WO2023074722A1 - 導電性エラストマー形成用組成物、導電性エラストマー、及び、重合体 - Google Patents

導電性エラストマー形成用組成物、導電性エラストマー、及び、重合体 Download PDF

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WO2023074722A1
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meth
group
conductive
conductive elastomer
acrylic polymer
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PCT/JP2022/039836
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亮平 池田
幸樹 椿
Original Assignee
大阪有機化学工業株式会社
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    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
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    • C08K3/02Elements
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys

Definitions

  • the present invention provides a conductive elastomer that can be used as a (meth)acrylic conductive material, a conductive elastomer-forming composition for forming the conductive elastomer, and a polymer used for the conductive elastomer.
  • the present invention is applicable to, for example, actuators, sensors used in industrial robots, wires, electrodes, substrates, power generation elements, speakers, microphones, noise cancellers, transducers, artificial muscles, small pumps, medical instruments, etc.
  • the present invention relates to a conductive film that can be preferably used, and a composition for forming a conductive elastomer, a conductive elastomer, and a polymer that can be preferably used as a raw material for the conductive film.
  • a carbon nanotube rubber composition (see, for example, Patent Document 1) comprising carbon nanotubes, rubber, and an ionic liquid as a conductive material, a flexible conductive material having a matrix and a conductive material dispersed in the matrix,
  • a flexible conductive material is proposed in which a first polymer in which the matrix has a function of dispersing the conductive material and a second polymer that can be crosslinked with the first polymer are crosslinked (see, for example, Patent Document 2). .
  • a conductive film that can be formed and has excellent flexibility and extensibility over a wide range of electrical resistance change rates.
  • a conductive film that is excellent in flexibility and elongation in a wide range of electrical resistance change rate includes a (meth)acrylic elastomer containing a (meth)acrylic monomer having a specific structure and a conductive material (meth) ) Acrylic conductive materials have been proposed (see, for example, Patent Document 3).
  • the conductive elastomer When a conductive elastomer is used as a conductive material for an actuator or the like, the conductive elastomer may expand and contract repeatedly due to displacement when voltage is applied. However, repeated expansion and contraction of the conductive elastomer may increase the resistance value of the conductive elastomer and decrease the electrical conductivity. Such a decrease in conductivity affects the performance maintenance and life cycle of products, so the development of conductive elastomers that are less affected by repeated expansion and contraction is desired.
  • the present invention provides a conductive elastomer-forming composition capable of forming a conductive elastomer in which a decrease in conductivity due to repeated expansion and contraction is suppressed, a conductive elastomer using the same, and , to provide a polymer for use in the elastomer.
  • a (meth)acrylic polymer (a) containing units A having at least one of a carboxyl group and a hydroxyl group; a metal chelate compound (b); a conductive material (c); a chelating agent (d); A composition for forming a conductive elastomer containing ⁇ 2>
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • X represents a carboxyl group or a hydroxyl group
  • Z represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 12 carbon atoms
  • the alkyl group and the alkoxyalkyl group may contain an ester bond
  • n represents 0 or 1.
  • ⁇ 4> Any one of the above ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the (meth)acrylic polymer (a) has a unit B derived from a (meth)acrylic monomer represented by the following formula (II): A composition for forming a conductive elastomer.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 18 carbon atoms, which may have a halogen atom.
  • ⁇ 5> A conductive elastomer formed using the composition for forming a conductive elastomer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>.
  • ⁇ 6> A (meth)acrylic polymer (a) having a unit A having at least one of a carboxyl group and a hydroxyl group, and a conductive material (c), wherein the (meth)acrylic polymer (a) contains a metal atom A conductive elastomer having cross-linking sites cross-linked via.
  • ⁇ 8> The conductive elastomer according to ⁇ 6> or ⁇ 7>, which has a Young's modulus of 30 MPa or less.
  • the unit A1 is crosslinked via at least one selected from Al and Ti,
  • the content ratio of the unit A1 is 0.1 to 10 mol%,
  • the content ratio of the unit B1 is 90 to 99.9 mol%, polymer.
  • a composition for forming a conductive elastomer capable of forming a conductive elastomer in which a decrease in conductivity due to repeated expansion and contraction is suppressed, a conductive elastomer using the same, and the composition used for the elastomer A polymer can be provided.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing one embodiment of an actuator
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 taken along line AA
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining displacement of an elastomer
  • alkyl (meth)acrylate means “alkyl acrylate” or “alkyl methacrylate”
  • hydroxyalkyl (meth)acrylate means “hydroxyalkyl acrylate” or “hydroxyalkyl methacrylate”.
  • (meth)acryloyl means “acryloyl” or “methacryloyl”.
  • alkyl group includes linear, branched and alicyclic alkyl groups.
  • the conductive elastomer-forming composition of the present embodiment is a (meth)acrylic (meth)acrylic A polymer (a) (hereinafter sometimes simply referred to as “(meth)acrylic polymer (a)”), a metal chelate compound (b), a conductive material (c), and a chelating agent (d) , contains
  • the composition for forming a conductive elastomer contains a (meth)acrylic polymer (a), a metal chelate compound (b), a conductive material (c), and a chelating agent (d), and the composition
  • the metal chelate compound (b) can crosslink the (meth)acrylic polymer (a).
  • the (meth)acrylic polymer (a) having a crosslinked site crosslinked via the chelate metal of the metal chelate compound (b) is used as a polymer matrix, and the (meth)acrylic polymer (
  • the conductive elastomer of the present embodiments can be formed with conductive material (c) dispersed in a).
  • the (meth)acrylic polymer (a) having a crosslinked site crosslinked via the chelate metal of the metal chelate compound (b) may be appropriately referred to as "polymer X”.
  • crosslinking does not necessarily mean that the (meth)acrylic polymer (a) and the chelate metal are bonded by a covalent bond, and the (meth)acrylic polymer (a) and It also includes a mode in which the chelate metal is bound by a bond other than a covalent bond such as a coordinate bond.
  • the "conductive elastomer” of the present embodiment includes a (meth)acrylic polymer (a) containing units A having at least one of a carboxyl group and a hydroxyl group, and a conductive material (c), It means a stretchable material in which the (meth)acrylic polymer (a) has crosslinked sites crosslinked via metal atoms.
  • the conductive elastomer of this embodiment contains the polymer X and the conductive material (c), the polymer X constitutes a "polymer matrix" in the conductive elastomer, and the polymer matrix contains a conductive material.
  • the stretchable composite material in which the material (c) is dispersed becomes the conductive elastomer of the present embodiment.
  • the (meth)acrylic polymer (a) is crosslinked mainly by the coordination bonds of the chelate metal. Formation is possible.
  • the crosslinked structure will be re-formed even at the site where the bond is once broken due to the expansion and contraction of the conductive elastomer, and the durability of the polymer matrix (polymer X) itself against expansion and contraction (durability of the crosslinked structure ) is high.
  • the chelate metal contained in the crosslinked site of the polymer X functions as a conductive aid.
  • the (meth)acrylic polymer (a) is a polymer containing units A having at least one of a carboxyl group and a hydroxyl group.
  • the (meth)acrylic polymer (a) may contain other units in addition to the units A.
  • Unit A is preferably a unit derived from a (meth)acrylic monomer having at least one of a carboxyl group and a hydroxyl group.
  • the carboxyl group or hydroxyl group in the unit A forms a cross-linking site with the chelate metal in the cross-linking reaction between the (meth)acrylic polymer (a) and the metal chelate compound (b).
  • the number of carboxyl groups and hydroxyl groups in unit A is not particularly limited, it is preferably about 1 to 3, more preferably 1.
  • the unit A may contain either one or both of a carboxyl group and a hydroxyl group, but it preferably contains only one of them.
  • the unit A is preferably a unit derived from a (meth)acrylic monomer represented by the following formula (I).
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • X represents a carboxyl group or a hydroxyl group
  • Z represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 12 carbon atoms
  • the alkyl group and the alkoxyalkyl group may contain an ester bond
  • n represents 0 or 1.
  • R 1 is a hydrogen atom or a methyl group.
  • a hydrogen atom is preferable from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer having excellent workability and moldability and having excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rate.
  • X is a carboxyl group or a hydroxyl group.
  • X is not particularly limited, but is preferably a carboxyl group from the viewpoint of reactivity with the metal chelate compound (b).
  • Z is a divalent linking group selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 12 carbon atoms.
  • there is no particular advantage between an alkyl group and an alkoxy group. groups are preferred.
  • the number of carbon atoms in the alkyl group is 1 to 10, preferably 1 to 5 from the viewpoint of the mechanical properties (elongation, durability, etc.) of the resulting conductive elastomer.
  • the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, n-pentyl group, isoamyl group, n- Examples include hexyl group, isohexyl group, cyclohexyl group, n-octyl group and the like, but the present invention is not limited to these examples.
  • the number of carbon atoms in the alkoxyalkyl group is 2 to 12, preferably 2 to 5 from the viewpoint of the mechanical properties of the resulting conductive elastomer.
  • the alkoxyalkyl group include alkoxy groups having 2 to 6 carbon atoms such as methoxyethyl group, ethoxyethyl group and methoxybutyl group, and alkoxyalkyl groups having alkyl groups having 2 to 6 carbon atoms. The invention is not limited to only such examples.
  • the alkyl group represented by Z may contain a hydroxyl group or a carboxyl group as another substituent.
  • the number of hydroxyl groups and carboxyl groups in Z is preferably adjusted as appropriate within a range in which the number of hydroxyl groups and carboxyl groups in the entire unit A does not hinder the object of the present embodiment.
  • halogen atoms that can be mentioned as other substituents include those similar to those described in formula (II) below.
  • the (meth)acrylic monomer represented by formula (I) is not particularly limited, but examples include acrylic acid (AA), hydroxyethyl (meth)acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate (4HBA), hydroxypropyl ( Examples include meth)acrylate, hydroxybutyl (meth)acrylate, diethylene glycol mono(meth)acrylate, 2-acryloyloxyethyl-succinic acid (HOA-MS).
  • Units derived from ethyl-succinic acid (HOA-MS) are preferred.
  • units A other than units derived from (meth)acrylic monomers represented by formula (I) include, for example, carboxyl groups such as maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, and crotonic acid. Examples include units derived from contained monomers.
  • the (meth)acrylic polymer (a) can be composed only of the unit A, but if necessary, in addition to the unit A, it does not have a carboxyl group and a hydroxyl group within a range that does not hinder the purpose of the present embodiment. It may contain other monomer component units. As other monomer component units, units derived from monomers copolymerizable with unit A (hereinafter referred to as "copolymerizable monomers”) can be used.
  • the (meth)acrylic polymer (a) may contain, as a copolymerizable monomer, a unit B derived from a (meth)acrylic monomer copolymerizable with the unit A, which is a unit other than the unit A. .
  • the (meth)acrylic polymer (a) is represented by the following formula (II) as the unit B ( It can have units derived from meth)acrylic monomers.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 18 carbon atoms, which may have a halogen atom.
  • R 1 is a hydrogen atom or a methyl group.
  • a hydrogen atom is preferable from the viewpoint of obtaining a conductive film excellent in flexibility and extensibility in a wide range of change rate of electric resistance while being excellent in workability and formability.
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 18 carbon atoms, which may have a halogen atom. be.
  • alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, n-pentyl group, Examples include isoamyl group, n-hexyl group, isohexyl group, cyclohexyl group, n-octyl group, i-octadecyl group, etc., but the present embodiment is not limited to these examples.
  • alkoxyalkyl groups having 2 to 18 carbon atoms include alkoxy groups having 1 to 9 carbon atoms such as methoxyethyl group, ethoxyethyl group and methoxybutyl group, and alkoxyalkyl groups having an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms.
  • the present embodiment is not limited only to such examples.
  • the alkyl group or alkoxyalkyl group represented by R2 may have other substituents such as halogen atoms.
  • Halogen atoms include, for example, fluorine, chlorine, bromine, and iodine atoms.
  • a fluorine atom is preferable from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer having excellent workability and moldability and having excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. Since the number of halogen atoms contained in the alkyl group varies depending on the number of carbon atoms in the alkyl group, etc., it cannot be determined indiscriminately. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the number within a range in which the object of the present embodiment is not hindered.
  • alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and having a halogen atom examples include, for example, a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group, a trifluoropropyl group, a trifluorobutyl group and the like, but the present embodiment is limited to such examples. is not limited to
  • (meth)acrylic monomers represented by the formula (II) from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer excellent in workability and moldability and excellent in flexibility and elongation in a wide range of electrical resistance change rates, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, sec- Butyl (meth)acrylate, n-pentyl (meth)acrylate, isoamyl (meth)acrylate, n-hexyl (meth)acrylate, methylpentyl (meth)acrylate, n-octyl (meth)acrylate, nonanol (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate
  • R 1 is a hydrogen atom or a methyl group
  • R 2 is a carbon A (meth)acrylic monomer which is an alkoxyalkyl group of numbers 2 to 12 is preferably exemplified.
  • unit B units derived from ethyl (meth) acrylate (hereafter referred to as ethyl acrylate), isostearyl (meth) acrylate, or 2,2,2-trifluoroethyl acrylate shown below are preferably mentioned.
