KR20170075727A - 도전 소재 및 적층체 - Google Patents

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KR20170075727A
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cation
conductive
fluorine
polymer
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KR1020177010782A
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나오야 오가타
츠토무 사다
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파이오트렉쿠 가부시키가이샤
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Publication date
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    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
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Abstract

우수한 강도, 도전성, 도전 내구성을 갖는 도전 소재, 나아가서는, 부도체 수지층을 편면 또는 양 표면에 갖는 적층체가 우수한 도전성, 우수한 도전 내구성을 나타내고, 또한 우수한 밀착 강도를 갖는 적층체나 성형체를 얻는다. 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고, 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체를 불소계 중합체에 2 ∼ 90 몰％ 그래프트 중합하여 얻은 고분자 도전 조성물 (X1) 을 불소계 중합체 (X2) 에 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 조성물을 갖는 도전 소재를 제공함으로써 달성된다.

Description

도전 소재 및 적층체{ELECTRICALLY CONDUCTIVE MATERIAL AND LAMINATE}
본 발명은 도전성이 우수하고, 또한 강도가 우수한 도전 소재 및 적층체에 관한 것이다.
도전성이 우수한 고분자 전해질 조성물은 여러 가지 알려져 있다. 예를 들어, 4 급 암모늄 카티온과 할로겐 원자 함유 아니온으로 이루어지는 4 급 암모늄염 구조와 중합성 관능기를 가지고 있는 용융염 단량체, 및 전하 이동 이온원을 포함하고 있는 단량체 조성물을, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 중합체의 존재하에서 그래프트 중합함으로써 제조된 복합 고분자 전해질 조성물이 개발되어 있다 (특허문헌 1 ∼ 2). 특허문헌 1 ∼ 2 에는 상기 고분자 전해질 조성물에 불소계 중합체를 배합하는 것에 대해 기재되어 있지 않고, 나아가서는 특허문헌 2 에는 상기 고분자 전해질 조성물을 플라스틱에 반죽하여 넣는 것은 기재되어 있지만, 불소계 수지를 배합하는 것에 대해 기재되어 있지 않다. 또 특허문헌 3 에는, 4 급 암모늄 카티온과 할로겐 원자 함유 아니온으로 이루어지는 이온 액체를 수지에 반죽하여 넣은 조성물을 중간층으로 하고 그 양측에 부도체 수지층을 갖는 적층체에 대해 기재되어 있지만, 중합성 관능기를 갖는 이온 액체를 사용하는 것에 대해 기재되어 있지 않고, 이와 같은 중합성 관능기를 갖지 않는 이온 액체만을 사용한 것으로는, 도전 내구성, 막화된 층의 밀착 강도는 충분하다고는 할 수 없다. 이것은 후술하는 비교예 3 으로부터도 분명하다.
국제 공개 WO2004/088671 (특허청구의 범위) 국제 공개 WO2010/113971 (특허청구의 범위, 0040) 일본 특허 제4126602호 (특허청구의 범위, 0024, 0026)
본 발명은 도전성, 도전 내구성이 우수하고, 또한 강도가 우수한 도전 소재 및 적층체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고, 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체를 불소계 중합체에 2 ∼ 90 몰％ 그래프트 중합하여 얻은 고분자 도전 조성물 (X1) 을 불소계 중합체 (X2) 에 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 조성물을 갖는 도전 소재를 제공함으로써 달성된다.
추가로, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 용융염, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체염, 상기 용융염 단량체의 중합체 또는 공중합체의 적어도 1 종을 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 도전 소재를 제공함으로써 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 추가로, 하기 수지 (Y) 를 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 도전 소재를 제공함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
수지 (Y) : 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리할로겐계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 디엔계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌술파이드계 수지, 폴리이미드계 수지, 규소계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 아미노계 수지, 천연계 수지에서 선택되는 적어도 1 종의 수지.
상기 목적은, 원자 이동 라디칼 중합에 의해, 용융염 단량체를 불소계 중합체에 그래프트 중합함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 용융염 단량체가, (A) 트리알킬아미노에틸메타크릴레이트암모늄 카티온, 트리알킬아미노에틸아크릴레이트암모늄 카티온, 트리알킬아미노프로필아크릴아미드암모늄 카티온, 2-(메타아크릴로일옥시)디알킬암모늄 카티온, 1-알킬-3-비닐이미다졸륨 카티온, 4-비닐-1-알킬피리디늄 카티온, 1-(4-비닐벤질)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-(비닐옥시에틸)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-비닐이미다졸륨 카티온, 1-알릴이미다졸륨 카티온, N-알킬-N-알릴암모늄 카티온, 1-비닐-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-비닐-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-글리시딜-3-알킬-이미다졸륨 카티온, N-알릴-N-알킬피롤리디늄 카티온, 오늄 카티온 및 4 급 디알릴디알킬암모늄 카티온으로 이루어지는 군에서 선택된 4 급 암모늄 카티온과, (B) 비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 아니온, 2,2,2-트리플루오로-N-{(트리플루오로메탄)술포닐)}아세트이미드 아니온, 비스{(펜타플루오로에탄)술포닐}이미드 아니온, 비스{(플루오로)술포닐}이미드 아니온, 테트라플루오로보레이트 아니온, 헥사플루오로포스페이트 아니온, 트리플루오로메탄술포닐이미드 아니온, 퍼플루오로알칸술포네이트 아니온, 비스(퍼플루오로알칸술포닐)이미드 아니온, 트리스(퍼플루오로알칸술포닐)메티드 아니온으로 이루어지는 군에서 선택된 아니온의 염임으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 불화비닐리덴에
식 : -(CR1R2-CFX)-
식 중, X 는 불소 이외의 할로겐 원자이고,
R1 및 R2 는 수소 원자 또는 불소 원자이고,
양자는 동일해도 되고 상이해도 된다,
로 나타내는 단위를 갖는 폴리불화비닐리덴 공중합체임으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 전하 이동 이온원, 예를 들어, LiBF4, LiPF6, CnF2n+1CO2Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수), CnF2n+1SO3Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수), (FSO2)2NLi, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (FSO2)2Li, (CF3SO2)3CLi, (CF3SO2-N-COCF3)Li, (R-SO2-N-SO2CF3)Li (R 은 지방족기 또는 방향족기), 및 (CN-N)2CnF2n+1Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수) 로 이루어지는 군에서 선택된 리튬염을 함유함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 전하 이동 이온원에, 추가로 전하 이동 이온원의 카운터 이온으로서 테트라알킬렌글리콜디알킬에테르 (TAGDAE) 를 배합함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 도전 소재를 갖는, 도전 점착제, 도전 접착제, 도전 도료, 성형용 도전 수지 분말, 사출 성형용 도전 수지 펠릿, 도전 실, 도전 시트, 도전판 또는 도전관상 성형체를 제공함으로써 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 도전 소재에, 충전제, 분산제, 산화 방지제, 슬립제, 안티 블로킹제, 자외선 흡수제, 염료 및 안료에서 선택되는 적어도 1 종을 함유함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 상기 도전 소재를 갖는 점착제, 접착제 또는 도료층을 갖거나, 또는 이들 층을 중간층으로 하는, 적어도 편측에 자유 전자를 갖지 않는 절연체의 하기 부도체 수지 (W) 층을 갖는 도전 적층체를 제공함으로써 보다 바람직하게 달성된다.
수지 (W) : 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리할로겐계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 디엔계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리이미드계 수지, 박리 시트를 포함하는 규소계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 아미노계 수지, 천연계 수지에서 선택되는 적어도 1 종의 수지.
상기 목적은, 고분자 전해질 조성물 (X1) 및 불소계 중합체 (X2) 를, 수지 (Y) 에 0.1 ∼ 40 중량％ 함유하는 도전 적층체를 제공함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
상기 목적은, 수지 (W) 가, 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 아세트산비닐계 수지, 또는 폴리에스테르계 수지인 도전 적층체를 제공함으로써, 보다 바람직하게 달성된다.
