TW201918512A - 導電性彈性體組成物及使用其之導電性片材 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種兼具優異的導電性與伸張性的導電性彈性體組成物及使用其之導電性片材。 一種導電性彈性體組成物，含有：氟彈性體、平均粒徑為1~10μm的金屬填料、包含通式(I)所示咪唑鎓系離子(惟，式(I)中R係各自獨立選擇之碳數1~10的烷基)與四氟硼酸鹽離子的離子液體、及交聯劑。

Description

導電性彈性體組成物及使用其之導電性片材
本發明係關於導電性彈性體組成物及使用其之導電性片材。
背景技術 隨著手錶、腕帶、戒指、眼鏡或衣服等具有資訊終端功能的穿戴式終端的普及、以及機器人終端的普及，要求具備可適應動態使用方式的伸張性的電纜等。然而，使用先前的導電性組成物的電纜等，於動態使用方式中有導通被切斷之虞。
針對上述問題，例如於專利文獻1中揭示有一種含有環氧樹脂、硬化劑、奈米碳管、離子液體的導電性組成物。然而，奈米碳管的電阻值較高，於導電性及伸張時的導通保持上還有進一步改善的空間。又，奈米碳管據說具有致癌性，於其處理上需要用以防止飛散的專用設備，製造成本較高。再者，專利文獻1的發明，由於在環氧樹脂進行聚合而交聯時，離子液體會與環氧樹脂反應而進入交聯構造中，故難以獲得因為含有離子液體而提高導電性的效果。
於專利文獻2中揭示有一種高分子致動元件用電極膜，其含有氟樹脂(A)、氟橡膠(B)、離子液體(C)及導電性填料(D)。
又，專利文獻3中揭示有一種導電性含氟聚合物組成物，特徵在於：其含有含氟聚合物、奈米碳材料及離子液體，含氟聚合物包含以含氟乙烯性單體(M)為主體的結構單元M，該含氟乙烯性單體(M)係以通式CH2 =CFRf1 (式中，Rf1 為碳數1~12之直鏈或已分枝的氟烷基)表示，結構單元M相對於總結構單元為0.1~100莫耳%。
然而，專利文獻2的用途為致動元件用電極膜，與以佈線為用途所需的導電性等特性大不相同。又，專利文獻2、3的發明均使用奈米碳管作為導電性填料，難以得到優異的導電性。
先行技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2014-114420號公報 專利文獻2：國際公開2010/113416號公報 專利文獻3：日本特開2015-140400號公報
發明概要 發明欲解決之課題 本發明係鑑於上述情況而完成者，其目的在於提供一種兼具優異的導電性與伸張性的導電性彈性體組成物及使用其之導電性片材。
用以解決課題之方法 為解決上述問題，本發明之導電性彈性體組成物含有：氟彈性體、平均粒徑為1~10μm的金屬填料、包含通式(I)所示咪唑鎓系離子與四氟硼酸鹽離子的離子液體、及交聯劑。
[化學式1]
惟，式(I)中R各自表示獨立選擇之碳數1~10的烷基。
上述離子液體的含量可相對於氟彈性體100質量份為0.1~3質量份。
上述金屬填料的含量可相對於氟彈性體100質量份為40~250質量份。
上述金屬填料可為樹突形狀。
上述金屬填料可為選自於由金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、銀被覆銅粉及銀被覆銅合金粉所構成群組中之至少一種。
上述交聯劑可設為過氧化物系交聯劑。
上述氟彈性體可設為具有選自於由二氟亞乙烯、四氟乙烯及六氟丙烯所構成群組中之至少一種作為結構單體者。
本發明之導電性片材係設為使上述導電性彈性體組成物交聯而成者。
發明效果 根據本發明之導電性彈性體組成物，可獲得兼具優異的導電性與伸張性且於伸張時仍保持導通的導電性片材。
