JPS62501622A - 無帯電のプラスチック成形品 - Google Patents

無帯電のプラスチック成形品

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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】 無帯電のプラスチック成形品 発明の背景 ■9発明の分野 本発明はポリマー導電性フィルムに関するものであり、プラスチック固体に関す るものであり、こうした導電性ポリマーをプラスチック品上にフィルムとして形 成させる電気化学的方法に関するものである。1だ本発明は金型内被覆法に関す るものである。さらに具体的には、本発明は触媒処理した金型表面上に導電性ポ リマ−7フィルムとして付着させること、および引続いて当該フィルムを成形品 に金型内トランスファーさせて、例えば無帯電成形プラスチック品を製造するC とを可能にする、新規金型円電着プロセスに関するものである。
2、gE来技術の説明 桟々の導電性ポリマー有憬固体が知られており、例えばフッ化ヒ素又はフッ化ア ンチモン又は他の希土類塩をドープしたポリアセチレン、I2をドープしたポリ −p−フェニレン、ポリチオフェン、ポリピロールなどがある。
バーボン、 J、(Eargon、J、)、モーモ/ドS、(Moh−mond 、S、)およびワルトマン、 R,J、(Waltrnan R,J、)による ” J、Res、Develap、、271A41330〜41(1983)” には、芳香族化合物から種々の電気伝導性のポリマーを電気化学的に合成する方 法が記載されている。
ンガ、 K、(Soga、に、)らによる” SyntheticMateri al、6−、275−83 (1983) ”には、pvcの脱水素によって造 られるポリマーで、適度に導電性があって主として小球体からなるポリマーが記 載されている。
ヨシノ、 K、(Yoshino)らによる日本の”J、AppliedPh’ /5ics、22 、、%6 、L376〜78(1983)” に汀、SF6 やC2H2のようなドーパントの存在下で電子ビームを照射することによるポリ アセチレン系の導電性増強について記載されている。
有機導電性ポリマー馨自J宿造フィルムCfreestanding film  )として造り出すのに電気化学的方法が用いられている。具体的には、ビロー ル、N−置換ピロール誘導体、チオフェン、および置換チオフェンの電子重合( electropolymerization)が報告されている。
これらの自室構造薄膜は興味深いものではあるが、その薄ざにつきものの脆性が あるため、1だ広睨囲に使用されるに至っていない。本発明は、これらの導電性 ポリマーで被覆した実用的プラスチック支持体を高速で製造する方法を供給する ことによって、現在の技術水準の先を行くものである。これによってこれらのポ リマーは工業的に有用なものとなる。
高分子導電性有機固体およびフィルムの導電性には、半導体の導電性から金属の 導電性に近いものまでいろいろある。Cれらの導電性高分子固体を、プラスチッ ク品上に4気性被覆のフィルムとして形成させると、無帯電プラスチック品が得 られる。本発明に、成形されたプラスチック品上に導電性層を形成させて静電気 の蓄積をなくすこと、によって、爆発性ガス又は混合物の付近の場所での火花発 生の危険性を最小限に抑えるのに利用できることができる。さらに、有機導電性 フィルムの導電率が制御できる程度に応じて、さらにバッテリー、p−nW合物 、EMIシールド物、元伝導体、化学センサー、マイクロ波吸収体、超伝導体、 回路、および各種スイッチなどの用途が考えられる。4電性又は半導電性ポリマ ー被膜を有するプラスチック品を製造する電着金型内被覆製造プロセスを利用す るOとによって、これらの用途のうちの多くが実用化されるであろう。このよう な電着金型内被覆プロセスが本発明により開示される。
発明の要約 本発明の目的は、無帯電プラスチック品、特に電着によって金型円に形成された 4電性又は半纏電性仮膜乞有するプラスチック品の高速成形乞可能にすることに ある。
