特開 2023-176919 導電材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176919

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】導電材

(51)【国際特許分類】

   D06M 11/83 20060101AFI20231206BHJP

   D06M 101/34 20060101ALN20231206BHJP

【ＦＩ】

D06M11/83

D06M101:34

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089504

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000107907

【氏名又は名称】セーレン株式会社

(72)【発明者】

【氏名】薩摩 英希

(72)【発明者】

【氏名】野坂 敬之

(72)【発明者】

【氏名】後藤 昌利

【テーマコード（参考）】

4L031

【Ｆターム（参考）】

4L031AA20

4L031AB04

4L031BA04

4L031CB12

4L031DA15

(57)【要約】

【課題】
アルカリ性の液体との接触によっても表面抵抗率が上昇しにくく、材料強度の低下も抑えられる導電材を提供する。
【解決手段】
ポリアミド系繊維からなる糸条で構成されたシート状繊維基材において、前記ポリアミド系繊維の表面が銅、銀、ニッケル、金から選択された一種より成る内側金属層で被覆され、前記内側金属層の表面がスズまたはスズ合金より成る外側金属層で被覆されていることを特徴とする、導電材である。前記ポリアミド系繊維がナイロン６６繊維またはナイロン６繊維であることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリアミド系繊維からなる糸条で構成されたシート状繊維基材において、前記ポリアミド系繊維の表面が銅、銀、ニッケル、金から選択された一種より成る内側金属層で被覆され、前記内側金属層の表面がスズまたはスズ合金より成る外側金属層で被覆されていることを特徴とする、導電材。

【請求項2】

前記ポリアミド系繊維がナイロン６６繊維またはナイロン６繊維であることを特徴とする、請求項１に記載の導電材。

【請求項3】

前記糸条が、モノフィラメント糸であることを特徴とする、請求項１または２に記載の導電材。

【請求項4】

前記内側金属層が銅から成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の導電材。

【請求項5】

耐アルカリ性試験（３０質量％水酸化カリウム水溶液に２０℃で７２時間浸漬）の前後における表面抵抗率の上昇率が０～２００％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の導電材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導電材に関する。より詳しくは、可撓性を有し、耐アルカリ性に優れた導電材に関する。

【背景技術】

【0002】

電極として用いられるシート状の材料として、フィルムや繊維布帛上に金属皮膜を積層した導電材が利用されている。これらの導電材は可撓性を有しており、可動部分に用いられたり、折り曲げられた状態で設置されて利用されたりすることが可能である。特に、ウェアラブルデバイスなどでは好適に利用されている。

【0003】

このような可撓性を有する導電材として、例えば出願人は導電性金属層を有する長繊維糸条からなる導電性を有したメッシュ織物を特許文献１で開示している。特許文献１の実施例においては、ポリエチレンテレフタレート製モノフィラメント糸条からなるメッシュ織物に、無電解銅めっき処理、無電解ニッケル亜鉛めっき処理を行ない、二層の金属層を有する導電メッシュ織物が記載されている。

【0004】

近年、各種センサ等の電極としても、可撓性を有する導電材の利用が検討されている。このような利用方法では、液体との接触も想定されるが、アルカリ性の液体との接触によって表面抵抗率の上昇や、導電材の強度が保たれないといった課題を解決することが求められている。特許文献１に記載の導電メッシュ織物は、電磁波遮蔽を目的として開発されたものである。アルカリ性の液体などとの接触状態で使用されると、金属層が剥離して表面抵抗率が上昇したり、基材であるポリエチレンテレフタレート製モノフィラメント自体の加水分解によって切断されたりするという問題が明らかとなった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－３１１１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、可撓性を有する導電材であって、アルカリ性の液体との接触においても表面抵抗率が上昇したり材料強度が低下したりしない、電極等として好適に使用可能な導電材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を鑑み、本発明者らは鋭意研究の結果、基材となる繊維材料としてポリアミド系繊維を選定し、前記ポリアミド系繊維を被覆する最外層の金属層としてスズまたはスズ合金よりなる金属層を有する導電材において、アルカリ性液体との接触での表面抵抗率上昇や材料強度低下が抑制されることを見出し、本発明の完成に到った。

