TW201603050A - 導電積層體、導電積層體之製造方法、觸控面板及觸控開關 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種導電積層體,其係於基材上自基材側依序具有底塗層(X)與導電層(Y),且滿足以下的(i)~(iii);(i)底塗層(X)包含有機黏合劑(A)及粒子(B);(ii)相對於底塗層全體100質量%,底塗層(X)所含的粒子(B)之含量為15質量%以上95質量%以下;以及(iii)導電層(Y)包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)。
本發明提供一種除了透明導電性以外,雷射蝕刻性、耐濕度依存性也優良的導電積層體。
Description
本發明係關於一種導電積層體、導電積層體之製造方法、觸控面板及觸控開關。更詳細而言,係關於一種透明導電性優異的導電積層體及導電積層體之製造方法。
導電積層體大多利用於平面面板顯示器或觸控面板等之電子顯示設備上。用於導電積層體的導電材料係以錫摻雜氧化銦(以下簡稱為ITO)代表,且ITO之需要量及使用量係持續增加中。但是,由於銦為稀有金屬,故需要代替銦之新穎導電材料。或者,需要一種補足在使用ITO之導電積層體所特有的缺點,例如容易彎曲、因為真空成膜而難以低成本化等缺點之新穎導電材料。作為如前述之新穎導電材料,除了碳奈米管(以下簡稱為CNT)、石墨烯、富勒烯相連的晶鬚等之奈米碳材料以外,還有大量進行導電性聚合物、金屬奈米粒子、金屬奈米線等之開發。該等新穎導電材料不易彎曲,且為在大氣壓下可塗布之型態的材料。吾人非常期待對於該等新穎導電材料之開發。
CNT實質上具有捲取石墨之一面成為筒狀的
形狀,且將捲為1層者稱為單層CNT,將捲為多層者稱為多層CNT,其中特別將捲為2層者稱為2層CNT。CNT係其本身具有優異之本質導電性,作為導電材料來使用而受到期待。
為了製作使用CNT之導電積層體,需要使
CNT均勻地分散於分散液中。一般而言,係使用分散性佳的離子性分散劑。
但是,離子性分散劑一般來說是絕緣性物
質。會有使利用CNT的導電積層體之導電性下降的問題。因此,欲製作透明導電性優異的導電積層體的話,需要將離子性分散劑自導電層除去。
作為另外的要求特性,在裝置形成之際需要利用圖案化取得導電電路(conductive network)之絕緣。在圖案化之際,使用無機物等容易破裂的材料時,伴隨構造破壞,圖案化之細線擴展,變得容易識別。此被稱為露骨(visible pattern),一般係已眾所皆知。
例如,專利文獻1中,有記載在各式各樣的薄膜上塗布碳奈米管分散液而得到導電性薄膜的導電性薄膜之製造方法。
又,專利文獻2中,有記載將碳奈米管分散液塗布於薄膜上後,藉由將剩餘的離子性分散劑以利用水的沖洗除去而得到高導電性的導電性薄膜之製造方法。
又,專利文獻3中,有記載為了促進碳奈米
管透明導電積層體之電阻值安定化,在碳奈米管層下設置包含二氧化矽微粒與聚矽酸酯的親水性之底塗層,使透明導電性及電阻值安定性提升的例子。
再者,專利文獻4中,有記載藉由在支撐體
上設置含有微粒與樹脂黏合劑的多孔質層,並於其上形成導電性之圖案而得到導電圖案之密合性高,且具有優異的導電性與耐熱保存性之導電性構件的導電性圖案形成基材。
專利文獻1 日本特表2004-526838號公報
專利文獻2 日本特開2009-149516號公報
專利文獻3 國際公開第2012/057321號公報
專利文獻4 日本特開2014-67952號公報
然而,在專利文獻1所記載之技術中,並沒有成為將導電層所包含的離子性分散劑除去的層構成。因此,無法得到高導電性之導電性薄膜。
在專利文獻2所記載之技術中,藉由將導電層所含之剩餘的離子性分散劑以利用水的沖洗除去而得到高導電性的導電性薄膜。但是,在薄膜上之沖洗處理係難以應用在通用濕式塗布量產機之生產上。
在專利文獻3所記載之技術中,藉由使用親
水性底塗層而將離子性分散劑除去。其結果為導電性及電阻值安定性提升。但是,由於使用無機黏合劑形成底塗層,所以在利用雷射蝕刻方式的圖案化之際,有底塗層破裂,圖案化之細線變粗線,引起露骨的課題。
在專利文獻4所記載之技術中,作為構成導
電層的導電材料,未包含CNT及離子性分散劑。對於透明導電性及電阻值安定性也沒有具體提到。
本發明係為鑑於前述問題/狀況而成者,其課
題在於提供一種透明導電性及耐濕度依存性均優異,且在圖案化之際不易產生露骨的導電積層體。
本發明係提供以下的導電積層體。
一種導電積層體,其係於基材上自基材側依序具有底塗層(X)與導電層(Y),且滿足以下的(i)~(iii)。
(i)底塗層(X)包含有機黏合劑(A)及粒子(B)。
(ii)相對於底塗層全體100質量%,底塗層(X)所含的粒子(B)之含量為15質量%以上95質量%以下。
(iii)導電層(Y)包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)。
根據本發明,可提供一種透明導電性及耐濕度依存性均優異,且在圖案成形之際不易產生露骨的導電積層體。
501‧‧‧電氣爐
502‧‧‧石英燒結板
503‧‧‧反應器
504‧‧‧觸媒層
505‧‧‧熱電對
506‧‧‧廢氣管
507‧‧‧質流控制器
508‧‧‧氣體導入管
509‧‧‧烴
510‧‧‧惰性氣體
圖1為說明本發明的碳奈米管之合成方法的概略圖。
本發明的導電積層體,其係為於基材上自基材側依序具有底塗層(X)與導電層(Y),且滿足以下的(i)~(iii)的導電積層體。
(i)底塗層(X)包含有機黏合劑(A)及粒子(B)。
(ii)底塗層(X)所含的粒子(B)之含量係相對於底塗層全體100質量%為15質量%以上95質量%以下。
(iii)導電層(Y)包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)。
本發明的導電積層體,藉由具有該構成,在
使用於採用導電積層體的電子裝置時,可提升裝置之導電性。又,即使裝置之放置環境之濕度產生變化,也可使透明導電性安定。再者,在使用於採用導電積層體的觸控面板或觸控開關時,可提供一種雷射蝕刻性提升,且不易產生露骨的觸控面板或觸控開關。
本發明的導電積層體之製造方法,其係具有
在基材上設置濕潤張力為76~105mN/m之底塗層(X)的底塗層(X)形成步驟、以及將包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)的分散液設置於底塗層(X)上而形成導電層(Y)的導電層(Y)形成步驟。
本發明的觸控面板,其係為使用本發明的導
電積層體或是藉由本發明的導電積層體之製造方法而得到的導電積層體之觸控面板。
本發明的觸控開關,其係為使用本發明的導
電積層體或是藉由本發明的導電積層體之製造方法而得到的導電積層體之觸控開關。
本發明的導電積層體係具有基材。作為在本發明使用的基材之素材,可舉出樹脂、玻璃等。作為樹脂,可使用聚對苯二甲酸乙二酯(以下簡稱為PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)等之聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚醯亞胺、聚苯硫醚、芳綸、聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、脂環式丙烯酸樹脂、環烯烴樹脂、三乙醯纖維素等。作為玻璃,可使用鈉玻璃、白板玻璃、無鹼玻璃等。又,也可組合該等複數種基材而使用。例如,亦可為組合樹脂與玻璃的基材、積層2種以上之樹脂的基材等之複合基材。亦可為在樹脂薄膜設置硬塗覆之類者。基材之種類並沒有限定於上述基材,可因應用途從耐久性或成本等選擇最適者。基材之厚度並沒有特別限定,但使用於觸控面板、觸控開關、液晶顯示器、有機電致發光、電子紙等之顯示器關連的電極時,在10μm~1,000μm之範圍較為理想。
本發明的導電積層體係於該基材上具有底塗層(X)。本發明的導電積層體,其(i)底塗層(X)包含有機黏合劑(A)及粒子(B)。
