JPH01101373A - 導電性組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は電気回路作製等に用いられる導電性インキ或い
は導電性塗料等として有用な導電性組成物に関するｂの
である。

（従来の技術） 従来より優れた信頼性を示す導電性材料としてカーボン
系のものが広く用いられているが、その面積抵抗が金属
系のものに比較して高い値を示すのでその使用範囲が限
定される欠点がある。

カーボンブラックや黒鉛粉末等の導電性フィラーと樹脂
とからなるバインダーより構成される導電性レジン皮膜
を基板に形成させた場合、導電性フィラーの割合と面積
抵抗との関係は、一般に第１図で示したａ（カーボンブ
ラック）、ｂ（黒鉛粉末）のように変化する（横軸は導
電性フィラーと樹脂固形分との合計量中の導電性フィラ
ー含有率を示す）。第１図ａ、ｂの如く導電性フィラー
の割合が増加するに伴なって面積抵抗値は低下し極小領
域に達する。この状態ではバインダーである樹脂分が不
足しているので、導電性フィラーの層間の密着不良が生
ずる。導電性フィラーの割合をさらに増加すると、層間
の密着が一層悪くなるうえに、基板とレジン皮膜との密
着も悪くなり、面積抵抗値が高くなる。

従来より導電性フィラーの充填密度を高めて抵抗値を低
減させる試みが種々検問されており、例えば粒子径の大
中小と異なる導電性フィラーを組合せることにより充填
密度の向上が図られた。しかしながら導電性フィラーを
増加させていくと、フィラー相互の接触ブトンスずなわ
ち接触面積は増すが、各フィラー粒子間の接触抵抗が増
加するので膜厚２０μｍで１５〜２０Ω／口程度より低
い面積抵抗値は達成されなかった。

大ぎな粒子径の導電性フィラーを使用すれば抵抗値の低
下はある程麿可能であるが、他方回路パターンのＶｊ度
、皮膜厚、抵抗値のバラツキが大きくなり、皮膜の平滑
性や回路印刷の精密性が損われるので用途が限定される
。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らは上記の欠点を克服し、密着性や可撓性に優
れた充分に低い面積抵抗値を示すスクリーン印刷可能な
カーボン系の導電性フィラーを求める目的で鋭意検討し
た。その結果、カーボンウィスカーと膨圧黒鉛を用いる
ことにより上記目的を達成し得ることを児出し本発明を
完成したものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はＪなわらＡ）カーボンウィスカーと、Ｂ）膨圧
黒鉛と、Ｃ）カーボンブラック及び／又は黒鉛粉末等の
カーボン系導電性フィラーとを含有することを特徴とす
る導電性組成物である。

換言すれば本発明組成物は上記Ｃ）にバインダーとして
の樹脂、添加剤及び溶剤等を加えた従来のカーボン系尊
重１（１組成物にＡ）カーボンウィスカーとＢ）膨圧黒
鉛がイ」加された構成となっている。

本発明に用いられるＡ）カーボンウィスカーは、１００
０〜１４００℃に加熱された空間で、鉄、ニッケル等の
遷移全屈の微粒子を触媒又は成長核として、炭化水素か
らウィスカーを成長させて得られたもの、及びこれを３
０００℃位まで熱処理して得られたグラファイトウィス
カーを含み、導電性の而から後者が好ましい。これらの
直径は０．０５μｍ〜１μｍ、長さは数μｍ〜５０μｍ
の大ぎさがスクリーン印刷可能であり、特に長さ故μｍ
〜２０μｍのものが好ましい。

またＢ）膨圧黒鉛は種々のｈ法でｔ！Ａ造される。

例えば層状構造のよく発達した天然の鱗状黒鉛を粉けし
粒子径を５μｍ以下にして、硫酸液に充分含浸させた後
、これを急激に９００〜１１００″Ｃに加熱することに
より膨圧させ、層に垂直なＣ軸方向に伸長させて１７ら
れる。彫版倍率は一般に１０倍以上、好ましくは５０倍
以上である。膨圧黒鉛の１例を第２図に示す。

