CN103459497B - 聚酯组合物及使用该聚酯组合物的薄膜、片状结构体、电绝缘片材、太阳电池背板以及它们的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚酯组合物,其特征在于,所述聚酯组合物以聚酯为主成分,含有磷酸和磷酸碱金属盐,磷元素的含量P(mol/t)相对于该聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于所述聚酯组合物整体分别为5ppm以下,使相对于上述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于上述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的上述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和上述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,(i)M=M1/2+M2(ii)1.1≤M/P≤3.0另外,还提供使用了上述聚酯组合物的薄膜、片状结构体、电绝缘片材、太阳电池背板以及它们的制造方法。这种聚酯组合物以及使用其的薄膜、片状结构体、电绝缘片材和太阳电池背板的耐热性和耐湿热性优异。
Description
技术领域
本发明涉及耐湿热性良好的聚酯组合物、其制造方法、使用该聚酯组合物的薄膜以及由使用了该薄膜的层叠结构体构成的片状结构体、由该片状结构体构成的电绝缘片材。另外,本发明涉及使用了该薄膜的太阳电池背板。
背景技术
聚酯(特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯等)树脂的机械特性、热特性、耐化学药品性、电特性、成型性优异,被用于各种用途中。对该聚酯进行了薄膜化的聚酯薄膜、其中双轴取向聚酯薄膜由于其机械特性、电特性等,作为太阳电池背板、温热饮水机马达用电绝缘材料、混合动力车等中使用的汽车空调器用马达、驱动马达用等的电绝缘材料、磁记录材料、电容器用材料、包装材料、建筑材料、照片用途、画刊用途、感热转印用途等的各种工业材料使用。
在这些用途中,特别是要求高耐热性、耐湿热性的电绝缘材料(例如汽车空调器用马达或驱动马达用等)中,由聚酯单体形成的薄膜由于耐热性、耐湿热性不充分,因此探讨了在聚酯薄膜的两表面上层叠聚苯硫醚(以下有时略记为PPS)的构成(专利文献1)。一般来说,聚酯在湿热环境气氛下的水解以聚酯的COOH末端基团作为自催化剂进行,聚酯发生水解,结果COOH末端基团量进一步增加。由于COOH末端基团量增加时,则水解进一步进行,因此有必要抑制在湿热环境气氛下的COOH末端基团量的增加。专利文献2、3中,探讨了以下技术:通过添加磷酸和磷酸碱金属盐,抑制湿热环境气氛下的聚酯的COOH末端基团量的增加、提高由该聚酯组合物形成的薄膜的耐湿热性。专利文献4中还探讨了以下技术:通过添加磷酸和磷酸碱金属盐,抑制湿热环境气氛下的聚酯的COOH末端基团量的增加、提高由该聚酯组合物形成的薄膜的耐湿热性。专利文献5、6、7、8中探讨了调节磷化合物的含量和金属含量的比率、提高聚酯的耐久性的技术。专利文献9、10中探讨了在聚酯中添加颜料的技术。
专利文献1:日本特开昭62-292431号公报
专利文献2:日本特开2010-248492号公报
专利文献3:国际公开第2010/103945号
专利文献4:国际公开第2011/052290号
专利文献5:日本特开2003—306536号公报
专利文献6:日本特开2008—81533号公报
专利文献7:日本特开2006-265792号公报
专利文献8:日本特开2000-309649号公报
专利文献9:日本特开2011—119651号公报
专利文献10:国际公开第2005/026241号
发明内容
但是,对这些聚酯薄膜在湿热环境气氛下的COOH末端基团量增加的抑制并不充分,由于在长时期的使用中聚酯薄膜的水解反应进行,因此具有无法保证机械特性或电绝缘性的问题。专利文献2~7中,聚酯中含有的金属元素针对耐湿热性提高的效果并不充分,所得聚酯组合物的耐湿热性也不充分。专利文献8、9中,聚酯中含有的磷化合物针对耐湿热性提高的效果并不充分,所得聚酯组合物的耐湿热性也不充分。专利文献10中,为了提高聚酯的耐湿热性而不添加金属元素或磷化合物,聚酯组合物的耐湿热性不充分。
鉴于上述现有技术的背景,本发明的课题在于提供通过抑制湿热环境气氛下的COOH末端基团量的增加来表现优异耐湿热性的聚酯组合物及其制造方法,进而本发明提供使用了该聚酯组合物的薄膜以及由使用了该薄膜的层叠结构体构成的片状结构体,使用了该片状结构体的耐热性、耐湿热性优异的电绝缘用片材以及它们的制造方法。
为了解决上述课题,本发明所涉及的聚酯组合物采用以下构成。即,本发明的聚酯组合物的特征在于,所述聚酯组合物以聚酯为主成分含有磷酸和磷酸碱金属盐,磷元素的含量P(mol/t)相对于该聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于该聚酯组合物整体分别为5ppm以下,使相对于上述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于上述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的上述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和上述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=M1/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0
(以下,也将该聚酯组合物仅表示为“聚酯组合物(a)”)。
另外,本发明的聚酯组合物中,作为聚酯组合物的主成分的聚酯以具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分作为共聚成分,相对于该聚酯的总构成成分含有0.025mol%以上、1.5mol%以下。
本发明所涉及的薄膜的特征在于,所述薄膜具有以聚酯为主成分的聚酯组合物形成的层(P层),该聚酯为双轴取向,上述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,上述聚酯组合物中的磷元素的含量P(mol/t)相对于该聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,上述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,上述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于该聚酯组合物整体分别为5ppm以下,使相对于上述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于上述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的上述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和上述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=M1/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0
(以下,也将该薄膜仅表示为“薄膜(b)”。)
上述薄膜中,上述P层可以是含有聚酯组合物和着色颜料形成的P’层。上述P’层中,作为着色颜料的白色颜料的含量相对于P’层整体优选为1wt%以上、20wt%以下、或者作为着色颜料的黑色颜料的含量相对于P’层整体优选为0.5wt%以上、5wt%以下。
另外,本发明所涉及的片状结构体的特征在于,所述片状结构体将具有以聚酯为主成分的聚酯组合物形成的层(P层)的薄膜作为a层(芯层),在该a层的一侧层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在上述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),使上述a层的厚度为A(μm)、上述b1层的厚度为B1(μm)、上述b2层的厚度为B2(μm)时,A、B1、B2满足关系式0.1≤(B1+B2)/A≤4.0,上述聚酯为双轴取向,该聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,上述聚酯组合物中的磷元素的含量P相对于该聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,上述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,上述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于该聚酯组合物整体分别为5ppm以下,使相对于上述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于上述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的上述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和上述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=M1/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0
(以下,也将该片状结构体仅表示为“片状结构体(c)”。)
在这种片状结构体中,在利用激光拉曼光谱分析法获得的1615cm-1的拉曼光谱中,使在配置与薄膜平面方向垂直的偏振光时的强度为I(ND)、在配置与薄膜平面长度方向平行的偏振光时的强度为I(MD)、在配置与薄膜平面宽度方向平行的偏振光时的强度为I(TD)时,通过下述式求得的上述a层的面取向系数R为5.0以上、10.0以下,
R=(R(MD)+R(TD))/2
R(MD)=I(MD)/I(ND)
R(TD)=I(TD)/I(ND)。
另外,本发明所涉及的电绝缘用片材的特征在于,所述电绝缘用片材使用下述片状结构体形成,上述片状结构体将具有以聚酯为主成分的聚酯组合物形成的层(P层)的薄膜作为a层(芯层),在该a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在上述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),使上述a层的厚度为A(μm)、上述b1层的厚度为B1(μm)、上述b2层的厚度为B2(μm)时,A、B1、B2满足关系式0.1≤(B1+B2)/A≤4.0,上述聚酯为双轴取向,该聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,上述聚酯组合物中的磷元素的含量P相对于该聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,上述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,上述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于该聚酯组合物整体分别为5ppm以下,使相对于上述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于上述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的上述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和上述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=(M1)/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0