底塗層(X)較佳為ISO8296(2003)所規定之濕潤張力在76mN/m以上105mN/m以下。藉由使濕潤張力為76mN/m以上,則在將CNT分散液塗布於底塗層(X)上之際,不易產生塗布龜裂,且可均勻地塗布CNT分散液,因而較為理想。又,當底塗層(X)的濕潤張力為105mN/m以下,則不易產生因塗布時的塗液之塗布擴展所導致的塗布不均勻、或受到乾燥時之風的影響而塗布不均勻,且可均勻地塗布CNT分散液,因而較為理想。從塗布不均勻之觀點來說,濕潤張力為76mN/m以上105mN/m以下較佳,76mN/m以上90mN/m以下更佳。
底塗層(X)之濕潤張力,可藉由使形成底塗層(X)之塗料組成物中的有機黏合劑(A)所含之親水性官能基的共聚合量變多、或使底塗層(X)之厚度變厚而變大。因此,底塗層(X)之濕潤張力,可藉由有機黏合劑(A)所含之親水性官能基的共聚合量、親水性官能基之種類、後述的底塗層(X)之厚度而適當調整。
底塗層(X)的厚度,只要是在成為導電積層體時不易產生捲曲等現象的範圍,則沒有特別限定。又,底塗層表面之濕潤性係以落在前述較佳濕潤張力範圍為佳,其厚度係根據有機黏合劑之種類、官能基之種類、
官能基之含量、添加的粒子量而改變。因此,在8nm~3μm之範圍較佳。只要為可有效地得到因光學干涉所導致的抗反射效果之厚度,因可提升光線透射率而較為理想。
因此,連同後述保護層厚度的厚度在20nm~600nm之範圍更為理想。再者,從後述耐濕度依存性之觀點,使厚度變大的話,將離子性分散劑導入底塗層內的效果增大,因此在300nm~600nm之範圍較佳。
底塗層(X)之中心面平均粗度SRa為2~15nm
較佳。使SRa成為2nm以上的話,底塗層表面之凹凸變大,在塗布包含離子性分散劑的CNT分散液之際,變得易於在底塗層(X)導入離子性分散劑,且有效地進行從CNT層除去離子性分散劑,因而較為理想。又,藉由使SRa成為15nm以下,可使導電積層體之光學特性變好,因此較為理想。變得較15nm更大時,有與CNT層、保護層之界面的光之散射增大,且霧度變高的情況。因此,在本發明中,使底塗層(X)之SRa為2nm以上15nm以下較佳,更佳為5nm以上15nm以下。本發明的底塗層(X)之SRa,可使用三次元表面粗度測定機進行測定。底塗層(X)之中心面平均粗度SRa可藉由下述粒子(B)進行控制。
藉由底塗層(X)包含黏合劑,可在底塗層(X)進一步吸附離子性分散劑,因而較為理想。作為黏合劑,可舉出有機黏合劑、無機黏合劑等,但從可進一步吸附離子性分散劑的觀點、或圖案化時之底塗層的不易破裂度之觀點來說,使用有機黏合劑(A)較為理想。
底塗層(X)所含的有機黏合劑(A)係包含有機
化合物較為理想。有機化合物為碳原子作為骨架組合的化合物,且為具有共價鍵且包含2種以上之原子的分子成為最小單元的化合物。作為有機化合物,例如,苯酚、矽、耐綸、聚乙烯、聚酯、烯烴、乙烯、丙烯酸、纖維素等較佳。
有機黏合劑(A),從對基材的塗布性之觀點來
說,包含具有親水性官能基之有機黏合劑較為理想。又,有機黏合劑(A),從對基材的塗布性之觀點來說,包含具有親水性官能基的聚酯樹脂及/或具有親水性官能基的丙烯酸樹脂更為理想。亦即,有機黏合劑(A)亦可包含具有親水性官能基的聚酯樹脂或具有親水性官能基的丙烯酸樹脂中之任一者。又,亦可包含具有親水性官能基的聚酯樹脂及具有親水性官能基的丙烯酸樹脂之雙方。
具有親水性官能基的聚酯樹脂,係指提高聚
酯樹脂之親水性,且為了對水系溶媒溶解、或分散,在聚酯樹脂之末端或側鏈具有親水性官能基的聚酯樹脂。
作為親水性官能基,可舉出磺酸鹽基或羧酸鹽基等。
為了使聚酯樹脂含有親水性官能基,可將具
有磺酸鹽基的二羧酸及其酯形成性衍生物以及具有磺酸鹽基的二醇及其酯形成性衍生物(包含磺酸鹽基的化合物)、或具有羧酸鹽基3個以上的多羧酸及其酯形成性衍生物(包含3價以上之多羧酸鹽基的化合物)等作為聚酯之原料來使用。
作為包含磺酸鹽基的化合物,例如,可舉出
磺酸基對苯二甲酸、5-磺酸基間苯二甲酸、5-鈉磺酸基間苯二甲酸、4-磺酸基間苯二甲酸等之鹼金屬鹽、鹼土類金屬鹽、銨鹽,但並沒有限定於該等。
作為包含3價以上之多羧酸鹽基的化合物,
例如,可舉出偏苯三甲酸、偏苯三甲酸酐、苯均四酸、苯均四酸酐、4-甲基環己烯-1,2,3-三羧酸、苯均三酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸、1,2,3,4-戊烷四羧酸等之鹼金屬鹽、鹼土類金屬鹽、銨鹽,但並沒有限定於該等。
作為構成聚酯的羧酸成分,可舉出芳香族、
脂肪族、脂環族之二羧酸或3價以上之多羧酸。作為芳香族二羧酸,可舉出對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、苯二甲酸、2,5-二甲基對苯二甲酸、5-鈉磺酸基間苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、及該等之酯形成性衍生物等。
作為聚酯之二醇成分,可使用乙二醇、二乙
二醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇等。
包含作為親水性官能基之磺酸鹽基或3價以
上之多羧酸鹽基的化合物係在將構成含有親水性官能基的聚酯樹脂之聚酯的原料成分全體當作為100莫耳%時,以1~25莫耳%較為理想。藉由使包含作為親水性官能基之磺酸鹽基或3價以上之多羧酸鹽基的化合物為1莫耳%以上,不僅可對含有親水性官能基的聚酯樹脂賦予親水性,且可對水系溶媒溶解、或分散,因而較為理想。藉由使包含作為水性官能基之磺酸鹽基或3價以上
之多羧酸鹽基的化合物為25莫耳%以下,可安定地利用將含有親水性官能基的聚酯樹脂共聚合來進行製造,因而較為理想。
具有親水性官能基的聚酯樹脂,例如,可如
以下進行製造。例如,可依如下方法製造:在使二羧酸成分與二醇成分、包含磺酸鹽基或3價以上之多羧酸鹽基的化合物進行酯化反應或酯交換反應之第一階段的步驟之後,藉由進行聚縮合反應而製造的方法;在使二羧酸成分與二醇成分進行酯化反應或酯交換反應之第一階段的步驟之後,藉由加入包含磺酸鹽基或3價以上之多羧酸鹽基的化合物,與第一階段之反應生成物進行聚縮合反應的第二階段之步驟而製造的方法等。此時,作為反應觸媒,例如,可使用鹼金屬、鹼土類金屬、錳、鈷、鋅、銻、鍺、鈦化合物等。
利用前述製造方法得到之具有親水性官能基
的聚酯樹脂,分散或溶解於溶媒成為塗料組成物較佳。
作為分散或溶解於水系溶媒的手段,可舉出將聚酯樹脂一邊攪拌一邊溶解或分散於氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、各種胺類等之鹼性化合物的水溶液中之方法。該情況中,亦可並用甲醇、乙醇、異丙醇、丁基賽路蘇、乙基賽路蘇等之水溶性有機溶媒。
又,從對基材的塗布性之觀點來說,有機黏
合劑(A)包含具有親水性官能基的丙烯酸樹脂較為理想。作為具有親水性官能基的丙烯酸樹脂,只要為包含源自具有親水性官能基的丙烯酸系單體之重複構成單元
者即可。作為具有親水性官能基的丙烯酸樹脂,係以包含該源自具有親水性官能基的丙烯酸系單體之重複構成單元與源自未具有親水性基的丙烯酸系單體之重複構成單元者較佳。藉由使用如前述之具有親水性官能基的丙烯酸樹脂,可使其透明性佳,且在塗布CNT分散液之際,不易產生塗布龜裂,因而較為理想。
作為具有親水性官能基的丙烯酸系單體,可
舉出具有作為與水相互作用強的極性之原子團的親水性基之公知的丙烯酸系單體,亦即,具有在水中作為陽離子解離的陽離子性基之公知的丙烯酸系單體、具有在水中作為陰離子解離的陰離子性基之公知的丙烯酸系單體、或是具有在水中不會解離的非離子性基之公知的丙烯酸系單體。
作為上述具有陽離子性基的丙烯酸系單體,
例如,可舉出(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯及其鹽、(甲基)丙烯酸乙基三甲基氯化銨、2-羥基-3-(甲基)丙烯醯氧丙基三甲基氯化銨等。作為上述具有陰離子性基的丙烯酸系單體,例如,可舉出(甲基)丙烯酸及其鹽、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯及其鹽、羥乙基(甲基)丙烯醯基磷酸酯及其鹽等。作為上述具有非離子性基的丙烯酸系單體,例如,可舉出(甲基)丙烯酸羥烷酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯等。再者,此處所謂「(甲基)丙烯酸」係意指「丙烯酸」或「甲基丙烯酸」。