本発明に用いられるＣ）導電性フィラーすなわらカーボ
ンブラック及び／又は黒鉛粉末は、それらの粒子径２μ
ｍ以下のものが用いられる。粒子径が２μｍを超えるも
のは高導電性が得られない。

Ａ）カーボンウィスカーの使用量は通常用途に応じて全
導電性フィラーＡ）　＋Ｂ＞　十〇）中の２０〜８０単
量％、好ましくは４０〜６０重量％である。２０重量％
未満、あるいは８０重任１％を超えると高導電性が得ら
れない。

Ｂ）膨圧黒鉛の使用量は全導電性フィラー中の１０〜７
０重伊％、好ましくは２０〜７０重舟％である。

１０重伊％未満あるいは７０重Ｍ％を超えると高々電性
が得られない。

以上のごとく弾性のあるフレーク状の膨圧黒鉛とアスペ
クト仕入のカーボンウィスカーと、そしてそれらの空間
を埋めるカーボンブラック及び／又は黒鉛粉末を充填密
度大なるよう配合を行う。□本発明において、樹脂から
なるバインダーとしては、従来用いられている通常の樹
脂、例えばアルキッド樹脂、フェノール樹脂、アミツ樹
脂、アミノアルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂。

エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ゴム、ツノクリ
ル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、塩化ビニール樹脂、
酢酸ビニール樹脂、ニトロヒルロース。

アヒヂルセルロース、飽和ポリニスデル樹脂等が挙げら
れる。これらには必要に応じてビニール系やアクリル系
の−しツマ−が併用される。ざらにエラストマー系も必
要に応じて用いることができる。

添加剤としては導電性フィラー分散剤、レベリング剤ぞ
の他当該技術分野において使用される各種配合剤が必要
に応じて用いられる。硬化剤は用いられる樹脂の種類に
応じて適宜選択される。バインダーの配合ｍは、バイン
ダーが樹脂の場合、樹脂固形分として合泪量の４５〜８
５市量％でよい。８５重量％を超えれば充分な導電性が
１９られず、逆に４５重Ｌｎ％未満では導電性フィラー
の密着強度が充分でない。

溶剤は酢酸カルピトール、酊酸ブチルセロソルブ、シク
ロヘキサン、キシレン、ジアセ１〜ン７／ル］−ル、エ
ヂルレロソルブ、アブルセロソルブ等が用いる樹脂の溶
解性、レベリング性、接る性。

作業性でりに応じて適宜選択さ°れる。溶剤の使用量は
用途に応じて組成物の粘度が２００〜６００ポイズとな
るように調整される。

本発明の導電性組成物を用いて、例えば導電性ペースト
は次のようにして製造される。バインダーとなる樹脂に
溶剤と分散剤、レベリング剤等の所定量をプレミキリー
の容器に入れ攪拌を充分に行った後、カーボンブラック
及び／又は黒鉛粉末等の導電性フィラーを添加して充分
に攪拌する。

これにざらにカーボンウィスカーと膨脂黒鉛との所定ｎ
１の約６割を加え攪拌を充分に行う。得られたペースｌ
〜を「１−ルミルにて混練する。次にこれを元のプレミ
ー１−リーの容器に戻し、カーボンウィスカーと膨脂黒
鉛との残量を添加して充分に撹拌後、ロールミルにて混
練する。次にギャップを充分にしぼってざらに混？１ニ
ジ、ペーストを作りあげる。ロールミルの代りにボール
ミル、超音波分散機、高粘１良川ミキ１ノーも使用可能
である。

本発明の導電性組成物を用いてレジン皮膜を作成するに
は通常の方法、例えばスクリーン印刷法。

メタルマスク法、スプレー吹イ」法１反転印刷法等が用
いられる。

（作用） 膨脹黒鉛、カーボンブラック又は黒鉛粉末をそれぞれバ
インダーとなる樹脂に分散させた組成物の導電性フィラ
ーと樹脂固形分との合ｈ１量中の導電性フィラー含有率
とこれに対する面積抵抗値と゛の関係を第１図に示す。