본 발명에 의해, 후술하는 실시예로부터도 분명한 바와 같이, 도전성, 특히 도전 내구성이 우수하고, 또한 강도가 우수한 도전 소재를 얻을 수 있다. 또, 도전 소재층을 갖거나, 또는 도전 소재층을 중간층으로 하는, 적어도 편측에 부도체 수지 (W) 층을 형성한 적층체는, 부도체 수지층의 표면에서도 매우 우수한 도전성을 나타내고, 또한 우수한 도전 내구성을 갖는 도전 소재를 얻을 수 있다. 또한 얻어진 도전 소재는, 부도체 수지와의 밀착성능도 우수하다. 특히 도전성이 장기에 걸쳐 안정되어 있어, 화학적인 처리나 물리적인 포스 부하가 없는 한, 반영구적으로 도전성능을 유지할 수 있는 효과는 지대하다. 또, 얻어진 도전 소재를 고순도 정제함으로써 투명도는 향상되고, 투명도가 상대적으로 높은 아크릴 수지와 동등한 투명도가 얻어진다. 따라서, 본 발명의 도전 소재를 기재에 도포함으로써, 기재의 색상이나 투명도를 저해하는 일이 없다. 또한 상기한 전하 이동 이온원을 함유하거나, 나아가서는 전하 이동 이온과 전하 이동 이온원의 카운터 이온인 테트라알킬렌글리콜디알킬에테르 (TAGDAE) 를 함유함으로써, 도전성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 용융염 단량체를 불소계 중합체에 그래프트 중합하여 얻은 고분자 전해질 조성물 (X1) 과 불소계 중합체 (X2) 를 배합하는 것은 중요하고, 이 배합에 의해, 상기한 바와 같은 효과가 발휘된다.
먼저 고분자 전해질 조성물 (X1) 에 대해 서술한다.
그래프트 중합에 사용되는 불소계 중합체로는, 폴리불화비닐리덴 중합체 또는 공중합체를 바람직한 예로서 들 수 있다.
또, 폴리불화비닐리덴 공중합체로는, 불화비닐리덴에
식 : -(CR1R2-CFX)-
식 중, X 는 불소 이외의 할로겐 원자이고, R1 및 R2 는 수소 원자 또는 불소 원자이고, 양자는 동일해도 되고 상이해도 되고, 여기서 할로겐 원자로는, 염소 원자가 최적이지만, 브롬 원자, 요오드 원자도 들 수 있다,
로 나타내는 단위를 갖는 공중합체를 바람직한 예로서 들 수 있다.
또, 불소계 중합체로는,
식 : -(CR3R4-CR5F)n-(CR1R2-CFX)m-
식 중, X 는 불소 이외의 할로겐 원자이고,
R1, R2, R3, R4 및 R5 는 수소 원자 또는 불소 원자이고, 이들은 동일해도 되고 상이해도 되고,
n 은 65 ∼ 99 몰％ 이고,
m 은 1 ∼ 35 몰％ 이다,
로 나타내는 공중합체도 들 수 있고, 특히,
식 ; -(CH2-CF2)n-(CF2-CFCl)m-
식 중, n 은 65 ∼ 99 몰％ 이고,
m 은 1 ∼ 35 몰％ 이다,
로 나타내는 공중합체가 바람직하다.
n 과 m 의 합계를 100 몰％ 로 했을 경우, n 은 65 ∼ 99 몰％, m 은 1 ∼ 35 몰％ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 n 은 67 ∼ 97 몰％, m 은 3 ∼ 33 몰％ 이고, 최적으로는 n 은 70 ∼ 90 몰％, m 은 10 ∼ 30 몰％ 이다.
상기 불소계 중합체는, 블록 중합체이어도 되고, 랜덤 공중합체이어도 된다. 또, 다른 공중합할 수 있는 단량체를, 본 발명의 목적이 저해되지 않는 범위에서 사용할 수도 있다.
상기 불소계 중합체의 분자량은, 중량 평균 분자량으로서 30,000 ∼ 2,000,000 이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100,000 ∼ 1,500,000 이다. 여기서, 중량 평균 분자량은, 후술하는 바와 같이, 고유 점도법 [η] 에 의해 측정된다.
상기 불소계 중합체에 용융염 단량체를 그래프트 중합하기 위해서는, 천이 금속 착물을 사용하는 원자 이동 라디칼 중합법을 적용할 수 있다. 이 착물에 배위하고 있는 천이 금속이 상기 공중합체의 불소 이외의 할로겐 원자 (예를 들어, 염소 원자), 나아가서는 수소 원자도 인발하여 개시점이 되어, 용융염 단량체가 상기 중합체에 그래프트 중합한다.
본 발명에서 사용되는 원자 이동 라디칼 중합에서는, 불화비닐리덴 단량체와 불소 및 불소 이외의 할로겐 원자 (예를 들어 염소 원자) 를 함유하는 비닐 단량체의 공중합체가 바람직하게 사용된다. 간 (幹) 폴리머에 불소 원자와 불소 원자 이외의 할로겐 원자 (예를 들어 염소 원자) 가 있음으로써 탄소-할로겐 사이의 결합 에너지가 낮아지기 때문에, 천이 금속에 의한 불소 이외의 할로겐 원자 (예를 들어 염소 원자) 의 인발이, 나아가서는 수소 원자의 인발이, 불소 원자보다 용이하게 일어나, 용융염 단량체의 그래프트 중합이 개시된다. 또 본 발명에서는 불화비닐리덴 단량체의 단독 중합체도 사용 가능하다.
원자 이동 라디칼 중합에서 사용되는 촉매는 천이 금속 할로겐화물이 사용되고, 특히 염화구리 (I), 아세틸아세토네이트구리 (II), CuBr (I), CuI (I) 등의 구리 원자를 함유하는 구리 촉매가 바람직하게 사용된다. 또 착물을 형성하는 리간드로는, 4,4'-디알킬-2,2'-비피리딜 (bpy 등) (여기서 알킬로는, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등의 C1 ∼ C8 의 알킬을 들 수 있다), 트리스(디메틸아미노에틸)아민 (Me6-TREN), N,N,N',N",N"-펜타메틸디에틸렌트리아민 (PMDETA), N,N,N',N'-테트라키스(2-피리딜메틸)에틸렌디아민 (TPEN), 트리스(2-피리딜메틸)아민 (TPMA) 등이 사용된다. 그 중에서도, 염화구리 (I) (CuCl) 와 4,4'-디메틸-2,2'-비피리딜 (bpy) 로 형성되는 천이 금속 할로겐화 착물을 바람직하게 사용할 수 있다.
반응 용매로는, 불소계 중합체를 용해 가능한 용매를 사용할 수 있고, 불화비닐리덴 단량체와 불소 및 불소 이외의 할로겐 원자 (예를 들어 염소 원자) 를 함유하는 비닐 단량체의 공중합체를 용해시키는 N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭사이드, 아세톤 등을 사용할 수 있다. 반응 온도는 사용하는 착물의 리간드에 따라 상이하지만, 통상적으로 10 ∼ 110 ℃ 의 범위이다.
그래프트 중합시키기 위해서 자외선 (광 중합 개시제를 사용) 이나 전자선 등의 방사선을 조사할 수도 있다. 전자선 중합은, 중합체 자체의 가교 반응이나 단량체의 보강 재료에 대한 그래프트 반응도 기대할 수 있어, 바람직한 양태이다. 조사량은 0.1 ∼ 50 Mrad 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ∼ 20 Mrad 이다.
중합체를 구성하는 모노머 단위를 98 ∼ 10 몰％ 와 용융염 단량체를 2 ∼ 90 몰％ 의 몰비의 범위가 되도록, 즉 그래프트화율이 2 ∼ 90 몰％ 가 되도록, 목표로 하는 가소물성 (可塑物性), pH 안정성에 맞춰 그래프트 중합한다. 용융염 단량체를 상기 중합체에 그래프트 중합하는 경우, 상기 중합체는 용액, 고체 중 어느 것이어도 된다. 이들 그래프트 중합체는 상기한 본건 출원인의 선행 특허 WO2010/113971 에 기재된 방법에 의해 얻어진다.