  • the (meth)acrylic polymer (a) can be composed only of the unit A, or the unit A and the unit B, but if necessary, in addition to the unit A and the unit B, the object of the present embodiment is not hindered. and may further contain other monomer component units.
  • monomer component units units derived from monomers copolymerizable with units A and units B (hereinafter referred to as "copolymerizable monomers") can be used.
  • the (meth)acrylic polymer (a) contains a unit B derived from a (meth)acrylic monomer represented by the formula (II) as the unit B, it is represented by the formula (II) (meth ) Only units derived from acrylic monomers are treated as units B, and monomer component units other than units A and B are treated as other monomer component units.
  • -Other monomer component units examples include amide group-containing monomers, aryl group-containing monomers, styrene-based monomers, nitrogen atom-containing monomers, fatty acid vinyl ester-based monomers, betaine monomers, glycidyl group-containing monomers, silicone group-containing monomers, cycloalkyl Examples include group-containing monomers, but the present embodiment is not limited to such examples.
  • Amide group-containing monomers include, for example, N-methyl(meth)acrylamide, N-ethyl(meth)acrylamide, N-propyl(meth)acrylamide, N-isopropyl(meth)acrylamide, N-tert-butyl(meth)acrylamide , N-octyl(meth)acrylamide, N,N-dimethyl(meth)acrylamide, N,N-diethyl(meth)acrylamide, and alkyl (meth)acrylamides having 1 to 8 carbon atoms in the alkyl group.
  • the present embodiment is not limited to such examples.
  • These monomers may be used alone, respectively, or two or more of them may be used in combination.
  • aryl group-containing monomer examples include aryl (meth)acrylates having 6 to 12 carbon atoms in the aryl group such as benzyl (meth)acrylate, but the present embodiment is limited only to such examples. not a thing
  • Aryl groups include phenyl group (C 6 H 5 -), tolyl group (CH 3 C 6 H 4 -), xylyl group ((CH 3 ) 2 C 6 H 3 -), naphthyl group (C 10 H 8 - ) and the like.
  • styrene-based monomers examples include styrene and ⁇ -methylstyrene, but the present embodiment is not limited to these examples.
  • nitrogen atom-containing monomers examples include N-vinylpyrrolidone and N-vinylcaprolactam, but the present embodiment is not limited to these examples.
  • fatty acid vinyl ester-based monomers examples include vinyl acetate and vinyl propionate, but the present embodiment is not limited to these examples.
  • betaine monomers include N-acryloyloxymethyl-N,N-dimethylammoniummethyl- ⁇ -sulfobetaine, N-methacryloyloxymethyl-N,N-dimethylammoniummethyl- ⁇ -sulfobetaine, N-acryloyloxymethyl -N,N-dimethylammoniumethyl- ⁇ -sulfobetaine, N-methacryloyloxymethyl-N,N-dimethylammoniumethyl- ⁇ -sulfobetaine, N-acryloyloxymethyl-N,N-dimethylammoniumpropyl- ⁇ -sulfo betaine, N-methacryloyloxymethyl-N,N-dimethylammoniumpropyl- ⁇ -sulfobetaine, N-acryloyloxymethyl-N,N-dimethylammoniumbutyl- ⁇ -sulfobetaine, N-methacryloyloxymethyl-N,N- Dimethylammonium butyl- ⁇
  • Glycidyl group-containing monomers include glycidyl (meth)acrylate, glycidyl-[—O—(CH 2 ) n -] m -(meth)acrylate (where n is an integer of 1 to 4 and m is 1 to is an integer of 20), but the present embodiment is not limited only to such examples.
  • the silicone group-containing monomer is a monomer containing a (Rc)-[-O-Si(Ra)(Rb)] x - group, and includes silicone group esters of (meth)acrylic acid. is not limited only to such examples.
  • Ra, Rb, and Rc can be selected from any chemically possible groups (e.g., alkyl groups, alkoxy groups, cycloalkyl groups, cycloalkyloxy groups, aryl groups, aryloxy groups, etc.).
  • x are any integers, for example 1, 2, 3 or 4 integers.
  • silicone groups include polydimethylsiloxyl groups, trialkoxysilyl groups (e.g., trimethoxysilyl groups, triethoxysilyl groups), and the like, but the present embodiment is not limited only to such examples. do not have.
  • a cycloalkyl group-containing monomer is a monomer containing a cycloalkyl group, and includes, for example, C3-12 cycloalkyl (meth)acrylate, but the present embodiment is not limited to such examples.
  • cycloalkyl group means a monocyclic or polycyclic saturated hydrocarbon group, including those having a crosslinked structure.
  • C3-12 cycloalkyl group means a cyclic alkyl group having 3 to 12 carbon atoms.
  • C3-12 cycloalkyl group examples include cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, adamantyl group, isobornyl group and the like. , the present embodiment is not limited only to such examples. These monomers may be used alone, respectively, or two or more of them may be used in combination.
  • the (meth)acrylic polymer (a) in the present embodiment can be obtained by polymerizing each monomer component that becomes the unit A and the like.
  • the method for synthesizing each monomer component is not particularly limited, and known methods such as bulk polymerization, solution polymerization, emulsion polymerization and suspension polymerization can be used.
  • the content of the unit A in the (meth)acrylic polymer (a) is 0.00 from the viewpoint of obtaining a polymer X excellent in flexibility and elongation after cross-linking reaction with the metal chelate compound (b). 1 to 10 mol % is preferred, 0.25 to 5 mol % is more preferred, 0.5 to 3 mol % is even more preferred, and 0.5 to 1.5 mol % is particularly preferred.
  • the content of the unit B in the (meth)acrylic polymer (a) is not particularly limited. .9 mol % is preferred, 97 to 99.5 mol % is more preferred, and 98.5 to 99.5 mol % is particularly preferred.
  • the unit A etc. may be contained singly or in combination of two or more. That is, the (meth)acrylic polymer (a) may contain units A singly or in combination of two or more types, or may contain units B in combination of units B singly or in combination of two or more types.
  • Examples of combinations of monomers constituting the (meth)acrylic polymer (a) are not particularly limited. units derived from at least one selected from acryloyloxyethyl-succinic acid (HOA-MS), and as unit B, ethyl acrylate (EA), isostearyl (meth)acrylate (ISTA), and 2,2, A combination with a unit derived from at least one selected from 2-trifluoroethyl acrylate (V#3F) can be mentioned. Specifically, for example, the following combinations can be mentioned.
  • EA/AA EA/V#3F/AA (3) ISTA/EA/AA (4) ISTA/V#3F/AA (5) ISTA/V#3F/4HBA (6) ISTA/EA/HOA-MS (7) ISTA/V#3F/HOA-MS (8) EA/4HBA
  • the (meth)acrylic polymer (a) can be synthesized by polymerizing the monomer component by irradiating it with ultraviolet rays of a specific illuminance. Such ultraviolet irradiation can be arbitrarily set and carried out by those skilled in the art.
  • the (meth)acrylic polymer (a) is obtained by bulk polymerization of the monomer component using ultraviolet rays, the drying operation for removing the solvent, which is a complicated operation, is unnecessary, and the workability is excellent.
  • ultraviolet rays refer to electromagnetic waves with shorter wavelengths than visible light and longer wavelengths than X-rays.
  • the upper short wavelength end of visible light is 400 nm, and ultraviolet light can be defined as electromagnetic waves with wavelengths below this.
  • the lower limit of the wavelength of ultraviolet rays is about 10 nm, and it is understood that electromagnetic waves having a longer wavelength than this fall within the category of ultraviolet rays.
  • the wavelength of ultraviolet rays used in this embodiment may be any wavelength, and an appropriate wavelength can be selected according to the purpose.
  • any wavelength may be used as long as it has an initial effect on the monomer.
  • it is of a wavelength that can be illuminated by the light source used in the examples.
  • a light source of about 150 nm to 400 nm is used, preferably 300 nm to 400 nm.
  • the preferable illuminance of the ultraviolet rays used in this embodiment differs depending on the starting material.
  • the ultraviolet irradiation device is not particularly limited, and examples include low-pressure mercury lamps, medium-pressure mercury lamps, high-pressure mercury lamps, ultra-high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, black light lamps, UV electrodeless lamps, short arc lamps, and LEDs. is mentioned.
  • a polymerization initiator can be used when polymerizing the monomer component.
  • examples of polymerization initiators include photopolymerization initiators and thermal polymerization initiators.
  • a photopolymerization initiator is preferable from the viewpoint of not leaving a thermal history in the (meth)acrylic polymer (a).
  • photopolymerization initiators examples include 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,2′-bis(o-chlorophenyl)-4,4′,5,5′-tetraphenyl-1,1 '-biimidazole, 2,4,6-tris(trichloromethyl)-1,3,5-triazine, 2,4-bis(trichloromethyl)-6-(p-methoxyphenylvinyl)-1,3,5 -triazine, diphenyliodonium tetrafluoroborate, diphenyliodonium hexafluorophosphate, 4,4'-ditert-butyldiphenyliodonium tetrafluoroborate, 4-diethylaminophenylbenzenediazonium hexafluorophosphate, benzoin, 2-hydroxy-2-methyl- 1-phenylpropan-2-one, benzophenone, thioxanthone, 2,
  • thermal polymerization initiators examples include dimethyl-2,2′-azobis(2-methylpropionate), 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis(2, 4-Dimethylvaleronitrile) (ADVN), dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate, azo polymerization initiators such as azobisdimethylvaleronitrile, and peroxide polymerization initiators such as benzoyl peroxide, potassium persulfate and ammonium persulfate. agents, etc., but the present embodiment is not limited to such examples. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the polymerization initiator varies depending on the type of the polymerization initiator, so it cannot be determined unconditionally, but it is usually preferably about 0.01 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the monomer component.
  • a chain transfer agent can be used to adjust the molecular weight of the resulting (meth)acrylic polymer (a).
  • Chain transfer agents include, for example, lauryl mercaptan, dodecyl mercaptan, compounds having a thiol group such as thioglycerol; inorganic salts such as sodium hypophosphite and sodium hydrogen sulfite; is not limited to only These chain transfer agents may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the chain transfer agent varies depending on the type of the chain transfer agent, and cannot be determined unconditionally, but it is usually preferably about 0.01 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the monomer component.
  • the atmosphere in which the monomer components are polymerized is not particularly limited, and may be air or an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
  • the temperature at which the monomer components are polymerized is not particularly limited, and a temperature of about 5 to 100°C is usually preferred.
  • the time required to polymerize the monomer components varies depending on the polymerization conditions and cannot be determined unconditionally.
  • the polymerization reaction can be arbitrarily terminated when the amount of the remaining monomer components becomes 20% by mass or less.
  • the amount of the remaining monomer component can be measured using, for example, gel permeation chromatography (GPC).
  • the weight-average molecular weight of the (meth)acrylic polymer (a) is 20 from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer having excellent workability and moldability and excellent flexibility and elongation in a wide range of electrical resistance change rates. 10,000 to 10,000,000 is preferable, 300,000 to 3,000,000 is more preferable, and 400,000 to 2,500,000 is particularly preferable.
  • the weight average molecular weight of the (meth)acrylic polymer (a) can be determined, for example, by gel permeation chromatography [manufactured by Tosoh Corporation, product number: HLC-8320GPC, column: Tosoh Corporation product, product number: TSKgel GMHH-R, solvent: tetrahydrofuran, flow rate: 0.6 mL/min], and can be measured in terms of polystyrene.
  • the number average molecular weight of the (meth)acrylic polymer (a) is 10 from the viewpoint of obtaining a conductive film that is excellent in workability and moldability and has excellent flexibility and elongation in a wide range of electrical resistance change rates. 10,000 to 5,000,000 is preferable, 150,000 to 1,500,000 is more preferable, and 200,000 to 1,000,000 is more preferable.
  • the number average molecular weight of the (meth)acrylic polymer (a) can be determined, for example, by gel permeation chromatography [manufactured by Tosoh Corporation, product number: HLC-8320GPC, column: manufactured by Tosoh Corporation, product number: TSKgel GMHH- R, solvent: tetrahydrofuran, flow rate: 0.6 mL/min], and can be measured in terms of polystyrene.
  • the molecular weight distribution (weight average molecular weight/number average molecular weight, the same shall apply hereinafter) of the (meth)acrylic polymer (a) provides excellent workability and moldability, as well as flexibility and extensibility over a wide range of electrical resistance change rates.
  • an excellent conductive film it is 1 or more and 1.5 or more, preferably 2 or more and 2.5 or more, more preferably 3 or more and 3.5 or more.
  • a conductive film that is excellent in workability and moldability and that is excellent in flexibility and stretchability in a wide range of electrical resistance change rate it is 6 or less, 5.5 or less, 5 or less, preferably 4. It is 5 or less, more preferably 4 or less.
  • the content ratio of the (meth)acrylic polymer (a) in the composition of the present embodiment is excellent in workability and moldability, and has excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. From the viewpoint of obtaining an elastomer, it is preferably 5 to 95% by mass, more preferably 7.5 to 50% by mass, and particularly preferably 9 to 15% by mass, based on the total amount of the composition of the present embodiment.
