JPWO2014185522A1 - 導電性組成物、導電体、積層体とその製造方法、導電性フィルム、及び固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年5月16日に、日本に出願された特願2013−103649号、2013年6月11日に、日本に出願された特願2013−122623号、2013年8月29日に、日本に出願された特願2013−177945号、2013年10月28日に、日本に出願された特願2013−223630号、及び2014年4月28日に、日本に出願された特願2014−92260号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、酸性基を有する導電性ポリマーを主成分とする導電体(導電性ポリマー膜)、当該導電体を備えた積層体、及びそれらの製造方法が報告されている(例えば、特許文献1参照)。
また、導電体を製造する際には、通常、導電性組成物を浸漬法などにより基材上に重ね塗りし、複数の塗膜を積み重ねることで所望の厚さの導電体を形成するが、導電体は耐水性が不十分であるため、一旦形成した塗膜がその上に重ね塗りされる導電性組成物に溶解してしまい、重ね塗りすることが困難となる場合があった。
この方法によれば、導電体を所定温度で加熱処理することで酸性基が適度に脱離し、その結果、導電体の耐水性が向上する。
また、酸性基の脱離を抑制する為に、特定の塩基化合物を添加した方法が提案されている。(例えば、特許文献3)
この方法によれば、導電性の低下は抑制されるが、酸性基の脱離を抑制する為、耐水性は付与することが出来なかった。
このような固体電解コンデンサは、固体電解質として二酸化マンガンを用いた従来の固体電解コンデンサと比較して、固体電解質の導電率が10〜100倍高く、またESR(等価直列抵抗)を大きく減少させることが可能であり、小型電子機器の高周波ノイズの吸収用など様々な用途への応用が期待されている。
近年の集積回路の高周波化や大電流化の傾向に伴い、ESRが低く、大容量かつ信頼性の高い固体電解コンデンサが求められている。
また、誘電体層上に固体電解質層を形成する方法としては、化学酸化重合法や電解重合法が一般的である。
また、製造工程が煩雑になりやすかった。
ポリマー懸濁液塗布法は、予めモノマーを重合させて導電性ポリマーとし、該導電性ポリマーを含む分散液を誘電体層上に塗布させて乾燥し、塗膜とすることにより固体電解質層を形成する方法である。
この方法によれば、誘電体層の内部まで導電性ポリマーを含浸でき、誘電体層の微細な凹凸の内部(細孔)にまで固体電解質層を形成できる。
特に、導電性ポリマーの溶液に塩基性化合物を添加することでコンデンサ作製工程時の熱による劣化を防ぐことができ、得られる固体電解コンデンサの電気容量発現率をより高くできる。
したがって、このような陽極の表面に形成された誘電体層の内部もより微細で複雑となっている。そのため、微細な細孔にも導電性ポリマーを十分に含浸させることが求められている。
本発明の第二の目的は、誘電体層を有する陽極の内部まで導電性ポリマーが十分に含浸し、且つ、耐久性の高い固体電解コンデンサを提供することである。
<1> スルホン酸基及び/又はカルボン酸基を有する導電性ポリマー(A)と、窒素原子を2つ以上有する塩基性化合物(B)とを含有する、導電性組成物。
<2> 前記塩基性化合物(B)が含窒素複素環を2つ以上有する、<1>に記載の導電性組成物。
<3> 窒素原子を1つ有する塩基性化合物(C)をさらに含有する、<1>又は<2>に記載の導電性組成物。
<4> 前記塩基性化合物(C)の沸点が、前記塩基性化合物(B)の沸点よりも低い、<3>に記載の導電性組成物。
<5> 前記塩基性化合物(C)の25℃における塩基解離定数(pKb)が、前記塩基性化合物(B)の25℃における塩基解離定数(pKb)よりも小さい、<3>又は<4>に記載の導電性組成物。
<6> 水溶性又は水分散性ポリマー(D)(ただし、前記導電性ポリマー(A)を除く。)をさらに含有する、<1>〜<5>のいずれか1つに記載の導電性組成物。
<7> 前記塩基性化合物(B)の25℃における塩基解離定数(pKb)が4.5以上である、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の導電性組成物。
<8> 前記塩基性化合物(B)が共役構造を有する、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の導電性組成物。
<9> 前記導電性ポリマー(A)が下記一般式(1)で表される単位を有する、<1>〜<8>のいずれか1つのいずれか一項に記載の導電性組成物。
<11> 膜厚が20〜100nmであり、温度25℃、湿度50%における表面抵抗値が1×1010Ω/□以下であり、かつ温度25℃、湿度50%の環境下にて1週間経過した後の表面抵抗値の変化が10倍以内である、<10>に記載の導電体。
<12> 膜厚が20〜100nmであり、温度25℃、湿度50%における表面抵抗値が1×1010Ω/□以下であり、かつ温度25℃の水に10分間浸漬し、乾燥した後の表面抵抗値の変化が10倍以内である、<10>に記載の導電体。
<13> 基材の少なくとも一方の面上に<10>〜<12>のいずれか1つに記載の導電体が積層された、積層体。
<14> 基材の少なくとも一方の面上に<3>に記載の導電性組成物を塗布し、加熱乾燥して導電体を形成する、積層体の製造方法。
<16> 弁金属の多孔質体からなる陽極と、陽極表面が酸化されて形成された誘電体層と、誘電体層表面側に形成された1層以上の固体電解質層とを具備する固体電解コンデンサにおいて、前記固体電解質層の少なくとも1層が、<1>〜<9>のいずれか1つに記載の導電性組成物から形成された層である、固体電解コンデンサ。
<17> 前記導電性ポリマー(A)が下記条件(a)を満たす、<16>に記載の固体電解コンデンサ。
条件(a):導電性ポリマー(A)を1質量%含む導電性ポリマー溶液を用い、動的光散乱法により粒子径分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子径分布の体積平均粒子径が26nm未満である。
また、本発明の固体電解コンデンサは、誘電体層を有する陽極の内部まで導電性ポリマーが十分に含浸しており、かつ耐久性の高い。しかも、本発明の固体電解コンデンサは、固体電解質層の少なくとも1層が本発明の導電性組成物から形成された層であるため、耐水性にも優れる。
なお、本発明において「可溶性」又は「水溶性」とは、水、塩基及び塩基性塩を含む水、酸を含む水、有機溶媒(例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等)、又はそれらの混合物のうちのいずれか10g(液温25℃)に、0.1g以上均一に溶解することを意味する。
また、「水分散性」とは、水に分散する性質を有することをいい、平均粒子径が5nm〜1000nmの粒子が水、又は含水有機溶媒に浮遊懸濁することを意味する。
また、「導電性」とは、10−9S/cm以上の電気伝導率を有する、又は膜厚約0.1μmの塗膜が1014Ω/□以下の表面抵抗値を有することである。
