JPWO2018055890A1 - (メタ)アクリル系導電性材料 - Google Patents

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Abstract

電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルム、当該導電性フィルムの原料として使用することができ、作業性および成形性に優れた(メタ)アクリル系導電性材料およびその製造方法、ならびに前記導電性フィルムが用いられたアクチュエータを提供する。(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有する(メタ)アクリル系導電性材料であって、前記(メタ)アクリル系エラストマーが式(I):

(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基を示す)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーを含有するモノマー成分を重合させてなり、重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6であることを特徴とする。

Description

本発明は、(メタ)アクリル系導電性材料に関する。さらに詳しくは、本発明は、例えば、アクチュエータ、産業用ロボットなどに使用されるセンサ、配線、電極、基板、発電素子、スピーカー、マイクロフォン、ノイズキャンセラ、トランスデューサ、人工筋肉、小型ポンプ、医療用器具などに好適に使用することができる導電性フィルムおよび当該導電性フィルムの原料として好適に使用することができる(メタ)アクリル系導電性材料に関する。
導電性材料として、カーボンナノチューブ、ゴムおよびイオン性液体からなるカーボンナノチューブゴム組成物(例えば、特許文献1参照)、マトリクスと当該マトリクス中に分散される導電材とを有する柔軟導電材料であって、当該マトリクスが当該導電材の分散機能を有する第一ポリマーと、当該第一ポリマーと架橋可能な第二ポリマーとが架橋されてなる柔軟導電材料(例えば、特許文献2参照)などが提案されている。しかし、前記導電性材料は、いずれも柔軟性(弾性)および導電性に優れているが、伸びが10〜400%程度であることから伸張性に劣るため、変位量が大きいアクチュエータなどに使用することができない。
したがって、近年、アクチュエータ、産業用ロボットなどに使用されるセンサ、配線、電極、基板、発電素子、スピーカー、マイクロフォン、ノイズキャンセラ、トランスデューサ、人工筋肉、小型ポンプ、医療用器具などに好適に使用することができ、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルム、および当該導電性フィルムの原料として好適に使用することができ、作業性および成形性に優れた導電性材料の開発が待ち望まれている。
国際公開第2009/102077号パンフレット 特開2013−35974号公報
本発明は、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルム、当該導電性フィルムの原料として好適に使用することができ、作業性および成形性に優れた(メタ)アクリル系導電性材料およびその製造方法、ならびに前記導電性フィルムが用いられたアクチュエータを提供する。
本発明は、例えば、
(1) (メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有する(メタ)アクリル系導電性材料であって、前記(メタ)アクリル系エラストマーが式(I):
(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基を示す)
で表わされる(メタ)アクリル系モノマーを含有するモノマー成分を重合させてなり、重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6であることを特徴とする(メタ)アクリル系導電性材料、
(2) 前記モノマー成分が、前記Rが非置換のアルキル基である前記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーを含む、前記(1)に記載の(メタ)アクリル系導電性材料、
(3) 前記Rが炭素数1〜4のアルキル基である、前記(2)に記載の(メタ)アクリル系導電性材料、
(4) 前記Rがエチルである、前記(3)に記載の(メタ)アクリル系導電性材料、
(5) 前記モノマー成分が、Rが水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基である前記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマー、またはアクリル酸をさらに含む、前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル系導電性材料、
(6) 前記モノマー成分が、2−ヒドロキシエチルアクリレートを含む、前記(5)に記載の(メタ)アクリル系導電性材料、
(7) 前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル系導電性材料から形成されてなる導電性フィルム、
(8) 前記(7)に記載の導電性フィルムが用いられてなるアクチュエータ、
(9) (メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有する(メタ)アクリル系導電性材料を製造する方法であって、式(I):
(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基を示す)
で表わされる(メタ)アクリル系モノマーを含有するモノマー成分を重合させて重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6である(メタ)アクリル系エラストマーを調製し、得られた(メタ)アクリル系エラストマーと導電剤とを混合することを特徴とする(メタ)アクリル系導電性材料の製造方法、
(10) 前記重合が塊状重合である、前記(9)に記載の方法、
(11) 前記モノマー成分が、前記Rが非置換のアルキル基である前記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーを含む、前記(9)または(10)に記載の方法、
(12) 前記Rが炭素数1〜4のアルキル基である、前記(11)に記載の方法、
(13) 前記Rがエチルである、前記(12)に記載の方法、
(14) 前記モノマー成分が、Rが水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基である前記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマー、またはアクリル酸をさらに含む、前記(9)〜(13)のいずれか一項に記載の方法、および
(15) 前記モノマー成分が、2−ヒドロキシエチルアクリレートをさらに含む、前記(9)〜(14)のいずれか一項に記載の方法
に関する。
本発明において、上記1または複数の特徴は、明示された組み合わせに加え、さらに組み合わせて提供されうることが意図される。本発明のなおさらなる実施形態および利点は、必要に応じて以下の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者に認識される。
本発明によれば、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルム、当該導電性フィルムの原料として好適に使用することができ、作業性および成形性に優れた(メタ)アクリル系導電性材料およびその製造方法、ならびに前記導電性フィルムが用いられたアクチュエータが提供される。
本発明のアクチュエータの一実施態様を示す概略平面図である。 図1に示されるアクチュエータのA−A部における概略断面図である。 実施例21、実施例22および比較例6で得られたアクチュエータの印加電圧とアクチュエータの変位量の変化率との関係を示すグラフである。 実施例18で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の応力(MPa)とひずみ(%)との関係を示すグラフである。 実施例18で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の耐久性を示す試験の結果を示すグラフである。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、前記したように、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有する(メタ)アクリル系導電性材料であり、前記(メタ)アクリル系エラストマーが式(I):
(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基を示す)
で表わされる(メタ)アクリル系モノマーを含有するモノマー成分を重合させてなり、重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6であることを特徴とする。
なお、本発明において、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を意味し、「(メタ)アクリレート」は「アクリレート」または「メタクリレート」を意味する。また、アルキル基は、脂環構造を有するアルキル基を含む概念のものである。
式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーにおいて、R1は、水素原子またはメチル基である。R1のなかでは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、水素原子が好ましい。
式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーにおいて、R2は、水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基である。
ハロゲン原子としては、例えば、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。これらのハロゲン原子のなかでは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、フッ素原子が好ましい。アルキル基に含まれるハロゲン原子の数は、当該アルキル基の炭素数などによって異なるので一概には決定することができないことから、本発明の目的が阻害されない範囲内で適宜調整することが好ましい。
炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、イソアミル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基、n−オクチル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシn−プロピル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシn−ブチル基、ヒドロキシイソブチル基、ヒドロキシtert−ブチル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
ハロゲン原子を有する炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、トリフルオロプロピル基、トリフルオロブチル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
炭素数2〜12のアルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシブチル基などの炭素数1〜6のアルコキシ基および炭素数1〜6のアルキル基を有するアルコキシアルキル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
水酸基を有する炭素数2〜12のアルコキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメトキシエチル基、ヒドロキシエトキシエチル基、ヒドロキシメトキシブチル基などの炭素数1〜6のヒドロキシアルコキシ基および炭素数1〜6のアルキル基を有するアルコキシアルキル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