  • the (meth)acrylic polymer (a) may be used alone or in combination of two or more.
  • the composition of this embodiment contains a metal chelate compound (b).
  • the (meth)acrylic polymer (a) can be crosslinked by the metal chelate compound (b) by applying energy such as heat or light to the composition of the present embodiment.
  • the metal chelate compound is composed of a chelating agent portion composed of a chelating agent such as ethylacetoacetate and a chelating metal composed of metal atoms, and the chelating agent portion is coordinated so as to protect the chelating metal. have a structure.
  • the chelating agent portion of the metal chelate compound (b) volatilizes, and the cross-linking reaction between the (meth)acrylic polymer (a) and the chelated metal proceeds. .
  • the cross-linking reaction progresses when the chelating agent portion of the metal chelate compound (b) is volatilized by heat or the like, and the coordinate bond between the chelating metal and the chelating agent portion is broken.
  • the chelating agent portion volatilizes and the coordination bond is broken, the hydroxyl group or carboxyl group of the unit A of the (meth)acrylic polymer (a) is coordinated to the chelate metal, and the (meth)acrylic polymer is formed.
  • a cross-linking reaction between (a) and the chelate metal proceeds. Therefore, by adding energy such as heat to a mixture of the (meth)acrylic polymer (a) and the metal chelate compound (b), a (meth)acrylic polymer having sites crosslinked by the chelate metal can be obtained. (a) (ie polymer X) can be obtained.
  • the central metal is preferably a metal of the third to fifth periods of the periodic table and a semiconductor atom, and Al and Si of the third period metal and Si of the fourth period metal Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, In and Sn of fifth period metals are more preferable, and Al and Ti are particularly preferable.
  • metal chelate compound (b) there is no particular limitation, and a known metal chelate compound can be appropriately selected and used.
  • metal chelate compounds (b) include aluminum tris(acetylacetonate), aluminum alkylacetoacetate diisopropylate, aluminum bisethylacetoacetate monoacetylacetonate, aluminum trisacetylacetate, aluminum tris(alkylacetoacetate), aluminum-based chelate compounds such as aluminum acetylacetate diisopropylate; Titanium acetylacetonate, titanium tetraacetylacetate, polytitanium acetylacetonate, titanium octylene glycolate, titanium ethylacetoacetate, titanium lactate, titanium triethanolamine, dihydroxy bis(lactiquaside) titanate, dihydroxy bis( lactato) titanium monoammonium salt, dihydroxy bis(lactato) titanium diammonium salt, propanedioxytitanium bis(ethylaceto
  • the content ratio of the metal chelate compound (b) in the composition of the present embodiment provides a conductive elastomer that is excellent in flexibility and extensibility over a wide range of electrical resistance change rates and in which a decrease in electrical conductivity after stretching is suppressed. 10 to 5,000 parts by mass, more preferably 50 to 1,000 parts by mass, and particularly preferably 100 to 2,000 parts by mass per 100 parts by mass of the total amount of units A in the (meth)acrylic polymer (a).
  • the metal chelate compound (b) may be used alone or in combination of two or more.
  • the content ratio of the metal chelate compound (b) in the composition of the present embodiment is preferably 0.1 to 1.0% by mass, with respect to the total amount of the composition of the present embodiment. 2 to 0.9% by mass is more preferable, and 0.25 to 0.8% by mass is particularly preferable.
  • composition of this embodiment contains a conductive material (c).
  • the conductive material (c) is included together with the (meth)acrylic polymer (a) and the metal chelate compound (b), thereby having a site crosslinked by the chelate metal (meth)
  • a conductive elastomer in which the conductive material (c) is dispersed in the polymer matrix of the acrylic polymer (a) (polymer X) can be obtained.
  • Examples of the conductive material (c) include natural graphite such as flake graphite, graphite such as artificial graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, graphene, and carbon. carbon-based materials such as nanotubes and fullerenes; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; carbon fluoride; powders of metal particles such as copper, nickel, aluminum, silver, and silver-coated copper; conductive whiskers; conductive metal oxides such as titanium oxide; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; However, the conductive material (c) is not limited to these examples. The conductive material (c) may be used alone or in combination of two or more.
  • carbon nanotubes, carbon black, graphene and metals are preferred from the viewpoint of obtaining a conductive film that is excellent in workability and moldability and has excellent flexibility and stretchability in a wide range of electrical resistance change rates.
  • Particles are preferred, carbon nanotubes, carbon black, graphene and silver particles are more preferred, and silver particles or carbon nanotubes are even more preferred from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer in which a decrease in conductivity after stretching is suppressed.
  • the solid content of the conductive material (c) in the total solid content of the (meth)acrylic polymer (a) and the conductive material achieves high conductivity, excellent workability and moldability, and changes in electrical resistance From the viewpoint of obtaining a conductive elastomer excellent in flexibility and extensibility over a wide range of modulus, it is preferably 3 to 95% by mass, more preferably 5 to 90% by mass, and particularly preferably 7 to 85% by mass.
  • -carbon nanotube- Carbon nanotubes include, for example, single-wall carbon nanotubes with a hollow cylindrical structure in which a sheet of graphite (graphene sheet) is rolled into a cylindrical shape, and multi-wall carbon nanotubes with a structure in which multiple single-wall carbon nanotubes with different diameters are stacked concentrically.
  • These carbon nanotubes may be used alone or in combination of two or more.
  • multi-wall carbon nanotubes are preferred from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that exhibits a large amount of displacement when a low voltage is applied.
  • the length of the carbon nanotube is preferably 0.1 to 1000 ⁇ m, more preferably 0.1 to 1000 ⁇ m, from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that is excellent in workability and moldability and has excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. It is 1 to 500 ⁇ m, and more preferably 1 to 90 ⁇ m from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer having a large amount of displacement at low voltage.
  • the diameter of the carbon nanotube is preferably 10 to 50 nm, more preferably 10 to 50 nm, from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that is excellent in workability and moldability and has excellent flexibility and extensibility over a wide range of electrical resistance change rates. 20 nm.
  • the solid content of carbon nanotubes in the total solid content of the (meth)acrylic polymer (a) and carbon nanotubes achieves high conductivity, excellent workability and moldability, and a wide range of electrical resistance change rates. From the viewpoint of obtaining a conductive elastomer excellent in flexibility and extensibility, it is preferably 3 to 30% by mass, more preferably 5 to 25% by mass, and particularly preferably 7 to 20% by mass.
  • the shape of the metal particles examples include spherical, ellipsoidal, spindle-shaped, crushed, plate-shaped, columnar, scale-shaped, flattened, dendritic, and chain-shaped. is not limited to It is preferable that the shape of the metal particles is appropriately determined according to the use of the conductive elastomer.
  • the average particle size of the metal particles is preferably 0.3 to 50 ⁇ m, more preferably 0.3 to 50 ⁇ m, from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that is excellent in workability and moldability and has excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. It is preferably 0.5 to 30 ⁇ m, more preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the average particle size of metal particles means the average particle size obtained in the same manner as for carbon black, which will be described later.
  • the content of metal particles in the total solid content of the (meth)acrylic polymer (a) and metal particles achieves high conductivity, excellent workability and moldability, and changes in electrical resistance From the viewpoint of obtaining a conductive elastomer excellent in flexibility and extensibility over a wide range of modulus, it is preferably 50 to 95% by mass, more preferably 55 to 90% by mass, and particularly preferably 60 to 85% by mass.
  • Carbon black examples include a spherical shape, an ellipsoidal shape, a spindle shape, a crushed shape, a plate shape, and a columnar shape, but the present embodiment is not limited to these examples.
  • the shape of the carbon black is preferably appropriately determined according to the use of the conductive elastomer.
  • the average particle size of carbon black is preferably 30 ⁇ m from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that has excellent workability and moldability, achieves high conductivity, and has excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. Below, it is more preferably 20 ⁇ m or less, still more preferably 10 ⁇ m or less, and even more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the average particle size of carbon black means the average particle size of D50 measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd., product number: LA-910).
  • the solid content of carbon black in the total solid content of the (meth)acrylic polymer (a) and carbon black is excellent in workability and moldability, and has flexibility and elongation in a wide range of electrical resistance change rates. From the viewpoint of obtaining a conductive elastomer excellent in the From the viewpoint of obtaining a conductive elastomer excellent in flexibility and extensibility in a wide range of , it is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or less.
  • the average particle size of graphene is preferably 0.05 from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that is excellent in workability and moldability, achieves high conductivity, and has excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. 3 to 500 ⁇ m, more preferably 0.5 to 100 ⁇ m, even more preferably 1 to 50 ⁇ m, even more preferably 3 to 20 ⁇ m.
  • the average particle size of graphene means the average particle size obtained in the same manner as for carbon black.
  • the thickness of the graphene is preferably 0.1 to 500 nm, more preferably 0.1 to 500 nm, from the viewpoint of obtaining a conductive elastomer that is excellent in workability and moldability and has excellent flexibility and extensibility in a wide range of electrical resistance change rates. 0.5 to 100 nm, more preferably 1 to 50 nm, even more preferably 1 to 20 nm.
  • the solid content of graphene in the total solid content of the (meth)acrylic polymer (a) and graphene is excellent in workability and moldability, and excellent in flexibility and elongation in a wide range of electrical resistance change rates.
  • the content is preferably 5% by mass or more, more preferably 8% by mass or more, and still more preferably 10% by mass or more.
  • the content is preferably 25% by mass or less.
  • metal particles having a low tap density can be used from the viewpoint of further suppressing changes in conductivity during expansion and contraction of the material.
  • Metal particles with a low tap density include dendritic metal particles.
  • the dendritic metal particles include metal-coated particles (for example, silver-coated dendritic copper particles) having at least a surface coated with a metal such as silver. It is not clear why the use of metal particles with a low tap density (bulky) can further suppress the change in conductivity during expansion and contraction of the material, but the use of metal particles with a low tap density (bulky) reduces conductivity.
  • the conductive material (c) is preferably carbon nanotubes, carbon black, graphene and metal particles, more preferably carbon nanotubes, carbon black, graphene, silver particles or silver-coated copper particles, carbon nanotubes, More preferred are silver flake particles or dendritic silver-coated copper particles.
  • the conductive material can be used as a dispersion liquid in which the conductive material is dispersed in a dispersion medium.
  • the dispersion medium include isopropyl alcohol, toluene, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclopentanone, etc., but the present invention is not limited to these examples.
  • Each of these dispersion media may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • the amount of the dispersion medium may be appropriately determined in consideration of the type and amount of the conductive material, the type and amount of the (meth)acrylic polymer (a) to be mixed, and the like.
  • the non-volatile content in the conductive material dispersion is preferably 1% by mass or more, more
  • the content is preferably 3% by mass or more, and preferably 60% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, from the viewpoint of improving handleability.
  • the non-volatile content in the conductive material dispersion is obtained by weighing 1 g of the conductive material dispersion, drying it with a hot air dryer at a temperature of 130 ° C. for 1 hour, using the resulting residue as the non-volatile content, and calculating based on the following formula. value.
  • [Non-volatile content (mass%) in conductive material dispersion] ([mass of residue] ⁇ [1 g of conductive material dispersion]) ⁇ 100
  • composition of this embodiment contains a chelating agent (d).
  • a chelating agent (d) By containing the chelating agent (d), the composition of the present embodiment can prevent gelation during the cross-linking reaction between the (meth)acrylic polymer (a) and the metal chelate compound (b). .
  • the chelating agent (d) there is no particular limitation, and a known metal chelate compound can be appropriately selected and used.
  • a compound corresponding to the "chelating agent portion" of the metal chelate compound (b) can be used as the chelating agent (d).
  • the chelating agent (d) include acetylacetonate, acetylacetate, alkylacetoacetate such as ethylacetoacetate, isopropylate, octylene glycolate, lactate, ethanolamine, and the like. Alkyl acetoacetate such as can be preferably used.
  • the content ratio of the chelating agent (d) in the composition of the present embodiment effectively suppresses gelation during the cross-linking reaction between the (meth)acrylic polymer (a) and the metal chelate compound (b). From a viewpoint, it is preferably 100 to 50,000 parts by mass, more preferably 500 to 10,000 parts by mass, and particularly preferably 1,000 to 5,000 parts by mass, per 100 parts by mass of the metal chelate compound (b).
  • the chelating agent (d) may be used alone or in combination of two or more.
  • the chelating agent (d) may be the same type of chelating agent as the "chelating agent portion" of the metal chelate compound (b) contained in the composition of the present embodiment, or may be a different chelating agent. .
  • the chelating agent (d) can be used instead of the solvent described later.
  • composition of the present embodiment comprises, for example, a (meth)acrylic polymer (a) dissolved in a solvent, a resin solution obtained, a metal chelate compound (b), a conductive material (c) and a chelating agent (d) , if necessary, can be easily produced by mixing additives and the like.
  • a (meth)acrylic polymer (a) dissolved in a solvent a resin solution obtained, a metal chelate compound (b), a conductive material (c) and a chelating agent (d) , if necessary, can be easily produced by mixing additives and the like.
