JP7768074B2 - Conductive composition, conductor, stretchable conductive material, and electronic device - Google Patents
Conductive composition, conductor, stretchable conductive material, and electronic deviceInfo
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Description
本発明は、導電性組成物、導電体、ストレッチャブル導電材、及び電子デバイスに関する。 The present invention relates to a conductive composition, a conductor, a stretchable conductive material, and an electronic device.
様々な産業分野において導電材料が用いられており、これらの材料の更なる高機能化に関して種々の提案がなされている。特に近年は、フレキシブル性や伸縮性を備えるストレッチャブル導電材の開発が進み、アクチュエータ用途やウェアラブルセンサー用途へ向けた提案がなされている。
特許文献1には、低コストで高い耐久性を有する、伸縮性導電性被膜が開示されており、表面処理が施されていない銀被覆粒子を用い、さらに特定の添加材を組み合わせることにより、被膜伸長時に高い導電性が得られることが開示されている。
特許文献2には、ブロック共重合体と、特定の銀粉とを組み合わせることによって、著しく伸縮性が向上した導電体を得ることができる導電性組成物が開示されている。
Conductive materials are used in a variety of industrial fields, and various proposals have been made to further enhance the functionality of these materials. In particular, in recent years, the development of stretchable conductive materials with flexibility and elasticity has progressed, and proposals have been made for their use in actuators and wearable sensors.
Patent Document 1 discloses a low-cost, highly durable, stretchable conductive coating, and discloses that by using silver-coated particles that have not been surface-treated and further combining them with specific additives, high conductivity can be obtained when the coating is stretched.
Patent Document 2 discloses a conductive composition that can provide a conductor with significantly improved stretchability by combining a block copolymer with a specific silver powder.
生体センシング等のヘルスケア機器、ウェアラブル機器、並びにロボティックス等の分野の進展に伴い、導電材料には、従来求められていた導電性のみならず、加工時及び使用時に曲面部や可動部に追随可能な伸縮性が求められる。 With advances in fields such as healthcare devices like biosensors, wearable devices, and robotics, conductive materials are now required to not only have the conductivity that has traditionally been required, but also to have the flexibility to conform to curved or moving surfaces during processing and use.
また、曲面部や可動部に導電材料を用いると、繰り返し伸縮に伴う樹脂の構造破壊により、樹脂にクラックが発生しやすいという問題がある。特に、導電材料の場合には導電性微粒子を添加する場合が大半であり、伸長収縮の変形時に樹脂から導電材が剥離して樹脂中に空隙(ボイド)が発生し、そこを起点としてクラックが生じやすい。その結果、伸縮を重ねるごとに導電性が低下するという問題がある。
さらに、ストレッチャブル導電材を形成するためには、ペースト状等の導電性組成物を伸縮性基材に塗布し印刷パターンを形成させる必要がある。しかしながら、使用する導電性組成物によっては凝集物が発生し、各種伸縮性フィルム基材への(連続)印刷性が低下するという問題がある。また、各種伸縮性フィルム基材とペースト状等の導電組成物との親和性(相溶性)が悪く、特にシリコーン基材やオレフィン基材との基材密着性が十分でなく、導電組成物本来の材料特性を発揮できないという問題がある。
Furthermore, when conductive materials are used in curved or movable parts, repeated expansion and contraction can cause structural damage to the resin, leading to the problem of cracks occurring in the resin. In particular, conductive fine particles are often added to conductive materials, and when the resin is expanded or contracted, the conductive material peels off from the resin, creating voids in the resin, which can easily become the starting point for cracks. This results in a decrease in conductivity with each expansion and contraction.
Furthermore, to form a stretchable conductive material, a conductive composition such as a paste is applied to a stretchable substrate to form a printed pattern. However, depending on the conductive composition used, aggregates may form, resulting in a decrease in (continuous) printability on various stretchable film substrates. Furthermore, the affinity (compatibility) between various stretchable film substrates and conductive compositions such as a paste is poor, and the substrate adhesion, particularly with silicone substrates and olefin substrates, is insufficient, preventing the conductive composition from exhibiting its inherent material properties.
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、繰り返し伸縮耐性、導電性、耐湿熱性、並びに、シリコーン基材等の伸縮性フィルム基材への基材密着性及び連続印刷性が良好な導電組成物、導電体、ストレッチャブル導電材、及び電子デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in light of the above background, and aims to provide a conductive composition, conductor, stretchable conductive material, and electronic device that has excellent resistance to repeated stretching, conductivity, moist heat resistance, substrate adhesion to stretchable film substrates such as silicone substrates, and continuous printability.
本発明者が鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本発明の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 After extensive research, the inventors discovered that the problems of the present invention could be solved in the following manner, leading to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は、シリコーン樹脂(A)と、導電性微粒子(F)とを含む導電性組成物であって、前記導電性微粒子(F)が、タップ密度2.5g/cm3以下の連鎖状銀粉(f1)を含む、導電性組成物に関する。 That is, the present invention relates to a conductive composition comprising a silicone resin (A) and conductive fine particles (F), wherein the conductive fine particles (F) comprise chain-like silver powder (f1) having a tap density of 2.5 g/cm3 or less .
また、本発明は、前記導電性微粒子(F)の含有率が、導電性組成物に含まれる全固形分量に対して、60~95質量%である、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, in which the content of the conductive fine particles (F) is 60 to 95 mass% based on the total solid content of the conductive composition.
また、本発明は、前記連鎖状銀粉(f1)の含有率が、導電性組成物に含まれる全固形分量に対して、20~69質量%である、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, in which the content of the chain-like silver powder (f1) is 20 to 69 mass% based on the total solid content of the conductive composition.
また、本発明は、さらに、前記導電性微粒子(F)が、フレーク状銀粉(f2)を含む、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, wherein the conductive fine particles (F) contain flaky silver powder (f2).
また、本発明は、前記シリコーン樹脂(A)が、付加硬化型シリコーン樹脂(a1)を含む、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, in which the silicone resin (A) includes an addition-curable silicone resin (a1).
また、本発明は、前記シリコーン樹脂(A)が、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)を含む、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, in which the silicone resin (A) contains a (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond.
また、本発明は、前記、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)が、シロキサン結合を有するアクリルモノマー由来の構造単位を有する、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, in which the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond has structural units derived from an acrylic monomer having a siloxane bond.
また、本発明は、更に、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)を含む、上記の導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition, which further contains a (meth)acrylic block copolymer (B) that does not have a siloxane bond.
また、本発明は、上記の導電性組成物を含有する導電体に関する。 The present invention also relates to a conductor containing the above-mentioned conductive composition.
また、本発明は、伸縮性の基材上に、上記の導電性組成物の硬化物を有する導電体に関する。 The present invention also relates to a conductor having a cured product of the above-mentioned conductive composition on a stretchable substrate.
また、本発明は、前記伸縮性の基材が、シリコーン基材である、上記の導電体に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductor, wherein the stretchable substrate is a silicone substrate.
また、本発明は、上記の導電体を備える、ストレッチャブル導電材に関する。 The present invention also relates to a stretchable conductive material comprising the above-mentioned conductor.
また、本発明は、上記のストレッチャブル導電材を備える、電子デバイスに関する。 The present invention also relates to an electronic device equipped with the above-mentioned stretchable conductive material.
本発明によれば、繰り返し伸縮耐性、導電性、耐湿熱性、並びに、シリコーン基材等の伸縮性フィルム基材への基材密着性及び連続印刷性が良好な導電性組成物、導電体、ストレッチャブル導電材、及び電子デバイスを提供できるという優れた効果を有する。 The present invention has the excellent effect of providing a conductive composition, conductor, stretchable conductive material, and electronic device that has excellent resistance to repeated stretching, conductivity, moist heat resistance, substrate adhesion to stretchable film substrates such as silicone substrates, and continuous printability.
以下、本発明に係る導電性組成物、導電体、ストレッチャブル導電材、及び電子デバイスについて順に詳細に説明する。
なお本発明において、硬化物とは、化学反応により硬化したもののみならず、例えば溶剤の揮発等、化学反応以外の方法で硬化したものを包含する。
The conductive composition, conductor, stretchable conductive material, and electronic device according to the present invention will be described in detail below.
In the present invention, the term "cured product" includes not only products cured by chemical reaction but also products cured by methods other than chemical reaction, such as evaporation of a solvent.
<導電性組成物>
本発明の導電性組成物は、シリコーン樹脂(A)と、導電性微粒子(F)とを含む導電性組成物であって、前記導電性微粒子(F)が、タップ密度2.5g/cm3以下の連鎖状銀粉(f1)を含む、導電性組成物である。
<Conductive composition>
The conductive composition of the present invention is a conductive composition comprising a silicone resin (A) and conductive fine particles (F), wherein the conductive fine particles (F) comprise chain-like silver powder (f1) having a tap density of 2.5 g/cm3 or less .
<シリコーン樹脂(A)>
本発明の導電性組成物は、成膜性や、シリコーン基材をはじめとした伸縮性基材フィルムに対する密着性や印刷性を付与するために、バインダー性のシリコーン樹脂(A)を含有する。また、本発明においては、シリコーン樹脂(A)を含有することにより、導電層に柔軟性や伸縮性、特にシリコーン基材への密着性、印刷性を付与することができる。そのため、延伸又は収縮に際する導電層の断線が抑制される。更には、伸縮性シリコーン基材をはじめとした伸縮性フィルムへの密着性、連続印刷性が良好になる。
<Silicone Resin (A)>
The conductive composition of the present invention contains a binder silicone resin (A) to impart film-forming properties and adhesion and printability to stretchable substrate films such as silicone substrates. Furthermore, in the present invention, the inclusion of the silicone resin (A) can impart flexibility and stretchability to the conductive layer, particularly adhesion to silicone substrates and printability. Therefore, breakage of the conductive layer during stretching or shrinkage is suppressed. Furthermore, adhesion to stretchable films such as stretchable silicone substrates and continuous printability are improved.
シリコーン樹脂(A)の含有率は、導電性組成物に含まれる固形分全量に対し8~40質量%であることが好ましい。より好ましくは10~38質量%であり、15~35質量%であることが更に好ましい。シリコーン樹脂(A)の含有割合が上記範囲であることにより、導電層に十分な柔軟性を付与し、伸長時における導電層のクラック発生を効果的に抑制するとともに、十分な量の導電性微粒子(F)を含有することにより、導電性に優れた導電層を得ることができる。 The content of silicone resin (A) is preferably 8 to 40% by mass relative to the total solid content in the conductive composition. It is more preferably 10 to 38% by mass, and even more preferably 15 to 35% by mass. By having the content of silicone resin (A) within this range, sufficient flexibility is imparted to the conductive layer, effectively suppressing the occurrence of cracks in the conductive layer when stretched, and the inclusion of a sufficient amount of conductive fine particles (F) enables the production of a conductive layer with excellent conductivity.
シリコーン樹脂(A)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 The silicone resin (A) may be used alone or in combination of two or more types.
前記シリコーン樹脂(A)としては、例えば、硬化タイプのシリコーン樹脂、シロキサン結合を有する開始剤又はモノマーを用いて合成した樹脂が挙げられる。 Examples of the silicone resin (A) include curable silicone resins and resins synthesized using initiators or monomers having siloxane bonds.
硬化タイプのシリコーン樹脂としては、例えばオルガノポリシロキサン組成物を硬化させたシリコーンエラストマーが挙げられる。オルガノポリシロキサン組成物は、オルガノポリシロキサンを主成分(ベースポリマー)とするものであるが、その硬化方式は特に制限されず、例えば、従来公知の縮合硬化型、付加硬化型、有機過酸化物による硬化型、放射線硬化型等が挙げられる。本発明の導電性組成物においては、その中でも特に、付加硬化型シリコーン樹脂(a1)を用いると、硬化後の収縮が少なく、伸縮導電性の観点から好ましい。 Examples of curable silicone resins include silicone elastomers obtained by curing organopolysiloxane compositions. Organopolysiloxane compositions have organopolysiloxane as their main component (base polymer), but the curing method is not particularly limited, and examples include conventionally known condensation curing, addition curing, organic peroxide curing, and radiation curing. In the conductive composition of the present invention, addition curing silicone resin (a1) is particularly preferred, as it results in less shrinkage after curing and improves elastic conductivity.
(付加硬化型シリコーン樹脂(a1))
付加硬化型シリコーン樹脂(a1)とは、構成成分として、1分子中に不飽和基を少なくとも2個有するポリシロキサン樹脂構成成分と、1分子中にヒドロシリル基を少なくとも2個有するポリシロキサン樹脂構成成分とが反応して生成するシリコーン樹脂である。なお、ヒドロシリル基とは、ケイ素原子に直接水素原子が結合している官能基を意味する。
(Addition-curable silicone resin (a1))
The addition-curable silicone resin (a1) is a silicone resin produced by reacting a polysiloxane resin component having at least two unsaturated groups per molecule with a polysiloxane resin component having at least two hydrosilyl groups per molecule, where the hydrosilyl group is a functional group in which a hydrogen atom is directly bonded to a silicon atom.
付加硬化型シリコーン樹脂(a1)としては、例えば、信越化学工業株式会社製のKE-1820、KE-1823、KE-1800T-A/B、KE-1031-A/B、KE103、KE-1051J-A/B、KE-1012-A/B、KE106、KE-1282-A/B、KE-1283-A/B、デュポン・東レスペシャルティマテリアルズ株式会社製のSILPOT184、東芝シリコーン株式会社製の商品YSR-3022、TPR-6700、TPR-6720、TPR-6721が挙げられる。 Examples of addition-curable silicone resins (a1) include KE-1820, KE-1823, KE-1800T-A/B, KE-1031-A/B, KE103, KE-1051J-A/B, KE-1012-A/B, KE106, KE-1282-A/B, and KE-1283-A/B manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.; SILPOT184 manufactured by DuPont-Toray Specialty Materials Co., Ltd.; and YSR-3022, TPR-6700, TPR-6720, and TPR-6721 manufactured by Toshiba Silicones Co., Ltd.
(縮合硬化型シリコーン樹脂)
縮合硬化型シリコーン樹脂としては、例えば、KE-441、KE-471、KE-47が挙げられる。
(Condensation curing type silicone resin)
Condensation curing type silicone resins include, for example, KE-441, KE-471, and KE-47.
<シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)>
また、シリコーン樹脂(A)の好ましい形態として、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)が挙げられる。シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)は、例えば、シロキサン結合を有する開始剤又はモノマーを用いて合成することができ、伸縮性の観点から、シロキサン結合を有するアクリルモノマーを用いて合成することが好ましい。
尚、本発明において、(メタ)アクリルとは、アクリル及びメタクリルを総称する用語であり、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートを総称する用語である。
<(Meth)acrylic Block Copolymer (a2) Having Siloxane Bond>
A preferred embodiment of the silicone resin (A) is a (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond. The (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond can be synthesized using, for example, an initiator or monomer having a siloxane bond, and from the viewpoint of elasticity, it is preferable to synthesize the copolymer using an acrylic monomer having a siloxane bond.
In the present invention, (meth)acrylic is a general term for acrylic and methacrylic, and (meth)acrylate is a general term for acrylate and methacrylate.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)の重合に用いられる、シロキサン結合を有するアクリルモノマーとしては、例えばJNC株式会社製の反応性シリコーン(サイラプレーン)FM-0711、FM-0721、FM-0725、TM-0701Tが挙げられる。また、シロキサン結合を有するアクリルモノマーは、前記ソフトセグメント又はハードセグメントのどちらか一方、もしくは両方に共重合してもよいが、伸縮性の観点からソフトセグメントのみに共重合するのがより好ましい。 Examples of acrylic monomers having siloxane bonds used in the polymerization of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having siloxane bonds include reactive silicones (Silaplane) FM-0711, FM-0721, FM-0725, and TM-0701T manufactured by JNC Corporation. Furthermore, the acrylic monomers having siloxane bonds may be copolymerized with either or both of the soft and hard segments, but from the standpoint of elasticity, it is more preferable to copolymerize them only with the soft segments.