又,作為未具有親水性官能基的丙烯酸系單
體,例如,可舉出(甲基)丙烯酸烷基(碳數1~8之直鏈狀
及分岐狀)酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸環氧丙酯、(甲基)丙烯酸四氫糠酯、丙烯酸異莰酯、(甲基)丙烯腈等。
又,從離子性分散劑除去之觀點來說,前述
有機黏合劑係以包含具有親水性官能基的聚酯樹脂及具有親水性官能基的丙烯酸樹脂之雙方更為理想。
就具有親水性官能基的聚酯樹脂之含量(以
下設為C)相對於底塗層(X)所含的具有親水性官能基之丙烯酸樹脂的含量(以下設為D)之質量比率(C/D)而言,係以1/9以上8/2以下較佳。(C/D)小於1/9時,有底塗層全體變硬,變得容易破裂的情況。又,(C/D)超過8/2時,具有親水性官能基的聚酯樹脂本身幾乎沒有硬化,因此有膜變得過於柔軟的情況。因此,(C/D)為1/9以上8/2以下較佳。更佳為2/8以上5/5以下。將底塗層全體當作為100質量%時之具有親水性官能基的聚酯樹脂之含量為20質量%以上50質量%以下較佳。將底塗層全體當作為100質量%時之具有親水性官能基的丙烯酸樹脂之含量為50質量%以上80質量%以下較佳。
具有親水性官能基的有機黏合劑(A),例如,
亦可利用乳化劑均勻地分散而成為乳液狀態。
又,有機黏合劑(A)包含交聯劑較佳。為了將
底塗層(X)之塗膜強固,並提升耐濕熱性、與基材之密合性等,使用環氧化合物及/或唑啉化合物作為交聯劑較佳。可僅使用環氧化合物或唑啉化合物中之任一者,亦可同時使用兩者。
作為環氧化合物,例如,可舉出在分子內包
含環氧基的化合物、其預聚物及硬化物。例如,可舉出環氧氯丙烷與乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、聚丙三醇、雙酚A等之羥基或與胺基之縮合物。聚環氧化合物、二環氧化合物、單環氧化合物、環氧丙胺化合物等。
作為聚環氧化合物,例如,可舉出山梨糖醇、
聚環氧丙醚、聚丙三醇聚環氧丙醚、季戊四醇聚環氧丙醚、二丙三醇聚環氧丙醚、三環氧丙基參(2-羥乙基)異氰酸酯、丙三醇聚環氧丙醚、三羥甲基丙烷聚環氧丙醚等。
作為二環氧化合物,例如,可舉出新戊二醇二環氧丙醚、1,6-己二醇二環氧丙醚、間苯二酚二環氧丙醚、乙二醇二環氧丙醚、聚乙二醇二環氧丙醚、丙二醇二環氧丙醚、聚丙二醇二環氧丙醚、聚丁二醇二環氧丙醚等。作為單環氧化合物,例如,可舉出烯丙基環氧丙醚、2-乙基己基環氧丙醚、苯基環氧丙醚等。作為環氧丙胺化合物,可舉出N,N,N’,N’,-四環氧丙基-m-苯二甲二胺、1,3-雙(N,N-二環氧丙基胺基)環己烷等。
唑啉化合物係為在分子內具有唑啉基的
化合物。特別是含有唑啉基的聚合物較佳,可藉由含有加成聚合性唑啉基的單體之單獨聚合或與其他的單體之聚合而作成。含有加成聚合性唑啉基的單體,可舉出2-乙烯基-2-唑啉、2-乙烯基-4-甲基-2-唑啉、2-乙烯基-5-甲基-2-唑啉、2-異丙烯基-2-唑啉、2-異丙烯基-4-甲基-2-唑啉、2-異丙烯基-5-乙基-2-唑啉等。可使用該等之1種或2種以上的混合物。該等之
中,尤以2-異丙烯基-2-唑啉在工業上容易取得而較為適當。
其他的單體,只要為可與含有加成聚合性
唑啉基的單體共聚合的單體,則沒有限制。例如,可舉出(甲基)丙烯酸烷酯(烷基為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、2-乙基己基、環己基)等之(甲基)丙烯酸酯類等。可舉出丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、富馬酸、巴豆酸、苯乙烯磺酸及其鹽(鈉鹽、鉀鹽、銨鹽、三級胺鹽等)等之不飽和羧酸類等。可舉出丙烯腈、甲基丙烯腈等之不飽和腈類等。可舉出(甲基)丙烯醯胺、N-烷基(甲基)丙烯醯胺、N,N-二烷基(甲基)丙烯醯胺、(烷基為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、2-乙基己基、環己基等)等之不飽和醯胺類等。可舉出乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等之乙烯酯類等。可舉出甲基乙烯醚、乙基乙烯醚等之乙烯醚類等。可舉出乙烯、丙烯等之α-烯烴類等。可舉出氯乙烯、偏二氯乙烯、氟乙烯等之含鹵α,β-不飽和單體類等。
可舉出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、等之α,β-不飽和芳香族單體類等。可使用該等之1種或2種以上的單體。
在本發明中,相對於黏合劑之交聯劑的添加
量,係在將黏合劑當作為100質量份時為5~80質量份較佳,更佳為10~30質量份,再更佳為10~20質量份。小於5質量份時,底塗層變脆,且有不足以承受濕氣或熱的情況,超過80質量份時,相對來說,包含親水性官能基的樹脂成分變少,而有變得難以塗布CNT分散液、或與基材之密合性變得不安定的情況。
底塗層(X)係以包含粒子(B)較為理想。藉由包含粒子(B),底塗層之表面凹凸會變大,對離子性分散劑之底塗層(X)的導入變得有效,且耐濕度依存性提升,因而較為理想。又,抗黏結性也可賦予至底塗層(X),因而較為理想。亦即,以捲軸式(Roll to Roll)製造導電積層體之際,有在底塗層形成後產生將形成底塗層的基材捲取之需要的情況。此時,藉由在底塗層包含粒子(B),使底塗層變得難以黏結,因而較為理想。因此,粒子(B)之含量係在將底塗層全體當作為100質量%時,本發明的導電積層體之(ii)底塗層(X)所含的粒子(B)之含量相對於底塗層全體為15質量%以上95質量%以下較佳。粒子(B)之含量小於15質量%時,有底塗層表面之凹凸不足,無法發揮耐濕度依存性的情況。另一方面,粒子(B)之含量超過95質量%時,相對於有機黏合劑(A),粒子(B)變成過剩,有引起粒子(B)之脫落的情況。
又,粒子(B)之含量超過50質量%的話,在將後述的保護層塗布之際,有因為保護層之溶劑而底塗表面一部分被侵蝕且露出來的粒子脫落而凝聚,引起霧度上升之情況,因此,粒子(B)之含量為20質量%以上的話,由於藉由製造表面凹凸而變得容易安定地發揮耐濕度依存性,故更佳的範圍為20~50質量%。從安定地發揮耐濕度依存性,且安定地抑制霧度上升之觀點來看,25~35質量%為更佳的範圍。
粒子(B)之粒徑較佳範圍為5nm~500nm。小於
5nm時,變得難以均勻地分散粒子,反而會有凝聚而在底塗層內之外觀上的粒子大小變大的情況。又,超過500nm時,霧度上升,且在將導電積層體使用於顯示體時,有變白且混濁的情況。更佳為15nm~100nm,再更佳為15nm~40nm。再者,此處所謂的粒徑係指利用動態光散射法測定的平均粒徑。
粒子(B)可為有機粒子,亦可為無機粒子,也
可使用其雙方。亦即,粒子(B)較佳為無機粒子及/或有機粒子。
作為有機粒子,例如,可舉出將丙烯酸類、
苯乙烯樹脂、熱硬化樹脂、矽酮及醯亞胺化合物等作為構成成分的粒子。藉由在聚酯重合反應時添加的觸媒等而析出的粒子(所謂的內部粒子)也適合使用。特別是從對於具有親水性官能基的聚酯樹脂之分散性、通用性之觀點來說,苯乙烯/丙烯酸粒子較為理想。作為在液中安定地分散之苯乙烯/丙烯酸粒子,宜使用日本合成化學化學工業(股)製“MOWINYL”(註冊商標)972等。
作為無機粒子,例如,包含二氧化矽、膠狀
二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈰、高嶺土、滑石、雲母、碳酸鈣、硫酸鋇、碳黑、沸石、氧化鈦、各種金屬氧化物的粒子較佳。特別是從對有機黏合劑之分散性、或粒子之硬度、耐熱性、耐鹼接著性之觀點來說,無機膠狀粒子較佳,膠狀二氧化矽最佳。再者,利用膠狀二氧化矽間之靜電排斥,在溶媒中分散安定的膠狀二氧化矽較佳。
利用膠狀二氧化矽間之靜電排斥,在溶媒中