また、本発明において、「導電性ポリマー」とは、導電性ポリマー、又は導電性ポリマー及びそのドーパントを示す。
また、本発明において、「導電性ポリマー溶液」とは、導電性ポリマー、又は導電性ポリマー及びそのドーパントを溶解若しくは分散した溶液を示すものである。
また、本発明において、「含浸」とは、導電性ポリマーが誘電体層の微細な凹凸の内部に浸漬(浸透)すること、あるいは、該誘電体層の微細な凹凸の内部にどの程度浸漬(浸透)しているかを示すものである。含浸性は、例えば、コンデンサの断面を走査型電子顕微鏡等で観察することにより、相対的に評価することができる。
また、本発明において、「体積平均粒子径」とは、動的光散乱法により算出される値であり、「流体力学的径」ともいう。
本発明の導電性組成物は、スルホン酸基及び/又はカルボン酸基を有する導電性ポリマー(A)と、窒素原子を2つ以上有する塩基性化合物(B)とを含有する。導電性組成物は、窒素原子を1つ有する塩基性化合物(C)や水溶性又は水分散性ポリマー(D)(ただし、前記導電性ポリマー(A)を除く。)をさらに含有することが好ましい。
導電性ポリマー(A)は、スルホン酸基及び/又はカルボン酸基(以下、「カルボキシ基」という場合がある。)を有する。導電性ポリマー(A)がスルホン酸基及び/又はカルボン酸基を有することで、水溶性及び導電性が向上する。
以下、スルホン酸基、カルボン酸基(カルボキシ基)を総称して「酸性基」という場合がある。
導電性ポリマー(A)が水又は有機溶媒に可溶であれば、水又は有機溶媒に導電性ポリマー(A)を溶解させて導電性ポリマー溶液とし、基材上に塗布・乾燥するといった簡易な方法で、本発明の導電性組成物からなる導電体を形成できる。また、詳しくは後述するが、固体電解コンデンサの製造において、該導電性ポリマー溶液を誘電体層上に塗布・乾燥するといった簡易な方法で、誘電体層の微細な凹凸の内部にまで十分に導電性ポリマー(A)が含浸した固体電解質層を形成できる。
具体的には、無置換又は置換基を有するポリフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリイソチアナフテン、ポリフラン、ポリカルバゾール、ポリジアミノアントラキノン、ポリインドールからなる群より選ばれた少なくとも1種のπ共役系導電性ポリマー中の骨格に、酸性基、好ましくは、スルホン酸基及び/又はカルボキシ基、又はこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩若しくは置換アンモニウム塩、あるいはスルホン酸基及び/又はカルボキシ基、又はこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩若しくは置換アンモニウム塩で置換されたアルキル基又はエーテル結合を含むアルキル基を有している導電性ポリマーが挙げられる。
また、該π共役系導電性ポリマー中の窒素原子上に、酸性基、好ましくは、スルホン酸基及び/又はカルボキシ基、又はこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩若しくは置換アンモニウム塩、あるいはスルホン酸基及び/又はカルボキシ基、又はこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩若しくは置換アンモニウム塩で置換されたアルキル基又はエーテル結合を含むアルキル基を有している導電性ポリマーが挙げられる。
ただし、式(2)のR1〜R5のうちの少なくとも1つ、式(3)のR6〜R7のうちの少なくとも1つ、式(4)のR8〜R11のうちの少なくとも1つは、それぞれ酸性基である。
スルホン酸基は、酸の状態(−SO3H)で含まれていてもよく、イオンの状態(−SO3 −)で含まれていてもよい。また、スルホン酸基には、スルホン酸基を有する置換基(−R13SO3H)や、スルホン酸基のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、又は置換アンモニウム塩なども含まれる。
一方、カルボン酸基は、酸の状態(−COOH)で含まれていてもよく、イオンの状態(−COO−)で含まれていてもよい。また、カルボン酸基には、カルボン酸基を有する置換基(−R13COOH)や、カルボン酸基のアルカリ金属塩、アンモニウム塩又は置換アンモニウム塩なども含まれる。
ここで、前記R13は炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキレン基、アリーレン基又はアラルキレン基を表す。
アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘプトキシ基、ヘクソオキシ基、オクトキシ基、ドデコキシ基、テトラコソキシ基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
ただし、R14〜R31のうちの少なくとも1つは酸性基である。
また、導電性ポリマー(A)は、導電性に優れる観点で、上記一般式(1)で表される単位を1分子中に10以上含有することが好ましい。
なお、式(6)において、導電性の観点から、R32は少なくともその一部が塩を形成していない酸性基であることが好ましい。
すなわち、下記一般式(7)で表される酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、置換アンモニウム塩より選ばれる1つの化合物を、塩基性化合物を含む溶液中、酸化剤の存在下で重合させることにより前記導電性ポリマー(A)を得ることができる。
ただし、R34〜R39のうちの少なくとも1つは、酸性基である。
また、導電性ポリマー(A)の質量平均分子量は、溶解性、導電性、製膜性及び膜強度の観点から、2000〜300万であることが好ましく、3000〜100万であることがより好ましく、5000〜50万であることがさらに好ましく、3万〜10万であることが特に好ましい。
ここで、導電性ポリマー(A)の質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した質量平均分子量である。
条件(a):導電性ポリマー(A)を1質量%含む導電性ポリマー溶液を用い、動的光散乱法により粒子径分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子径分布の体積平均粒子径が26nm未満である。
条件(a)を満たす導電性ポリマー(A)を含有する導電性組成物は、固体電解コンデンサの固体電解質層の形成用として特に好適である。
まず、導電性ポリマー(A)の濃度が1質量%の導電性ポリマー溶液を調製し、動的光散乱式粒子径測定装置を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定し、純水の粘度で補正する。
そして、得られた1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径を求め、これを導電性ポリマー(A)の体積平均粒子径とする。