また、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)の重合に用いられる、シロキサン結合を有する開始剤としては、例えば富士フイルム和光純薬社製の高分子アゾ開始剤「VPS-1001」、「VPS-1001N」が挙げられる。 Furthermore, examples of initiators having a siloxane bond that can be used in the polymerization of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond include the polymeric azo initiators "VPS-1001" and "VPS-1001N" manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
シリコーン樹脂(A)がシロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)である場合、当該ブロック共重合体(a2)中の、シロキサン結合を有するアクリルモノマー由来の構造単位の含有率は、ブロック共重合体中の30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましく、60質量%以上であることがなお好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。また、100質量%としてもよい。 When the silicone resin (A) is a (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond, the content of structural units derived from an acrylic monomer having a siloxane bond in the block copolymer (a2) is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, even more preferably 60% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more. It may also be 100% by mass.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)は、後述するように、ソフトセグメント及びハードセグメントを含むことが好ましい。ソフトセグメントは、柔軟で屈曲性の高いポリマー鎖からなるブロック成分であり、ハードセグメントは、結晶化若しくは凝集しやすく、ソフトセグメントより剛性の高いポリマー鎖からなるブロック成分である。そして、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)は、ソフトセグメントがハードセグメントに挟まれた構成(すなわち、「ハードセグメント-ソフトセグメント-ハードセグメント」のトリブロック構造又は後述する星形ブロック構造)を有することがより好ましい。 The (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond preferably contains a soft segment and a hard segment, as described below. The soft segment is a block component made of a flexible, highly flexible polymer chain, while the hard segment is a block component made of a polymer chain that is prone to crystallization or aggregation and is more rigid than the soft segment. It is more preferable that the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond has a configuration in which a soft segment is sandwiched between hard segments (i.e., a "hard segment-soft segment-hard segment" triblock structure or a star-shaped block structure described below).
<シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)>
本発明の導電性組成物は、更に、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)を含むことも好ましい。
シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、ポリマー成分中にシロキサン結合を含まない(メタ)アクリルブロック共重合体を意味する。具体的には、例えばポリメチル(メタ)アクリレート/ポリn-ブチル(メタ)アクリレート/ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリスチレン/ポリn-ブチル(メタ)アクリレート/ポリスチレン等のトリブロック共重合体などが挙げられる。
<(Meth)acrylic Block Copolymer (B) Having No Siloxane Bond>
The conductive composition of the present invention preferably further contains a (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bond.
The (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bond means a (meth)acrylic block copolymer that does not contain a siloxane bond in the polymer component. Specific examples thereof include triblock copolymers such as polymethyl(meth)acrylate/poly-n-butyl(meth)acrylate/polymethyl(meth)acrylate and polystyrene/poly-n-butyl(meth)acrylate/polystyrene.
シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、後述するように、ソフトセグメント及びハードセグメントを含むことが好ましい。そして、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、ソフトセグメントがハードセグメントに挟まれた構成(すなわち、「ハードセグメント-ソフトセグメント-ハードセグメント」のトリブロック構造又は後述する星形ブロック構造)を有することがより好ましい。 The (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bonds preferably contains soft segments and hard segments, as described below. It is more preferable that the (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bonds has a configuration in which a soft segment is sandwiched between hard segments (i.e., a "hard segment-soft segment-hard segment" triblock structure or a star block structure described below).
シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、市販品であってよい。市販品の例は、アルケマ社製のリビング重合を用いて製造されるアクリル系トリブロックコポリマーである。具体的には、ポリスチレン-ポリブタジエン-ポリメチルメタアクリレートに代表されるSBMタイプ、ポリメチルメタアクリレート-ポリブチルアクリレート-ポリメチルメタアクリレートに代表されるMAMタイプ、及びカルボン酸変性処理又は親水基変性処理されたMAMNタイプ又はMAMAタイプを使用することができる。市販品の別の例は、クラレ社製の、メタクリル酸メチル及びアクリル酸ブチルから誘導されるブロック共重合体である。 The (meth)acrylic block copolymer (B) without siloxane bonds may be a commercially available product. An example of a commercially available product is an acrylic triblock copolymer manufactured by Arkema using living polymerization. Specifically, SBM types such as polystyrene-polybutadiene-polymethyl methacrylate, MAM types such as polymethyl methacrylate-polybutyl acrylate-polymethyl methacrylate, and MAMN or MAMA types that have been modified with a carboxylic acid or hydrophilic group can be used. Another example of a commercially available product is a block copolymer derived from methyl methacrylate and butyl acrylate manufactured by Kuraray Co., Ltd.
シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の含有率は、基材密着性と導電性の両立に優れた導電層形成の観点から、好ましくは全樹脂成分中の50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。 From the viewpoint of forming a conductive layer that exhibits excellent adhesion to the substrate and excellent conductivity, the content of the (meth)acrylic block copolymer (B) that does not have a siloxane bond is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less, of the total resin components.
シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 The (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond may be used alone or in combination of two or more types.
<ソフトセグメント及びハードセグメントを含むブロック共重合体>
以下、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の好ましい形態である、ソフトセグメント及びハードセグメントを含むブロック共重合体について詳述する。
ソフトセグメント及びハードセグメントを含むブロック共重合体としては、下記式(1)で表されるブロック共重合体が挙げられる。
重合体ブロックA-重合体ブロックB・・・(1)
式(1)中、重合体ブロックAはガラス転移点Tgが20℃以上のブロック(ハードセグメント)であり、重合体ブロックBはガラス転移点Tgが200℃未満のブロック(ソフトセグメント)を示す。式(1)で表されるブロック共重合体を用いることにより、本実施形態に係る導電性組成物の硬化物が強靭性を発揮する。なお、ガラス転移点Tgは、示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定できる。
本明細書では、式(1)を、「A-B」と略記することがある。
<Block copolymer containing soft segments and hard segments>
Hereinafter, a block copolymer containing a soft segment and a hard segment, which is a preferred embodiment of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond, will be described in detail.
Examples of the block copolymer containing a soft segment and a hard segment include a block copolymer represented by the following formula (1).
Polymer block A - polymer block B (1)
In formula (1), polymer block A is a block (hard segment) having a glass transition temperature Tg of 20°C or higher, and polymer block B is a block (soft segment) having a glass transition temperature Tg of less than 200°C. By using the block copolymer represented by formula (1), the cured product of the conductive composition according to this embodiment exhibits toughness. The glass transition temperature Tg can be measured using differential scanning calorimetry (DSC).
In this specification, formula (1) may be abbreviated as "AB".
また、トリブロック構造のブロック共重合体としては、下記式(2)で表されるブロック共重合体が挙げられる。 An example of a block copolymer with a triblock structure is a block copolymer represented by the following formula (2):
重合体ブロックA-重合体ブロックB-重合体ブロックA・・・(2)
式(2)中、重合体ブロックA及び重合体ブロックBは、式(1)についての記載を援用できる。
本明細書では、式(2)を、「A-B-A」と略記することがある。
Polymer block A - polymer block B - polymer block A (2)
In formula (2), the polymer block A and the polymer block B can be defined in the same manner as in formula (1).
In this specification, formula (2) may be abbreviated as "ABA."
そして、重合体ブロックAは、Tgが50℃以上のブロックであることが好ましく、重合体ブロックBは、Tgが-20℃以下であるブロックであることが好ましい。 Polymer block A is preferably a block having a Tg of 50°C or higher, and polymer block B is preferably a block having a Tg of -20°C or lower.
また、式(1)及び式(2)に示されるブロック共重合体において、ガラス転移点Tgがより小さい重合体ブロックBがソフトセグメントに対応し、ガラス転移点Tgがより大きい重合体ブロックAがハードセグメントに対応するブロックであることが好ましい。
なお、式(1)及び式(2)を比較すると、引っ張り破断伸度の観点から、式(2)のブロック共重合体を用いることが好ましい。
In the block copolymers represented by formula (1) and formula (2), it is preferred that the polymer block B having a lower glass transition temperature Tg corresponds to the soft segment, and the polymer block A having a higher glass transition temperature Tg corresponds to the hard segment.
Comparing formula (1) and formula (2), it is preferable to use the block copolymer of formula (2) from the viewpoint of tensile elongation at break.
そして、ブロック共重合体は、少なくとも20℃以上30℃以下の範囲において固形であることが好ましい。この温度範囲において固体であることで、柔軟性基材に塗布した場合、又は塗布後、乾燥させた場合に良好なタック性を確保できる。 Furthermore, it is preferable that the block copolymer is solid at least in the range of 20°C to 30°C. Being solid in this temperature range ensures good tackiness when applied to a flexible substrate or when dried after application.
また、重合体ブロックAと重合体ブロックBの質量の比率が、15:85~40:60の範囲であることが好ましい。重合体ブロックAと重合体ブロックBの質量比率が上記範囲内にあると、伸長時に基材に追従し、断線が生じにくくなる。より好ましくは、20:80~35:75である。 Furthermore, the mass ratio of polymer block A to polymer block B is preferably in the range of 15:85 to 40:60. When the mass ratio of polymer block A to polymer block B is within this range, the polymer conforms to the substrate when stretched, making breakage less likely to occur. A ratio of 20:80 to 35:75 is more preferable.
重合体ブロックAの例としては、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)及びポリスチレン(PS)等が挙げられる。重合体ブロックBの例としては、ポリn-ブチルアクリレート(PBA)及びポリブタジエン(PB)等が挙げられる。ブロック共重合体は、ポリメチル(メタ)アクリレート/ポリn-ブチル(メタ)アクリレート/ポリメチル(メタ)アクリレートのトリブロック共重合体であることが好ましい。尚、本願において(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートを総称する用語であり、他の類似の表現についても同様である。 Examples of polymer block A include polymethyl methacrylate (PMMA) and polystyrene (PS). Examples of polymer block B include poly(n-butyl acrylate) (PBA) and polybutadiene (PB). The block copolymer is preferably a triblock copolymer of polymethyl (meth)acrylate/poly(n-butyl (meth)acrylate/polymethyl (meth)acrylate. Note that in this application, (meth)acrylate is a general term that refers to acrylate and methacrylate, and the same applies to other similar expressions.
また、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)と、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、上述した式(1)、(2)で表されるブロック構造以外に、下記式(3)で表される星形ブロック構造であってもよい。 Furthermore, the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond may have a star block structure represented by the following formula (3) in addition to the block structures represented by the above-mentioned formulas (1) and (2).
[重合体ブロックA-重合体ブロックB]qX・・・(3)
式(3)中、qは2以上6以下の整数である。重合体ブロックA及び重合体ブロックBは、式(1)についての記載を援用できる。
「星形ブロック構造」とは重合体ブロックA-重合体ブロックBのジブロック体が、Xを起点として複数(2~6)結合されてなる(Xと重合体ブロックBが結合されてなる)[重合体ブロックA-重合体ブロックB]qXの構造をいう。Xは開始剤残基及び/若しくはカップリング剤残基、又はその誘導体である。
本明細書では、式(3)を、「[A-B]qX」と略記することがある。
[Polymer block A-polymer block B]qX (3)
In formula (3), q is an integer of 2 or more and 6 or less. For polymer block A and polymer block B, the description of formula (1) can be applied.
The term "star block structure" refers to a structure of [polymer block A-polymer block B]qX in which a plurality of (2 to 6) diblock units of polymer block A-polymer block B are bonded together starting from X (X is bonded to polymer block B). X is a residue of an initiator and/or a residue of a coupling agent, or a derivative thereof.
In this specification, formula (3) may be abbreviated as "[AB]qX".
更に、「開始剤残基」とは、開始剤由来の部分構造をいい、ブロック共重合体中の開始剤に由来する残基を意味する。また、「カップリング剤残基」とは、カップリング剤由来の部分構造をいい、ブロック共重合体中のカップリング剤に由来する残基を意味する。また、「その誘導体」とは、開始剤残基及び/又はカップリング剤残基の一部が化学変換された構造をいう。例えば、ブロック共重合体の合成時に、開始剤残基及び/又はカップリング剤残基の一部が置換、付加された構造が含まれる。 Furthermore, "initiator residue" refers to a partial structure derived from an initiator, meaning a residue derived from the initiator in the block copolymer. Furthermore, "coupling agent residue" refers to a partial structure derived from a coupling agent, meaning a residue derived from the coupling agent in the block copolymer. Furthermore, "derivative thereof" refers to a structure in which a portion of the initiator residue and/or coupling agent residue has been chemically converted. For example, this includes a structure in which a portion of the initiator residue and/or coupling agent residue has been substituted or added during the synthesis of the block copolymer.
星形ブロック構造の場合の開始剤残基及び/若しくはカップリング剤残基、又はその誘導体Xの分子量は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において特に限定されない。例えば、50~2,500程度とすることができる。重合体ブロックAの連鎖末端に任意で有していてもよい開始剤残基又はその誘導体の分子量も同様に本発明の趣旨を逸脱しない範囲において特に限定されず、例えば、50~2,500程度とすることができる。 In the case of a star-shaped block structure, the molecular weight of the initiator residue and/or coupling agent residue, or its derivative X, is not particularly limited as long as it does not deviate from the spirit of the present invention. For example, it can be approximately 50 to 2,500. The molecular weight of the initiator residue or its derivative, which may optionally be present at the chain end of polymer block A, is likewise not particularly limited as long as it does not deviate from the spirit of the present invention, and can be, for example, approximately 50 to 2,500.
本明細書における重合体ブロックAのTgは、ブロック共重合体が得られた段階で示差走査熱量測定(DSC)測定して得られた曲線において認められる<重合体ブロックA>TotalのTgであり、JISK7121:2012プラスチックの転移温度測定方法に基づき測定を行い、当該JIS9.3記載の補外ガラス転移開始温度(Tig)により求められる値とする。<重合体ブロックA>Totalに由来するTgは、同様の化学構造を有するブロックではない重合体のTgと同一又は近傍の数値となるので、ジブロック構造、トリブロック構造の場合には重合体ブロックBのTg、星形ブロック構造の場合には[重合体ブロックB]qXのTgと容易に区別が付けられる。<重合体ブロックA>Totalの上記Tg、及びそれぞれの重合体ブロックAのTgは、ブロック共重合体の連鎖末端、即ち、重合体ブロックAの連鎖末端の構造によって値は大きく変わらないので、本明細書においては、重合体ブロック(A)の連鎖末端も含めて、それぞれの重合体ブロックAのTg及び<重合体ブロックA>TotalのTgを判断するものとする。 In this specification, the Tg of polymer block A refers to the Tg of <polymer block A> Total observed in the curve obtained by differential scanning calorimetry (DSC) measurement of the block copolymer obtained, and is the value obtained by measurement in accordance with JIS K7121:2012, Method for Determining Transition Temperature of Plastics, using the extrapolated glass transition onset temperature (Tig) described in JIS 9.3. The Tg derived from <polymer block A> Total is the same as or close to the Tg of a non-block polymer having a similar chemical structure, and therefore can be easily distinguished from the Tg of polymer block B in the case of a diblock or triblock structure, or from the Tg of [polymer block B]qX in the case of a star block structure. The above Tg of <Polymer Block A> Total and the Tg of each polymer block A do not vary significantly depending on the chain end of the block copolymer, i.e., the structure of the chain end of polymer block A. Therefore, in this specification, the Tg of each polymer block A and the Tg of <Polymer Block A> Total will be determined including the chain end of polymer block (A).