본 발명에 있어서, 오늄 카티온과 불소 원자 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고, 또한 중합성 관능기를 함유하는 용융염 단량체의 염 구조란, 지방족, 지환족, 방향족 또는 복소 고리의 오늄 카티온과 불소 원자 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 포함한다. 여기서 오늄 카티온이란, 암모늄 카티온, 포스포늄 카티온, 술포늄 카티온, 옥소늄 카티온, 구아니듐 카티온을 의미하고, 암모늄 카티온으로는, 제 4 급 암모늄 카티온, 이미다졸륨, 피리디늄, 피페리디늄 등의 복소 고리 암모늄 카티온 등을 들 수 있다. 하기 암모늄 카티온군에서 선택된 적어도 1 개의 카티온과 하기 아니온군에서 선택된 적어도 1 개의 아니온으로 이루어지는 염 구조가 바람직하다.
암모늄 카티온군 :
피롤륨 카티온, 피리디늄 카티온, 이미다졸륨 카티온, 피라졸륨 카티온, 벤즈이미다졸륨 카티온, 인돌륨 카티온, 카르바졸륨 카티온, 퀴놀리늄 카티온, 피롤리디늄 카티온, 피페리디늄 카티온, 피페라지늄 카티온, 알킬암모늄 카티온 {단, 탄소 원자수 1 ∼ 30 (예를 들어 탄소 원자수 1 ∼ 10) 의 알킬기, 하이드록시알킬기, 알콕시기로 치환되어 있는 것을 포함한다} 을 들 수 있다. 모두 N 및/또는 고리에 탄소 원자수 1 ∼ 30 (예를 들어, 탄소 원자수 1 ∼ 10) 의 알킬기, 하이드록시알킬기, 알콕시기가 결합하고 있는 것을 포함한다.
포스포늄 카티온으로는, 테트라알킬포스포늄 카티온 (탄소 원자수 1 ∼ 30 의 알킬기), 트리메틸에틸포스포늄 카티온, 트리에틸메틸포스포늄 카티온, 테트라아미노포스포늄 카티온, 트리알킬헥사데실포스포늄 카티온 (탄소 원자수 1 ∼ 30 의 알킬기), 트리페닐벤질포스포늄 카티온, 탄소 원자수 1 ∼ 30 의 알킬기를 3 개 갖는 포스핀 유도체의 포스포늄 카티온, 헥실트리메틸포스포늄 카티온, 트리메틸옥틸포스포늄 카티온의 비대칭 포스포늄 카티온, 디메틸트리아민프로필메탄포스페이트 등을 들 수 있다.
또, 술포늄 카티온으로는, 트리알킬술포늄 카티온 (알킬기), 디에틸메틸술포늄 카티온, 디메틸프로필술포늄, 디메틸헥실술포늄의 비대칭 술포늄 카티온을 들 수 있다.
불소 원자 함유 아니온군 :
BF4 -, PF6 -, CnF2n+1CO2 - (n 은 1 ∼ 4 의 정수), CnF2n+1SO3 - (n 은 1 ∼ 4 의 정수), (FSO2)2N-, (CF3SO2)2N-, (C2F5SO2)2N-, (CF3SO2)3N-, CF3SO2-N-COCF3 -, R-SO2-N-SO2CF3 - (R 은 지방족기), ArSO2-N-SO2CF3 - (Ar 은 방향족기), CF3COO- 등의 할로겐 원자를 함유하는 아니온이 예시된다.
상기 오늄 카티온, 특히 암모늄 카티온군 및 불소 원자 함유 아니온군에 예시된 종은, 내열성, 내환원성 또는 내산화성이 우수하고, 전기 화학창 (化學窓) 을 넓게 취할 수 있어, 전압 영역을 0.7 내지 5.5 V 까지의 고저 전압에 내성의 리튬 이온 이차 전지나 -45 ℃ 까지 저온 특성이 우수한 리튬 이온 캐패시터에 바람직하게 사용될 뿐만 아니라, 범용 용도에서의 도료, 접착제, 점착제, 표면 코트제, 반죽 첨가제로서 부도체 수지에 온도 특성이 우수한 기능성 정전 방지 성능을 부여할 수 있다. 또, 수지와의 혼합 처방으로 수지나 첨가제의 분산성능이나 평활성능에도 효과가 있다.
단량체에 있어서의 중합성 관능기로는, 비닐기, 아크릴기, 메타크릴기, 아크릴아미드기, 알릴 (Allyl) 기 등의 탄소-탄소 불포화기, 에폭시기, 옥세탄기 등을 갖는 고리형 에테르류, 테트라하이드로티오펜 등의 고리형 술파이드류나 이소시아네이트기 등을 예시할 수 있다.
(A) 중합성 관능기를 갖는 오늄 카티온, 특히 암모늄 카티온종으로는, 특히 바람직하게는, 트리알킬아미노에틸메타크릴레이트암모늄 카티온, 트리알킬아미노에틸아크릴레이트암모늄 카티온, 트리알킬아미노프로필아크릴아미드암모늄 카티온, 1-알킬-3-비닐이미다졸륨 카티온, 4-비닐-1-알킬피리디늄 카티온, 1-(4-비닐벤질)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 2-(메타아크릴로일옥시)디알킬암모늄 카티온, 1-(비닐옥시에틸)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-비닐이미다졸륨 카티온, 1-알릴이미다졸륨 카티온, N-알킬-N-알릴암모늄 카티온, 1-비닐-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-글리시딜-3-알킬-이미다졸륨 카티온, N-알릴-N-알킬피롤리디늄 카티온, 및 4 급 디알릴디알킬암모늄 카티온 등을 들 수 있다. 단, 알킬은 탄소 원자수 1 ∼ 10 의 알킬기이다.
(B) 불소 원자 함유 아니온종으로는, 특히 바람직하게는, 비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 아니온, 비스(플루오로술포닐)이미드 아니온, 2,2,2-트리플루오로-N-{(트리플루오로메탄)술포닐)}아세트이미드 아니온, 비스{(펜타플루오로에탄)술포닐}이미드 아니온, 테트라플루오로보레이트 아니온, 헥사플루오로포스페이트 아니온, 트리플루오로메탄술포닐이미드 아니온 등의 아니온을 들 수 있다.
또한, 용융염 단량체 (상기 카티온종과 아니온종의 염) 로는, 특히 바람직하게는, 트리알킬아미노에틸메타크릴레이트암모늄 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬)비스(플루오로술포닐)이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 2-(메타아크릴로일옥시)디알킬암모늄비스(플루오로술포닐)이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), N-알킬-N-알릴암모늄비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 1-비닐-3-알킬이미다졸륨비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 1-비닐-3-알킬이미다졸륨테트라플루오로보레이트 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 4-비닐-1-알킬피리디늄비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 4-비닐-1-알킬피리디늄테트라플루오로보레이트 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 1-(4-비닐벤질)-3-알킬이미다졸륨비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 1-(4-비닐벤질)-3-알킬이미다졸륨테트라플루오로보레이트 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 1-글리시딜-3-알킬-이미다졸륨비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 트리알킬아미노에틸메타크릴레이트암모늄트리플루오로메탄술포닐이미드 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), 1-글리시딜-3-알킬-이미다졸륨테트라플루오로보레이트 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬), N-비닐카르바졸륨테트라플루오로보레이트 (단, 알킬은 C1 ∼ C10 알킬) 등을 예시할 수 있다. 이들 용융염 단량체는, 1 종 또는 2 종 이상으로 사용할 수 있다. 이들 용융염 단량체는 상기한 본건 출원인의 선행 특허 WO2010/113971 에 기재된 방법에 의해 얻어진다.
