｍｅｔｅｒ小型容器中へロードし、ＡＡＴＣＣ（米国繊維化学者・色彩技術者協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｒｉｓｔｓ））試験方法６１を用いて操作した。選ばれたサイクルで、試料を室温で４時間以上風乾させ、その後４点電気抵抗測定を印刷導体に関して行った。各印刷導体の初期抵抗及び示された数のサイクル後の抵抗をオーム単位で表ＩＩに示す。布地に適用された基材は、上に記載されたようなＴＥ－１１ＣかＳＴ－６０４かのいずれかによって示される。結果は、本ペースト組成物から形成された導体の改善された洗濯耐久性を示す。
Figure 0007481104000002
実施例５～６
実施例Ｅ５に使用されるフルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとのターポリマーであった。実施例Ｅ６に使用されるフルオロエラストマーは、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのジポリマーであった。各ＰＴＦペースト組成物を、本質的に、実施例Ｅ１～Ｅ４及び比較実験ＣＥ１～ＣＥ２について記載されたように調製した。
実施例Ｅ５～Ｅ６に使用される重量パーセント単位での構成要素の量を表ＩＩＩに示す。重量％は、組成物の総重量を基準とする。
Figure 0007481104000003
記載されたように製造された２種のペーストをそれぞれ、
接着剤層を含有する熱可塑性ポリウレタンフィルムの基材上へ２００～３２５網目数スクリーンを用いてスクリーン印刷した。基材は、ＤｕＰｏｎｔTM Ｉｎｔｅｘａｒ（登録商標）ＴＥ－１１Ｃ （ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）であった。印刷パターンを、対流炉又はベルト炉において１００～１３０℃で１０～２０分間乾燥させて印刷導体を形成した。
印刷パターン基材をきれいに整え、４点電気プローブを印刷導体に取り付けた。各試料を、各サイクル後に２秒の保持時間ありで１インチ／３秒の速度で４０％歪みまで及び４０％歪みから繰り返し伸縮させた。印刷導体の電気抵抗を監視し、各サイクルにおける最大抵抗を記録した。結果を表ＩＶに示す。
Figure 0007481104000004

Claims (16)

  1. ポリマー厚膜導電性ペースト組成物であって、
    ａ）４５～６５重量％の導電性粉末と；
    ｂ）１０～２０重量％のフルオロエラストマーと；
    ｃ）０．１～３重量％のシランカップリング剤と；
    ｄ）３５重量％以下の、２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、二塩基性酸エステル及びｃ１１からなる群から選択される１種以上の溶媒と；
    ｅ）１～３５重量％の、トリエチルホスフェート、アセトン、４－メチル－２－ペンタノン、２，６－ジメチル－４－ヘプタノン及びシクロヘキサンからなる群から選択される１種以上の溶媒と、を含み、前記重量％が前記ペースト組成物の総重量を基準とする、ポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  2. 前記フルオロエラストマーが、フッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーコポリマーである、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  3. 前記フルオロエラストマーが、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびテトラフルオロエチレンのターポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  4. 前記フルオロエラストマーが、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのジポリマーである、請求項２に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  5. 前記導電性粉末が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃ、それらの合金及びそれらの混合物の１種以上の導電性粉末である、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  6. 前記導電性粉末が銀粉末である、請求項５に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  7. 前記銀粉末が銀フレークの形態にある、請求項６に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  8. 前記シランカップリング剤が、［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシラン（３－グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン）、（アミノプロピル）トリメトキシシラン、（メタクリルオキシプロピル）トリメトキシシラン、（ビニル）トリメトキシシラン及び（メルカプトプロピル）トリメトキシシランからなる群から選択される、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  9. 前記シランカップリング剤が［３－（２，３－エポキシプロポキシ）プロピル］トリメトキシシランである、請求項８に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  10. ３５重量％以下の２－（２－エトキシエトキシ）エチルアセテートと１～３５重量％のトリエチルホスフェートとを含む、請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物。
  11. 請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物から形成された印刷導体を含む物品。
  12. 前記物品が着用可能な衣類である、請求項１１に記載の物品。
  13. 前記印刷導体が基板上に印刷されていてこれが続いて前記衣類に積層されたものである、請求項１２に記載の物品。
  14. 前記物品が熱成形されていて続いて射出成形に供されたものである、請求項１１に記載の物品。
  15. 請求項１に記載のポリマー厚膜導電性ペースト組成物から形成された印刷導電性接着剤を含む物品。
  16. 前記物品が熱成形されていて続いて射出成形に供されたものである、請求項１５に記載の物品。
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