本発明の他の目的は、本発明による電着法およびインモールド法に従って、導電 性又は半導電性ポリマーフィルムをプラスチック品用被膜として形成させるのに 有用なモノマーを開示することにある。
本発明のさらに他の目的は、導電性被膜を金型表面にインモールド電着させる技 術?開示し、これによってカラースイッヂング板膜、記憶装置、バッテリ一部品 、EMIシールド材、マイクロ波吸収体、電気回路、又は光伝導体などのような 多種多様な用途において有用な導′直性被j漠又は半導電性被膜を有するプラス チック品の形成乞可能にすることにある。
本発明は、表面に導電性又は半導電性高分子物質の被膜すなわちフィルムを有す るプラスチック品からなる無帯電プラスチック品の製造法を明らかにする。導電 性又は半導電性高分子物質の当該フィルムが、金型キャピテイの白金処理された 表面上に電着される。金型キャピテイの表面に付着、含浸、又はめつきされた白 金又は他の触媒により、導電性又は半導電性ポリマーフィルムの重合と電着が容 易となる。金型表面を電着された導電性又は半導電性ポリマーフィルムで被覆し た後、通常の溶融プラスチック又は硬化性プラスチックのような粘弾性成形材料 を金型内に注入又は圧入して、導電性又は半導電性ポリマーフィルムで仮覆すな わち溶融融合されたプラスチック品乞形成させ、これを脱型すると、被覆された プラスチック品が得られる。仕上がったプラスチック品は、導電性又は半導電性 ポリマーフイ・ルムの被覆を有する。
ピロールおよびチオフェンモノマーおよびこれらの誘導体は、白金電極上で自立 構造の導電性又は半導電性ポリマーフィルムを形成することがわかっており、従 って本発明の実施においては特に有用である。
本発明においては、ピロールおよび/またにチオフェンモノマーおよびこれらの 誘導体を、電極として作用する、白金めつきした金型キャビティ上で重合させる 。当該モノマーは通常厚さ100 nm以下のフィルムとして重合する。重合し たフィルムは、白金処理した金型表面に対するより、プラスチック品を製造する のに使用した溶融プラスチックに対してより高い親和性を有する。このように、 ポリマーフィルムは溶融プラスチック品に付着、又は溶融プラスチック品と溶融 融合し、固化後脱型すると、金型キャビティ表面からポリマーフィルムが離れる 。
この結果、導電性又は半導電性ポリマーフィルムの被覆を有するプラスチック品 が得られる。
本発明を通して使用されている4電性というタームは相対的なものであり、半導 電性から金属導電性1での範囲が含1れているものとする。
図面の簡単な説明 図1は本発明における被覆と成形に使用される金型部材の上に位置した電着装置 の前方断面図である。
図2は図1の2−2の面に沿って見た電着装置と金型部材の一部の上方断面図で ある。
図3は図1において示されている電極の端部の図である。
図4は電着被覆を有する図1の金型部材を、めっきされていないもう一つの金型 部材と金型キャピテイを形成するように組合せたときの前方断面図である。
図5は成形され、図4に示されている装置から取り外された後の、プラスチック 品の透視断面図である。
詳!l11な説明 本発明は、先ず金型の成形表面の全て又は一部に有機導電性又は半導電性のフィ ルム乞迅速に電着させ、次いで導電性ポリマーフィルムを金型からプラスチック 物の表面にトランスファーさせるように、金型内でプラスチック物を成形するこ とによって、有機導電性又は半導電性ポリマーフィルムの電着被覆を有するプラ スチック品又はプラスチック物を得るプロセスを目的とするものである。
導電性又は半導電性ポリマーフィルムを金型の部材上にtiさせるための典型的 な配置を示す図1において、マスク11と金型部材12の上に電着装置1o乞据 え付ける。電着装置lOは、位置合わせビン13によって、金型部材12の所定 の位置に保持される。電着装置It10は、内部溝14′ (この溝から電着溶 液を流す)のついた電極14、金型部材12上の所定の位置に電極14に保持す るための位置合わせ固定具15、および電気導体22と23(これによって電極 14ど金型部材12は正負電気ポテンシャル源(示されていない)に接続される )からなる。金型表面17は白金めつきされていて、ポリマーフィルムのための 触媒付着場所となっている。目的とする用途に応じて白金めつきをマスクして、 型模様又は化粧を施した場所とし、これにポリマーフィルムな付着させることが できる。1M、極14と金型部材12の間に電着溶液を乱流状に流しながら、電 極14と金型部材12(通常23で接地されている)の間に電位差を印加するこ とによって、金型部材12の金型表面17上に導電性又は半導電性ポリマーフィ ルムが付着される。