但し、各重合体ブロックAの単量体に由来する構造単位がブロック毎に異なるケースなどにおいて、DSC測定して得られた曲線において、複数のTgが観測される場合には、<重合体ブロックA>TotalのTgに代えて、それぞれの重合体ブロックAのTgにより判断するものとする。その場合には、各重合体ブロックAの重合が完了した時点でサンプリングしてTgを求める。或いは、それぞれの重合体ブロック(A)と同様の化学構造を有する重合体のTgと相関があるので、それぞれの対応する重合体のTgをFoxの式より求め、Tgが20℃以上であるか否かにより判断してもよい。Foxの式は、下記式(4)から求められる値である。
1/(TgA+273.15)=Σ[Wa/(Tga+273.15)]・・・(4)
式(4)中、TgAは重合体ブロックAのTg(℃)であり、Waは重合体ブロックAを構成する単量体aの質量分率であり、Tgaは単量体aの単独重合体(ホモポリマー)のTg(℃)である。なお、Tgaはホモポリマーの特性値として広く知られており、例えば、「POLYMERHANDBOOK,THIRDEDITION」に記載されている値や、メーカのカタログ値を用いることができる。
However, when multiple Tg's are observed in the curve obtained by DSC measurement, for example, when the structural units derived from the monomers of each polymer block A are different for each block, the Tg of each polymer block A is used for judgment instead of the Tg of <polymer block A> total. In such cases, the Tg is determined by sampling at the time when the polymerization of each polymer block A is completed. Alternatively, since there is a correlation with the Tg of a polymer having the same chemical structure as each polymer block (A), the Tg of each corresponding polymer may be calculated using the Fox equation, and judgment may be made based on whether the Tg is 20°C or higher. The Fox equation is a value calculated from the following equation (4):
1/(TgA+273.15)=Σ[Wa/(Tga+273.15)] (4)
In formula (4), TgA is the Tg (°C) of polymer block A, Wa is the mass fraction of monomer a constituting polymer block A, and Tga is the Tg (°C) of a homopolymer of monomer a. Note that Tga is widely known as a characteristic value of homopolymers, and for example, the value described in "POLYMER HANDBOOK, THIRDEDITION" or the value in a manufacturer's catalog can be used.
本明細書における重合体ブロックBのTgは、ブロック共重合体がジブロック構造、トリブロック構造の場合には重合体ブロックBそのもののTgとし、星形ブロック構造の場合には[重合体ブロックB]qXのTgとする。ここで、ジブロック構造、トリブロック構造の重合体ブロックB、及び星形ブロック構造の[重合体ブロックB]qXを総称して<重合体ブロックB[X]>と表記する。
<重合体ブロックB[X]>のTgは、ブロック共重合体が得られた段階でDSC測定して得られた曲線において認められる<重合体ブロックB[X]>のTgであり、JISK7121:2012プラスチックの転移温度測定方法に基づき測定を行い、当該JIS9.3記載の補外ガラス転移開始温度(Tig)により求められる値とする。<重合体ブロックB[X]>のTgは、同様の化学構造を有する重合体のTgと同一又は近傍の数値となるので重合体ブロックAに由来するTgと容易に区別が付けられる。
In this specification, the Tg of polymer block B refers to the Tg of polymer block B itself when the block copolymer has a diblock structure or a triblock structure, and refers to the Tg of [polymer block B]qX when the block copolymer has a star block structure. Here, polymer block B of a diblock structure or a triblock structure and [polymer block B]qX of a star block structure are collectively referred to as <polymer block B[X]>.
The Tg of the <polymer block B[X]> is the Tg of the <polymer block B[X]> observed in a curve obtained by DSC measurement of the obtained block copolymer, and is measured in accordance with JIS K7121:2012, Measurement of Transition Temperature of Plastics, and is the value obtained from the extrapolated glass transition onset temperature (Tig) described in JIS 9.3. The Tg of the <polymer block B[X]> is the same as or close to the Tg of a polymer having a similar chemical structure, and therefore can be easily distinguished from the Tg derived from the polymer block A.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、ブロック構造が、A-Bのジブロック構造、A-B-Aのトリブロック構造、又は[A-B]qXの星形ブロック構造であることが好ましく、重合体ブロックAの連鎖末端に開始剤残基又はその誘導体、官能基、不活性基、架橋性基、置換基などを有していてもよい。 The (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond preferably have a block structure of an A-B diblock structure, an A-B-A triblock structure, or an [A-B]qX star block structure, and the chain end of the polymer block A may contain an initiator residue or a derivative thereof, a functional group, an inactive group, a crosslinkable group, a substituent, or the like.
重合体ブロックAのTgは20℃以上であり、40℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましく、80℃以上であることが更に好ましく、100℃以上であることが特に好ましい。重合体ブロックAのTgの上限値は特に限定されないが、例えば300℃、250℃又は200℃とすることができる。この重合体ブロックAのTgは、前述したように<重合体ブロックA>TotalのTgに読み替えられる(以降においても同様とする。)。即ち、<重合体ブロックA>Totalは20℃以上であり、40℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましく、80℃以上であることが更に好ましく、100℃以上であることが特に好ましい。同様に、<重合体ブロックA>Totalの上限値は特に限定されないが、例えば300℃、250℃又は200℃とすることができる。 The Tg of polymer block A is 20°C or higher, preferably 40°C or higher, more preferably 60°C or higher, even more preferably 80°C or higher, and particularly preferably 100°C or higher. The upper limit of the Tg of polymer block A is not particularly limited, but can be, for example, 300°C, 250°C, or 200°C. As described above, the Tg of polymer block A can be interpreted as the Tg of <polymer block A> Total (this applies hereinafter as well). That is, <polymer block A> Total is 20°C or higher, preferably 40°C or higher, more preferably 60°C or higher, even more preferably 80°C or higher, and particularly preferably 100°C or higher. Similarly, the upper limit of <polymer block A> Total is not particularly limited, but can be, for example, 300°C, 250°C, or 200°C.
ジブロック構造、トリブロック構造の場合の重合体ブロックBのTg、並びに星形ブロック構造の場合の[重合体ブロックB]qXのTg、即ち、<重合体ブロックB[X]>のTgは、020℃未満であり 、-10℃以下であることが好ましく、-20℃以下であることが特に好ましい。<重合体ブロック(B)[X]>のTgの下限値は特に限定されないが、例えば-100℃、-90℃又は80℃とすることができる。 The Tg of polymer block B in the case of a diblock structure or triblock structure, and the Tg of [polymer block B]qX in the case of a star block structure, i.e., the Tg of <polymer block B[X]>, is less than 0.20°C, preferably -10°C or less, and particularly preferably -20°C or less. The lower limit of the Tg of <polymer block (B)[X]> is not particularly limited, but can be, for example, -100°C, -90°C, or 80°C.
重合体ブロックAのTgと<重合体ブロックB[X]>のTgの温度差は特に限定されないが、75℃以上であることが好ましく、より好ましくは100℃以上、更に好ましくは125℃以上、特に好ましくは150℃以上である。75℃以上とすることにより、ミクロ相分離構造の形成を促進し、物理架橋による効果をより効果的に引き出すことができる。 The temperature difference between the Tg of polymer block A and the Tg of polymer block B[X] is not particularly limited, but is preferably 75°C or higher, more preferably 100°C or higher, even more preferably 125°C or higher, and particularly preferably 150°C or higher. A temperature of 75°C or higher promotes the formation of a microphase-separated structure, and the effects of physical crosslinking can be more effectively achieved.
本発明における重量平均分子量(Mw)は、後述する実施例に記載する方法で求められる値である。シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)のMwは、20,000以上500,000以下であることが好ましい。この範囲とすることにより、ブロック共重合体を導電性組成物として用いた場合に、伸縮強度と導電安定性を両立することができる。Mwの好ましい範囲は25,000~400,000であり、より好ましい範囲は30,000~300,000である。多分散度(Mw/Mn)は特に限定されないが、1~2.5であることが好ましく、1~2.0であることがより好ましく、1~1.8であることが更に好ましく、伸縮強度に影響を与えるミクロ相分離構造の形成を促進する観点からは多分散度を1~1.5、1~1.3とすることが特に好ましい。 The weight-average molecular weight (Mw) in the present invention is a value determined by the method described in the Examples below. The Mw of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond is preferably 20,000 or more and 500,000 or less. By setting the Mw within this range, when the block copolymer is used as a conductive composition, both tensile strength and conductive stability can be achieved. The preferred range of Mw is 25,000 to 400,000, and more preferably 30,000 to 300,000. The polydispersity (Mw/Mn) is not particularly limited, but is preferably 1 to 2.5, more preferably 1 to 2.0, and even more preferably 1 to 1.8. From the viewpoint of promoting the formation of a microphase-separated structure that affects tensile strength, a polydispersity of 1 to 1.5 or 1 to 1.3 is particularly preferred.
各重合体ブロックAのMwはそれぞれ異なっていてもよいが、伸縮性の観点からは実質的に同一であることが好ましい。同様に、各重合体ブロックBのMwはそれぞれ異なっていてもよいが、伸縮性の観点からは実質的に同一であることが好ましい。 The Mw of each polymer block A may be different, but from the viewpoint of elasticity, it is preferable that they are substantially the same. Similarly, the Mw of each polymer block B may be different, but from the viewpoint of elasticity, it is preferable that they are substantially the same.
各重合体ブロックAの単量体に由来する構造単位は、ブロック毎に異なる単量体に由来する構造単位から構成されていてもよいし、ブロック間で同一の単量体に由来する構造単位から構成されていてもよい。重合体ブロックA同士は、単量体に由来する構造単位の60質量%以上が互いに共通していることが好ましく、70質量%が共通していることがより好ましく、80質量%以上が共通していることが更に好ましい。同様に、各重合体ブロックBは、ブロック毎に異なる単量体に由来する構造単位から構成されていてもよいし、ブロック間で同一の単量体に由来する構造単位から構成されていてもよい。好ましくは、重合体ブロックB同士は、単量体に由来する構造単位の60質量%以上が互いに共通していることが好ましく、70質量%が共通していることがより好ましく、80質量%以上が共通していることが更に好ましい。なお、ここで共通するとは、単量体の配列までは問わず、成分が共通していることを意味する。 The structural units derived from the monomers of each polymer block A may be composed of structural units derived from different monomers for each block, or may be composed of structural units derived from the same monomer across the blocks. Preferably, 60% by mass or more of the structural units derived from the monomers of the polymer blocks A are common to each other, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 80% by mass or more. Similarly, each polymer block B may be composed of structural units derived from different monomers for each block, or may be composed of structural units derived from the same monomer across the blocks. Preferably, 60% by mass or more of the structural units derived from the monomers of the polymer blocks B are common to each other, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 80% by mass or more. Here, "common" means that the components are common, regardless of the monomer sequence.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の結合形式は、ストレッチャブル導電材としての特性である、伸縮性及び伸縮導電性をより効果的に高める観点からは、A-B-A型のトリブロック構造、[A-B]qXのうちのq=2の2分岐構造、q=3の3分岐構造が好ましい。重合体ブロックA及び重合体ブロックBはそれぞれ独立に、1種単独又は2種以上の単量体由来の構造単位を有する。 From the viewpoint of more effectively enhancing the stretchability and stretchable conductivity, which are the properties of a stretchable conductive material, the bonding structure of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond is preferably an A-B-A triblock structure, a bibranched structure where q = 2 in [A-B]qX, or a tribranched structure where q = 3. Polymer block A and polymer block B each independently have structural units derived from one type of monomer or two or more types of monomers.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の好適例として、重合体ブロックAがメタクリル酸エステル由来の構造単位を50質量%以上含み、重合体ブロックBがアクリル酸エステル由来の構造単位を70質量%以上含むブロック共重合体が挙げられる。重合体ブロックA中のメタクリル酸エステル由来の構造単位は、より好ましくは60質量%以上であり、更に好ましくは70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上である。また、メタクリル酸エステル由来の構造単位を100質量%としてもよい。 Preferred examples of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond include block copolymers in which polymer block A contains 50% by mass or more of structural units derived from a methacrylic acid ester and polymer block B contains 70% by mass or more of structural units derived from an acrylic acid ester. The structural units derived from a methacrylic acid ester in polymer block A are more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, 80% by mass or more, or 90% by mass or more. The structural units derived from a methacrylic acid ester may also be taken as 100% by mass.
また、重合体ブロックB中のアクリル酸エステル由来の構造単位は、より好ましくは80質量%以上であり、更に好ましくは85質量%以上、90質量%以上、95質量%以上である。また、アクリル酸エステル由来の構造単位を100質量%としてもよい。重合体ブロックA、がメタクリル酸エステル由来の構造単位を50質量%以上含み、且つ重合体ブロックBがアクリル酸エステル由来の構造単位を70質量%以上含むことによって、より伸縮性に優れ、安定した伸縮導電性を発現することができる。 Furthermore, the structural units derived from acrylic acid ester in polymer block B are more preferably 80% by mass or more, even more preferably 85% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more. Furthermore, the structural units derived from acrylic acid ester may be 100% by mass. When polymer block A contains 50% by mass or more of structural units derived from methacrylic acid ester and polymer block B contains 70% by mass or more of structural units derived from acrylic acid ester, the polymer can exhibit more excellent stretchability and stable stretchable conductivity.
重合体ブロックAのメタクリル酸エステル由来の構造単位を形成する単量体として、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ノルマルブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ターシャリブチルメタクリレート、イソアミルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ノルマルヘキシルメタクリレート、イソヘキシルメタクリレート、イソヘプチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、イソオクチルメタクリレート、ノルマルオクチルメタクリレート、イソノニルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、テトラデシルメタクリレート、オクタデシルメタクリレート、べへニルメタクリレート、イソステアリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、t-ブチルシクロヘキシルメチルメタクリレート、イソボロニルメタクリレート、トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロデシルメタクリレート、シクロデシルメチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、t-ブチルベンゾトリアゾールフェニルエチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アリルメタクリレート等の、脂肪族、脂環族、芳香族アルキルメタクリレート類が例示できる。
また、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレートなどのヒドロキシアルキル基の炭素数が2~4であるヒドロキシアルキルメタクリレート、グリセリンアクリレート、グリセリンメタクリレート等の水酸基を含有するメタクリル酸系モノマー類;メトキシメチルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、メトキシプロピルメタクリレート、エトキシメチルメタクリレート、エトキシエチルメタクリレート、エトキシプロピルメタクリレートなどのアルコキシ基の炭素数が1~4であり、アルキル基の炭素数が1~4であるアルコキシアルキルメタクリレート等のアルコキシアルキルメタクリレート類;(ポリアルキレン)グリコールモノアルキル、アルキレン、アルキンエーテル又はエステルのモノメタクリレート類;アクリル酸やアクリル酸二量体を含む酸基(カルボキシ基、スルホン酸、リン酸)を有するメタクリル酸系モノマー類;酸素原子含有のメタクリル酸系モノマー類;アミノ基を有するメタクリル酸系モノマー類;窒素原子含有のメタクリル酸系モノマー類等を用いることができる。更に、その他、3個以上の水酸基をもつモノメタクリレート類、ハロゲン原子含有メタクリレート類、ケイ素原子含有のメタクリル酸系モノマー類、紫外線を吸収する基を有するメタクリル酸系モノマー類、α位水酸基メチル置換アクリレート類も例示できる。また、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンのポリアルキレングリコール付加物のメタクリル酸エステル等の、2個以上の付加重合性基を有するメタクリル酸系モノマー類を用いてもよい。
Examples of monomers forming the methacrylate ester-derived structural units of polymer block A include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, normal butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, tertiary butyl methacrylate, isoamyl methacrylate, pentyl methacrylate, normal hexyl methacrylate, isohexyl methacrylate, isoheptyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, isooctyl methacrylate, normal octyl methacrylate, isononyl methacrylate, isodecyl methacrylate, and lauryl methacrylate. Examples of the alkyl methacrylate include aliphatic, alicyclic, and aromatic alkyl methacrylates such as benzotriazole, tetradecyl methacrylate, octadecyl methacrylate, behenyl methacrylate, isostearyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, t-butylcyclohexylmethyl methacrylate, isobornyl methacrylate, trimethylcyclohexyl methacrylate, cyclodecyl methacrylate, cyclodecylmethyl methacrylate, benzyl methacrylate, t-butylbenzotriazole phenylethyl methacrylate, phenyl methacrylate, naphthyl methacrylate, and allyl methacrylate.