用以實施發明之形態 以下，更具體地說明本發明之實施形態。
本發明之導電性彈性體組成物含有：氟彈性體、平均粒徑為1~10μm的金屬填料、包含通式(I)所示咪唑鎓系離子與四氟硼酸鹽離子(BF4 - )的離子液體、及交聯劑。
[化學式2]
惟，式(I)中R係各自表示獨立選擇之碳數1~10的烷基。
關於本實施形態中的氟彈性體，只要於分子中具有氟原子即可，並無特別限定，但宜為含有如下含氟單體作為結構單體者，即：二氟亞乙烯、四氟乙烯(TFE)、三氟氯乙烯(CTFE)、三氟乙烯、六氟丙烯(HFP)、三氟丙烯、四氟丙烯、五氟丙烯、三氟丁烯、四氟異丁烯、及全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)等，較佳為含有選自於由二氟亞乙烯、四氟乙烯及六氟丙烯所構成群組中之至少一種作為結構單體者，更佳為含有二氟亞乙烯、四氟乙烯及六氟丙烯作為結構單體者。關於此種氟彈性體，亦可使用市售者，例如可舉例Solvay Solexisc公司製「TECNOFLON P-457」等。
使用後述交聯劑使如此的氟彈性體進行交聯而成的橡膠係於分子內具有極性。因此，對使導電性彈性體組成物硫化成型而成的導電性片材通電時，可以幫助所摻混的金屬填料間的電子流動，獲得優異的導電性。再者，藉由選擇極性較近的氟彈性體與離子液體，可容易獲得離子液體對氟彈性體優異的分散性，也不容易滲析。
關於本實施形態中的交聯劑並無特別限定，但宜為過氧化物系交聯劑，具體可列舉：過氧縮酮、二烷基過氧化物、烷基過氧酯、過氧化氫、過氧碳酸酯等，更具體而言可列舉：過氧化二異丙苯、過氧化二第三丁基、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧)己炔-3、二(第三丁基過氧異丙基)苯、過氧化第三丁基異丙苯、1,1-二(第三丁基過氧)-3,3,5-三甲基環己烷、正丁基-4,4-二(第三丁基過氧)戊酸酯、過氧化苯甲酸第三丁酯、過氧化異丙基碳酸第三丁酯、第三丁基過氧-2-乙基己基碳酸酯、1,1,3,3-四甲基丁基過氧化氫等，此等可使用任一種或二種以上。又，亦可合併調配交聯助劑，具體可列舉：乙二醇二甲基丙烯酸酯、間伸苯雙馬來醯亞胺、氧化鋅、三烯丙基異三聚氰酸酯等，此等可使用任一種或二種以上。
關於交聯劑的含量(併用2種以上時為合計量)並無特別限定，但宜相對於氟彈性體100質量份為0.1~10質量份、較佳為1~10質量份、更佳為1~5質量份。
關於交聯助劑的含量(併用2種以上時為合計量)並無特別限定，但宜相對於氟彈性體100質量份為0.1~10質量份、較佳為1~10質量份、更佳為1~5質量份。
再者，一般係使用硫作為彈性體的交聯劑，但由於硫有腐蝕金屬填料之虞，故本實施形態的導電性彈性體組成物宜實質上不含硫。此處，所謂「實質上不含」指其含量在沒有有效作用效果的範圍，通常相對於氟彈性體100質量份為小於1質量份，較佳為小於0.1質量份。
關於本實施形態中之金屬填料，只要平均粒徑為1~10μm即可，並無特別限定，但較佳為1~7μm、更佳為2~6μm。藉由為1μm以上，容易獲得優異的分散性，藉由為10μm以下，容易獲得優異的導電性。此處，於本說明書中所謂平均粒徑係指藉由雷射繞射散射法獲得的粒度分布中累計值50%的粒徑(一次粒徑)。
關於上述金屬填料並無特別限定，較佳為金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、銀被覆銅粉或銀被覆銅合金粉，由降低成本之觀點而言，則以銀被覆銅粉或銀被覆銅合金粉更佳。銀被覆銅粉亦可具有銅粉與被覆該銅粉的含銀層，銀被覆銅合金粉亦可具有銅合金粉與被覆該銅合金粉的含銀層。又，銅合金粉可為鎳含量0.5~20質量%且鋅含量1~20質量%。亦可於上述範圍內含有鎳及鋅，剩餘部分則由銅構成，且剩餘部分的銅包含不可避免的不純物。