膨脂黒鉛（第１図Ｃ）は、カーボンブラック（第１図ａ
）や黒鉛粉末（第１図ｂ）に比べて、フィラー含ω１５
・〜７５重徂重母広い範囲で１５〜２０Ω／口と従来の
抵抗値と同様の効果／＞”＝　（’、／られでいること
が分る。これは膨脂黒鉛を用いると接触抵抗が小さく接
触面積が大きくとる事が可能となることに由る。すなわ
ら第２図に示した膨脂黒鉛がロールミル等の混練の結果
、第３図の如く厚みの小さな偏平で粒子径の大ぎな柔軟
なフィラーどなるものである。例えば厚さ約０．３μｍ
、最大粒径３０μｍの粒子とすることが可能である。

一方、本発明において用いられるグラファイトウィスカ
ーは比抵抗が１０−’Ωｃｍと金属に近い高導電性を示
すことが知られているが、導電性組成物としては、グラ
ファイトウィスカー間の接触抵抗が大きな妨げとなり、
本来の高導電性は表われない。グラファイトウィスカー
の導電性の挙動は第１図ｄに示すようにカーボンブラッ
クａと同様である。

これはグラファイトウィスカーのみではこれをフィラー
と゛りる場合、方向性が乱れ良好な導電性が得られない
：ｂのと思われる。

本発明においては、このようなアスペクト仕入なるカー
ボンウィスカーと弾性のあるフレーク状の膨脹黒鉛、微
小粒子のカーボンブラック及び／又は黒鉛粉末を配合す
ることにより、各フィラーの特質を保持しながらその相
乗効果により高導電性とその安定性を達成することが可
能となる。すなわら膨服黒鉛自体は面方向では低い抵抗
、厚み方向では高い抵抗を示し、カーボンウィスカーは
長さ方向では低い抵抗、直径方向では高い抵抗を示す。

この膨脂黒鉛及びグラファイトウィスカーに他のカーボ
ン系ン９電性フィラー微粒子を配合することにより、異
質の導電性フィラーが馴染み合い接触抵抗の低下を起し
、全体として異方性になり勝らな導電性レジン皮膜に等
方性が得られ安定な高導電性（例えば膜厚さ２０μｍで
面積抵抗値６Ω／口）を示すものと思われる。

カーボンウィスカーがｒｔ、１ｌＩｕ黒鉛の層間に浸入
した状態を第３図に示す。

第１図Ｃはグラフフィトウィスカー、膨脂黒鉛及びカー
ボンブラックをフェノール樹脂に分散調整したスクリー
ン用インク組成物の導電性フィラー含イｊ率と面積抵抗
値との関係を示す。

以下実施例、比較例ににり本発明を具体的に説明覆る。

なお例中における組成はいずれも型組単位であり、配合
して使用される物質はいずれも下記のものである。

グラフ１イトウィスカー （ＶＧＣＦ、昭和電工社製） 膨脹黒鉛 （日本カーボン社製） カーボンブラック （商品名ケラブーエンブラックＥＣ。

ライオンアクゾ社製） キシレン変性フェノール樹脂 （ＰＲＩ／ｌ／ＩＯＭ、三菱瓦斯化学社製）分散剤 （商品名アーマイドＯＦ、ライオン アクゾ社製） 鱗状黒鉛 （ＮＣ−１，日本ルツボ社製） 人造黒鉛 （ΔＦ−１１０．オリエンタルカーボン社製）飽和ポリ
エステル （商品名バイロン２００．東洋紡績社製）実施例１ グラフ７フイトウイスカー　　　　　５０部膨彫版鉛　
　　　　　　　　　　２０＃カーボンブラツク　　　　
　　　　３０！！キシレン変性フエノール樹脂　　２２
５〃酢酸力！レビトール　　　　　　　　２６０〃分散
剤　　　　　　　　１〃 上記配合物をロールミルＣ分散さ“Ｕた後、ベークライ
ト板（大さＱ６０ｘ１５０　ｍｍ）に２００メツシ１の
スクリーンで印刷し、オーブン中で１５０’Ｃ，６０分
の乾燥を行った。このレジン皮膜の面積抵抗値は６Ω／
口（ｖ！厚２０μｍ＞−であった。皮膜のベークライト
板との密着″ｔｅｌは充分ぐあった。