Other examples that can be used include hydroxyalkyl methacrylates in which the hydroxyalkyl group has 2 to 4 carbon atoms, such as 2-hydroxyethyl acrylate and 2-hydroxyethyl methacrylate, and hydroxyl group-containing methacrylic acid monomers such as glycerin acrylate and glycerin methacrylate; alkoxyalkyl methacrylates such as alkoxyalkyl methacrylates in which the alkoxy group has 1 to 4 carbon atoms and the alkyl group has 1 to 4 carbon atoms, such as methoxymethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, methoxypropyl methacrylate, ethoxymethyl methacrylate, ethoxyethyl methacrylate, and ethoxypropyl methacrylate; (polyalkylene)glycol monoalkyl, alkylene, alkyne ether or ester monomethacrylates; methacrylic acid monomers having an acid group (carboxy group, sulfonic acid, phosphoric acid) including acrylic acid and acrylic acid dimer; oxygen atom-containing methacrylic acid monomers; amino group-containing methacrylic acid monomers; and nitrogen atom-containing methacrylic acid monomers. Other examples include monomethacrylates having three or more hydroxyl groups, halogen-containing methacrylates, silicon-containing methacrylic acid monomers, methacrylic acid monomers having a group that absorbs ultraviolet light, and acrylates with a methyl-substituted hydroxyl group at the α-position.Methacrylic acid monomers having two or more addition-polymerizable groups, such as ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, and methacrylic acid esters of polyalkylene glycol adducts of trimethylolpropane, may also be used.
重合体ブロックAのメタクリル酸エステル由来以外の構造単位を形成する単量体としては、メタクリル酸エステルと重合し得る他の単量体を用いることができる。具体的には、スチレン、アクリロニトリル等が挙げられる。 As the monomer forming the structural unit of polymer block A other than that derived from methacrylic acid ester, other monomers that can be polymerized with methacrylic acid ester can be used. Specific examples include styrene and acrylonitrile.
重合体ブロックAの好適な例として、メチルメタクリレート由来の構造単位を50質量%以上含む態様が挙げられる。より好ましくはメチルメタクリレート由来の構造単位が60質量%以上であり、80質量%以上であることが更に好ましい。また、重合体ブロックA、の100質量%がメチルメタクリレート由来の構造単位であってもよい。 A suitable example of polymer block A is one containing 50% by mass or more of structural units derived from methyl methacrylate. More preferably, the structural units derived from methyl methacrylate account for 60% by mass or more, and even more preferably 80% by mass or more. Furthermore, 100% by mass of polymer block A may be structural units derived from methyl methacrylate.
重合体ブロックBのアクリル酸エステル由来の構造単位を形成する単量体として、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ノルマルブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ターシャリブチルアクリレート、イソアミルアクリレート、ペンチルアクリレート、ノルマルヘキシルアクリレート、イソヘキシルアクリレート、イソヘプチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ノルマルオクチルアクリレート、イソノニルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、テトラデシルアクリレート、オクタデシルアクリレート、べへニルアクリレート、イソステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、t-ブチルシクロヘキシルメチルアクリレート、イソボロニルアクリレート、トリメチルシクロヘキシルアクリレート、シクロデシルアクリレート、シクロデシルメチルアクリレート、ベンジルアクリレート、t-ブチルベンゾトリアゾールフェニルエチルアクリレート、フェニルアクリレート、ナフチルアクリレート、アリルアクリレートなどの、脂肪族、脂環族、芳香族アルキルアクリレート類が例示できる。
また、水酸基を含有するアクリル酸系モノマー類;グリコール基を有するアクリル酸系モノマー類;(ポリアルキレン)グリコールモノアルキル、アルキレン、アルキンエーテル又はエステルのモノアクリレート類;アクリル酸やアクリル酸二量体を含む酸基(カルボキシ基、スルホン酸、リン酸)を有するアクリル酸系モノマー類;酸素原子含有のアクリル酸系モノマー類;アミノ基を有するアクリル酸系モノマー類;窒素原子含有のアクリル酸系モノマー類等を用いることができる。更に、その他、3個以上の水酸基をもつモノアクリレート類、ハロゲン原子含有アクリレート類、ケイ素原子含有のアクリル酸系モノマー類、紫外線を吸収する基を有するアクリル酸系モノマー類、α位水酸基メチル置換アクリレート類も例示できる。また、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンのポリアルキレングリコール付加物のアクリル酸エステル等の、2個以上の付加重合性基を有するアクリル酸系モノマー類を用いてもよい。
Examples of monomers forming the acrylate ester-derived structural units of polymer block B include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, normal butyl acrylate, isobutyl acrylate, tertiary butyl acrylate, isoamyl acrylate, pentyl acrylate, normal hexyl acrylate, isohexyl acrylate, isoheptyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, isooctyl acrylate, normal octyl acrylate, isononyl acrylate, isodecyl acrylate, and lauryl acrylate. Examples of the alkyl acrylate include aliphatic, alicyclic, and aromatic alkyl acrylates such as methyl acrylate, tetradecyl acrylate, octadecyl acrylate, behenyl acrylate, isostearyl acrylate, cyclohexyl acrylate, t-butylcyclohexylmethyl acrylate, isobornyl acrylate, trimethylcyclohexyl acrylate, cyclodecyl acrylate, cyclodecylmethyl acrylate, benzyl acrylate, t-butylbenzotriazole phenylethyl acrylate, phenyl acrylate, naphthyl acrylate, and allyl acrylate.
Other examples that can be used include acrylic acid monomers containing hydroxyl groups, acrylic acid monomers containing glycol groups, (polyalkylene) glycol monoalkyl, alkylene, alkyne ether or ester monoacrylates, acrylic acid monomers containing acid groups (carboxyl, sulfonic acid, phosphoric acid) including acrylic acid and acrylic acid dimers, oxygen atom-containing acrylic acid monomers, amino group-containing acrylic acid monomers, and nitrogen atom-containing acrylic acid monomers. Other examples include monoacrylates having three or more hydroxyl groups, halogen atom-containing acrylates, silicon atom-containing acrylic acid monomers, acrylic acid monomers having a group that absorbs ultraviolet light, and acrylates with methyl-substituted hydroxyl groups at the α-position. Also usable are acrylic acid monomers having two or more addition polymerizable groups, such as ethylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, and acrylic acid esters of polyalkylene glycol adducts of trimethylolpropane.
重合体ブロックBのアクリル酸エステル由来以外の構造単位としては、アクリル酸エステルと重合し得る他の単量体を用いることができる。例えば、マレイン酸、イタコン酸、クロトン酸等が挙げられる。 As structural units of polymer block B other than those derived from acrylic acid esters, other monomers polymerizable with acrylic acid esters can be used. Examples include maleic acid, itaconic acid, and crotonic acid.
重合体ブロックBの好適な例として、ブチルアクリレート由来の構造単位を70質量%以上含む態様が挙げられる。より好ましくはブチルアクリレート由来の構造単位が80質量%以上であり、90質量%以上であることが更に好ましい。また、重合体ブロックBの100質量%がブチルアクリレート由来の構造単位であってもよい。 A suitable example of polymer block B is one containing 70% by mass or more of structural units derived from butyl acrylate. More preferably, the structural units derived from butyl acrylate account for 80% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more. Furthermore, 100% by mass of polymer block B may be structural units derived from butyl acrylate.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の好適な例として、重合体ブロックA中にメチルメタクリレート由来の構造単位を50質量%以上含み、且つ重合体ブロックB中にブチルアクリレート由来の構造単位を70質量%以上含む態様が例示できる。このようなブロック共重合体を、シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び/又は、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)に用いれば、優れたストレッチャブル導電材を提供できる。重合体ブロックA中のメチルメタクリレート由来の構造単位は、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上としてもよく、100質量%以上としてもよい。重合体ブロックB中のブチルアクリレート由来の構造単位は、80質量%以上、90質量%以上としてもよく、100質量%としてもよい。 Preferred examples of the (meth)acrylic block copolymer (a2) having siloxane bonds and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having siloxane bonds include an embodiment in which polymer block A contains 50% by mass or more of structural units derived from methyl methacrylate and polymer block B contains 70% by mass or more of structural units derived from butyl acrylate. Using such a block copolymer for the (meth)acrylic block copolymer (a2) having siloxane bonds and/or the (meth)acrylic block copolymer (B) not having siloxane bonds can provide an excellent stretchable conductive material. The structural units derived from methyl methacrylate in polymer block A may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or even 100% by mass or more. The structural units derived from butyl acrylate in polymer block B may be 80% by mass or more, 90% by mass or more, or even 100% by mass.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び/又は、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)を用いることによって、重合体ブロックAと重合体ブロックBが海島構造(体心立方)、シリンダー(ヘキサゴナル)、ジャイロイド、ラメラ相等の分子レベルでの相分離構造(ミクロ相分離構造)を形成することができる。ミクロ相分離構造を形成することによって、優れた伸縮性を付与し、伸縮に伴うクラック発生(断線)を効果的に抑制できる導電性組成物を提供できる。伸縮性をより効果的に高める観点からは、重合体ブロックAが島、重合体ブロックBが海に相当する海島構造であることがより好ましい。なお、ミクロ相分離構造は、原子間力顕微鏡(AtomicForceMicroscope、AFM)を用いて観察することにより確認できる。 By using a (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and/or a (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond, polymer block A and polymer block B can form a molecular-level phase-separated structure (microphase-separated structure) such as a sea-island structure (body-centered cubic), a cylindrical (hexagonal), a gyroid, or a lamellar phase. Forming a microphase-separated structure can provide a conductive composition that imparts excellent stretchability and effectively suppresses cracking (disconnection) associated with stretching. From the perspective of more effectively enhancing stretchability, a sea-island structure in which polymer block A corresponds to the islands and polymer block B corresponds to the sea is more preferred. The microphase-separated structure can be confirmed by observation using an atomic force microscope (AFM).
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)における、、重合体ブロックAと重合体ブロックBとの総量に対する重合体ブロックAの含有率は特に限定されないが、海島構造のミクロ相分離構造を容易に得る観点からは、1~50質量%であることが好ましく、15~30質量%であることがより好ましい。また、粘着性を効果的に引き出す観点からは、重合体ブロックAと重合体ブロックBとの総量に対する重合体ブロックA全体の含有率が、1~35質量%であることが好ましく、5~30質量%であることがより好ましい。ブロック共重合体における、重合体ブロックAと重合体ブロックBとの総含有率は特に限定されないが、ミクロ相分離構造を容易に得る観点からは、ブロック共重合体の全質量に対して、重合体ブロックAと重合体ブロックBとの総含有率が90.0~99.9質量%であることが好ましく、98.0~99.9質量%であることがより好ましい。 In the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond, the content of polymer block A relative to the total amount of polymer block A and polymer block B is not particularly limited, but from the viewpoint of easily obtaining a microphase-separated structure with a sea-island structure, it is preferably 1 to 50 mass% and more preferably 15 to 30 mass%. Furthermore, from the viewpoint of effectively obtaining adhesiveness, the content of the entire polymer block A relative to the total amount of polymer block A and polymer block B is preferably 1 to 35 mass% and more preferably 5 to 30 mass%. The total content of polymer block A and polymer block B in the block copolymer is not particularly limited, but from the viewpoint of easily obtaining a microphase-separated structure, it is preferably 90.0 to 99.9 mass% and more preferably 98.0 to 99.9 mass%.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、導電性を良好に保つ観点から、ブロック共重合体のエチレン性不飽和単量体の90質量%以上が疎水性のエチレン性不飽和単量体であることが好ましい。ここで「疎水性のエチレン性不飽和単量体」とは、20℃での水中への溶解性が6.5g/100mL以下の単量体をいう。疎水性のエチレン性不飽和単量体としては、上述したアルキル(メタ)アクリレート類、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類、酢酸ビニル、塩化ビニル等のビニル類、スチレン等の芳香族類等が例示できる。 In order to maintain good conductivity, it is preferable that 90% by mass or more of the ethylenically unsaturated monomers in the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond be hydrophobic ethylenically unsaturated monomers. Here, "hydrophobic ethylenically unsaturated monomer" refers to a monomer having a solubility in water at 20°C of 6.5 g/100 mL or less. Examples of hydrophobic ethylenically unsaturated monomers include the above-mentioned alkyl (meth)acrylates, olefins such as butadiene and isoprene, vinyls such as vinyl acetate and vinyl chloride, and aromatics such as styrene.
[官能基]
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は官能基を有していてもよい。官能基としては、例えば、メルカプト基、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシ基、グリシジル基、(メタ)アクリル基、加水分解性シリル基、ニトリル基、イソシアネート基が挙げられる。
[Functional group]
The (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond may each have a functional group, such as a mercapto group, a hydroxy group, an amino group, a carboxy group, a glycidyl group, a (meth)acrylic group, a hydrolyzable silyl group, a nitrile group, or an isocyanate group.
[反応性官能基]
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)は、上記官能基の中でも、メルカプト基、ヒドロキシ基、アミノ基、及びカルボキシ基からなる群より選択される一種以上の反応性官能基を有することが好ましい。
[Reactive Functional Group]
The (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond preferably have one or more reactive functional groups selected from the group consisting of a mercapto group, a hydroxy group, an amino group, and a carboxy group, among the above functional groups.
[ブロック共重合体の製造方法]
以下、本実施形態のシロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の製造方法の一例について説明するが、これに限定されるものではない。
[Method of producing block copolymer]
Hereinafter, an example of a method for producing the (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bond of the present embodiment will be described, but the present invention is not limited thereto.
シロキサン結合を有する(メタ)アクリルブロック共重合体(a2)、及び、シロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)の製造方法は特に限定されないが、ラジカル重合及びイオン重合により製造する方法が好適である。イオン重合はアニオン重合、カチオン重合がある。ラジカル重合の種類は特に限定されないが、リビングラジカル重合が好適である。また、反応性末端ジブロック構造を得た後に、カップリング剤を用いてブロック共重合体を得ることもできる。 The (meth)acrylic block copolymer (a2) having a siloxane bond and the (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond can be produced by any method, but radical polymerization and ionic polymerization are preferred. Ionic polymerization includes anionic polymerization and cationic polymerization. The type of radical polymerization is not particularly limited, but living radical polymerization is preferred. Alternatively, a block copolymer can be obtained by using a coupling agent after obtaining a reactive terminal diblock structure.
