JPH04346062A - 有機高分子湿度センサ - 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】

【産業上の利用分野】本発明は有機高分子湿度センサに
関し、より詳しくはアリルアンモニウム塩誘導体と少な
くとも一種以上のビニル基を有する共単量体との共重合
体を感湿材として周囲の湿度変化によって電気抵抗が変
化する特性を利用した電気抵抗式有機高分子湿度センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気抵抗式湿度センサでは、湿度が変化
する時に感湿材の電気抵抗が変化する現象を利用して湿
度を測定する方法が採用されている。

【０００３】このようなセンサに使用される感湿材とし
ては、セラミック材料、塩化リチウムなどの電解質を用
いたもの、吸湿性樹脂に導電性粉末（カーボンブラック
など）を分散させたもの、親水性高分子電解質塩を用い
たものなどが知られている。

【０００４】しかしながら、このような感湿材の中でセ
ラミックス材料は、気孔に吸着された水分を取り除くた
めに定期的な熱処理をしなければならないし、気孔にほ
こりなどが吸着された場合には取り除きにくいという短
所がある。塩化リチウムを使用した場合には測定可能な
領域が狭いし、高湿度下で長時間放置すると電解質が溶
出されて特性が劣化される。吸湿性樹脂に導電性粉末を
分散させた場合では、低湿度領域で抵抗が高くなって測
定が不可能となり、また、導電性粉末の分散度合が一定
しないため不良率が高い。

【０００５】一方、親水性高分子電解質塩を用いた電気
抵抗式湿度センサは、親水性高分子が水分を吸収，電離
することによって伝導度を表わすため相対湿度全域で使
用可能であり、更に、強いイオン結合を有するため長時
間使っても特性の劣化がないという長所があるが、ベー
スポリマ自体が親水性であるため耐水性が弱いという短
所がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、耐水性が優れた親水性高分子電解質型感湿材を使用
することによって相対湿度全域で使用可能であり、信頼
性が優れ、加湿機、除湿機、空気調和装置等の湿度調節
が必要な分野で使用可能な湿度センサを提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】これに関して
、本発明者は網状構造を有する高分子が耐水性に優れて
いるという点に着眼して従来の親水性高分子電解質塩を
用いた電気抵抗式湿度センサの感湿膜について、アリル
アンモニウム塩誘導体を単独で又はアリルアンモニウム
塩誘導体と少なくとも一種以上のビニル基を有する単量
体を混合してから重合して製造した親水性高分子電解質
塩を使用することによって、優れた湿度センサの特性を
有すると同時に耐水性を飛躍的に向上させることができ
ることを見出した。

【０００８】本発明によれば、分子内部に網状構造を導
入することができる官能基を含有したアリルアンモニウ
ム塩誘導体を単独で或いはアリルアンモニウム塩誘導体
と少なくとも一種以上のビニル基を有する共単量体を混
合してから重合して親水性高分子電解質塩を製造するこ
とによって上記目的を達成することができるようになる
。

【０００９】本発明は有機高分子湿度センサにおいて、
アリルアンモニウム塩誘導体を単独で或いはアリルアン
モニウム塩誘導体と少なくとも一種以上のビニル基を有
する共単量体を混合してから重合した親水性高分子電解
質塩と親水性高分子を混合使用し、保護膜を形成させる
ことにより成る周囲の温度変化に応じて電気抵抗が変化
する有機高分子湿度センサを提供する。本発明において
、使用可能なアリルアンモニウム塩誘導体は、下記一般
式で表示される単量体である。

【００１０】

【化２】

【００１１】ここで、Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４　
は少なくとも一種以上がアリル基からなり、アルキル、
シクロアルキル、アルケニル、アルコキシアルキル、ヒ
ドロキシアルキル、アリルアルキル、グリシジル、又は
フェニルであってもよく、Ｘはハロゲン元素である。

【００１２】なお、本発明で、アリルアンモニウム塩誘
導体の網状構造度合を調節し、電気伝導度に影響を及ぼ
すイオン移動距離を調節するために使われる少なくとも
一種以上のビニル基を有する単量体としては、（ビニル
又はビニリデン）クロライド、アリルクロライド、アリ
ルブロマイド、スチレン、スチレンスルホン酸塩、アク
リル酸又はその塩、メタアクリル酸又はその塩、アクリ
ル酸アルキルエステル、アクリル酸アミノアルキルエス
テル、メタアクリル酸アルキルエステル、メタアクリル
酸アミノアルキルエステル、アクリル酸ヒドロキシアミ
ノアルキルエステル、メタアクリル酸ヒドロキシアミノ
アルキルエステル、アクリルアミド、ジビニルベンゼン
、アルキレンビスアクリルアミド、アルキレンビスメタ
アクリルエステル等が挙げられる。

