JP6361125B2 - 導電性組成物 - Google Patents
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Description
これに対し、低温で成膜可能であり生産性に優れる透明導電膜の形成方法として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)などのπ共役系導電性高分子をウェットプロセスにより成膜する方法が提案されている。ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)などのπ共役系導電性高分子は、水や有機溶媒に難溶のものが多いので、一般的に、ポリスチレンスルホン酸などのドーパントを用いて水に分散させた状態で利用されている。このようなπ共役系導電性高分子の水分散体により形成される透明導電膜は、柔軟性があるのでクラックなどの問題が生じ難い。
例えば、特許文献1には、π共役系導電性高分子としてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ドーパントとしてポリアリルスルホン酸、架橋点形成物としてヒドロキシメチルアクリレート、溶媒として水、バインダー樹脂としてトリメチロールプロパントリアクリレートを含有する帯電防止塗料が開示されている。この帯電防止塗料によれば、ヒドロキシメチルアクリレートのヒドロキシ基が、ドープに関与していないポリアリルスルホン酸のスルホ基と脱水架橋することによって、導電性、可撓性、基材との密着性に優れる帯電防止膜が得られる。
しかし、この帯電防止塗料に含有される架橋点形成化合物やバインダー樹脂が低分子化合物であるので、形成される帯電防止膜が収縮してカールし易いという問題がある。
したがって、現状では、導電性に優れた透明導電膜であって、耐水性および耐カール性に優れる透明導電膜を容易に形成することができる導電性組成物はなかった。
本発明の導電性組成物は、バインダー樹脂(A)、π共役系導電性高分子(B)、ポリアニオン(C)、および水(D)を含有する。以下、各成分について順次説明する。
本発明で用いられるバインダー樹脂(A)は、上記一般式(1)で示されるエポキシ基含有単量体(a1)と上記一般式(2)で示されるN−アルキルアクリルアミド(a2)とを含有する単量体混合物を共重合して得られる。
エポキシ基含有単量体(a1)は、グリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートである。工業的に入手し易いことから、グリシジルメタクリレートを用いることが好ましい。エポキシ基含有単量体(a1)として、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレートを併用しても良い。なお、以下では、エポキシ基含有単量体(a1)を単量体(a1)とも表記する。
N−アルキルアクリルアミド(a2)は、一般式(2)で示される単量体であり、以下では、単量体(a2)とも表記する。一般式(2)中のYおよびZは独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基メチル基を示す。工業的に入手し易いことから、Yが水素原子、メチル基、またはエチル基であり、Zが水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。単量体(a2)は一種類のみを単独で用いてもよく、二種類以上を併用してもよい。
その他の単量体の含有量は、バインダー樹脂(A)を構成する単量体混合物の合計量を基準として例えば0〜10質量%である。
なお、本発明においてバインダー樹脂(A)の重量平均分子量は、架橋する前のバインダー樹脂(A)の重量平均分子量を表し、例えばゲルパーミエー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。
重合開始剤の使用量は、用いる単量体の組み合わせや、反応条件などに応じて適宜設定することができる。なお、重合開始剤の投入方法としては、例えば、全量を一括仕込みする方法、一部を一括仕込みして残りを滴下する方法、全量を滴下する方法が挙げられる。また、重合開始剤を前記単量体とともに滴下すると、反応の制御が容易となるので好ましく、さらに、重合開始剤および単量体の滴下後にも重合開始剤を添加すると、残存単量体を低減できるので好ましい。
重合溶媒に対する単量体混合物の濃度は、10〜60質量%が好ましく、より好ましくは20〜50質量%である。単量体混合物の濃度が10質量%未満であると単量体が残存しやすく、分子量が低下するおそれがある。濃度が60質量%を超えると発熱が制御し難くなるおそれがある。
単量体の投入方法としては、例えば、全量を一括仕込みする方法、一部を一括仕込みして残りを滴下する方法、全量を滴下する方法が挙げられる。好ましくは、発熱の制御しやすさから、一部を一括仕込みして残りを滴下する方法、および全量を滴下する方法である。
重合温度は、重合溶媒の種類等に依存し、例えば、50℃〜110℃である。
重合時間は、重合開始剤の種類と重合温度に依存し、例えば、重合開始剤としてジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートを使用し、重合温度を70℃として重合する場合、重合時間は6時間が適している。
本発明で用いられるπ共役系導電性高分子(B)としては、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3−ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−メトキシチオフェン)等のポリチオフェン類、ポリ(3−ブチルピロール) やポリ(3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール)等のポリピロール類、ポリ(2−メチルアニリン)やポリ(3−イソブチルアニリン)等のポリアニリン類、ポリアセチレン等を使用することができる。なかでも、導電性、透明性、安定性等の観点から、ポリチオフェン類およびポリアニリン類が好ましく、より好ましくはポリチオフェン類である。