分散安定的膠狀二氧化矽,係於膠狀二氧化矽表面存在-SiOH基或-OH-離子,以帶負電的狀態形成電雙層。作為利用膠狀二氧化矽間之靜電排斥而在溶媒中分散安定的膠狀二氧化矽,宜使用日產化學工業(股)公司製的“SNOWTEX”(註冊商標)系列或日揮觸媒化成(股)公司製的“CATALOID”系列等。
粒子(B)之形狀,並沒有特別限定。例如,可
舉出1次粒子之形狀為球形狀(包含旋轉楕圓體形、幾何學的形狀(立方體/桿狀/板狀/纖維狀/菱角形(tetrapod)/三角柱形))的粒子。又,作為2次粒子之形狀,可舉出鏈形狀(同形粒子無規2次元相連之念珠狀的粒子)、珍珠項鍊形狀(同形粒子無規3次元相連之念珠狀的粒子)等。從表面凹凸賦予之觀點來說,球形狀、鏈形狀、珍珠項鍊形狀較佳。又,視需要可混合且並用該等之粒子。
粒子之形狀為球形狀,係指粒子為立體球形
狀之粒子。作為球形狀之無機粒子,宜使用日產化學工業(股)公司製的“SNOWTEX”、“NanoUse”、“CELNAX”(註冊商標)系列或日揮觸媒化成(股)公司製的“CATALOID”系列、日本觸媒(股)公司製的“SEAHOSTAR”(註冊商標)系列等。作為球形狀之有機粒子,宜使用AICA KOGYO(股)公司製的“GANZPEARL”系列或東洋紡(股)公司製的“TAFTIC”(註冊商標)系列或日本觸媒(股)公司製的“EPOSTAR”(註冊商標)系列等。
粒子之形狀為鏈形狀,係指同形粒子(1次粒
子)為無規2次元相連之念珠狀的粒子(2次粒子),為具有1次粒子被壓碎的細長形狀之形狀。作為鏈形狀之無機粒子,宜使用日產化學工業(股)公司製的“SNOWTEX”(註冊商標)系列或日揮觸媒化成(股)公司製的“CATALOID”系列等。作為鏈形狀之有機粒子,宜使用東洋紡(股)公司製的“TAFTIC”(註冊商標)系列等。
粒子之形狀為珍珠項鍊形狀,係指同形粒子
(1次粒子)為無規3次元相連之念珠狀的粒子(2次粒子),為在3次元之各方向具有分支之構造的粒子,就1個珍珠項鍊形狀之粒子來看,該粒子係由相當於念珠之球的球狀粒子(1次粒子)與相當於線之粒子(1次粒子)構成。作為珍珠項鍊形狀之無機粒子,宜使用日產化學工業(股)公司製的“SNOWTEX”(註冊商標)系列等。作為珍珠項鍊形狀之有機粒子,宜使用東洋紡(股)公司製的“TAFTIC”(註冊商標)系列等。
可藉由將含有前述有機黏合劑(A)、粒子(B)、以及視需要而定之添加劑或溶媒的塗料組成物塗布於基材上,並視需要使溶媒乾燥,而在基材上形成底塗層(X)。
又,使用水系溶媒作為塗料組成物之溶媒較佳。藉由使用水系溶媒,可抑制在乾燥步驟的溶媒之急劇蒸發,不僅可形成均勻的底塗層(X),且從環境負荷之觀點來看也為優異。
在此,水系溶媒係指水、或水與甲醇、乙醇、
異丙醇、丁醇等之醇類、丙酮、甲基乙酮等之酮類、乙二醇、二乙二醇、丙二醇等之二醇類等之可溶於水的有機溶媒以任意的比率混合者。
塗料組成物之往基材上的塗布方法,可使用線內塗布法(in-line coating)或off coat法。
線內塗布法係為在基材之製造步驟內進行塗布的方法。具體而言,係指在自將構成基材的熱可塑性樹脂熔融擠出、施行雙軸延伸後,至進行熱處理並捲取為止之任意階段下進行塗布的方法,通常塗布於:熔融擠出後,進行急冷而得到之實質上為非晶狀態之未延伸(未配向)熱可塑性樹脂薄膜(A薄膜);之後朝長邊方向延伸的單軸延伸(單軸配向)熱可塑性樹脂薄膜(B薄膜);或是進一步朝寬度方向延伸之熱處理前的雙軸延伸(雙軸配向)熱可塑性樹脂薄膜(C薄膜)之任一薄膜上。
off coat法係指可利用已知的濕式塗布方法,例如,噴灑塗裝、浸漬塗布、旋轉塗布、刮刀塗布、輕觸塗布、凹版塗布、縫模塗布、輥塗布、棒塗布、網版印刷、噴墨印刷、移動印刷、其他種類的印刷等。又,亦可使用乾式塗布方法。作為乾式塗布方法,可利用濺鍍、蒸鍍等之物理氣相成長或化學氣相成長等。又,塗布可分成數次進行,亦可組合不同之2種塗布方法。較佳的塗布方法為濕式塗布之凹版塗布、棒塗布、縫模塗布。
本發明的導電積層體係於前述基材上自基材側依序具有前述底塗層(X)與導電層(Y)。導電層(Y)係包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)。導電層(Y)係例如當作為觸控面板、觸控開關、液晶顯示器、有機電致發光、電子紙等之顯示器關連之電極而發揮機能的層。
在本發明中使用的碳奈米管(以下、CNT)(C),只要為具有實質上捲取石墨之一面成為筒狀的形狀者,則沒有特別限定,可應用任何將石墨之一面捲為1層的單層CNT、捲為多層的多層CNT,但其中將石墨之一面捲為2層的2層CNT係由於在100個中含有50個以上的CNT時,導電性以及在塗布用分散液中的CNT之分散性變得極高,因而較為理想。更佳為在100個中75個以上為2層CNT,最佳為在100個中80個以上為2層CNT。再者,也有將在100個中含有50個2層CNT,表示為2層CNT之比例為50%。又,從不易損及導電性等之原本的機能之觀點來說,藉由酸處理等表面被官能基化時,亦以2層CNT較為理想。
CNT係例如可如下製造。使在氧化鎂載持鐵的粉末狀之觸媒,存在於縱型反應器中、反應器之水平剖面方向全面,且在該反應器內於鉛直方向上供給甲烷,使甲烷與前述觸媒於500~1,200℃接觸,製造CNT後,將CNT進行氧化處理,藉此方式而可得到含有單層~5層之CNT的CNT。CNT係在製造後,可利用實施氧
化處理,而增加單層~5層之比例,特別是增加2層~5層之比例。
氧化處理例如可利用進行硝酸處理的方法實
施。硝酸也可當作為相對於CNT之摻雜物而產生作用,因而較為理想。摻雜物係可進行對CNT賦予剩餘之電子、或奪取電子而形成電洞之作用者,藉由產生可自由活動的載體,使CNT之導電性提升。在硝酸處理時之條件,只要可得到本發明的CNT,則沒有特別限定,但通常在140℃之油浴中進行。硝酸處理的時間沒有特別限定,以5小時~50小時的範圍較佳。
在本發明中,作為碳奈米管分散劑(以下為CNT分散劑)(D),可使用界面活性劑、各種分散劑(水溶性分散劑等)等,但包含分散性高的離子性分散劑較為理想。作為離子性分散劑,有陰離子性分散劑或陽離子性分散劑、兩性分散劑。只要為CNT分散能力高且可保持分散性者,則可使用任何種類,但從分散性、及分散保持性均優異之觀點來說,陰離子性分散劑較佳。其中,羧甲基纖維素及其鹽(鈉鹽、銨鹽等)、聚苯乙烯磺酸之鹽,在CNT分散液中可有效地分散CNT,因此較為理想。特佳的是離子性分散劑為羧甲基纖維素。其中,將CNT分散劑全體當作為100質量%時,佔有60質量%以上較為理想。
在本發明中,使用羧甲基纖維素鹽、聚苯乙烯磺酸鹽時,作為構成鹽的陽離子性之物質,例如,可
使用鋰、鈉、鉀等之鹼金屬的陽離子、鈣、鎂、鋇等之鹼土類金屬的陽離子、銨離子、或是單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、啉、乙胺、丁胺、椰子油胺、牛脂胺、乙二胺、己二胺、二乙三胺、聚伸乙亞胺等之有機胺的鎓離子、或是該等之環氧乙烷加成物,但並沒有限定於該等。
作為製備CNT分散液的方法,藉由作為原料
使用的CNT之表面改質及/或CNT分散劑之選擇而實施。
用以調整CNT分散液的CNT表面改質處理
之方法並沒有特別限定,以利用電暈處理、電漿處理、火焰處理等之物理處理、酸處理或鹼處理等之化學處理,而將羧基、羥基等之陰離子性基導入至CNT側壁較為理想。
作為用以調整CNT分散液的CNT分散劑,
只要為CNT分散能力高且可保持分散性者,則可使用任何種類。其中,作為分散劑,上述記載的陰離子性分散劑最佳。使用陰離子性分散劑時,CNT分散液的pH為5.5~11的話,修飾CNT表面的羧酸等酸性官能基、或位於CNT周圍之分散劑所含的羧酸等之酸性官能基的電離度提升,其結果為CNT或CNT周圍之分散劑帶有負的電位。根據前述,作為製備CNT分散液的方法,為了利用靜電排斥,選擇陰離子性之離子性分散劑最為理想。
又,由於示於前項之組合CNT之表面改質,
則不限於陰離子性分散劑,也可使用陽離子性分散劑及兩性分散劑。
本發明中,為了利用底塗層與CNT間之靜電