2のなかでは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、水酸基またはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜4のアルキル基および水酸基を有していてもよい炭素数1〜4のアルコキシアルキル基が好ましく、水酸基またはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1または2のアルキル基および水酸基を有していてもよい炭素数1または2のアルコキシアルキル基がより好ましく、エチル基およびメトキシ基がさらに好ましい。
式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーのなかでは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、メチルペンチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ノナノール(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどの式(I)において、R1が水素原子またはメチル基であり、R2が炭素数1〜10のアルキル基である(メタ)アクリル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの式(I)において、R1が水素原子またはメチル基であり、R2が水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基である(メタ)アクリル系モノマー、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレートなどの式(I)において、R1が水素原子またはメチル基であり、R2がハロゲン原子を有する炭素数1〜10のアルキル基である(メタ)アクリル系モノマー、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシブチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチルアクリレートなどの式(I)において、R1が水素原子またはメチル基であり、R2が炭素数2〜12のアルコキシアルキル基である(メタ)アクリル系モノマー、およびジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどの式(I)において、R1が水素原子またはメチル基であり、R2が水酸基を有する炭素数2〜12のアルコキシアルキル基である(メタ)アクリル系モノマーが好ましく、エチル(メタ)アクリレートおよびヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましく、エチルアクリレートおよびヒドロキシエチルアクリレートがさらに好ましい。これらの(メタ)アクリル系モノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。1つの実施形態では、Rが非置換のアルキル基であることが好ましく、Rが炭素数1〜4のアルキル基であることがさらに好ましく、Rがエチルであることがなおさらに好ましい。1つの実施形態では、Rが水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基であるモノマー成分をさらに含むことが好ましく、さらに好ましい実施形態では、モノマー成分が2−ヒドロキシエチルアクリレートをさらに含むことが有利である。理論に束縛されることを望まないが、耐久性および/またはヒステリシス(残留歪み)において良好な結果が得られているからである。1つの実施形態では、モノマー成分がアクリル酸をさらに含むことが好ましい。理論に束縛されることを望まないが、体積抵抗率の小さい材料が得られているからである。
モノマー成分は、式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーのみで構成させることができるが、必要により、本発明の目的が阻害されない範囲で、式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーと共重合可能なモノマー(以下、共重合性モノマーという)を含有させることができる。
前記共重合性モノマーとしては、例えば、カルボキシル基含有モノマー、式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマー以外のカルボン酸アルキルエステル系モノマー、アミド基含有モノマー、アリール基含有モノマー、スチレン系モノマー、窒素原子含有モノマー、脂肪酸ビニルエステル系モノマー、ベタインモノマー、グリシジル基含有モノマー、シリコーン基含有モノマー、シクロアルキル基含有モノマーなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
カルボキシル基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、クロトン酸などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマー以外のカルボン酸アルキルエステル系モノマーとしては、例えば、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル基の炭素数が11〜20のアルキルアクリレート、イタコン酸メチル、イタコン酸エチルなどのアルキル基の炭素数が1〜4のイタコン酸アルキルエステルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アミド基含有モノマーとしては、例えば、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−tert−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−オクチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミドなどのアルキル基の炭素数が1〜8であるアルキル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アリール基含有モノマーとしては、例えば、ベンジル(メタ)アクリートなどのアリール基の炭素数が6〜12であるアリール(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。アリール基としては、フェニル基(C−)、トリル基(CH−)、キシリル基((CH−)、ナフチル基(C10−)などが挙げられる。アリール基は、水酸基を有していてもよく、4−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
スチレン系モノマーとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
窒素原子含有モノマーとしては、例えば、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
脂肪酸ビニルエステル系モノマーとしては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ベタインモノマーとしては、例えば、N−アクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシメチル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムメチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムエチル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムプロピル−α−スルホベタイン、N−アクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタイン、N−メタクリロイルオキシブチル−N,N−ジメチルアンモニウムブチル−α−スルホベタインなどのN−(メタ)アクリロイルオキシアルキル−N,N−ジメチルアンモニウムアルキル−α−スルホベタインなどのスルホベタインモノマーなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのスルホベタインモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
グリシジル基含有モノマーとは、グリシジル基

を含有するモノマーであり、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジル−[−O−(CH−]−(メタ)アクリレート(ここで、nは1〜4の整数であり、mは1〜20の整数である)が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
シリコーン基含有モノマーとは、(R)−[−O−Si(R)(R)]−基を含有するモノマーであり、(メタ)アクリル酸のシリコーン基エステルが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ここで、R、R、Rは、化学的に可能な任意の基(例えば、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、アリールオキシ基など)の任意から選択され得、xは、任意の整数であり、例えば、1、2、3または4の整数である。シリコーン基としては、例えば、ポリジメチルシロキシル基、トリアルコキシシリル基(例えば、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
シクロアルキル基含有モノマーとは、シクロアルキル基を含有するモノマーであり、例えば、C3−12シクロアルキル(メタ)アクリレートが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。本明細書において「シクロアルキル基」とは、単環又は多環式飽和炭化水素基を意味し、架橋された構造のものも含まれる。例えば「C3−12シクロアルキル基」とは炭素原子数が3〜12の環状アルキル基を意味する。具体例として、「C3−12シクロアルキル基」の場合には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基、イソボルニル基等が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
モノマー成分における式(I)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーの含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは90質量%以上、より好ましくは93質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上であり、その上限値は100質量%である。また、モノマー成分における共重合性モノマーの含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下であり、その下限値は0質量%である。
(メタ)アクリル系エラストマーは、モノマー成分を塊状重合させることによって得ることができる。本発明では、従来のアクリルゴムのように原料のモノマー成分を溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法などによって重合させるのではなく、塊状重合法によって重合させることが可能である。重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6である(メタ)アクリル系エラストマーを容易に調製することができる。
(メタ)アクリル系エラストマーは、モノマー成分を特定の照度の紫外線を照射して重合させることにより調製できる。このような紫外線照射は当業者が任意に設定して実施することができる。(メタ)アクリル系エラストマーを調製する際に、紫外線を使用して重合させて調製した場合、煩雑な操作である溶媒を除去するための乾燥操作が不要であり、作業性に優れる。
ここで、紫外線とは、可視光線より波長が短く、X線より波長の長い電磁波をいう。上限の可視光の短波長端は400nmであり、紫外線はこれ以下の波長をもつ電磁波と定義され得る。紫外線の波長の下限は10nm程度であり、これより長い波長を有する電磁波であれば紫外線の範疇に入ると理解される。本発明において用いられる紫外線の波長は、どのような波長でもよく、目的に応じて適切なものを選択することができる。例えば、本発明において、モノマーに対して初期の効果を奏することができる限りどの波長のものでもよい。代表的には、実施例において使用される光源によって照射され得る波長のものである。具体的には150nm〜400nm程度の光源が使用され、好ましくは300nm〜400nmである。