具体的には図3に示すように、粒子分布を測定して得られる1つ以上のピークP1,P2,P3,・・・のうち、粒子径が最小となるピークP1を含む粒子分布(図3中、符号Sの領域)のことである。動的光散乱法により粒子分布を測定して得られるピークが1つの場合は、この粒子分布が最小粒子分布となる。また、複数の粒子分布が重なった場合は、汎用ソフト等に組み込まれているGauss関数やLorentz関数等を用いる一般的な解析方法により、波形分離すればよい。
塩基性化合物(B)は、窒素原子を2つ以上有する化合物である。
導電性組成物が塩基性化合物(B)を含むことにより、塩基性化合物(B)が導電性ポリマー(A)の酸性基とイオン架橋構造を形成する。その結果、得られる導電体の耐水性や耐久性が向上する。
この架橋反応は、加熱下はもちろんのこと、常温下でも進行するので、基材上に導電性組成物を塗布して導電体を形成した後に加熱処理する必要がない。
したがって、導電性ポリマー(A)の酸性基が脱離しにくく、高い導電性を有する導電体を形成できる。
また、本発明の導電性組成物であれば、導電性ポリマー(A)の酸性基と塩基性化合物(B)の塩基部分とが、イオン結合して塩を形成するので、導電体を加熱処理しても導電性ポリマー(A)の酸性基が脱離しにくい。
したがって、本発明の導電性組成物は、常温下で放置しても加熱処理しても、導電性を低下させることなく、耐水性に優れた導電体を形成できる。
ここで、耐久性が向上する理由は、以下のように考えられる。
加熱処理などにより電気容量が低下する理由は、導電性ポリマー(A)の熱による影響、例えば固体電解質層が物理的に劣化(膜割れなど)したり、導電性ポリマー(A)の酸性基が脱離したりして、導電性が低下してしまうことが原因であると考えられる。
塩基性化合物(B)が2つ以上の窒素原子することで、導電性ポリマー(A)の側鎖と、塩基性化合物(B)の2つ以上の窒素原子とで、分子内及び分子間の少なくとも一方において安定なネットワークを形成する。
その結果、導電性ポリマー(A)が熱による影響を受けにくくなり、耐熱性が向上すると考えられる。
これら塩基性化合物(B)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
また、塩基性化合物(B)の25℃における塩基解離定数(pKb)は、4.5以上であることが好ましい。塩基解離定数(pKb)が4.5以上であれば、高い導電性を保持したまま耐水性を付与することができる。
なお、塩基解離定数(pKb)及び後述する酸解離定数(pKa)は「化学便覧 基礎編II」(日本化学会編、丸善、昭和41.9.25発行)に記載されている数値である。
また、塩基性化合物(B)は、導電性組成物の安定性の観点から、塩基性化合物(B)は含窒素複素環を2つ以上有することが好ましい。
導電性組成物は、2つ以上の窒素原子を有し、且つ、共役構造を有する塩基性化合物であって、更に環状構造を有する塩基性化合物(B−1)を含むことが好ましい。
つまり、塩基性化合物(B−1)は、2つ以上の窒素原子と、共役構造及び環状構造を有する塩基性化合物である。
塩基性化合物(B−1)の窒素原子を有する2つの塩基性基は、前記塩基性化合物(B)のうちの共役構造や環状構造を有さない化合物の塩基性基と比べて、前記導電性ポリマー(A)のドーピングを大きく阻害せずにイオン架橋構造を形成できるため、耐水性、耐久性及びコンデンサ性能が向上すると考えられる。
このような化合物としては、具体的に第1,2,3級アミノ基のいずれかが置換した含窒素複素環誘導体が挙げられる。
第2級アミノ基が置換した含窒素複素環誘導体としては、例えば2−メチルアミノピリジン、3−メチルアミノピリジン、4−メチルアミノピリジン等のアルキルアミノピリジン類、2−アルキルアミノピロール、3−アルキルアミノピロール等のアルキルアミノピロール類、2−アルキルアミノキノリン、3−アルキルアミノキノリン、4−アルキルアミノキノリン、5−アルキルアミノキノリン、6−アルキルアミノキノリン、7−アルキルアミノキノリン、8−アルキルアミノキノリン等のアルキルアミノキノリン類、アリキルアミノアントラセン類、ピコリルアルキルアミン等のアルキルピリジンにアルキルアミノ基が置換された化合物類などが挙げられる。
第3級アミノ基が置換した含窒素複素環誘導体としては、例えば2−ジメチルアミノピリジン、3−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等のジアルキルアミノピリジン類、2−ジアルキルアミノピロール、3−ジアルキルアミノピロール等のジアルキルアミノピロール類、2−ジアルキルアミノキノリン、3−ジアルキルアミノキノリン、4−ジアルキルアミノキノリン、5−ジアルキルアミノキノリン、6−ジアルキルアミノキノリン、7−ジアルキルアミノキノリン、8−ジアルキルアミノキノリン等のジアルキルアミノキノリン類、ジアリキルアミノアントラセン類、ピコリルジアルキルアミン等のアルキルピリジンにジアルキルアミノ基が置換された化合物類などが挙げられる。
これらの化合物の中でも、耐水性の観点から、アミノピリジン、メチルアミノピリジン、ジメチルアミノピリジン、ジアミノピリジン等のアミノピリジン類、アミノピリミジン類、ジアミノピリミジン類、トリアミノピリミジン類、アミノピラジン類、ジアミノピラジン類、トリアミノピラジン類、アミノトリアジン類、ジアミノトリアジン類、トリアミノトリアジン類、フェナントロリン類、アミノキノリン類が特に好ましい。また、耐久性及びコンデンサ性能の観点から、アミノピリジン類、アルキルアミノピリジン類、ジアルキルアミノピリジン類、アミノキノリン類、アルキルアミノキノリン類、ジアルキルアミノキノリン類が特に好ましい。
これらの化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
導電性組成物は、2つ以上の窒素原子を有し、且つ、含窒素複素環を2つ以上有する塩基性化合物(B−4)を含むことが好ましい。
つまり、塩基性化合物(B−4)は、2つ以上の窒素原子と、2つ以上の含窒素複素環を有する塩基性化合物である。
塩基性化合物(B−4)は、前記塩基性化合物(B)のうちの含窒素複素環を2つ以上有さない化合物と比べて、溶液中でのイオン結合力が弱いため、導電性組成物の安定性が向上すると考えられる。
塩基性化合物(C)は、窒素原子を1つ有する化合物である。
上述したように、塩基性化合物(B)は導電性ポリマー(A)の酸性基とイオン架橋構造を形成するが、この架橋反応は常温下でも進行するため、導電性組成物の状態でも一部はイオン架橋構造を形成する。その結果、塩基性化合物(B)の種類や含有量によっては、塩基性化合物(B)と導電性ポリマー(A)の架橋体が沈殿し、導電性組成物の安定性を良好に維持しにくくなる場合がある。
導電性組成物が塩基性化合物(C)を含んでいれば、沈殿物の発生を抑制し、導電性組成物の安定性を良好に維持できる。
ここで、安定性が向上する理由は、以下のように考えられる。
塩基性化合物(C)の沸点は、塩基性化合物(B)の沸点よりも5℃低いことが好ましく、10℃低いことがより好ましい。
塩基性化合物(C)の沸点は、130℃以下が好ましい。