また上記作成したサンプルを８０℃の恒温槽に１０００
１′ｌ！１間放置した場合の抵抗値変化率は−１，０％
であり、６０℃、９５％ＲＨにて１０００１１！１間加
湿放置した場合の抵抗値変化率は＋１．５％であった。

比較例１ 膨脹黒鉛　　　　　　　　　　　　、６５部カーボンブ
ラック　　　　　　　　３５Ｉ／キシレン変性フエノー
ル樹脂　　３００部酢酸カルピトール　　　　　　　　
３００　＃分散剤　　　　　　　　１〃 上記配合物を実施例１と同様に処理して作成したレジン
皮膜の面積抵抗値は６（２７口（ＷＡ厚２０μｍ）であ
り、皮膜のベークライト板との１５着性は良好であった
。

また上記作成したサンプルを８０℃の恒温槽に１０００
時開放首した場合の抵抗値変化率は−８，５％であり、
６０℃、９５％Ｒ１−１にて１０００時間加湿放置した
場合の抵抗値変化率は１３．２％であった。

比較例２ 鱗状黒鉛　　　　　　　　　　　　　４０部人造黒鉛　
　　　　　　　　　　　３５！Ｉカーボンブラツク　　
　　　　　　２５ｒ／飽和ポリエステル　　　　　　　
１００＃酢酸カルピトール　　　　　　　２３３〃分散
剤　　　　　　　　１ｒＩ 上記配合物をプレミキサ−で充分混合し、ロールミルで
４回通してカーボンペーストを調整した。

該ペーストをベークライト板に２００メツシユのスクリ
ーンで印刷し、Ａ−アン中で１５０℃、　６０分の乾燥
を行った。このレジン皮膜の面積抵抗値は３５Ω／口（
膜厚２５μｍ）であった、。

実施例２ グラフフィトウィスカー　　　　　５０部ＰＭ服黒鉛　
　　　　　　　　　　　１（Ｊｎカーボンブラック　　
　　　　　　３０〃ポリウレタン （ＵＣＸ　９０４．旭電化社製）　　　５００！！分散
剤　　　　　　　　１〃 上記配合物をロールミルで充分に分散させた後、厚さ３
８μｍのポリエステルフィルムに２００メツシユのスク
リーンで印刷し、Ａ−アン中で１５０℃。

６０分の乾燥を行った。このレジン皮膜の面積抵抗値は
９Ω／口（膜厚１５μｍ）であり、折曲げによる抵抗値
変化率は５％と小さく、ポリエステルフィルムに対する
密着性及び可撓性も充分に保持された。

また上記作成したサンプルを８０℃の恒温槽に１０００
１ｔ、＞聞装置した場合の抵抗値変化率は一３％であり
、６０°Ｃ２９５％Ｒト１にて１０００時間加湿放置し
た場合の抵抗値変化率は１５．２％であった。

実施例３ Ａ液　　Ｂ液 グラフファイトウィスカー　　　　２９部　　２９部膨
張黒鉛　　　　　　　　　　　１２〃１２〃カーボンブ
ラツク　　　　　　　９　ｒｔ　　　９　ｒｔポリウレ
タン （アゾカスパックＳＡ−２００，旭電化礼製）２５０／
／　　　　− ポリウレタン（同５Ｂ−７０＞　　　　−２５０／／希
釈剤 （ＳＣ−１，加電化社製）　　　２００１１　２００７
１分散剤　　　　　　　２〃２〃 上記組成の２液ウレタン塗料Ａ、Ｂ液を夫々ボールミル
で調整し、Ａ液１００部、Ｂ液２１部を混合してＡＢＳ
板（大きざ１５０ｘ５０ｘ３　ｍｍ）にスプレーで吹付
けた。