アニオン重合の例としては、無機酸塩の存在下で重合開始剤として有機希土類金属複合体又は有機アルカリ金属化合物を用いて重合する方法、有機アルミニウム化合物の存在下で重合開始剤として有機アルカリ金属化合物を用いて重合する方法がある。
リビングラジカル重合の例としては、ニトロキシド系の触媒を用いた重合/NMP法、遷移金属錯体系の触媒を用いた原子移動ラジカル重合/ATRP法、可逆的付加開裂連鎖移動剤を使用する可逆的付加-開裂連鎖移動重合/RAFT法、有機テルル系の触媒を用いた重合/TERP法、ヨウ素系化合物を触媒に用いたヨウ素移動重合/RCMP法(可逆配位媒介重合)又はRTCP法(可逆移動触媒重合)が例示できる。
Examples of anionic polymerization include a method of polymerization using an organic rare earth metal complex or an organic alkali metal compound as a polymerization initiator in the presence of an inorganic acid salt, and a method of polymerization using an organic alkali metal compound as a polymerization initiator in the presence of an organoaluminum compound.
Examples of living radical polymerization include polymerization using a nitroxide-based catalyst/NMP method, atom transfer radical polymerization/ATRP method using a transition metal complex-based catalyst, reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization/RAFT method using a reversible addition-fragmentation chain transfer agent, polymerization using an organotellurium-based catalyst/TERP method, and iodine transfer polymerization using an iodine-based compound as a catalyst/RCMP method (reversible coordination-mediated polymerization) or RTCP method (reversible transfer catalyst polymerization).
別の方法として、重合起点を2~6有するいずれかの重合開始剤を用いて重合体ブロックB及び重合体ブロックA、をこの順に逐次重合により得る工程を含む、[重合体ブロックA-重合体ブロックB]qXで表されるブロック共重合体の製造方法がある。 Another method is a method for producing a block copolymer represented by [polymer block A-polymer block B]qX, which includes a step of sequentially polymerizing polymer block B and polymer block A in this order using a polymerization initiator having 2 to 6 polymerization initiation sites.
別の方法として、重合開始剤を起点として、重合体ブロックA、重合体ブロックB、重合体ブロックAをこの順に逐次重合により得る工程を含む、重合体ブロックA-重合体ブロックB-重合体ブロックA型のトリブロック構造で表されるブロック共重合体の製造方法がある。 Another method is to produce a block copolymer with a polymer block A-polymer block B-polymer block A triblock structure, which includes a step of sequentially polymerizing polymer block A, polymer block B, and polymer block A in this order starting from a polymerization initiator.
また、重合体ブロックB、重合体ブロックAを任意の順に逐次重合することによりA-B型のジブロック構造を得、A-B型のジブロック構造の分子末端に必要に応じて反応性末端を導入し、この反応性末端と反応性を示す連結ユニットを3~6有するいずれかのカップリング剤を用いてカップリング反応を行う工程を含む、[重合体ブロックA-重合体ブロックB]qXで表されるブロック共重合体の製造方法がある。 In addition, there is a method for producing a block copolymer represented by [polymer block A-polymer block B]qX, which includes the steps of sequentially polymerizing polymer block B and polymer block A in any order to obtain an A-B type diblock structure, optionally introducing a reactive terminal into the molecular end of the A-B type diblock structure, and then carrying out a coupling reaction using any coupling agent having 3 to 6 linking units reactive with the reactive terminal.
<その他のバインダー樹脂>
また、必要に応じて、シリコーン樹脂(A)、及びシロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)以外の樹脂成分として、その他のバインダー樹脂を併用してもよい。シリコーン樹脂(A)及びシロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)以外の樹脂成分の含有率は、導電性に優れた導電層形成の観点から、好ましくは全樹脂成分中の50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
その他のバインダー樹脂は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Other binder resins>
If necessary, other binder resins may be used in combination as resin components other than the silicone resin (A) and the (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bond. From the viewpoint of forming a conductive layer having excellent conductivity, the content of the resin components other than the silicone resin (A) and the (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bond is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less, of the total resin components.
The other binder resins may be used alone or in combination of two or more.
シリコーン樹脂(A)、並びに、必要に応じて含有するシロキサン結合を有しない(メタ)アクリルブロック共重合体(B)、及びその他のバインダー樹脂を含む、バインダー樹脂総量の含有率は、導電性組成物の全固形分量中、1~90質量%であることが好ましく、5~60質量%であることがより好ましく、10~40質量%であることが更に好ましい。 The total content of binder resins, including silicone resin (A), (meth)acrylic block copolymer (B) not having a siloxane bond, which is contained as needed, and other binder resins, is preferably 1 to 90 mass %, more preferably 5 to 60 mass %, and even more preferably 10 to 40 mass %, of the total solids content of the conductive composition.
<導電性微粒子(F)>
導電性微粒子(F)は、導電層内で複数の導電性微粒子が接触して導電性を発現するものであり、本発明においては、高温で加熱することなく導電性が得られるものの中から適宜選択して用いられる。本発明に用いられる導電性微粒子としては、金属微粒子、カーボン微粒子、導電性酸化物微粒子などが挙げられる。金属微粒子としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、クロム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウム、アルミニウム、タングステン、モルブテン、白金等の金属単体粉のほか、銅-ニッケル合金、銀-パラジウム合金、銅-スズ合金、銀-銅合金、銅-マンガン合金などの合金粉、前記金属単体粉又は合金粉の表面を、銀などで被覆した金コート粉などが挙げられる。また、カーボン微粒子としては、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブなどが挙げられる。また、導電性酸化物微粒子としては、酸化銀、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ルテニウムなどが挙げられる。
<Conductive fine particles (F)>
The conductive fine particles (F) exhibit conductivity when multiple conductive fine particles come into contact with each other within the conductive layer. In the present invention, they are appropriately selected from those that can achieve conductivity without heating at high temperatures. Examples of conductive fine particles used in the present invention include metal fine particles, carbon fine particles, and conductive oxide fine particles. Examples of metal fine particles include powders of simple metals such as gold, silver, copper, nickel, chromium, palladium, rhodium, ruthenium, indium, aluminum, tungsten, molbutene, and platinum, as well as alloy powders such as copper-nickel alloys, silver-palladium alloys, copper-tin alloys, silver-copper alloys, and copper-manganese alloys, and gold-coated powders in which the surface of the simple metal powders or alloy powders is coated with silver or the like. Examples of carbon fine particles include carbon black, graphite, and carbon nanotubes. Examples of conductive oxide fine particles include silver oxide, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, and ruthenium oxide.
本発明においては、中でも、銀粉、銅粉、銀コート粉、銅合金粉、導電性酸化物粉、及びカーボン微粒子からなる群より選択される一種以上の導電性微粒子を含むことが好ましい。これらの導電性微粒子(F)を用いることにより、焼結を経ることなく、導電性に優れた導電層を形成することができる。 In the present invention, it is preferable to contain one or more conductive fine particles selected from the group consisting of silver powder, copper powder, silver-coated powder, copper alloy powder, conductive oxide powder, and carbon fine particles. By using these conductive fine particles (F), a conductive layer with excellent conductivity can be formed without sintering.
導電性微粒子(F)の形状は特に限定されず、不定形、凝集状、鱗片状、微結晶状、球状、フレーク状、ワイヤー状等を適宜用いることができる。成形時の導電性維持の観点や導体パターンの基材への密着性の観点から、凝集状、鱗片状、フレーク状、ワイヤー状のものが好ましい。 The shape of the conductive fine particles (F) is not particularly limited, and amorphous, aggregated, scale-like, microcrystalline, spherical, flake-like, wire-like, etc. can be used as appropriate. From the viewpoint of maintaining conductivity during molding and adhesion of the conductive pattern to the substrate, aggregated, scale-like, flake-like, and wire-like shapes are preferred.
導電性微粒子(F)の平均粒子径は、特に限定されないが、導電性組成物中での分散性や、導電層としたときの導電性の点から、0.1μm以上50μm以下が好ましく、0.5μm以上30μm以下がより好ましい。
なお本発明において導電性微粒子(F)の平均粒子径は以下のように算出する。JISM8511(2014)記載のレーザ回折・散乱法に準拠し、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製:マイクロトラック9220FRA)を用い、分散剤として市販の界面活性剤ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製:トリトンX-100)を0.5体積%含有する水溶液に導電性微粒子(F)を適量投入し、撹拌しながら40Wの超音波を180秒照射した後、測定を行った。求められたメディアン径(D50)の値を導電性微粒子(F)の平均粒径とした。
The average particle size of the conductive fine particles (F) is not particularly limited, but from the viewpoints of dispersibility in the conductive composition and conductivity when formed into a conductive layer, it is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 30 μm or less.
In the present invention, the average particle size of the conductive fine particles (F) is calculated as follows. According to the laser diffraction/scattering method described in JIS M8511 (2014), a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (Microtrac 9220FRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) was used. An appropriate amount of conductive fine particles (F) was added to an aqueous solution containing 0.5% by volume of the commercially available surfactant polyoxyethylene octylphenyl ether (Triton X-100 manufactured by Roche Diagnostics K.K.) as a dispersant, and the solution was irradiated with 40 W ultrasonic waves for 180 seconds while stirring, after which measurement was performed. The determined median diameter (D50) was taken as the average particle size of the conductive fine particles (F).
本発明において導電性微粒子(F)は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本発明の導電性組成物中の導電性微粒子(F)の含有割合は、用途等に応じて適宜調整すればよく特に限定されないが、導電性組成物に含まれる固形分全量に対し、40~99質量%であることが好ましく、60~95質量%であることが好ましい。導電性微粒子(F)の含有割合が上記下限値以上であれば、導電性に優れた導電層を形成することができる。また、導電性微粒子(F)の含有割合が上記上限値以下であれば、シリコーン樹脂(A)の含有割合を高めることができ、成膜性や、伸縮性フィルムへの密着性が向上し、また、導電層に柔軟性や伸縮性を付与することができる。 In the present invention, the conductive fine particles (F) may be used alone or in combination of two or more types. The content of the conductive fine particles (F) in the conductive composition of the present invention is not particularly limited and may be adjusted appropriately depending on the application, etc., but is preferably 40 to 99 mass% and more preferably 60 to 95 mass% relative to the total solid content of the conductive composition. When the content of the conductive fine particles (F) is equal to or greater than the above-mentioned lower limit, a conductive layer with excellent conductivity can be formed. Furthermore, when the content of the conductive fine particles (F) is equal to or less than the above-mentioned upper limit, the content of the silicone resin (A) can be increased, improving film-forming properties and adhesion to stretchable films and imparting flexibility and stretchability to the conductive layer.
<連鎖状銀紛(f1)>
本発明の導電性組成物は、導電性微粒子(F)として、タップ密度が2.5g/cm3以下である連鎖状銀粉(f1)を含む。ここで連鎖状銀粉とは、微小粒子が集合し集合粒子を形成している銀粉であって、具体的には凝集銀粉や銀粒子が枝状に分岐したもの、すなわち樹枝状の銀粉等が挙げられる。また、連鎖状銀粉(f1)は、1μm以下の微小粒子が集合し集合粒子を形成している連鎖状銀粉であることが好ましい。
<Chained silver powder (f1)>
The conductive composition of the present invention contains, as the conductive fine particles (F), a chain-like silver powder (f1) having a tap density of 2.5 g/ cm3 or less. Here, the chain-like silver powder is a silver powder in which fine particles are aggregated to form aggregated particles, and specific examples include agglomerated silver powder and silver particles branched into branches, i.e., dendritic silver powder. Furthermore, the chain-like silver powder (f1) is preferably a chain-like silver powder in which fine particles of 1 μm or less are aggregated to form aggregated particles.
連鎖状銀紛(f1)のタップ密度は、0.3~1.5g/cm3であることがより好ましく、0.3~1.0g/cm3であることがさらに好ましい。詳しいメカニズムは明らかではないが、タップ密度が2.5g/cm3以下であると、銀粉の体積が大きくなり、接触点が増えるため、より導通がしやすくなると考えられる。その結果、導電体に強い伸縮を加えたとしても、優れた抵抗値が得られる。なお、本明細書においてタップ密度は、ISO3953に準じて測定し、測定する際のタップ回数は1000回とした。 The tap density of the chain-like silver powder (f1) is more preferably 0.3 to 1.5 g/ cm3 , and even more preferably 0.3 to 1.0 g/ cm3 . Although the detailed mechanism is not clear, it is believed that a tap density of 2.5 g/ cm3 or less increases the volume of the silver powder, increasing the number of contact points and making electrical conduction easier. As a result, excellent resistance values can be obtained even when the conductor is subjected to strong expansion and contraction. Note that the tap density in this specification was measured in accordance with ISO 3953, and the number of taps during measurement was 1,000.
BET法により測定した前記連鎖状銀粉(f1)の比表面積は、好ましくは1.0~5.0m2/gである。 The specific surface area of the chain-like silver powder (f1) measured by the BET method is preferably 1.0 to 5.0 m 2 /g.
連鎖状銀粉(f1)の、レーザー解析散乱式粒度分布測定法による平均粒径(D50)は、好ましくは3~15μmである。 The average particle size (D50) of the chain-like silver powder (f1) measured by a laser analysis scattering particle size distribution measurement method is preferably 3 to 15 μm.
連鎖状銀粉(f1)の含有率は、導電性組成物に含まれる全固形分量に対して、20~69質量%であることが好ましく、30~65質量%であることがより好ましい。上記範囲内であると、低い抵抗値と伸縮時の導電安定性との両立が可能となる。特に、連鎖状銀粉(f1)の含有率が、導電性組成物に含まれる全固形分量に対して69質量%以下であることにより、伸縮性フィルム基材への印刷性(密着性)が良好な導電体を得ることができる。上記含有率は、より好ましくは50~69質量%である。連鎖状銀紛(f1)を上記含有率にすることによって、上述するシリコーン樹脂(A)の伸縮性を優れたものとすることができる。更に、最適化されたミクロ相分離構造の自己組織化(セグメントの集合)によって、シリコーン樹脂(A)と連鎖状銀紛(f1)との親和性がより向上し、導電性微粒子(F)の分散性が良化すると考えられる。それによって、伸縮(弾性変形)に耐えうる理想的な導電パス設計と、印刷適性向上のための理想的な分散設計が可能となり、繰り返し伸縮耐性、基材密着性及び連続印刷性に優れた導電性組成物を作成することができる。 The content of the chain-like silver powder (f1) is preferably 20 to 69 mass% and more preferably 30 to 65 mass% relative to the total solid content of the conductive composition. Within this range, both low resistance and conductive stability during stretching are achieved. In particular, when the content of the chain-like silver powder (f1) is 69 mass% or less relative to the total solid content of the conductive composition, a conductor with good printability (adhesion) to stretchable film substrates can be obtained. The above content is more preferably 50 to 69 mass%. By using the chain-like silver powder (f1) at the above content, the elasticity of the silicone resin (A) described above can be improved. Furthermore, the optimized self-organization (aggregation of segments) of the microphase separation structure is thought to further improve the affinity between the silicone resin (A) and the chain-like silver powder (f1), thereby improving the dispersibility of the conductive microparticles (F). This enables the creation of an ideal conductive path design that can withstand expansion and contraction (elastic deformation) and an ideal dispersion design for improved printability, making it possible to create a conductive composition that has excellent resistance to repeated expansion and contraction, substrate adhesion, and continuous printability.
連鎖状銀粉(f1)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The chain-like silver powder (f1) may be used alone or in combination of two or more types.