図2は、金型部材のキャビティ21と位置合わせ固定具15の大体の形状を分か り易く示した図である。位置合わせ固定具15は、空間15′ (図1)を形成 するように金型12の上に位置決めされ、電着溶液が電極溝14′を通して送り 込まれて、電極14と金型表面170間に乱流状の流れが生じると、空間15′ の両端が開いて定着溶液が電着装置10から流れ出るようになっている。
図3は、電極14における内部溝14’の下端の典型的な配置を示している。こ のような配置により、金型表面17の全ての部分にわたって[層溶液の乱流が維 持され、金型表面17上に導電性又は半導電性ポリマーフィルムが電着される。
図1および図3かられかるように、電極14の形状は通常金型異面17の形状に ほぼ適合するものでなければならない。電極14.は通常、鉛と錫又はアンチモ ンとの合金、白金、白金処理したチタンなどからなる。金型部材12の金型表面 17上への電着が好ましい。このような結果を得るために、陽極性ポリマー又は 陰極性ポリマーのいずれを電着させるかに応じて、電気導体22と23の極性が 容易に選択される。例えばビロールに酸化されると重合する。金型部材12ば、 このような酸化が起こる場所となるように選定されなければならない。
本発明は、電着工程で電着溶液の乱流を得るための内部溝14’を含んだ単一の 電極14を有する形で示されているが、複数の電極および、撹ばんやノズルの使 用などのような、乱流7得るための他の手段を用いることもてきる。乱流を得る ための複数電極および手段の数、配置、形状は、ポリマーフィルムが電着される べきプラスチック物の形状とサイズにより異なる。
図2には二つの位置合わせ穴18が示されており、これらの穴は、図4に示すよ うに二つの金型部材12と12Aを適合するように取り付けて金型キャビティ1 9を形成させるときに、これら二つの金型部材12と12Aを位置合わぜするよ うに金型部材12Aの位置合わせピンと接合させて使用される。成形材料は、予 備成形物として流し込み、注入、挿入することができ、あるいはまた入口部又は 開口12′乞通して金型キャビティ中に入れることもできる。図4は、プラスチ ック物26の一方の側と端部の半分だけが導電性又は半導電性ポリマーフィルム で電i*覆される金型配置を示している。プラスチック物26の上部も被覆しな ければならない場合は、上部の金型部材12Aに、下部金型部材12上の導電性 又は半導電性ポリマーフィルム16と類似の電着ポリマーフィルム馨施ぜばよい 。他のバリエーションや模様は、金型部材12と12Aの種々の部分を選択的に マスキングすることによって得られる。
図5は図4に示した金型から取り外された後の、ポリマーフィルムで板偉された プラスチック物を示している。
図5は、導電性又は半導電性ポリマーフィルム?金型部材12だけに電着させる ことによって得られる、プラスチック物26の半面が被傑された選択的電着フィ ルム被包を示しており、きらにプラスチック体20のジーヤンクショy24 V Cおける表面と導電性又は半導電性ポリマーフィルム16を示している。
金型表面17上への窩速電着は、高い電流照度と、電体14と金型表面170間 におけるIJJ、N溶液の乱流を利用して行われる。
本発明の実施においては、白金触媒塗布した金型キャビティの表面上に導電性フ ィルムを電着させ、次いでプラスチック物を注入して成形する。触媒として、白 金の代わりに酸化インジウム錫を使用することができる。電着された初期の導電 性フィルムに、金型キャビテイ壁に対するより、その類似性によって、注入され た成形ポリマーに対して高い親和性を■する。チオフェンやビロールのようなフ ィルムは、形成されると通常白金処理した金型表面から外れる。このように、こ れらのフィルlsn、金型キャビテイ壁に対してより、注入された成形ポリマー に対して良く付着するCとがわかる。溶融融合も接合を強めることができる。