(以下,也将该电绝缘用片材仅表示为“电绝缘用片材(d)”。)
本发明所涉及的太阳电池背板的特征在于,所述太阳电池背板使用以聚酯为主成分的聚酯组合物形成,上述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,上述聚酯组合物中的磷元素的含量P(mol/t)相对于该聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,上述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,上述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于该聚酯组合物整体分别为5ppm以下,使相对于上述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于上述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的上述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和上述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=(M1)/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0。
本发明所涉及的聚酯组合物的制造方法的特征在于,其为上述聚酯组合物(a)的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;和
聚合工序,在通过该酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合。
本发明所涉及的薄膜的制造方法的特征在于,其为上述薄膜(b)的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;
聚合工序,在通过该酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合;
双轴拉伸工序,在使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上、Tg+40℃以下的温度下对通过该聚合工序获得的成型为片状的聚酯组合物进行逐次双轴拉伸至面积倍率14倍以上;和
热处理工序,在使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在上述双轴拉伸工序之后,在满足下述(iii)式的范围内进行热处理,
(iii)45≤Tm-Th≤90。
另外,本发明所涉及的片状结构体的制造方法的特征在于,其为上述片状结构体(c)的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;
聚合工序,在通过该酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合;
双轴拉伸工序,在使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上Tg+40℃以下的温度下对通过该聚合工序获得的成型为片状的聚酯组合物进行逐次双轴拉伸至面积倍率14倍以上;
热处理工序,在使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在上述双轴拉伸工序之后,在满足下述(iii)式的范围内进行热处理;和
层叠工序,以上述薄膜作为a层(芯层),在该a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在上述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),
(iii)45≤Tm-Th≤90。
进而,本发明所涉及的电绝缘片材的制造方法的特征在于,其为上述电绝缘用片材(d)的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂使其发生酯交换反应;
聚合工序,在通过该酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合;
双轴拉伸工序,在使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上、Tg+40℃以下的温度下对通过该聚合工序获得的成型为片状的聚酯组合物进行逐次双轴拉伸至面积倍率14倍以上;
热处理工序,在使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在所述双轴拉伸工序之后,在满足下述(iii)式的范围内进行热处理;和
层叠工序,以所述薄膜作为a层(芯层),在该a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在所述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),
(iii)45≤Tm-Th≤90。
根据本发明可以提供长期满足耐湿热性的聚酯组合物和薄膜。进而,本发明通过使用该薄膜,可提供具有高耐湿热性的电绝缘片材。另外,通过使用该薄膜,可以提供具有高耐湿热性的太阳电池背板。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式详细地进行说明。
本发明所涉及的聚酯组合物以聚酯为主成分,该聚酯组合物必须满足下述(1)~(3)的特征。
(1)含有磷酸和磷酸碱金属盐,磷元素的含量P相对于聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下。
(2)含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,除此之外的2价金属元素的含量相对于聚酯组合物整体分别最多为5ppm以下。
(3)使相对于聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式。
(i)M=(M1)/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0
通过满足上述(1)~(3)的特征,可以提供长期以很高水平满足耐湿热性的聚酯组合物、薄膜和片状结构体、以及电绝缘片材。
以下举出具体例子对本发明详细地进行说明。
本发明的聚酯组合物必须是以聚酯为主成分的聚酯组合物。这里,以聚酯为主成分表示在组合物中含有80重量%以上的聚酯。聚酯的含量优选为90重量%以上、更优选为95重量%以上、特别优选为98重量%以上。
这里所说的聚酯是具有二羧酸构成成分和二醇构成成分而形成的。需要说明的是,本说明书中,构成成分是指通过对聚酯进行水解所能够获得的最小单元。
作为构成该聚酯的二羧酸构成成分,例如可举出脂肪族二羧酸类、脂环族二羧酸类、芳香族二羧酸类等二羧酸及其酯衍生物,但并非限定于这些。作为脂肪族二羧酸类,例如可举出丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸、二聚酸、二十烷二酸、庚二酸、壬二酸、甲基丙二酸、乙基丙二酸等。另外,作为脂环族二羧酸类,例如可举出金刚烷二甲酸、降冰片烯二甲酸、异山梨醇、环己烷二甲酸、萘烷二甲酸等。另外,作为芳香族二羧酸,例如可举出对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、1,5-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、1,8-萘二甲酸、4,4’-二苯基二甲酸、4,4’-二苯基醚二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠、苯乙烷二甲酸、蒽二甲酸、菲二甲酸、9,9’-双(4-羧基苯基)芴酸。
另外,作为构成该聚酯的二醇构成成分,例如可举出脂肪族二醇类、脂环式二醇类、芳香族二醇类等二醇和多个此类二醇连接而成的成分等,但并非限定于这些。作为脂肪族二醇类,例如可举出乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇等。另外作为脂环式二醇类,例如可举出环己烷二甲醇、螺甘油、异山梨醇等。另外,作为芳香族二醇类,例如可举出双酚A、1,3-苯二甲醇,1,4-苯二甲醇、9,9’-双(4-羟基苯基)芴等。
另外,在上述聚酯组合物中,从机械特性、结晶性、耐湿热性的观点出发,作为主成分的聚酯优选为以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯或以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯。以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯是指全部二羧酸构成成分中的对苯二甲酸构成成分的比例为90mol%以上100mol%以下、优选为95mol%以上100mol%以下,且全部二醇构成成分中的乙二醇构成成分的比例为90mol%以上100mol%以下、优选为95mol%以上100mol%以下的聚酯。对苯二甲酸构成成分的比例不足90mol%和/或乙二醇构成成分的比例不足90mol%时,存在机械特性降低、结晶性降低、耐湿热性降低的情况。另外,以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯是指全部二羧酸构成成分中的2,6-萘二甲酸构成成分的比例为90mol%以上100mol%以下、优选为95mol%以上100mol%以下,且聚酯组合物中的全部二醇构成成分中的乙二醇构成成分的比例为90mol%以上100mol%以下、优选为95mol%以上100mol%以下。2,6-萘二甲酸构成成分不足90mol%和/或乙二醇构成成分的比例不足90mol%时,存在机械特性降低、结晶性降低、耐湿热性降低的情况。
作为上述聚酯组合物的主成分的聚酯优选以具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分作为共聚成分,相对于该聚酯的总构成成分优选含有0.025mol%以上1.5mol%以下。