<フレーク状銀紛(f2)>
本発明の導電性組成物は、導電性微粒子(F)として、さらにフレーク状銀紛(f2)を含むことが好ましい。
フレーク状銀紛(f2)を、上述する連鎖状銀粉(f1)と併用することで、より低い抵抗値と伸縮時の導電安定性との両立が可能となる。また、伸縮性フィルム基材への印刷性(密着性)がより良好な導電体を容易に得ることができる。
<Flake silver powder (f2)>
The conductive composition of the present invention preferably further contains flaky silver powder (f2) as the conductive fine particles (F).
By using the flake silver powder (f2) in combination with the chain-like silver powder (f1), it is possible to achieve both lower resistance and stable conductivity during stretching. In addition, it is possible to easily obtain a conductor that has better printability (adhesion) to a stretchable film substrate.
ここでフレーク状銀粉とは、銀粉末1つの扁平部長手方向及び扁平部短手方向の長さに対する厚みがそれぞれ独立に10分の1以下である葉状の銀粉のことをいう。本発明においては、フレーク状銀紛(f2)の銀粉末1つの扁平部長手方向及び扁平部短手方向の長さは、それぞれ独立して1μm~100μmの範囲にあることが好ましく、厚みは0.05μm~1μmの範囲のものがより好ましい。 Here, flake silver powder refers to leaf-shaped silver powder whose thickness is independently one-tenth or less of the length in the longitudinal direction of the flat portion and the length in the transverse direction of the flat portion of a single silver powder. In the present invention, the length in the longitudinal direction of the flat portion and the length in the transverse direction of the flat portion of a single silver powder in flake silver powder (f2) is preferably independently in the range of 1 μm to 100 μm, and the thickness is more preferably in the range of 0.05 μm to 1 μm.
フレーク状銀紛(f2)のレーザー回折法により測定した50%粒子径(D50)は、1μm~20μmであることが好ましく、より好ましくは、3μm~15μmである。50%粒子径(D50)が1μm以上であることにより、良好な導電性を発現しやすく、20μm以下であることにより、導電層の膜厚が厚くなりすぎないことから、伸縮性導電性デバイスとして使用した際に屈曲性が良好になる。さらに50%粒子径(D50)が導電層の厚さより大きいフレーク状銀粉を用いることで、伸縮導電性をより向上できる。なお、本明細書における50%粒子径(D50)は、粒度分布計(島津製作所社製「SALD-3100」)を用いたレーザー回折法により、溶媒として水を用いて測定した値である。 The 50% particle size (D50) of the flake silver powder (f2) measured by laser diffraction is preferably 1 μm to 20 μm, and more preferably 3 μm to 15 μm. A 50% particle size (D50) of 1 μm or more facilitates the development of good conductivity, while a 50% particle size (D50) of 20 μm or less prevents the conductive layer from becoming too thick, resulting in good flexibility when used as a stretchable conductive device. Furthermore, using flake silver powder whose 50% particle size (D50) is larger than the thickness of the conductive layer can further improve stretchable conductivity. Note that the 50% particle size (D50) in this specification is a value measured by laser diffraction using a particle size distribution analyzer (Shimadzu Corporation, "SALD-3100") and water as the solvent.
フレーク状銀紛(f2)のかさ密度は、0.2~0.7g/cm3であることが好ましく、より好ましくは、0.4~0.6g/cm3である。かさ密度が上記範囲にあることにより、良好な導電性を発現しやすい。なお、本発明のかさ密度とは、JIS-Z2504に則った方法で測定した値である。 The bulk density of the flaky silver powder (f2) is preferably 0.2 to 0.7 g/ cm3 , and more preferably 0.4 to 0.6 g/ cm3 . With a bulk density in the above range, good electrical conductivity is likely to be exhibited. Note that the bulk density in the present invention is a value measured by a method in accordance with JIS-Z2504.
フレーク状銀紛(f2)は、上記の通り1μm~20μmの50%粒子径(D50)、かつ0.2g/cm3~0.7g/cm3のかさ密度であることが好ましい。フレーク状銀粉は、導電層中で重なり合う事で導電性を発現するが、上記の粒子径とかさ密度を有することにより、導電層中での重なり合いが良好となり、伸縮性電子デバイスとして使用する場合の屈曲性にも優れる。 As described above, the flaky silver powder (f2) preferably has a 50% particle size (D50) of 1 μm to 20 μm and a bulk density of 0.2 g/cm 3 to 0.7 g/cm 3. The flaky silver powder exhibits conductivity by overlapping in the conductive layer, and by having the above particle size and bulk density, the overlapping in the conductive layer is improved, and the flaky silver powder also has excellent flexibility when used in a stretchable electronic device.
導電層中におけるフレーク状銀粉は、必ずしも配向していなくともよいが、フレーク状銀粉の扁平部を塗膜面と概ね平行に配向する事で、フレーク状銀粉同士の接点が増えて導電性が向上する。一方、フレーク状銀粉が不規則な配向の場合、フレーク状銀粉同士の接触点が少なくなり、所望の導電特性を実現するためのフレーク状銀粉の量を多くする必要が生じる。 The flake silver powder in the conductive layer does not necessarily have to be oriented, but orienting the flat parts of the flake silver powder roughly parallel to the coating surface increases the number of contact points between the flake silver powder particles, improving conductivity. On the other hand, if the flake silver powder is irregularly oriented, there will be fewer contact points between the flake silver powder particles, and a larger amount of flake silver powder will be required to achieve the desired conductive properties.
本発明においてフレーク状銀紛とは、例えば、一般的なフレーク形状、鱗片形状、板形状が挙げられる。 In the present invention, flaky silver powder refers to, for example, general flake, scale, and plate shapes.
また、フレーク状銀粉は、比表面積が0.3~4.0m2/g、タップ密度が1~4g/cm3であることが好ましい。 The flaky silver powder preferably has a specific surface area of 0.3 to 4.0 m 2 /g and a tap density of 1 to 4 g/cm 3 .
前記フレーク状銀紛は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。前記フレーク状銀粉の含有率は、導電性組成物に含まれる全固形分量に対して、0.5~85質量%であることが好ましく、1~75質量%であることがより好ましい。 The flake silver powder may be used alone or in combination of two or more types. The content of the flake silver powder is preferably 0.5 to 85% by mass, and more preferably 1 to 75% by mass, of the total solid content contained in the conductive composition.
また、導電性微粒子(F)は、本発明の効果を損なわない範囲で、連鎖状銀粉(f1)及びフレーク状銀紛(f2)以外の他の導電性微粒子を含有してもよい。他の導電性微粒子としては、銀コート銅、カーボン等が挙げられる。 Furthermore, the conductive fine particles (F) may contain other conductive fine particles in addition to the chain-like silver powder (f1) and the flake-like silver powder (f2), as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of other conductive fine particles include silver-coated copper and carbon.
<その他成分>
本発明の導電性組成物は、必要に応じてさらに、架橋剤、分散剤、耐摩擦向上剤、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、芳香剤、酸化防止剤、有機顔料、無機顔料、消泡剤、シランカップリング剤、可塑剤、難燃剤、保湿剤等のその他成分を含有してもよい。
<Other ingredients>
The conductive composition of the present invention may further contain other components, such as a crosslinking agent, a dispersant, a friction resistance improver, an infrared absorber, an ultraviolet absorber, a fragrance, an antioxidant, an organic pigment, an inorganic pigment, an antifoaming agent, a silane coupling agent, a plasticizer, a flame retardant, and a moisturizing agent, as needed.
<導電体及び導電層>
本発明の導電性組成物を伸縮性フィルム上にスクリーン印刷等で印刷することにより、導電性に優れた導電体を形成することができる。そして、前記導電体からなる導電層を有するストレッチャブル導電材を容易に作製することができる。
<Conductor and Conductive Layer>
By printing the conductive composition of the present invention onto a stretchable film by screen printing or the like, a conductor with excellent conductivity can be formed, and a stretchable conductive material having a conductive layer made of the conductor can be easily produced.
導電層の形成方法は特に限定されないが、本発明においては、スクリーン印刷法、パッド印刷法、ステンシル印刷法、スクリーンオフセット印刷法、ディスペンサー印刷法、グラビアオフセット印刷法、反転オフセット印刷法、マイクロコンタクト印刷法により形成することが好ましく、スクリーン印刷法により形成することがより好ましい。
スクリーン印刷法においては、導電回路パターンの高精細化に対応すべく微細なメッシュ、特に好ましくは300~650メッシュ程度の微細なメッシュのスクリーンを用いることが好ましい。この時のスクリーンの開放面積は約20~50%が好ましい。スクリーン線径は約10~70μmが好ましい。
スクリーン版の種類としては、ポリエステルスクリーン、コンビネーションスクリーン、メタルスクリーン、ナイロンスクリーン等が挙げられる。また、高粘度なペースト状態のものを印刷する場合は、高張力ステンレススクリーンを使用することができる。
スクリーン印刷のスキージは丸形、長方形、正方形いずれの形状であってもよく、またアタック角度(印刷時の版とスキージの角度)を小さくするために研磨スキージも使用することができる。その他の印刷条件等は従来公知の条件を適宜設計すればよい。
The method for forming the conductive layer is not particularly limited, but in the present invention, it is preferable to form it by screen printing, pad printing, stencil printing, screen offset printing, dispenser printing, gravure offset printing, reverse offset printing, or microcontact printing, and it is more preferable to form it by screen printing.
In the screen printing method, it is preferable to use a fine mesh screen, particularly a fine mesh screen of about 300 to 650 mesh, in order to accommodate the need for high-definition conductive circuit patterns. In this case, the open area of the screen is preferably about 20 to 50%. The screen wire diameter is preferably about 10 to 70 μm.
Types of screens include polyester screens, combination screens, metal screens, nylon screens, etc. When printing highly viscous paste materials, high-tension stainless steel screens can be used.
The squeegee for screen printing may be round, rectangular, or square, and an abrasive squeegee may be used to reduce the attack angle (the angle between the plate and the squeegee during printing). Other printing conditions may be appropriately set based on conventionally known conditions.
導電性組成物の硬化方法は特に限定されないが、例えば、本発明の導電性組成物をスクリーン印刷により印刷後、加熱して乾燥することにより硬化することができる。
また、導電性組成物が架橋剤を含有する場合は、更に、加熱により架橋反応を行い硬化する。架橋剤を含有しない場合は、溶剤の十分な揮発のため、また、架橋剤を含有する場合は、溶剤の十分な揮発及び架橋反応のために、加熱温度は80~230℃、加熱時間としては10~120分とすることが好ましい。これにより、パターン状の導電層を得ることができる。パターン状導電層は、必要に応じて、導電パターンを被覆するように、絶縁層を設けてもよい。絶縁層としては、特に限定されず、公知の絶縁層を適用することができる。
The method for curing the conductive composition is not particularly limited. For example, the conductive composition of the present invention can be printed by screen printing, and then heated and dried to cure.
Furthermore, when the conductive composition contains a crosslinking agent, it is further heated to cause a crosslinking reaction and harden. When the composition does not contain a crosslinking agent, the heating temperature is preferably 80 to 230°C and the heating time is preferably 10 to 120 minutes in order to sufficiently volatilize the solvent, and when the composition contains a crosslinking agent, the heating temperature is preferably 80 to 230°C and the heating time is preferably 10 to 120 minutes in order to sufficiently volatilize the solvent and cause the crosslinking reaction. This allows a patterned conductive layer to be obtained. If necessary, an insulating layer may be provided on the patterned conductive layer so as to cover the conductive pattern. The insulating layer is not particularly limited, and any known insulating layer may be used.
導電層の膜厚は、求められる導電性等に応じて適宜調整すればよく、特に限定されないが、例えば、0.5μm以上20μm以下とすることができ、1μm以上15μm以下とすることが好ましい。 The film thickness of the conductive layer can be adjusted appropriately depending on the required conductivity, etc., and is not particularly limited. For example, it can be 0.5 μm or more and 20 μm or less, and preferably 1 μm or more and 15 μm or less.
<ストレッチャブル導電材>
また、当該導電性組成物によれば、繰り返しの伸縮に伴う導電性の低下が抑制され、導電体の伸縮性基材への印刷性が向上し、前記導電体からなる導電層と、後述する伸縮性フィルム基材との密着性に優れたストレッチャブル導電材の製造が可能となる。
そして、当該導電性組成物を用いて製造されたストレッチャブル導電材は、平坦でない曲面部や可動部に追随可能な基材表面に用いた場合であっても、導電性の低下が抑制される。
<Stretchable conductive material>
Furthermore, this conductive composition suppresses the decrease in conductivity that occurs with repeated stretching, improves the printability of the conductor on a stretchable substrate, and makes it possible to produce a stretchable conductive material that has excellent adhesion between a conductive layer made of the conductor and the stretchable film substrate described below.
Furthermore, the stretchable conductive material produced using this conductive composition suppresses a decrease in conductivity even when used on the surface of a substrate that can conform to uneven curved surfaces or movable parts.
[伸縮性基材]
本発明において用いられる伸縮性フィルム基材は、伸縮時の破損又はひび割れに対する耐性を有する、天然材料又は合成材料からなる。
伸縮性フィルム基材は、23℃で100MPa未満のヤング率を有する基材が好ましい。23℃におけるヤング率は、50MPa未満であることが好ましく、10MPa未満であることがより好ましく、1MPa未満であることが更に好ましい。更に、伸縮性フィルム基材は、23℃で150%以上の引張破断伸度を有する基材が好ましい。23℃における引張破断伸度は、200%以上であることが好ましく、400%以上であることがより好ましい。伸縮性フィルム基材が23℃で100MPa未満のヤング率及び150%以上の引張破断伸度を有すると、伸縮時の破損又はひび割れが起こりにくく、ストレッチャブル導電材に適した基材として用いることが可能となる。
[Stretchable base material]
The stretchable film substrate used in the present invention is made from a natural or synthetic material that is resistant to breaking or cracking when stretched.
The stretchable film substrate preferably has a Young's modulus of less than 100 MPa at 23°C. The Young's modulus at 23°C is preferably less than 50 MPa, more preferably less than 10 MPa, and even more preferably less than 1 MPa. Furthermore, the stretchable film substrate preferably has a tensile elongation at break of 150% or more at 23°C. The tensile elongation at break at 23°C is preferably 200% or more, and more preferably 400% or more. When the stretchable film substrate has a Young's modulus of less than 100 MPa and a tensile elongation at break of 150% or more at 23°C, breakage or cracking during stretching is unlikely to occur, and the stretchable film substrate can be used as a substrate suitable for stretchable conductive materials.
伸縮性フィルム基材は、例えば、熱可塑性エラストマー、プラスチック、繊維、不織布、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、アクリルゴム、スチレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロピレンゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、エチレンゴム、プロピレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エポキシゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴムから選択でき、これら材料の2種以上からなる積層フィルムであってもよい。また、フィルム基材の形状は、板状、フィルム状等の平面状の他、曲面形状又は複雑な形状であってもよい。 The stretchable film substrate can be selected from, for example, thermoplastic elastomers, plastics, fibers, nonwoven fabrics, silicone rubber, fluororubber, nitrile rubber, nitrile butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene, polysulfide rubber, acrylic rubber, styrene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, urethane rubber, butyl rubber, ethylene rubber, propylene rubber, ethylene propylene rubber, epoxy rubber, butadiene rubber, natural rubber, and isoprene rubber, and may also be a laminate film made of two or more of these materials. Furthermore, the shape of the film substrate may be flat, such as a plate or film, or may be curved or complex.
