JPH0741684A - 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 - Google Patents
感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体Info
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Abstract
との関係の特性の変動を抑え、また高感度化する。 【構成】 高分子マトリクスポリマーに、ポリエチレン
グリコールとポリプロピレングリコールの共重合体から
なる副ポリマー中にイオン性物質として過塩素酸金属塩
を添加して調製したイオン伝導性電解質を混練して感熱
樹脂材料を調製する。この際に、副ポリマーにおけるポ
リエチレングリコールの比率を30〜60重量%、イオ
ン伝導性電解質における過塩素酸金属塩の比率を5〜2
0重量%、高分子マトリクスポリマー100重量部に対
するイオン伝導性電解質の添加量を0.5〜1.5重量
部に設定する。
Description
いられる感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体に関する
ものである。
は、従来よりポリ塩化ビニル樹脂を主成分とする感熱樹
脂材料をサーミスタとして用いた面状の感熱発熱体やコ
ード状の感熱体あるいは感熱発熱体が使用されている。
そして近年の電気カーペットにあっては、カーペット地
からなる表面材や、電気カーペットに被せて使用するカ
バー材として、本物志向や高級志向から分厚いものが好
まれる傾向にあり、発熱体の温度を従来よりも高くする
必要が生じてきている。
を従来よりも高温にすると、部分的に断熱状態になると
きに生じる部分断熱高温部の温度が非常に高くなり、高
分子マトリクスポリマーとしてポリ塩化ビニル系樹脂を
主成分とするものを用いる従来の感熱樹脂材料では、高
温での熱老化のために温度センサーとしての固有インピ
ーダンス(以下|Z|と略記)と温度との関係の特性が
経時変化し、|Z|の変化によって感知する温度が危険
な高温になってしまうおそれがあった。この現象は、
ポリ塩化ビニル系樹脂中の可塑剤が高温の作用でブリー
ドアウトしてポリ塩化ビニル系樹脂のガラス転移点が高
温側にシフトしてしまう、ポリ塩化ビニル系樹脂が高
温にさらされると脱塩素反応を起こして熱老化してしま
う、等が原因になっていると考えられる。
て、分子中の鉛成分がリッチである酸化鉛(PbO)と
二酸化珪素(SiO2 )からなる珪酸鉛を用いられてい
るが、この珪酸鉛は吸湿性が高いため感熱樹脂材料の|
Z|と温度との関係の特性が湿度の影響を受けてしまう
という問題があった。さらに、感熱樹脂材料における|
Z|と温度との関係の特性の安定性を増すために、イオ
ン伝導性電解質の添加量を多くしているが、イオン伝導
性電解質の高分子マトリクスポリマーに対する添加量が
多い場合、感熱樹脂材料に印加される交流電圧の電圧が
高くなると、イオンの移動距離が大きくなり、電極付近
で消耗されてしまうサーミスタブレーク現象によって|
Z|と温度との関係の特性が経時変化してしまうという
問題があった。
あり、熱老化や吸湿、電圧印加による|Z|と温度との
関係の特性の変動を抑えることができると共に高感度化
することができる感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体
を提供することを目的とするものである。
料は、高分子マトリクスポリマーに、ポリエチレングリ
コールとポリプロピレングリコールの共重合体からなる
副ポリマー中にイオン性物質として過塩素酸金属塩を添
加して調製したイオン伝導性電解質を混練して成る感熱
樹脂材料であって、副ポリマーにおけるポリエチレング
リコールの比率が30〜60重量%であり、かつイオン
伝導性電解質における過塩素酸金属塩の比率が5〜20
重量%であり、かつ高分子マトリクスポリマー100重
量部に対するイオン伝導性電解質の添加量が0.5〜