这里所说的具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分是指在1分子中具有3个基团以上的羧基数和羟基数的任一者或两者。
将具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分共聚时,分子链之间通过多官能化合物成分的部分交联。交联的结果为由于分子链的分子运动性降低、进一步抑制了水解的进行,因此优选。作为具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分,可举出将偏苯三酸、环己烷三甲酸、联苯四甲酸、苯均四酸、丁烷四甲酸、长链脂肪族羧酸3倍体化得到的三聚酸等多元羧酸及其酸酐和酯,甘油、季戊四醇、二季戊四醇、三羟甲基丙烷、二(三羟甲基)丙烷、三羟基苯、三羟基己烷等多元醇、柠檬酸、二羟基苯甲酸、二羟基萘甲酸等多元羟基羧酸及其酸酐和酯等。特别是,从耐湿热性、薄膜成型性的方面出发,优选具有3个羧基和/或羟基的构成成分。
上述聚酯组合物中,作为磷化合物必须含有磷酸碱金属盐和磷酸。作为磷酸碱金属盐,例如可举出磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸三钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸三钾、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸三锂等。优选磷酸二氢碱金属盐、磷酸氢二碱金属盐。另外,从长期的耐湿热性的方面出发,优选碱金属元素为Na、K的磷酸碱金属盐。特别优选磷酸二氢钠、磷酸二氢钾。
另外,上述聚酯组合物的磷元素含量P相对于聚酯组合物整体必须为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下。
另外,上述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种的金属元素,即便其他以外的2价金属元素的含量分别很多,相对于聚酯组合物整体也必须为5ppm以下。这里,金属元素还包括不仅以原子状态、还以离子状态存在于聚酯组合物中的情况。需要说明的是,一般来说,金属元素在聚酯组合物中以离子状态存在。
另外,关于上述聚酯组合物,当使相对于聚酯组合物整体的碱金属元素的含量为M1(mol/t)、相对于聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,利用下述(i)式求得的金属含量M(mol/t)和磷元素的含量P(mol/t)必须满足下述式(ii)。
(i)M=(M1)/2+M2
(ii)1.1≤M/P≤3.0
上述2价的金属元素是指至化学周期表第3周期的碱土类金属元素、第5周期之后的第1族至12族的元素以及除去Ti之外的第4周期的过渡金属元素。本发明的金属元素的价数是存在于在金属原子的电子轨道中位于最外层或最接近最外层的位置的s轨道的电子个数之和。
聚酯组合物所含的Mn元素、Ca元素必须是含有这些金属元素的金属化合物。这些金属化合物具有作为酯交换反应催化剂的功能。
上述聚酯组合物包含含有选自Na、Li、K中至少1种金属元素的金属化合物和含有选自Sb、Ti、Ge中至少1种金属元素的金属化合物,这些金属元素的含量之和相对于聚酯组合物整体优选为30ppm以上、2000ppm以下。通过使金属元素的含量之和在该范围内,可以抑制COOH末端基团的量、耐热性提高。需要说明的是,Na、Li、K是碱金属元素。另外,Sb、Ti、Ge是具有聚合催化性能的金属元素,作为聚合催化剂发挥功能。
如上所述,上述聚酯组合物含有磷酸碱金属盐和磷酸的两者作为磷化合物。通过为这种构成,由于缓冲作用,聚酯的COOH末端基团的活性降低、抑制湿热环境气氛下的水解进行,结果可以大大提高耐湿热性。
上述聚酯组合物中,磷元素的含量P相对于聚酯组合物整体必须为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下。磷元素的含量P不足1.8mol/t时,由于磷酸碱金属盐和磷酸的含量不充分,因此无法抑制在湿热环境气氛下的COOH末端基团量的增加、聚酯组合物的水解易于进行,有导致耐湿热性降低的危险。另外,当磷元素的含量P超过5.0mol/t时,磷酸碱金属盐和/或磷酸的含量变得过剩。磷酸碱金属盐过剩时,有磷酸碱金属盐发生异质化的顾虑,磷酸过剩时,因磷酸发生聚合催化剂失活、聚合反应迟缓、COOH末端基团量增加,因而有聚酯组合物的耐湿热性降低的危险。另外,从耐湿热性的方面出发,优选上述聚酯组合物中的磷酸碱金属盐的含量相对于聚酯组合物整体为1.3mol/t以上、3.0mol/t以下。另外,从长期的耐湿热性的方面出发,磷酸的含量相对于磷酸碱金属盐以摩尔数计优选为0.4倍以上、1.5倍以下。
聚酯组合物中含有的碱金属元素和Mn元素、Ca元素与含有磷元素的化合物或聚酯的COOH末端基团化学键合,抑制了因磷化合物所导致的聚合催化剂的失活、抑制COOH末端基团的自催化作用,发挥抑制水解的效果。碱金属元素对抑制聚合催化剂的失活有效,Mn元素、Ca元素对抑制聚合催化剂的失活和抑制因抑制COOH末端基团的自催化作用所导致的水解有效。
一般来说,聚酯组合物中含有的金属离子与含有COOH末端基团的羰基化学键合。特别是,当金属离子与COOH末端基团的羰基化学键合时,由于存在水分子,COOH末端基团的自催化作用得以表现,由此引起水解、导致聚酯劣化。为了抑制该水解,使得与COOH末端基团进行化学键合的金属离子和水分子稳定化是有效果的。即,使金属离子与水分子水合是有效果的。作为该效果的指标,可以使用金属离子的水化焓与金属离子半径的乘积。作为该乘积的值大的金属元素,可以举出Mn、Ca、Al离子。这些金属离子能够更有效地使水分子稳定化,其结果可以提高聚酯组合物的耐湿热性。特别是,Mn元素、Ca元素的化合物由于作为酯交换反应催化剂的性能高,因此作为所含有的金属元素更为优选。
另外,磷化合物由于在聚酯组合物中以阴离子的形式存在,因此与在聚酯组合物中以离子状态存在的金属元素进行化学键合。磷化合物来源的阴离子当与聚合催化剂来源的金属元素的离子进行化学键合时,则聚合催化剂变得失活。通过使聚合催化剂来源的金属元素以外的金属元素离子存在于聚酯组合物中,可以抑制聚合催化剂来源的金属元素离子与磷化合物来源的阴离子的化学键合,可以抑制聚合催化剂的失活。这里,成为抑制因磷化合物导致的聚合催化剂失活或抑制聚酯组合物的COOH末端基团自催化作用的指标是上述(ii)式所示的M/P。该式中的M表示在聚酯组合物中与磷化合物来源的阴离子进行化学键合的金属元素离子的含量。
但是,由于在聚酯组合物中磷化合物来源的阴离子为2价的,因此与2价金属元素的阳离子以1:1发生相互作用。因而,在聚酯组合物中,相对于成为1价阳离子的金属元素含量M1需要乘以系数0.5。
在上述聚酯组合物中,M/P必须为1.1以上、3.0以下,当不足1.1时,相对于磷化合物量的金属元素量过少,抑制因磷化合物导致的聚合催化剂失活或抑制聚酯组合物的COOH末端基团的自催化作用并不充分,因此在聚合反应时,COOH末端基团量增加、无法抑制湿热环境气氛下的水解反应的进行,有耐湿热性降低的危险。另外,当M/P超过3.0时,含有金属元素的化合物变得过剩、有发生异质化的危险。通过使M/P为上述范围,可获得异物少、耐湿热性优异的聚酯组合物。M/P更优选为1.15以上、1.4以下。
如上所述,在上述聚酯组合物中,Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于聚酯组合物整体分别为5ppm以下。Mn元素、Ca元素以外的2价金属元素的含量中任一个金属元素含量相对于聚酯组合物整体超过5ppm时,妨碍了因Mn元素、Ca元素导致的聚合催化剂的失活抑制效果或者COOH末端基团的自催化抑制作用,有耐湿热性降低的危险。更优选Mn元素、Ca元素以外的2价金属元素的总含量为5ppm以下。
上述聚酯组合物中,从机械特性、耐热性的方面出发,优选固有粘度为0.6以上、1.0以下。更优选为0.7以上、0.9以下。
上述聚酯组合物中,从耐湿热性的方面出发,优选COOH末端基团量为15eq./t(equivalent/ton)以下。更优选为12eq./t以下。
还可在不损害本发明效果的范围内,在上述聚酯组合物中配合耐热稳定剂、耐氧化稳定剂、紫外线吸收剂、紫外线稳定剂、有机类/无机类的平滑剂、有机类/无机类的微粒、填充剂、成核剂、染料、分散剂、偶联剂等添加剂。
本发明的薄膜是具有由上述聚酯组合物形成的层(P层)的薄膜。需要说明的是,该P层可以是含有上述聚酯组合物和着色颜料而形成的层(P’层)。
上述着色颜料为白色颜料时,优选该颜料的含量相对于P’层整体为1wt%以上、20wt%以下。作为白色颜料,从对于紫外线的稳定性(耐UV性)的观点出发,优选硫酸钡、氧化钛等,从耐UV性和耐湿热性的观点出发,特别优选金红石型氧化钛。含量不足1wt%时,无法充分地发挥耐UV性。含量超过20%时,有耐湿热性降低的危险。
另外,上述着色颜料为黑色颜料时,优选该颜料的含量相对于P’层整体为0.5wt%以上、5wt%以下。作为黑色颜料,从耐UV性和耐湿热性的观点出发,优选炭黑。含量不足0.5wt%时,无法充分地发挥耐UV性,含量超过5wt%时,有耐湿热性降低的危险。
在上述薄膜中,P层的厚度优选为10μm以上、500μm以下、更优选为20μm以上、300μm以下。更优选为25μm以上、250μm以下。需要说明的是,P层为上述P’层的情况也同样。
上述薄膜的整体厚度优选为10μm以上、500μm以下、更优选为20μm以上、300μm以下。更加优选为25μm以上、250μm以下。
另外,上述薄膜中,从耐湿热性的方面出发,相对于薄膜整体厚度的P层的厚度比例优选为50%以上、更优选为70%以上、更加优选为80%以上、最优选上述薄膜仅由P层构成。需要说明的是,P层为上述P’层的情况也同样。
上述薄膜中,从能够进一步提高耐湿热性的方面出发,优选上述聚酯为双轴取向。
上述聚酯组合物和使用其的薄膜具有很高的耐湿热性,可优选发挥其特长适用于以太阳电池背板、温热饮水机马达用电绝缘材料、混合动力车等中使用的汽车空调器用马达或驱动马达用等的电绝缘材料、电容器用材料、汽车用材料、建筑材料为代表的重视耐湿热性的用途。在这些用途中,可优选作为太阳电池用背板用薄膜或马达用绝缘材料使用,特别优选作为马达用绝缘材料使用。
本发明的片状结构体为使本发明的薄膜为芯层(a层),在a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层)的片状结构体。通过为上述构成,获得具有高耐热性、耐湿热性、加工性的电绝缘用片材。
上述片状结构体的b1层和/或b2层中使用的以聚芳硫醚为主成分的片材是指在构成片材的树脂成分中含有80重量%以上具有-(Ar-S)-重复单元的均聚物或共聚物。上述片状结构体中,均聚物或共聚物的含量优选为90重量%以上、更优选为95重量%以上、特别优选为98重量%以上。作为上述Ar,例如可举出下述化学式1(A)~(K)所示的构成单元等。(需要说明的是,下述化学式1中R1、R2为选自氢、烷基、烷氧基、卤基中的取代基,R1和R2可相同也可不同。)
上述片状结构体中,作为b1层和/或b2层中使用的聚芳硫醚的重复单元,优选上述化学式1(A)所示的结构单元,作为它们的代表例子可举出聚苯硫醚、聚苯硫醚砜、聚苯硫醚酮、它们的接枝共聚物、嵌段共聚物和它们的混合物等。作为特别优选的聚芳硫醚,例如从树脂的加工性或聚合工序的经济性的观点出发,优选可举出聚苯硫醚。