  • the order of mixing these components is arbitrary, and for example, these components may be mixed together.
  • Examples of the solvent for dissolving the (meth)acrylic polymer (a) include aromatic solvents such as toluene, xylene and trimethylbenzene; alcoholic solvents such as isopropyl alcohol, n-butyl alcohol and methoxymethylbutanol; propylene.
  • Ether solvents such as glycol methyl ether, dipropylene glycol methyl ether, ethyl cellosolve, butyl cellosolve; Ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, diethylene glycol monobutyl acetate, butoxy acetate; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone , ketone solvents such as diacetone alcohol; organic solvents such as amide solvents such as dimethylformamide; hydrocarbon solvents such as isododecane; .
  • the chelating agent (d) when the (meth)acrylic polymer (a) can be dissolved in the chelating agent (d), the chelating agent (d) can be used as a solvent.
  • solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the solvent is not particularly limited, and is usually preferably about 100 to 1500 parts by mass per 100 parts by mass of the (meth)acrylic polymer (a).
  • the conductive elastomer of this embodiment can be formed using the composition of this embodiment. Specifically, energy such as heat is applied to the composition of the present embodiment, and the (meth)acrylic polymer (a) is crosslinked by the metal chelate compound (b), thereby crosslinking via the chelate metal.
  • the (meth)acrylic polymer (a) (that is, the polymer X) having a crosslinked site is used as a polymer matrix, and the conductive material (c) is dispersed in the matrix to form the conductive elastomer of the present embodiment. be able to.
  • the shape such as width, thickness and length of the elastomer of this embodiment is not particularly limited.
  • ⁇ Polymer X> As described above, it is obtained by cross-linking the (meth)acrylic polymer (a) with the metal chelate compound (b).
  • a polymer X has a unit A and a unit B, the unit A is crosslinked via the chelate metal described above, and the content ratio of the unit A is 0.5 to 5 mol%. and the content ratio of the unit B is 95 to 99.5 mol %.
  • the polymer X include, for example, a unit A1 derived from acrylic acid using a metal chelate compound containing Al or Ti as a chelate metal and isostearyl acrylate in the chelating agent portion, and a unit A1 derived from isostearyl acrylate and a unit B1, wherein the unit A is crosslinked via at least one selected from Al and Ti, the content ratio of the unit A1 is 0.5 to 5 mol%, and the content ratio of the unit B1 is 95 to 99.5 mol %, and the like.
  • the conductive elastomer of the present embodiment uses, for example, the composition of the present embodiment containing a (meth)acrylic polymer (a), a metal chelate compound (b), a conductive material (c), and a chelating agent (d). If necessary, the (meth)acrylic polymer (a) is dissolved in a solvent and/or a chelating agent (d) to obtain a resin solution. Then, by applying energy such as heat to the obtained composition, the conductive elastomer of the present embodiment in which the conductive material (c) is dispersed in the polymer X can be obtained.
  • the composition of the present embodiment may contain other additives as necessary.
  • An example of the method for producing the conductive elastomer of the present embodiment is not particularly limited, but for example, a resin solution preparing step of dissolving at least a (meth)acrylic polymer (a) in a solvent or a chelating agent (d) to obtain a resin solution; a composition preparation step of adding a metal chelate compound (b), a conductive material (c), and a chelating agent (d) to the resin solution to prepare a composition for forming a conductive elastomer; a heating step of heating the conductive elastomer-forming composition to synthesize a (meth)acrylic polymer (a) (polymer X) having a crosslinked site crosslinked via a metal atom;
  • a manufacturing method including
  • the resin solution preparation step is a step of dissolving the (meth)acrylic polymer (a) in a solvent or chelating agent (d) to obtain a resin solution.
  • a solvent those exemplified above as solvents that can be used in the composition of the present embodiment can be used.
  • the chelating agent (d) that can be used instead of the solvent, for example, ethyl acetoacetate can be used, depending on the type of the (meth)acrylic polymer (a).
  • the chelating agent (d) is used as the solvent in the resin solution preparation step, addition of the chelating agent (d) may be omitted in the composition preparation step described below.
  • a metal chelate compound (b), a conductive material (c), and a chelating agent (d) are added to a resin solution containing a (meth)acrylic polymer (a) to obtain the present embodiment.
  • the order of mixing the components in the composition of the present embodiment is arbitrary, and for example, these components may be mixed together. That is, in the resin solution preparation step, the metal chelate compound (b) and the like are added to the solvent together with the (meth)acrylic polymer (a), and the resin solution preparation step and the composition preparation step are performed simultaneously. There may be.
  • the composition of the present embodiment is heated to promote a cross-linking reaction between the (meth)acrylic polymer (a) and the metal chelate compound (b), and the cross-linked sites cross-linked via the metal atoms. It is a step of synthesizing the (meth)acrylic polymer (a) (polymer X) having.
  • the heating temperature is, for example, , 60 to 150°C is preferred, 80 to 140°C is preferred, and 100 to 130°C is particularly preferred.
  • the heating time is appropriately determined depending on the heating temperature, but from the viewpoint of accelerating volatilization of the solvent and/or chelating agent, for example, 10 to 90 minutes is preferable, 20 to 80 minutes is preferable, and 30 to 70 minutes is preferable. Especially preferred.
  • composition of the present embodiment obtained in the composition preparation step can be used as a conductive material precursor.
  • the conductive film is produced by applying a conductive material precursor onto the release film and heating the resulting coating film in a heating step. be able to. A method for producing the conductive film will be described later.
  • the solvent and/or chelating agent (d) used in the resin solution preparation step preferably have a boiling point that allows volatilization depending on the heating temperature during the heating step.
  • a solvent that can be volatilized by heating in the heating step is used in the resin solution preparation step, there is no need to separately provide a solvent removal step such as a drying step after the heating step, and production efficiency can be improved.
  • the boiling point of the solvent and/or chelating agent (d) need not be higher than the heating temperature in the heating step, and a solvent and/or chelating agent (d) having a boiling point lower than the heating temperature in the heating step may be used.
  • the conductive elastomer of the present embodiment may contain additives as long as the purpose of the present embodiment is not hindered.
  • additives include dispersants, other polymers, neutralizers, colorants, UV inhibitors, anti-aging agents, etc., but the present embodiment is not limited to these examples.
  • the conductive elastomer of the present embodiment may contain an appropriate amount of a viscosity modifier in order to adjust its viscosity.
  • a viscosity modifier include acrylic polymers, acrylonitrile polymers, (meth)acrylamide polymers, polyamides, vinyl chloride polymers, urethane polymers, polyesters, and carboxymethyl cellulose. It is not limited only to such examples. These other polymers may be used alone or in combination of two or more.
  • the conductive elastomer of this embodiment may be neutralized with a neutralizing agent if necessary.
  • neutralizing agents include inorganic basic compounds such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; monoethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, triethanolamine, morpholine, aminomethylpropanol, aminomethylpropanediol, octyl Examples include organic basic compounds such as amine, tributylamine, and aniline, but the present embodiment is not limited to such examples. These neutralizing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of non-volatile matter in the conductive elastomer of the present embodiment is preferably It is 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and from the viewpoint of improving handleability, it is preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less.
  • the non-volatile content in the conductive elastomer of the present embodiment is obtained by weighing 1 g of the (meth)acrylic conductive material, drying it with a hot air dryer at a temperature of 130 ° C. for 1 hour, and taking the resulting residue as a non-volatile content.
  • ,formula: [(Meth) non-volatile content in acrylic conductive material (% by mass)] ([mass of residue] ⁇ [(meth)acrylic conductive material 1g]) x 100 means a value determined based on
  • the Young's modulus of the conductive elastomer of the present embodiment is preferably 30 MPa or less, more preferably 20 MPa or less, more preferably 10 MPa or less, from the viewpoint of obtaining a conductive film excellent in flexibility over a wide range of electrical resistance change rates. 5 MPa or less is particularly preferred.
  • the Young's modulus of the conductive elastomer can be measured based on the method described in the following examples.
  • the elongation of the conductive elastomer of the present embodiment is preferably 400% or more, more preferably 500% or more, and more preferably 500% or more, from the viewpoint of obtaining a conductive film having excellent elongation in a wide range of electrical resistance change rates. It is preferably 1000% or more, particularly preferably 1500% or more.
  • the elongation of the conductive film is a value when measured based on the method described in the following examples.
  • the volume resistivity of the conductive elastomer of the present embodiment can be set to any value by adjusting the type and amount of the conductive material (c) used according to the application of the conductive elastomer.
  • the conductive material (c) used according to the application of the conductive elastomer.
  • it is not particularly limited, for example, when silver particles are used as the conductive material (c), it is preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ cm or less, and 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ cm or less. is more preferred.
  • the resistance is preferably 50 ⁇ cm or less, more preferably 1 ⁇ cm or less.
  • the rate of change in resistance value at 100% elongation of the conductive elastomer of the present embodiment is, for example, the resistance value after repeating 100% elongation once ( ⁇ ; R 1 ) and the resistance value after repeating 100% elongation 10 times ( ⁇ ; R 10 ) can be calculated from the ratio [R 10 /R 1 ].
  • the rate of change in resistance value at 100% elongation is, for example, preferably 2 times or less, more preferably 1.5 times or less.
  • conductive elastomer The shape and the like of the conductive elastomer can be appropriately designed according to the intended use.
  • the conductive elastomer can be used in various forms such as sheet-like conductive films and laminates.
  • Examples of the method for forming the above-described conductive film include a method of applying the composition of the present embodiment to a substrate and drying it, but the present embodiment is not limited to such examples. .
  • substrates include commonly used papers such as woodfree paper, kraft paper, crepe paper, and glassine paper; substrates made of resins such as polyethylene, polypropylene, polyester, polystyrene, polyvinyl chloride, and cellophane; Textile products such as woven fabrics, non-woven fabrics, and fabrics can be used, but the present embodiment is not limited to these examples.
  • composition of the present embodiment examples include commonly used methods such as knife coater, slot die coater, lip coater, roll coater, flow coater, spray coater, bar coater, and dipping.
  • present embodiment is not limited only to such examples.
  • the composition of the present embodiment When the composition of the present embodiment is applied to a substrate, it may be applied directly to the substrate, or may be applied to release paper or the like, and then the applied product may be transferred onto the substrate.
  • a conductive film can be formed on the substrate by drying after applying the composition of the present embodiment in this way.
  • the thickness of the composition of the present embodiment to be applied to the substrate varies depending on the types of the (meth)acrylic polymer (a) and the conductive material (c), etc., and cannot be determined indiscriminately. It is preferable to appropriately determine the thickness according to the desired thickness of the conductive film to be formed on the material.
  • the thickness of the (meth)acrylic conductive material applied to the substrate is usually about 1 to 1000 ⁇ m from the viewpoint of obtaining a conductive film having excellent flexibility and stretchability in a wide range of electrical resistance change rates. be.
  • Examples of methods for drying after applying the composition of the present embodiment to a substrate include hot air and far-infrared irradiation, but the present embodiment is not limited to such examples.
  • the shape and size of the conductive film of the present embodiment are not particularly limited, and can be arbitrarily determined according to the application of the conductive film.
  • Examples of the shape of the conductive film include circular, elliptical, triangular, square, and rectangular shapes, but the present embodiment is not limited to these examples.
  • An example of the size of the conductive film is a circular one with a diameter of 1 to 20 mm.
  • the thickness of the conductive film varies depending on the application of the conductive film, it cannot be determined unconditionally. From the viewpoint of obtaining a conductive film excellent in flexibility and extensibility over a wide range, the thickness is preferably about 1 to 1000 ⁇ m, more preferably about 5 to 500 ⁇ m, still more preferably about 10 to 100 ⁇ m.
  • the conductive elastomer of the present embodiment obtained as described above comprises a (meth)acrylic polymer (a), a conductive material (c), a metal chelate compound (b), a chelating agent (d), by applying energy such as heat to the composition to crosslink the (meth)acrylic polymer (a) with the metal chelate compound (b) can be done. Therefore, an excellent effect of suppressing a decrease in electrical conductivity due to repeated expansion and contraction is exhibited.
  • the conductive elastomer of the present embodiment can be used, for example, in actuators, sensors used in industrial robots, wires, electrodes, substrates, power generating elements, speakers, microphones, noise cancellers, transducers, artificial muscles, small pumps, medical It is expected to be used for conductive parts such as instruments.
  • the conductive film of the present embodiment can be suitably used for the conductive portion of an actuator having a large amount of displacement because the decrease in conductivity due to repeated expansion and contraction is suppressed.
  • actuator An actuator will be described below as an example of an electrical device using a conductive elastomer. In addition, this embodiment is not limited only to the embodiment shown in the following description.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing one embodiment of the actuator of this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 taken along line AA.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining displacement of an elastomer.
  • the actuator 1 is made up of a film-like elastomer 2 and a pair of electrodes 3A and 3B.
  • the elastomer 2 and the electrodes 3A and 3B can be adhered with, for example, a conductive paste (not shown).
  • conductive pastes include conductive pastes containing conductive fillers such as carbon and silver.