【0008】

すなわち、本発明の導電材は、ポリアミド系繊維からなる糸条で構成されたシート状繊維基材において、前記ポリアミド系繊維の表面が銅、銀、ニッケル、金から選択された一種より成る内側金属層で被覆され、前記内側金属層の表面がスズまたはスズ合金より成る外側金属層で被覆されていることを特徴とする、導電材である。

【0009】

前記ポリアミド系繊維がナイロン６繊維またはナイロン６６繊維であることが好ましい。前記糸条が、モノフィラメント糸であることが好ましい。前記内側金属層が銅から成ることが好ましい。

【0010】

本発明の導電材は、耐アルカリ性試験（３０質量％水酸化カリウム水溶液に２０℃で７２時間浸漬）の前後における表面抵抗率の上昇率が０～２００％であることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、アルカリ性の液体との接触によっても表面抵抗率が上昇しにくく、材料強度の低下も抑えられる導電材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の導電材を構成するポリアミド系繊維の断面電子顕微鏡写真である。

【図2】図１の断面領域Ａにおける構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の導電材は、ポリアミド系繊維からなる糸条で構成されたシート状繊維基材を用いている。ポリアミド系繊維としては、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭ５Ｔ、ナイロン６１２、パラ系アラミド、メタ系アラミドなどが挙げられる。なかでも汎用性が高いことからナイロン６またはナイロン６６であることが好ましい。

【0014】

前記ポリアミド系繊維からなる糸条としては、紡績糸であっても良いが、フィラメント糸であることが好ましい。これは、紡績糸よりもフィラメント糸の方が、表面積が小さく、アルカリ性の液体との接触面積が小さくなるためである。このため、フィラメント糸の中でも単一のフィラメントから成るモノフィラメント糸であることが更に好ましい。

【0015】

前記糸条の繊維径は特に限定されないが、２０～３００μｍであることが好ましい。前記糸条がマルチフィラメント糸であれば複数のフィラメント糸の繊維径の総計が上記範囲内であればよい。前記糸条の繊維径がこの範囲内であれば、可撓性と材料強度とのバランスに優れた導電材を得ることができる。

【0016】

前記シート状繊維基材としては、織物、編物、不織布などの布帛を挙げることができ、特に限定されない。寸法安定性や取り扱い易さの観点からは織物であることが好ましいが、導電材の使用用途に応じてシート状繊維基材の構造を適宜選定することができる。また、使用用途に応じて前記シート状繊維基材は、開口部を有することができる。例えば織物の場合には、メッシュ織物として５～９０％程度の開口率を有した構造とすることもできる。

【0017】

前記シート状繊維基材を構成する前記ポリアミド系繊維の表面は、内側金属層によって被覆されている。内側金属層は、前記シート状繊維基材のオモテ面やウラ面のみを被覆するように積層されるのではなく、前記シート状繊維基材を構成する前記ポリアミド系繊維が外気と接触する部分を全て覆うように被覆している。つまり、アルカリ性の液体に本発明の導電材が浸漬された場合に、前記ポリアミド系繊維そのものはアルカリ性の液体に接触することがないように、図１や図２に示すとおり前記ポリアミド系繊維の表面を前記内側金属層が被覆している。

【0018】

そのように前記シート状繊維基材を構成する前記ポリアミド系繊維の表面を被覆する前記内側金属層を形成するには、めっき法による方法が好適である。電気めっき法、無電解めっき法のいずれも採用可能である。

【0019】

前記内側金属層を構成する金属は、銅、銀、ニッケル、金から選択される一種である。なかでも表面抵抗率が低いこと、耐アルカリ性を有することなどの点で銅であることが好ましい。