上述片状结构体作为上述聚芳硫醚的重复单元,优选含有80mol%以上、更优选含有90mol%以上、更加优选含有95mol%以上的下述化学式2的结构单元所示的对亚芳基硫醚单元。对亚芳基硫醚单元不足80mol%时,树脂的结晶性或玻璃转移温度等低,有时损害作为聚芳硫醚特征的耐热性、尺寸稳定性和机械特性等。
上述片状结构体中的以聚芳硫醚为主成分的片材可以是纤维片材、无取向的片材、至少在一轴以上取向的片材,从耐热性、加工性的观点出发,优选为双轴取向片材。
上述片状结构体的b1层和/或b2层中使用的以芳族聚酰胺为主成分的片材是指在形成片材的树脂成分中含有80重量%以上的具有下述化学式3和/或化学式4所示重复单元的芳香族聚酰胺。上述片状结构体中,芳香族聚酰胺的含量优选为90重量%以上、更优选为95重量%以上、特别优选为98重量%以上。
-(-NH-Ar1-NHCO-Ar2-CO-)-
-(NH-Ar3-CO-)-
这里,作为Ar1、Ar2、Ar3的基团,例如可举出下述化学式5(L)~(P)等。
另外,X、Y的基团可以选自:
A组:-O-、-CO-、-CO2-、-SO2-、
B组:-CH2-、-S-、-C(CH3)2-等中。
上述片状结构体中,b1层和/或b2层中使用的芳香族聚酰胺优选上述芳香环具有对位取向性者占总芳香环的80mol%以上、更优选占90mol%以上。进而,当芳香族聚酰胺含有80mol%以上的下述化学式6所示的重复单元时,由于耐热性、机械特性优异,因此优选。
(这里,p、q为0~4的整数)
另外,上述片状结构体中,从耐热性、机械特性的观点出发,也可优选使用由上述芳族聚酰胺所构成的纤维所形成的片材。
上述片状结构体中,还优选在a层与b1层之间和/或a层与b2层之间存在粘结层(c层)。
这里所说的粘结层(c层)是指通过层叠在上述片状结构体(即层叠薄膜)的a层与b1层和/或b2层之间,与未层叠的情况相比,可以提高a层-b1层之间和/或a层-b2层之间的粘合力的层。
作为该c层中使用的化合物,可以使用以环氧类化合物、异氰酸酯类化合物、丙烯酸类化合物或氨基甲酸酯类化合物代表的粘结剂、烯烃类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类等各种树脂的单体或混合物、化合物、转化物等,其为溶液类或无溶剂类均可。
作为上述c层中使用的化合物,从耐热性或处理性等的观点出发,特别优选使用环氧类化合物。环氧类化合物只要是在分子中具有至少2个以上环氧基的化合物即可,例如可举出双酚A型环氧类化合物、双酚F型环氧类化合物或双酚型环氧类化合物或酚醛型环氧类化合物等。另外,为了赋予阻燃性,有效的是使用卤化环氧类化合物、特别是溴化环氧类化合物。此时,仅通过溴化环氧类化合物,虽然可以赋予阻燃性,但粘结剂的耐热性降低增大,因此更为有效的是制成与非溴化环氧类化合物的混合体系。考虑溴含量和环氧基当量,还可混合使用2种以上。
另外,c层中使用的化合物中还优选使用固化剂。作为固化剂,例如可举出双氰胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基硫醚、二氨基二苯甲酮、二氨基二苯基砜、二乙基三胺等胺类化合物,2-烷基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-烷基咪唑、2-苯基-4-烷基咪唑、1-氰基乙基-2-甲基咪唑等咪唑衍生物,1,8-二氮杂双环[5,4,0]十一碳烯、7,1,4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷等化合物,三苯基膦、三乙基膦等磷类化合物,苄基二甲基胺、2-(二甲基氨基)苯酚、2,4,6-三(二氨基甲基)苯酚等芳香族叔胺类,二甲基环己基胺等脂环族叔胺类,邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、苯均四酸等有机酸,三氟化硼三乙基胺络合物、三氟化硼哌嗪络合物等三氟化硼的胺络合物、三氯化硼的胺络合物、五氟化磷、五氟化砷、五氟化锑、四氟化硼胺盐、氟硼酸锌、氟硼酸锡等氟硼酸金属等,可单独使用或者混合使用2种以上。作为固化剂,可以使用甲酚型、清漆型酚醛树脂等的酚醛树脂。作为酚醛树脂,例如可举出苯酚、联苯酚、甲酚、对叔丁基苯酚等烷基取代苯酚,萜烯、二环戊二烯等环状烷基改性苯酚,含有硝基、卤基、氨基、氰基等杂原子的官能团者,具有萘、蒽等骨架者等。固化剂的添加量相对于形成c层的化合物整体优选为0.01重量%以上、50重量%以下。不足0.01重量%时,固化变得不充分、无法获得充分的耐热性。另外,超过50重量%时,有涂膜变脆、粘结性降低的危险。为了获得耐热性良好者,特别优选使用二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基硫醚、二氨基二苯甲酮、二氨基二苯基砜等芳香族多胺。
层叠粘结层(c层)的方法可适用凹版涂布法、逆式涂布法、模具涂布法等涂布法或干式层压法或挤压层压法等层压法等公知的方法。
在通过共挤出层叠上述薄膜(a层)和以聚芳硫醚为主成分的片材(b1层和/或b2层)时,从层叠性、成型性的观点出发,优选在a层中添加相对于a层整体为10重量%~20重量%的聚醚酰亚胺。这里所说的聚醚酰亚胺是指作为重复单元含有脂肪族、脂环族或芳香族类的醚单元和环状酰亚胺基,优选使用下述化学式7所示的聚合物。
但是,上述式中R1为具有6~30个碳原子的2价芳香族或脂肪族残基,R2为选自下述基团中的2价有机基团:具有6~30个碳原子的2价芳香族残基、具有2~20个碳原子的亚烷基、具有2~20个碳原子的亚环烷基和被具有2~8个碳原子的亚烷基进行了链终止的聚二烃基硅氧烷基。
聚醚酰亚胺的添加量相对于a层整体不足10重量%时,有层叠性变差、a层与b1层和/或a层与b2层之间发生剥离的可能性。添加量超过20重量%时,有在成膜中易于发生破裂、加工性恶化的危险。
上述片状结构体中,优选a层的厚度A(μm)和b1层的厚度B1(μm)和b2层的厚度B2(μm)满足下述(4)式的特征。
(4)0.1≤(B1+B2)/A≤4.0
当(4)式的值小于0.1时,存在由聚酯组合物形成的a层的比例大、无法耐受高温下的使用的危险。当(4)式的值超过4.0时,由于由聚酯组合物形成的a层的比例小、韧性降低,因此存在加工性降低的危险。通过使(4)式的值处于0.1以上、4.0以下的范围,可以兼顾耐热性和加工性。
上述片状结构体中,当设置上述c层时,优选c层的层叠厚度为0.1μm以上、30μm以下。c层的层叠厚度不足0.1μm时,有无法充分提高层间粘结力的情况。c层的层叠厚度超过30μm时,例如作为上述电绝缘用片材使用时,有c层熔融、剥离,污染工序的情况。c层的层叠厚度较优选为0.2μm以上、20μm以下、更加优选为0.5μm以上、10μm以下。
另外,在上述片状结构体中含有的薄膜(a层)中,优选拉曼光谱法的面取向系数R为5.0以上、10.0以下。拉曼光谱法的面取向系数R为对薄膜照射激光、由1615cm-1的拉曼光谱的峰强度求得。首先,求得激光的偏振光在配置与薄膜平面方向垂直的偏振光时的强度(I(ND))、在配置与薄膜平面长度方向平行的偏振光时的强度(I(MD))和在配置与薄膜平面宽度方向平行的偏振光时的强度(I(TD))。在拉曼光谱中,由于1615cm-1的拉曼条带归属于苯环的C=C伸缩振动(vC=C),因此通过分别用I(MD)、I(TD)除以I(ND)来求得薄膜长度方向和宽度方向的各自取向系数R(MD)、R(TD)。进而,如下述式所示,求得R(MD)、R(TD)的平均值,作为薄膜面方向的取向系数(面取向系数)R。
R=(R(MD)+R(TD))/2
R(MD)=I(MD)/I(ND)
R(TD)=I(TD)/I(ND)
一般来说,在形成a层的薄膜、特别是由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯等结晶性聚酯制造的聚酯薄膜中存在聚酯的结晶部和非晶部,在对结晶性聚酯进行双轴拉伸所获得的聚酯薄膜中也存在通过分子链在拉伸方向上取向、聚酯发生结晶化的部分(以下为取向结晶部)和不经过该取向、发生了结晶化的部分(以下仅称作结晶部)和非晶部。进而,认为非晶部是与结晶部、取向结晶部相比,密度低、平均分子间距离大的状态。
当聚酯薄膜暴露在湿热环境气氛下时,水分(水蒸汽)通过密度低的该非晶部的分子链之间进入到内部,使得非晶部增塑化、提高分子链的运动性。另外,聚酯来源于该原料、具有COOH末端基团,但进入到内部的水分对COOH末端基团进行自催化,将分子链的运动性相对高的非晶部水解。如此,通过将其水解,在非晶部中随着低分子量化的进行、分子链的运动性进一步提高,在非晶部中发生了低分子量化的聚酯的结晶化进行。如此,韧性本来就高的非晶部发生低分子量化、变成结晶部,结果薄膜的脆化进行、最终变成即便是很微小的冲撞也会断裂的状态。
面取向系数R小于5.0时,构成a层的薄膜中的取向结晶化部很少,因此非晶部的紧张消失、运动性很高,因而在湿热环境气氛下,有结晶的肥大化易于进行、薄膜的脆化易于发生的危险。另外,当面取向系数R大于10.0时,取向结晶化部的比例多,非晶部在湿热环境气氛下进行结晶化时,有非晶部的量变得极少、薄膜的脆化易于发生的危险。
接着,对本发明的聚酯组合物、薄膜、片状结构体的制造方法的一例进行说明,但本发明并非仅限定于该例。
从抑制COOH末端基团量的观点出发,本发明的聚酯组合物的制造方法优选按顺序包含下述(5)、(6)的工序。
(5)酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂,进行酯交换反应。
(6)聚合工序,在(5)获得的组合物中以相对于聚酯组合物整体为0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐,以摩尔数计为磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合。
工序(5)(即酯交换工序)是以乙酸锰和/或乙酸钙作为反应催化剂,使二羧酸的二甲基酯与二醇发生酯交换反应,获得含有聚酯的低聚合体的组合物的工序。这里所说的含有聚酯的低聚合体的组合物是指该固有粘度小于0.3的组合物。作为本发明的聚酯组合物主成分的聚酯由于作为共聚成分含有具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分,因此在(5)的工序中,相对于该聚酯的总构成成分优选含有0.025mol%以上1.5mol%以下的、具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分。
工序(6)(即聚合工序)是在(5)获得的含有聚酯的低聚合体的组合物中添加磷酸和磷酸碱金属盐,使聚酯聚合,获得聚酯组合物的工序。
作为工序(6)的聚合的催化剂,还优选添加二氧化锗的乙二醇溶液、三氧化锑、烷氧基钛、钛螯合物化合物等。
工序(6)中的磷酸碱金属盐的添加量相对于聚酯组合物整体不足1.3mol/t时,有长期的耐湿热性不足的情况。另外,当磷酸碱金属盐的添加量相对于聚酯组合物整体超过3.0mol/t时,变得易于异质化。特别是,从耐热性、耐湿热性的方面出发,作为碱金属元素需要为1.3mol/t、以上6.0mol/t以下,从耐热性、耐湿热性的方面出发,作为磷元素需要为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下。另外,工序(6)中,从抑制异物生成、长期的耐湿热性的方面出发,作为磷化合物优选添加相对于磷酸碱金属盐以摩尔数计为0.4倍以上、1.5倍以下的磷酸。更优选的添加量为0.8倍以上、1.4倍以下。不足0.4倍时,存在长期耐湿热性降低的情况。超过1.5倍时,由于过剩的磷酸,聚合催化剂失活、聚合反应迟缓、COOH末端基团量增加,因此存在聚酯组合物的耐湿热性降低的情况。