  • the thickness of the elastomer 2 is preferably 1 to 100 ⁇ m, more preferably 1 to 80 ⁇ m, even more preferably 1 to 50 ⁇ m, and even more preferably 1 to 50 ⁇ m, from the viewpoint of allowing the actuator 1 to exhibit a large amount of displacement even when the applied voltage is low. is 1 to 30 ⁇ m.
  • Electrode materials include, for example, indium tin oxide (ito), antimony tin oxide (ato), fluorine-doped tin oxide (fto), fluorine tin oxide (fto), aluminum zinc oxide (azo), gallium zinc oxide ( gzo), tin oxide (nesa), indium zinc oxide (izo), silver oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, gold, silver, platinum, copper, indium, chromium and other metals and metal oxides, polycrystalline silicon, amorphous silicon and carbon materials such as carbon black, graphite, glassy carbon, etc., but the present embodiment is not limited to these examples. Each of these electrode materials may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • the shape, size and thickness of the electrodes 3A and 3B are not particularly limited and can be arbitrarily determined according to the application of the actuator 1. Examples of shapes of the electrodes 3A and 3B include circular, elliptical, triangular, square, and rectangular. As an example of the size of the electrodes 3A and 3B, a circular one having a diameter of 1 to 20 mm can be mentioned. Although the thickness of the electrodes 3A and 3B is not particularly limited, it is usually about 50 to 500 ⁇ m.
  • a terminal 4A is arranged on the diametrical outer peripheral surface of the electrode 3A, and a terminal 4B is arranged on the diametrical outer peripheral surface of the electrode 3B.
  • the terminals 4A and 4B are connected to the power supply 6 through 5A and conductors 5, respectively.
  • the displacement of the actuator 1 when voltage is applied to the electrodes 3A and 3B can be measured by the displacement gauge 8.
  • the monomer component After injecting the obtained monomer component into a transparent glass mold (length: 100 mm, width: 100 mm, depth: 2 mm), the monomer component was irradiated with ultraviolet rays so that the irradiation dose was 0.84 mW / cm 2 . and the monomer component was subjected to bulk polymerization for 1 hour to obtain a (meth)acrylic polymer (a).
  • the resulting conductive material precursor is coated on a release film (release polyethylene terephthalate film (manufactured by Mitsui Chemicals Tohcello, Inc., trade name “Separator SP-PET PET-01-Bu”)) to form a coating film. formed.
  • a release film release polyethylene terephthalate film (manufactured by Mitsui Chemicals Tohcello, Inc., trade name “Separator SP-PET PET-01-Bu”)
  • Heating step preparation of conductive film
  • the obtained coating film was heated in an oven at 120° C. for 60 minutes to obtain a conductive film (conductive elastomer) having a thickness of approximately 38 ⁇ m.
  • Comparative Examples 1 to 5 Conductive films of Examples and Comparative Examples were obtained in the same manner as in Example 1, except that each composition was changed according to the table below.
  • block cyanate was used as a cross-linking agent instead of the metal chelate compound.
  • volume resistivity A 20 mm square piece of the obtained conductive film was cut, and the volume resistivity ( ⁇ cm) of the film was measured by a four-probe method using a low resistivity meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytic Tech Co., Ltd.; Loresta GP). It should be noted that the lower the volume resistivity, the better the results.
  • the obtained conductive film was cut into a length of 40 mm and a width of 10 mm to obtain a test piece.
  • the obtained test piece was attached to a tensile tester [manufactured by A&D Co., Ltd., product number: Tensilon RTG-1310] so that the distance between chucks was 10 mm. After that, the distance between chucks was extended to 20 mm, held for 30 seconds, and then the distance between chucks was returned to 10 mm (each at a pulling speed of 50 mm/min).
  • a value ( ⁇ : R 1 ) and a resistance value ( ⁇ : R 10 ) after 10 cycles were measured with a digital multimeter [manufactured by Sanwa Denki Keiki Co., Ltd.; trade name: PC773].
  • the rate of change in resistance value [R 10 /R 1 ] was calculated from the measured values obtained. The lower the resistance value and the rate of change in resistance value, the better the results. In particular, the lower the rate of change in resistance value, the more suppressed the decrease in conductivity due to repeated expansion and contraction.
  • a test piece was obtained by punching into a dumbbell shape No. 7 specified in 6.1 of JIS K6251 (2017).
  • the obtained test piece was attached to a tensile tester [manufactured by A&D Co., Ltd., product number: Tensilon RTG-1310] so that the distance between chucks was 19 mm, and the test piece was pulled at a tensile speed of 50 mm / min.
  • a tensile load was applied until the specimen broke, and the Young's modulus, the stress (tensile strength) at the time of breakage of the specimen, and the elongation were measured.
  • Comparative Example 3 uses block cyanate as a cross-linking agent instead of a metal chelate compound) in which a chelate compound (cross-linking agent) is not used, the conductive films of Examples have a particularly high resistance value change rate It can be seen that the decrease in conductivity due to repeated expansion and contraction is suppressed.
  • the conductive elastomer of the present invention is not particularly limited, but is useful as a dielectric elastomer. It is expected to be used in muscles, small pumps, medical devices, etc.

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Abstract

カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを含む(メタ)アクリル系重合体(a)と、金属キレート化合物(b)と、導電材(c)と、キレート剤(d)と、を含有する、導電性エラストマー形成用組成物。

Description

導電性エラストマー形成用組成物、導電性エラストマー、及び、重合体
 本発明は、(メタ)アクリル系導電性材料として用いることのできる導電性エラストマー、及び、当該導電性エラストマーを形成するための導電性エラストマー形成用組成物、並びに、導電性エラストマーに用いられる重合体に関する。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及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導電性エラストマー形成用組成物、導電性エラストマー、及び、重合体に関する。
 導電性材料として、カーボンナノチューブ、ゴム及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。
 また、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及び伸長性に優れた導電性フィルムに対する要望が高まっている。例えば、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性及び伸長性に優れた導電性フィルムとしては、特定構造を有する(メタ)アクリル系モノマーを含有する(メタ)アクリル系エラストマー及び導電材を含む(メタ)アクリル系導電性材料が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
国際公開WO2009/102077号 特開2013-35974号公報 国際公開WO2018/055890号
 導電性エラストマーを導電性材料としてアクチュエータ等に用いる場合、電圧印加時における変位等によって、導電性エラストマーの伸縮が繰り返し行われることがある。しかし、導電性エラストマーの伸縮が繰り返されると、導電性エラストマーの抵抗値が上昇し、導電率が低下することがある。このような導電率の低下は製品の性能維持やライフサイクルにも影響するため、伸縮の繰り返しによる影響が少ない導電性エラストマーの開発が切望されている。
 本発明は、上述の課題を解決すべく、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制された導電性エラストマーを形成可能な導電性エラストマー形成用組成物、及び、これを用いた導電性エラストマー、並びに、当該エラストマーに用いられる重合体を提供することを目的とする。
<1>
 カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを含む(メタ)アクリル系重合体(a)と、
 金属キレート化合物(b)と、
 導電材(c)と、
 キレート剤(d)と、
を含有する、導電性エラストマー形成用組成物。
<2>
 前記単位Aが、下記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位である、前記<1>に記載の導電性エラストマー形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、Xはカルボキシル基又は水酸基を示し、Zは、炭素数1~10のアルキル基、又は、炭素数2~12のアルコキシアルキル基を示し、前記アルキル基及び前記アルコキシアルキル基はエステル結合を含んでいてもよい。nは0又は1を示す。)
<3>
 溶媒を含有する、前記<1>又は<2>に記載の導電性エラストマー形成用組成物。
<4>
 前記(メタ)アクリル系重合体(a)が、下記式(II)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位Bを有する、前記<1>~<3>のいずれかに記載の導電性エラストマー形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 
(式中、Rは水素原子又はメチル基、Rは、ハロゲン原子を有していてもよい、炭素数1~18のアルキル基又は炭素数2~18のアルコキシアルキル基を示す。)
<5>
 前記<1>~<4>のいずれかに記載の導電性エラストマー形成用組成物を用いて形成された導電性エラストマー。
<6>
 カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを有する(メタ)アクリル系重合体(a)と、導電材(c)と、を含み、前記(メタ)アクリル系重合体(a)が金属原子を介して架橋された架橋部位を有する、導電性エラストマー。
<7>
 前記金属原子が、Al及びTiから選ばれる少なくとも一種である前記<6>に記載の導電性エラストマー。
<8>
 ヤング率が30MPa以下である、前記<6>又は<7>に記載の導電性エラストマー。
<9>
 アクリル酸に由来する単位A1と、
 イソステアリルアクリレートに由来する単位B1と、を有し、
 前記単位A1がAl及びTiから選ばれる少なくとも一種を介して架橋されており、
 前記単位A1の含有比が0.1~10モル%であり、
 前記単位B1の含有比が90~99.9モル%である、
重合体。
 本発明によれば、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制された導電性エラストマーを形成可能な導電性エラストマー形成用組成物、及び、これを用いた導電性エラストマー、並びに、当該エラストマーに用いられる重合体を提供することができる。
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。 エラストマーの変位を説明するための概略図である。
 以下、本発明について説明するが、本発明の内容は以下の説明に限定されるものではない。また、本明細書を通じて、「アルキル(メタ)アクリレート」は、「アルキルアクリレート」又は「アルキルメタクリレート」を意味し、「ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート」は「ヒドロキシアルキルアクリレート」又は「ヒドロキシアルキルメタクリレート」を意味し、「(メタ)アクリロイル」は「アクリロイル」又は「メタクリロイル」を意味する。また、特に限定がない限り、“アルキル基”と称した場合には、直鎖、分岐及び脂環構造のアルキル基が含まれる。さらに、「~」を用いて数値範囲を示す場合、その両端の数値を含むものとする。
《導電性エラストマー形成用組成物》
 本実施形態の導電性エラストマー形成用組成物(以下、単に「本実施形態の組成物」と称することがある)は、カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを含む(メタ)アクリル系重合体(a)(以下、単に「(メタ)アクリル系重合体(a)」と称することがある)と、金属キレート化合物(b)と、導電材(c)と、キレート剤(d)と、を含有する。
 導電性エラストマー形成用組成物は(メタ)アクリル系重合体(a)と、金属キレート化合物(b)と、導電材(c)と、キレート剤(d)と、を含んでおり、当該組成物に熱等のエネルギーを付与することで、金属キレート化合物(b)によって(メタ)アクリル系重合体(a)を架橋させることができる。このような架橋反応によって、金属キレート化合物(b)のキレート金属を介して架橋された架橋部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)をポリマーマトリクスとし、当該(メタ)アクリル系重合体(a)中に導電材(c)が分散した、本実施形態の導電性エラストマーを形成することができる。以下、金属キレート化合物(b)のキレート金属を介して架橋された架橋部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)を適宜「重合体X」と称することがある。
 なお、本実施形態を通じて「架橋」は、(メタ)アクリル系重合体(a)とキレート金属とが、必ずしも共有結合で結合されている必要はなく、(メタ)アクリル系重合体(a)とキレート金属とが配位結合等共有結合以外にて結合されている態様も含む。
 ここで、本実施形態の「導電性エラストマー」は、カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを含む(メタ)アクリル系重合体(a)と、導電材(c)と、を含み、前記(メタ)アクリル系重合体(a)が金属原子を介して架橋された架橋部位を有する、伸縮材料を意味する。換言すると、本実施形態の導電性エラストマーは、重合体Xと導電材(c)とを含み、重合体Xが導電性エラストマー中の「ポリマーマトリクス」を構成しており、当該ポリマーマトリクス中に導電材(c)が分散した伸縮可能な複合材料が、本実施形態の導電性エラストマーとなる。