本発明で用いられる紫外線の好ましい照度は、出発物質により異なる。紫外線照射装置は特に限定されるものではなく、例えば、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ブラックライトランプ、UV無電極ランプ、ショートアークランプ、LED等が挙げられる。
モノマー成分を重合させる際には、重合開始剤を用いることができる。重合開始剤としては、例えば、光重合開始剤、熱重合開始剤などが挙げられる。これらの重合開始剤のなかでは、(メタ)アクリル系エラストマーに熱履歴を残さないようにする観点から、光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、例えば、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,1’−ビイミダゾール、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(p−メトキシフェニルビニル)−1,3,5−トリアジン、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、4,4’−ジtert−ブチルジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4−ジエチルアミノフェニルベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、ベンゾイン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−2−オン、ベンゾフェノン、チオキサントン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルアシルホスフィンオキシド、トリフェニルブチルボレートテトラエチルアンモニウム、ジフェニル−4−フェニルチオフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(o−ベンゾイルオキシム)]、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)ビス〔2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)フェニルチタニウム〕などの光ラジカル重合開始剤、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(p−メトキシフェニルビニル)−1,3,5−トリアジン、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4,4’−ジtert−ブチルジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4−ジエチルアミノフェニルベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル−4−フェニルチオフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートなどの光カチオン開環重合開始剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの光重合開始剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱重合開始剤としては、例えば、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(ADVN)、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、アゾビスジメチルバレロニトリルなどのアゾ系重合開始剤、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過酸化物系重合開始剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの重合開始剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
重合開始剤の量は、当該重合開始剤の種類などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、モノマー成分100質量部あたり、0.01〜20質量部程度であることが好ましい。
モノマー成分を重合させる際には、得られる(メタ)アクリル系エラストマーの分子量を調整するために連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、例えば、ラウリルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、チオグリセロールなどのチオール基を有する化合物;次亜リン酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウムなどの無機塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの連鎖移動剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。連鎖移動剤の量は、当該連鎖移動剤の種類などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、モノマー成分100質量部あたり0.01〜10質量部程度であることが好ましい。
モノマー成分を重合させる際の雰囲気は、特に限定がなく、大気であってもよく、あるいは窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスであってもよい。
モノマー成分を重合させる際の温度は、特に限定がなく、通常、5〜100℃程度の温度であることが好ましい。モノマー成分を重合させるのに要する時間は、重合条件によって異なるので一概には決定することができないことから任意であるが、通常、1〜20時間程度である。
重合反応は、残存しているモノマー成分の量が20質量%以下になった時点で、任意に終了することができる。なお、残存しているモノマー成分の量は、例えば、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。
以上のようにしてモノマー成分を塊状重合させることにより、(メタ)アクリル系エラストマーを得ることができる。
(メタ)アクリル系エラストマーは、重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6であることを特徴とする。本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6である(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有することから、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを形成するという優れた効果を奏する。
(メタ)アクリル系エラストマーの重量平均分子量は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、120万以上、130万以上、140万以上、150万以上、160万以上、170万以上、好ましくは180万以上、190万以上、より好ましくは200万以上である。また、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、1000万以下、好ましくは800万以下、700万以下、600万以下、より好ましくは500万以下、400万以下、さらに好ましくは300万以下である。なお、本発明において、(メタ)アクリル系エラストマーの重量平均分子量は、以下の実施例に記載の方法に基づいて測定したときの値である。
(メタ)アクリル系エラストマーの数平均分子量は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは50万以上、より好ましくは55万以上、さらに好ましくは60万以上である。また、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは80万以下、より好ましくは75万以下、さらに好ましくは70万以下である。なお、本発明において、(メタ)アクリル系エラストマーの数平均分子量は、以下の実施例に記載の方法に基づいて測定したときの値である。
(メタ)アクリル系エラストマーの分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量、以下同じ)は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、1以上、1.5以上、好ましくは2以上、2.5以上、より好ましくは3以上、3.5以上である。また、作業性および成形性に優れるともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、6以下、5.5以下、5以下、好ましくは4.5以下、より好ましくは4以下である。なお、本発明において、(メタ)アクリル系エラストマーの分子量分布は、以下の実施例に記載の方法に基づいて求めたときの値である。
導電剤としては、例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの炭素系材料;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維;フッ化カーボン;銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粒子の粉末;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの導電剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの導電剤のなかでは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェンおよび金属粒子が好ましく、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェンおよび銀粒子がより好ましく、低電圧を印加したときに大きい変位量を示す(メタ)アクリル系導電性材料を得る観点から、カーボンナノチューブがさらに好ましい。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率は、当該導電剤の種類などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは1質量%以上であり、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは100質量%以下である。
カーボンナノチューブとしては、例えば、1枚のシート状グラファイト(グラフェンシート)を筒状に丸めた中空円筒構造のシングルウォールカーボンナノチューブ、直径の異なるシングルウォールカーボンナノチューブを同心円状に複数積層した構造のマルチウォールカーボンナノチューブ、スーパーグロース法により製造されるシングルウォールカーボンナノチューブ、シングルウォールカーボンナノチューブの端部が円錐状で閉じた形状のカーボンナノコーン、内部にフラーレンを内包するカーボンナノチューブなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのカーボンナノチューブは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらのカーボンナノチューブのなかでは、低電圧を印加したときに大きい変位量を示す(メタ)アクリル系導電性材料を得る観点から、マルチウォールカーボンナノチューブが好ましい。
カーボンナノチューブの長さは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは0.1〜1000μm、より好ましくは1〜500μmであり、低電圧での変位量が大きい(メタ)アクリル系導電性材料を得る観点から、さらに好ましくは1〜90μmである。
カーボンナノチューブの直径は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは10〜50nm、より好ましくは10〜20nmである。
(メタ)アクリル系エラストマーおよびカーボンナノチューブの合計固形分におけるカーボンナノチューブの固形分の含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは1.5質量%以上、さらに好ましくは2質量%以上であり、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下であり、低電圧を印加したときに大きい変位量を示す(メタ)アクリル系導電性材料を得る観点から、さらに一層好ましくは3.5〜10質量%である。