触a生布(好1しくけ白金塗布)した金型表面への電着によって導電性被覆を形 成させる本発明において、有用なモノマーの例として、ポリチオフェンフィルム を生成するチオフェンおよびその誘導体、特にB−置換ポリチオフェンフィルム を生成するB−置換チオフェンがある。有用なチオフェンの特定の例としては、 チオフェン、2.2′−ビチオフエン、3−メチルチオフェン、3−ブロモチオ フェン、3−チオフェンアセトニトリル、および3,4−ジブロモチオフェンな どがある。
触媒塗布した金型表面への電着によって導電性被覆を形成させるのに有用な他の モノマーとしては、ビロールおよびその誘導体、特にN−アルキルビロール誘導 体のようなN−置換ビロール誘導体、および3−メチルビロールやB 、 E’ −ジメチルビロールのようなり一置換ピロールなどがある。上記モノマーの多く は通常室温で液体である。粘度を調整するために、モノマーを溶解する通常の溶 媒を必要に応じて使用することができる。
他の有用な電着性導電被覆物としては、フン化ヒ素又はフン化アンチモン又は他 の希土類塩のような通常のドーパントでドーピングしたポリアセチレン、同様に ドーピングした芳香族化合物、脱水素されたPVClおよびポリチェニレンなど がある。他の有用なドーパントには、A s F6″、CtO;、cp’、so ;、ヨウ素塩、およびC2H2’fZどがある。
導電性フィルムが形成された後、金型に成形ポリマー導入される。代表的かつ有 用な成形ポリマーとしては、〃0熱すると粘弾性液体を形成する熱可塑性ポリマ ーがあり、これによって金型中で望ましい形状に加工することができる。熱硬化 性ポリマーも有用な粘弾性成形材料であり、通常熱硬化性樹脂を成形・硬化させ るのに必要な高い成形温度によって、熱硬化性成形材料が電着導電性フィルムを 劣化さぞなければ、使用することができる。
粘弾性成形材料には、ポリエステル、エポキシ又はガラス繊維のような、金型キ ャビティ中での硬化・架橋によって形成されるプラスチック物も含まれる。
他の有用な成形ポリマーには、熱可塑性樹脂として、ポリアルケン、ポリエチレ ン、ポリプロピレン、ナイロン66のようなポリアミド、ポリイミド、ポリエス テル、アリルエステル、ポリエーテルーエステルコポリマー、アクリロニトリル −ブタジェン−スチレンも含めて、スチレンブロックコポリマーのようなポリス チレン、ポリウレタン、カーボネート、アクリレート、メタクリレート、オレフ ィンエラストマー、エチレンコホリマー、ポリスルホン、ポリアルケンテレフタ レート、ポリアルキルアルクン、ポリフエニレンスルフイド、エポキシ、および ニトリル樹脂があり、また、熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、メラミン樹 脂、アルキド樹脂などがある。ポリカーボネート成形ポリマーが好ましい。成形 ポリマーは、その加工φ件によって金型中で先に電着形成されている導電性フィ ルムが劣化されないようなものな選択しなければならない。
典型的l′αL気化学的重合系は、電極を有する電解槽、?1℃解質、七ツマ− 5および溶媒からなる。モノマーが電解質に溶けないときは、一般には溶媒が必 要となる。電流がOの系に流れると電極反応が起こり、次いでモノマーの重合が 起こる。本発明においてに、電解槽は金型キャビティからなっており、金型キャ ビティの表面の一方と他方がそれぞれ@極となっている。
カネト、に、、ヨシノ、に、、およびイヌイン+Y、による日本の雑誌、J、A pplied Physics、 22 + A67 、 L412−14(1 983)には、電気−光学的装置にポリチオフェンとポリピロールのフィルムを 利用することによって、カラースイッチング効果およびメモリー効果が可能とな ることが報告されている。この中で、ポリチオフェン−LiBF/アセトニトリ ル系は、対リチウム=2.0〜+4.0の可逆印加電圧下、30−100ミリ秒 で赤÷→青転換すると述べている。103サイクル以上の、舟現件のあるカラー 転換が観察されている。ポリピロールの場合には、黄緑色、暗褐色、および青の 三つの色の状態が示されている。