 一方、イソシアネート等で架橋された重合体と導電材とを含む従来の導電性エラストマー(伸縮材料)において繰り返し伸縮された後に導電率が低下する理由は定かではないが、例えばイソシアネートによる架橋構造は共有結合で形成されているため、導電性エラストマーの伸縮により一度結合が破断すると再形成がされず重合体の架橋構造が不可逆的に崩壊する。重合体の架橋構造の崩壊に伴い、導電性エラストマー中の重合体(ポリマーマトリクス)の密度は低下(体積が膨張)する傾向にあり、当該密度の低下に伴ってマトリクス中の導電材間の距離に偏りが生じる。マトリクス中の導電材間の距離に偏りが生じると、導電材間の距離が離れた部位においては抵抗値が上昇する。このため、従来の導電性エラストマーは、伸縮が繰り返された結果導電率が低下するものと推測される。これに対し、本実施形態の導電性エラストマーは、(メタ)アクリル系重合体(a)が主にキレート金属の配位結合で架橋されているため、一度結合が破断しても当該結合の再形成が可能である。このため、導電性エラストマーの伸縮により一度結合が破断した部位であっても架橋構造が再形成される可能性が高く、伸縮に対するポリマーマトリクス(重合体X)自体の耐久性(架橋構造の耐久性)が高い。さらに、本実施形態の導電性エラストマーは、重合体Xの架橋部位に含まれるキレート金属が導電助剤として役割を果たす。これら種々の理由により、仮にポリマーマトリクス(重合体)の密度が低下しても、導電助剤の効果によって中の導電材間の距離に偏りによる影響が少なく、導電性エラストマーの伸縮による導電率の低下を抑制することができるものと推測される。
<カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを有する(メタ)アクリル系重合体(a)>
 (メタ)アクリル系重合体(a)は、カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを含む重合体である。(メタ)アクリル系重合体(a)は、単位Aの他に他の単位を含んでいてもよい。
(カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位A)
 単位Aは、カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位であることが好ましい。単位A中のカルボキシル基又は水酸基は、(メタ)アクリル系重合体(a)と金属キレート化合物(b)との架橋反応において、キレート金属との架橋部位を構成する。
 単位A中のカルボキシル基及び水酸基の数は特に限定されるものではないが、1~3程度が好ましく、1がさらに好ましい。また、単位Aは、カルボキシル基及び水酸基のいずれか一方、又は、両方を含んでいてもよいが、いずれ一方のみを有することが好ましい。
 単位Aは、得られる導電性エラストマーの耐久性の観点から、下記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、Xはカルボキシル基又は水酸基を示し、Zは、炭素数1~10のアルキル基、又は、炭素数2~12のアルコキシアルキル基を示し、前記アルキル基及び前記アルコキシアルキル基はエステル結合を含んでいてもよい。nは0又は1を示す。)
 式(I)において、Rは、水素原子又はメチル基である。Rにおいて、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、水素原子が好ましい。
 式(I)において、Xは、カルボキシル基又は水酸基である。Xにおいて、特に限定はないが、金属キレート化合物(b)との反応性の観点から、カルボキシル基が好ましい。
 式(I)において、Zは、炭素数1~10のアルキル基、又は、炭素数2~12のアルコキシアルキル基から選択される二価の結合基である。式(I)において、前記アルキル基及び前記アルコキシアルキル基は、ハロゲン原子等他の置換基を有してもよく、特にエステル結合(-O-C(=O)-)を含んでいてもよい。Zにおいては、アルキル基及びアルコキシ基について特に優劣はないが、得られる導電性エラストマーの水分に起因する劣化、例えば、錆の発生や重合体Xの加水分解による劣化等を抑制する観点から、アルキル基が好ましい。
 Zにおいて、アルキル基の炭素数は1~10であり、得られる導電性エラストマーの機械特性(伸びや耐久性等)の点から、1~5が好ましい。前記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。
 Zにおいて、アルコキシアルキル基の炭素数は2~12であり、得られる導電性エラストマーの機械特性の点から、2~5が好ましい。前記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2~6のアルコキシ基及び炭素数2~6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。
 Zで示されるアルキル基は、他の置換基として水酸基又はカルボキシル基を含んでいてもよい。ただし、Z中の水酸基及びカルボキシル基の数は、単位A全体の水酸基及びカルボキシル基の数の点で本実施形態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。また、他の置換基として挙げられるハロゲン原子としては、後述の式(II)の説明と同様のモノが挙げられる。また、Zとして、エステル結合(-O-C(=O)-)を含む式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーとしては、例えば、後述のHOA-MSが挙げられる。
 式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーとしては、特に限定はないが、例えば、アクリル酸(AA)、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)、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、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2-アクリロイロキシエチル-コハク酸(HOA-MS)が例示される。
 これら例示の中でも、単位Aとしては、体積抵抗率の小さい導電性エラストマーが得られる観点から、下記に示される、アクリル酸(AA)、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)、又は2-アクリロイロキシエチル-コハク酸(HOA-MS)に由来する単位が好ましく挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 
 その他、式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位以外の単位Aとしては、例えば、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、クロトン酸などのカルボキシル基含有モノマーに由来する単位等が挙げられる。
(他のモノマー成分単位)
 (メタ)アクリル系重合体(a)は単位Aのみで構成させることもできるが、必要により、単位Aに加えて、本実施形態の目的が阻害されない範囲で、カルボキシル基及び水酸基を有さない他のモノマー成分単位を含んでいてもよい。他のモノマー成分単位としては、単位Aと共重合可能なモノマー(以下、「共重合性モノマー」という)に由来する単位を用いることができる。
-単位B-
 (メタ)アクリル系重合体(a)は、共重合性モノマーとして、単位A以外の単位であり、単位Aと共重合可能な(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位Bを含んでいてもよい。特に限定されるものではないが、得られる導電性エラストマーの柔軟性及び伸長性の観点から、(メタ)アクリル系重合体(a)は、単位Bとして、下記式(II)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位を有することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 
(式中、Rは水素原子又はメチル基、Rは、ハロゲン原子を有していてもよい、炭素数1~18のアルキル基又は炭素数2~18のアルコキシアルキル基を示す。)
 式(II)において、Rは、水素原子又はメチル基である。Rのなかでは、作業性及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及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(II)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーにおいて、Rは、ハロゲン原子を有していてもよい、炭素数1~18のアルキル基、又は、炭素数2~18のアルコキシアルキル基である。
 炭素数1~18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、i-オクタデシル基、などが挙げられるが、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 炭素数2~18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1~9のアルコキシ基及び炭素数1~9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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 上述のように、式(II)において、Rで示されるアルキル基又はアルコキシアルキル基は、ハロゲン原子等の他の置換基を有していてもよい。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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、本実施形態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。
 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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 式(II)で表わされる(メタ)アクリル系モノマーのなかでは、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、イソステアリル(メタ)アクリレートなどの式(II)において、Rが水素原子又はメチル基であり、Rが炭素数1~18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(II)において、Rが水素原子又はメチル基であり、Rがハロゲン原子を有する炭素数1~18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(II)において、Rが水素原子又はメチル基であり、R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;が好ましく例示される。
 これら例示の中でも、単位Bとしては、下記に示されるエチル(メタ)アクリレート(下記においてはエチルアクリレート)、イソステアリル(メタ)アクリレート、又は、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレートに由来する単位が好ましく挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 
(他のモノマー成分単位)
 (メタ)アクリル系重合体(a)は単位A、又は単位A及び単位Bのみで構成させることもできるが、必要により、単位A及び単位Bに加えて、本実施形態の目的が阻害されない範囲で、さらに他のモノマー成分単位を含んでいてもよい。他のモノマー成分単位としては、単位Aや単位Bと共重合可能なモノマー(以下、「共重合性モノマー」という)に由来する単位を用いることができる。なお、(メタ)アクリル系重合体(a)が、単位Bとして式(II)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位Bを含む場合、式(II)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位のみを単位Bとして取り扱い、単位A、単位B以外のモノマー成分単位は他のモノマー成分単位として取り扱う。
-他のモノマー成分単位-
 他のモノマー成分単位としては、例えば、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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 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、本実施形態は、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、本実施形態は、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。
 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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 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、本実施形態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(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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではな
 シリコーン基含有モノマーとは、(Rc)-[-O-Si(Ra)(Rb)]-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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。ここで、Ra、Rb、Rc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又は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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 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、本実施形態は、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、本実施形態は、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。
((メタ)アクリル系重合体(a)の合成)
 本実施形態における(メタ)アクリル系重合体(a)は、単位A等となる各モノマー成分を重合させることによって得ることができる。各モノマー成分の合成方法は特に限定されるものではなく、例えば、塊状重合法、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法など公知の方法を用いることができる。本実施形態においては、(メタ)アクリル系重合体(a)の高分子量化を実現する観点からは、塊状重合法を採用することが好ましい。
 (メタ)アクリル系重合体(a)中の単位Aの含有率は、金属キレート化合物(b)との架橋反応後において、柔軟性及び伸長性に優れた重合体Xを得る観点から、0.1~10モル%が好ましく、0.25~5モル%がより好ましく、0.5~3モル%がさらに好ましく、0.5~1.5モル%が特に好ましい。
 単位Bを用いる場合、(メタ)アクリル系重合体(a)中の単位Bの含有率は、特に限定はないが、柔軟性及び伸長性に優れた重合体Xを得る観点から、90~99.9モル%が好ましく、97~99.5モル%がさらに好ましく、98.5~99.5モル%が特に好ましい。
 なお、(メタ)アクリル系重合体(a)中において、単位A等を単独又は2種以上を含んでいてもよい。すなわち、(メタ)アクリル系重合体(a)は単独又は2種以上の単位Aを含んでいてもよいし、単独又は2種以上の単位Bを含んでいてもよい。
 (メタ)アクリル系重合体(a)を構成するモノマーの組み合わせ例は特に限定されるものではないが、例えば、単位Aとして、アクリル酸(AA)、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)及び2-アクリロイロキシエチル-コハク酸(HOA-MS)から選ばれる少なくとも1種に由来する単位と、単位Bとして、エチルアクリレート(EA)、イソステアリル(メタ)アクリレート(ISTA)、及び、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート(V#3F)から選ばれる少なくとも1種に由来する単位との組み合わせが挙げられる。具体的には、例えば、下記の組み合わせを挙げることができる。
(1) EA/AA
(2) EA/V#3F/AA
(3) ISTA/EA/AA
(4) ISTA/V#3F/AA
(5) ISTA/V#3F/4HBA
(6) ISTA/EA/HOA-MS
(7) ISTA/V#3F/HOA-MS
(8) EA/4HBA
 (メタ)アクリル系重合体(a)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合成できる。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。紫外線を使用してモノマー成分を塊状重合して(メタ)アクリル系重合体(a)を得る場合、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。本実施形態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、本実施形態において、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。
 本実施形態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)アクリル系重合体(a)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、本実施形態は、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、本実施形態は、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)アクリル系重合体(a)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、本実施形態は、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、0.5~20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。
 (メタ)アクリル系重合体(a)の重量平均分子量は、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、20万~1000万が好ましく、30万~300万がさらに好ましく、40万~250万が特に好ましい。なお、本実施形態において、(メタ)アクリル系重合体(a)の重量平均分子量は、例えば、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-8320GPC、カラム:東ソー(株)製、品番:TSKgel GMHH-R、溶媒:テトラヒドロフラン、流速:0.6mL/min〕を用いてポリスチレン換算で測定することができる。
 (メタ)アクリル系重合体(a)の数平均分子量は、作業性及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及び伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、10万~500万が好ましく、15万~150万がさらに好ましく、20万~100万がさらにこのましい。(メタ)アクリル系重合体(a)の数平均分子量は、例えば、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-8320GPC、カラム:東ソー(株)製、品番:TSKgel GMHH-R、溶媒:テトラヒドロフラン、流速:0.6mL/min〕を用いてポリスチレン換算で測定することができる。