水溶性又は水分散性ポリマー(D)としては、熱可塑性、熱硬化性の水溶性ポリマー、水系でエマルションを形成する高分子化合物が用いられる。
導電性組成物に水溶性又は水分散性ポリマー(D)が含まれていれば、得られる導電体の耐水性がより向上すると共に、基材に対する密着性も向上する。
また、耐久性の観点で、水溶性又は水分散性ポリマー(D)としては、質量平均分子量が5000以上、好ましくは10000以上のものが用いられる。
導電性組成物は、溶媒(E)を含むことが好ましい。
溶媒(E)は、導電性ポリマー(A)を溶解又は分散するものであれば特に限定されない。
溶媒(E)としては、例えば水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類;γ−ブチロラクトンなどが好ましく用いられる。
特に、溶解性の観点から、水、水と有機溶媒との混合溶媒が好ましく用いられる。
ここで、溶媒(E)の含有量が200質量部以上であれば、十分な溶解性が得られ、表面が平坦な導電体が得られやすくなる。
導電性組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、上述した導電性ポリマー(A)、塩基性化合物(B)、塩基性化合物(C)、水溶性又は水分散性ポリマー(D)、溶媒(E)の他にも、例えば導電性ポリマー(A)以外の導電性ポリマー(以下、「他の導電性ポリマー」という。)や、公知の添加剤を任意に含有させることができる。
また、他の導電性ポリマーを用いる場合には、ドーパント(例えばポリスチレンスルホン酸など)を併用するのが好ましい。
架橋剤としては、ブロックイソシアネートなどのイソシアネート類、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、メラミン化合物などが挙げられる。
界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
これら架橋剤や界面活性剤などの添加剤は、それぞれ1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
以上説明した本発明の導電性組成物は、上述した導電性ポリマー(A)と塩基性化合物(B)とを含有するので、高い導電性を有し、且つ、耐水性に優れた導電体を形成できる。
本発明の導電体は、本発明の導電性組成物からなる。導電体は、例えば基材上に本発明の導電性組成物を塗布し、乾燥させることで形成される。
本発明の積層体は、基材の少なくとも一方の面上に本発明の導電体が積層されたものである。
これらの中でも、密着性の観点で、プラスチック及びそのフィルムが好ましく用いられる。
プラスチック及びそのフィルムに用いられる高分子化合物としては、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、AS樹脂、メタクリル樹脂、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアラミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルニトリル、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリウレタンなどが挙げられる。
プラスチック基材やそのフィルムには、導電体との密着性を向上させるために、導電体が形成される面に、予めコロナ表面処理又はプラズマ処理を施しておいてもよい。
また、コンデンサの電極等に用いられるアルミニウム、タンタル、ニオブ等の酸化皮膜表面に、導電性組成物を塗布して導電体を形成してもよい。
塗膜を加熱処理すれば、上述した塩基性化合物(B)が、乾燥により導電性ポリマー(A)の酸性基の架橋反応が促進されるので、より短時間で導電体に耐水性を付与できる。特に、導電性組成物が上述した塩基性化合物(C)を含む場合は、加熱乾燥することが好ましい。加熱乾燥することで塩基性化合物(C)がより揮発しやすくなり、塩基性化合物(B)と導電性ポリマー(A)の酸性基とがイオン架橋構造を形成しやすくなる。加えて、溶媒(E)の揮発も促進されるので、導電体の導電性がより向上する。
ここで、加熱処理温度は300℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以下であり、特に好ましくは200℃以下である。
加熱処理温度が300℃以下であれば、導電性ポリマー(A)自体が分解するのを抑制できるので、導電性を良好に維持できる。
以上説明した本発明の導電体は、本発明の導電性組成物からなる。また、本発明の積層体は、基材の少なくとも一方の面上に本発明の導電体が積層したものである。よって、本発明の導電体及び積層体は、高い導電性を有し、且つ、耐水性に優れ、耐水性を必要とする用途にも好適である。
また、導電体は時間が経過するほど導電性が低下する傾向にもある。これは、湿度の影響を受けるものと考えられる。
しかも、本発明の導電性組成物を用いれば高い導電性を有する導電体、具体的には、膜厚が20〜100nmのとき、温度25℃、湿度50%における表面抵抗値(初期表面抵抗値)が1×1010Ω/□以下の導電体が得られやすい。
本発明の導電性フィルムは、本発明の導電体を備える。
導電性フィルムとしては、例えば基材の一方の面上に本発明の導電体が積層し、基材の他方の面上に粘着層及びセパレータが順次積層した構造のものが挙げられる。
基材としては、導電体及び積層体の説明において先に例示した基材が挙げられる。
粘着層は、公知の粘着剤から形成される。
セパレータは、表面が剥離処理されたポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。
本発明の導電性フィルムは、例えば帯電防止用の保護フィルムとして好適である。
本発明の固体電解コンデンサの一実施形態例について説明する。
図1に、本実施形態例の固体電解コンデンサの構成を模式的に示す。この例の固体電解コンデンサ10は、陽極(被膜形成金属)11と、陽極11上に形成された誘電体層(誘電体酸化膜)12と、誘電体層12上に形成された単層構造の固体電解質層13と、固体電解質層13上に形成されたグラファイト層14と、グラファイト層14上に形成された金属層15とを備えた、積層型の固体電解コンデンサである。
なお、図示例の固体電解コンデンサ10において、固体電解質層13、グラファイト層14及び金属層15で陰極の層を形成する。
陽極11は、弁作用を有する金属(弁金属)の多孔質体からなり、導電性を有する。弁金属としては、固体電解コンデンサに用いられる通常の電極を使用でき、具体的にはアルミニウム、タンタル、ニオブ、ニッケル等の金属材料からなる電極が挙げられる。その形態としては、金属箔、金属焼結体などが挙げられる。
誘電体層12は、陽極11の表面が酸化されて形成された層である。酸化の方法としては、陽極酸化などの化成処理が挙げられる。