【0020】

前記内側金属層の金属量としては、１～５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。前記内側金属層の金属量がこの範囲内であれば、可撓性と表面抵抗率のバランスに優れた導電材を得ることができる。

【0021】

前記内側金属層の表面は、更に外側金属層によって被覆されている。前記外側金属層を構成する金属としては、スズまたはスズ合金であることが肝要である。

【0022】

前記スズ合金の例としては、スズ－亜鉛合金、スズ－銅合金、スズ－ニッケル合金、スズ－銀合金などが挙げられる。なかでも耐アルカリ性の観点から、スズ－ニッケル合金、スズ－銅合金であることが好ましい。

【0023】

前記外側金属層は、前記内側金属層の表面を全て覆うように形成されている（図１、図２を参照）。つまり、前記内側金属層は外気に晒されておらず、本発明の導電材をアルカリ性の液体に浸漬した場合であっても、内側金属層とアルカリ性の液体とが直接接触することがない。このように外側金属層を形成する方法としては、前述と同様にめっき法が好適に利用できる。

【0024】

前記外側金属層の金属量としては、１～５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。前記外側金属層の金属量がこの範囲内であれば、可撓性と表面抵抗率のバランスに優れた導電材を得ることができる。

【実施例0025】

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

【0026】

［耐アルカリ性試験］
実施例、比較例で得られた導電材を３ｃｍ×１０ｃｍにカットし、３０質量％水酸化カリウム水溶液２０ｍｌに２０℃で７２時間浸漬した後、十分に水洗・乾燥して試料とした。浸漬前後の表面抵抗率と材料強度を測定し、その変化を評価した。表面抵抗率は、抵抗率計ロレスタＭＣＰ－Ｔ３６０（日東精工アナリテック株式会社製）を使用して測定した。材料強度の変化は、１０ｍｍ×７０ｍｍにカットした試料の破断強度の低下率、（（アルカリ浸漬後－アルカリ浸漬前）／アルカリ浸漬前×１００）を評価した。測定には引張圧縮試験機ＳＶ－５５（株式会社今田製作所製）を使用した。試料の両端をチャック間距離５０ｍｍになるように固定した後、速度１００ｍｍ／ｍｉｎで試料を引っ張り、試料が破断したときの最大強度（ｋｇｆ／１０ｍｍ）を破断強度とした。

【0027】

［実施例１］
経糸、緯糸ともに繊維径７０μｍの６６ナイロン製モノフィラメント糸から構成された、経糸密度、緯糸密度がともに１５０本／インチであるメッシュ平織物を、１６０℃でプレセットした。開口率は６９％であった。このメッシュ平織物を、塩化パラジウム（ＩＩ）０．３ｇ／Ｌ、塩化スズ（ＩＩ）３０ｇ／Ｌ、３６％塩酸２５０ｍｌ／Ｌを含む２０℃の水溶液に１８秒間浸漬後、水洗した。続いて、酸濃度０．１Ｎ、３５℃のホウフッ化水素酸水溶液に４５秒間浸漬後、水洗した。続いて、塩化銅二水和物８．７５ｇ／Ｌ、ＥＤＰ－３００（株式会社ＡＤＥＫＡ製）２０ｇ／Ｌ、３２％水酸化ナトリウム水溶液４０ｍｌ／Ｌ、３７％ホルムアルデヒド水溶液８．７５ｍｌ／Ｌを含む４０℃の無電解銅めっき液に５分間浸漬後、水洗した。
続いて、ＤＡＩＮ ＴＩＮＧＯＯＤ ＣＨ―６（錯化剤、大和化成株式会社製）を１００ｇ／Ｌ、ＤＡＩＮ ＴＩＮＧＯＯＤ ＭＡ（電導性塩溶液、大和化成株式会社製）を１５０ｇ／Ｌ、ＤＡＩＮ ＴＩＮＧＯＯＤ Ｓ－２５（スズ塩、大和化成株式会社製）を６０ｇ／Ｌ、ＤＡＩＮ ＴＩＮＧＯＯＤ ３１４（添加剤、大和化成株式会社製）を３０ｇ／Ｌを含む、ｐＨ６．０、３０℃の電気スズめっき液で、６分間、電流密度１．３３Ａ／ｄｍ^２で電気めっきしスズを積層させた後、水洗して導電材を得た。