1.5重量部であることを特徴とするものである。
としてポリ塩化ビニル系樹脂を用い、安定剤として酸化
鉛と二酸化珪素からなる珪酸鉛を添加したものである。
また本発明に係る感熱体及び感熱発熱体は、上記感熱樹
脂材料を使用して成ることを特徴とするものである。以
下、本発明を詳細に説明する。
ングリコール(ポリエチレンオキサイド)とポリプロピ
レングリコール(ポリプロピレンオキサイド)の共重合
体よりなる副ポリマー中にイオン性物質を添加してイオ
ン伝導性電解質を調製し、このイオン伝導性電解質や安
定剤等を高分子マトリクスポリマー中に混練することに
よって作成することができる。
ロピレングリコールはそれぞれ次の化学式1、化学式2
で示される樹脂である。
ポリプロピレングリコールの共重合体を感熱樹脂材料の
主成分(主ポリマー)である高分子マトリクスポリマー
に対する副ポリマーとして用いるものである。この副ポ
リマーにイオン性物質を添加することによってイオン伝
導性電解質を得ることができる。本発明ではイオン性物
質として過塩素酸金属塩を用いる。過塩素酸金属塩とし
ては次に示すものを用いることができるが、勿論これら
に限定されるものではない。
さく、主なイオン伝導媒体である副ポリマー中における
移動速度が大きくなるため、有機の過塩素酸塩に比べて
副ポリマーに対する添加量を少なくすることができるも
のである。また、この過塩素酸金属塩をイオン性物質と
して副ポリマーに添加すると、Li+ ,K+ ,Mg2+な
ど金属元素の陽イオンとClO4 - の陰イオンとに解離
するが、ClO4 - の陰イオンは耐熱性が高く容易に分
解しないために、感熱樹脂材料が高温に長時間さらされ
た場合でも固有インピーダンス|Z|の変動を小さくす
ることができるものである。
に配合する安定剤として、酸化鉛(PbO)と二酸化珪
素(SiO2 )からなる珪酸鉛を用いる。従来から安定
剤としては三塩基性硫酸鉛などの塩基性鉛が使用されて
いるが、塩基性の安定剤は高分子マトリクスポリマーに
配合されている可塑剤を分解させることがあるために熱
安定性を大きく高めることができない。これに対して珪
酸鉛は可塑剤を分解させることがなく、しかも分子中の
鉛成分がリッチであるために、熱安定性を大きく高める
ことができるものである。
般的に吸湿性が大きいため、高湿度雰囲気に感熱樹脂材
料が置かれた場合、感熱樹脂材料の|Z|は小さくなる
方向に変動することになる。そこで、本発明ではポリエ
チレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合
体からなる副ポリマーを用いることによって、感熱樹脂
材料の温度と|Z|との関係の特性が吸湿の影響を受け
難くなるようにしている。すなわち、ポリエチレングリ
コールは吸湿すると粘度が増してイオンが移動し難くな
るように作用するために、感熱樹脂材料の|Z|は大き
くなる方向に変化し、その程度は副ポリマーの共重合体
におけるポリエチレングリコールの重量比率によって変
わるものであり、珪酸鉛や過塩素酸金属塩の吸湿によっ
て|Z|が小さくなる方向に変化する量とバランスをと
ることによって、感熱樹脂材料の|Z|の変動を見掛け
上小さくすることができるものである。このバランスを
とるために本発明では、ポリエチレングリコールとポリ
プロピレングリコールの共重合体として、ポリエチレン
グリコールの比率が30〜60重量%の範囲のものを用
いるようにしている。副ポリマーにおけるポリエチレン
グリコールの比率が60重量%を超えると感熱樹脂材料
の|Z|変動率が正の大きな値となり、逆にポリエチレ
ングリコールの比率が30重量%未満であると感熱樹脂
材料の|Z|変動率が負の大きな値となるものであり、
このためにポリエチレングリコールの比率を30〜60
重量%の範囲に調整する必要がある。
るイオン伝導性電解質の添加量が多いと、ポリエチレン
グリコールの吸湿による増粘作用が大きくなり過ぎて、
感熱樹脂材料の|Z|は大きくなる方向に変動すること
