JPS5990037A - 感湿材料 - Google Patents

感湿材料

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JPS5990037A
JPS5990037A JP57200606A JP20060682A JPS5990037A JP S5990037 A JPS5990037 A JP S5990037A JP 57200606 A JP57200606 A JP 57200606A JP 20060682 A JP20060682 A JP 20060682A JP S5990037 A JPS5990037 A JP S5990037A
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JP
Japan
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moisture
humidity
sensitive material
metal
org
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Pending
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JP57200606A
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English (en)
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Hidefusa Uchikawa
英興 内川
Hiroko Horii
堀井 弘子
Kunihiko Miyao
宮尾 国彦
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS5990037A publication Critical patent/JPS5990037A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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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】 この発明は雰囲気の湿度による感湿部の小党抵抗値σ)
変化を利用した湿度センザの感湿拐料に関するものであ
る。
従来、前記のような機能を有する感湿材料としては、雰
囲気に対して比較的物理的、化学的に安定であり、皮膜
強度も高い金属酸化物系セラミックが最も多く用いられ
てきた。このような金属酸化物1系七ラミツクは、金属
酸化物の粉末を高温(1200〜1500℃)で焼結し
て製造し2機械的強度を高めていた。しかし、このよう
にして製造した感湿相料は焼結温度が尚温であるため粉
末粒子が半溶融(シンタリング)を起こすため、有効感
湿表面積が減少してしまい、感度低下をきたすこと、お
よび尚湛での焼結時にクラックか生じやすいため、却っ
て機械的強度の低減を招くこと、^温で焼結するため省
エネルキー性にも即していないこと、さらにこのものは
、湿度セン−IJ−とじ−C用いた場合、測定可能湿度
卸、囲が相対湿度50〜100%と、比較的狭く尚湿度
(1411に限って用いらり。
るものが多いなどの欠6点がある。
この発明は、埃在の感湿拐料σ)主流である金1備醪化
物系セラミックがもつ上記σ)ような欠点を角′f消す
るためになされたもので、′自tiVWか2.4以上お
よび全有機基中に占めるフェニル基含有率力・15モル
パーセント以上の内σ)少なくともいずれか一方を満足
するシロキサン結合を有する有゛機けい素化合物重合体
と、金属、金属塩漬および金1μL酸化物の内の少なく
ともいずれか一種とσ)混合#/4放物を主材料とする
ことにより。湿度の検出感度が優れ、かつ測定n」能湿
度tlILl、囲が広く、従来のものよりも低湿焼成で
済み製造方法も容易であり。
しかも機械的強度も犬である感湿材料を得ることを目白
りとするものである。
この発明の官能度か2.4以上および全有機基中に占め
るフェニル基含有率が15モルパーセント以上の内の少
なくともいずれか一方を満足するシロキサン結合を有す
る有機けい素化合物には1例工はシリコーングリース、
シリコーンオイル、ケい素樹脂などの有機けい素化合物
1合体などが使用できるが、これら重合体のη能度又は
フェニル基含有率を規定することによって、良好な感湿
材料か得られるのである。この場合の官能度とは。
1つの81原子に着目した場合これに官能性をもつ0原
子がいくつ結合しでいるかによって表わす。
すなわち、初ル」重合体を構成する出発物置であるオツ
ドカックロ/l・シラン中の全加水分jW用能な基σ)
数、つ1す81原子に結合しているC1原子の数を、そ
れらが結合しているS1原子の数で削った数であるとも
言える。一般に、′自能度が犬となる程シリコーンフェ
スの乾燥性は早くなり、皮膜は硬くなり熱硬化性となる
ことが知られている。一方、 全有IN基中σ)フェニ
ル基のモルパーセントは。
例えは有機基か−OH,および−06H5から飲、ると
き、  −06H5敞X 100/−06H5数十−O
Hg数で表わされる。こσ)フェニル基含有率か大にな
る程フェスの皮膜は+117! <なり、逆に小になる
程皮膜は柔軟になるのが普通である。
なお、この発明で用いる金属としてはlGe1Ss、 
V、 Zr、 Or、 Ti、 Mo、 Oなとである
。金属塩類としては、炭酸基、硝酸地、イ咀i眩塙、酢
酸塩。
イー酸塩。アルコキシドなどで、熱酸化により金属酸化
物を生IJνするものが都合がよい。金hA酸化物とし
ては、  TiO2,5i02. MgO,G203.