銀被覆量宜於銀被覆銅粉或銀被覆銅合金粉中的比率為1~30質量%、較佳為3~20質量%。若銀被覆量為1質量%以上，可抑制交聯劑所致的腐蝕，若銀被覆層為30質量%以下，則可維持優異的導電性，且相較於銀粉更加降低成本。
關於上述金屬填料的形狀並無特別限定，可列舉：小片狀(鱗片狀)、樹突形狀(樹枝狀)、球狀、纖維狀、不規則形狀(多面體)等，由伸張時容易獲得優異的導電性之觀點而言，較佳為樹突形狀。
此處，所謂樹突形狀係指具有從粒子表面突出之一個以上樹枝狀突起的形狀，可僅為無分枝的主枝，亦可為從主枝分枝出分枝部分並呈平面狀或三維地成長而成的形狀。
關於上述金屬填料的含量(併用2種以上時為合計量)並無特別限定，但宜相對於氟彈性體100質量份為40~250質量份、較佳為60~200質量份、更佳為80~200質量份。藉由為40質量份以上，容易獲得優異的導電性，藉由為250質量份以下，導電性彈性體組成物容易獲得優異的伸張性。
本實施形態中之離子液體係包含通式(I)所示咪唑鎓系離子與四氟硼酸鹽離子(BF4 - )者。
[化學式3]
惟，式(I)中，R係各自表示獨立選擇之碳數1~10的烷基、較佳為碳數1~6的烷基、更佳為碳數1~3的烷基。
關於通式(I)所示咪唑鎓系離子，只要R碳數於上述範圍內則並無特別限定，但較佳為1-己基-3-甲基咪唑鎓離子、1-乙基-3-甲基咪唑鎓離子，更佳為1-乙基-3-甲基咪唑鎓離子。
關於上述離子液體的含量(併用2種以上時為合計量)並無特別限定，但宜相對於氟彈性體100質量份為0.1~3質量份、較佳為0.5~2.5質量份、更佳為1~2.5質量份。
金屬填料相對於離子液體的比(金屬填料/離子液體)並無特別限定，但宜以質量比計為30~400、較佳為40~300、更佳為50~250、再更佳為60~200。
於本實施形態之導電性彈性體組成物中，除了上述各成分外，亦可於通常範圍內適當調配一般於橡膠工業中使用的加工油、鋅華、硬脂酸、軟化劑、塑化劑、蠟、抗老化劑等調配化學品類。
一實施形態之導電性彈性體組成物的製造方法，可使用一般使用的班伯里混合機或捏合機、滾筒等混合機並按照一般方法進行混練來製作。即，例如可於第一混合階段，對氟彈性體添加金屬填料及離子液體、以及除了交聯劑以外的其他含有成分進行混合，並於最終混合階段，於獲得的混合物中添加混合交聯劑，而調製導電性彈性體組成物。最終混合階段的溫度條件宜為100℃以下、較佳為80℃以下。
再者，於第一混合階段之前亦可設置捏煉氟彈性體的步驟。又，為使金屬填料的分散性提高，亦可首先於第一混合階段對氟彈性體僅添加混合金屬填料，而於第二混合階段對獲得的混合物添加混合離子液體及其他含有成分。
藉此而獲得的導電性彈性體組成物可藉由硫化成型而成為傳遞電信號等的導電性片材，可適合使用於電纜或軟性印刷配線板。關於導電性片材的製造方法並未限定於此，可藉由將獲得的導電性彈性體組成物注入特定模具中，於例如170~180℃的溫度、1~2MPa的壓力下加熱5~10分鐘而製造。
[實施例] 以下顯示本發明之實施例，但本發明並非限定於以下實施例。又，除非另有說明，以下的調配比例等以質量為基準。
按照下表1、2所示調配，使用滾筒作為混合機混合各成分，製作出導電性彈性體組成物。具體而言，第1混合步驟係將氟彈性體與金屬填料混合，第2混合步驟係於獲得的混合物中混合離子液體，對於藉此所得的混合物則於最終混合步驟中於20~30℃的溫度下混合交聯劑及交聯助劑，而得到導電性彈性體組成物。將獲得的導電性彈性體組成物注入縱100mm×橫100mm×厚度1mm的模具中，於170~180℃的溫度、1~2MPa的壓力下加熱5~10分鐘，而得到導電性片材的樣品。