になり、また感熱樹脂材料中のイオン濃度が大きくなり
過ぎて、商用電源(100V程度)の交流電圧が0.3
mm程度の厚みの感熱樹脂材料に印加された場合にサー
ミスタブレーク現象によりイオンが消耗されてしまい、
感熱樹脂材料の|Z|が大きく変動するおそれがある。
このために、本発明ではイオン伝導性電解質の添加量
を、高分子マトリクスポリマー100重量部に対して
1.5重量部以下に設定しているものである。イオン伝
導性電解質の添加量が高分子マトリクスポリマー100
重量部に対して0.5重量部未満であるとイオン伝導性
電解質を高分子マトリクスポリマー中に均一に分散させ
ることが困難であるために実用性に乏しい。従って本発
明では高分子マトリクスポリマー100重量部に対する
イオン伝導性電解質の添加量を0.5〜1.5重量部の
範囲に設定しているものである。
属塩を添加して調整されるイオン伝導性電解質における
過塩素酸金属塩の比率は5重量%〜20重量%の範囲に
設定している。イオン伝導性電解質における過塩素酸金
属塩の比率が5重量%未満であると、過塩素酸金属塩を
副ポリマーに均一に分散させることが困難であり、しか
も80℃〜100℃の高温領域における|Z|と温度の
関係の特性のB定数が小さくなるために好ましくない。
ここで、B定数は|Z|〜温度特性の変化率の大きさを
示すものであり(図4のような|Z|〜温度曲線の傾き
度としてあらわれる)、サーミスタ特性の感度が高くな
るとB定数は大きくなる。逆にイオン伝導性電解質にお
ける過塩素酸金属塩の比率が20重量%を超えると、吸
湿によるポリエチレングリコールの増粘によってイオン
伝導性電解質の粘度が高くなり過ぎ、高分子マトリクス
ポリマーにイオン伝導性電解質を均一に分散させ難くな
り、また活性が強くなり過ぎて危険が大きくなる。
マトリクスポリマーとしては、ポリ塩化ビニル樹脂やそ
の誘導体などポリ塩化ビニル系樹脂を用いることができ
る。そして上記のイオン伝導性電解質や安定剤としての
珪酸鉛を、可塑剤を配合した高分子マトリクスポリマー
に添加して混練することによって、イオン伝導性プラス
チックサーミスタ特性を示す感熱樹脂材料を得ることが
できるものである。
うに、絶縁性の芯糸1に金属線を巻いて内巻電極2と
し、上記のように調製した感熱樹脂材料3を内巻電極2
の外側に被覆し、その外側に金属線を巻いて外巻電極4
とすることによって作成することができる。感熱樹脂材
料3は上記のように温度変化に伴って|Z|が変化する
ので、内巻電極2と外巻電極3の間の電位差を測定して
インピーダンスを検出することによって発熱温度を検知
することができるものである。
の感熱体の内巻電極2と外巻電極3の少なくとも一方を
発熱抵抗体として通電によって発熱させるようにし、こ
れらを絶縁体5で被覆することによって作成することが
できる。図6において10は外巻電極3の外側に樹脂フ
ィルムを巻いて形成した分離層である。
する。 (実施例1)ポリ塩化ビニル樹脂100重量部にトリメ
リット酸系の可塑剤を45重量部、珪酸鉛を安定剤とし
て25重量部配合し、さらに、ポリエチレングリコール
とポリプロピレングリコールを約1:1の重量比で共重
合させた平均分子量3500のブロック共重合体を副ポ
リマーとして用い、過塩素酸金属塩として過塩素酸リチ
ウム塩(LiClO4 )をこの副ポリマーに対して15
重量%添加してイオン伝導性電解質を調製した。そして
このイオン伝導性電解質を上記配合物にポリ塩化ビニル
樹脂100重量部に対して1.4重量部の配合量で添加
し、混練することによって感熱樹脂材料を得た。
化ビニル樹脂100重量部に対して1.8重量部の配合
量で添加するようにした他は、実施例1と同様にして感
熱樹脂材料を得た。図1に、実施例1と比較例1の感熱
樹脂材料を60℃×95%RHの高温高湿雰囲気下に放
置したときの、|Z|の変化率と放置時間との関係を示
す。放置開始後36時間経過時点での|Z|の変化率
は、実施例1のものが3.9%であるのに対して、イオ
ン伝導性電解質の添加量が多い比較例1のものは12.