 MOO3およびFe2o3などが用いられる。1だ、
これらは。
有様けい素化合物重合体中に少なくとも一独以上を川1
えて用いることができる。
このようにして成るこの発明の組成9勿σ)混λ味物を
予(q+i焼成して上記初期重合体を1f合硬化後。
350℃以上、  800’C以下のfIA反で焼成す
ることにより、有機けい素化合物重合体のヵ1熱分解残
留物によって強固な皮1模に結合してなるものを感湿材
料として用いる。
以下実施例を示すことによりこの発明の詳細な説明する
が、これによりこの発明を限定するものではない。
実施例 アルミナ絶縁基板上にpt−pd合金系ペーストにて、
くシ形状電極をスクリーン印刷し Pt’J−ド線を取
イ;1け後焼付けを行なった。この上にこの発明σ)下
記組成例1および2の組成4a+をそれぞれ攪拌機にて
混紳後、混練物をディッピングにより約60μmの厚さ
に塗布した。このものを、so”cで20分間の予備焼
成後、小党炉を用い空気中で200℃で20分間、40
0℃で1時間、600℃で2時間焼成して、皮膜を硬化
、焼結させて、単1図の構成例のような2棟頌のI6な
る&、Il成のこの発明の感湿I料を用いた湿度センサ
を作製した。
第1図において、(1)は絶縁基板、(2)は市、極、
(3)は感湿部、(4)はリード線である。
(構成例1) 有機けい素化合物用合体:官能7152.5のメチルシ
リコーン初期津合物 25車:+i% 金属酸化物:  TiO230ik?係金属: 0  
     5重量% 金属塩”  CaCO320:*i %溶剤: トルエ
ン    20車杯1%(構成例2) $4+y=けい素化合物重合体:官HV IIJ 2.
6 、  フェニル基が全有機基中40モ ル係を占めるメチルフ ェニルシリコーン社期 重合物 25重量% 金属酸化物+:  Ti0z    31)庫量係金g
:  0       1ozH,z金属塩:OB、0
03    20 jJ’Htp、’: %溶剤:トル
エン、キシし・ン20重t%感湿特性の測定 前述したように製漬した2柚類のこの発明の感湿拐料を
用いた湿度センサおよび比較として、従来の最も一般的
な感湿材料であるセラミックを用いた湿度セン→J−と
じて、  5i02−Alzo3系セラミック湿曳セン
サについで、交#fj I Vを開力11シて相対湿度
変化〔係〕による電気抵抗1(U〔Ω〕の変化(感湿特
注)を調へた。この結果を第2図に示す。第2図におい
て1曲線(Alは、この発明の刊1j32.例1の感湿
材料を用いた湿度センサ、曲糺(B)は、この発明の構
成例2の感湿拐料を用いた湿度セン曲線曲糾(c)は、
  5i02− AlO3系セラミック湿度センサの#
湿特性を示すものである。これにより、  51o2−
 A/20s系セラミック湿度センサは低湿If イ1
l11で市勿抵抗仙が高く、尚湿度1111で短気抵抗
値の変化率が小さくなっており、好ましい特性を有する
ものであるとは首えない。これに対し、この発明の感湿
イA料を用いた湿度センサは、第2図中の曲線(Al。
(B)かられかるように、50%RH以下の低湿度側1
でも比較的短気抵抗値が小さく、陳だ、低湿度側から高
湿IJE (jlllまでの全領域においても′…気抵
抗値の変化率が大きいという艮好な感湿特性を有するも
σ)であることが明らかとなった。
実施例2 シロキサン結合の側鎖である有機基がメチル基のもの(
メチルシリコーン)として、  (OH3)3SiOO
,5、(OH3)2 SiOおよび0H3S101.5
の三渚を任意の割合で共重合させたものを用いてt態度
σ)違ったものを作り、これを使用して下記絹成例3の
組成物を混練した。こσ)混線物を用いて、実施例1.
