JPH04215051A - 感湿素子 - 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】

【０００１】本発明は、広い湿度範囲にわたつて電気抵
抗値が直線的に変化し、かつ感湿応答速度が速く、感湿
特性の再現性に優れ、しかも耐久性にも優れた感湿素子
に関する。

【０００２】周囲雰囲気中の湿気に感応して電気抵抗値
が変化する感湿素子の構成材料としては、例えば、■酸
化鉄、酸化スズ、酸化チタン、アルミナなどの金属酸化
物の焼結体や薄膜を利用したもの；■塩化リチウムなど
の電解質塩を多孔質体に含浸させたもの；■セルロース
エステルなどの親水性樹脂中に炭素粉などの導電性粒子
を分散させたもの；■ポリスチレンスルホン酸（塩）な
どの親水性高分子物質を利用したもの；■その他にセレ
ン膜、マグネタイトコロイド、ニツケルフエライト等を
利用したもの、など多数のものが知られている。しかし
、これらの感湿素子材料は、狭い湿度範囲でしか感応し
ないとか、高湿度雰囲気中に長時間放置すると溶出又は
希釈されて感湿特性が劣化するとか（特に電解質塩の場
合）、長時間使用すると寸法変化や亀裂の発生等によつ
て電気抵抗が変化して信頼性に欠ける等の欠点がある。

【０００３】また、特開昭５８−１７６５３８号公報に
は、電極を設けた素子基板と有機高分子材料よりなる感
湿膜との間に、化学的結合力を有する化学修飾層、例え
ばシランカツプリング剤の層を介在させることによつて
、有機高分子材料よりなる感湿膜と基板との間の密着強
度を高め、感湿素子の安定性を改善することが提案され
ている。この提案の感湿素子は耐久性においてかなりの
改善がみられるが、しかし依然として充分に満足できる
程度に至っていない。

【０００４】本発明者らは、親水性有機高分子材料より
なる感湿膜を用いた感湿素子において、広い湿度範囲に
わたつて電気抵抗値が直線的に変化し、かつ感湿応答速
度が速く、感湿特性の再現性に優れ、しかも耐久性にも
優れた感湿素子を開発すべく鋭意研究を行なった結果、
本発明を完成するに至った。

【０００５】すなわち、本発明によれば、１対の電極を
設けた絶縁性基板と、少なくとも該１対の電極を覆うよ
うにして該基板上に設けた感湿膜とからなり、感湿膜は
（ａ）側鎖にスルホン酸基又はスルホン酸塩基及び水酸
基を含有する重合体、及び （ｂ）エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物より
なる組成物から形成されたものであることを特徴とする
感湿素子が提供される。

【０００６】以下、本発明の感湿素子についてさらに詳
しく説明する。

【０００７】本発明の感湿素子における感湿膜を形成す
るのに使用される側鎖にスルホン酸基又はスルホン酸塩
基を含有する重合体（ａ）は、例えば、スルホン酸（塩
）基含有モノマーと水酸基含有モノマーの共重合によつ
て製造することができる。

【０００８】スルホン酸（塩）基含有モノマーとしては
、例えば、下記式

【０００９】

【化１】

【００１０】式中、Ｍは水素原子又は塩形成性原子もし
くは原子団、例えばアルカリ金属を表わす、で示される
スチレンスルホン酸（塩）；下記式 式中、Ｒ１は水素原子又はメチル基を表わし；Ｒ２は水
素原子又は低級アルキル基を表わし；Ｒ３は低級アルキ
レン基を表わし；Ｍは上記の意味を有する、で示される
（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸（塩）、例
えばアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、メタク
リルアミドメチルプロパンスルホン酸など；或いは下記
式 式中、Ｍは前記の意味を有する、で示されるビニルスル
ホン酸（塩）等が挙げられる。

【００１１】また、これらスルホン酸（塩）基含有モノ
マーと共重合させうる水酸基含有モノマーとしては、例
えば、アクリル酸ヒドロキシメチル、メタクリル酸ヒド
ロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリ
ル酸ヒドロキシブチルなどの（メタ）アクリル酸ヒドロ
キシアルキルエステル；ビニルフエノール、アリルアル
コール；Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−ヒ
ドロキシプロピルメタクリルアミドなどのＮ−ヒドロキ
シアルキル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。