7%であり、実施例1は比較例1の約1/3の変化率に
収まっていることが確認される。
を用い、図6に示す構造の感熱発熱体を製作した。ここ
で、感熱発熱体3の厚みを0.3mmに設定して内巻電
極2と外巻電極4の両間距離は0.3mmにした。 (比較例2)比較例1で得た感熱樹脂材料を用い、図6
に示す構造の感熱発熱体を製作した。ここで、感熱発熱
体3の厚みを0.3mmに設定して内巻電極2と外巻電
極4の両間距離は0.3mmにした。
(長さ3m)の内巻電極2と外巻電極4の極間(極間距
離0.3mm)に商用交流電圧(AC100V60H
z)を定期的に繰り返して一定時間印加しつつ、この感
熱発熱体を136℃の高温雰囲気中に放置したときの、
|Z|の変化率と放置時間との関係を示す。図2にみら
れるように、放置時間が100時間経過後、比較例2の
ものは|Z|の変化率が160%であるのに対して、実
施例2のものは|Z|の変化率が100%以下に低減さ
れているものであった。
レングリコールとポリプロピレングリコールのブロック
共重合体であって平均分子量が3300でポリエチレン
グリコールの比率が25重量%のもの、及び平均分子量
が4100でポリエチレングリコールの比率が50重量
%のもの、ポリエチレングリコール単体であって平均分
子量が1000のもの、ポリプロピレングリコール単体
であって平均分子量が2000のものをそれぞれ用い、
イオン性物質として過塩素酸リチウム塩をこの各副ポリ
マーに対して一律15重量%添加してイオン伝導性電解
質を調製した。またポリ塩化ビニル樹脂100重量部に
トリメリット酸系の可塑剤を45重量部、安定剤として
珪酸鉛を25重量部配合し、さらにこれに上記イオン伝
導性電解質を一律1.4重量%の割合で添加して混練す
ることによって感熱樹脂材料を得た。そしてこの感熱樹
脂材料を60℃×95%RHの高温多湿雰囲気に168
時間放置する前後での60℃における|Z|変動率を測
定し、|Z|変動率と副ポリマーにおけるポリエチレン
グリコールの重量比率との関係を図3に示した。
るポリエチレングリコールの比率が100重量%のもの
は|Z|変動率は正の大きな値となり、逆にポリエチレ
ングリコールの比率が0重量%のものは|Z|変動率は
負の大きな値となるものであり、またポリエチレングリ
コールの比率が30〜60重量%の場合は|Z|変動率
の絶対値は小さな値となるものであった。副ポリマーを
ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの
ブロック共重合体で形成すると、ポリエチレングリコー
ルとポリプロピレングリコールの両者の特性を併せ持つ
が、ポリエチレングリコールは吸湿すると粘度が増して
イオンが移動し難くなるために、|Z|は大きくなる方
向に変動し、その程度はブロック共重合体におけるポリ
エチレングリコールの重量比率によって変えることがで
きるのである。
3650のポリエチレングリコールとポリプロピレング
リコールのブロック共重合体を用い、イオン性物質とし
て過塩素酸リチウム塩を副ポリマーに対して10重量
%、15重量%添加して2種類のイオン伝導性電解質を
調製した。またポリ塩化ビニル樹脂100重量部にトリ
メリット酸系の可塑剤を45重量部、安定剤として珪酸
鉛を25重量部配合し、これに各イオン伝導性電解質を
一律1.5重量%の割合で添加して混練することによっ
て感熱樹脂材料を得た。この各感熱樹脂材料の固有イン
ピーダンス|Z|〜温度曲線を図4に示す。
におけるB定数はイオン性物質の副ポリマーに対する添
加量を多くする程、大きくすることができる。また|Z
|の絶対値もイオン性物質の副ポリマーに対する添加量
によって変化することがみられる。尚、図4において過
塩素酸リチウム塩を副ポリマーに対して10重量%添加
したものをR=10重量%、15重量%添加したものを
R=15重量%として示す。
2220のポリエチレングリコールとポリプロピレング
リコールの約1:1重量比率のブロック共重合体を用
い、イオン性物質として過塩素酸リチウム塩を副ポリマ
ーに対して10重量%添加してイオン伝導性電解質を調
製した。またポリ塩化ビニル樹脂100重量部にトリメ
リット酸系の可塑剤を45重量部、安定剤として珪酸鉛
を25重量部配合し、これに上記イオン伝導性電解質を
1重量%、1.5重量%、2重量%の割合で添加して混
練することによって、3種類の感熱樹脂材料を得た。こ
の各感熱樹脂材料の固有インピーダンス|Z|〜温度曲
線を図5に示す。
質の添加量を多くする程、|Z|の絶対値は小さくなる
傾向がある。尚、図5においてイオン伝導性電解質を1
重量%添加したものをV=1重量%、1.5重量%添加
したものをV=1.5重量%、2重量%添加したものを
V=2重量%として示す。 (実施例6)本発明に係る感熱性樹脂材料を用いて、図
6に示すようなコード状の感熱発熱体Aを製造した。こ
の感熱発熱体Aは、絶縁性の芯糸1に金属線をスパイラ
ル状に巻いて内巻電極2とし、上記各実施例のように調
製した感熱樹脂材料3を例えば押し出し成形して内巻電
極2の外側に被覆し、その外側に金属線を巻いて外巻電
極4とし、さらにその外側に樹脂フィルムを巻いて分離
層10を形成した後に、その外側に絶縁体5を被覆する
ことによって製造したものである。