前記熱可塑性エラストマーは、例えばポリウレタン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエステル系、塩化ビニル系、スチレン系ブロックポリマー、アクリル系ブロックポリマーが挙げられる。 Examples of the thermoplastic elastomer include polyurethane-based, polyester-based, polyolefin-based, polyamide-based, polyimide-based, polyester-based, vinyl chloride-based, styrene-based block polymers, and acrylic-based block polymers.
前記プラスチックは、例えばポリビニルアルコール、トリアセチルセルロース、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリシクロオレフィン、エチレン-酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリエチレンナフタレート等のポリエステル;ポリカーボネート、ポリノルボルネン、ポリアリレート、ポリアクリル、ポリフェニレンサルファイド、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリアミド、及びポリイミドが挙げられる。 Examples of such plastics include polyolefins such as polyvinyl alcohol, triacetyl cellulose, polypropylene, polyethylene, polycycloolefin, and ethylene-vinyl acetate copolymer; polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate; polycarbonate, polynorbornene, polyarylate, polyacrylic, polyphenylene sulfide, polystyrene, epoxy resin, polyamide, and polyimide.
伸縮性フィルム基材は、伸縮性の観点から、中でも、ポリウレタン、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンゴム、アクリルゴム、エポキシゴムが特に好ましく、本発明の導電性組成物との密着性の観点から、シリコーンゴムが更に好ましい。 From the viewpoint of stretchability, polyurethane, silicone rubber, ethylene propylene rubber, styrene rubber, acrylic rubber, and epoxy rubber are particularly preferred as the stretchable film substrate, and silicone rubber is even more preferred from the viewpoint of adhesion to the conductive composition of the present invention.
伸縮性フィルム基材の厚みは特に制限されないが、例えば1~500μmとすることができる。また、10~100μm、20~50μmとしてもよい。伸縮性フィルム基材の厚みが上記範囲であると、フィルムの巻き取り性、加工性の点で優れる。一方、伸縮性フィルム基材が薄いと強度が不足する傾向がある。また、フィルム基材が厚すぎると柔軟性が悪く、フィルム基材が被着体の形状に追随しなくなる虞がある。 The thickness of the stretchable film substrate is not particularly limited, but can be, for example, 1 to 500 μm. It may also be 10 to 100 μm or 20 to 50 μm. When the thickness of the stretchable film substrate is within the above range, the film is excellent in terms of windability and processability. On the other hand, if the stretchable film substrate is thin, it tends to lack strength. Furthermore, if the film substrate is too thick, it will have poor flexibility and may not be able to conform to the shape of the adherend.
また、必要に応じ、導電性組成物の印刷性を向上させるなどの目的で、伸縮性フィルム基材にアンカーコート層を設け、当該アンカーコート層上に導電性組成物を印刷してもよい。アンカーコート層は、フィルム基材との密着性、更には導電性組成物との密着性が良好で成型時に伸縮性フィルムに追従するものであれば、特に限定されず、また樹脂ビーズ等の有機フィラーや金属酸化物等の無機フィラーを必要に応じて添加してもよい。アンカーコート層を設ける方法は特に限定されず、従来公知の塗工方法にて塗布、乾燥、硬化して得ることができる。 If necessary, an anchor coat layer may be provided on the stretchable film substrate, and the conductive composition may be printed on the anchor coat layer, for purposes such as improving the printability of the conductive composition. The anchor coat layer is not particularly limited, as long as it has good adhesion to the film substrate and also to the conductive composition, and follows the stretchable film during molding. Organic fillers such as resin beads or inorganic fillers such as metal oxides may also be added as needed. The method for providing the anchor coat layer is not particularly limited, and it can be obtained by applying, drying, and curing using conventional coating methods.
また更に必要に応じて、成形体表面の傷つき防止のため、伸縮性フィルム基材にハードコート層を設け、その反対の面に導電性組成物及び必要に応じて加飾層を印刷してもよい。ハードコート層は、伸縮性フィルム基材との密着性、更には表面硬度が良好で成型時に伸縮性フィルムに追従するものであれば、特に限定されず、また樹脂ビーズ等の有機フィラーや金属酸化物等の無機フィラーも必要に応じて添加してもよい。ハードコート層を設ける方法は特に限定されず、従来公知の塗工方法にて塗布、乾燥、硬化して得ることができる。 Furthermore, if necessary, a hard coat layer may be applied to the stretchable film substrate to prevent scratches on the surface of the molded article, and a conductive composition and, if necessary, a decorative layer may be printed on the opposite side. The hard coat layer is not particularly limited as long as it has good adhesion to the stretchable film substrate, as well as good surface hardness, and conforms to the stretchable film during molding. Organic fillers such as resin beads or inorganic fillers such as metal oxides may also be added as needed. There are no particular limitations on the method for applying the hard coat layer, and it can be obtained by applying, drying, and curing using conventional coating methods.
ストレッチャブル導電材は、支持体上に積層して積層体として用いてもよい。支持体は特に限定されないが、伸縮性フィルム基材の伸縮性を生かすために伸縮性材料であることが好ましい。具体例としては、伸縮性プラスチックフィルム、伸縮性繊維が例示できる。伸縮性繊維はテキスタイル生地でもよい。また、支持体に凹部を設け、この凹部に伸縮性導体を埋設してもよい。 The stretchable conductive material may be laminated on a support and used as a laminate. There are no particular restrictions on the support, but it is preferably a stretchable material to take advantage of the stretchability of the stretchable film substrate. Specific examples include stretchable plastic film and stretchable fiber. The stretchable fiber may also be textile fabric. Alternatively, a recess may be formed in the support, and the stretchable conductor may be embedded in this recess.
ストレッチャブル導電材と支持体の接合は、ストレッチャブル導電材の粘着性を利用して接合してもよいし、ラミネートにより接合してもよい。また、接着層、易接着層を介して接合することもできる。 The stretchable conductive material and the support may be joined by utilizing the adhesive properties of the stretchable conductive material, or by lamination. They may also be joined via an adhesive layer or an easy-adhesion layer.
このようにして得られたストレッチャブル導電材は、それ自体が製品であってもよいし、部材として用いてもよい。ストレッチャブル導電材は、例えば、伸縮性配線、伸縮性電極として好適である。また、ストレッチャブル導電材は伸縮性電磁波シールド層、伸縮性放熱層などのフィルムとして利用できる。また、所望の形状の導電性を有する成形体としても用いることができる。 The stretchable conductive material obtained in this manner may be a product in itself, or may be used as a component. Stretchable conductive materials are suitable, for example, for stretchable wiring and stretchable electrodes. Stretchable conductive materials can also be used as films such as stretchable electromagnetic wave shielding layers and stretchable heat dissipation layers. They can also be used as conductive molded articles of desired shapes.
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、以降の説明において特に断りが無い場合には、「部」とあるのは「質量部」を、「%」とあるのは「質量%」を意味するものとする。また、溶剤以外は不揮発分換算値である。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these. In the following explanation, unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass." Furthermore, values other than solvents are calculated as non-volatile content.
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及びMw/Mnの測定]
GPC(商品名:GPCV-2000、日本ウォーターズ社製、カラム:TSKgel、α-3000、移動相:10mMトリエチルアミン/ジメチルホルムアミド溶液)を用い、標準物質としてポリスチレン(分子量427,000、190,000、96,400、37,400、10,200、2,630、440、92)を使用して検量線を作成し、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を測定した。この測定値から多分散度(PDI=Mw/Mn)を算出した。
[Measurement of weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and Mw/Mn]
Using GPC (trade name: GPCV-2000, manufactured by Nippon Waters, column: TSKgel, α-3000, mobile phase: 10 mM triethylamine/dimethylformamide solution), a calibration curve was prepared using polystyrene (molecular weights: 427,000, 190,000, 96,400, 37,400, 10,200, 2,630, 440, 92) as a standard substance, and the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were measured. The polydispersity index (PDI=Mw/Mn) was calculated from these measurements.
[縮合硬化型シリコーン樹脂]
・信越化学工業(株)製の「KE-441」を用いた。
[付加硬化型シリコーン樹脂(a1)]
・信越化学工業(株)製の「KE―1800T-A/B」を用いた。
[ブロック共重合体a2-1、a2-2]
・後述する樹脂製造例1、2を用いた。
[シロキサン結合を含まないブロック共重合体(B3)]
・クラレ(株)製のアクリル系ブロック共重合体「LA2330」を用いた。
[ポリウレタン(比較例用)]
・後述する樹脂製造例3を用いた。
[ポリエステル(比較例用)]
・東洋紡社製バイロン(登録商標)290を用いた。
[Condensation-curable silicone resin]
"KE-441" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. was used.
[Addition-curable silicone resin (a1)]
"KE-1800T-A/B" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. was used.
[Block copolymers a2-1 and a2-2]
Resin Production Examples 1 and 2 described below were used.
[Block copolymer (B3) containing no siloxane bond]
- Acrylic block copolymer "LA2330" manufactured by Kuraray Co., Ltd. was used.
[Polyurethane (for comparison)]
Resin Production Example 3 described below was used.
[Polyester (for comparison)]
- Vylon (registered trademark) 290 manufactured by Toyobo Co., Ltd. was used.
(単量体)
MMA:メチルメタクリレート
DCPMA:メタクリル酸ジシクロペンタニル
nBA:n-ブチルアクリレート
(monomer)
MMA: methyl methacrylate DCPMA: dicyclopentanyl methacrylate nBA: n-butyl acrylate
(重合開始剤)
・BM1448:4-シアノ-4-[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタンサンメチル(BORONMOLECULAR社製)(RAFT重合用)
・AIBN:2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(和光純薬社製)
(Polymerization initiator)
BM1448: 4-cyano-4-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanyl]pentanemethyl (manufactured by BORONMOLECULAR) (for RAFT polymerization)
AIBN: 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
<樹脂製造例1:ブロック共重合体(a2-1)の合成>
RAFT法によりシリコーン樹脂(a2-1)に用いられるアクリル変性ブロック共重合体(a2-1)を合成した。具体的には、窒素ガス導入管、撹拌機を備えた2,000mLフラスコに、BM1448(RAFT剤)2.8g、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル)1.2g、MMA76.9gをメチルエチルケトン溶媒250g中で、75℃の環境下、6時間反応させプレポリマーを得た。1H-NMRから算出したMMAの転化率はどちらも99.5%以上であった。次いで、AIBN0.5g、FM-0721(JNC社製の反応性シリコーン/サイラプレーン)350.0g、nBA100.0gをプレポリマー溶液全量に加え、75℃で24時間反応させた。1H-NMRから算出した2段目モノマーFM-0721、nBAの転化率は99.5%であった。更に、AIBN1.2g、MMA76.9gをプレポリマー溶液全量に加え、75℃で6時間反応させた。1H-NMRから算出した3段目モノマーMMAの転化率はどちらも99.5%以上であった。その後、室温まで冷却し、濾過、洗浄及び乾燥によって、ソフトセグメントにシリコーン組成が変性された、A-B-Aトリブロック構造のアクリル変性ブロック共重合体(a2-1)を得た。また得られたブロック共重合体(a2-1)のMwは95,000で分子量分布(Mw/Mn)は1.3であった。シロキサン結合を有するアクリルモノマー由来の構造単位の含有率は、ブロック共重合体中の約58.0質量%であった。
<Resin Production Example 1: Synthesis of Block Copolymer (a2-1)>
The acrylic-modified block copolymer (a2-1) used in the silicone resin (a2-1) was synthesized by the RAFT method. Specifically, 2.8 g of BM1448 (RAFT agent), 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile), and 76.9 g of MMA were reacted in 250 g of methyl ethyl ketone solvent at 75°C for 6 hours in a 2,000 mL flask equipped with a nitrogen gas inlet tube and a stirrer to obtain a prepolymer. The conversion rates of MMA calculated from 1H-NMR were both 99.5% or higher. Next, 0.5 g of AIBN, 350.0 g of FM-0721 (a reactive silicone/Silaplane manufactured by JNC Corporation), and 100.0 g of nBA were added to the total amount of the prepolymer solution, and the reaction was carried out at 75°C for 24 hours. The conversion rates of the second-stage monomers FM-0721 and nBA calculated from 1H-NMR were 99.5%. Furthermore, 1.2 g of AIBN and 76.9 g of MMA were added to the total amount of the prepolymer solution, and the reaction was carried out at 75°C for 6 hours. The conversion rates of the third-stage monomer MMA calculated from 1H-NMR were both 99.5% or higher. The mixture was then cooled to room temperature, filtered, washed, and dried to obtain an acrylic-modified block copolymer (a2-1) with an A-B-A triblock structure in which the soft segments were modified with a silicone component. The resulting block copolymer (a2-1) had an Mw of 95,000 and a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 1.3. The content of structural units derived from acrylic monomers having siloxane bonds was approximately 58.0% by mass in the block copolymer.
<樹脂製造例2:ブロック共重合体(a2-2)の合成>
RAFT法によりシリコーン樹脂(A)に用いられるアクリル変性ブロック共重合体(a2-2)を合成した。具体的には、窒素ガス導入管、撹拌機を備えた2,000mLフラスコに、BM1448(RAFT剤)2.8g、AIBN1.2g、DCPMA76.9gをメチルエチルケトン溶媒250g中で、75℃の環境下、6時間反応させプレポリマーを得た。1H-NMRから算出したDCPMAの転化率はどちらも99.5%以上であった。次いで、AIBN0.5g、FM-0711(JNC社製の反応性シリコーン/サイラプレーン)250.0g、nBA200.0gをプレポリマー溶液全量に加え、75℃で24時間反応させた。1H-NMRから算出した2段目モノマーFM-0711の転化率は99.5%であった。更に、AIBN1.2g、DCPMA76.9gをプレポリマー溶液全量に加え、75℃で6時間反応させた。1H-NMRから算出した3段目モノマーDCPMAの転化率はどちらも99.5%以上であった。その後、室温まで冷却し、濾過、洗浄及び乾燥によって、ソフトセグメントにシリコーン組成が変性された、A-B-Aトリブロック構造のアクリル変性ブロック共重合体(a2-2)を得た。また得られたブロック共重合体(a2-2)のMwは112,000で分子量分布(Mw/Mn)は1.5であった。シロキサン結合を有するアクリルモノマー由来の構造単位の含有率は、ブロック共重合体中の約41.4質量%であった。
<Resin Production Example 2: Synthesis of Block Copolymer (a2-2)>
The acrylic-modified block copolymer (a2-2) used in the silicone resin (A) was synthesized by the RAFT method. Specifically, 2.8 g of BM1448 (RAFT agent), 1.2 g of AIBN, and 76.9 g of DCPMA were reacted in 250 g of methyl ethyl ketone solvent in a 2,000 mL flask equipped with a nitrogen gas inlet tube and a stirrer for 6 hours at 75°C to obtain a prepolymer. The conversion rates of DCPMA calculated from 1H-NMR were both 99.5% or higher. Next, 0.5 g of AIBN, 250.0 g of FM-0711 (a reactive silicone/Silaplane manufactured by JNC Corporation), and 200.0 g of nBA were added to the total amount of the prepolymer solution, and the reaction was carried out at 75°C for 24 hours. The conversion rate of the second-stage monomer FM-0711 calculated from 1H-NMR was 99.5%. Furthermore, 1.2 g of AIBN and 76.9 g of DCPMA were added to the total amount of the prepolymer solution, and the reaction was carried out at 75°C for 6 hours. The conversion rates of the third-stage monomer DCPMA calculated from 1H-NMR were 99.5% or higher in both cases. The mixture was then cooled to room temperature, filtered, washed, and dried to obtain an acrylic-modified block copolymer (a2-2) with an A-B-A triblock structure in which the soft segments were modified with a silicone component. The resulting block copolymer (a2-2) had an Mw of 112,000 and a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 1.5. The content of structural units derived from acrylic monomers having siloxane bonds was approximately 41.4% by mass in the block copolymer.