本発明で用いられるポリアニオン(C)は、分子内にアニオン基を有する化合物である。ポリアニオン(C)は、π共役系導電性高分子(B)のドーパントとして機能し、π共役系導電性高分子(B)を水に分散させる役割を担う高分子である。なお、ドーパントとは、π共役系導電性高分子(B)をドーピング(錯体形成)することにより、π共役系導電性高分子(B)上を自由に動くことが可能な電子を生じさせ、π共役系導電性高分子(B)に導電性を発現させる物質である。
ポリアニオン(C)の具体例としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリエチルメチルスルホン酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸等が挙げられる。ポリアニオン(C)として、これらの単独重合体を用いてもよく、二種以上からなる共重合体を用いてもよい。
ポリアニオン(C)の分子量は、1,000〜5,000,000が好ましい。水への分散性と導電性の観点から、ポリアニオン(C)の分子量は、5,000〜500,000がより好ましく、10,000〜200,000がさらに好ましい。
また、π共役系導電性高分子(B)とポリアニオン(C)からなる市販品も好ましく利用できる。例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸からなる導電性ポリマーが、H.C.Starck社からCleviosシリーズとして、またNagase Chemtex社のDenatronシリーズとして販売されている。
本発明で用いられる水(D)としては、例えば、蒸留水、精製水、イオン交換水、純水、超純水などを使用することができる。導電性組成物中における水の含有量は86.5〜99.8質量%である。塗布性と透明性の観点から、92〜99.4質量%が好ましく、95〜98.5質量%がより好ましい。
本発明の透明導電フィルムは、透明基材と、本発明の導電性組成物が前記透明基材の少なくとも一方面に塗布され形成された透明導電膜とを有する。
透明基材としては、可視光に対して透明な材料で構成されたものを用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリルフィルム、ノルボルネンフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム等の樹脂フィルムを用いることができる。また、これらの樹脂フィルムの他にガラスを用いることもでき、樹脂フィルムとガラスを組み合わせて用いることもできる。なかでも、透明性、屈曲性に優れることから、樹脂のみからなるフィルムが好ましい。
透明基材の厚みは、使用目的等に応じて適宜設定され、例えば、25〜300μmである。
導電性組成物の基板面への塗布方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、ノズル法、カーテン法、グラビアロール法、バーコート法、ディップ法、キスコート法、スピンコート法、スクイズ法、スプレー法等が挙げられる。
乾燥後の透明導電膜の厚みは、例えば、0.001〜100μmである。
こうして得られる透明導電フィルムは、電磁波遮蔽フィルム、熱線遮蔽フィルム、帯電防止フィルム等に用いることができる。
実施例および比較例にて使用した単量体および架橋点形成物の略号を下記に示す。なお、以下では%は質量%を表す。
GMA:グリシジルメタクリレート(一般式(1)においてX=メチル基)
NIPAM:N−イソプロピルアクリルアミド(一般式(2)においてY=水素原子、Z=C(CH3)2CH3)
DMAM:N,N−ジメチルアクリルアミド(一般式(2)においてY=CH3、Z=CH3)
HEAM:ヒドロキシエチルアクリルアミド
HEA:ヒドロキシエチルアクリレート
TMPTA:トリメチロールプロパントリアクリレート
EGDG:エチレングリコールジグリシジルエーテル
(バインダー樹脂の合成)
撹拌機、温度計、冷却器、滴下ロートおよび窒素導入管を取り付けた1Lセパラブルフラスコに1−プロパノール300gを仕込み、窒素雰囲気下にした。GMA(製品名:ブレンマーGMA(日油(株)製))15gとNIPAM(製品名:NIPAM(興人(株)製))255g、DMAM(製品名:DMAA(興人(株)製))30gを混合した単量体混合物の溶液を調製し、1−プロパノール100gとジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート)(製品名:パーロイルTCP(日油(株)製))13gを混合した重合開始剤溶液を調製した。反応容器内を70℃まで昇温し、単量体混合物の溶液および重合開始剤溶液を同時にそれぞれ3時間かけて滴下した。その後、70℃で3時間反応させた。エバポレーターでバインダー樹脂溶液10gから1−プロパノールを除去し、バインダー樹脂を得た。
得られたバインダー樹脂の重量平均分子量と水溶性の評価を下記の条件で行った。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて以下の条件により求めた。
装置:東ソー(株)社製、HLC−8220
カラム:shodex社製、LF−804
標準物質:ポリスチレン
溶離液:THF(テトラヒドロフラン)
流量:1.0ml/min
カラム温度:40℃
検出器:RI(示唆示差屈折)
バインダー樹脂を固形分が20質量%になるようイオン交換水で溶解し、目視で透明性を評価した。評価結果を下記の記号で表す。
○:透明、△:濁りがある、×:溶解しない
上記バインダー樹脂0.20g、CLEVIOS PH510(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(=1/2.5)水分散液、固形分濃度1.89%、H.C.Starck社製)4.7g、イオン交換水4.53g、ジメチルスルホキシド0.5gを混合し導電性組成物を調製した。配合比率を下記に示す。
バインダー樹脂:2.1%
ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):0.3%
ポリスチレンスルホン酸:0.7%
イオン交換水:96.9%