【0028】

得られた導電材の表面抵抗率は３４．１ｍΩ／□、銅金属量は１３ｇ／ｍ^２、スズ金属量は２７．６ｇ／ｍ^２であった。アルカリ浸漬前後の表面抵抗率の上昇率は９０％（アルカリ浸漬後が６４．９ｍΩ／□）、材料強度の変化率は－５％（アルカリ浸漬前が４．９ｋｇｆ／１０ｍｍ、アルカリ浸漬後が４．６５ｋｇｆ／１０ｍｍ）であった。

【0029】

［実施例２］
電気スズめっきに替えて電気スズ－亜鉛合金めっきを実施したこと以外は実施例１と同様にして、導電材を得た。電気スズ－亜鉛合金めっきは、実施例１の電気スズめっき液に硫酸亜鉛７水和物を７０ｇ／Ｌ加えて、ｐＨ６．０、３０℃の電気スズ－亜鉛合金めっき液で、６分間、電流密度１．３３Ａ／ｄｍ^２で電気めっきすることによって行った。得られた導電材の表面抵抗率は３３．５ｍΩ／□、銅金属量は１５．５ｇ／ｍ^２、スズ金属量は１８．６ｇ／ｍ^２、亜鉛金属量は５．６ｇ／ｍ^２であった。アルカリ浸漬前後の表面抵抗率の上昇率は３２％（アルカリ浸漬前が３３．５ｍΩ／□、アルカリ浸漬後が４４．１ｍΩ／□）、材料強度の変化率は－１％（アルカリ浸漬前が４．８５ｋｇｆ／１０ｍｍ、アルカリ浸漬後が４．８ｋｇｆ／１０ｍｍ）であった。

【0030】

［比較例１］
経糸、緯糸ともに繊維径２７μｍのポリエチレンテレフタレート製モノフィラメント糸から構成された、経糸密度、緯糸密度がともに９０本／インチであるメッシュ平織物を、１９０℃でプレセットした。開口率は９０％であった。このメッシュ平織物を、実施例１と同じ方法で処理して導電材を得た。得られた導電材の表面抵抗率は６３ｍΩ／□、目付は２３．４ｇ／ｍ^２、銅金属量は３．９ｇ／ｍ^２、スズ金属量は１３．５ｇ／ｍ^２であった。アルカリ浸漬前後の表面抵抗率の上昇率は１８４４％（アルカリ浸漬前が９９．３ｍΩ／□、アルカリ浸漬後が１９３０ｍΩ／□）、材料強度の変化率は－５１％（アルカリ浸漬前が０．８２ｋｇｆ／１０ｍｍ、アルカリ浸漬後が０．４ｋｇｆ／１０ｍｍ）であった。

【0031】

［比較例２］
電気スズめっきを行わなかったこと以外は、比較例１と同じ方法で導電材を得た。得られた導電材の表面抵抗率は１１３．８ｍΩ／□、銅金属量は３．９ｇ／ｍ^２であった。アルカリ浸漬前後の表面抵抗率の上昇率は９９８％（アルカリ浸漬前が１１３．８ｍΩ／□、アルカリ浸漬後が１２５０ｍΩ／□）、材料強度の変化率は－６３％（アルカリ浸漬前が１．１６ｋｇｆ／１０ｍｍ、アルカリ浸漬後が０．４３ｋｇｆ／１０ｍｍ）であった。

【0032】

【表1】

【符号の説明】

【0033】

１：導電材
２：糸条
３：内側金属層
４：外側金属層
Ａ：断面領域

【図1】

【図2】