長さ２００１１１ｍ、幅１０ｍｍのサンプルの面積抵抗
値は１５Ω／口（膜厚５０μｍ）であった。磁界波、電
界波についてのシールド特性をシールド効果評価器（Ｔ
Ｒ１７３０１，タケダ埋ω１社製）により測定した結果
を第４図に示す。

また上記作成したサンプルを８０℃の恒温槽に１０００
１１、ｉｌＦε放置した場合の抵抗値変化率は−３，１
％であり、６０℃、９５％Ｒ１−１にて１０００時間加
湿放置した場合の抵抗値変化率は］−５％であった。

比較例３ 実施例３におけるグラファイトウィスカー及び膨圧黒鉛
の代りにＩｋ１３服黒鉛のみを各４０部使用し伯の配合
は同一の２液ウレタン塗料Ａ、Ｂ液を使用し同様の手法
で作成したサンプルの「ａ１積抵抗ｆｉａは２．４Ω／
口（膜厚３６μｍ）であった。また上記作成したＩナン
プルを８０℃の恒温槽に、１ｏｏｏ時間放ｉ伍した場合
の抵抗値変化率は一１５％であり、６０℃、９５％ＲＨ
にて１０００時間加湿／１５！首した場合の抵抗値変化
率は＋８．５％であった。

以上各実施例、比較例により本発明導電性組成物は膨圧
黒鉛を使用しない場合（比較例２）に比べ、面積抵抗値
は大幅に減少され、またグラファイトウィスカーを使用
せず、他の組成が同様の場合（比較例１，３）に比べ抵
抗値変化の小さいことにより耐熱性、耐湿性に優れてい
ることが判る。

（発明の効果） ］）本発明組成物を用いた導電性皮膜は従来のカーボン
系導電性フィラーを用いたものに比べて、弾性フレーク
、ウィスカー形状による効果により膜厚さ約２０μｍで
極めて低い抵抗値を安定して得ることが可能である。

２）膨圧黒鉛とカーボンウィスカーがロールミルにＪζ
る混練時に、保護作用を起しウィスカーの折れ及び膨圧
黒鉛の箔化防１にが可能となり、結果として２００メツ
シユという細かい粒子でスクリーン印刷が可能となる。

３）膨比黒鉛の添加ににる可撓性の付り及びカーボンウ
ィスカーの添加による塗膜面のレベリング性の向上、流
動性の改良、密着性の向上が認められる。

４）カーボンウィスカーの添加により、これを添加しな
い組成物に比べ、再現性に優れ、耐熱性、耐湿性の向上
が顕著である。

５）弾性フレーク状の膨圧黒鉛とひげ状のカーボンウィ
スカー及び空＋Ｓを埋める微粒子のカーボンブラック及
び／又は黒鉛粉末により、導電性フィラーの密充填がな
されて物性の向上、電気特性が大幅に改善され、用途が
飛躍的に増大する。特に導体回路のインピーダンスが高
くなっても動作するＩＣが開発された結果、本発明の印
刷ｊｙ−ボンレジン皮膜の安定性ににり高信頼性の優れ
た皮膜が形成され、広範囲に使用できる。

なお従来カーボンレジン皮膜として広く用いられている
抵抗体２面発熱体等にも容易に利用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は導電性組成物の導電性フィラー含有率と抵抗値
との関係を示すグラフである。第２図は拡大された膨圧
黒鉛の概略図、第３図はグラファイトウィスカーと膨圧
黒鉛との分散状態を示す概略図、第４図は実施例１のシ
ールド特性図である。 第１図において ａ・・・カーボンブラック ｂ・・・黒鉛粉末 Ｃ・・・膨張黒鉛 ｄ・・・グラフ７Ｉイトウイスカー ｅ・・・グラフフィト１ンイスカー。 膨張黒鉛及びカーボンブラック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａ）カーボンウィスカーと、Ｂ）膨脹黒鉛と、 Ｃ）カーボンブラック及び／又は黒鉛粉末等のカーボン
   系導電性フィラーとを含有することを特徴とする導電性
   組成物。