相互作用,存在於CNT分散液中之具有陰離子性的CNT係相較於CNT分散液,被吸引至具有陽離子性的底塗層表面,可利用靜電吸附而實現高分散狀態。因此,同樣地存在於CNT分散液中之具有陽離子性的CNT係相較於CNT分散液,被吸引至具有陰離子性的底塗層表面,而也可利用靜電吸附實現高分散狀態。
CNT分散劑的重量平均分子量為100以上較
佳。重量平均分子量為100以上的話,與CNT之相互作用會更有效地產生,且CNT之分散變得更好。雖亦會因CNT之長度而異,但重量平均分子量越大則CNT分散劑越與CNT進行相互作用而提升分散性,因而較為理想。
例如,如果是聚合物的話,聚合物鏈變長時,聚合物會纏上CNT,而可進行非常安定的分散。但是,重量平均分子量過大時,反而有分散性下降的情況,因此重量平均分子量較佳為1,000萬以下,更佳為100萬以下。最佳的重量平均分子量之範圍為1萬~50萬。
CNT分散液之pH係可藉由將依阿瑞尼斯之
定義的酸性物質或鹼性物質添加至CNT分散液而加以調整。酸性物質係例如可舉出作為質子酸之鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、氟硼酸、氫氟酸、過氯酸等之無機酸、或有機羧酸、酚類、有機磺酸等。再者,作為有機羧酸,例如,可舉出甲酸、乙酸、硝酸、安息香酸、苯二甲酸、馬來酸、富馬酸、丙二酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、琥珀酸、單氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、硝
基乙酸、三苯基乙酸等。作為有機磺酸,例如可舉出烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、烷基萘二磺酸、萘磺酸甲醛聚縮合物、三聚氰胺磺酸甲醛聚縮合物、萘二磺酸、萘三磺酸、二萘基甲烷二磺酸、蒽醌磺酸、蒽醌二磺酸、蒽磺酸、芘磺酸等。其中較佳者為在塗布乾燥時揮發的揮發酸,例如為鹽酸、硝酸等。
作為鹼性物質,例如,可舉出氫氧化鈉、氫
氧化鉀、氫氧化鈣、氨等。其中較佳者為在塗布乾燥時揮發的揮發鹼,例如氨。
CNT分散液之pH調整係藉由一邊測定pH,
一邊添加前述酸性物質及/或鹼性物質直到成為所需的pH而進行。作為pH測定法,可舉出使用石蕊試紙等之pH試驗紙的方法、氫電極法、醌二酚電極(quinhydrone electrode)法、銻電極法、玻璃電極法等,其中,因玻璃電極法簡便,可得到需要的精度,所以較為理想。又,過量添加酸性物質、或鹼性物質而超過所需的pH值時,只要添加具備相反特性之物質來調整pH即可。作為應用於該調整的酸性物質較佳為硝酸,鹼性物質較佳為氨。
在本發明中使用的CNT分散液之製備所使
用的分散媒,從廢液的處理為容易等之觀點來說,以水較為理想。
在本發明中使用的CNT分散液之製備方
法,並沒有特別限定,例如可依如下步驟進行。較佳的是由於可縮短分散時之處理時間,故一旦製備在分散媒中以0.003~0.15質量%之濃度範圍包含CNT的分散液
後,可藉由稀釋而成為既定濃度。在本發明中,相對於CNT的分散媒之質量比(亦即,將CNT之質量作為1時的分散媒之質量)為10以下較佳。在該較佳範圍時,易於均勻地分散,另一方面,導電性下降的影響少。相對於CNT的分散媒之質量比為0.5~9更佳,1~6再更佳,2~3特佳。
作為CNT分散液之製備時的分散手段,可舉
出將CNT與分散劑於分散媒中使用在塗液製造時所慣用之混合分散機(例如,球磨機、珠磨機、砂磨機、輥磨機、均質機、超音波均質機、高壓均質機、超音波裝置、研磨機、溶解器、塗料振盪機等)進行混合。又,亦可組合該等多個混合分散機進行階段性分散。其中,從得到之塗布用分散液中的CNT分散性的觀點來看,以振動球磨機進行預備分散後,使用超音波裝置進行分散的方法較佳。
透明導電性係表示兼具透明性與導電性。作為透明性之指標,可舉出碳奈米管層光吸收率(以下有時單純記載為「光吸收率」)。碳奈米管層光吸收率為波長550nm下之以下式表示的指標。作為導電性之指標,可使用表面電阻值,表面電阻值低者,其導電性高。
碳奈米管層光吸收率(550nm)=100-全光透射率(550nm)-相對反射率(550nm)。
本發明的導電積層體係光吸收率及表面電阻值滿足以下的(a)~(h)中之任一者較佳。
(a)光吸收率為1%以上且小於2%,表面電阻值為500Ω/□以上2,000Ω/□以下;(b)光吸收率為2%以上且小於3%,表面電阻值為200Ω/□以上1,500Ω/□以下;(c)光吸收率為3%以上且小於4%,表面電阻值為100Ω/□以上500Ω/□以下;(d)光吸收率為4%以上且小於5%,表面電阻值為80Ω/□以上400Ω/□以下;(e)光吸收率為5%以上且小於7%,表面電阻值為60Ω/□以上300Ω/□以下;(f)光吸收率為7%以上且小於9%,表面電阻值為50Ω/□以上200Ω/□以下;(g)光吸收率為9%以上且小於11%,表面電阻值為40Ω/□以上150Ω/□以下;(h)光吸收率為11%以上且小於20%,表面電阻值為30Ω/□以上100Ω/□以下。
再者,作為透明性之指標,代表者為光吸收率,且包含導電層1層的透明導電積層體之光吸收率有實用的意義。
又,作為導電性之指標,代表者為導電積層體之表面電阻值,且包含導電層1層的導電積層體之表面電阻值有實用的意義。
該導電性(表面電阻值)、及透明性(碳奈米管層光吸收率),可利用碳奈米管塗布量進行調整。然而,碳奈米管塗布量少的話,導電性會變低,而透明性會變
高,塗布量多的話,則導電性會變高,而透明性會變低。亦即,兩者係互為權衡(trade off)的關係,而難以同時滿足兩者。因為有該關係,所以為了比較透明導電性,必需固定其一指標,並據以比較另一指標。
更佳為光吸收率及表面電阻值滿足以下的(a1)~(h1)中之任一者。
(a1)光吸收率為1%以上且小於2%,表面電阻值為500Ω/□以上1,500Ω/□以下;(b1)光吸收率為2%以上且小於3%,表面電阻值為200Ω/□以上1,200Ω/□以下;(c1)光吸收率為3%以上且小於4%,表面電阻值為100Ω/□以上450Ω/□以下;(d1)光吸收率為4%以上且小於5%,表面電阻值為80Ω/□以上350Ω/□以下;(e1)光吸收率為5%以上且小於7%,表面電阻值為60Ω/□以上250Ω/□以下;(f1)光吸收率為7%以上且小於9%,表面電阻值為50Ω/□以上150Ω/□以下;(g1)光吸收率為9%以上且小於11%,表面電阻值為40Ω/□以上120Ω/□以下;(h1)光吸收率為11%以上且小於20%,表面電阻值為30Ω/□以上80Ω/□以下。
特佳為光吸收率與表面電阻值滿足以下的(a2)~(h2)中之任一者。
(a2)光吸收率為1%以上且小於2%,表面電阻值為500Ω/□以上1,200Ω/□以下;(b2)光吸收率為2%以上且小於3%,表面電阻值為200Ω/□以上1,000Ω/□以下;(c2)光吸收率為3%以上且小於4%,表面電阻值為100Ω/□以上400Ω/□以下;(d2)光吸收率為4%以上且小於5%,表面電阻值為80Ω/□以上300Ω/□以下;(e2)光吸收率為5%以上且小於7%,表面電阻值為60Ω/□以上200Ω/□以下;(f2)光吸收率為7%以上且小於9%,表面電阻值為50Ω/□以上130Ω/□以下;(g2)光吸收率為9%以上且小於11%,表面電阻值為40Ω/□以上100Ω/□以下;(h2)光吸收率為11%以上且小於20%,表面電阻值為30Ω/□以上70Ω/□以下。
本發明的導電積層體係25℃、相對濕度30%~90%之表面電阻值變化率為20%以下較佳。此處所謂的相對濕度30%~90%之表面電阻值變化率係在實施例之項目中說明詳細,為依序在相對濕度30%保持20分、在50%保持20分、在90%保持30分、在30%保持20分,在測定電阻值之隨時間變化時,將測定的電阻值之最小值設為m,將最大值設為M時,以下述式(1)求得之表面電阻值變化率。
表面電阻值變化率=(M-m)/m×100...(1)。
從可防止作為觸控面板之際的操作差錯之觀點來說,使表面電阻值變化率在20%以下較為理想。更佳為表面電阻值變化率為15%以下,再更佳為10%以下。