상기 불소계 중합체에 대한 용융염 단량체의 그래프트화율은, 2 ∼ 90 몰％ 가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 ∼ 80 몰％, 최적으로는 20 ∼ 75 몰％ 이다. 이 범위의 그래프트화율을 만족시킴으로써, 본 발명의 목적을 보다 바람직하게 달성할 수 있다. 그래프트화율이 비교적 낮은 영역, 예를 들어 2 ∼ 40 몰％, 바람직하게는 10 ∼ 35 몰％, 더욱 바람직하게는 13 ∼ 30 몰％ 에 있어서는, 스펀지성상의 유연성을 유지할 수 있고, 지지체와의 결합 밀착성, 탄력성, 접착성 개량이라는 효과를 기대할 수 있다. 또 그래프트화율이 비교적 높은 영역, 예를 들어 42 ∼ 90 몰％, 특히 45 ∼ 90 몰％, 더욱 바람직하게는 45 ∼ 75 몰％ 의 영역에 있어서는, 점탄성이 증가하는 점에서 밀착 강도가 향상되고, 나아가서는 점착성, 내충격성, 안료 등의 입자 소재의 분산 평활성, pH 안정성, 온도 안정성, 나아가서는 도전성능 향상이라는 효과를 기대할 수 있다. 그래프트화율의 측정법은 후술하는 실시예에서 서술한다.
용융염 단량체의 그래프트 중합은, 단독으로 사용해도 되고, 또는 이것과 공중합할 수 있는 다른 단량체와 공중합시킬 수도 있다.
또한 여기서, 고분자 전해질 조성물 (X1) 에는, 비닐렌카보네이트류, 비닐렌아세테이트, 2-시아노푸란, 2-티오펜카르보니트릴, 아크릴로니트릴 등의 SEI (고체 전해질 계면상 : Solid Electrolyte Interphase) 막형성 소재 혹은 용제 등을 함유하는 단량체 조성물을 포함한다.
본 발명에 있어서는, 상기의 그래프트 중합하여 얻어진 고분자 도전 조성물 (X1) 에 불소계 중합체 (X2) 를 배합함으로써, 우수한 도전 소재를 얻을 수 있으므로, 다음으로 불소계 중합체 (X2) 에 대해 서술한다.
불소계 중합체 (X2) 로는, 상기한 그래프트 중합에 사용되는 불소 중합체, 특히 폴리불화비닐리덴 중합체 또는 공중합체를 바람직한 예로서 들 수 있다. 또한 3 불화 수지 등의 폴리클로르플루오로알킬렌 (알킬렌은 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 등), 4 불화 수지 (폴리테트라플루오로에틸렌), 폴리불화비닐, 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 (알킬은 메틸, 프로필, 부틸 등) 공중합체 등, 나아가서는 이들 불소계 중합체에 (모노, 디, 트리) 플루오로알킬렌 (알킬렌은 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 등) 을 부가하여 얻은 불소계 수지도 들 수 있다.
그래프트 중합하여 얻어진 고분자 도전 조성물 (X1) 의 배합 비율은, 고분자 도전 조성물 (X1) 과 불소계 중합체 (X2) 의 합계량에 대하여 0.1 ∼ 95 중량％, 바람직하게는 5 ∼ 80 중량％ 배합된다.
본 발명에 있어서는, 또한 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 용융염, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체염, 상기 용융염 단량체의 중합체 또는 공중합체의 적어도 1 종을 배합함으로써, 도전성, 도전 내구성이 한층 더 향상된다. 이들의 배합 비율은, 고분자 도전 조성물과 불소계 중합체의 합계량에 대하여 0.1 ∼ 95 중량％, 바람직하게는 0.1 ∼ 60 중량％, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 40 중량％ 이다.
여기서, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 용융염으로는, 상기한 암모늄 카티온군과 불소 함유 아니온군으로 구성되는 용융염이 바람직하다. 또, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체는 상기한 그래프트 중합에 사용되는 용융염 단량체를 들 수 있다.
또, 용융염 단량체의 중합체 또는 공중합체로는, 상기 용융염 단량체의 호모폴리머를 바람직한 예로서 들 수 있다. 이들 호모폴리머 중, 1-알킬-3-비닐이미다졸륨 카티온 (AVI), 4-비닐-1-알킬피리디늄 카티온, 1-(4-비닐벤질)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-(비닐옥시에틸)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-비닐이미다졸륨 카티온, 4 급 디알릴디알킬암모늄 카티온 (DAA), 2-(메타크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄 (MOETMA) 카티온, 디알킬(아미노알킬)아크릴아미드, 디알킬(아미노알킬)아크릴레이트, 하이드록시알킬메타아크릴레이트의 호모폴리머, 또는 이들 단량체의 2 종 이상의 공중합체를 들 수 있지만, 호모폴리머가 바람직하다. 또 상기 용융염 단량체와 다른 공단량체의 공중합체를 들 수 있다.
이들 용융염 단량체의 중합체 또는 공중합체는, 아조계 중합 개시제 (AIBN 등), 과산화물계 중합 개시제 (BPO 등) 를 사용한 라디칼 중합, 또는 브렌스테드산이나 루이스산 등의 중합 개시제에 의한 카티온 중합 반응, AIBN 이나 BPO 를 사용한 리빙 라디칼 중합에 의해 얻을 수 있다. 이들 중합 중 리빙 라디칼 중합이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 전하 이동 이온원을 배합함으로써, 도전성, 도전 내구성이 향상된다. 여기서 전하 이동 이온원으로는, 전형적으로는, 리튬염이고, 바람직하게는 하기의 리튬 카티온과 불소 원자 함유 아니온으로 이루어지는 리튬염이 사용된다.
전하 이동 이온원으로는, LiBF4, LiPF6, CnF2n+1CO2Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수), CnF2n+1SO3Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수), (FSO2)2NLi, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (FSO2)2Li, (CF3SO2)3CLi, (CF3SO2-N-COCF3)Li, (R-SO2-N-SO2CF3)Li (R 은 알킬기 등의 지방족기 또는 방향족기), 및 (CN-N)2CnF2n+1Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수) 로 이루어지는 군에서 선택된 리튬염 등을 들 수 있다. 또한 리튬염 이외의 것으로는, 주석인듐옥사이드 (TIO), 탄산염 등의 전하 이동 이온원도 들 수 있다.
또 전하 이동 이온원으로는, 질소 함유의 염, 바람직하게는 하기의 알킬암모늄 카티온 (예를 들어, 테트라에틸암모늄 카티온, 트리에틸메틸암모늄 카티온) 과 불소 원자 함유 아니온으로 이루어지는 염도 사용된다.
Et4-N+BF4 -, Et3Me-N+BF4 -
Et4-N+PF6 -, Et3Me-N+PF6 - 등.
상기 전하 이동 이온원은 2 종 이상을 배합할 수도 있다.
상기 전하 이동 이온원의 배합량은 고분자 전해질 조성물 (X1) 에 대하여 0.5 ∼ 2 몰, 바람직하게는 0.7 ∼ 1.5 몰이다.
전하 이동 이온원의 카운터 이온인 테트라알킬렌글리콜디알킬에테르 (TAGDAE) 의 알킬렌으로는, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄소수 1 ∼ 30 의 알킬렌, 알킬로는 메틸, 에틸, 프로필 등의 탄소수 1 ∼ 30 의 알킬을 들 수 있다. 이들 중에서 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르 (TEGDME) 가 최적이다. TAGDAE 의 전하 이동 이온원에 대한 배합 비율은 0.2 ∼ 2.0 몰, 바람직하게는 0.4 ∼ 1.5 몰이다.
또, 상기 전하 이동 이온원을 지지하는 아니온 (이온 도전 지지염) 으로서, 비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드, 2,2,2-트리플루오로-N-{(트리플루오로메탄)술포닐)}아세트이미드, 비스{(펜타플루오로에탄)술포닐}이미드, 비스{(플루오로)술포닐}이미드, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트 및 트리플루오로메탄술포닐이미드 등이 효과적으로 기능한다.
또한 본 발명에서는, 이와 같이 하여 얻어진 고분자 도전 조성물 (X1 및 X2 를 함유) 을 하기 수지 (Y) 에 배합함으로써, 또한 도전성, 도전 내구성 등이 향상된다. 고분자 도전 조성물과 수지 (Y) 를 혼화하는 방법으로는, 혼련하는 방법, 용제를 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 혼련하는 방법으로는, 이들 수지의 펠릿을 제조하여, 목적으로 하는 배합 비율의 조성물을 제조하는 방법이 바람직하다. 고분자 도전 조성물의 배합 비율은, 고분자 도전 조성물과 수지 (Y) 의 합계량에 대하여 0.1 ∼ 95 중량％, 바람직하게는 0.1 ∼ 60 중량％, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 40 중량％ 이다.