【００１２】上記スルホン酸（塩）基含有モノマーと水
酸基含有モノマーの共重合割合は、前者対後者のモル比
で一般に１：３〜３：１、好ましくは１．５：１〜２．
５：１の範囲内とすることができる。

【００１３】さらに、上記２種のモノマーの共重合に際
して、必要に応じて、少量、例えばモノマーの全量の１
０モル％までの量で他の共重合可能なモノマー、例えば
スチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジビニ
ルベンゼン、Ｎ−ビニルピロリドン、酢酸ビニル等をさ
らに共重合させてもよい。

【００１４】以上に述べた如くして製造される重合体（
ａ）は一般に５万〜１００万の範囲内の数平均分子量を
もつことができる。

【００１５】該重合体（ａ）と組合わせて使用されるエ
ポキシ基含有アルコキシシラン化合物（ｂ）には下記式
式中、Ｒ４は低級アルキレン基を表わし、Ｒ５、Ｒ６及
びＲ７のうちの少なくとも１つは低級アルコキシ基を表
わし且つ残りは低級アルキル基等を表わし、Ｚは

【００
１６】

【化２】

【００１７】を表わす、で示される化合物が包含され、
具体的には例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシ
シラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチル
トリメトキシシラン等を挙げることができる。

【００１８】これらのエポキシ基含有アルコキシシラン
化合物（ｂ）の使用量は厳密に制限されるものではない
が、一般には、重合体（ａ）１０ｇに対して２〜８ｇ、
好ましくは４〜５ｇの範囲内とすることができる。

【００１９】以上に述べた重合体（ａ）、及びエポキシ
基含有アルコキシシラン化合物（ｂ）は、これら３成分
を溶融しうる溶媒、例えば、水、メタノール、エタノー
ル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シ
クロヘキサン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン
、トルエン等の中に、前記の如き量的割合で溶解するこ
とにより、成膜組成物を調製することができる。

【００２０】この成膜組成物は、１対の電極を設けた絶
縁性基板上に、少なくとも該１対の電極を覆うようにし
てコーテイングすることができる。コーテイングは例え
ばスピンコーテイング、デツピング、スプレー、ナイフ
コーテイング等の方法で行なうことができ、コーテイン
グ膜厚は最終膜厚が約１〜約１００μｍ、好ましくは約
１０〜約３０μｍの範囲内に入るように選択することが
できる。

【００２１】本発明の素子に使用しうる絶縁性基板とし
ては、従来からこの種の素子に通常使用されているもの
が同様に使用でき、特に、前記エポキシ基含有アルコキ
シシラン化合物と反応しうる活性水素原子を表面に有す
るもの、例えば、アルミナ板、石英ガラス、ソーダ石灰
ガラス、雲母等が好適に使用できる。かかる基板の表面
には、例えば、蒸着法、スパツタリング、スクリーン印
刷等の手段により導電性金属（例：金、白金、酸化ルテ
ニウム等）の電極を設けることができる。電極の形状と
しては、櫛型、同心円型、直線型等が挙げられる。

【００２２】上記の如くして基板上にコーテイングされ
た前記組成物は、適宜乾燥することにより溶媒を除去し
た後、熱処理することにより、エポキシ基含有アルコキ
シシラン化合物（ｃ）を重合体（ｂ）の側鎖の水酸基、
基板表面の活性水素等と反応させる。従つて、熱処理は
、かかる反応が生起する最低温度以上、通常は約１２０
〜約１８０℃間の温度で大体２０〜４０分間行なうこと
ができる。これにより基板上に感湿度が形成される。

【００２３】このようにして製造される本発明の感湿素
子は、優れた感湿特性と耐久性とを有しており、例えば
、ビル空調、家庭用空調機器、施設栽培、計測器の分野
において有利に使用することができる。