作為製造本發明的導電積層體之方法,係以具有在基材上設置濕潤張力為76~105mN/m之底塗層(X)的底塗層(X)形成步驟、以及將包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)的分散液設置於底塗層(X)上而形成導電層(Y)的導電層(Y)形成步驟之導電積層體之製造方法較佳。以下,說明各步驟。
如前述的[底塗層(X)]之項目所說明,藉由將含有有機黏合劑(A)、粒子(B)、以及因應需要之添加劑或溶媒的塗料組成物塗布於基材上,並視需要使溶媒乾燥,則可在基材上形成濕潤張力為76~105mN/m的底塗層(X)。
在本發明的導電積層體中,導電層(Y)係經由將CNT分散液塗布於底塗層上的塗布步驟、以及之後將分散媒除去的乾燥步驟而形成。塗布步驟中,將利用前述方法得到的CNT分散液塗布於在基材上所設置的底塗層上時,捲取具備親水性部位的CNT之CNT分散劑被吸引至具有親水性之底塗層表面。
又,雖然之後係使分散媒乾燥,將CNT固定
於底塗層上,而形成導電層(Y),但分散媒殘留於底塗層上,而在CNT分散劑(D)呈現可從導電層(Y)移動至底塗層表面的狀態之期間,與塗布時相同,CNT分散劑被吸引、吸附至具有親水基之底塗層表面。
如前述,由於分散劑被吸引到底塗層(X),故
導電層(Y)之CNT分散劑量下降。CNT分散劑被吸引至該底塗層(X)之現象係藉由使用濕潤張力為76~105mN/m之親水性的底塗層,而可更容易進行。又,只要將CNT分散液塗布成塗布厚度為1μm~50μm之範圍,分散媒自導電層(Y)中藉由乾燥而除去的時間為0.1秒~100秒之範圍的話,可更有效地產生利用該機制的分散劑之吸附,因而較為理想。
又,在將CNT分散液塗布於基材上後進行乾
燥而製作的導電積層體中,根據塗布後之乾燥時的分散液之濃度上升、或在CNT分散液與基材之間產生的靜電排斥力,有引起CNT之束化(bundling)的情況。然而,藉由在分散液中使CNT帶負電,同時藉由將該CNT分散液塗布於底塗層上並進行乾燥,則可使分散於CNT分散液中的CNT靜電吸附於底塗層,且抑制在基材上之乾燥時引起的CNT束化,因而較為理想。根據前述,可得到透明導電性優異的導電積層體。
在本發明的導電積層體中,將分散液塗布於
基材上的方法並沒有特別限定。可利用已知的塗布方法,例如,噴灑塗裝、浸漬塗布、旋轉塗布、刮刀塗布、
輕觸塗布、凹版塗布、縫模塗布、棒塗布、輥塗布、網版印刷、噴墨印刷、移動印刷、其他種類的印刷等。又,塗布可分成數次進行,亦可組合不同之2種塗布方法。
最佳的塗布方法為凹版塗布、棒塗布、縫模塗布。
將CNT分散液塗布於基材上之際的塗布厚
度由於也依存於CNT分散液之濃度,因此只要適當調整成可得到期望的表面電阻值即可。本發明之CNT塗布量係可因應為了達成導電性為必要之各種用途而輕易調整。例如,塗布量為0.1mg/m2~30mg/m2的話,可使以下所示的保護層形成後之光吸收率成為20%以下,因而較為理想。
本發明的導電積層體係在導電層(Y)上具有保護層而較佳。再者,保護層係為了提升透明性,而宜由透明被膜所構成。藉由具有保護層,可進一步提升透明導電性或耐熱性安定性、耐濕熱安定性,因而較為理想。
作為保護層之材料,可同時使用有機材料、
無機材料,但從電阻值安定性之觀點來看,無機材料較為理想。無機材料可舉出二氧化矽、氧化錫、氧化鋁、二氧化鋯、二氧化鈦等之金屬氧化物,從電阻值安定性之觀點來看,二氧化矽較為理想。
在本發明的導電積層體中,將保護層設置於
導電層(Y)上的方法並沒有特別限定。可利用已知的濕式塗布方法,例如,噴灑塗裝、浸漬塗布、旋轉塗布、刮
刀塗布、輕觸塗布、輥塗布、凹版塗布、縫模塗布、棒塗布、網版印刷、噴墨印刷、移動印刷、其他種類的印刷等。又,亦可使用乾式塗布方法。作為乾式塗布方法,可利用濺鍍、蒸鍍等之物理氣相成長或化學氣相成長等。又,將保護層設置於導電層上的操作,可分成數次進行,亦可組合不同之2種塗布方法。較佳的方法係濕式塗布之凹版塗布、棒塗布、縫模塗布。
作為使用濕式塗布形成二氧化矽層的方法,
使用有機矽烷化合物較佳,例如,可舉出將二氧化矽溶膠溶解在溶媒中而成者當作為塗布液,進行前述濕式塗布,且在溶媒乾燥時產生矽烷醇基之間的脫水縮合,形成二氧化矽薄膜的方法,其中該二氧化矽溶膠係將四甲氧矽烷、四乙氧矽烷、四正丙氧矽烷、四異丙氧矽烷、四正丁氧矽烷等之四烷氧矽烷等之有機矽烷化合物水解而製作的二氧化矽溶膠。
保護層的厚度,可藉由調整塗布液中之二氧
化矽溶膠濃度及塗布時之塗布厚度而控制。作為保護層的厚度,設定為10nm以上200nm以下更佳。保護層的厚度較10nm更薄的話,有無法抑制提升CNT之導電性的硝酸等之摻雜物的飛散且耐熱性下降的情況。保護層的厚度較200nm更厚的話,有具有CNT時與未具有CNT時的反射光量之差變大而露骨的情況。
本發明的導電積層體,例如,可適合當作觸控面板、觸控開關、液晶顯示器、有機電致發光、電子紙等之顯示器關連的電極來使用。
亦即,藉由本發明的導電積層體或本發明的
製造方法而得到的導電積層體,其透明導電性優異,因此可列舉其適當用途為觸控面板或觸控開關等。
以下,基於實施例來具體說明本發明的導電積層體及本發明的導電積層體之製造方法。但是,本發明並沒有限定於以下的實施例。
將取樣為5cm×10cm之導電積層體,使用島津製作所(股)製的紫外線/可見光/赤外線分光光度計UV-3150進行測定。藉由自導電積層體之形成有導電層的側垂直入射光線,測定550nm下之全光透射率與相對反射率,利用下式算出光吸收率而求出導電積層體之光吸收率。
光吸收率(550nm)=100-全光透射率(550nm)-相對反射率(550nm)。
在取樣為5cm×10cm之導電積層體的CNT層側之中央部使探測器密合,利用4端子法在室溫下測定電阻值。使用的裝置為Dia Instruments(股)製的電阻計MCP-T360型,使用的探測器為Dia Instruments(股)製的4探針探測器MCP-TPO3P。
底塗層的濕潤張力之測定係依據ISO8296(2003)Plastics-Film and sheeting-Determination of wetting tension所規定的方法。
準備表面張力不同之各種濕潤張力試驗用混合液。形成後述的底塗層後,在室溫23℃、相對濕度50%之環境下,使用綿棒或刷子將濕潤張力試驗用混合液迅速地擴展在底塗層表面。濕潤張力的有無之判定,係觀察濕潤張力試驗用混合液之液膜,並以2秒後的液膜之狀態進行。在2秒後之液膜不產生破裂且保持塗布狀態者係為濕潤,亦即具有其表面張力之濕潤張力。2秒後之液膜產生破裂,且未保持塗布狀態者為未濕潤。濕潤的情況中,接著以表面張力高的濕潤張力試驗用混合液進行測定,或者是相反而為未濕潤的情況中,接著以表面張力低的混合液進行測定。重複該操作,決定最高的濕潤張力之數值。再者,使用Arcotest公司製測試墨水作為濕潤張力試驗用混合液。
為了進行露骨評價,首先進行具有圖案的導電積層體之製作。採用波長1,064nm、1脈衝時間15ns、1脈衝能量25μJ、脈衝頻率200Hz、操作速度2,000mm/s之條件,且為了調整圖案寬度而將雷射的點徑設定為25μm,將導電積層體予以雷射蝕刻。
其次,使用上述具有圖案的導電積層體實施觸控面板之製作。使用透明黏著薄膜(巴川製紙所(股)製
TI14A、厚度25μm),使有1片導電積層體之導電層的表面與1片硬塗覆薄膜(東麗薄膜加工(股)製“TUFTOP”(註冊商標)THS、厚度50μm)之沒有硬塗覆的表面相面對而進行積層加工。
如前述,製作觸控面板,在觸控面板之正上
方,以50cm之距離設置三波長螢光管。其次,針對觸控面板,觀察者站在30cm之距離,以使在觸控面板與三波長螢光管間連結的線及連結觸控面板與觀察者的線之形成角成為45度而進行觀察。5人的觀察者中之5人全員看不到露骨時為S,4人看不到露骨而1人看到露骨時為A,1人以上3人以下看不到露骨而2人以上看到露骨時為B,5人全員看到露骨時為C。
使用三次元表面粗度測定機(小坂研究所公司製),以下述條件對於各層表面進行測定。
系統:三次元表面粗度解析系統「i-Face model TDA31」
X軸測定長度/節距:500μm/1.0μm
Y軸測定長度/節距:400μm/5.0μm
測定速度:0.1mm/s