極4の少なくとも一方を発熱抵抗体(ヒータ)として通
電することによって発熱させることができる。そしてこ
の感熱発熱体Aにあって、電極2,4の一方を発熱させ
ると感熱樹脂材料3は温度変化に伴って|Z|が変化す
るために、電極2,4間の電位差を検出することによっ
て発熱温度を検知することができる。
えば図7(a)(b)に示すように、ポリエステル繊維
等の厚さ10mm程度の裏面布11と厚さ9μ程度の均
熱アルミニウム平面体12との間に挟んでジグザグ状に
配置し、そして均熱アルミニウム平面体12の上にポリ
エステル繊維等の厚さ5mm程度の表面布13を積層す
ることによって電気カーペットBを作成することができ
る。図7(a)において14は電源コード、15は温度
コントローラである。
スポリマーに、ポリエチレングリコールとポリプロピレ
ングリコールの共重合体からなる副ポリマー中にイオン
性物質として過塩素酸金属塩を添加して調製したイオン
伝導性電解質を混練して感熱樹脂材料を調製するにあた
って、副ポリマーにおけるポリエチレングリコールの比
率を30〜60重量%、イオン伝導性電解質における過
塩素酸金属塩の比率を5〜20重量%、高分子マトリク
スポリマー100重量部に対するイオン伝導性電解質の
添加量を0.5〜1.5重量部に設定したので、配合を
これらの範囲に設定することによって熱老化、吸湿、商
用交流電圧印加によって感熱樹脂材料の|Z|と温度と
の関係の特性が変化するのを防止することができるもの
であり、またこの結果|Z|〜温度特性を高感度化する
ことができるものである。
としてポリ塩化ビニル系樹脂を用い、安定剤として酸化
鉛と二酸化珪素からなる珪酸鉛を添加するようにしたの
で、珪酸鉛はポリ塩化ビニル樹脂に配合される可塑剤を
分解することがなく熱安定性を高く得ることができるも
のであり、熱老化で感熱樹脂材料の|Z|と温度との関
係の特性が経時変化するのを防止することができるもの
である。
×95%RHの高温高湿雰囲気下に放置したときの、|
Z|変化率と放置時間との関係を示すグラフである。
圧を印加しつつ136℃雰囲気中に放置したときの|Z
|変化率と放置時間との関係を示すグラフである。
リマー中のポリエチレングリコールの重量比率との関係
を示すグラフである。
〜温度曲線のグラフである。
〜温度曲線のグラフである。
視図、(b)は一部の拡大した断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 高分子マトリクスポリマーに、ポリエチ
レングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体
からなる副ポリマー中にイオン性物質として過塩素酸金
属塩を添加して調製したイオン伝導性電解質を混練して
成る感熱樹脂材料であって、副ポリマーにおけるポリエ
チレングリコールの比率が30〜60重量%であり、か
つイオン伝導性電解質における過塩素酸金属塩の比率が
5〜20重量%であり、かつ高分子マトリクスポリマー
100重量部に対するイオン伝導性電解質の添加量が
0.5〜1.5重量部であることを特徴とする感熱樹脂
材料。 - 【請求項2】 高分子マトリクスポリマーとしてポリ塩
化ビニル系樹脂を用い、安定剤として酸化鉛と二酸化珪
素からなる珪酸鉛を添加して成ることを特徴とする請求
項1に記載の感熱樹脂材料。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の感熱樹脂材料を
使用して成ることを特徴とする感熱体。 - 【請求項4】 請求項1又は2に記載の感熱樹脂材料を
使用して成ることを特徴とする感熱発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18530493A JP3493690B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18530493A JP3493690B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0741684A true JPH0741684A (ja) | 1995-02-10 |
| JP3493690B2 JP3493690B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=16168521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18530493A Expired - Lifetime JP3493690B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3493690B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP18530493A patent/JP3493690B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3493690B2 (ja) | 2004-02-03 |
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