なお、本明細書において、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率は、式:
[(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率(質量%)]
=[(導電剤の固形分)/〔(メタ)アクリル系エラストマーの固形分+導電剤の固形分〕]×100
に基づいて求められた値を意味する。
カーボンブラックの形状としては、例えば、球状、楕円体状、紡錘状、破砕状、板状、柱状などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。カーボンブラックの形状は、(メタ)アクリル系導電性材料の用途などに応じて適宜決定することが好ましい。
カーボンブラックの平均粒子径は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下、さらに一層好ましくは5μm以下である。なお、カーボンブラックの平均粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置〔(株)堀場製作所製、品番:LA−910〕を用いて測定されるD50の平均粒子径を意味する。
(メタ)アクリル系エラストマーおよびカーボンブラックの合計固形分におけるカーボンブラックの固形分の含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。
グラフェンの平均粒子径は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは0.3〜500μm、より好ましくは0.5〜100μm、さらに好ましくは1〜50μm、さらに一層好ましくは3〜20μmである。なお、グラフェンの平均粒子径は、前記カーボンブラックと同様にして求めた平均粒子径を意味する。
グラフェンの厚さは、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは0.1〜500nm、より好ましくは0.5〜100nm、さらに好ましくは1〜50nm、さらに一層好ましくは1〜20nmである。
(メタ)アクリル系エラストマーおよびグラフェンの合計固形分におけるグラフェンの固形分の含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは25質量%以下である。
金属粒子の形状としては、例えば、球状、楕円体状、紡錘状、破砕状、板状、柱状、鱗片状、扁平状などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。金属粒子の形状は、(メタ)アクリル系導電性材料の用途などに応じて適宜決定することが好ましい。
金属粒子の平均粒子径は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは0.3〜50μm、より好ましくは0.5〜30μm、さらに好ましくは1〜10μmである。なお、金属粒子の平均粒子径は、前記カーボンブラックと同様にして求めた平均粒子径を意味する。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび金属粒子の合計固形分における金属粒子の含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは55質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上であり、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは500質量%以下、より好ましくは400質量%以下、より一層好ましくは100質量%以下、さらに好ましくは85質量%以下、さらに一層好ましくは83質量%以下である。
導電剤は、導電剤を分散媒に分散させた分散液として用いることができる。分散媒としては、例えば、イソプロピルアルコール、トルエン、N−メチル2−ピロリドン、シクロペンタノンなどが挙げられるが本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの分散媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。分散媒の量は、導電剤の種類およびその量、混合する(メタ)アクリル系エラストマーの種類およびその量などを考慮して適宜決定すればよい。
導電剤分散液における不揮発分量は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上であり、取り扱い性を向上させる観点から、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。
なお、導電剤分散液における不揮発分量は、導電剤分散液1gを秤量し、熱風乾燥機で130℃の温度で1時間乾燥させ、得られた残渣を不揮発分とし、式:
〔導電剤分散液における不揮発分量(質量%)〕
=(〔残渣の質量〕÷〔導電剤分散液1g〕)×100
に基づいて求められた値を意味する。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、例えば、(メタ)アクリル系エラストマーを溶媒に溶解させ、得られた樹脂溶液および導電剤、必要により、添加剤などを混合することによって容易に製造することができる。これらの成分を混合する順序は、任意であり、例えば、これらの成分を一括して混合してもよい。
(メタ)アクリル系エラストマーを溶解させる溶媒としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒;イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒;プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸セロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルアセテートなどのエステル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコールなどのケトン系溶媒;ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒などの有機溶媒が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。溶媒の量は、特に限定されず、通常、(メタ)アクリル系エラストマー100質量部あたり、500〜1500質量部程度であることが好ましい。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料には、本発明の目的が阻害されない範囲内で、添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、分散剤、他のポリマー、中和剤、着色剤、紫外線防止剤、老化防止剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、その粘度を調整するために、粘度調整剤が適量で含有していてもよい。前記粘度調整剤としては、例えば、アクリル系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、(メタ)アクリルアミド系ポリマー、ポリアミド、塩化ビニル系ポリマー、ウレタン系ポリマー、ポリエステル、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの他のポリマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、必要により、中和剤で中和させてもよい。中和剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基性化合物;モノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、モルホリン、アミノメチルプロパノール、アミノメチルプロパンジオール、オクチルアミン、トリブチルアミン、アニリンなどの有機塩基性化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの中和剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料における不揮発分の含有率は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、取り扱い性を向上させる観点から、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下である。
なお、本発明の(メタ)アクリル系導電性材料における不揮発分量は、当該(メタ)アクリル系導電性材料1gを秤量し、熱風乾燥機で130℃の温度で1時間乾燥させ、得られた残渣を不揮発分とし、式:
〔(メタ)アクリル系導電性材料における不揮発分量(質量%)〕
=(〔残渣の質量〕÷〔(メタ)アクリル系導電性材料1g〕)×100
に基づいて求められた値を意味する。
以上のようにして得られる本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、前記(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有することから、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを形成するという優れた効果を奏するため、例えば、アクチュエータ、産業用ロボットなどに使用されるセンサ、配線、電極、基板、発電素子、スピーカー、マイクロフォン、ノイズキャンセラ、トランスデューサ、人工筋肉、小型ポンプ、医療用器具などに用いられる導電性フィルムの原料に使用することが期待される。
本発明の導電性フィルムは、前記(メタ)アクリル系導電性材料が用いられている点に1つの特徴を有する。本発明の導電性フィルムは、前記(メタ)アクリル系導電性材料が用いられていることから、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れている。
本発明の導電性フィルムを形成させる方法としては、例えば、前記(メタ)アクリル系導電性材料を基材に塗布し、乾燥させる方法などが挙げられるが、本発明はかかる例示のみに限定されるものではない。
基材としては、例えば、上質紙、クラフト紙、クレープ紙、グラシン紙などの一般に使用することができる紙類、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、セロファンなどの樹脂からなる基材、織布、不織布、布帛などの繊維製品などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
前記(メタ)アクリル系導電性材料を基材に塗布する方法としては、例えば、ナイフコーター、スロットダイコーター、リップコーター、ロールコーター、フローコーター、スプレーコーター、バーコーター、ディッピングなどの一般に使用することができる方法が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記(メタ)アクリル系導電性材料を基材に塗布する際には、当該(メタ)アクリル系導電性材料を基材に直接塗布してもよく、あるいは離型紙などに塗布した後、この塗布物を基材上に転写させてもよい。このように前記(メタ)アクリル系導電性材料を塗布した後、乾燥させることにより、基材上に導電性フィルムを形成させることができる。
基材に塗布する前記(メタ)アクリル系導電性材料の厚さは、前記(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の種類などによって異なるので一概には決定することができないことから、基材上に形成させる導電性フィルムの所望の厚さに応じて適宜決定することが好ましい。基材に塗布する前記(メタ)アクリル系導電性材料の厚さは、通常、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、100〜1000μm程度である。
前記(メタ)アクリル系導電性材料を基材に塗布した後、乾燥させる方法としては、例えば、熱風、遠赤外線照射などが挙げられるが、本発明はかかる例示のみに限定されるものではない。
本発明の導電性フィルムの形状および大きさは、特に限定されず、導電性フィルムの用途に応じて任意に決定することができる。導電性フィルムの形状としては、例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。導電性フィルムの大きさの一例として、直径が1〜20mmである円形のものなどを挙げることができる。