測定環境:溫度23℃、相對濕度65%RH、大氣中。
25℃、相對濕度30%~90%之表面電阻值變化率,亦即,耐濕度依存性之評價係如下述進行而實施。電阻值係在取樣為5cm×10cm之導電積層體的端部5mm
寬,使Taiyo Ink股份有限公司製導電糊“ECM”(註冊商標)-100AF成為80μm的厚度而塗布,並於90℃進行60分加熱乾固,針對其乾固的導電糊部,使用Custom股份有限公司製數位測試機CDM-17D進行測定。將上述樣本置入ESPEC股份有限公司製SH-221小型環境試驗機內,依序在相對濕度30%保持20分、在50%保持20分、在90%保持30分、在30%保持20分,測定電阻值之隨時間的變化。將在各相對濕度/溫度下保持既定時間後測定的各電阻值中之最小值設為m,將最大值設為M時,根據下述式(1)求得表面電阻值變化率。
表面電阻值變化率=(M-m)/m×100...(1)。
以下表示在各實施例及比較例使用的基材。
.聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(東麗(股)製“LUMIRROR”(註冊商標)U48)
.厚度50μm。
.聚碳酸酯薄膜(三菱瓦斯化學(股)製“Iupilon”(註冊商標)FE-2000)
.厚度100μm。
將實質上未含有粒子的PET丸粒(極限黏度0.63dl/g)充分真空乾燥後,供給至擠出機,在285℃下熔融,利用T字型模擠出為薄片狀,使用靜電施加澆鑄法,捲繞於表面溫度25℃之鏡面澆鑄滾筒上,並使冷卻固化。將該未延伸PET薄膜加熱至90℃,朝長邊方向延伸3.4倍,作成為單軸延伸PET薄膜。
以下表示在各實施例及比較例使用的各黏合劑。
將包含具有親水性官能基的聚酯樹脂之有機黏合劑(高松油脂(股)製A640-GEX固體成分濃度20質量%、水溶媒)以水及異丙醇(以下記載為IPA)稀釋,使水與IPA之比率成為質量比7:3,使樹脂之固體成分濃度成為5質量%。
將包含具有親水性官能基的丙烯酸樹脂之有機黏合劑(三井化學(股)製“NOSTRA”(註冊商標)DBH固體成分濃度40質量%、甲醇1-甲氧基-2丙醇(以下記載為PGME)溶媒)以甲醇及PGME稀釋,使甲醇與PGME之比率成為質量比5:5,使樹脂之固體成分濃度成為20質量%。
將包含具有親水性官能基的聚酯樹脂與具有親水性官能基的丙烯酸樹脂之機黏合劑(高松油脂(股)製A645-GEX固體成分濃度20質量%、水溶媒)以水及IPA稀釋,使水與IPA之比率成為質量比7:3,使樹脂之固體成分濃度成為5質量%。
將包含具有親水性官能基的聚酯樹脂與具有親水性官能基的丙烯酸樹脂之有機黏合劑(高松油脂(股)製A647-GEX固體成分濃度20質量%、水溶媒)以水及IPA稀釋,使水與IPA之比率成為質量比7:3,使樹脂之固體成分濃度成為5質量%。
將包含直徑約30nm的親水二氧化矽微粒與聚矽酸酯之無機黏合劑(司化研(股)製Megaakua hydrophilic DM Coat DM30-26G-N1固體成分濃度5質量%、IPA溶媒)以IPA稀釋,使樹脂之固體成分濃度成為0.4質量%。
將包含矽酸乙酯的無機黏合劑(COLCOAT(股)製“COLCOAT”(註冊商標)N103X固體成分濃度2質量%、IPA溶媒)以IPA稀釋,使樹脂之固體成分濃度成為1質量%。
將包含未具有親水性官能基之聚酯樹脂的有機黏合劑(高松油脂(股)製PESRESIN S-180固體成分濃度20質量%、水溶媒)以水及IPA稀釋,使水與IPA之比率成為質量比7:3,使樹脂之固體成分濃度成為5質量%。
(8)有機黏合劑(H):將對苯二甲酸50質量份、間苯二甲酸50質量份、乙二醇50質量份、新戊二醇30質量份與作為聚合觸媒之三氧化銻0.3質量份與乙酸鋅0.3質量份同時加入至氮氣沖淨過的反應器,一邊將水除去,一邊於常壓下在190~220℃進行12小時聚合反應,得到聚酯二醇。其次,對得到的聚酯二醇添加5-鈉磺酸基間苯二甲酸5質量份,將作為溶媒之二甲苯加入至反應器,在0.2mmHg之減壓下、於260℃下將二甲苯餾去,聚合3小時,得到具有親水性官能基的聚酯樹脂(B)。將該聚酯樹脂(B)溶解於包含氨水及丁基纖維素的水中。
含有唑啉基的聚合物(日本觸媒(股)製“EPOCROS”(註冊商標)WS-700)。
含有唑啉基的聚合物(日本觸媒(股)製“EPOCROS”(註冊商標)WS-500)。
含有唑啉基的聚合物(日本觸媒(股)製“EPOCROS”(註冊商標)WS-300)。
粒徑10nm~15nm膠狀二氧化矽(日產化學工業(股)製“SNOWTEX”(註冊商標)ST-O、球形狀)。
粒徑40nm~50nm膠狀二氧化矽(日產化學工業(股)製“SNOWTEX”(註冊商標)ST-OL、球形狀)。
粒徑150nm苯乙烯/丙烯酸粒子(日本合成化學化學工業(股)製“MOWINYL”(註冊商標)972、球形狀)。
粒徑10~15nm膠狀二氧化矽(日產化學工業(股)製“有機二氧化矽溶膠”PGM-ST、球形狀)。
粒徑4nm~6nm膠狀二氧化矽(日產化學工業(股)製“SNOWTEX”(註冊商標)ST-OXS、球形狀)。
粒徑40nm~100nm膠狀二氧化矽(日產化學工業(股)製“SNOWTEX”(註冊商標)ST-OUP、鏈形狀)。
粒徑70nm~110nm膠狀二氧化矽(日產化學工業(股)製“SNOWTEX”(註冊商標)ST-PS-SO、珍珠項鍊形狀)。
(8)粒子H:在膠狀二氧化矽“SNOWTEX”(註冊商標)OL(平均1次粒徑45nm、日產化學工業(股)製)表面,以下述(i)~(iv)之手法,將導入羥基的丙烯酸樹脂於二氧化矽粒子表面進行修飾。
(i)將預先混合無機氧化物與丙烯酸樹脂的混合物添加至溶媒中,並進行分散的方法。
(ii)在溶媒中將無機氧化物與丙烯酸樹脂依序添加,並進行分散的方法。
(iii)在各別的溶媒中,分別將無機氧化物與丙烯酸樹脂預先分散,並將所得到之各個分散體混合之方法。
(iv)在溶媒中將無機氧化物分散後,於得到的分散體添加丙烯酸樹脂的方法。
以下表示在各實施例及比較例所使用的CNT分散液之製造方法。
將檸檬酸銨鐵(和光純藥工業(股)製)2.46g溶解於甲醇(關東化學(股)製)500mL。在該溶液加入氧化鎂(岩谷化學工業(股)製MJ-30)100.0g,以攪拌機激烈攪拌處理60分鐘,將懸浮液於減壓下、40℃進行濃縮乾固。將得到的粉末於120℃進行加熱乾燥而除去甲醇,得到在
氧化鎂粉末載持金屬鹽的觸媒體。得到的固體成分,以篩選為前提,一邊以研缽細粒化,一邊回收20~32網目數(0.5~0.85mm)之範圍的粒徑者。得到的觸媒體所含的鐵含量為0.38質量%。又,表觀密度為0.61g/mL。重複前述之操作,供於以下的實驗。
使用在圖1表示的裝置,進行CNT之合成。
反應器503為內徑75mm、長度為1,100mm的圓筒形石英管。在中央部具備石英燒結板502,在石英管下方部具備作為惰性氣體及原料氣體供給管線之混合氣體導入管508,在上部具備廢氣管506。再者,具備3台電氣爐501作為將反應器之圓周包圍的加熱器,以使反應器可保持在任意溫度。又,為了檢測反應管內的溫度而具備電熱對505。
藉由採取觸媒製備例所製備的固體觸媒體
132g,並導入至設置於鉛直方向的反應器之中央部的石英燒結板上而形成觸媒層504。使反應管內溫度成為約860℃為止,一邊將觸媒體層加熱,一邊使用質流控制器507自反應器底部朝反應器上部方向將氮氣以16.5L/分供給,使其通過觸媒體層而流通。之後,一邊供給氮氣,一邊進一步使用質流控制器507將甲烷氣體以0.78L/分導入60分鐘,使其通過觸媒體層而進行通氣,並進行反應。將此時之固體觸媒體的質量除以甲烷的流量的接觸時間(W/F)為169分.g/L,包含甲烷的氣體之線速為6.55cm/秒。停止甲烷氣體之導入,一邊使氮氣進行16.5L/分通氣,一邊將石英反應管冷卻直到室溫。
停止加熱且放置直到室溫,成為室溫後,自反應器取出含有觸媒體與CNT之含有CNT的組成物。