陽極11の表面を酸化して形成される誘電体層12は、図1に示すように陽極11の表面状態を反映し、表面が微細な凹凸状となっている。この凹凸の周期は、陽極11の種類などに依存するが、通常、200nm以下程度である。また、凹凸を形成する凹部(微細孔)の深さは、陽極11の種類などに特に依存しやすいので一概には決められないが、例えばアルミニウムを用いる場合、凹部の深さは数十nm〜1μm程度である。
固体電解質層13は、本発明の導電性組成物から形成された層である。特に、誘電体層12の微細な凹凸の内部へ導電性ポリマー(A)がより十分に含浸し、電気容量発現率がより高い固体電解コンデンサが得られやすくなる点で、導電性組成物中の導電性ポリマー(A)は、上述した条件(a)を満たすことが好ましい。
グラファイト層14は、グラファイト液を固体電解質層13上に塗布、又は誘電体層12及び固体電解質層13が表面に順次形成された陽極11をグラファイト液に浸漬して形成されたものである。
金属層15としては、接着銀などの銀層の他、アルミニウム電極、タンタル電極、ニオブ電極、チタン電極、ジルコニウム電極、マグネシウム電極、ハフニウム電極などが挙げられる。
次に、固体電解コンデンサ10の製造方法の一例について説明する。
固体電解コンデンサの製造方法は、陽極11の表面に形成された誘電体層12上に、前記導電性ポリマー(A)、前記塩基性化合物(B)を含む導電性組成物を塗布する工程(塗布工程)と、塗布した導電性組成物を乾燥して固体電解質層13を形成する工程(乾燥工程)とを有する。
例えば、図1に示す固体電解コンデンサ10を製造する場合、アルミニウム箔などの陽極11の表層近傍をエッチングにより多孔質体化した後、陽極酸化により誘電体層12を形成する。ついで、誘電体層12上に固体電解質層13を形成した後、これをグラファイト液に浸漬させて、又はグラファイト液を塗布して固体電解質層13上にグラファイト層14を形成し、さらにグラファイト層14上に金属層15を形成する。さらに、金属層15及び陽極11に外部端子(図示略)を接続して外装し、固体電解コンデンサ10とする。
固体電解質層13は、陽極11の表面に形成された誘電体層12上に、本発明の導電性組成物を塗布し(塗布工程)、誘電体層12の微細な凹凸の内部に導電性ポリマー(A)等を含浸させた後、乾燥する(乾燥工程)ことで形成できる。
このようにして形成された固体電解質層13は、誘電体層12の微細な凹凸の内部にまで十分に導電性ポリマー(A)が含浸しているので、得られる固体電解コンデンサ10の電気容量発現率が向上する。
なお、本発明において「塗布」とは、塗膜(層)を形成させることを指し、塗装や浸漬も塗布に含まれる。
導電性ポリマーの含有量の下限値については特に制限されないが、所望の厚さの固体電解質層13を容易に形成できる点で、0.1質量%以上が好ましい。
ディップコート法により導電性組成物を塗布する場合、作業性の点で、導電性組成物への浸漬時間は、1〜30分が好ましい。
また、ディップコートする際に、減圧時にディップさせて常圧に戻す、あるいは、ディップ時に加圧するなどの方法も有効である。
しかし、本発明であれば、前記導電性組成物を用いて塗布を行うことができるので、スプレーコート法などを用いなくても、操作が容易で、初期投資がかかりにくく、しかも導電性ポリマー(A)を無駄なく利用できるディップコート法を使用でき、経済的にも有益である。
また、乾燥条件は、導電性ポリマー(A)や溶媒の種類により決定されるが、通常、乾燥温度は、乾燥性の観点から、30〜200℃が好ましく、乾燥時間は1〜60分が好ましい。
以上説明した本発明の固体電解コンデンサは、本発明の導電性組成物より形成された固体電解質層が誘電体層上に形成されているので、誘電体層の微細な凹凸の内部にまで導電性ポリマー(A)が十分に含浸している。よって、誘電体層12の微細な凹凸の内部にまで固体電解質層が形成されているため、本発明の固体電解コンデンサは電気容量発現率が高い。しかも、本発明の固体電解コンデンサは加熱による耐久性が良好であるため、加熱によるコンデンサのESR(等価直列抵抗)の上昇を抑制できる。
また、本発明の固体電解コンデンサは、加熱処理しても固体電解質層13が物理的に劣化しにくく、しかも導電性ポリマー(A)の酸性基が脱離しにくいので、導電性を良好に維持でき、電気容量が低下しにくいと考えられる。
このように、本発明であれば、誘電体層上に高導電率の固体電解質層を形成でき、電気容量発現率が高く、耐久性が良好な固体電解コンデンサを容易に製造できる。
本発明の固体電解コンデンサは、上述した実施形態例に限定されない。
上述した固体電解コンデンサの固体電解質層は単層構造であるが、固体電解質層は多層構造であってもよい。ただし、固体電解質層の少なくとも1層は、本発明の導電性組成物から形成された層である。また、複数の固体電解質層のうち、少なくとも誘電体層と接する層は、本発明の導電性組成物から形成された層であることが好ましい。
なお、図2において符号21は「陽極」であり、符号22は「陰極」であり、符号23は「セパレータ」である。
また、陽極21と陰極22との間にセパレータ23を設けた後、上述した積層型の固体電解コンデンサと同様にして陽極上に形成された誘電体層上に固体電解質層を形成してから、これらを巻き回して巻回体としてもよい。
また、セパレータ23として、絶縁油を染み込ませたセパレータが用いられることもある。上記絶縁油としては、鉱油、ジアリルエタン油、アルキルベンゼン油、脂肪族エステル油(マレイン酸エステル、フマル酸エステルなど)、芳香族エステル油(フタル酸エステルなど)、多環芳香族油、シリコーン油等の電気絶縁油又はこれらの混合物などが挙げられる。
<製造例>
(導電性ポリマー(A):ポリ(2−メトキシアニリン−5−スルホン酸))
2−メトキシアニリン−5−スルホン酸100mmolを、25℃で4mol/Lのトリエチルアミン水溶液に攪拌溶解し、これにペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolの水溶液を滴下した。
滴下終了後、25℃で12時間さらに攪拌した後に、反応生成物を濾別洗浄後乾燥し、ポリマー粉末(ポリ(2−メトキシアニリン−5−スルホン酸))15gを得た。
得られた粉末10質量部を100質量部の水に溶解し、陽イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「アンバーライトIR−120B」)にて陽イオン交換し、ポリ(2−メトキシアニリン−5−スルホン酸)水溶液(a−1)を得た。
表1に示す配合組成となるように、各成分を混合して導電性組成物を調製した。評価基材としてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に、乾燥後の膜厚が100nm程度となるように、ワイヤーバーNo5を用いて得られた導電性組成物を塗布して、塗膜を形成した後、ホットプレート上で、表1に示す加熱条件にて乾燥し、PETフィルム上に導電体が積層した積層体を得た。なお、表1中の各成分の配合量は、固形分換算した量(g)である。
得られた積層体について、以下に示す方法により、導電性、耐水性及び耐湿性を評価した。結果を表2に示す。
積層体の導電体側の表面の表面抵抗値を2端子法(電極間距離:20mm、温度:25℃、湿度:50%)により測定した。
