[发明专利]自身调温放热器用印刷油墨

说明书

本发明关于用于制造显示出良好特性的能够自身调温的面状发热元件的印刷油墨。完成这种油墨不仅能够获得具有良好特性的面状发热体，还能够更明显地显示出其在印刷制造工艺管理上的优点。现在，使用了这种油墨的面状发热元件不仅被应用于暖房，还被应用于融化屋顶、停车场的积雪，防止汽车反光镜上凝结水汽，作为特例更被巧妙地用于制造干花等(日本专利公开公报平8-305694号)。

在高分子中分散了碳等导电性粒子的系统中，当其中碳的填充浓度超过一定阈值(称为渗透阈值)时，就会显示出导电性可作为放热器使用。这个系统中的某一物质还显示出这样的性质，即当温度超过一定限度时，其电阻会急剧增加。具有这种性质的发热元件由于和钛酸钡陶瓷类似，所以通常称其为PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数)发热元件，或从其功能考虑，称其为自身调温发热元件。有关这些自身调温发热元件的种种技术已经被揭示，其原理可以分为以下2点。

第1点原理是这种发热元件是通过聚乙二醇·石墨系来自身调温的(日本专利公开公报平3-74472号、日本专利公开公报平3-74473号、日本专利公开公报平3-42681号)。这个系统的导电现象可以通过介于石墨粒子间的聚乙二醇薄层内的捕捉级位间的跳跃传导来说明，自身调温的原理则可用开关温度的凹陷深度变化来说明(T.Kimura和S.Yasuda，Polymer，37，2981(1996))。但是，至今为止除了聚乙二醇·石墨系之外还没有发现其他物质能够利用此原理来发挥作用。所以，除了聚乙二醇·石墨系之外的其他作用都属于第2点原理。

第2点原理是利用含导电性粒子的聚合物的热膨胀。将粒子的浓度控制在低温时粒子能够互相直接接触而使电极间能够形成导电线路的状态。如果在粒子间通入电流，则通过焦耳热能够使系统内的温度上升，聚合物发生热膨胀，在热膨胀的同时，互相接触的粒子间就产生了空隙，使电流不能流过。这就是除了聚乙二醇·石墨系之外的全部系统的自身调温的原理。

这种利用热膨胀进行自身调温的发热元件的技术在日本专利公开公报昭51-76647号中已有详细地叙述。所用的聚合物几乎也已全部记载在前述的日本专利公开公报昭51-76647号中。其他的还有聚氰尿酸盐化合物(日本专利公开公报平5-307993号)、纤维素(日本专利公开公报昭58-71584号)、聚偏氟乙烯(日本专利公开公报昭58-71585号)等。作为导电性粒子使用的有炭黑、石墨，还揭示了晶须、导电性囊等(日本专利公开公报平6-3157827号)。

至今揭示的技术中还显示了所用导电性粒子的粒径范围，这个限定范围是根据所得发热元件的导电特性以及操作特性决定的。从其他新颖的技术观点出发可以说还没有揭示能够决定粒径范围的方法。

所用的聚合物较好的是在达到开关温度的过程中，其热膨胀系数不太大，而到达开关温度时却能够显示出较大的热膨胀系数的聚合物。为了实现这个目的，必须使用结晶性高的聚合物。结晶性聚合物在其融点显示出很大的密度变化，即热膨胀的变化。

制造面状发热元件一般使用的是将聚合物和导电性粒子熔融混合，然后利用挤压机成型的方法。但也揭示了利用网版印刷的方法(日本专利公开公报平6-96843号、日本专利公开公报昭58-71584号、日本专利公开公报昭63-66035号、日本专利公开公报昭63-66036号)。利用挤压机等成型方法时，达到开关温度时的电阻值变化有几个数量级，而上述揭示的印刷法在达到开关温度时的电阻值变化仅停留于几倍。

和挤压机成型相比，利用印刷法制造发热元件有各种优点。第1，制造形状不规则的面状发热元件时，不适合使用成型法。例如，制造作为面状发热元件的电烫发干燥器时，因为制得的发热元件为半球状，所以，要制成能使半球面展开为平面的面状发热元件，这种情况利用印刷法就比较好。其他的如汽车反光镜防水汽的放热器需要近似为椭圆形，而且不是单纯的电极构成，此时利用印刷法也很有效。利用印刷法能够直接在需加热的物品、部件等的上面进行印刷。例如，PTC放热器已经能够应用于印刷板等，还能够使建筑和电力安装工程同时用1个步骤完成。而利用印刷法以外的方法，还需将制成的放热器通过另外途径组合操作。

虽然上述的印刷法有各种优点，但通过印刷制得的PTC印刷放热器的PTC特性较差。利用挤压机等成型方法时，达到开关温度时的电阻值增加了几个数量级，而利用印刷法时电阻值的增加较少，从揭示的结果看只有数倍的增加。所以，如要利用印刷法制造具有较好恒温性、节能性、安全性的印刷放热器时，就必须进行PTC特性的强化。