作为磷酸、磷酸碱金属盐的添加方法,从长期的耐湿热性的方面出发,优选预先溶解在乙二醇等中混合,进行添加。从耐热性、耐湿热性的方面出发,此时的溶剂、分散介质的种类优选使用与本发明聚酯中含有的碳原子数2~4的直链状亚烷基二醇相同的亚烷基二醇。当使用不同种类的亚烷基二醇时,有发生共聚、耐热性降低的情况。特别是,从抑制异物生成的方面出发,优选将此时的混合液的pH调整至2.0以上、6.0以下的酸性。更优选为4.0以上、6.0以下。从聚合反应性的方面出发,优选与聚合催化剂的添加间隔为5分钟以上添加这些磷化合物,在聚合催化剂的添加后、添加前均可添加。
在工序(6)中,优选进行聚合至聚酯组合物的固有粘度达到0.5以上。
这里,当将聚酯组合物的固有粘度提高至0.5以上时,在能够使COOH末端基团量减少为20等量/t以下的范围、进而减少为更少的方面出发,优选使聚合反应温度为Tm+30℃以下。
从增加固有粘度的观点和减少COOH末端基团量的观点出发,优选在工序(6)中在固有粘度0.5以上0.6以下暂时碎片化后,进行固相聚合反应。本发明的固相聚合反应优选在聚合温度为聚酯组合物的Tm-30℃以下、Tm-60℃以上,真空度0.3Torr以下进行。
接着,说明使用如此获得的聚酯组合物制造薄膜的方法。
当上述薄膜为仅由P层形成的单膜构成时,可以使用在挤出机内对P层用原料进行加热熔融,由喷嘴挤出到冷却过的浇铸滚筒上加工成片状的方法(熔融浇铸法)。作为其他的方法,还可以使用将P层用的原料溶解在溶剂中,将该溶液由喷嘴挤出至浇铸滚筒、环形带等支撑体上制成膜状,接着从该膜层中将溶剂干燥除去,加工成片状的方法(溶液浇铸法)等。
利用熔融浇铸法制造P层时,使用挤出机将干燥的聚酯组合物从喷嘴熔融挤出成片状,在冷却至表面温度10℃以上60℃以下的滚筒上通过静电进行密合冷却固化,制作未拉伸片材。通过对该未拉伸片材进行双轴拉伸,可以获得本发明的片材。
利用挤出机进行熔融挤出时,从抑制COOH末端基团增加的方面出发,优选在氮气气氛下使其熔融,向挤出机的碎片供给至挤出至喷嘴的时间越短越好,作为标准,优选为30分钟以下、较优选为15分钟以下、更加优选为5分钟以下。
在Tg以上的温度下对该所得的未拉伸片材进行双轴拉伸。作为进行双轴拉伸的方法,除了分开进行薄膜长度方向和薄膜宽度方向(与薄膜长度方向垂直的方向)的拉伸的逐次双轴拉伸方法之外,还可举出同时进行长度方向和宽度方向的拉伸的同时双轴拉伸方法。
结束所得双轴拉伸薄膜的结晶取向,为了赋予平面性和尺寸稳定性,通过在Tg以上、不足Tm的温度下进行1秒钟以上30秒钟以下的热处理,均匀地慢慢冷却后冷却至室温,从而获得本发明的薄膜。
这里,在上述的片状结构体中为了使a层的面取向系数R为上述值,本发明的薄膜优选通过按顺序包含下述(7)、(8)工序的方法进行制造。需要说明的是,作为获得下述Tg、Tm、Th的方法,例如可举出差示扫描量热测定等。
(7)双轴拉伸工序,当使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上、Tg+40℃以下的温度下将成型为片状的聚酯组合物逐次拉伸至面积倍率14倍以上。
(8)热处理工序,当使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在工序(7)之后,在满足下述式(iii)的范围内进行热处理。
(iii)45℃≤Tm-Th≤90℃
当拉伸温度为Tg以下时,无法进行拉伸。另外,当拉伸温度超过Tg+40℃时,有无法使薄膜取向的危险。当面积倍率不足14倍时,由于取向结晶部的量不充分、面取向系数R小于5.0,因此有耐湿热性降低的危险。当热处理温度Th变高、脱离(iii)式的范围时,由于除了因拉伸产生的取向结晶部之外、非晶部也进入到取向结晶部中,R超过10.0,因此有耐湿热性降低的危险。另外,当热处理温度Th变低、脱离(iii)式的范围时,由于无法使因拉伸产生的取向结晶部的分子链取向变得充分、R不足5.0,因此有耐湿热性降低的危险。通过利用按顺序包含上述工序(7)、(8)的方法制造薄膜,可以使面取向系数R为上述范围,可获得耐湿热性优异的双轴取向薄膜。
接着,说明使用如此所得薄膜制造片状结构体的方法。
作为在上述的片状结构体中层叠上述薄膜(a层)和以聚芳硫醚为主成分的片材(b1层和/或b2层)的方法,优选使用下述方法:通过粘结层(c层)将a层与b1层之间和/或a层与b2层之间粘贴的方法;或者至少2台以上的挤出机通过共挤出进行层叠的方法;熔融层压法;热层压法等方法。
作为在上述的片状结构体中层叠上述薄膜(a层)和以芳族聚酰胺为主成分的片材(b1层和/或b2层)的方法,优选使用下述方法:通过粘结层(c层)将a层与b1层之间和/或a层与b2层之间粘贴的方法;热层压法;溶液层压法等方法。
通过粘结层(c层)将a层与以聚芳硫醚为主成分的片材和/或以芳族聚酰胺为主成分的片材(b1层和/或b2层)粘贴时,设置c层的方法优选涂覆法。此时,可使用在a层上涂布c层后、层叠b1层和/或b2层的方法,在b1层和/或b2层上涂布c层后、层叠a层的方法。根据需要通过实施干燥或效果处理,可获得上述的层叠片状结构体。
下文描述使用2台挤出机通过共挤出将a层和以聚芳硫醚为主成分的片材(b1层和b2层)制作成为b1/a/b2构成的片状结构体的情况。对上述聚酯组合物和由聚醚酰亚胺形成的组合物(形成a层的组合物)干燥后,供给至挤出机1,加热至各个组合物的熔点以上使其熔融。另外,干燥聚芳硫醚树脂(形成b1层和b2层的树脂)后,供给至其他的挤出机2,加热至以聚芳硫醚为主成分的组合物的熔点以上使其熔融。利用设置在挤出装置与喷嘴之间的汇流装置在熔融状态下将它们层叠至达到b1/a/b2的构成,由夹缝状的喷嘴出口挤出后,在冷却至表面温度10℃以上60℃以下的滚筒上通过静电进行密合冷却固化,制作未拉伸的片状结构体。
在Tg以上的温度下对该所得未拉伸片材进行双轴拉伸。作为进行双轴拉伸的方法,除了分开进行薄膜长度方向和薄膜宽度方向(与薄膜长度方向垂直的方向)的拉伸的逐次双轴拉伸方法之外,还可举出同时进行长度方向和宽度方向的拉伸的同时双轴拉伸方法。
结束所得双轴拉伸薄膜的结晶取向,为了赋予平面性和尺寸稳定性,通过在聚酯组合物的Tg以上、不足Tm的温度下进行1秒钟以上、30秒钟以下的热处理,均匀地慢慢冷却后冷却至室温,从而获得上述片状结构体。
如此获得的聚酯组合物、使用其的薄膜、和使用了该薄膜的层叠片状结构体的耐湿热性变得非常优异。因而,使用了该薄膜的层叠片状结构体可特别优选用作耐湿热性优异的电绝缘片材。
(特性的测定·评价方法)
以下叙述特性的测定·评价方法。
需要说明的是,以下的A~E和L所记载的“试样”是指聚酯组合物。
另外,F、H所记载的“试样”是指含有具有由聚酯组合物构成的层(P层)的薄膜或具有由聚酯组合物构成的层(P层)的薄膜的片状结构体或者含有具有由聚酯组合物构成的层(P层)的薄膜的太阳电池背板。
另外,G所记载的“试样”是指具有由聚酯组合物构成的层(P层)的薄膜。
另外,I~K所记载的“试样”是指含有具有由聚酯组合物构成的层(P层)的薄膜的片状结构体。
另外,M、N所记载的“试样”是指聚酯组合物以外的聚合物。
A.固有粘度IV的测定方法
使试样溶解在间氯苯酚100ml中(溶液浓度C=1.2g/ml),使用奥斯特瓦尔德粘度计测定该溶液在25℃下的粘度。另外,同样地测定溶剂的粘度。使用所得的溶液粘度、溶剂粘度,利用下述式(iv)计算[η],使所得[η]的值为固有粘度(IV)。
(iv)ηsp/C=[η]+K[η]2·C
(这里,ηsp=(溶液粘度/溶剂粘度)-1、K为哈金斯常数(为0.343)。)
B.磷量、除了碱金属元素之外的金属元素量的定量测定方法
使用Rigaku Corporation制荧光X射线分析装置(型号:3270)测定元素量。
将冷冻干燥后的试样8g根据JIS K0119的记载作为分析试样。试样中的各元素含量的定量根据JIS K0119(1999)10.1d)的记载进行。
C.碱金属量的定量测定方法
将试样1g称量至铂皿中,在700℃下用1.5hr的时间使其完全地灰化,接着将灰化物溶解在0.1N的盐酸中使得体积达到50ml,获得溶液A。当溶液A中没有不溶物时,将其作为测定试样进行使用。
另一方面,当溶液A中具有不溶物时,通过以下的方法获得测定试样。重新将试样1g称量至铂皿中,在700℃下用1.5hr的时间使其完全地灰化,接着将灰化物溶解在6.5N的硝酸5ml中,获得溶液B。加热溶液B,使硝酸蒸发,获得残渣。将该残渣溶解在0.1N的盐酸中使体积达到50ml,获得溶液B。将该溶液B作为测定试样进行使用。
使用上述测定试样,利用原子吸收光谱分析法(HITACHI LTD制:偏振光塞曼原子吸光光度计180-80。火焰:乙炔-空气)进行定量。定量根据JIS K0121(1999)9.1a的记载进行。
D.COOH末端基团量的测定方法
通过Maulice的方法进行测定。(文献M.J.Maulice,F.Huizinga,Anal.Chim.Acta,22363(1960))
E.聚酯组合物的熔点(Tm)的测定方法
通过基于JIS K-7121(1999)的方法,作为测定装置使用SEICOElectronics industrial Co.,Ltd制差示扫描量热测定装置“RobotDSC-RDC220”,在数据分析中使用disk session“SSC/5200”,根据下述要点实施试样的测定。
将试样各5mg称量至样品盘中,以20℃/分钟的升温速度将试样从25℃加热至300℃(第一轮),在此状态下保持5分钟,接着骤冷至达到25℃以下,再次以20℃/分钟的升温速度从室温升温至300℃(第二轮)。进而,求出所得第二轮的结晶熔融峰的峰顶温度。峰顶有多个时,将最高温度的峰顶作为熔点。
F.断裂伸长率的测定方法
根据ASTM-D882(1997),将试样剪切成1cm×20cm的大小,测定以夹子间5cm、拉伸速度300mm/min进行拉伸时的断裂伸长率。需要说明的是,试样数为n=5,此外对薄膜的长度方向、宽度方向分别测定后,作为它们的平均值求得。
G.面取向系数R的测定方法
使用HORIBA,Ltd Jovin Yvon制T64000,使激光光源为Ar激光(514.5nm、激光功率30mW),对试样照射激光,求得1615cm-1的拉曼光谱的试样的厚度中央处的峰强度。求得激光的偏振光在配置与薄膜平面方向垂直的偏振光时的强度(I(ND))、在配置与薄膜平面长度方向平行的偏振光时的强度(I(MD))和在配置与薄膜平面宽度方向平行的偏振光时的强度(I(TD)),接着分别用I(MD)、I(TD)除以I(ND),从而分别求得薄膜长度方向和宽度方向的取向系数R(MD)、R(TD)。进而,求得R(MD)、R(TD)的平均值,作为薄膜面方向的取向系数R。
H.机械特性的耐湿热性的评价方法