【００１３】本発明で製造された、アリルアンモニウム
塩誘導体の重合体及び共重合体は、重合時間、重合温度
、開始剤の量、及び少なくとも一種以上のビニル基を有
する共単量体の使用量により、網状構造の度合とイオン
移動度を調節することができる。これにより、周囲の湿
度によって１０〜１０８　Ωの範囲の抵抗値を有する。

【００１４】本発明で製造された乾湿材を用いて湿度セ
ンサを製造するにあたって電気抵抗を調節するため、感
湿膜製造時のアリルアンモニウム塩誘導体の重合体或い
は共重合体に対する親水性高分子化合物の混合比（親水
性高分子化合物／アリルアンモニウム塩誘導体の重合体
或いは共重合体）を０〜９５重量％、より好ましくは１
０〜６０重量％とすることが望ましい。

【００１５】本発明においてアリルアンモニウム塩誘導
体に対する少なくとも一種以上のビニル基を有する共単
量体の混合比（共単量体／アリルアンモニウム塩誘導体
）は、０〜９５重量％、より好ましくは０〜６０重量％
であることが望ましい。

【００１６】本発明において、使用可能な親水性高分子
としては、セルロース又はその誘導体、キチン又はその
誘導体、キトサン又はその誘導体、ポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミ
ド、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリ
コール、スターチ（澱粉）又はその誘導体、デキストリ
ン又はその誘導体、ポリアクリル酸又はその共重合体、
ポリビニルアルコール・ポリビニルアセテートの共重合
体、ポリビニルピロリドン等が挙げられる。これら高分
子は単独で又は混合して使用する。かかる親水性高分子
の分子量は、５０００〜５０００００の範囲とすること
が望ましい。湿度センサの感湿膜として皮膜する場合の
膜厚は、０．１〜１００μｍであることが望ましい。

【００１７】一方、本発明において、皮膜された感湿膜
を有機溶媒等の各種外部環境から保護するため、感湿膜
に保護膜を形成させる。本発明において使用可能な保護
膜は、透湿性が優れる高分子物質としてセルロース又は
その誘導体、キチン又はその誘導体、キトサン又はその
誘導体、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール
、シリコーン樹脂等を単独で或いは混合して使用して形
成することが可能である。湿度センサの保護膜として皮
膜する場合の膜厚は、０．１〜１００μｍであることが
望ましい。

【００１８】

【実施例】

Ａ．湿度センサの製造 図１は本発明の有機高分子湿度センサの一実施例を示す
説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ
）は背面図である。

【００１９】下記表１に示すように、アリルアンモニウ
ム塩誘導体（Ａ）、少なくとも一種以上のビニル基を有
する共単量体（Ｂ）及び親水性高分子化合物（Ｃ）を、
各々１０：１、５：１、３：１、１：１で混合して更に
少量の開始剤を添加して５重量％溶液を調製する。つづ
いて、図１に示すように、一対の端子（１）、金電極（
２）、及びＡｇ−Ｐｄパッド（３）を具備する電極スナ
ップ，すなわち湿度セル（１０）に上記溶液を含浸して
重合することにより感湿膜４を形成し、ここに透湿性が
優れる高分子化合物の５重量％溶液を含浸した後、乾燥
させて保護膜を形成して最終的な湿度センサを製造する
。

【００２０】

【表１】 なお、表１中のＥ／Ｃはエチルセルロースである。製造
されたサンプルについて、３０〜９０％ＲＨ（相対湿度
）で抵抗を測定して特性を観察した。その結果を図２に
示す。 Ｂ．環境試験 下記表２に示す条件で環境試験を行なった。

【００２１】

【表２】

【００２２】この耐水性、高温放置、低温放置、耐アル
コール、耐アセトン、及び耐サラダ油の環境試験では、
各試験前後に相対湿度を測定して試験前に対する試験後
の測定値の差を求めた。これらの結果を下記表３に示す
。また、試料番号１−１−１の湿度センサの経時変化の
結果を図３に示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】以上のように、本発明で製造した感湿材を
使用して作った湿度センサは、相対湿度０〜１００％、
温度０〜６０℃の範囲で測定することができると共に、
耐水性が優れ、更に保護膜の作用により各種有機溶媒及
びオイルに対して耐久性を有することがわかる。