 (メタ)アクリル系重合体(a)の分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量、以下同じ)は、作業性及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及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、作業性及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及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。
 本実施形態の組成物中における(メタ)アクリル系重合体(a)の含有比は、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、本実施形態の組成物の総量に対して、5~95質量%が好ましく、7.5~50質量%がさらに好ましく、9~15質量%が特に好ましい。なお、本実施形態の組成物において、(メタ)アクリル系重合体(a)は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
<金属キレート化合物(b)>
 本実施形態の組成物は、金属キレート化合物(b)を含む。本実施形態においては、本実施形態の組成物に熱や光等のエネルギーを付与することで、金属キレート化合物(b)によって(メタ)アクリル系重合体(a)を架橋させることができる。
 金属キレート化合物は、エチルアセトアセテートといったキレート剤で構成されるキレート剤部と、金属原子で構成されるキレート金属と、で構成されており、キレート金属を保護するようにキレート剤部が配位した構造を有する。
 本実施形態の組成物に、熱などのエネルギーを付与すると、金属キレート化合物(b)のキレート剤部が揮発し、(メタ)アクリル系重合体(a)とキレート金属との架橋反応が進行する。当該架橋反応は、熱などによって金属キレート化合物(b)のキレート剤部が揮発し、キレート金属とキレート剤部との配位結合が破断することで進行する。キレート剤部が揮発し、配位結合の破断が起こると、キレート金属に(メタ)アクリル系重合体(a)の単位Aの水酸基又はカルボキシル基が配位して、(メタ)アクリル系重合体(a)とキレート金属との架橋反応が進行する。このため、(メタ)アクリル系重合体(a)と金属キレート化合物(b)との混合物に熱等のエネルギーを付加することで、キレート金属によって架橋された部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)(すなわち、重合体X)を得ることができる。
 金属キレート化合物は、中心金属(キレート金属)が、周期律表の第3周期から第5周期の金属、及び半導体原子であることが好ましく、第3周期金属のAl、Si、第4周期金属のTi、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、第5周期金属のIn、Snがさらに好ましく、Al,Tiが特に好ましい。
 金属キレート化合物(b)としては、特に限定はなく公知の金属キレート化合物を適宜選定して用いることができる。金属キレート化合物(b)としては、例えば、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、アルミニウムアルキルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセテート、アルミニウムトリス(アルキルアセトアセテート)、アルミニウムアセチルアセテートジイソプロピレート等のアルミニウム系キレート化合物;
チタニウムアセチルアセトネート、チタニウムテトラアセチルアセテート、ポリチタニウムアセチルアセトネート、チタニウムオクチレングリコレート、チタニウムエチルアセトアセテート、チタニウムラクテート、チタニウムトリエタノールアミネート、ジヒドロキシ・ビス(ラクティクアシド)チタネート、ジヒドロキシ・ビス(ラクタト)チタニウム・モノアンモニウム塩、ジヒドロキシ・ビス(ラクタト)チタニウム・ジアンモニウム塩、プロパンジオキシチタニウムビス(エチルアセトアセテート)、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトン)チタネート、ジブトキシ・ビス(トリエタノールアミン)チタネート、テトラオクチレングリコールチタネート、ジイソプロポキシチタニウムビス(エチルアセトアセテート)等のチタニウム系キレート化合物;
ジルコニウムアセテート、ジルコニウムアセチルアセテート、ジルコニウムブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムビスアセチルアセトネート、ジルコニウムエチルアセトアセテート、ジルコニウムアセチルアセトネート・エチルアセトアセテート等のジルコニウム系キレート化合物;
亜鉛アセチルアセテート、ニッケルアセチルアセテート、鉄アセチルアセテート等などが挙げられる。
 本実施形態における金属キレート化合物としては、金属原子としてAl又はTiを用いた、アルミニウム系金属キレート化合物、チタニウム系キレート化合物が好適に挙げられる。前記アルミニウム系金属キレート化合物としては、例えば、以下が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 
 本実施形態の組成物中における金属キレート化合物(b)の含有比は、電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性及び伸長性に優れ、伸縮後の導電率の低下が抑制された導電性エラストマーを得る観点から、(メタ)アクリル系重合体(a)中の単位Aの総量100質量部あたり10~5000質量部が好ましく、50~1000質量部がさらに好ましく、100~2000質量部が特に好ましい。本実施形態の組成物において、金属キレート化合物(b)は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。同様の観点から、本実施形態の組成物中における金属キレート化合物(b)の含有比は、本実施形態の組成物の総量に対して、0.1~1.0質量%が好ましく、0.2~0.9質量%がさらに好ましく、0.25~0.8質量%が特に好ましい。
<導電材(c)>
 本実施形態の組成物は、導電材(c)を含む。本実施形態の組成物によれば、(メタ)アクリル系重合体(a)と金属キレート化合物(b)と共に導電材(c)を含むことで、キレート金属によって架橋された部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)(重合体X)のポリマーマトリクス中に導電材(c)が分散された導電性エラストマーを得ることができる。
 導電材(c)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、銀被覆銅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。ただし、導電材(c)は、これら例示のみに限定されるものではない。導電材(c)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。これらの導電材のなかでは、作業性及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及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、グラフェン及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、グラフェン及び銀粒子がより好ましく、伸縮後の導電率の低下が抑制された導電性エラストマーを得る観点から、銀粒子又はカーボンナノチューブがさらに好ましい。
 (メタ)アクリル系重合体(a)及び導電材の合計固形分における導電材(c)の固形分の含有率は、高い導電性を実現し作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、3~95質量%が好ましく、5~90質量%がさらに好ましく、7~85質量%が特に好ましい。
 なお、本明細書において、(メタ)アクリル系重合体(a)及び導電材(c)の合計固形分における導電材の固形分の含有率は、式:[(メタ)アクリル系重合体(a)及び導電材(c)の合計固形分における導電材(c)の固形分の含有率(質量%)]
=[(導電材(c)の固形分)/〔(メタ)アクリル系重合体(a)の固形分+導電材(c)の固形分〕]×100に基づいて求められた値を意味する。
-カーボンナノチューブ-
 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導電性エラストマーを得る観点から、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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマー得る観点から、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導電性エラストマーを得る観点から、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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、好ましくは10~50nm、より好ましくは10~20nmである。
 (メタ)アクリル系重合体(a)及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、高い導電性を実現し作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、3~30質量%が好ましく、5~25質量%がさらに好ましく、7~20質量%が特に好ましい。
-金属粒子-
 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、樹枝状、連鎖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、導電性エラストマー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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、後述の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)アクリル系重合体(a)及び金属粒子(例えば、銀粒子)の合計固形分における金属粒子の含有率は、高い導電性を実現し作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、50~95質量%が好ましく、55~90質量%がさらに好ましく、60~85質量%が特に好ましい。
-カーボンブラック-
 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、本実施形態は、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、導電性エラストマー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、作業性及び成形性に優れるとともに、高い導電性を実現し電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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)アクリル系重合体(a)及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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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-
 グラフェンの平均粒子径は、作業性及び成形性に優れるとともに、高い導電性を実現し電気抵抗の変化率の広範囲において柔軟性及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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)アクリル系重合体(a)及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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、好ましくは25質量%以下である。
-タップ密度が低い金属粒子-
 導電材(c)としては、材料伸縮時の導電率の変化をさらに抑制する観点から、タップ密度が低い金属粒子を用いることができる。タップ密度が低い金属粒子としては、樹枝状の金属粒子が挙げられる。樹枝状の金属粒子としては、例えば、少なくとも表面に銀等の金属被覆を有する金属被覆粒子(例えば、銀被覆樹枝状銅粒子)等が挙げられる。タップ密度が低い(かさ高い)金属粒子を用いることで材料伸縮時の導電率の変化をさらに抑制できる理由については定かではないが、タップ密度が低い(かさ高い)金属粒子を用いることで、導電性エラストマーに占める金属粒子の体積比が大きくなり、金属粒子同士の接触点が増加するため、球状やフレーク状と比較して導電性エラストマーが伸縮した際の導電率の変化をさらに抑制できるものと推測される。
 以上の観点から、導電材(c)としては、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン及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、銀粒子、又は、銀被覆銅粒子がより好ましく、カーボンナノチューブ、銀フレーク粒子、又は、樹枝状銀被覆銅粒子がさらに好ましい。
-分散液-
 導電材は、導電材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、導電材の種類及びその量、混合する(メタ)アクリル系重合体(a)の種類及びその量などを考慮して適宜決定すればよい。
 導電材分散液における不揮発分量は、作業性及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及び伸長性に優れた導電性エラストマーを得る観点から、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、導電材分散液における不揮発分量は、導電材分散液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、下記式に基づいて求められた値を意味する。
式:
〔導電材分散液における不揮発分量(質量%)〕
=(〔残渣の質量〕÷〔導電材分散液1g〕)×100
<キレート剤(d)>
 本実施形態の組成物は、キレート剤(d)を含む。本実施形態の組成物は、キレート剤(d)を含むことで、(メタ)アクリル系重合体(a)と金属キレート化合物(b)との架橋反応の際のゲル化を防止することができる。
 キレート剤(d)としては、特に限定はなく公知の金属キレート化合物を適宜選定して用いることができる。例えば、キレート剤(d)としては、上述の金属キレート化合物(b)の“キレート剤部”に対応する化合物を用いることができる。キレート剤(d)としては、例えば、アセチルアセトネート、アセチルアセテート、エチルアセトアセテート等のアルキルアセトアセテート、イソプロピレート、オクチレングリコレート、ラクテート、エタノールアミネート、等を用いることができ、エチルアセトアセテート等のアルキルアセトアセテートを好ましく用いることができる。
 本実施形態の組成物中におけるキレート剤(d)の含有比は、(メタ)アクリル系重合体(a)と金属キレート化合物(b)との架橋反応の際のゲル化を効果的に抑制する観点から、金属キレート化合物(b)100質量部あたり、100~50000質量部が好ましく、500~10000質量部がさらに好ましく、1000~5000質量部が特に好ましい。本実施形態の組成物において、キレート剤(d)は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。また、キレート剤(d)は、本実施形態の組成物に含まれる金属キレート化合物(b)の“キレート剤部”と同種のキレート剤を用いてもよいし、異なるキレート剤を用いてもよい。
 なお、キレート剤(d)に(メタ)アクリル系重合体(a)を溶解可能な場合には、後述する溶媒に代えてキレート剤(d)を用いることも可能である。
<その他の成分>
(溶媒)
 本実施形態の組成物は、例えば、(メタ)アクリル系重合体(a)を溶媒に溶解させ、得られた樹脂溶液、金属キレート化合物(b)、導電材(c)及びキレート剤(d)、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)アクリル系重合体(a)を溶解させる溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼ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、メトキシメチルブタノ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、ブトキシアセテート、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、イソドデカンなどの炭化水素系溶媒、等挙げられるが、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。また、上述のように、キレート剤(d)に(メタ)アクリル系重合体(a)を溶解できる場合には、当該キレート剤(d)を溶媒として使用することができる。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)アクリル系重合体(a)100質量部あたり、100~1500質量部程度であることが好ましい。
《導電性エラストマー》
 本実施形態の導電性エラストマーは、本実施形態の組成物を用いて形成することができる。
 具体的には、本実施形態の組成物に熱等のエネルギーを付与し、金属キレート化合物(b)によって(メタ)アクリル系重合体(a)を架橋させることで、キレート金属を介して架橋された架橋部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)(即ち、重合体X)をポリマーマトリクスとし、当該マトリクス中に導電材(c)が分散した、本実施形態の導電性エラストマーを形成することができる。なお、本実施形態のエラストマーの幅や厚み、長さなどの形状は特に限定されるものではない。
<重合体X>
 上述のように、金属キレート化合物(b)によって(メタ)アクリル系重合体(a)を架橋させることで得られる。このような重合体Xとしては、単位Aと、単位Bとを有し、単位Aが、上述のキレート金属を介して架橋されており、単位Aの含有比が0.5~5モル%であり、前記単位Bの含有比が95~99.5モル%である、重合体が挙げられる。重合体Xの具体例としては、例えば、キレート金属としてAl又はTiを含み且つキレート剤部にイソステアリルアクリレートを含む金属キレート化合物を用いた、アクリル酸に由来する単位A1と、イソステアリルアクリレートに由来する単位B1と、を有し、単位AがAl及びTiから選ばれる少なくとも一種を介して架橋されており、単位A1の含有比が0.5~5モル%であり、前記単位B1の含有比が95~99.5モル%である、重合体などが挙げられる。
<導電性エラストマーの製造方法>
 本実施形態の導電性エラストマーは、例えば、(メタ)アクリル系重合体(a)、金属キレート化合物(b)、導電材(c)及びキレート剤(d)を含む本実施形態の組成物を用い、必要により、(メタ)アクリル系重合体(a)を溶媒及び/又はキレート剤(d)に溶解させ、得られた樹脂溶液とする。ついで、得られた組成物に熱などのエネルギーを付与することで、重合体X中に導電材(c)が分散した本実施形態の導電性エラストマーを得ることができる。本実施形態の組成物は必要に応じてその他の添加剤など含んでいてもよい。
 本実施形態の導電性エラストマーの製造方法の一例としては、特に限定されるものではないが、例えば、
 少なくとも(メタ)アクリル系重合体(a)を、溶媒又はキレート剤(d)に溶解して樹脂溶液を得る樹脂溶液調製工程と、
 前記樹脂溶液に、金属キレート化合物(b)、導電材(c)、及び、キレート剤(d)を添加し導電性エラストマー形成用組成物を調製する組成物調製工程と、
 前記導電性エラストマー形成用組成物を加熱し、金属原子を介して架橋された架橋部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)(重合体X)を合成する加熱工程と、
 を含む製造方法を採用することができる。
 樹脂溶液調製工程は、溶媒又はキレート剤(d)中に(メタ)アクリル系重合体(a)を溶解して樹脂溶液を得る工程である。当該溶媒としては、本実施形態の組成物に使用可能な溶媒として上述に例示したものを用いることができる。また、溶媒の代わり使用可能なキレート剤(d)としては、(メタ)アクリル系重合体(a)の種類にもよるが、例えば、エチルアセトアセテート等を用いることができる。なお、樹脂溶液調製工程にて溶媒としてキレート剤(d)を用いた場合には、後述の組成物調製工程にて、キレート剤(d)の添加を省略してもよい。