고분자 도전 조성물을, 고농도, 예를 들어 5 ∼ 98 중량％, 바람직하게는 10 ∼ 80 중량％ 로 (Y) 에 배합하여 용융 혼련하고 압출 성형하고 절단하여 펠릿 (마스터 배치) 을 제조하고, 이 펠릿을 수지 (Y) 에 배합하여, 고분자 도전 조성물을 0.1 ∼ 40 중량％ 함유시키는 방법이 바람직하다. (Y) 를 배합함으로써, 부도체 수지를 클라우드 구조 및/또는 프로톤기를 개재한 이온 호핑 구조를 형성하여 보다 우수한 도전성 수지로 할 수 있다.
여기서 수지 (Y) 로는, 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리할로겐계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 디엔계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌술파이드, 폴리이미드계 수지, 규소계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 아미노계 수지, 천연계 수지에서 선택되는 적어도 1 종의 수지를 들 수 있다.
여기서, 폴리올레핀계 수지로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리스티렌 등을 들 수 있고, 폴리아크릴계 수지로는, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴니트릴, 폴리아크릴산염 등을 들 수 있고, 폴리할로겐계 수지로는, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 4 불화 레진 등을 들 수 있다. 또, 아세트산비닐계 수지로는, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있고, 폴리에테르계 수지로는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에테르케톤을 들 수 있고, 디엔계 수지로는, 부타디엔계 고무, 클로로프렌계 고무, 이소프렌계 고무 등을 들 수 있다. 또, 폴리에스테르계 수지로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리옥시벤조에이트, 불포화 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-폴리에스테르 폴리머 알로이 수지 등을 들 수 있고, 폴리아미드계 수지로는, 폴리카프로락탐계 수지, 폴리헥사메틸렌아디페이트계 수지, 폴리 방향족 폴리아미드계 수지 등을 들 수 있고, 폴리술폰계 수지로는, 폴리술폰, 폴리에테르술폰을 들 수 있고, 규소계 수지로는, 실리콘 고무, 실리콘 수지, 중합성 실리콘 수지 등을 들 수 있고, 아미노계 수지로는, 우레아 수지, 멜라민 수지 등을 들 수 있고, 천연계 수지로는, 셀룰로오스계 수지, 천연 고무계 수지, 단백질계 수지, 구아검, 타마린드, 로커스트빈검, 잔탄검, 카라기난 등을 들 수 있다.
이들 중에서 폴리아크릴계 수지, 디엔계 수지, 규소계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리이미드계 수지가 바람직하다. 특히 폴리아크릴계 수지가 최적이고, 폴리아크릴계 수지로는, 알킬아크릴레이트 또는 알킬(메트)크릴레이트의 중합체 또는 공중합체가 바람직하고, 공중합체로는, 하이드록시에틸아크릴아미드, 디알킬아크릴아미드, 디알킬아미노알킬아크릴아미드, 아크릴로일모르폴린, 부틸아크릴레이트-벤질아크릴레이트-4-하이드록시부틸아크릴레이트의 공중합체나 부틸아크릴레이트-벤질아크릴레이트-페녹시에틸아크릴레이트-4-하이드록시부틸아크릴레이트-아크릴산 공중합체를 들 수 있다.
고분자 전해질 조성물에 불소계 중합체 등을 배합하여 사용할 때, 상용화제, 분산제, 산화 방지제, 슬립제, 안티 블로킹제, 충전제 (실리카, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 탤크, 세라믹스 등), 자외선 흡수제, 염료, 안료 등을 각각 목적에 따라 적절히 배합하는 것이 바람직하다. 여기서 상용화제 또는 분산제로는, 저분자 화합물 (1,2-폴리부타디엔, 폴리아미드·폴리페닐렌에테르 공중합체, 천연 고무 라텍스, 액상 이소프렌 중합체 에멀션), 나아가서는 프탈로시아닌 (수산기 함유 석유 수지 「리오노블」 토요 잉크 제조 (주) 제조) 등이 바람직하게 사용된다. 또 충전제는 수지 (X1 및/또는 X2 와 Y 의 합계량) 에 대하여 5 ∼ 50 중량％ 배합하는 것이 바람직하다. 배합 처방에 사용되는 희석 용매로는, 방향족 용제, 에테르계 용제, 2-프로판올, n-메틸피롤리돈, 케톤계 용제, 아세톤, 클로로알킬렌계 용제, 에스테르계 용제, 할로겐계 용제, 디메틸술폭사이드 (DMSO), 아세트산부틸, 아세트산셀로솔브 등을 사용할 수 있다. 특히 자외선 흡수제를 함유시킴으로써, 자외선 경화 도료로서 가열 양생 등을 필요로 하지 않는 효과적인 도막 형성이 가능해지고, 또 도막층의 강도도 향상된다.
본 발명의 도전 소재는, 도전 점착제, 도전 접착제, 도전 도료, 성형용 도전 수지 분말, 사출 성형용 도전 수지 펠릿, 도전 실, 도전 시트, 도전판 또는 도전관상 성형체인 도전 소재로서 유용하고, 특히 도전성 점착제로는 매우 유용하다. 또한 본 발명의 도전 소재는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리이미드 필름 등의 세퍼레이터의 편면 또는 양면의 코트제로서도 유용하다. 편면 또는 양면에 코트하는 방법으로는, 침지법, 캘린더 코트법, 다이 코트법, 분무 코트법 등을 들 수 있고, 이것을 자연 건조 또는 열건조시킴으로써 도전 세퍼레이터 소재를 제조할 수 있다.
또한 본 발명의 도전 소재는 적층체로서도 매우 유용하므로, 이하에 적층체에 대해 서술한다.
적층체는, 자유 전자를 갖지 않는 절연체의 부도체 수지 (W) 층의 편면에 상기한 수지 조성물 (예를 들어 점착제 또는 접착제) 을 도포하는 방법, 또는 그 위에 부도체 수지 (W) 층을 중첩하는 방법, 또는 부도체 수지층 (W) 의 편면에 수지 조성물을 도포하고, 그 위에 부도체 수지 (W) 층을 압출 성형하는 방법, 또는 2 층 또는 3 층 이상을 공압출 성형하는 방법 등에 의해 얻어진다. 양측의 부도체 수지 (W) 층을 형성하는 경우에는, 부도체 수지 (W) 는 동일해도 되고 상이해도 된다. 부도체 수지 (W) 층은 필름인 것이 바람직하다.
부도체 수지 (W) 로는, 상기한 수지 (Y) 를 들 수 있지만, 폴리올레핀계 수지 (폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리스티렌), 아세트산비닐계 수지 (폴리아세트산비닐, 폴리비닐알코올), 폴리에스테르계 수지 (폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리옥시벤조에이트, 불포화 폴리에스테르, 폴리카보네이트) 가 바람직하다.
수지 조성물로 이루어지는 층, 나아가서는 중간층의 두께는 바람직하게는 1 ∼ 100 미크론, 더욱 바람직하게는 5 ∼ 50 미크론이다. 또 부도체 수지 (W) 층의 편면의 두께는 바람직하게는 1 ∼ 200 미크론, 더욱 바람직하게는 5 ∼ 50 미크론이다. 또한 3 층으로 이루어지는 적층체의 전체 두께는 바람직하게는 5 ∼ 300 미크론, 더욱 바람직하게는 15 ∼ 150 미크론이다.
적층체의 층 구성으로는, 수지 조성물층/W 층/수지 조성물층, W 층/수지 조성물층, W 층/수지 조성물층/W 층, W 층/수지 조성물층/W 층/수지 조성물층/W 층, W 층/수지 조성물층/W 층/수지 조성물층/W 층/수지 조성물층/W 층 등 다층 구조로 하는 것은 자유이다. 또, 본 발명의 층 구성은, W 층/수지 조성물층, W 층/수지 조성물층/W 층, 수지 조성물층/W 층/수지 조성물층이 바람직하고, 이것에 추가로 층, 예를 들어 수지, 금속, 유리, 목재, 종이, 섬유, 편직물, 부직포 등의 층을 형성하는 것은 자유이다.