上記導電性組成物を、バーコーターを用いて、PETフィルム(東洋紡(株)製、東洋紡エステルフィルムA4300、厚み:50μm)に塗布し、100℃の温風乾燥機で10分乾燥して、厚さ0.7μmの透明導電膜を形成した。透明導電膜が形成された透明導電フィルムについて耐水性評価、透明導電膜の表面抵抗値の測定、カール性の評価を下記の条件で行った。その結果を表1にまとめた。
イオン交換水0.5gを霧吹きで均一にキムワイプに吹きかけ、その湿ったキムワイプを用いて透明導電膜を10回擦った。擦った後の透明導電膜を方眼紙上に置き、剥離面積を計測し、擦る前の透明導電膜の面積に対する剥離面積の割合を算出した。評価結果を下記の記号で表す。
◎:剥離なし(0%)、○:0%よりも高く25%未満、△:25%以上50%未満、×:50%以上
JIS K 7194−1994に準拠して、抵抗率計((株)三菱化学アナリテック製、ロレスタGP)を用いて透明導電膜の表面抵抗値(Ω/□)を測定した。
透明導電膜が形成されたPETフィルムを5cm×5cmに切り、透明導電膜の面を上にして平坦面上に置き、四隅の反り上がり量を測定し、その平均値(mm)をカール性とした。
実施例1における単量体(a1)および(a2)の含有量を表1に記載の含有量に変更した以外は実施例1と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例1における単量体(a1)および(a2)の含有量を表1に記載の含有量に変更し、重合開始剤量を2gに変更した以外は実施例1と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例2における重合開始剤量を5gに変更し、バインダー樹脂の添加量を0.29gに変更した以外は実施例2と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例2におけるバインダー樹脂の添加量を0.03gに変更した以外は実施例2と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例1における単量体(a1)および(a2)の含有量を表2に記載の含有量に変更した以外は実施例1と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例1における単量体(a1)および(a2)の含有量を表2に記載の含有量に変更し、重合開始剤量を2gに変更し、バインダー樹脂の添加量を0.49gに変更した以外は実施例1と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例2におけるバインダー樹脂の添加量を0.0049gに変更した以外は実施例2と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例1における単量体(a1)および(a2)の含有量を表2に記載の含有量に変更し、重合開始剤量を15gに変更した以外は実施例1と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例2における単量体(a2)をHEAMに変更した以外は実施例2と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
実施例2における単量体(a2)をHEAに変更し、重合開始剤量を10gに変更した以外は実施例2と同様にして透明導電膜を形成し、評価と測定を行なった。
(導電性組成物の調製)
TMPTA0.16g、CLEVIOS PH510(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(=1/2.5)水分散液、固形分濃度1.89%、H.C.Starck社製)4.77g、イオン交換水3.68g、ジメチルスルホキシド0.5g、架橋点形成物としてEGDG0.02g、光重合開始剤としてイルガキュア819DW(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.002gを混合し導電性組成物を調製した。配合比率を下記に示す。
TMPTA:1.9%
EGDG:0.2%
ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):0.3%
ポリスチレンスルホン酸:0.7%
イオン交換水:96.9%
上記導電性組成物を、バーコーターを用いて、PETフィルム(東洋紡(株)製、東洋紡エステルフィルムA4300、厚み:50μm)に塗布し、100℃の温風乾燥機で10分乾燥し、窒素雰囲気下においてUVを400mJ/cm2照射することにより硬化して、厚さ0.7μmの透明導電膜を形成した。透明導電膜が形成された透明導電フィルムについて実施例1と同様にして評価と測定を行なった。
また、バインダー樹脂の添加量が少なすぎる導電性組成物を用いて作成された比較例3の透明導電フィルムも耐水性に劣るものであった。
単量体(a1)と単量体(a2)の質量比が本発明規定の範囲外である単量体混合物を重合させて得られたバインダー樹脂を用いた場合(比較例4)、バインダー樹脂が水に溶解しなかったため、透明導電膜を形成することができなかった。
紫外線硬化型の導電性組成物を用いて作成された比較例7の透明導電フィルムは、耐水性には優れるものの、耐カール性に劣るものであった。
Claims (1)
- 下記一般式(1)で示されるエポキシ基含有単量体(a1)と下記一般式(2)で示されるN−アルキルアクリルアミド(a2)とを質量比〔(a1)/(a2)〕5/95〜25/75にて含有する単量体混合物を共重合してなり、重量平均分子量が3,000〜200,000であるバインダー樹脂(A)、π共役系導電性高分子(B)、前記バインダー樹脂(A)のエポキシ基と反応し得るポリアニオン(C)、および水(D)を含有し、前記バインダー樹脂(A)の含有量が0.1〜3.5質量%であり、前記π共役系導電性高分子(B)と前記ポリアニオン(C)の合計含有量が0.01〜10質量%であり、前記ポリアニオン(C)の含有量が前記π共役系導電性高分子(B)1質量部に対して0.1〜10質量部であり、前記水(D)の含有量が86.5〜99.8質量%である導電性組成物。
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