導電性フィルムの厚さは、当該導電性フィルムの用途などによって異なるので一概には決定することができないことから、当該用途に応じて適宜決定することが好ましいが、通常、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは1〜1000μm程度、より好ましくは5〜500μm程度、さらに好ましくは10〜100μm程度である。
本発明の導電性フィルムのヤング率は、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは15MPa以下、より好ましくは10MPa以下、さらに好ましくは5MPa以下、さらに一層好ましくは3MPa以下である。なお、本発明において、導電性フィルムのヤング率は、以下の実施例に記載の方法に基づいて測定したときの値である。
本発明の導電性フィルムの伸びは、電気抵抗の変化率の広範囲の広い範囲において、伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、好ましくは500%以上、より好ましくは1000%以上、さらに好ましくは1500%以上、さらに一層好ましくは2000%以上、なおさらに一層好ましくは4000%以上である。なお、本発明において、導電性フィルムの伸びは、以下の実施例に記載の方法に基づいて測定したときの値である。
本発明の導電性フィルムの体積抵抗率は、目的に応じて任意の値で良いが、好ましくは、10−5〜10Ω・cmである。
本発明の導電性フィルムの100%伸長時抵抗値変化は、目的に応じて任意の値で良い。
本発明の導電性フィルムの残留歪み(ヒステリシス)は、応力とひずみの関係を測定し、それによって得られたヒステリシスループの面積から導かれる(図4)。残留歪み(ヒステリシス)の値は、目的に応じて任意の値で良いが、小さい値が好ましく、好ましくは、40MPa・%以下である。
以上のようにして得られる本発明の導電性フィルムは、前記(メタ)アクリル系導電性材料が用いられていることから、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れるという優れた効果を奏する。
したがって、本発明の導電性フィルムは、例えば、アクチュエータ、産業用ロボットなどに使用されるセンサ、配線、電極、基板、発電素子、スピーカー、マイクロフォン、ノイズキャンセラ、トランスデューサ、人工筋肉、小型ポンプ、医療用器具などの導電部に使用することが期待される。これらのなかでも、本発明の導電性フィルムは、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れることから、変位量が大きいアクチュエータの導電部に好適に使用することができる。
本発明のアクチュエータは、前記導電性フィルムが用いられている点に1つの特徴を有する。本発明のアクチュエータは、前記導電性フィルムが用いられていることから、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れるという優れた効果を発現する。
以下に本発明のアクチュエータを図面に基づいて説明するが、本発明は、かかる図面に示される実施形態のみに限定されるものではない。
図1は、本発明のアクチュエータの一実施態様を示す概略平面図である。また、図2は、図1に示されるアクチュエータのA−A部における概略断面図である。
図1および図2に示されるように、アクチュエータ1は、誘電体材料からなるフィルム2と前記導電性フィルムからなる一対の電極3a,3bとから形成されている。フィルム2と電極3a,3bとは、例えば、導電性ペースト(図示せず)などで接着させることができる。導電性ペーストとしては、例えば、カーボン、銀などの導電性フィラーを含有する導電性ペーストなどが挙げられる。
フィルム2は、一軸延伸または二軸延伸、好ましくは二軸延伸されていることが好ましい。フィルム2の延伸倍率は、特に限定されないが、前記フィルムの延伸倍率は、強靭性を付与する観点から、好ましくは1.2倍以上、より好ましくは1.5倍以上、さらに好ましくは2倍以上であり、当該フィルムの厚さにもよるが、延伸時の破断を防止する観点から、好ましくは8倍以下、より好ましくは6倍以下、さらに好ましくは5倍以下である。
フィルム2の厚さは、印加電圧が低くてもアクチュエータ1が大きな変位量を呈するようにする観点から、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜80μm、さらに好ましくは1〜50μm、さらに一層好ましくは1〜30μmである。
電極3a,3bは、図2に示されるように、フィルム2の両面にそれぞれ対向するよう配置されている。電極3a,3bは、前記導電性フィルムで形成されている。
電極3a,3bの形状、大きさおよび厚さは、特に限定されず、アクチュエータ1の用途に応じて任意に決定することができる。電極3a,3bの形状としては、例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。電極3a,3bの大きさの一例として、直径が1〜20mmである円形のものなどを挙げることができる。電極3a,3bの厚さは、特に限定されないが、通常、大きい変位量を呈するアクチュエータを得る観点から、好ましくは1〜1000μm程度、より好ましくは5〜500μm程度、さらに好ましくは10〜100μm程度である。
電極3aの直径方向の外周面には端子4aが配設されており、電極3bの直径方向の外周面には端子4bが配設されている。端子部4a,4bは、それぞれ導線5a,5bを介して電源6と接続されている。
電源6により、電極3a,3bに電圧を印加したとき、電極3a,3b間に静電引力が生じ、フィルム2が圧縮されることから、フィルム2の厚さが小さくなり、フィルム2は、幅方向に延伸される。このとき、電極3a,3bは、フィルム2とともに幅方向に延伸される。
電極3aにマーカー7を装着させておくことにより、電極3a,3bに電圧を印加したときのアクチュエータ1の変位量を変位計8で測定することができる。
本発明のアクチュエータは、前記したように、前記導電性フィルムが用いられているので、大きい変位量を呈する。
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
製造例1
エチルアクリレート100gおよび重合開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド〔BASF社製、商品名:IrgacureTPO〕0.062gを混合することにより、重合開始剤を含有するモノマー成分を得た。
前記で得られたモノマー成分を透明ガラス製の成形型(縦:100mm、横:100mm、深さ:2mm)内に注入した後、当該モノマー成分に照射線量が0.36mW/cm2となるように紫外線を照射し、モノマー成分を塊状重合させることにより、(メタ)アクリル系エラストマーを得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系エラストマーを成形型から取り出すことにより、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約2mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量をゲルパーミエイションクロマトグラフィー〔東ソー(株)製、品番:HLC−8220GPC、カラム:東ソー(株)製、品番:TSKgel GMHH−R30、溶媒:テトラヒドロフラン、流速:0.5mL/min〕を用いてポリスチレン換算で調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は232.6万であり、数平均分子量は64.9万であり、分子量分布は3.6であった。
前記で得られたフィルムをJIS K6251の6.1に規定するダンベル状7号形に打ち抜くことにより、試験片を得た。得られた試験片を引張り試験機〔(株)エー・アンド・デイ製、品番:Tensilon RTG−1310〕のチャック間距離が17mmとなるように取り付け、50mm/minの引張り速度で試験片が破断するまで引張り荷重を加える操作を行ない、ヤング率および伸びを測定したところ、ヤング率は0.37MPaであり、伸びは5090%であった。
なお、前記で得られたフィルムの伸びは、式:
〔フィルムの伸び(%)〕
=〔破断時の試験片の長さ(mm)−試験片の元の長さ(mm)〕÷〔試験片の元の長さ(mm)〕×100
に基づいて求めた。
製造例2
エチルアクリレート99.88g、2−ヒドロキシエチルアクリレート0.12gおよび重合開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド〔BASF社製、商品名:IrgacureTPO〕0.12gを混合することにより、重合開始剤を含有するモノマー成分を得た。
前記で得られたモノマー成分を用い、製造例1と同様にして、(メタ)アクリル系エラストマーを調製し、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約2mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量を製造例1と同様にして調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は203.3万であり、数平均分子量は64.1万であり、分子量分布は3.2であった。
また、前記で得られたフィルムのヤング率および伸びを製造例1と同様にして測定したところ、ヤング率は0.54MPaであり、伸びは390%であった。
製造例3
イソアミルアクリレート100gおよび重合開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド〔BASF社製、商品名:IrgacureTPO〕0.087gを混合することにより、重合開始剤を含有するモノマー成分を得た。
前記で得られたモノマー成分を用い、製造例1と同様にして、(メタ)アクリル系エラストマーを調製し、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約2mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量を製造例1と同様にして調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は378.0万であり、数平均分子量は34.1万であり、分子量分布は11.1であった。
また、前記で得られたフィルムのヤング率および伸びを製造例1と同様にして測定したところ、ヤング率は0.06MPaであり、伸びは1830%であった。
製造例4
エチルアクリレート100gおよびトルエン233gを混合した溶液を80℃に加熱し、重合開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)〔和光純薬工業(株)製、品番:V−60〕0.50gを混合溶液に添加し、当該混合溶液を70℃で3時間維持した後、さらに重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(ADVN)〔和光純薬工業(株)製、品番:V−65〕1.00gを混合溶液に添加し、当該混合溶液を70℃で3時間維持することによって溶液重合させた後、室温まで冷却することにより、樹脂溶液を得た。
前記で得られた樹脂溶液を透明ガラス製の成形型(縦:100mm、横:100mm、深さ:2mm)内に注入した後、ホットプレートにて80℃で1時間乾燥させることにより、(メタ)アクリル系エラストマーを得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系エラストマーを成形型から取り出すことにより、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約0.6mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量をゲルパーミエイションクロマトグラフィー〔東ソー(株)製、品番:HLC−8220GPC、カラム:東ソー(株)製、品番:TSKgel G−5000HXLとTSKgel G−3000とを直列に使用、溶媒:テトラヒドロフラン、流速:1.0mL/min〕を用いてポリスチレン換算で調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は11.7万であり、数平均分子量は3.3万であり、分子量分布は3.5であった。
なお、前記で得られたフィルムは、タック(べたつき)が強いため、ヤング率および伸びを測定することができなかった。
製造例5