이와 같이 하여 얻어진 적층체는, 후술하는 실시예로부터도 분명한 바와 같이 부도체 수지 (W) 층의 표면에서도 매우 우수한 도전성, 및 우수한 도전 내구성을 나타내고, 또한 적층체의 밀착 강도도 우수하다. 요컨대, 수지 조성물층에 도전성 클러스터를 형성하지 않아도, 수지 조성물층 중의 이온 (아니온 또는 카티온) 을 W 층 표면에 더욱 더 효율적으로 전자 이동시킬 수 있어, 도전성, 도전 내구성을 대폭 개선할 수 있다. 수지 조성물층은 라멜라 구조로 되어 있지 않아도 되지만, 라멜라 구조로 함으로써 보다 효율적으로 전자 이동을 촉진시키는 것이 가능해진다.
다음으로 실시예에 의해 본 발명을 더욱 설명한다.
실시예
[그래프트 중합체 1]
불화비닐리덴 (PVdF)-트리플루오로클로로에틸렌 (CTFE) 공중합체로서 -(CH2-CF2)n-(CF2-CFCl)m- {n 은 96 몰％, m 은 4 몰％, 쿠레하 화학 공업사 제조, 상품명 #7500, 고유 점도 [η] = 2.55 (오스트발트 점도계 사용, 용매 DMAC, 측정 온도 25 ℃) [η] 로부터 추산 분자량 120 만} 을 사용하고, 이것에 용융염 단량체를 하기의 조건에 의해, 그래프트 중합하였다.
1 ℓ 3구 플라스크에 응축기, 교반 장치 및 적하 장치를 붙이고, PVdF-CTFE 공중합체 #7500 6 g 과, N-메틸피롤리돈 (NMP) 80 g 을 첨가하고, 유욕 (油浴) 중에서 80 ℃ 로 가온, 교반 용해시켰다. 이어서 아르곤 가스로 분위기를 충분히 치환한 후, 용융염 단량체 {화합물명 트리메틸아미노에틸메타크릴레이트비스{(트리플루오로메틸)술포닐}이미드 (TMAEMA·TFSI)} 와, 미리 20 g 의 NMP 에 용해시킨 N,N,N',N'-테트라키스(2-피리딜메틸)에틸렌디아민 (TPEN) 0.46 g 과 CuCl 0.08 g 을 첨가하였다. 또한 아르곤으로 치환하고 90 ℃ 로 승온시키고 23 시간 반응시켰다.
반응 후 40 ℃ 까지 냉각시키고 아세톤으로 희석하여, 50 ％ 메탄올 수용액 중에 교반하면서 주입하여 석출시켰다. 반응 생성물은 또한 메탄올 용액으로 세정한 후 건조시켜, 조제 (粗製) 중합체를 얻었다.
이어서 조제 중합체를 분쇄하고 아세톤 40 ％, 메탄올 60 ％ 의 혼합 용제를 첨가하고 교반하였다. 그래프트하고 있지 않은 이온성 액체 중합체 및 미반응 용융염 단량체는 용해되고, 그래프트 중합체는 팽윤되어 침강하므로, 원심 분리기로 분리하였다. 이 추출 조작을 반복하여 그래프트 중합체 1 을 얻었다. 또한 30 ℃, 진공 건조기로 건조시켜 수량 (收量) 을 측정, 또 적외 스펙트럼을 측정하여 그래프트화율 (몰％) 을 산출한 결과, 71.7 몰％ 를 나타냈다.
주 (注) 1) 그래프트화율 (몰％)
PVdF-CTFE 공중합체와 그래프트 중합체의 배합 비율을 바꾸어, 적외 스펙트럼을 측정하여 검량선을 작성하고, 이 검량선을 사용하여, 시료의 그래프트 중합체의 그래프트화율 (몰％) 을 구하였다.
[그래프트 중합체 2 ∼ 6]
상기 그래프트 중합체 1 의 제법에 있어서, CTFE 4 몰％ 의 공중합체 대신에 CTFE 7 몰％ 의 공중합체인 -(CH2-CF2)n-(CF2-CFCl)m- {n 은 93 몰％, m 은 7 몰％, 쿠레하 화학 공업사 제조, 상품명 FD3145, 고유 점도 [η] = 2.42 (오스트발트 점도계 사용, 용매 디메틸아세트아미드 (DMAC), 측정 온도 25 ℃), [η] 로부터 추산 분자량 111 만} 을 사용한 것, 또, 용융염 단량체로서 TMAEMA·TFSI 대신에 다른 용융염 단량체를 사용한 것, 또한 그래프트 중합의 조건으로서 촉매 CuCl 대신에 CuBr 을 사용한 것, 나아가서는 CuBr 의 사용량을 적절히 변경한 것 이외에는, 동일하게 하여 그래프트 중합체 2 ∼ 6 을 얻었다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
그래프트 중합체 2 :
용융염 단량체로서, 2-(메타아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄염의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (MOETMA·FSI) 을 사용한 그래프트 중합체. 또한 30 ℃, 진공 건조기로 건조시켜 수량을 측정, 또 적외 스펙트럼을 측정하여 그래프트화율 (몰％) 을 산출한 결과, 60.8 몰％ 를 나타냈다.
그래프트 중합체 3 :
용융염 단량체로서, 2-(메타아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄염의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (MOETMA·FSI) 을 사용한 그래프트 중합체. 또한 30 ℃, 진공 건조기로 건조시켜 수량을 측정, 또 적외 스펙트럼을 측정하여 그래프트화율 (몰％) 을 산출한 결과, 45.6 몰％ 를 나타냈다.
그래프트 중합체 4 :
용융염 단량체로서, 2-(메타아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄염의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (MOETMA·FSI) 을 사용한 그래프트 중합체. 또한 30 ℃, 진공 건조기로 건조시켜 수량을 측정, 또 적외 스펙트럼을 측정하여 그래프트화율 (몰％) 을 산출한 결과, 23.3 몰％ 를 나타냈다.
그래프트 중합체 5 :
용융염 단량체로서, 2-(메타아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄염의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (MOETMA·FSI) 을 사용한 그래프트 중합체. 또한 30 ℃, 진공 건조기로 건조시켜 수량을 측정, 또 적외 스펙트럼을 측정하여 그래프트화율 (몰％) 을 산출한 결과, 17.8 몰％ 를 나타냈다.
그래프트 중합체 6 :
용융염 단량체로서, 2-(메타아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄염의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (MOETMA·FSI) 을 사용한 그래프트 중합체. 또한 30 ℃, 진공 건조기로 건조시켜 수량을 측정, 또 적외 스펙트럼을 측정하여 그래프트화율 (몰％) 을 산출한 결과, 7.1 몰％ 를 나타냈다.
호모폴리머 (Z-1) :
용융염 단량체로서, 2-(메타아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄염의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (MOETMA·FSI) 을 사용하고, 50 g 을 아세톤에 용해시켜 아조계 중합 개시제를 5 g 사용하고, 60 ℃ 로 승온시키고 리빙 중합을 실시하여 목적으로 하는 호모폴리머가 얻어졌다. 얻어진 호모폴리머를 에탄올에 용해시켜 정제를 실시하였다. 용제를 건조시켜 호모폴리머를 얻었다.
호모폴리머 (Z-2)
상기의 용융염 단량체를 디메틸아미노프로필아크릴아미드의 비스플루오로술포닐이미드 (FSI) 화물 (DMAPAA·FSI) 을 사용하고, 상기 호모폴리머 (Z-1) 과 동일한 조건으로 리빙 중합하여 호모폴리머를 얻었다.
실시예 1 (도전 소재 = 점착제)
상기의 그래프트 중합체 1 {고분자 도전 조성물 (X1)} 30 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴) (X2) 70 중량％ 에, 분산제 프탈로시아닌 (수산기 함유 석유 수지 「리오노블」 토요 잉크 제조 (주) 제조) 을 (X1) 과 (X2) 의 총합에 대하여 10 중량％ n-메틸피롤리돈에 용융 혼합하여 10 중량％ 고형분의 도전 점착제를 얻었다.