積層体の導電体側の表面を、純水を染み込ませたウエスにてふき取り、導電体の剥離の具合を目視にて観察し、以下の評価基準にて耐水性の評価を行った。
○:導電体が剥離しない。
△:導電体が一部剥離し、ウエスに導電性ポリマー由来の着色が見える。
×:導電体が完全に剥離した。
積層体を、温度60℃、湿度95%の環境下で48時間放置して耐湿試験を行った。導電性の評価と同様にして、耐湿試験後の積層体の表面抵抗値を測定し、以下の評価基準にて耐湿性の評価を行った。
◎:耐湿試験後の表面抵抗値が8.0×108Ω/□以下
○:耐湿試験後の表面抵抗値が8.0×108Ω/□超、5.0×109Ω/□以下
×:耐湿試験後の表面抵抗値が5.0×109Ω/□超
(塩基性化合物(B)及びその代替品)
b−1:4−アミノピリジン
b−2:4−ジメチルアミノピリジン
b−3:ピリジン
b−4:2,4,6−トリアミノピリミジン
b−5:2,4,6−トリアミノ−1,3,5−トリアジン(メラミン)
(水溶性又は水分散性ポリマー(D))
d−1:水分散型ポリエステル樹脂(日本合成化学社製:ポリエスターWR905)
d−2:水系ウレタンエマルション(第一工業製薬社製:エラストロン)
d−3:ポリビニルブチラール(積水化学社製:エレックスKX5)
d−4:ポリビニルアルコール(クラレ社製:ポバール)
(その他の成分)
f−1:デュラネート(旭化成ケミカル社製:ブロックイソシアネート)
f−2:ペレックス(花王社製:アニオン系界面活性剤)
一方、特定の塩基性化合物(B)を含有しない比較例1−1〜1−3の導電性組成物より得られた導電体は、耐水性に劣っていた。
また、特定の塩基性化合物(B)を含有しないが、該導電体を160℃の高温で加熱処理した比較例1−3は、導電性にも劣るものであった。これは、加熱処理したことにより、導電性ポリマー(A)のスルホン酸基が脱離したため、導電性が低下したものと考えられる。
さらに、特定の塩基化合物(B)の代わりに、特定の塩基性化合物(C)であるピリジンを含有した比較例1−4では、耐水性が劣っていた。
<製造例>
(導電性ポリマー(A):ポリ(2−メトキシアニリン−5−スルホン酸))
試験1の製造例と同様にして、ポリ(2−メトキシアニリン−5−スルホン酸)水溶液(a−1)を得た。
表3に示す配合組成となるように、各成分を混合して導電性組成物を調製した。表3に示す評価基材上に、乾燥後の膜厚が表3に示す値になるように、ワイヤーバーNo5を用いて得られた導電性組成物を塗布して、塗膜を形成した後、ホットプレート上で、表3に示す加熱条件にて乾燥し、PETフィルム上に導電体が積層した積層体を得た。なお、表3中の各成分の配合量は、固形分換算した量(g)である。
得られた導電性組成物について、以下に示す方法により、安定性を評価した。結果を表4に示す。
また、得られた積層体について、以下に示す方法により、導電性、耐水性及び耐湿性を評価した。結果を表4に示す。
導電性組成物を室温で放置し、1週間後の沈殿や凝集物の発生を目視にて確認した。
○:わずかに凝集物が発生した。
△:凝集物が発生した。
×:沈殿した。
試験1の導電性の評価と同様にして、表面抵抗値を測定した。これを、初期表面抵抗値とする。
積層体を、温度25℃、湿度50%の環境下で1週間放置した。試験1の導電性の評価と同様にして、放置後の積層体の表面抵抗値を測定した。これを放置後の表面抵抗値とする。また、以下の評価基準にて導電性の評価を行った。評価が○の場合は、温度25℃、湿度50%の環境下で1週間放置しても湿度の影響を受けにくく、導電性が安定していることを意味する。
○:放置後の表面抵抗値が、初期表面抵抗値の10倍以内である。
×:放置後の表面抵抗値が、初期表面抵抗値の10倍を超える。
積層体を、温度25℃の水に10分間浸漬させた後、乾燥して耐水試験を行った。試験1の導電性の評価と同様にして、耐水試験の積層体の表面抵抗値を測定した。これを耐水試験後の表面抵抗値とする。また、以下の評価基準にて導電性の評価を行った。評価が○の場合は、導電体が耐水性に優れることを意味する。
○:耐水試験後の表面抵抗値が、初期表面抵抗値の10倍以内である。
×:耐水試験後の表面抵抗値が、初期表面抵抗値の10倍を超える。
試験1の耐水性の評価と同様にして、耐水性を評価した。
試験1の耐湿性の評価と同様にして、耐湿試験を行い、耐水性を評価した。
(導電性ポリマー(A)の代替品)
a−2:PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))分散液(Clevios社製:CLEVIOUS−P)
(塩基性化合物(B))
b−6:ビピリジル(ピリジンのpka=5.18)
b−7: ジアミノエタン(pka=9.96)
b−8:ポリビニルピリジン(平均分子量16万、pka=4.9)
b−9:ポリアリルアミン(pka=9.9)
(塩基性化合物(C))
c−1:アンモニア(pka=9.245、沸点−33.3℃)
c−2:2−ピコリン(pka=6.20、沸点128℃)
c−3:トリエチルアミン(pka=10.87、沸点89.7℃)
c−4:デシルアミン(pka=10.64、沸点217℃)
c−5:ピリジン(pka=5.18、沸点115℃)
(水溶性又は水分散性ポリマー(D))
d−1:水分散型ポリエステル樹脂(日本合成化学社製:ポリエスターWR905)
d−2:水系ウレタンエマルション(第一工業製薬社製:エラストロン)
d−3:ポリビニルブチラール(積水化学社製:エレックスKX5)
d−4:ポリビニルアルコール(クラレ社製:ポバール)
(その他の成分)
f−1:デュラネート(旭化成ケミカル社製:ブロックイソシアネート)
f−2:ペレックス(花王社製:アニオン系界面活性剤)
f−3:AQUACER(BYK社製:すべり性向上剤)
f−4:4−アミノピリジン(東京化成工業社製)
<測定・評価方法>
(体積平均粒子径の測定)
導電性ポリマーの体積平均粒子径は、以下のようにして求めた。
まず、溶媒として超純水を用いて、導電性ポリマー濃度が1質量%の導電性ポリマー溶液を調製し、動的光散乱式粒子径測定装置(日機装株式会社製、「ナノトラックUPA−UT」)を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定し、超純水の粘度で補正した。
ここで、得られたピークが1つ以上存在する場合は、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径を求め、これを導電性ポリマーの体積平均粒子径とした。
なお、動的光散乱法による粒子分布が1つのピークのみの場合は、超純水の粘度で補正した後、この粒子分布をそのまま最小粒子分布として、体積平均粒子径を求めた。
導電性組成物をアルミニウム皿に0.5g滴下し、160℃の乾燥機の中で30分間加熱して塗膜(膜厚50μm)を形成した。得られた塗膜の状態を目視にて観察し、以下の評価基準にて塗膜の膜割れ(劣化)を評価した。
○:塗膜にクラックが生じていない。
×:塗膜にクラックが生じた。
積層型のアルミニウム固体電解コンデンサについて、LCRメーター(アジレント・テクノロジー株式会社製、「E4980A プレシジョンLCRメーター」)を用い、120Hzでの電気容量(C1)を測定した。これを初期の電気容量とする。