(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)メチルアクリレート〔大阪有機化学工業(株)製、商品名:MEDOL−10〕100gおよび酢酸エチル100gを混合した溶液を70℃に加熱し、重合開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)〔和光純薬工業(株)製、品番:V−60〕0.50gを混合溶液に添加し、当該混合溶液を70℃で3時間維持した後、さらに重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(ADVN)〔和光純薬工業(株)製、品番:V−65〕1.00gを混合溶液に添加し、当該混合溶液を70℃で3時間維持することによって溶液重合させた後、室温まで冷却することにより、樹脂溶液を得た。
前記で得られた樹脂溶液を用い、製造例4と同様にして、(メタ)アクリル系エラストマーを調製し、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約1mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量を製造例4と同様にして調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は38.7万であり、数平均分子量5.4万であり、分子量分布は7.2であった。
また、前記で得られたフィルムのヤング率および伸びを製造例1と同様にして測定したところ、ヤング率は0.03MPaであり、伸びは1570%であった。
製造例6
エチルアクリレート100g、イオン交換水2000gおよび反応性乳化剤としてポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンRN−20〕1.00gを混合した溶液を70℃に加熱し、重合開始剤として過硫酸カリウム(KPS)1.00gを混合溶液に添加し、当該混合溶液を70℃で6時間維持することによって乳化重合させ、室温まで冷却することにより、樹脂分散液を得た。
前記で得られた樹脂分散液をテトラヒドロフランで塩析し、デカンテーションした後、減圧乾燥することにより、ポリマーを得た。得られたポリマー100gをトルエン900gに溶解させようとしたが、完全には溶解させることができなかった。
製造例7
製造例6で得られた樹脂分散液をテトラヒドロフランで塩析し、デカンテーションした後、減圧乾燥することにより、ポリマーを得た。得られたポリマー100gをメチルエチルケトン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
前記で得られた樹脂溶液を透明ガラス製の成形型(縦:100mm、横:100mm、深さ:2mm)内に注入した後、ホットプレートにて50℃で1時間乾燥させることにより、(メタ)アクリル系エラストマーを得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系エラストマーを成形型から取り出すことにより、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約0.2mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量を製造例1と同様にして調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は125.3万であり、数平均分子量は21.3万であり、分子量分布は5.8であった。
また、前記で得られたフィルムのヤング率および伸びを製造例1と同様にして測定したところ、ヤング率は0.30MPaであり、伸びは4000%であった。
製造例8
エチルアクリレート99.93g、アクリル酸0.072gおよび重合開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド〔BASF社製、商品名:IrgacureTPO〕0.12gを混合することにより、重合開始剤を含有するモノマー成分を得た。
前記で得られたモノマー成分を用い、製造例1と同様にして、(メタ)アクリル系エラストマーを調製し、縦の長さが約100mm、横の長さが約100mm、厚さが約2mmである(メタ)アクリル系エラストマーからなるフィルムを作製した。
前記で得られたフィルムの重量平均分子量および数平均分子量を製造例1と同様にして調べ、分子量分布を求めたところ、重量平均分子量は171.8万であり、数平均分子量は68.1万であり、分子量分布は2.5であった。
また、前記で得られたフィルムのヤング率および伸びを製造例1と同様にして測定したところ、ヤング率は0.18MPaであり、伸びは5,000%であった。
実施例1
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が3.8質量%となるように、導電剤としてショートマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製、不揮発分量が2.4質量%のトルエン分散液、長さ:1〜9μm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
次に、(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を以下の方法に基づいて調べた。その結果を表1に示す。
〔作業性〕
(メタ)アクリル系エラストマーを調製する際に、煩雑な操作である溶媒を除去するための乾燥操作を必要とするかどうかどうかを調べ、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
○:乾燥操作が不要
×:乾燥操作が必要
実施例1において、乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。
〔成形性〕
(メタ)アクリル系導電性材料を室温中でアプリケーターにてガラス板上に厚さが600μm程度となるように塗布し、ホットプレートにて80℃の温度で1時間加熱させ、フィルムが形成されるかどうかを調べ、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
○:フィルム化が可能
×:フィルム化が不可能
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を室温中でアプリケーターにて離形ポリエステルフィルム上に乾燥後の厚さが30μmとなるように塗布し、ホットプレートにて80℃の温度で1時間加熱することにより、導電性フィルムを作製した。
得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を以下の方法に基づいて調べた。その結果を表1に示す。
〔柔軟性〕
製造例1と同様にして導電性フィルムのヤング率(MPa)を測定し、以下の評価基準に基づいて柔軟性を評価した。
(評価基準)
◎:ヤング率が3MPa未満
○:ヤング率が3MPa以上、10MPa未満
△:ヤング率が10MPa以上、15MPa未満
×:ヤング率が15MPa以上
〔伸長性〕
製造例1と同様にして導電性フィルムの伸び(%)を測定し、以下の評価基準に基づいて伸長性を評価した。
(評価基準)
◎:伸びが2000%以上
○:伸びが1000%以上、2000%未満
△:伸びが500%以上、1000%未満
×:伸びが500%未満
前記で得られた導電性フィルムの電気抵抗をデジタルマルチメータ〔三和電機計器(株)製、品番:MP−3〕を用いて測定した(初期の電気抵抗)。その後、前記導電性フィルムの伸びが100%となるように伸張させたときの導電性フィルムの電気抵抗を前記と同様にして測定した(伸長時の電気抵抗)。これらの測定結果から、前記導電性フィルムの電気抵抗の変化率を式:
〔導電性フィルムの電気抵抗の変化率(倍)〕
=〔伸長時の電気抵抗(Ω)〕÷〔初期の電気抵抗(Ω)〕
に基づいて求めた。その結果、導電性フィルムの電気抵抗の変化率は8.3倍であった。
また、前記で得られた導電性フィルムを縦約5mm、横約20mmの長方形に切り出すことにより、試験片を作製した。表面抵抗測定器〔三菱化学(株)製、品番:ロレスタAP MCP−T400、プローブ:ASPプローブ(4探針プローブ)〕を用い、温度が23±5℃および相対湿度が50±10%の雰囲気中で、JIS K7194に準拠して前記で得られた試験片の体積抵抗率(%)を四探針法により測定したところ、試験片の体積抵抗率は19.1Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、21.5MPa・%であった。
実施例2
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が9.2質量%となるように、導電剤としてノーマルマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製、不揮発分量が2.4質量%のトルエン分散液、長さ:10〜90μm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は3.8倍であり、体積抵抗率は34.8Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、12.4MPa・%であった。
実施例3
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が2.5質量%となるように、導電剤としてロングマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製、不揮発分量が1.6質量%のトルエン分散液、長さ:100〜900μm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は6.7倍であり、体積抵抗率は10.3Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、21.3MPa・%であった。
実施例4
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が3質量%となるように、導電剤としてシングルウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製、不揮発分量が1.96質量%のトルエン分散液、長さ:1〜9μm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は5.0倍であり、体積抵抗率は24.2Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、12.8MPa・%であった。
実施例5
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が3質量%となるように、導電剤としてスーパーグロースカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製、不揮発分量が1.96質量%のトルエン分散液、長さ:100〜900μm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は135.2倍であり、体積抵抗率は10.2Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、9.6MPa・%であった。
実施例6
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が10質量%となるように、導電剤としてカーボンブラック〔ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製、品番:FD−7062G、不揮発分量が9質量%のN−メチル−2−ピロリドン分散液、平均粒子径:5μm以下、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を180℃の温度で2時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、180℃の温度で2時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は77.8倍であり、体積抵抗率は2249Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、6.0MPa・%であった。
実施例7
実施例6において、導電剤の固形分の含有率が10質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が16質量%に変更したこと以外は、実施例6と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例6と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例6と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は9.4倍であり、体積抵抗率は44.2Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、16.0MPa・%であった。