【００２４】次に、実施例により本発明をさらに具体的
に説明する。

【００２５】

【実施例１】スチレンスルホン酸ナトリウム２４ｇ（０
．１１６モル）とアクリル酸ヒドロキシエチル（ＨＥＡ
）６ｇ（０．０５１モル）を水５９ｍｌ中に溶解し、５
５℃まで昇温したところでラジカル重合開始剤として１
０％過硫酸カリウム水溶液５ｍｌ及び１％メタ重亜硫酸
ナトリウム水溶液１ｍｌを添加し、３０分間撹拌するこ
とにより、スチレンスルホン酸ナトリウム／ＨＥＡ共重
合体（数平均分子量１３万）水溶液を調製した。

【００２６】上記共重合体水溶液を水で固形分濃度が１
０重量％となるまで希釈した後、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン１２ｇ（ＨＥＡに対し等モル量
）を加え、得られる組成物を１対の金の櫛型電極を設け
たアルミナ基板（アルミナの純度９６％、電極間隔８０
μｍ、基板寸法７×１１×０．５ｍｍ）にスピンコーテ
イングし、１６５℃で３０分間熱処理した。感湿膜の厚
さ：１０μｍ。

【００２７】得られた感湿素子の感湿特性を以下の如く
して評価した。

【００２８】分流式定湿度発生装置の試験槽に上記で得
られたセンサー素子を挿入し、両電極は試験槽外部に設
置したＬＣＲメーターに接続し、２５℃における相対湿
度３０〜９７％での素子の電気抵抗変化を１ＫＨｚ、１
Ｖ印加の状態によつて検出した。相対湿度は３０％から
９７％まで加湿しながら５〜６点測定し、さらの湿度を
下げながら同様に測定することで電気抵抗の湿度に対す
る直線性をみると共に加湿及び除湿の際の出力の差（ヒ
ステリシス）を調べることができる。それを図１に示す
。この図から本発明の感湿素子は直線性が良好で、ヒス
テリシスも非常に小さいことがわかる。

【００２９】さらに耐久試験として５０℃において１０
％ＲＨ以下及び９０％ＲＨ以上出各々１時間放置した時
を１サイクルとする５０℃乾湿サイクルテストによる感
湿特性の変化を図２に示す。

【００３０】

【実施例２】スチレンスルホン酸ナトリウム２４ｇ（０
．１１６モル）とビニルフエノール７ｇ（０．０５８モ
ル）を水５９ｍｌ中に溶解し、３％過硫酸アンモニウム
水溶液を１０ｍｌ添加し、６０℃で３０分間撹拌するこ
とにより、スチレンスルホン酸ナトリウム／ビニルフエ
ノール共重合体（数平均分子量１５万）水溶液を調製し
た。

【００３１】上記共重合体水溶液を水で固形分濃度が１
０重量％となるまで希釈した後、γ−グリシドキシプロ
ピルメチルジエトキシシラン１４ｇ（ビニルエノールに
対して等モル量）を加えてよく撹拌し、得られる組成物
を１対の金の櫛型電極を設けたアルミナ基板（アルミナ
の純度９６％、電極間隔８０μｍ、基板寸法７×１１×
０．５ｍｍ）にスピンコーテイングした後、１６０℃で
３０分間熱処理した。感湿膜の厚さ：１０μｍ。

【００３２】得られる感湿素子の特性を実施例１に記載
したと同様に測定した。その結果を図３及び図４に示す
。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１で得られた感湿素子の感湿特性
を示すグラフであり、

【図２】図２は実施例１で得られた感湿素子の５０℃に
おける水蒸気飽和雰囲気と乾燥雰囲気に交互に放置した
後の感湿特性の変化を示すグラフであり、

【図３】図３
は実施例２で得られた感湿素子の感湿特性を示すグラフ
であり、

【図４】図４は実施例２で得られた感湿素子の５０℃に
おける水蒸気飽和雰囲気と乾燥雰囲気に交互に放置した
後の感湿特性の変化を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１対の電極を設けた絶縁性基板と、少
   なくとも該１対の電極を覆うようにして該基板上に設け
   た感湿膜とからなり、感湿膜は （ａ）側鎖にスルホン酸基又はスルホン酸塩基及び水酸
   基を含有する重合体、及び （ｂ）エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物より
   なる組成物から形成されたものであることを特徴とする
   感湿素子。