<樹脂製造例3:ポリウレタンの合成(比較例用)>
比較に用いられるポリウレタン樹脂を合成した。具体的には、窒素ガス導入管、撹拌機を備えた2,000mLフラスコに、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(分子量1000)783.0gとIPDI(イソホロンジイソシアネート)200.0gとを仕込み、徐々に昇温し、90℃にて6時間反応させた。その後、室温まで冷却し、濾過、洗浄及び乾燥によって、比較用のポリウレタン樹脂を得た。
<Resin Production Example 3: Synthesis of Polyurethane (for Comparative Example)>
A comparative polyurethane resin was synthesized. Specifically, 783.0 g of polytetramethylene ether glycol (molecular weight 1000) and 200.0 g of IPDI (isophorone diisocyanate) were charged into a 2,000 mL flask equipped with a nitrogen gas inlet tube and a stirrer, and the mixture was gradually heated to 90°C and reacted for 6 hours. The mixture was then cooled to room temperature, filtered, washed, and dried to obtain a comparative polyurethane resin.
(導電性組成物、ストレッチャブル導電材の製造)
導電性微粒子、溶剤、伸縮性フィルム基材として以下のものを用いた。
<導電性微粒子(F)>
(連鎖状銀紛(f1))
・f1-1(タップ密度0.7g/cm3、平均粒径10.0μm)
・f1-2(タップ密度1.3 g/cm3、平均粒径4.2μm)
(フレーク状銀紛(f2))
・f2-1(タップ密度1.1g/cm3、平均粒径5.2μm)
(その他導電性微粒子)
・銀コート銅粉、銀被覆量10%、平均粒子径2μm
・カーボン、平均粒子径15μm
<溶剤>
・ジエチレングリコールモノブチルエーテル、沸点231℃
<伸縮性フィルム基材>
・シリコーンゴム基材:
十川ゴム社製/K-125、厚さ500μm、引張破断伸度310%、ヤング率1.0MPa(23℃)を使用した。
(Production of conductive compositions and stretchable conductive materials)
The following conductive particles, solvent, and stretchable film substrate were used.
<Conductive fine particles (F)>
(Chained silver powder (f1))
f1-1 (tap density 0.7 g/cm 3 , average particle size 10.0 μm)
f1-2 (tap density 1.3 g/cm 3 , average particle size 4.2 μm)
(Flake silver powder (f2))
・f2-1 (tap density 1.1 g/cm 3 , average particle size 5.2 μm)
(Other conductive particles)
Silver-coated copper powder, silver coating amount 10%, average particle size 2 μm
Carbon, average particle size 15 μm
<Solvent>
Diethylene glycol monobutyl ether, boiling point 231°C
<Stretchable film substrate>
Silicone rubber base material:
The material used was K-125 manufactured by Togawa Rubber Co., Ltd., with a thickness of 500 μm, a tensile elongation at break of 310%, and a Young's modulus of 1.0 MPa (23° C.).
<導電性組成物(K1)の製造>
[実施例1]
縮合硬化型シリコーン樹脂41.0部をジエチレングリコールモノブチルエーテル30.0部に溶解させ、導電性微粒子(f1-1)19.0部、銀コート銅40.0部を撹拌混合し、3本ロールミル(小平製作所製)で混練することで導電性組成物(K1)を得た。
<Production of conductive composition (K1)>
[Example 1]
41.0 parts of a condensation curable silicone resin was dissolved in 30.0 parts of diethylene glycol monobutyl ether, and 19.0 parts of conductive fine particles (f1-1) and 40.0 parts of silver-coated copper were stirred and mixed, and the mixture was kneaded with a three-roll mill (manufactured by Kodaira Seisakusho) to obtain a conductive composition (K1).
<導電性組成物(K2)~(K13)、(L1)~(L5)の製造>
[実施例2-13、比較例1-5]
実施例1において、樹脂、溶剤、導電性微粒子の種類及び配合量を表1のように変更し、必要に応じて、配合比を変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にして、導電性組成物(K2)~(K13)、(L1)~(L5)を得た。なお、表2中の各材料の数値はいずれも質量部である。
<Production of Conductive Compositions (K2) to (K13) and (L1) to (L5)>
[Examples 2-13, Comparative Examples 1-5]
Conductive compositions (K2) to (K13) and (L1) to (L5) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the types and blending amounts of the resin, solvent, and conductive fine particles in Example 1 were changed as shown in Table 1, and the blending ratio was changed as necessary. Note that the numerical values for each material in Table 2 are all in parts by mass.
<ストレッチャブル導電材の製造>
続いて、上記シリコーンゴム基材に、実施例1~13、比較例1~5で製造した導電性組成物(K1)~(K13)、(L1)~(L5)を、スクリーン印刷機(ミノスクリーン社製、ミノマットSR5575半自動スクリーン印刷機)によって印刷した。次いで、熱風乾燥オーブンで150℃30分加熱することで、幅20mm、長さ60mm、厚み10μmの四角形ベタ状及び線幅3mm、長さ60mm、厚み10μmの直線状のパターンを有する導電層を備えたストレッチャブル導電材をそれぞれ得た。
<Manufacturing of stretchable conductive material>
Next, the conductive compositions (K1) to (K13) and (L1) to (L5) produced in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 were printed onto the silicone rubber substrate using a screen printer (Minomat SR5575 semi-automatic screen printer, manufactured by Minoscreen Co., Ltd.) and then heated in a hot air drying oven at 150°C for 30 minutes to obtain stretchable conductive materials each equipped with a conductive layer having a rectangular solid pattern measuring 20 mm in width, 60 mm in length, and 10 μm in thickness, and a linear pattern measuring 3 mm in line width, 60 mm in length, and 10 μm in thickness.
<評価>
(導電性|初期の体積抵抗率)
各実施例及び比較例に係るストレッチャブル導電材の体積抵抗率を測定した。具体的には、上記実施例及び比較例で作製した、幅20mm、長さ60mm、厚み10μmの四角形ベタ状のストレッチャブル導電材を試験片として用いた。表面抵抗測定器(品番:ロレスタ(登録商標)AP MCP-T400、プローブ:ASPプローブ(4探針プローブ、三菱ケミカル社製)を用い、温度が25℃及び相対湿度が50%の雰囲気中で、JIS K7194に準拠して得られた試験片の体積抵抗率を測定した。
初期状態について以下の基準により評価した。
+++:2.0×10-4Ω・cm未満
++:2.0×10-4Ω・cm以上、9.9×10-3Ω・cm未満
+:9.9×10-3Ω・cm以上、9.9×10-1Ω・cm未満
NG:9.9×10-1Ω・cm以上
<Evaluation>
(Conductivity | Initial volume resistivity)
The volume resistivity of the stretchable conductive materials according to each of the examples and comparative examples was measured. Specifically, a rectangular, solid stretchable conductive material measuring 20 mm wide, 60 mm long, and 10 μm thick, as produced in the above examples and comparative examples, was used as a test piece. The volume resistivity of the test piece obtained was measured in accordance with JIS K7194 in an atmosphere of 25°C and 50% relative humidity using a surface resistance meter (product number: Loresta (registered trademark) AP MCP-T400, probe: ASP probe (four-point probe, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)).
The initial state was evaluated according to the following criteria.
+++: Less than 2.0×10 −4 Ω·cm ++: 2.0×10 −4 Ω·cm or more, less than 9.9×10 −3 Ω·cm +: 9.9×10 −3 Ω·cm or more, less than 9.9×10 −1 Ω·cm NG: 9.9×10 −1 Ω·cm or more
(耐湿熱性)
また、上記ストレッチャブル導電材に対し、85℃、相対湿度85%の環境下で10日経過後の体積抵抗率を上記同様の方法で測定し、初期からの変化率(試験後変化)について、以下の基準により評価した。
[変化率(%)]
=[(試験前の試験片の体積抵抗率)-(試験後の試験片の体積抵抗率)]÷[(試験前の試験片の体積抵抗率)]
+++:変化率が20%以下
++:変化率が20%を超えて、50%以下
+:変化率が50%を超えて、100%以下
NG:変化率が100%を超える
(Moisture and heat resistance)
In addition, the volume resistivity of the above stretchable conductive material was measured in the same manner as above after 10 days in an environment of 85°C and 85% relative humidity, and the rate of change from the initial value (change after test) was evaluated according to the following criteria.
[Change rate (%)]
= [(Volume resistivity of test piece before test) - (Volume resistivity of test piece after test)] ÷ [(Volume resistivity of test piece before test)]
+++: Rate of change is 20% or less. ++: Rate of change is more than 20% but not more than 50%. +: Rate of change is more than 50% but not more than 100%. NG: Rate of change is more than 100%.
(繰り返し伸縮耐性|抵抗値変化)
各実施例及び比較例に係るストレッチャブル導電材の20mm×60mmサイズのサンプルについて、その端部をテンシロン引張試験装置に固定して、25℃、相対湿度50%、速度4mm/sの速さで50%まで伸長し、その後2s保持し、そしてその後4mm/sの速さで除荷し、2s保持する伸縮サイクルを1,000回繰り返し、1,000回後の変化率を以下の式により算出した。
[変化率(%)]
=[(R1,000)-(R0)]÷[(R0)]×100
ここで、R1,000は1,000回繰り返した伸縮サイクル直後の抵抗値、R0は測定開始前の同フィルムを用いた抵抗値を示す。以下の基準により評価した。
+++:変化率が20%以下
++:変化率が20%を超えて、50%以下
+:変化率が50%を超えて、100%以下
NG:変化率が100%を超える
(Repeated stretch resistance | Resistance change)
For a 20 mm × 60 mm sample of the stretchable conductive material according to each of the Examples and Comparative Examples, its end was fixed to a Tensilon tensile testing device, and the sample was stretched to 50% at a rate of 4 mm/s at 25°C and a relative humidity of 50%, and then held for 2 seconds. This stretching cycle was repeated 1,000 times, and the rate of change after 1,000 times was calculated using the following formula.
[Change rate (%)]
= [(R1,000)-(R0)]÷[(R0)]×100
Here, R1,000 indicates the resistance value immediately after 1,000 repeated extension and contraction cycles, and R0 indicates the resistance value using the same film before starting the measurement. Evaluation was made according to the following criteria.
+++: Rate of change is 20% or less. ++: Rate of change is more than 20% but not more than 50%. +: Rate of change is more than 50% but not more than 100%. NG: Rate of change is more than 100%.
(基材密着性)
各実施例及び比較例に係るストレッチャブル導電材に形成された、幅20mm、長さ60mmの四角形ベタ状の導電層に対し、ガードナー社製1mm間隔クロスカットガイドを使用してカッターナイフで当該導電層を貫通するように10x10マスの碁盤目状の切れ込みを入れ、ニチバン社製セロハンテープを貼り付け噛み込んだ空気を抜いてよく密着させたのち、垂直に引きはがした。塗膜の剥離度合いをASTM-D3519規格に従って下記のように評価した。
+++:評価5B~4B、密着性が良い
++:評価上は5B~4Bであるが、塗膜が凝集破壊し、表面側の塗膜の一部が脱離する
+:評価4B~3B、密着性がやや劣る
NG:評価3B以下、密着性が悪い
(Adhesion to substrate)
A 20 mm wide, 60 mm long rectangular solid conductive layer formed on the stretchable conductive material of each Example and Comparative Example was cut with a cutter knife using a 1 mm interval cross-cut guide manufactured by Gardner, with a 10 x 10 grid pattern so as to penetrate the conductive layer, and cellophane tape manufactured by Nichiban Co. was attached to the layer to remove trapped air and ensure good adhesion, and then the tape was peeled off vertically. The degree of peeling of the coating was evaluated as follows in accordance with the ASTM-D3519 standard.
+++: Rating 5B to 4B, good adhesion. ++: Rating 5B to 4B, but the coating film suffered cohesive failure and part of the coating film on the surface side came off. +: Rating 4B to 3B, slightly poor adhesion. NG: Rating 3B or below, poor adhesion.
(連続印刷性)
上記シリコーンゴム基材に、実施例1~13、比較例1~5で製造した導電性組成物(K1)~(K13)、(L1)~(L5)を、スクリーン印刷機(ミノスクリーン社製、ミノマットSR5575半自動スクリーン印刷機)によって100枚の連続印刷試験を実施し、印刷されたパターンについて、印刷直後の印刷面を目視および実態顕微鏡で観察し、また寸法を測定し、滲みや擦れが発生しているか否かを確認した。
(Continuous printing ability)
Conductive compositions (K1) to (K13) and (L1) to (L5) produced in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 were applied to the above silicone rubber substrate in a continuous printing test of 100 sheets using a screen printing machine (Minomat SR5575 semi-automatic screen printing machine, manufactured by Minoscreen Co., Ltd.), and the printed surface of the printed pattern immediately after printing was observed visually and with a stereo microscope, and the dimensions were also measured to confirm whether bleeding or rubbing had occurred.
[滲み又は擦れの判定基準]
[滲み]:印刷直後に、製版寸法に対して5%以上太っている箇所がある場合
[擦れ]:印刷直後に、製版寸法に対して5%以上欠けている箇所がある場合
[Criteria for Judging Smearing or Rubbing]
[Bleeding]: Immediately after printing, there are areas that are 5% or more thicker than the plate dimensions. [Rubbing]: Immediately after printing, there are areas that are 5% or more thinner than the plate dimensions.
[連続印刷性の判定基準]
++:滲みや擦れが発生せずに印刷できる回数が80回以上
+:滲みや擦れが発生せずに印刷できる回数が25回以上79回以下
NG:滲みや擦れが発生せずに印刷できる回数が24回以下
[Continuous Printability Evaluation Criteria]
++: 80 or more prints can be made without bleeding or rubbing. +: 25 to 79 prints can be made without bleeding or rubbing. NG: 24 or fewer prints can be made without bleeding or rubbing.
本発明の実施例1~13の結果から、本発明により、伸縮時にクラックの発生や抵抗値の断線を効果的に抑制することにより繰り返しの伸縮耐性に優れ、さらに導電性、耐湿熱性、及びシリコーン基材等の伸縮性フィルム基材への基材密着性や連続印刷性が良好な導電組成物及びストレッチャブル導電材が得られた。これらは上記特性により、電子デバイス用途での利用に好適である。
From the results of Examples 1 to 13 of the present invention, it was found that the present invention effectively suppresses the occurrence of cracks and breaks in resistance during stretching, thereby providing a conductive composition and a stretchable conductive material that are excellent in resistance to repeated stretching, and that also have good electrical conductivity, moist heat resistance, and substrate adhesion to stretchable film substrates such as silicone substrates, as well as good continuous printability. These properties make them suitable for use in electronic devices.
Claims (11)
前記導電性微粒子(F)が、タップ密度2.5g/cm3以下の連鎖状銀粉(f1)を含み、
前記連鎖状銀粉(f1)の含有率が、前記導電性組成物に含まれる全固形分量に対して、20~69質量%である、導電性組成物。 A conductive composition comprising a silicone resin (A), conductive fine particles (F), and a (meth)acrylic block copolymer (B) having no siloxane bond ,
the conductive fine particles (F) contain chain-like silver powder (f1) having a tap density of 2.5 g/cm3 or less ,
A conductive composition , wherein the content of the chain-like silver powder (f1) is 20 to 69 mass% based on the total solid content of the conductive composition .
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