실시예 2 (도전 소재 = 점착제)
상기의 그래프트 중합체 2 (고분자 전해질 조성물) (X1) 10 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴) (X2) 20 중량％, 아크릴 수지 (상품명 「BR-106」 미츠비시 레이욘사 제조) 70 중량％ (Y) 에, 분산제 프탈로시아닌 (수산기 함유 석유 수지 「리오노블」 토요 잉크 제조 (주) 제조) 을 (X1) 과 (X2) 의 총합에 대하여 10 중량％ n-메틸피롤리돈에 용융 혼합하여 10 중량％ 고형분의 도전 점착제를 얻었다.
실시예 3 (도전 소재 = 점착제)
상기의 그래프트 중합체 3 (고분자 전해질 조성물) (X1) 20 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴) (X2) 70 중량％, 중합성기를 갖지 않는 용융염 {1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로술폰이미드 (EMI-TFSI)} 10 중량％ 에, (X1) 과의 총합에 대하여 1.0 몰 전하 이동 이온원 (리튬테트라플루오로술폰이미드) 을 첨가하고, 분산제 프탈로시아닌 (상품명 수산기 함유 석유 수지 「리오노블」 토요 잉크 제조 (주) 제조) 을 (X1) 과 (X2) 및 중합성기를 갖지 않는 용융염의 총합에 대하여, 10 중량％ n-메틸피롤리돈에 용융 혼합하여 10 중량％ 고형분의 도전 점착제를 얻었다.
실시예 4 (도전 소재 = 수지 펠릿)
상기의 그래프트 중합체 4 (고분자 전해질 조성물) (X1) 30 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴 중합체) (X2) 65 중량％, 중합성기를 갖는 용융염 (에틸렌비닐이미다졸비스플루오로술폰이미드) 5 중량％ 에, (X1) 과 중합기를 갖는 용융염의 총합에 1.0 몰 전하 이동 이온원 (리튬테트라플루오로술폰이미드) 을 첨가하고, 분산제 프탈로시아닌 (상품명 수산기 함유 석유 수지 「리오노블」 토요 잉크 제조 (주) 제조) 을 (X1) 과 (X2) 의 총합에 대하여 10 중량％ 용융 혼련하여 수지 혼화물을 얻고, 이어서 이 혼화물을 「범용 폴리에스테르 수지」 에, X 가 Y 에 대해 5 중량％ 가 되도록 혼련하고, 압출 성형하여, 수지 펠릿을 얻었다.
실시예 5 (도전 소재 = 도료)
상기의 그래프트 중합체 5 (고분자 전해질 조성물) (X1) 15 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴 공중합체) (X2) 70 중량％, 용융염 단량체의 호모폴리머 (Z-1) 15 중량％ 에 대하여, 2-메틸-1,3-프로판올디올 55 중량％ 와 레벨링제 (BYK 제품 : BYK-331) 20 중량％ 를 배합하고, 또한 디부틸주석디라우레이트 촉매를 (X1) 과 (Z-1) 의 총합에 대하여 0.5 중량％ 첨가하고 용제 자일렌/아세트산부틸/아세트산셀로솔브의 6 : 3 : 1 배합으로 희석하여, 고형분 농도 30 ％ 도료를 제조하였다.
실시예 6 (도전 소재 = 시트)
상기의 그래프트 중합체 6 (고분자 전해질 조성물) (X1) 20 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴 공중합체) (X2) 70 중량％, 중합기를 갖는 용융염 단량체 (MOETMA·FSI) 의 호모폴리머 (Z-1) 10 중량％ 의 혼화물에, 열중합 촉매 (와코우 순약 제조 : 아조 중합 개시제 V-60AIBN) 를 (X1) 과 (X2) 와 (Z-1) 총합에 대하여 2.0 중량％ 배합하고, 용제 벤질알코올로 용융 교반하여 10 중량％ 고형분의 도포 용액을 제조하였다. 이 용액을 폴리에스테르 필름 상에 캐스팅하고 65 ℃ 에서 가열하여 도전 시트를 제조하였다.
실시예 7 (도전 소재 = 실)
상기의 그래프트 중합체 6 (고분자 전해질 조성물) (X1) 20 중량％, 불소계 공중합체 (테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로메틸비닐에테르 공중합체) (X2) 65 중량％, 용융염 단량체의 호모폴리머 (Z-1) 15 중량％ 의 총합을 30 중량％ 와, 폴리에테르 수지 (1 액성 폴리우레탄 수지 ; URIC H-57 닛폰 폴리우레탄 제조, 액상 경화제 ; 동사 제조 밀리오네이트 MTL) (Y) 의 70 중량％ 의 혼화물을 에탄올 용제로 용융 교반하여 10 중량％ 고형분의 도포 용액을 제조하였다. 이 용액욕에 폴리에스테르 실을 침지시키고 90 ℃ 에서 건조시켜 도전 실을 제조하였다. 가공 대상이 되는 실의 종류는, 천연 소재 실이나 폴리에테르 실 등 특별히 한정되지 않는다.
실시예 8 (도전 소재 = 판상)
상기의 그래프트 중합체 6 (고분자 전해질 조성물) (X1) 10 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴 중합체) (X2) 80 중량％, 용융염 단량체의 호모폴리머 (Z-1) 10 중량％ 에, 1.0 몰 전하 이동 이온원 (리튬테트라플루오로술폰이미드) 의 혼합물을 범용 에폭시 수지 (Y) 와 혼화하여 도액을 실시예 6 과 동일한 조건으로 제조하였다. 이 용액을 아크릴 수지판 상에 50 미크론 두께로 캐스팅하고 65 ℃ 로 가온하여 도전층막 수지판을 제조하였다.
실시예 9 (도전 소재 = 중공 형상 관상)
상기의 그래프트 중합체 6 (고분자 전해질 조성물) (X1) 30 중량％, 불소계 중합체 (폴리불화비닐리덴 중합체) (X2) 60 중량％, 용융염 단량체의 호모폴리머 (Z-2) 10 중량％ 에, 1.0 몰 전하 이동 이온원 (리튬테트라플루오로술폰이미드) 의 혼합물을 30 중량％ 와, 주형용 우레탄 수지 (DIC Corporation 제조 판덱스 P-910) (Y) 70 중량％ 를 혼화하여 실시예 6 과 동일한 조건으로 용액을 제조하였다. 이 성형 용액 재료를 금형의 캐피티에 투입하고 가열하면서 공기를 주입하여 중공 형상 관상의 도전 소재를 제조하였다. 이 성형법은, 사출 블로우 성형이어도 된다.
실시예 10
실시예 1 에 있어서, 전하 이동 이온원 {(FSO2)2NLi} 을 X1 에 대하여 1.0 몰 배합하고, 이하 실시예 1 과 동일하게 하여 도전 점착제를 얻었다.
실시예 11
실시예 1 에 있어서, 전하 이동 이온원을 X1 에 대해 1.0 몰 배합하고, 또한 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르 (TEGDME) 를 전하 이동 이온원에 대해 0.5 몰 배합하고, 이하 실시예 1 과 동일하게 하여 도전 점착제를 얻었다.
비교예 1
실시예 1 에 있어서 사용한 그래프트 중합체 1 대신에 1-에틸-3-메틸이미다졸륨비스-{(트리플루오로메틸)술포닐}이미드 (EMI·TFSI) 의 톨루엔-메틸에틸케톤 용액을 사용하고, 그 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 점착제를 얻었다.
비교예 2
실시예 1 에 있어서 불소계 중합체를 사용하지 않는 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 점착제를 얻었다.
실시예 12 (적층체)
실시예 1 에서 얻은 점착제를 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 을 중첩하고, 100 ℃, 10 ㎏/㎠ 로 2 분간 열압착하여 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 10 미크론, 적층체의 전체 두께 110 미크론이었다.