表中記載的化合物的詳細說明如下所述。 ･氟彈性體：Solvay Solexisc公司製「TECNOFLON P-457」 ･離子液體A：1-己基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽 ･離子液體B：1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽 ･金屬填料：銀被覆銅粉、樹突形狀、平均粒徑=5μm、銀被覆率=9% ･交聯劑：過氧化物、日本油脂(股)製「PERHEXA 25B-40」 ･交聯助劑：三烯丙基異三聚氰酸酯、日本化成(股)製「TAIC M60」
測定所獲得樣品的片材電阻值，將結果顯示於表1、2。測定方法如下所述。
･片材電阻值(Ω)：藉由4端子法測定樣品的電阻值。
又，使用(股)島津製作所製的拉伸試驗機「AUTOGRAPH AGS-X」，評價比較例1及實施例2~6的導電性片材的伸張率與片材電阻值的關係。具體而言，將獲得的導電性片材切斷成縱100mm×橫100mm×厚度1mm的樣品，將樣品端部固定於拉伸試驗機的夾持部，一面測定樣品的片材電阻值，一面以200mm/min的拉伸速度使樣品伸張。測定結果以曲線圖顯示於圖1。
[表1]
[表2]
如表1所示，由實施例1~8與比較例1的對比可知，藉由含有離子液體，片材電阻值會明顯降低，即使將大幅減少金屬填料含量的實施例7、8與比較例1相比較，亦可確認有上述效果。
又，如表2所示，由比較例2與實施例9、10的對比可知，相對於金屬填料含量較少以致無法獲得導電性的比較例2，實施例9、10藉由調配離子液體可獲得導電性。
進而，如圖1所示可知：比較例1於伸張之後片材電阻值急速地上升，導致無法得到導通，相對於此，實施例2~6即使伸張至伸張率50%左右，片材電阻值亦沒有很大變化，可得到導通。
圖1係表示比較例1及實施例2~6的導電性片材的伸張率與片材電阻值的關係圖。

Claims (8)

  1. 一種導電性彈性體組成物，含有： 氟彈性體、 平均粒徑為1~10μm的金屬填料、 包含通式(I)所示咪唑鎓系離子與四氟硼酸鹽離子的離子液體、及 交聯劑； [化學式1]惟，式(I)中R各自表示獨立選擇之碳數1~10的烷基。
  2. 如請求項1之導電性彈性體組成物，其中前述離子液體的含量相對於氟彈性體100質量份為0.1~3質量份。
  3. 如請求項1或2之導電性彈性體組成物，其中前述金屬填料的含量相對於氟彈性體100質量份為40~250質量份。
  4. 如請求項1或2之導電性彈性體組成物，其中前述金屬填料為樹突形狀。
  5. 如請求項1或2之導電性彈性體組成物，其中前述金屬填料為選自於由金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、銀被覆銅粉及銀被覆銅合金粉所構成群組中之至少一種。
  6. 如請求項1或2之導電性彈性體組成物，其中前述交聯劑為過氧化物系交聯劑。
  7. 如請求項1或2之導電性彈性體組成物，其中前述氟彈性體具有選自於由二氟亞乙烯、四氟乙烯及六氟丙烯所構成群組中之至少一種作為結構單體。
  8. 一種導電性片材，係使如請求項1至7中任一項之導電性彈性體組成物交聯而成。
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