本発明のイン−モールドシステムに従ってこうしたポリマーを形成させることに よって、すなわちカラースイッチング被覆および/lたはメモリー効果を有する プラスチック品の高速形成を可能にすることによって、これら薄膜についてのこ うした実験室的効果を実用的かつ工業的利用へと導くことができる。
この技術の応用として触媒電極の製造がある・ビ0−させるとき、鉄フタロンア ニンのようなドーパント乞、重合中、電気化学的にポリピロール中に4入するこ とができる。成形品の人面部として形成されたフィルムが得られるが、このフィ ルムミー1.酸素の還元に対して電気触媒活性を有する。H2Oの光解離に対し 、酸化ルテニウムドーパントを同様に使用することができる。
電着させるべき導電性ポリマーおよびドーパントを適切に選択して、成形品の被 覆物に所望のレベルの導電率乞付与させるCどによって、バッテリ一部品、E  M I シールド物、マイクロ波吸収体、電気回路、光伝尋体など、多種多様の 物品を形成させるのに、Cの技術を適用することができる。
金型表面をマスキングし、研米技術に従って金型表面に金型触媒表面を形成させ ることによって、装飾模様又は機能模様を作り上げることができる。このように 、触媒表面の装飾又Vi、機能模様に応じて導?II性ポリマーを電着させて、 装飾性又は機能性導電被覆物を有する成形品を得ることができる。
装飾効果が要望される場合は、フォトクロミックポリマー又はエレクトロクロミ ックポリマーを選んで電着させればよい。機能被覆が要望される場合は、必要と される導電性レベルを有するポリマーを選んで電着させれげよい。特定の用途に 対しては、金型の触媒表面上に電着さゼるべきポリマー被覆物を選択し、段階的 導電性を付与させることができるし、あるいは可逆的導電性、すなわち元、電圧 、又は他の外力が加わると、それに反応して導電性から非導電性1で変化するよ うにすることができる。
実施例1゜ 次の条件は、導電性又は半導電性インモールドポリマ電解質:テトラエチルアン モニウムテトラフルオロボレートのアセトニトリル溶液 金型上の触媒二白金 電流密度:、1−100mp S /m 2流速: O,−2m/ sec。
(陽極と金型表面との間) 金型温度 250°C 金型のタイプ 注入、バッテンフィールドプレス(Battenfield p ress)成形ポリマー ポリカーボネート 白金処理した金型キャビティ上に導電性被覆を生成する、典型的なフィルム形成 電気重合性溶液は、10”−2Mチオフェンモノマー溶液を1.1Mテトラアン モニウムテトラフルオロボレートのアセトニトリル溶液と共に使用して作製され る。この溶液を使用前に5−10分アルゴンで泡豆たぜる。約0.1 10 a mps/m” の電流密度をかけてBいて、金型中に電着溶液をかき混ぜながら 入れる。陽極と金型表面の間の間隙は約10龍である。約10分後、残留してい る電M溶液を金型キャビティから除く。通常の注入サイクルに従ってポリカーボ ネート成形材料を金型に注入して成形する。圧力を解放して金型から取り出すと 、導電性ポリチオフェン被覆を有する、導電性の被ci芒れたポリカーボネート 物が得らnる。欠いてこのサイクルを繰り返す。
表 1 電着されたフィルムの用途 用途 ′4看されるポリマー α井しクトロクロミンク インチオナフテンb)フォトクロミンク ジアゾ化合 物又は有機化合物とハロゲン化銀の混合物 C)導電性(金属の4定性) ポリアセチレンd)4審件(金属の導電性より小 さい) ポリピロールe)導電性(半4電性〕 上記のいずれかの酸化されたハ 可逆的導電性 ポリアニリノ 本発明の好ましい実施例に関して記載し、例示してきたが、本発明の精神および 範囲から逸脱することなく、他のいろいろな変形例が可能なCとはいう葦でもな い。
こうした変形例は、全て本発明および後記特許請求の範囲内にあるものである。