对于薄膜的机械特性的耐湿热性,将试样剪切成测定片的形状(1cm×20cm),之后使用Tabai Espec Corp制高压锅在温度140℃、相对湿度80%RH的条件下进行处理,之后根据上述F.项测定断裂伸长率。需要说明的是,试样数为n=5,另外,分别对薄膜的长度方向、宽度方向进行测定后,将其平均值作为断裂伸长率E1。另外,对进行处理之前的薄膜,也根据上述F.项测定断裂伸长率E0,使用所得断裂伸长率E0、E1,由以下的(v)式计算伸长率保持率,将伸长率保持率达到50%的处理时间作为伸长率半衰期。
(v)伸长率保持率(%)=E1/E0×100
对所得伸长率半衰期如下进行判定。
伸长率半衰期为35小时以上的情况:S
伸长率半衰期为30小时以上、不足35小时的情况:A
伸长率半衰期为25小时以上、不足30小时的情况:B
伸长率半衰期为不足25小时的情况:C
S~B为良好,其中S最为优异。
另外,片状结构体的断裂伸长率为与上述同样,求得处理前的片状结构体的断裂伸长率E0’,在温度140℃、湿度80%RH的条件下进行处理后的断裂伸长率E1’,通过下述式(v’)计算伸长率保持率。需要说明的是,作为测定方法,分别对构成片状结构体的a层的薄膜的长度方向、宽度方向进行测定后,将其平均值作为断裂伸长率E1’。另外,对进行处理之前的片状结构体,也根据上述F.项测定断裂伸长率E0’。
(v’)伸长率保持率(%)=E1’/E0’×100
对所得伸长率半衰期如下进行判定。
伸长率半衰期为40小时以上的情况:S
伸长率半衰期为35小时以上、不足40小时的情况:A
伸长率半衰期为30小时以上、不足35小时的情况:B
伸长率半衰期为不足30小时的情况:C
S~B为良好,其中S最为优异。
另外,背板的断裂伸长率与上述同样,求出处理前的背板的断裂伸长率E0”、在温度140℃、湿度80%RH的条件下进行处理后的断裂伸长率E1”,通过下述式(v”)计算伸长率保持率。需要说明的是,作为测定方法,分别对构成背板的双轴取向薄膜的长度方向、宽度方向进行测定后,将其平均值作为断裂伸长率E1”。
(v”)伸长率保持率(%)=E1”/E0”×100
对所得伸长率半衰期如下进行判定。
伸长率半衰期为35小时以上的情况:S
伸长率半衰期为30小时以上、不足35小时的情况:A
伸长率半衰期为25小时以上、不足30小时的情况:B
伸长率半衰期为不足25小时的情况:C
S~B为良好,其中S最为优异。
I.耐热性的评价方法
将试样剪切成测定片的形状(1cm×20cm)后,使用吉尔老化恒温箱在200℃下进行处理,之后根据上述F.项测定断裂伸长率。需要说明的是,进行测定的试样数为n=5,另外分别对薄膜的长度方向、宽度方向测定后,将其平均值作为断裂伸长率E”1。另外,对进行处理之前的片状结构体,也根据上述F.项测定断裂伸长率E”0,使用所得的断裂伸长率E”0、E”1,通过下述式(vi)计算伸长率保持率,将伸长率保持率达到50%的处理时间作为伸长率半衰期。
(vi)伸长率保持率(%)=E”1/E”0×100
对所得伸长率半衰期如下进行判定。
伸长率半衰期为100小时以上的情况:A
伸长率半衰期不足100小时的情况:B
A为耐热性良好。
J.电特性的耐湿热性的评价方法
将试样剪切成测定片的形状(100mm×100mm),使用Tabai EspecCorp制高压锅,在温度140℃、相对湿度80%RH的条件下进行24hr处理后,根据JIS C23186.3.6项测定体积电阻(Ω·cm)。进行测定的试样数为n=3,将平均值作为体积电阻。
对所得体积电阻,如下进行判定。
体积电阻为1.0×1016Ω·cm以上:A
测定中试样被破坏、无法测定:B
A为电特性的耐湿热性优异。
K.加工性的评价方法
使用马达加工机(Odawara Engineering Co.,Ltd制)将试样冲切成12mm×80mm的尺寸(使薄膜的长度方向为80mm),以总的加工速度2个/秒的速度进行加以折痕的加工,制作1,000个试样,数出断裂或龟裂的发生个数,如下进行判断。
断裂或龟裂的发生个数不足200个:A
断裂或龟裂的发生个数为200个以上:B
A为加工性良好。
L.聚酯组合物的玻璃转移温度(Tg)的测定方法
根据JIS K7121(1999),作为测定装置使用SEICO Electronicsindustrial Co.,Ltd制差示扫描量热测定装置“Robot DSC—RDC220”,在数据分析中使用disk session“SSC/5200”,根据下述要点实施测定。
将试样各5mg称量至样品盘中,以20℃/分钟的升温速度将试样从25℃加热至300℃,在此状态下保持5分钟,接着骤冷至达到25℃以下。之后立即以20℃/分钟的升温速度再次从室温升温至300℃,进行测定。由所得的差示扫描量热测定图表,通过JIS K7121(1999)9.3(1)记载的方法,求得玻璃转移温度。当获得多个玻璃转移温度时,将最高温的玻璃转移温度作为聚酯组合物的玻璃转移温度。
M.聚合物的熔点的测定方法
根据基于JIS K7121(1999)的方法,作为测定装置使用SEICOElectronics industrial Co.,Ltd制差示扫描量热测定装置“RobotDSC—RDC220”,在数据分析中使用disk session“SSC/5200”,根据下述要点实施试样的测定。
将试样各5mg称量至样品盘中,以20℃/分钟的升温速度将试样从25℃加热至300℃(第一轮),在此状态下保持5分钟,接着骤冷至达到25℃以下,再次以20℃/分钟的升温速度从室温升温至300℃(第二轮)。进而,求出所得第二轮的结晶熔融峰的峰顶温度。峰顶有多个时,将其中的最高温度的峰顶作为熔点。
N.聚合物的玻璃转移温度的测定方法
根据JIS K7121(1999),作为测定装置使用SEICO Electronicsindustrial Co.,Ltd制差示扫描量热测定装置“Robot DSC—RDC220”,在数据分析中使用disk session“SSC/5200”,根据下述要点实施测定。
将试样各5mg称量至样品盘中,以20℃/分钟的升温速度将试样从25℃加热至300℃,在此状态下保持5分钟,接着骤冷至达到25℃以下。之后立即以20℃/分钟的升温速度再次从室温升温至300℃,进行测定。由所得的差示扫描量热测定图表,通过JIS K7121(1999)9.3(1)记载的方法,求出玻璃转移温度。当获得多个玻璃转移温度时,将最高温的玻璃转移温度作为聚酯组合物的玻璃转移温度。
[实施例]
以下,举出实施例说明本发明,但本发明并非必须限定于这些。
(PPS原料(PPS-1)的制作)
在带搅拌机的70升高压釜中装入47.5%氢硫化钠8267.37g(70.00mol)、96%氢氧化钠2957.21g(70.97mol)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)11434.50g(115.50mol)、乙酸钠2583.00g(31.50mol)和离子交换水10500g,一边通入氮气一边用约3小时的时间缓慢加热至245℃,将水14780.1g和NMP280g蒸馏除去后,将反应容器冷却至160℃。
接着,添加对二氯苯10235.46g(69.63mol)、NMP9009.0g(91.00mol),在氮气下将反应容器密封,在240rpm下搅拌,同时以0.6℃/分钟的速度升温至238℃。在238℃下进行反应95分钟后,以0.8℃/分钟的速度升温至270℃。在270℃下进行100分钟的反应后,用15分钟的时间压入1260g(70mol)的水,同时以1.3℃/分钟的速度冷却至250℃。之后,以1.0℃/分钟的速度冷却至200℃后,骤冷至室温附近。将内容物取出,洗涤后,在80℃下对所得的含水PPS粒子进行热风干燥,在120℃下进行减压干燥。所得PPS的玻璃转移温度为90℃、熔点为285℃。
(实施例1)
在150℃、氮气气氛下将对苯二甲酸二甲酯100质量份、乙二醇57.5质量份、乙酸锰0.03质量份(以Mn金属元素换算计为1.35mol/t)、三氧化锑0.03质量份熔融。一边搅拌该熔融物,一边用3小时的时间升温至230℃,将甲醇蒸馏除去,结束酯交换反应。酯交换反应结束后,添加在乙二醇0.5质量份中溶解有磷酸0.005质量份(相当于0.52mol/t)和磷酸二氢钠2水合物0.021质量份(相当于1.30mol/t)的乙二醇溶液(pH5.0)。此时的聚酯组合物的固有粘度小于0.2。之后,在最终到达温度285℃、真空度0.1Torr下进行聚合反应,获得固有粘度0.52、COOH末端基团量15eq./t的聚对苯二甲酸乙二醇酯。在160℃下对所得聚对苯二甲酸乙二醇酯干燥6小时,使其结晶化。之后,进行220℃、真空度0.3Torr、8小时的固相聚合,获得固有粘度0.85、COOH末端基团量10.2eq./t的聚对苯二甲酸乙二醇酯。所得聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的玻璃转移温度为82℃、熔点为255℃。
将固相聚合后的聚对苯二甲酸乙二醇酯在180℃的温度下进行真空干燥2小时后,在氮气气氛下供给至挤出机。在挤出温度280℃下使其从T模中喷出,使用浇铸滚筒(20℃)进行骤冷,使用静电施加法进行片材化。将该片材在薄膜的长度方向上在拉伸温度90℃下以拉伸倍率3.5倍拉伸后,在薄膜的宽度方向上在拉伸温度100℃下以拉伸倍率4.2倍拉伸,在200℃下进行热处理8秒钟,获得厚50μm的双轴取向薄膜。
接着,作为b1层、b2层,在厚12μm的聚苯硫醚(PPS)薄膜(TORAYINDUSTRIES制“Torelina”)的各个单面上按照干燥后的厚度达到5μm进行调整,使用凹版辊涂布环氧类粘结剂“Kemit TE2301”(TORAY FINECHEMICALS CO.,LTD.制)(c层),在100℃下干燥3分钟。进而,以所得的厚50μm的双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(a层)为中央层的方式,重叠PPS薄膜(b1层、b2层)后,在150℃下用1小时的时间使c层固化,获得厚84μm的电绝缘片材(b1层/c层/a层/c层/b2层)。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表1、11。确认到具有很高的特性。
另外,使用该双轴取向薄膜(作为上述a层使用的薄膜)作为第1层,作为粘结层涂布“TAKELAC(注册商标)”A310(MITSUI TAKEDACHEMICALS,INC制)90质量份、“Takenate(注册商标)”A3(MITSUITAKEDA CHEMICALS,INC制),在其上贴合厚75μm双轴拉伸聚酯薄膜“Lumirror(注册商标)”S10(TORAY INDUSTRIES(株)制)作为第2层。接着,在第2层上涂布上述粘结层,按照蒸镀层与第2层为相反侧的方式贴合厚12μm的Barrier Rocks“HGTS”(TORAYADVANCED FILM CO.,LTD制的氧化铝蒸镀PET薄膜),形成背板。对所得背板的机械特性的耐湿热性进行评价。将结果示于表中。
(实施例2~11、17、18、21、22、30~45、47~50)