実施例8
実施例6において、導電剤の固形分の含有率が10質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が23質量%に変更したこと以外は、実施例6と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例6と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例6と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は18.7倍であり、体積抵抗率は11.2Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、25.5MPa・%であった。
実施例9
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が16質量%となるように、導電剤としてグラフェン〔(株)アイテック製、品名:iGurafen、不揮発分量が5質量%のトルエン分散液、平均粒子径:5〜10μm、厚さ:約10nm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を50℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、50℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は311.7倍であり、体積抵抗率は119800Ω・cmであった。
実施例10
実施例9において、導電剤の固形分の含有率が16質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が23質量%に変更したこと以外は、実施例9と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例9と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例9と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は6094倍であり、体積抵抗率は20Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、36.5MPa・%であった。
実施例11
実施例9において、導電剤の固形分の含有率が16質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が27質量%に変更したこと以外は、実施例9と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例9と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例9と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は476倍であり、体積抵抗率は4.2Ω・cmであった。
実施例12
製造例1で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が70質量%となるように、導電剤としてフレーク状銀粉〔福田金属箔粉工業(株)製、品番:AgC−A、平均粒子径:3〜5μm、以下同じ〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分の1.6質量%の量で分散剤として2−(2−ブトキシエタノール)〔東京化成工業(株)製〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして
調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は測定限界(1000万倍)を超え、体積抵抗率は109000Ω・cmであった。
実施例13
実施例12において、導電剤の固形分の含有率が70質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が80質量%に変更したこと以外は、実施例12と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例12と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例12と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は20.6倍であり、体積抵抗率は0.006Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、30.7MPa・%であった。
実施例14
実施例12において、導電剤の固形分の含有率が70質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が85質量%に変更したこと以外は、実施例12と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例12と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例12と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は207倍であり、体積抵抗率は0.005Ω・cmであった。
実施例15
製造例2で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液にイソホロンジイソシアネート0.23gおよび錫触媒〔日東化成(株)製、製品名:ネオスタンU−100〕0.02gを添加し、よく撹拌した。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が80質量%となるように、導電剤としてフレーク状銀粉〔福田金属箔粉工業(株)製、品番:AgC−A〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分の1.6質量%の量で分散剤として2−(2−ブトキシエタノール)〔東京化成工業(株)製〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は測定限界(1000万倍)を超え、体積抵抗率は197800Ω・cmであった。耐溶剤性について調べたところ、溶媒に再溶解せず、耐溶剤性に優れていることが分かった。
実施例16
実施例15において、導電剤の固形分の含有率が80質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が85質量%に変更したこと以外は、実施例15と同様にして(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例15と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例15と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は207倍であり、体積抵抗率は0.1Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、7.1MPa・%であった。耐溶剤性について調べたところ、溶媒に再溶解せず、耐溶剤性に優れていることが分かった。
実施例17
製造例8で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が80質量%となるように、導電剤としてフレーク状銀粉[福田金属箔粉工業(株)製、品番:AgC−A]を前記で得られた樹脂溶液に添加し、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分の1.6質量%の量で分散剤として2−(2−ブトキシエタノール)〔東京化成工業(株)製〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、成形性を180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。フィルム化可能で、ヤング率は8.53MPa、伸びは5,000%、電気抵抗の変化率は3.5倍、体積抵抗率は0.00009Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、14.1MPa・%であった。
実施例18
製造例2で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液にイソホロンジイソシアネート0.23gおよび錫触媒〔日東化成(株)製、製品名:ネオスタンU−100〕0.02gを添加し、よく撹拌した。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が9.0質量%となるように、導電剤としてノーマルマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を50℃の温度で1時間加熱後、180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であり、作業性に優れていた。成形性についての結果を表1に示す。フィルム化可能で、ヤング率は3.45MPa、伸びは620%、電気抵抗の変化率は13.5倍、体積抵抗率は5.3Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、10.3MPa・%であった。耐溶剤性について調べたところ、溶媒に再溶解せず、耐溶剤性に優れていることが分かった。
実施例18の(メタ)アクリル系導電性材料について、耐久性を調べた。サンプルサイズ5mm×20mmのサンプルを作製し、そのサンプルを1mm/sの速さで100%まで伸長し、その後30s保持し、そしてその後1mm/sの速さで除荷し、30s保持するサイクルを100回繰り返し行った。このサイクルの間、抵抗値を測定した。結果を図5に示す。図5に示されるように、100回のサイクル中において伸長および除荷による抵抗値の変動はほぼ一定であり、耐久性を有することが分かった。
実施例19
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が80質量%となるように、導電剤としてフレーク状銀粉〔福田金属箔粉工業(株)製、品番:AgC−A〕を製造例7で得られた樹脂溶液に添加し、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分の1.6質量%の量で分散剤として2−(2−ブトキシエタノール)〔東京化成工業(株)製〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、成形性を180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は116万倍であり、体積抵抗率は0.01Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、6.6MPa・%であった。
実施例20
実施例19において、導電剤の固形分の含有率が80質量%の代わりに、導電剤の固形分の含有率が90質量%に変更したこと以外は、実施例19と同様にして、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、成形性を実施例19と同様にして調べた。その結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を用い、実施例19と同様にして導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は測定限界(1000万倍)を超え、体積抵抗率は0.0003Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、11.8MPa・%であった。
比較例1
製造例3で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が90質量%となるように、導電剤としてフレーク状銀粉〔福田金属箔粉工業(株)製、品番:AgC−A〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分の1.6質量%の量で分散剤として2−(2−ブトキシエタノール)〔東京化成工業(株)製〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を180℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であった。成形性についての結果を表1に示す。