手続補正書(方式) 王事件の表示 無帯電のプラスチック成形品 6、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名称ハラチル・プイベロプメント・コーポレーション6、補正の対象 国際調査報告 ANNEX To THE rNTERNATrONAL 5EARCHREP ORT ON

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.導電性被履物を有する成形プラスチツク品を形成させるためのイン−モール ド法(in−the−mold method)であつて、 触媒表面を有する金型部材によつて画定される金型キヤピテイを設けること、 金型部材を電極として電流源に接続すること、導電性ポリマーを金型部材の触媒 表面上に電着させて導電性フイルムを形成させること、 金型キヤピテイ中に粘弾性成形材料を導入すること、導電性フイルムが金型部材 の触媒表面に対して付着するより、成形材料に対してより多く付着するように金 型キヤピテイ円の成形材料を圧押しすること、粘弾性成形材料を固化および/ま たは硬化させて、成形品を形成させること、 導電性フイルムの付着した成形品を、金型キヤピテイから取り出すこと、 からなる方法。
  2. 2.当該導電性ポリマーか、フォトクロミツクポリマーまたはエレクトロクロミ ツクポリマーからなる群から選はれるものである、特許請求の範囲第1項記載の 方法。
  3. 3.当該導電性ポリマーが半導体である特許請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 4.当該電着導電性フイルムが、ポリチオフエン、β−置換ポリチオフエン、ポ リピロール、N−置換ポリピロール、N−アルキル−ポリピロール、ポリ(β, β′−ジメチルピロール)ポリアセチレン、ポリアロマテイツク化合物、および 脱ハロゲン水素されたPVCからなる群がら選ばれる一つ以上のポリマーからな るものである特許請求の範囲第1項記載の方法。
  5. 5.当該フイルムがドーパントを含むものである、特許請求の範囲第4項記載の 方法。
  6. 6.当該ドーパントが、希土類塩、LiBF4、鉄フタロシアニン、フツ化ヒ素 、ハロゲン化銀、フツ化アンチモン、CF3SO3−、酸化ルテニウム、および C2H2からなる群から選ばれるものである、特許請求の範囲第5項記載の方法 。
  7. 7.電着される導電性フイルムが、チオフエン、2,2′−ピチオフエン、3− メチルチオフエン、3−ブロモチオフエン、3−チオフエンアセトニトリル、3 ,4−ジブロモチオフエン、ピロール、CF3SO3−をドーピングしたピロー ル、3−メチルピロール、ヒ素又はアンチモンの塩をドーピングしたアセチレン 、および脱ハロゲン水素されたPVCからなる群から選はれるモノマーの重合に より形成されるものである、特許請求の範囲第1項記載の方法。
  8. 8.当該成形が、圧縮成形、トランスフア一成形、射出成形、又は射出−圧縮成 形からなる群から選ばれるものである、特許請求の範囲第1項記載の方法。
  9. 9.当該粘弾性成形材料が、熱可塑性成形材料および熱硬化性成形材料からなる 群から選ばれるものである、特許請求の範囲第1項記載の方法。
  10. 10.成形材料が、ポリアルケン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド 、ポリイミド、ポリエステル、アルキルエステル、ポリエーテル−エステルコポ リマー、ポリスチレン、アセトニトリルーブタジエン−スチレン、アリルエステ ル、ポリスチレンブロツクコポリマー、ポリワレタン、ポリカーボネート、ポリ アクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフイン、ニトリル樹脂、エポキシ 、ポリスルホン、ポリアルケンテレフタレート、ポリアルキルアルケン、ポリフ エニレン、フエノール樹脂、メラミン樹脂、およびアルキド樹脂からなる群から 選ばれるものである、特許請求の範囲第9項記載の方法。
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