除了将聚酯组合物的组成如表1、2、3、5~10记载的那样进行改变之外,使用与实施例1相同的方法获得聚酯组合物。按照聚酯组合物的组成达到表的记载,改变所用原料的量或种类。例如,在改变了磷元素含量的实施例中,改变在酯交换反应结束后添加的磷酸和磷酸二氢钠的添加量。另外,在聚酯组合物中含有Ca元素的实施例中,使用乙酸钙来代替乙酸锰的一部分或全部。另外,在碱金属盐的种类为钾的实施例中,使用磷酸二氢钾来代替在酯交换反应结束后添加的磷酸二氢钠。另外,在将磷酸碱金属盐的种类替换成磷酸三钠的实施例中,交换反应结束后添加磷酸三钠来代替酯添加的磷酸二氢钠。将所得聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的玻璃转移温度示于表1、2、3、5~10。另外,与实施例1同样地获得双轴取向薄膜、电绝缘片材。另外,与实施例1同样地获得太阳电池背板。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表11~19。实施例5、6、10、17、18、21、22、30~45中,机械特性的耐湿热性比实施例1良好,其他特性与实施例1同样地高。实施例2~4、7~9、11具有与实施例1同样高的特性。
(实施例12~16、19、20、46)
作为具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分,按照达到表所记载的比例将表2、3、5、9所记载的构成成分聚合,制成聚酯组合物的组成,除此之外与实施例1同样地获得聚酯组合物。具体地说,在实施例12中变更为对苯二甲酸二甲酯99.87质量份、偏苯三酸三甲酯0.13质量份、乙二醇57.5质量份。另外,在实施例16中变更为对苯二甲酸二甲酯100质量份、乙二醇57.5质量份、甘油0.047质量份。将所得聚酯组合物的玻璃转移温度、熔点示于表2、3、5、9。接着,除了使拉伸条件如表2、3、5、9所示以外,与实施例1同样地获得双轴取向薄膜。另外,与实施例1同样地获得电绝缘片材。另外,与实施例1同样地获得太阳电池背板。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表12~14、18。可知与实施例1相比,机械特性的耐湿热性更高。
(实施例23~25)
除了将聚酯薄膜的厚度如表14、15的记载所示进行变更之外,与实施例5同样地获得双轴取向薄膜。另外,除了将b1层、b2层中使用的“Torelina”的厚度如表14、15记载所述进行改变之外,与实施例1同样地获得电绝缘片材。另外,与实施例1同样地获得太阳电池背板。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表3、6、14、15。确认到具有与实施例5同样的高特性。
(实施例26)
除了代替对苯二甲酸二甲酯使用2,6-萘二甲酸二甲酯100质量份之外,与实施例5同样地获得固有粘度0.90、COOH末端基团12.5eq./t的聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。所得聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯组合物的玻璃转移温度为123℃、熔点为265℃。
在180℃的温度下对所得聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯进行真空干燥2小时后,在氮气气氛下供给至挤出机。在挤出温度300℃下由T模喷出,使用浇铸滚筒(20℃)进行骤冷,使用静电施加法进行片材化。将该片材在薄膜的长度方向上在拉伸温度135℃下以拉伸倍率3.5倍拉伸后,在薄膜的宽度方向上在拉伸温度140℃下以拉伸倍率4.2倍拉伸,在230℃下进行热处理8秒钟,获得厚50μm的双轴取向薄膜。使用该薄膜,与实施例1同样地获得电绝缘片材。另外,与实施例1同样地获得太阳电池背板。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表6、15。确认到具有与实施例5同样高的特性。
(实施例27)
在150℃下对50重量%的实施例5中获得的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和50重量%的General Electric社制的聚醚酰亚胺(PEI)碎片“Ultem”1010(玻璃转移温度217℃、固有粘度0.68)进行除湿干燥5小时后,供给至加热至320~290℃(在螺杆区域、挤出头部设定温度梯度)的具备二轴3段型螺杆(PET与PEI的混炼增塑化区域/dulmadge混炼区域/利用反扭dulmadge的微分散相容化区域)的排气式双螺杆挤出机(L/D=40、排气孔的减压度为200Pa),以滞留时间3分钟进行熔融挤出,获得含50重量%Ultem的PET/PEI混合碎片。
接着,将30重量%的所得PET/PEI混合碎片和70重量%的实施例5中所得PET碎片混合,(PET与PEI的混合比率:PET,85重量%;PEI,15重量%),在180℃下减压干燥3小时后,供给至熔融部加热至280℃的挤出机1中。另一方面,在180℃下对PPS原料(PPS-1)减压干燥3小时后,供给至熔融部加热至320℃的挤出机2中。接着,使用利用这2台挤出机进行熔融的、设定为聚合物温度290℃的3层用汇流块使其汇流,制成3层层叠(b1/a/b2)。通过汇流块的聚合物流量按照相对于双轴拉伸·热处理后的最终薄膜总厚度的表层部(b1层、b2层)的总层叠厚度比率达到20%的方式,通过调节设置于各个线路中的齿轮泵的转数、控制挤出量来调整各层的厚度。如此,使熔融聚合物达到3层层叠状态,从设定为温度290℃的T模的喷嘴进行熔融挤出后,一边对表面温度20℃的浇铸滚筒施加静电一边进行密合冷却固化,制作未拉伸层叠片材。将该未拉伸层叠片材在110℃的温度下在薄膜长度方向上以3.8倍的倍率进行拉伸,接着,以拉伸温度115℃、拉伸倍率4.0倍在薄膜的宽度方向上进行拉伸,接着在温度210℃下进行8秒钟的热处理,获得厚30μm的电绝缘片材。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表6、15。确认到具有与实施例5同样高的特性。
(实施例28)
使a层中使用的聚酯薄膜与实施例23同样,作为b1层、b2层使用厚50μm的芳族聚酰胺纤维片材(Teijin Advance Films制“Nomex”),除此之外与实施例1同样地获得电绝缘片材。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表6、15。确认到具有与实施例23同样高的特性。
(实施例29)
使a层中使用的聚酯薄膜与实施例23同样,作为b1层使用厚50μm的芳族聚酰胺纤维片材(Teijin Advance Films制“Nomex”),作为b2层使用25μm的“Torelina”,除此之外与实施例1同样地获得电绝缘片材。对所得片材的特性进行评价。将结果示于表6、15。确认到具有与实施例23同样高的特性。
(实施例51、52)
将实施例5中获得的聚酯组合物80重量份和平均粒径200nm的二氧化钛20重量份投入到经排气的挤出机中,在该挤出机内使其熔融混炼,获得含有二氧化钛的聚酯组合物。将该含有二氧化钛的聚酯组合物与实施例5中获得的聚酯组合物混合,使所得P’层所含颜料的含量达到表的记载,获得由P’层构成的双轴取向薄膜。另外,使用该薄膜,与实施例1同样地获得电绝缘片材、太阳电池背板。将结果示于表10、19。
(实施例53、54)
将实施例5中获得的聚酯组合物80重量份和一次平均粒径40nm的炭黑20重量份投入到经排气的挤出机中,在该挤出机内使其熔融混炼,获得含有炭黑的聚酯组合物。将该含有炭黑的聚酯组合物与实施例5中获得的聚酯组合物混合,使所得P’层所含颜料的含量达到表的记载,获得由P’层构成的双轴取向薄膜。另外,使用该薄膜,与实施例1同样地获得电绝缘片材、太阳电池背板。将结果示于表10、19。
(比较例1~18)
除了如记载所示改变聚酯组合物的组成之外,利用与实施例1相同的方法获得聚酯组合物。将所得聚对苯二甲酸乙二醇酯的玻璃转移温度示于表4、20、21。另外,与实施例1同样地获得双轴取向薄膜、电绝缘片材。另外,与实施例1同样地获得太阳电池背板。对所得片材特性进行评价。将结果示于表22~24。可知虽然耐热性、加工性优异,但与实施例1~54相比,机械特性的耐湿热性、电特性的耐湿热性差。
产业上的可利用性
本发明的聚酯组合物、薄膜具有很高的耐湿热性,可优选发挥其特长适用于以太阳电池背板、温热饮水机马达用电绝缘材料、混合动力车等中使用的汽车空调器用马达或驱动马达用等的电绝缘材料、电容器用材料、汽车用材料、建筑材料为代表的重视耐湿热性的用途。其中,可优选作为太阳电池用背板用薄膜或马达用绝缘材料使用,特别优选作为马达用绝缘材料使用。
另外,本发明的片状结构体在长时间内的高耐湿热性优异,可发挥其特性适用于电绝缘材料的用途。
Claims (12)
1.一种聚酯组合物,其特征在于,所述聚酯组合物以聚酯为主成分,所述聚酯为以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯或以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯,
所述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,磷元素的含量P(mol/t)相对于所述聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于所述聚酯组合物整体分别为5ppm以下,
所述聚酯组合物包含含有选自Na、Li、K中至少1种金属元素的金属化合物和含有选自Sb、Ti、Ge中至少1种金属元素的金属化合物,这些金属元素的含量之和相对于聚酯组合物整体为30ppm以上、2000ppm以下,
使相对于所述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于所述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的所述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和所述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=M1/2+M2
(ii)1.1≦M/P≦3.0。
2.如权利要求1所述的聚酯组合物,其中,作为所述聚酯组合物主成分的聚酯以具有3个以上羧酸基和/或羟基的构成成分作为共聚成分,相对于所述聚酯的总构成成分含有0.025mol%以上、1.5mol%以下。
3.一种薄膜,其特征在于,所述薄膜具有由以聚酯为主成分的聚酯组合物形成的层(P层),所述聚酯为以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯或以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯,
所述聚酯为双轴取向,所述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,所述聚酯组合物中的磷元素的含量P(mol/t)相对于所述聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,所述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,所述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于所述聚酯组合物整体分别为5ppm以下,