積層型のアルミニウム固体電解コンデンサに用いたアルミニウム素子のもつ電気容量が2.8μFであったため、下記式(i)より、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサの電気容量発現率を求めた。電気容量発現率が90%以上の場合を「○」とし、電気容量発現率が90%未満の場合を「×」とした。
電気容量発現率(%)=(C1/2.8)×100 ・・・(i)
積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを160℃の乾燥機の中で30分間加熱をした後、室温に冷ました。冷却後の積層型のアルミニウム固体電解コンデンサについて、LCRメーターを用い、120Hzでの電気容量(C2)を測定した。これを加熱処理後の電気容量とする。
下記式(ii)より、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサの電気容量の変化率を求めた。変化率が5%未満の場合を「○」とし、変化率が5%以上の場合を「×」とした。
変化率(%)={(C1−C2)/C1)}×100 ・・・(ii)
(導電性ポリマー溶液(a−4)の製造)
2−アミノアニソール−4−スルホン酸100mmolを、25℃で100mmolのトリエチルアミンを含む水に攪拌溶解し、ペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolの水溶液を滴下した。滴下終了後、25℃で12時間更に攪拌した後に反応生成物を濾別洗浄した。その後、乾燥し、粉末状のポリ(2−スルホ−5−メトキシ−1,4−イミノフェニレン)15gを得た。
得られたポリ(2−スルホ−5−メトキシ−1,4−イミノフェニレン)5質量部を水95質量部に室温で溶解させて、導電性ポリマー溶液(a−3)を得た。
得られた導電性ポリマー溶液(a−3)100質量部に対して、50質量部となるように酸性陽イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「アンバーライト」)をカラムに充填し、該カラムに導電性ポリマー溶液(a−3)をSV=8の流量で通過させて陽イオン交換処理を行い、精製された導電性ポリマー溶液(a−4)を得た。
ここで、「SV」とは、空間速度のことであり、空間速度(1/hr)=流速(m3/hr)/濾材量(体積:m3)である。
導電性ポリマー溶液(a−4)中の導電性ポリマーの体積平均粒子径を測定したところ、0.95nmであった。
塩基性化合物(B)及びその代替品として、下記化合物を用いた。なお、下記b−15、b−16は、塩基性化合物(C)に相当する。
・b−10:4−アミノピリジン(沸点:273℃)
・b−11:4−ジメチルアミノピリジン(沸点:240℃)
・b−12:2,6−ジアミノピリジン(沸点:285℃)
・b−13:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン(DBN)(沸点:220℃)
・b−14:水酸化リチウム(沸点:920℃)
・b−15:アンモニア水(沸点:−33℃)
・b−16:ピリジン(沸点:115℃)
・b−17:ポリビニルピリジン
(導電性組成物の調製)
表5に示す配合組成となるように、導電性ポリマー(A)として導電性ポリマー溶液(a−4)と、塩基性化合物(B)としてb−10と、溶媒(E)として水とを混合し、導電性組成物を調製した。なお、表5中の導電性ポリマー(A)と、塩基性化合物(B)の配合量は固形分換算した量(質量%)である。
得られた導電性組成物中の塩基性化合物(B)の含有量は、導電性ポリマー(A)のモノマー単位(モノマーユニット)1モルに対して、0.5モルであった。
単位面積あたりの電気容量が2.8μFのアルミニウム箔を用い、濃度3質量%のアジピン酸アンモニウム水溶液中で、電圧121V、温度70℃の条件で120分間陽極酸化を行い、アルミニウム箔表面に誘電体層を形成し、アルミニウム素子を得た。
前記アルミニウム素子を、先に調製した導電性組成物に5分間浸漬させた。その後、アルミニウム素子を取出し、120℃で30分間加熱乾燥させて、誘電体層上に固体電解質層(誘電体層の表面からの厚さは10μm程度)を形成した。
ついで、固体電解質層上にグラファイト層及びアルミニウム電極を形成し、アルミニウム電極に陰極リード端子を接続し、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを製造した。
得られた積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを用いて膜割れ試験を行い、初期と加熱処理後の電気容量を測定した。結果を表6に示す。
塩基性化合物(B)の種類と配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例3−1と同様にして導電性組成物を調製し、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを製造した。
得られた積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを用いて膜割れ試験を行い、初期と加熱処理後の電気容量を測定した。結果を表6に示す。
導電性ポリマー溶液(a−4)の代わりに、PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))分散液(Clevios社製、「PH500」、PEDOTの体積平均粒子径26.7nm、濃度1.2質量%)を用い、塩基性化合物(B)を用いなかった以外は、実施例3−1と同様にして導電性組成物を調製し、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを製造した。
得られた積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを用いて膜割れ試験を行い、初期と加熱処理後の電気容量を測定した。結果を表6に示す。
(導電性組成物の調製)
表7に示す配合組成となるように、導電性ポリマー(A)として導電性ポリマー溶液(a−4)と、表7に示す種類の塩基性化合物(B)及び溶媒(E)とを混合し、導電性組成物を調製した。なお、アルコールとしては、メタノールを用いた。また、表7中の導電性ポリマー(A)と、塩基性化合物(B)の配合量は固形分換算した量(質量%)である。
得られた導電性組成物中の塩基性化合物(B)の含有量は、導電性ポリマー(A)のモノマー単位(モノマーユニット)1モルに対して、0.5モルであった。
単位面積あたりの電気容量が2.8μFのアルミニウム箔を用い、濃度3質量%のアジピン酸アンモニウム水溶液中で、電圧121V、温度70℃の条件で120分間陽極酸化を行い、アルミニウム箔表面に誘電体層を形成し、アルミニウム素子を得た。