比較例2
製造例3で得られた(メタ)アクリル系エラストマー100gをトルエン900gに溶解させることにより、樹脂溶液を得た。
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が13.6質量%となるように、導電剤としてノーマルマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製〕を前記で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
しかし、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料は、導電剤が樹脂溶液中で分離または沈殿し、分散しなかった。当該(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を50℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であった。成形性についての結果を表1に示す。
比較例3
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が9.8質量%となるように、導電剤としてノーマルマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製〕を製造例4で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
しかし、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料は、導電剤が樹脂溶液中で分離または沈殿し、分散しなかった。当該(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を50℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であった。成形性についての結果を表1に示す。
比較例4
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が10.4質量%となるように、導電剤としてノーマルマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製〕を製造例5で得られた樹脂溶液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
しかし、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料は、導電剤が樹脂溶液中で分離または沈殿し、分散しなかった。当該(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性を実施例1と同様にして調べ、成形性を50℃の温度で1時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であった。成形性についての結果を表1に示す。
比較例5
(メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤の合計固形分における導電剤の固形分の含有率が9.2質量%となるように、導電剤としてノーマルマルチウォールカーボンナノチューブ〔神戸天然物化学(株)製〕を製造例6で得られた樹脂分散液に添加し、導電剤の固形分の2質量%の量で分散剤〔Elementis社製、品番:NUOSPERSE(登録商標)AP657〕を当該樹脂溶液に添加し、混合することにより、(メタ)アクリル系導電性材料を得た。
前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料の物性として、作業性および成形性を実施例1と同様にして調べた。乾燥操作は不要であった。成形性についての結果を表1に示す。
次に、前記で得られた(メタ)アクリル系導電性材料を透明ガラス製の成形型(縦:100mm、横:100mm、深さ:2mm)内に注入した後、ホットプレートにて80℃の温度で1時間加熱することにより、導電性フィルムを作製した。得られた導電性フィルムの物性として、柔軟性および伸長性を実施例1と同様にして調べた。その結果を表1に示す。また、当該導電性フィルムの電気抵抗の変化率および体積抵抗率を実施例1と同様に測定したところ、電気抵抗の変化率は10.2倍であり、体積抵抗率は25.3Ω・cmであった。応力とひずみとの関係を測定し、残留歪み(ヒステリシス)について調べたところ、22.0MPa・%であった。


(注)
−:フィルム化ができないため、柔軟性および伸長性の評価が不可能
表1に示された結果から、各実施例は、×の評価がまったくなく、各比較例と対比して、成形性、柔軟性および伸長性に総合的に優れていることがわかる。
また、実施例1〜20の結果から、実施例で得られた導電性フィルムは、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れていることがわかる。
実施例21
フィルムとしてアクリルフォーム構造用接合テープ〔スリーエムジャパン(株)製、品番:VHB4910、素材の厚さ:1mm〕を用い、当該フィルムを縦方向および横方向にそれぞれ延伸倍率6倍にて二軸延伸させ、延伸した状態で当該フィルムを型枠に固定した。
次に、前記フィルムの両面の中央部に実施例1で得られた導電性フィルムを張り付けることにより、電極(直径:9mm、厚さ:20〜50μm)を形成させてアクチュエータを得た。
前記で得られたアクチュエータの電極に電圧を印加し、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量およびその変化率を以下の方法に基づいて調べた。その結果、印加電圧が4kVのときの前記アクチュエータの変位量は、0.26mmであり、その変化率は5.8%であった。また、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量の変化率の測定結果を図3に示す。なお、図3は、アクチュエータの印加電圧とアクチュエータの変位量の変化率との関係を示すグラフである(以下において同じ)。
〔変位量およびその変化率〕
アクチュエータの一方の電極に変位量測定用マーカーを取り付け、電極間に電圧アンプ〔松定プレシジョン(株)製、品番:HEOPS−10B2〕で直流電圧を印加したときのマーカーの変位量(mm)を変位計〔(株)キーエンス製、品番:LK−GD500〕で測定した後、式:
[変位量の変化率(%)]
=[(変位量(mm)÷電圧の印加前の電極の半径(mm))]×100
に基づいて変位量の変化率を求めた。
実施例22
実施例2で得られた導電性フィルムを用いて、実施例21と同様にしてアクチュエータを作製し、アクチュエータの電極に電圧を印加し、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量およびその変化率を実施例21と同様にして調べた。その結果、印加電圧が4kVのときの前記アクチュエータの変位量は0.321mmであり、その変化率は7.1%であった。また、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量の変化率の測定結果を図3に示す。
比較例6
実施例21において、実施例1で得られた導電性フィルムを張り付ける代わりに、アクチュエータの電極として一般的に使用することができるカーボングリース〔(株)キタコ製〕を乾燥後の厚さが0.05mmとなるように塗布したこと以外は、実施例21と同様にしてアクチュエータを作製し、アクチュエータの電極に電圧を印加し、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量およびその変化率を実施例21と同様にして調べた。その結果、印加電圧が4kVのときの前記アクチュエータの変位量は0.15mmであり、その変化率は3.4%であった。また、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量の変化率の測定結果を図3に示す。
図3に示された結果から、実施例21および実施例22で得られたアクチュエータは、比較例6と対比して、電圧を上昇させたときのアクチュエータの変位量が大きいのみならず、印加電圧が低くても変位量の変化率が高いことがわかる。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。本願は、日本国出願特願2016−183308(2016年9月20日出願)に対して優先権を主張するものであり、その内容はその全体が本明細書において参考として援用される。本明細書において引用した特許、特許出願および他の文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明の(メタ)アクリル系導電性材料は、作業性および成形性に優れるとともに、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性および伸長性に優れた導電性フィルムを形成するものである。本発明の導電性フィルムは、例えば、アクチュエータ、産業用ロボットなどに使用されるセンサ、配線、電極、基板、発電素子、スピーカー、マイクロフォン、ノイズキャンセラ、トランスデューサ、人工筋肉、小型ポンプ、医療用器具などの導電部に使
用することが期待される。
1 アクチュエータ
2 フィルム
3a 電極
3b 電極
4a 端子
4b 端子
5a 導線
5b 導線
6 電源
7 マーカー
8 変位計

Claims (10)

  1. (メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有する(メタ)アクリル系導電性材料であって、前記(メタ)アクリル系エラストマーが式(I):

    (式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基を示す)
    で表わされる(メタ)アクリル系モノマーを含有するモノマー成分を重合させてなり、重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6であることを特徴とする(メタ)アクリル系導電性材料。
  2. 前記モノマー成分が、前記Rが非置換のアルキル基である前記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーを含む、請求項1に記載の(メタ)アクリル系導電性材料。
  3. 前記Rが炭素数1〜4のアルキル基である、請求項2に記載の(メタ)アクリル系導電性材料。
  4. 前記Rがエチルである、請求項3に記載の(メタ)アクリル系導電性材料。
  5. 前記モノマー成分が、Rが水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基である前記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマー、またはアクリル酸をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル系導電性材料。
  6. 前記モノマー成分が、2−ヒドロキシエチルアクリレートを含む、請求項5に記載の(メタ)アクリル系導電性材料。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル系導電性材料から形成されてなる導電性フィルム。
  8. 請求項5に記載の導電性フィルムが用いられてなるアクチュエータ。
  9. (メタ)アクリル系エラストマーおよび導電剤を含有する(メタ)アクリル系導電性材料を製造する方法であって、式(I):

    (式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水酸基もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または水酸基を有していてもよい炭素数2〜12のアルコキシアルキル基を示す)
    で表わされる(メタ)アクリル系モノマーを含有するモノマー成分を重合させて重量平均分子量が120万〜1000万であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1〜6である(メタ)アクリル系エラストマーを調製し、得られた(メタ)アクリル系エラストマーと導電剤とを混合することを特徴とする(メタ)アクリル系導電性材料の製造方法。
  10. 前記重合が塊状重合である、請求項9に記載の方法。
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