藉由使用CNT集合體製造例所得到的含有觸媒體與CNT之含有CNT的組成物130g,在4.8N之鹽酸水溶液2,000mL中攪拌而溶解作為觸媒金屬之鐵與作為其載體之MgO。得到的黑色懸浮液係在過濾後,過濾物再度投入4.8N之鹽酸水溶液400mL,進行脫MgO處理,並進行過濾。將該操作重複3次(脫MgO處理)。之後,以離子交換水水洗過濾物之懸浮液直到成為中性後,依含水濕潤狀態保持含有CNT的組成物。此時,含水濕潤狀態之含有CNT的組成物全體之質量為102.7g(含有CNT的組成物濃度:3.12質量%)。
相對於得到的濕潤狀態之含有CNT的組成物之乾燥質量份,添加約300倍質量的濃硝酸(和光純藥工業(股)製、1級、Assay60~61質量%)。之後,在約140℃之油浴下一邊攪拌25小時一邊加熱回流。加熱回流後,將包含含有CNT的組成物之硝酸溶液以離子交換水稀釋為3倍,並進行吸引過濾。以離子交換水水洗過濾物之懸浮液直到成為中性後,得到含水濕潤狀態的CNT集合體。此時,含水濕潤狀態之CNT組成物全體的質量為3.351g(含有CNT的組成物濃度:5.29質量%)。
將得到的濕潤狀態之CNT集合體(乾燥質量換算為25mg)、6質量%羧甲基纖維素鈉(第一工業製藥
(股)製、Serogen 7A(重量平均分子量:20萬))水溶液1.04g、離子交換水0.8g、二氧化鋯珠粒(東麗(股)公司製、“TORAYCERAM”(註冊商標)、珠粒尺寸:0.8mm)13.3g加入至容器,並使用28質量%氨水溶液(KISHIDA CHEMICAL(股)製)調整為pH10。將(分散劑/CNT質量比=2.5)該容器使用振動球磨機(入江商會公司(股)製、VS-1、振動數:1,800cpm(60Hz))振盪2小時,製備CNT糊。
其次,將該CNT糊以離子交換水稀釋,以使
CNT之濃度成為0.15質量%,對於該稀釋液10g,再度以28質量%氨水溶液調整為pH10。將超音波均質機(家田貿易(股)製、VCX-130)之輸出設為20W,在冰冷下分散處理該水溶液1.5分鐘(0.6kW.分/g)。使分散中液溫成為10℃以下。將得到的溶液以高速離心分離機(TOMY SEIKO(股)、MX-300)進行10,000G、15分鐘之離心處理,得到CNT分散液9g。之後,添加水,依最後濃度計,使CNT集合體之濃度成為0.03質量%而製備作為CNT分散液。
將有機黏合劑A~D、G及無機黏合劑E、F與粒子A~G,以表中所示之摻合比進行混合而調整塗料。將作成的塗料,使用安裝有材質為不銹鋼(sus)之墊片(墊片厚度50μm)的縫模塗布(塗布寬550mm),以輸送速度10m/分,於基材之單面上進行塗布、乾燥,並將底塗層積層。再者,僅於使用有機黏合劑B之情況中,在
氮環境下以照射量95.1mJ/cm2實施紫外線照射而使硬化。又,使用有機黏合劑G時,由於底塗層之濕潤性不足,而無法塗布CNT分散液,因此針對基材表面以E值100W.s的條件實施電暈處理。
其次,使用安裝有材質為不銹鋼(sus)之墊片
(墊片厚度50μm)的縫模塗布(塗布寬550mm),將CNT分散液塗布於底塗層上,在100℃下乾燥1分鐘,積層形成導電成分。接著,在積層有導電層之側,使用安裝有材質為不銹鋼(sus)之墊片(墊片厚度50μm)的縫模塗布(塗布寬550mm),依10m/分的塗布速度,以表中所示的條件塗布前述無機黏合劑F,並於125℃下乾燥1分鐘,進行積層形成。
將有機黏合劑H與粒子B、H,以表中所示之摻合比混合來調整塗料。使用棒塗布將作成的塗料塗布於在空氣中實施過電暈放電處理的基材C(單軸延伸薄膜)之電暈放電處理面上。將塗布後的單軸延伸薄膜之寬度方向上的兩端部以夾具握持而引導至預熱區,在將環境溫度設為75℃後,接著使用輻射加熱器,使環境溫度成為110℃,再來使環境溫度成為90℃,將塗布用組成物進行乾燥,形成組成物層。接著,連續地在120℃的加熱區(延伸區)朝寬度方向延伸3.5倍,再於230℃的熱處理區(熱固定區)實施熱處理20秒鐘,得到結晶配向結束的積層薄膜。在得到的積層薄膜中,PET薄膜的厚度為50μm。該方法所製作之底塗層的厚度為約40nm。
使用安裝有材質為不銹鋼(sus)之墊片(墊片厚度50μm)的縫模塗布(塗布寬550mm),將CNT分散液塗布於基材A、B上,在100℃下乾燥1分鐘,而積層形成導電成分。由於基材濕潤性不足,而無法塗布CNT分散液,因此針對基材表面實施電暈處理。接著,在積層有導電層之側,使用安裝有材質為不銹鋼(sus)之墊片(墊片厚度50μm)的縫模塗布(塗布寬550mm),依10m/分的塗布速度,以表中所示的條件塗布前述無機黏合劑F,並於125℃下乾燥1分鐘,進行積層形成。
關於評價結果及詳細的製造條件,係記載於表1~6。黏合劑之含量[質量%]係為將底塗層全體當作為100質量%時的黏合劑之含量[質量%]。粒子之含量[質量%]係為將底塗層全體當作為100質量%時的粒子之含量[質量%]。添加量[質量份]係為將黏合劑之成分當作為100質量份時的交聯劑之添加量[質量份]。
透明導電性優異之本發明的導電積層體,例如,可適合當作觸控面板、觸控開關、液晶顯示器、有機電致發光、電子紙等之顯示器關連的電極來使用。
501‧‧‧電氣爐
502‧‧‧石英燒結板
503‧‧‧反應器
504‧‧‧觸媒層
505‧‧‧熱電對
506‧‧‧廢氣管
507‧‧‧質流控制器
508‧‧‧氣體導入管
509‧‧‧烴
510‧‧‧惰性氣體
Claims (13)
- 一種導電積層體,其係於基材上自基材側依序具有底塗層(X)與導電層(Y),且滿足以下的(i)~(iii);(i)底塗層(X)包含有機黏合劑(A)及粒子(B);(ii)相對於底塗層(X)全體100質量%,底塗層(X)所含的粒子(B)之含量為15質量%以上95質量%以下;以及(iii)導電層(Y)包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)。
- 如請求項1之導電積層體,其中該導電層(Y)之光吸收率及表面電阻值係滿足以下(a)~(h)中之任一者;(a)光吸收率為1%以上且小於2%,表面電阻值為500Ω/□以上2,000Ω/□以下;(b)光吸收率為2%以上且小於3%,表面電阻值為200Ω/□以上1,500Ω/□以下;(c)光吸收率為3%以上且小於4%,表面電阻值為100Ω/□以上500Ω/□以下;(d)光吸收率為4%以上且小於5%,表面電阻值為80Ω/□以上400Ω/□以下;(e)光吸收率為5%以上且小於7%,表面電阻值為60Ω/□以上300Ω/□以下;(f)光吸收率為7%以上且小於9%,表面電阻值為50Ω/□以上200Ω/□以下;(g)光吸收率為9%以上且小於11%,表面電阻值為40Ω/□以上150Ω/□以下;以及 (h)光吸收率為11%以上且小於20%,表面電阻值為30Ω/□以上100Ω/□以下。
- 如請求項1或2之導電積層體,其中該粒子(B)為無機粒子及/或有機粒子。
- 如請求項1至3中任一項之導電積層體,其中該粒子(B)之形狀為選自於包含球形狀、鏈形狀及珍珠項鍊形狀的群組中之至少1種的形狀。
- 如請求項1至4中任一項之導電積層體,其中該有機黏合劑(A)係包含具有親水性官能基的聚酯樹脂及/或具有親水性官能基的丙烯酸樹脂。
- 如請求項1至5中任一項之導電積層體,其中該碳奈米管分散劑(D)係包含離子性分散劑。
- 如請求項6之導電積層體,其中該離子性分散劑為羧甲基纖維素。
- 如請求項1至7中任一項之導電積層體,其係於該導電層(Y)上具有保護層。
- 如請求項1至8中任一項之導電積層體,其中25℃、相對濕度30%~90%之表面電阻值變化率為20%以下。
- 一種導電積層體之製造方法,其係具有:在基材上設置濕潤張力為76~105mN/m之底塗層(X)的底塗層(X)形成步驟;以及將包含碳奈米管(C)及碳奈米管分散劑(D)的分散液設置於底塗層(X)上而形成導電層(Y)的導電層(Y)形成步驟。
- 如請求項10之導電積層體之製造方法,其中該底塗層(X)之中心面平均粗度SRa為2~15nm。
- 一種觸控面板,其係使用如請求項1~8中任一項之導電積層體或是藉由如請求項10或11之導電積層體之製造方法而得到的導電積層體。
- 一種觸控開關,其係使用如請求項1~8中任一項之導電積層體或是藉由如請求項10或11之導電積層體之製造方法而得到的導電積層體。
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