【００２５】

【発明の効果】従って、本発明の湿度センサは、感湿膜
の耐水性及び耐環境性が優れていて、長期安定性、高信
頼性を有するため、各種家電製品、除湿機、空気調和装
置などの湿度を調節する必要がある機械，機具の湿度セ
ンサとして有用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機高分子湿度センサの一実施例を示
す説明図

【図２】実施例の有機高分子湿度センサにおける相対湿
度に対する抵抗値の変化を示す特性図

【図３】実施例の試料番号１−１−１の有機高分子湿度
センサにおける各相対湿度下での時間経過に対する抵抗
値の変化を示す特性図

【符号の説明】 １…端子、２…電極、３…パッド、４…感湿膜、１０…
湿度セル。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の端子（１）、電極（２）、パッ
   ド（３）および感湿膜（４）を具備する有機高分子湿度
   センサにおいて、上記感湿膜（４）が、アリルアンモニ
   ウム塩誘導体を単独で、又はアリルアンモニウム塩誘導
   体と少なくとも一種以上のビニル基を有する共単量体と
   を混合してから重合した重合体と、親水性高分子との混
   合物を使用することにより形成され、そしてこの感湿膜
   （４）に透湿性高分子化合物を単独又は混合使用して保
   護膜を形成させたことを特徴とする有機高分子湿度セン
   サ。
2. 【請求項２】　　上記アリルアンモニウム塩誘導体が下
   記一般式 【化１】 （ここで、式中のＲ１　、Ｒ２　、Ｒ３　、Ｒ４は少な
   くとも一種以上がアリル基からなり、アルキル、シクロ
   アルキル、アルケニル、アルコキシアルキル、ヒドロキ
   シアルキル、アリルアルキル、グリシジル、又はフェニ
   ルであってもよく、Ｘはハロゲン元素である）で示され
   るモノマ（単量体）であることを特徴とする請求項１記
   載の有機高分子湿度センサ。
3. 【請求項３】　　上記少なくとも一種以上のビニル基を
   有する共単量体が、（ビニル又はビニリデン）クロライ
   ド、アリルクロライド、アリルブロマイド、スチレン、
   スチレンスルホン酸塩、アクリル酸又はその塩、メタア
   クリル酸又はその塩、アクリル酸アルキルエステル、ア
   クリル酸アミノアルキルエステル、メタアクリル酸アル
   キルエステル、メタアクリル酸アミノアルキルエステル
   、アクリル酸ヒドロキシアミノアルキルエステル、メタ
   アクリル酸ヒドロキシアミノアルキルエステル、アクリ
   ルアミド、ジビニルベンゼン、アルキレンビスアクリル
   アミド、アルキレンビスメタアクリルエステルの中から
   選ばれたものであることを特徴とする請求項１記載の有
   機高分子湿度センサ。
4. 【請求項４】　　上記アリルアンモニウム塩誘導体と少
   なくとも一種以上のビニル基を有する共単量体との重合
   体における、上記アリルアンモニウム塩誘導体に対する
   上記単量体の混合比が０〜９５重量％であることを特徴
   とする請求項１記載の有機高分子湿度センサ。
5. 【請求項５】　　上記親水性高分子が、セルロース又は
   その誘導体、キチン又はその誘導体、キトサン又はその
   誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピリジン、
   ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリテ
   トラメチレングリコール、スターチ（澱粉）又はその誘
   導体、デキストリン又はその誘導体、ポリアクリル酸又
   はその共重合体、ポリビニルアルコール・ポリビニルア
   セテートの共重合体、ポリビニルピロリドンの中から選
   ばれたものであることを特徴とする請求項１記載の有機
   高分子湿度センサ。
6. 【請求項６】　　上記親水性高分子の分子量が５０００
   〜５０００００の範囲であることを特徴とする請求項５
   記載の有機高分子湿度センサ。
7. 【請求項７】　　上記アリルアンモニウム塩誘導体の重
   合体又は上記アリルアンモニウム塩誘導体と少なくとも
   一種以上のビニル基を有する共単量体との共重合体に対
   する上記親水性高分子の混合比が０〜９５重量％である
   ことを特徴とする請求項１記載の有機高分子湿度センサ
   。
8. 【請求項８】　　上記透湿性高分子化合物が、セルロー
   ス又はその誘導体、キチン又はその誘導体、キトサン又
   はその誘導体、ポリビニルアセテート、ポリビニルアル
   コール、シリコーン樹脂から選ばれた一種又は二種以上
   であることを特徴とする請求項１記載の有機高分子湿度
   センサ。