前記アルミニウム素子を、先に調製した導電性組成物に5分間浸漬させた。その後、アルミニウム素子を取出し、120℃で20分間加熱乾燥させて、誘電体層上に固体電解質層(誘電体層の表面からの厚さは10μm程度)を形成した。次に、電界重合や洗浄等を想定して、誘電体層上に固体電解質層が形成されたアルミニウム素子を、純水に1分間浸漬してから(水洗した後)、120℃10分間加熱乾燥させた。
ついで、固体電解質層上にグラファイト層及びアルミニウム電極を形成し、アルミニウム電極に陰極リード端子を接続し、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサを製造した。
得られた積層型のアルミニウム固体電解コンデンサについて、LCRメーターを用い、120Hzでの電気容量(C3)を測定した。結果を表8に示す。
また、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサに用いたアルミニウム素子のもつ電気容量が2.8μFであったため、下記式(iii)より、積層型のアルミニウム固体電解コンデンサの電気容量発現率を求めた。電気容量発現率が70%以上の場合を耐水性が良好であると判断し、「○」とした。電気容量発現率が70%未満の場合を耐水性が不良であると判断し、「×」とした。
電気容量発現率(%)=(C3/2.8)×100 ・・・(iii)
また、実施例3−1〜3−4の積層型のアルミニウム固体電解コンデンサは、加熱処理しても電気容量が低下しにくく、電気容量の変化率が小さかった。また、実施例3−5〜3−6の積層型のアルミニウム固体電解コンデンサは、水で電解質を洗浄しても、容量発現率が高いままであり、耐水性に優れていた。
特に、塩基性化合物(B)として、2つ以上の塩基性の窒素原子を有する塩基性化合物を用いた実施例3−1〜3−4は、初期及び加熱処理後の電気容量が高く、より優れていることが示された。
実施例3−1〜3−6で調製した導電性組成物は、膜割れしにくい塗膜を形成することができたことから、本発明であれば、加熱処理しても物理的に劣化しにくい固体電解質層を形成できることが示された。
固体電解質層の形成において、酸性基を有する導電性ポリマー(A)の代わりに、PEDOT分散液を用いた比較例3−5の積層型のアルミニウム固体電解コンデンサは、誘電体層の微細な凹凸の内部にPEDOTが含浸しにくいため、電気容量発現率が低かった。
また、比較例3−1〜3−5で調製した導電性組成物より形成された塗膜は、膜割れしやすかった。
また、比較例3−6〜3−7の積層型のアルミニウム固体電解コンデンサは、水で電解質を洗浄すると、容量発現率が低下し、耐水性に劣っていた。
試験2の実施例2−10〜2−13で得られた積層体について、以下に示す方法により、帯電防止性能を評価した。また、比較例として導電体を形成する前のPETフィルムについても、帯電防止性能を評価した。結果を表9に示す。
積層体またはPETフィルムを5cm×5cmの大きさに切断し、JIS L 1094−1992に準じ、以下の測定条件で電荷減衰測定を行い、減衰曲線を得た。得られた減衰曲線より半減期を求め、以下の評価基準にて帯電防止性能の評価を行った。
(測定条件)
測定環境:環境温度20℃±2℃、環境湿度40%±2%
測定装置:シシド社製のオネストメータH0110型
測定装置の設定:
・印加部の針電極の先端からターンテーブル面までの距離:20mm
・受電部の電極板からターンテーブル面までの距離:15mm
・印加電圧:(+)10kV
・電圧印加時間:30s
(評価)
〇:半減期が1sec以下
×:半減期が1secを超える。
一方、導電体を形成する前のPETフィルムの表面抵抗値を測定したところ、1016Ω/□を超えており、表面抵抗値が高かった。また、帯電防止性能にも劣っていた。
11陽極
12誘電体層
13固体電解質層
14グラファイト層
15金属層
20固体電解コンデンサ
21陽極
22陰極
23セパレータ
24外部端子
Claims (17)
- スルホン酸基及び/又はカルボン酸基を有する導電性ポリマー(A)と、窒素原子を2つ以上有する塩基性化合物(B)とを含有する、導電性組成物。
- 前記塩基性化合物(B)が含窒素複素環を2つ以上有する、請求項1に記載の導電性組成物。
- 窒素原子を1つ有する塩基性化合物(C)をさらに含有する、請求項1又は2に記載の導電性組成物。
- 前記塩基性化合物(C)の沸点が、前記塩基性化合物(B)の沸点よりも低い、請求項3に記載の導電性組成物。
- 前記塩基性化合物(C)の25℃における塩基解離定数(pKb)が、前記塩基性化合物(B)の25℃における塩基解離定数(pKb)よりも小さい、請求項3又は4に記載の導電性組成物。
- 水溶性又は水分散性ポリマー(D)(ただし、前記導電性ポリマー(A)を除く。)をさらに含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の導電性組成物。
- 前記塩基性化合物(B)の25℃における塩基解離定数(pKb)が4.5以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性組成物。
- 前記塩基性化合物(B)が共役構造を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の導電性組成物。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の導電性組成物からなる、導電体。
- 膜厚が20〜100nmであり、
温度25℃、湿度50%における表面抵抗値が1×1010Ω/□以下であり、 かつ温度25℃、湿度50%の環境下にて1週間経過した後の表面抵抗値の変化が10倍以内である、請求項10に記載の導電体。 - 膜厚が20〜100nmであり、
温度25℃、湿度50%における表面抵抗値が1×1010Ω/□以下であり、 かつ温度25℃の水に10分間浸漬し、乾燥した後の表面抵抗値の変化が10倍以内である、請求項10に記載の導電体。 - 基材の少なくとも一方の面上に請求項10〜12のいずれか一項に記載の導電体が積層された、積層体。
- 基材の少なくとも一方の面上に請求項3に記載の導電性組成物を塗布し、加熱乾燥して導電体を形成する、積層体の製造方法。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載の導電体を備えた、導電性フィルム。
- 弁金属の多孔質体からなる陽極と、陽極表面が酸化されて形成された誘電体層と、誘電体層表面側に形成された1層以上の固体電解質層とを具備する固体電解コンデンサにおいて、
前記固体電解質層の少なくとも1層が、請求項1〜9のいずれか一項に記載の導電性組成物から形成された層である、固体電解コンデンサ。 - 前記導電性ポリマー(A)が下記条件(a)を満たす、請求項16に記載の固体電解コンデンサ。
条件(a):導電性ポリマー(A)を1質量%含む導電性ポリマー溶液を用い、動的光散乱法により粒子径分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子径分布の体積平均粒子径が26nm未満である。
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