と全く同様にして第1図と同様な湿度センサを作製した
(糸It 8M例 3 ) 有機けい素化合物重合体:メチルシリコーン30爪和係 金属酸化物: ’rio2    20油量係Mg05
 M量係 金属塩: 0aO0320重量係 溶剤:キシレン、ジアセトンアルコール25重量係 このようにして作製した湿度七ン→ノーは、いずれも、
第2図のこの発明のものと同様の良好な感湿41性を有
することがわかっ/ζ。
皮暎伺着性テスト 上記作製のセンサについで、皮膜の強度と下地への付着
性を調べるために、オートク1/−プ中にて水蒸気によ
る劣化テストを行lっだ。水蒸気の温度は115℃、圧
力はL6kW/Cm2.  テスト期間は10日間であ
る。テスト終了後、剥削やクラックなどの欠陥が生じて
い石かについての表面観察を行ない皮膜の付着性を評価
した。たたし評価は。
劣化していないものを○、小さな剥削、クラックが生じ
ているものを△、剥1111 、  クラックが多く生
じているものを×として、3段階に分けた。この結果を
官能度の値と対応させて第1表にまとめた。
この場合、官能Iffば(C!H3)3SiCIo、5
. (OH3)2SiO。
C!H3SiO+、5それぞれのモル分率をm、  d
、  tとすると f =m−1−2d−1−3t  (m+d+t =i
  m≧Q、  d≧Ot≧0) と表わされる。
第1表かられかるように、感湿皮膜の付着性は。
メチルシリコーンの官能度と相関111係を成し、V態
度が24以上の場合に良好となった。
第1表 実施例3 シロキサン結合の側鎖である有1幾基が、メチル基およ
びフェニル基である有機けい素化合物重合体(メチノl
フェニルシリコーン)として。
(an3)2sic12および06H5SiC1/3 
を任意の割合で加水分MLkものをlk6車合させて用
いた。この場合、下記のようにしてフェニル基含有比率
Pおよび官能度fを求めた。すなわち。
れそれN、 Mとすると。
P”N+2M  (0<P<1.N、M>0)2つの式
よりN、Mを消去して f=4  2 P+1 となる。つまりN7Mによってフェニル基含有比率なら
ひに官能度を変えられる。
このようにして、9棟のメチルフェニルシリコーンを合
成し、組成物3のメチルシリコーンの替わりとして用い
、実施例2と同様に9神の湿度センサを製作した。これ
らのものについて、実施例3と全く同様の条件にて皮膜
刊着(9ニテストを行なったところ、第2表の結果が得
られた。第2表かられかるように、官能度か2.4以下
であってもフェニル基含有率が15モルチ以上であれば
感湿皮膜の+jW度および171着性が十分である。ま
た、これらの感湿皮膜は、いずれも第2図の場合とl’
slま同一の艮好f!感湿特性を有することを確碌した
実施例、2および3ではシロキサン結合を有する有機け
い素化合物重合体として、最も汎用性か高いメチルシリ
コーンとメチルフェニルシリコーンを使用したか、この
発明で用いるのは、必すしもこの2抽の有機けい素化合
物重合体に限ら第1るわけではなく、他のものも使用で
きる。たたし。
この場合に1以上で述べたように、フェニル基を有する
ものでは、その全壱磯基中に占める含有率が15モルチ
以上であることか必要であり、また。
フェニル基を有しないものでは、官能度か24以上のも
のを使用する必要かある。これによって。
感湿皮膜として十分な強度およびイ」活性を有すること
が実験により確かめられた。
第2表 ところで1発明者らは実施例で用いたもののうち9本発
明で使用する有機・けい素化合物重合体を空免中におい
て350〜800℃で焼成した熱分解残留物についてX
&!回邦1で分析を行71つだ。この結果より、いずれ
も主成分は非晶質な5102および有機基が熱分庁トし
て生じた炭素質分であった。したがって、この発明の感
湿材料がもつ良好な感湿特性9強R[、ならびに安定性
は、このものに起因するものと考えらねる。
以上説明したとおり、官能IWが24以上および余有(
炒基中に占めるフェニル基含有率が15モルパーセント
以上の内の少なくともいすわか一方を満足するシロキー
lfン結合を有する有(砦けい素化合物重合体と、金属
、@J=1塩類、および金属酸化物の内の少なくともい
ずれか一種との混合焼成物を主材料としたので、湿度の
検出感度が優れ、かつ測定可能湿度X1Ir、囲が広く
、従来のものよりも低温焼成で済み製造方法も容易であ
り、しかも機械的強度も大である感湿材料を得ることが
できる。したがって、感湿材料は例えは湿度センサや結
露センサとして各独の用途に広く利用できるものである
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の感湿材料を用いた湿度セ
ンサの斜視図、第2図はこの発明と従来の感湿材料を比
較する相対湿度−硯抗値特性図すなわち感湿特性図であ
る。 図において、 fllは絶縁基板、(2)は埠極、(3
)は感湿部、(4)はリード紛、 (A)、 (B)は
この発明の感湿材料の特性、(C)は比較例の特注であ
る。 代理人 葛 野 信 −

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 官能度が2.4以上および全有機基中に占めるフェニル
    基含有率か15モルパーセント以上の内の少なくともい
    ずれか一方を満足するシロキサン結合を有する有機けい
    素化合物重合体と、金属、金属塩類および金属酸化物の
    内の少なくともいずれか一種との混合焼成物を主材料と
    することを特徴とする感湿材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0783865A (ja) * 1993-09-10 1995-03-31 Nok Corp ガス検出素子
WO2024014446A1 (ja) * 2022-07-15 2024-01-18 三洋化成工業株式会社 匂い測定装置、センサ素子、およびその製造方法

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