실시예 13 (적층체)
실시예 2 에서 얻은 점착제를 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리프로필렌 수지를 압출기로 용융하여 230 ℃ 의 T-다이로부터 압출한 용융막을, 50 ℃ 의 칠롤에 밀착시킨 상기 폴리에스테르 필름의 점착제면에 압출 코팅하였다. 이어서 칠롤 상에 형성한 닙롤로 가압하면서 냉각시키고, 고화시켜, 폴리프로필렌 필름 (72 미크론) 과의 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 15 미크론, 적층체의 전체 두께 137 미크론이었다.
실시예 14 (적층체)
실시예 3 에서 얻은 점착제를 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 을 중첩하고, 100 ℃, 10 ㎏/㎠ 로 2 분간 열압착하여 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 10 미크론, 적층체의 전체 두께 110 미크론이었다.
실시예 15 (적층체)
실시예 4 에서 얻은 점착제를 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 을 중첩하고, 100 ℃, 10 ㎏/㎠ 로 2 분간 열압착하여 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 10 미크론, 적층체의 전체 두께 110 미크론이었다.
실시예 16 (적층체)
실시예 3 에서 얻은 점착제를 폴리이미드 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 을 중첩하고, 100 ℃, 10 ㎏/㎠ 로 2 분간 열압착하여 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 10 미크론, 적층체의 전체 두께 110 미크론이었다.
비교예 3
비교예 1 에서 얻은 점착제를 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 을 중첩하고, 100 ℃, 10 ㎏/㎠ 로 2 분간 열압착하여 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 10 미크론, 적층체의 전체 두께 110 미크론이었다.
비교예 4
비교예 2 에서 얻은 점착제를 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 의 편면에 도포하고, 이 위에 폴리에스테르 필름 (50 미크론) 을 중첩하고, 100 ℃, 10 ㎏/㎠ 로 2 분간 열압착하여 적층 필름을 얻었다. 중간층의 점착제층의 두께 10 미크론, 적층체의 전체 두께 110 미크론이었다.
Figure pct00002
Figure pct00003
주 1) 밀착 강도 : MPas (메가파스칼), 적층체의 폴리에스테르 필름을 5 ㎝/분으로 180 도 박리하고, 박리 강도를 구하였다.
주 2) 도전성 : S/㎝ (단위 ㎝ 당 지멘스), 전극 면적 0.95 ㎠ 의 백금 전극 사이에 시료를 끼우고, 20 ℃, 65 ％RH 로, 교류 임피던스법 (0.1 V, 주파수 1 ㎐ ∼ 10 ㎒) 에 의해 막저항을 측정하여, 막 도전성능을 산출하고 있습니다.
주 3) 도전 내구성 : 40 ℃ - RH50 ％ 의 조건하에 6 개월 방치 후의 도전성을 측정.
산업상 이용가능성
본 발명의 도전 소재는, 우수한 강도, 우수한 도전성과 우수한 도전 내구성을 가지고 있으므로 도전 점착제, 도전 접착제, 도전 도료, 도전 실, 도전 시트, 도전 판상체, 도전 중공관체 등으로서 유용하고, 또 리튬 이온 이차 전지, 캐패시터, 연료 전지 등의 도전 세퍼레이터 (필터) 로서 유용하고, 또한 적층체는 편광판 등의 광학용 적층체, 자기 테이프 적층체 등의 도전성이 요구되는 분야에서 유용하다. 그 밖에, LTO 등의 금속이나 카본을 배합하여 도통체로 한 점착제·접착제·도료는 색상이 제한되어 있거나, 투명성에 제약이 있는 등의 응용 용도 분야에 제한이 있었지만, 본 발명의 도전 소재를 응용한 상기 재료는 색상에 대한 영향을 없앨 수 있어, 아크릴 수지의 투명도에 필적하는 투명성이 요구되는 도전 소재에 대한 응용도 가능해졌다.

Claims (10)

  1. 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고, 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체를 불소계 중합체에 2 ∼ 90 몰％ 그래프트 중합하여 얻은 고분자 도전 조성물 (X1) 을 불소계 중합체 (X2) 에 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 조성물을 갖는 도전 소재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 용융염, 오늄 카티온과 불소 함유 아니온으로 이루어지는 염 구조를 갖고 또한 중합성 관능기를 갖는 용융염 단량체염, 상기 용융염 단량체의 중합체 또는 공중합체의 적어도 1 종을 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 도전 소재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 하기 수지 (Y) 를 0.1 ∼ 95 중량％ 함유하는 도전 소재.
    수지 (Y) : 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리할로겐계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 디엔계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌술파이드계 수지, 폴리이미드계 수지, 규소계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 아미노계 수지, 천연계 수지에서 선택되는 적어도 1 종의 수지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    불소계 중합체가, 불화비닐리덴에
    식 : -(CR1R2-CFX)-
    식 중, X 는 불소 이외의 할로겐 원자이고,
    R1 및 R2 는 수소 원자 또는 불소 원자이고,
    양자는 동일해도 되고 상이해도 된다,
    로 나타내는 단위를 갖는 폴리불화비닐리덴 공중합체인 도전 소재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    원자 이동 라디칼 중합에 의해, 용융염 단량체를 불소계 중합체에 그래프트 중합하는 도전 소재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    용융염 단량체가, (A) 트리알킬아미노에틸메타크릴레이트암모늄 카티온, 트리알킬아미노에틸아크릴레이트암모늄 카티온, 트리알킬아미노프로필아크릴아미드암모늄 카티온, 2-(메타아크릴로일옥시)디알킬암모늄 카티온, 1-알킬-3-비닐이미다졸륨 카티온, 4-비닐-1-알킬피리디늄 카티온, 1-(4-비닐벤질)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-(비닐옥시에틸)-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-비닐이미다졸륨 카티온, 1-알릴이미다졸륨 카티온, N-알킬-N-알릴암모늄 카티온, 1-비닐-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-비닐-3-알킬이미다졸륨 카티온, 1-글리시딜-3-알킬-이미다졸륨 카티온, N-알릴-N-알킬피롤리디늄 카티온, 오늄 카티온 및 4 급 디알릴디알킬암모늄 카티온으로 이루어지는 군에서 선택된 4 급 암모늄 카티온과, (B) 비스{(트리플루오로메탄)술포닐}이미드 아니온, 2,2,2-트리플루오로-N-{(트리플루오로메탄)술포닐)}아세트이미드 아니온, 비스{(펜타플루오로에탄)술포닐}이미드 아니온, 비스{(플루오로)술포닐}이미드 아니온, 테트라플루오로보레이트 아니온, 헥사플루오로포스페이트 아니온, 트리플루오로메탄술포닐이미드 아니온, 퍼플루오로알칸술포네이트 아니온, 비스(퍼플루오로알칸술포닐)이미드 아니온, 트리스(퍼플루오로알칸술포닐)메티드 아니온으로 이루어지는 군에서 선택된 아니온의 염인 도전 소재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전하 이동 이온원으로서, LiBF4, LiPF6, CnF2n+1CO2Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수), CnF2n+1SO3Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수), (FSO2)2NLi, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (FSO2)2Li, (CF3SO2)3CLi, (CF3SO2-N-COCF3)Li, (R-SO2-N-SO2CF3)Li (R 은 지방족기 또는 방향족기), 및 (CN-N)2CnF2n+1Li (n 은 1 ∼ 4 의 정수) 로 이루어지는 군에서 선택된 리튬염을 함유하는 도전 소재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 7 항에 기재된 도전 소재에 테트라알킬렌글리콜디알킬에테르를 함유하는 도전 소재.
  9. 제 1 항에 기재된 도전 소재를 갖는, 도전 점착제, 도전 접착제, 도전 도료, 성형용 도전 수지 분말, 사출 성형용 도전 수지 펠릿, 도전 실, 도전 시트, 도전판 또는 도전관상 성형체.
  10. 제 1 항에 기재된 도전 소재를 갖는 점착제, 접착제 또는 도료층을 갖거나, 또는 이들 층을 중간층으로 하는, 적어도 편측에 자유 전자를 갖지 않는 절연체의 하기 부도체 수지 (W) 층을 갖는 도전 적층체.
    수지 (W) : 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리할로겐계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 디엔계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리이미드계 수지, 박리 시트를 포함하는 규소계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 아미노계 수지, 천연계 수지에서 선택되는 적어도 1 종의 수지.
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