 組成物調製工程は、(メタ)アクリル系重合体(a)を含む樹脂溶液に、金属キレート化合物(b)、導電材(c)、及び、キレート剤(d)を添加して、本実施形態の組成物を調製する工程である。ただし、本実施形態の組成物中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。即ち、樹脂溶液調製工程において、金属キレート化合物(b)等を(メタ)アクリル系重合体(a)と共に溶媒中に添加し、樹脂溶液調製工程と組成物調製工程とが同時に施される態様であってもよい。
 加熱工程は、本実施形態の組成物を加熱することで(メタ)アクリル系重合体(a)と金属キレート化合物(b)との架橋反応を促し、金属原子を介して架橋された架橋部位を有する(メタ)アクリル系重合体(a)(重合体X)を合成する工程である。加熱工程における加熱条件は特に問題はないが、金属キレート化合物(b)の分解温度、及び、重合体X中の金属原子-酸素原子間の配位結合の維持の観点から、加熱温度は、例えば、60~150℃が好ましく、80~140℃が好ましく、100~130℃が特に好ましい。また、加熱時間は、加熱温度によって適宜決定されるが、溶媒及び/又はキレート剤の揮発を促進させる観点から、例えば、10~90分間が好ましく、20~80分間が好ましく、30~70分間が特に好ましい。
 また、組成物調製工程で得られた本実施形態の組成物は、導電性材料前駆体として用いることができる。例えば、導電性材料エラストマーを用いて導電性フィルムを作製する場合、剥離フィルム上に導電性材料前駆体を塗布し、得られた塗膜を加熱工程で加熱することで、導電性フィルムを作製することができる。導電性フィルムの作製方法については後述する。
 また、樹脂溶液調製工程に用いられる溶媒及び/又はキレート剤(d)は、加熱工程の際の加熱温度により揮発可能な沸点を有するものが好ましい。樹脂溶液調製工程において加熱工程の加熱によって揮発可能な溶媒を用いると、加熱工程後に乾燥工程など溶媒除去工程を別途設ける必要がなく、生産効率の向上を図ることができる。なお、溶剤及び/又はキレート剤(d)の沸点は加熱工程の加熱温度以上である必要はなく、加熱工程の加熱温度未満の沸点を有する溶媒及び/又はキレート剤(d)を用いてよい。
 その他、上述のように、本実施形態の導電性エラストマーには、本実施形態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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 本実施形態の導電性エラストマーは、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、本実施形態は、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。
 本実施形態の導電性エラストマーは、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、本実施形態は、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。
 本実施形態の導電性エラストマーにおける不揮発分の含有率は、作業性及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及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80質量%以下、より好ましくは75質量%以下である。
 なお、本実施形態の導電性エラストマー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。
<導電性エラストマーの物性>
 本実施形態の導電性エラストマーのヤング率は、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30MPa以下、20MPa以下がさらに好ましく、10MPa以下がより好ましく、5MPa以下が特に好ましい。なお、本実施形態において、導電性エラストマーのヤング率は、以下の実施例に記載の方法に基づいて測定することができる。
 本実施形態の導電性エラストマーの伸びは、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400%以上、より好ましくは500%以上、さらに好ましくは1000%以上、特に好ましくは1500%以上である。なお、本実施形態において、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。
 本実施形態の導電性エラストマーの体積抵抗率は、導電性エラストマーの用途に応じて、使用する導電材(c)の種類及び量を調整することで、任意の値に設定できる。特に限定されるものではないが、例えば、導電材(c)として銀粒子を用いる場合には、1.0×10-3Ω・cm以下が好ましく、1.0×10-4Ω・cm以下がさらに好ましい。また、導電材(c)としてカーボンナノチューブを用いる場合には、50Ω・cm以下が好ましく、1Ω・cm以下がさらに好ましい。
 本実施形態の導電性エラストマーの100%伸長時抵抗値変化率は、例えば、100%伸長1回繰り返し後の抵抗値(Ω;R)と100%伸長10回繰り返し後の抵抗値(Ω;R10)との比〔R10/R〕から算出することができる。導電性エラストマーの100%伸長時抵抗値変化率が低い程、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制されていることを示す。当該100%伸長時抵抗値変化率としては、例えば、2倍以下が好ましく、1.5倍以下が更に好ましい。
《導電性エラストマーの用途》
 導電性エラストマーは、使用用途に応じて形状などを適宜設計することができる。導電性エラストマーは、例えば、シート状の導電性フィルムや、積層体など種々の形態にて用いることができる。
(導電性フィルム)
 上述の導電性フィルムを形成する方法としては、例えば、本実施形態の組成物を基材に塗布し、乾燥させる方法などが挙げられるが、本実施形態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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。
 本実施形態の組成物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、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。本実施形態の組成物を基材に塗布する際には、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。このように本実施形態の組成物を塗布した後、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。
 基材に塗布する本実施形態の組成物の厚さは、(メタ)アクリル系重合体(a)や導電材(c)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及び伸長性に優れた導電性フィルムを得る観点から、1~1000μm程度である。
 本実施形態の組成物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、本実施形態はかかる例示のみに限定されるものではない。
 本実施形態の導電性フィルムの形状及び大きさは、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、本実施形態は、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及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。
 以上のようにして得られる本実施形態の導電性エラストマーは、(メタ)アクリル系重合体(a)と、導電材(c)と、金属キレート化合物(b)と、キレート剤(d)と、を含む導電性エラストマー形成用組成物を用いて形成され、当該組成物に熱等のエネルギーを付与することで、金属キレート化合物(b)によって(メタ)アクリル系重合体(a)を架橋させることができる。このため、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制されるという優れた効果を奏する。
 したがって、本実施形態の導電性エラストマーは、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、本実施形態の導電性フィルムは、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制されていることから、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。
(アクチュエータ)
 以下に、導電性エラストマーを用いた電機デバイスの一例として、アクチュエータについて説明する。なお、本実施形態は、以下の説明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、本実施形態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3は、エラストマーの変位を説明するための概略図である。
 図1及び図2に示されるように、アクチュエータ1は、フィルム状のエラストマー2と一対の電極3A,電極3Bとから形成されている。エラストマー2と電極3A,電極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。
 エラストマー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。
 図2に示されるように、電極3A,電極3Bは、エラストマー2の両面にそれぞれ対向するよう配置されている。また、各電極は、電極材料で形成されている。電極材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(ito)、アンチモン酸化スズ(ato)、フッ素がドープされた酸化スズ(fto)、フッ素酸化スズ(fto)、アルミニウム酸化亜鉛(azo)、ガリウム酸化亜鉛(gzo)、酸化スズ(nesa)、酸化インジウム亜鉛(izo)、酸化銀、酸化バナジウム、酸化モリブデン、金、銀、白金、銅、インジウム、クロムなどの金属や金属酸化物、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系材料、カーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボンなどの炭素材料などが挙げられるが、本実施形態は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの電極材料は、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。
 電極3A,電極3Bの形状、大きさ及び厚さは、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,電極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。電極3A,電極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,電極3Bの厚さは、特に限定されないが、通常、50~500μm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4A,端子4Bは、それぞれ5A,導線5を介して電源6と接続されている。
 電源6によって、電極3A,電極3Bに電圧を印加した際、各電極間に静電引力が生じ、図3に示されるように、エラストマー2が図3中の太矢印で示される方向に圧縮されることから、エラストマー2の厚さ(図2におけるW)が小さくなり、エラストマー2は、幅方向(図3における細矢印で示される方向)に延伸される。このとき、電極3A,電極3Bは、エラストマー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。
 次に、本実施形態を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本実施形態は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
[実施例1]
<ポリマー溶液の調製>
((メタ)アクリル系重合体(a)の合成]
 イソステアリルアクリレート(“ISTA”、5.6g)、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート(“V#3F”、6.5g、大阪有機化学工業(株)製、商品名「ビスコート3F」)、アクリル酸(“AA”、0.065g)、及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ホスフィンオキシド(0.015g、BASF社製、商品名「Irgacure(登録商標) TPO」)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。
 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0.84mW/cmとなるように紫外線を照射し、モノマー成分を1時間塊状重合することによって(メタ)アクリル系重合体(a)を得た。
(樹脂溶液の調製)
 得られた(メタ)アクリル系重合体(a)(2.20g)を溶媒(イソドデカン(溶媒;24質量部)、及び、1,2,4―トリメチルベンゼン(溶媒;8質量部)と、エチルアセトアセテート(キレート剤(d);8質量部)と、の混合物)(7.80g)と混合して溶解し、アクリル樹脂溶液を得た。
<導電性フィルムの作製>
(導電材前駆体の調製)
 得られたアクリル樹脂溶液(7.70g)に銀フィラー(7.20g、福田金属箔粉工業(株)製、商品名「AgC-A」)、及び金属キレート化合物としてアルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)(0.10g、川研ファインケミカル(株)製、商品名「ALCH-TR」)をクラボウ社製のミキサー(商品名「マゼルスター」)にて混合して、導電材前駆体を得た。
(塗膜形成)
 得られた導電材前駆体を、剥離フィルム(離形ポリエチレンテレフタレートフィルム(三井化学東セロ(株)製、商品名「セパレーターSP-PET PET-01-Bu」)上に塗工して、塗膜を形成した。
(加熱工程:導電性フィルムの作製)
 得られた塗膜を、オーブンにて120℃で60分間加熱し、およそ38μm厚の導電性フィルム(導電性エラストマー)を得た。
<実施例2~6、比較例1~5>
 下記表中に従って各組成を変更した以外は実施例1と同様にして、各実施例及び比較例の導電性フィルムを得た。なお、比較例3においては、金属キレート化合物に代えて架橋剤としてブロックシアネートを用いた。
〔評価方法〕
 得られた導電性フィルムについて、以下の測定を行った。結果を下記表に示す。
[体積抵抗率の測定]
 得られた導電性フィルムを20mm角に切り出し、低抵抗率計(三菱化学アナリテック(株)製;ロレスタGP)を用いて4端子法でフィルムの体積抵抗率(Ω・cm)を測定した。なお、体積抵抗率は低いほど良好な結果となる。
[伸長後の抵抗値、及び、抵抗値変化率の測定]
 得られた導電性フィルムを縦40mm、横10mmに切り出し、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10mmとなるように取り付けた。
 その後、チャック間距離を20mmに伸長後、30秒間保持した後、チャック間距離を10mmまで戻す操作(いずれも50mm/minの引張り速度)を1サイクルとして、10サイクル行い、1サイクル終了後の抵抗値(Ω:R)、10サイクル終了後の抵抗値(Ω:R10)をデジタルマルチメータ〔三和電機計器(株)製;商品名PC773〕にて測定した。
 得られた測定値より、抵抗値変化率〔R10/R〕を算出した。なお、各抵抗値、及び、抵抗値変化率は低いほど良好な結果となり、特に抵抗値変化率が低い程、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制されていることを示す。
[ヤング率、引張強さ、伸びの測定]
 JIS K6251(2017)の6.1に規定されるダンベル状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19mm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、試料片破断時の応力(引張り強さ)、及び、伸びを測定した。なお、上述で得られたフィルムの伸びは、下記式に基づいて求めた。
 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
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 
 各表における(メタ)アクリル系重合体(a)の組成の略称は以下のとおりである。
 EA:エチルアクリレート
 AA:アクリル酸
 V#3F:2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート(ビスコート3F)
 ISTA:イソステアリルアクリレート
 HOA-MS:2-アクリロイロキシエチル-コハク酸
 4HBA:4-ヒドロキシブチルアクリレート
 実施例1と比較例2又は比較例3との比較、実施例2と比較例1との比較、実施例4と比較例4との比較、実施例5と比較例5との比較から、金属キレート化合物(架橋剤)を用いていない比較例(比較例3は金属キレート化合物の代わりに架橋剤としてブロックシアネートを使用)に比して、実施例の導電性フィルムは、特に、抵抗値変化率が低く、伸縮の繰り返しによる導電率の低下が抑制されていることがわかる。
 2021年10月27日に出願された日本国特許出願2021-175653号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 また、明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
 本発明の導電性エラストマーは、特に限定されるものではないが、誘電エラストマーとして有用であり、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、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、医療用器具などに使用することが期待される。
1:アクチュエータ、2:エラストマー、3A,3B:電極、4A,4B:端子、5A,5B:導線、6:電源、7:マーカー、8:変位計
 

Claims (9)

  1.  カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを含む(メタ)アクリル系重合体(a)と、
     金属キレート化合物(b)と、
     導電材(c)と、
     キレート剤(d)と、
    を含有する、導電性エラストマー形成用組成物。
  2.  前記単位Aが、下記式(I)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位である、請求項1に記載の導電性エラストマー形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
    (式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、Xはカルボキシル基又は水酸基を示し、Zは、炭素数1~10のアルキル基、又は、炭素数2~12のアルコキシアルキル基を示し、前記アルキル基及び前記アルコキシアルキル基はエステル結合を含んでいてもよい。nは0又は1を示す。)
  3.  溶媒を含有する、請求項1に記載の導電性エラストマー形成用組成物。
  4.  前記(メタ)アクリル系重合体(a)が、下記式(II)で表される(メタ)アクリル系モノマーに由来する単位Bを有する、請求項1に記載の導電性エラストマー形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     
    (式中、Rは水素原子又はメチル基、Rは、ハロゲン原子を有していてもよい、炭素数1~18のアルキル基又は炭素数2~18のアルコキシアルキル基を示す。)
  5.  請求項1~4のいずれか一項に記載の導電性エラストマー形成用組成物を用いて形成された導電性エラストマー。
  6.  カルボキシル基及び水酸基の少なくとも一つを有する単位Aを有する(メタ)アクリル系重合体(a)と、導電材(c)と、を含み、前記(メタ)アクリル系重合体(a)が金属原子を介して架橋された架橋部位を有する、導電性エラストマー。
  7.  前記金属原子が、Al及びTiから選ばれる少なくとも一種である請求項6に記載の導電性エラストマー。
  8.  ヤング率が30MPa以下である、請求項6又は7に記載の導電性エラストマー。
  9.  アクリル酸に由来する単位A1と、
     イソステアリルアクリレートに由来する単位B1と、を有し、
     前記単位A1がAl及びTiから選ばれる少なくとも一種を介して架橋されており、
     前記単位A1の含有比が0.1~10モル%であり、
     前記単位B1の含有比が90~99.9モル%である、
    重合体。
     
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