所述聚酯组合物包含含有选自Na、Li、K中至少1种金属元素的金属化合物和含有选自Sb、Ti、Ge中至少1种金属元素的金属化合物,这些金属元素的含量之和相对于聚酯组合物整体为30ppm以上、2000ppm以下,
使相对于所述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于所述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的所述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和所述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=M1/2+M2
(ii)1.1≦M/P≦3.0。
4.如权利要求3所述的薄膜,其中,所述P层为含有着色颜料而成的P’层,所述P’层中作为所述着色颜料的白色颜料的含量相对于所述P’层整体为1wt%以上、20wt%以下,或者,作为所述着色颜料的黑色颜料的含量相对于所述P’层整体为0.5wt%以上、5wt%以下。
5.一种片状结构体,其特征在于,所述片状结构体将具有由以聚酯为主成分的聚酯组合物形成的层(P层)的薄膜作为a层(芯层),
所述聚酯为以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯或以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯,
在所述a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在所述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),使所述a层的厚度为A(μm)、所述b1层的厚度为B1(μm)、所述b2层的厚度为B2(μm)时,A、B1、B2满足关系式0.1≦(B1+B2)/A≦4.0,所述聚酯为双轴取向,所述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,所述聚酯组合物中的磷元素的含量P相对于所述聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,所述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,所述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于所述聚酯组合物整体分别为5ppm以下,
所述聚酯组合物包含含有选自Na、Li、K中至少1种金属元素的金属化合物和含有选自Sb、Ti、Ge中至少1种金属元素的金属化合物,这些金属元素的含量之和相对于聚酯组合物整体为30ppm以上、2000ppm以下,
使相对于所述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于所述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的所述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和所述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=M1/2+M2
(ii)1.1≦M/P≦3.0。
6.如权利要求5所述的片状结构体,其中,在利用激光拉曼光谱分析法获得的1615cm-1的拉曼光谱中,使在配置与薄膜平面方向垂直的偏振光时的强度为I(ND)、在配置与薄膜平面长度方向平行的偏振光时的强度为I(MD)、在配置与薄膜平面宽度方向平行的偏振光时的强度为I(TD),通过下述式求得的所述a层的面取向系数R为5.0以上、10.0以下,
R=(R(MD)+R(TD))/2
R(MD)=I(MD)/I(ND)
R(TD)=I(TD)/I(ND)。
7.一种电绝缘用片材,其特征在于,所述电绝缘用片材使用下述片状结构体形成,所述片状结构体将具有由以聚酯为主成分的聚酯组合物形成的层(P层)的薄膜作为a层(芯层),
所述聚酯为以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯或以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯,
在所述a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在所述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),使所述a层的厚度为A(μm)、所述b1层的厚度为B1(μm)、所述b2层的厚度为B2(μm)时,A、B1、B2满足关系式0.1≦(B1+B2)/A≦4.0,所述聚酯为双轴取向,所述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,所述聚酯组合物中的磷元素的含量P相对于所述聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,所述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,所述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于所述聚酯组合物整体分别为5ppm以下,
所述聚酯组合物包含含有选自Na、Li、K中至少1种金属元素的金属化合物和含有选自Sb、Ti、Ge中至少1种金属元素的金属化合物,这些金属元素的含量之和相对于聚酯组合物整体为30ppm以上、2000ppm以下,
使相对于所述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于所述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的所述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和所述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=(M1)/2+M2
(ii)1.1≦M/P≦3.0。
8.一种太阳电池背板,其特征在于,所述太阳电池背板使用以聚酯为主成分的聚酯组合物形成,
所述聚酯为以对苯二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯或以2,6-萘二甲酸和乙二醇为主构成成分的聚酯,
所述聚酯组合物含有磷酸和磷酸碱金属盐,所述聚酯组合物中的磷元素的含量P(mol/t)相对于所述聚酯组合物整体为1.8mol/t以上、5.0mol/t以下,所述聚酯组合物含有Mn、Ca中的至少任1种金属元素,所述聚酯组合物中的Mn、Ca以外的2价金属元素的含量相对于所述聚酯组合物整体分别为5ppm以下,
所述聚酯组合物包含含有选自Na、Li、K中至少1种金属元素的金属化合物和含有选自Sb、Ti、Ge中至少1种金属元素的金属化合物,这些金属元素的含量之和相对于聚酯组合物整体为30ppm以上、2000ppm以下,
使相对于所述聚酯组合物整体的碱金属元素含量为M1(mol/t)、使相对于所述聚酯组合物整体的Mn元素含量和Ca元素含量之和为M2(mol/t)时,通过下述(i)式求得的所述聚酯组合物中的金属含量M(mol/t)和所述磷元素的含量P(mol/t)满足下述(ii)式,
(i)M=(M1)/2+M2
(ii)1.1≦M/P≦3.0。
9.一种聚酯组合物的制造方法,其特征在于,其为权利要求1所述的聚酯组合物的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;和
聚合工序,在通过所述酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合。
10.一种薄膜的制造方法,其特征在于,其为权利要求3所述的薄膜的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;
聚合工序,在通过所述酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,之后进行聚合;
双轴拉伸工序,在使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上、Tg+40℃以下的温度下对通过所述聚合工序获得的成型为片状的聚酯组合物进行逐次双轴拉伸至面积倍率14倍以上;和
热处理工序,在使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在所述双轴拉伸工序之后,在满足下述(iii)式的范围内进行热处理,
(iii)45≦Tm-Th≦90。
11.一种片状结构体的制造方法,其特征在于,其为权利要求5所述的片状结构体的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;
聚合工序,在通过所述酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,至后进行聚合;
双轴拉伸工序,在使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上、Tg+40℃以下的温度下对通过所述聚合工序获得的成型为片状的聚酯组合物进行逐次双轴拉伸至面积倍率14倍以上;
热处理工序,在使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在所述双轴拉伸工序之后,在满足下述(iii)式的范围内进行热处理;和
层叠工序,以所述薄膜作为a层(芯层),在所述a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在所述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),
(iii)45≦Tm-Th≦90。
12.一种电绝缘片材的制造方法,其特征在于,其为权利要求7所述的电绝缘片材的制造方法,所述制造方法实施以下工序:
酯交换工序,使用二羧酸的二甲基酯和二醇,以乙酸锰和/或乙酸钙作为催化剂进行酯交换反应;
聚合工序,在通过所述酯交换工序获得的组合物中以0.5mol/t以上、3.0mol/t以下的量添加磷酸碱金属盐、以摩尔数计以磷酸碱金属盐的0.4倍以上、1.5倍以下的比例添加磷酸,至后进行聚合;
双轴拉伸工序,在使聚酯组合物的玻璃转移温度为Tg(℃)时,在Tg以上、Tg+40℃以下的温度下对通过所述聚合工序获得的成型为片状的聚酯组合物进行逐次双轴拉伸至面积倍率14倍以上;
热处理工序,在使聚酯组合物的熔点为Tm(℃)、热处理温度为Th(℃)时,在所述双轴拉伸工序之后,在满足下述(iii)式的范围内进行热处理;和
层叠工序,以所述薄膜作为a层(芯层),在所述a层的一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b1层),在所述a层的另一侧上层叠以聚芳硫醚为主成分的片材或以芳族聚酰胺为主成分的片材中的任一种的层(b2层),
(iii)45≦Tm-Th≦90。
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