JP2016039275A - Electret material and using method thereof, and sensor and using method thereof - Google Patents

Electret material and using method thereof, and sensor and using method thereof Download PDF

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小池 弘
Hiroshi Koike
弘 小池
誠一郎 飯田
Seiichiro Iida
誠一郎 飯田
児玉 秀和
Hidekazu Kodama
秀和 児玉
猛夫 古川
Takeo Furukawa
猛夫 古川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electret material which achieves good sensitivity even in a low frequency region by selecting a thermoplastic resin having the elastic modulus that decreases in the low frequency region; and a using method of such an electret material; a sensor arranged by use of such an electret material; and a using method of such a sensor.SOLUTION: An electret material comprises a thermoplastic resin. In the electret material, the content of the thermoplastic resin is 50 mass% or more. The electret material includes a porous resin film. When measuring a loss modulus (E'') of the porous resin film at a frequency of 1 Hz in a temperature range of -100 to 100°C with a temperature rising rate of 1°C/min, the peak temperature of the loss modulus (E'') is 0-40°C.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は振動や圧力変化などの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機械−電気エネルギー変換、赤外線や温度変化などの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱−電気エネルギー変換、機械エネルギーを熱エネルギーに変換する機械−熱エネルギー変換などに利用できるエレクトレット材料に関する。
特に、フィルムの内部に電荷を蓄積することにより得られる本発明のエレクトレット材料は、可聴周波数領域において優れた電気−機械エネルギー変換性能を有するものである。
The present invention is mechanical-electrical energy conversion that converts mechanical energy such as vibration and pressure changes into electrical energy, thermal-electrical energy conversion that converts thermal energy such as infrared rays and temperature changes into electrical energy, and mechanical energy is converted into thermal energy. The present invention relates to an electret material that can be used for mechanical-thermal energy conversion.
In particular, the electret material of the present invention obtained by accumulating charges in the film has excellent electro-mechanical energy conversion performance in the audible frequency range.

エレクトレットとは、外部に電界が存在しない状態でも内部に半永久的に電気分極を保持して外部に対して電界を形成する(電気力を及ぼす)素材であって、従来電気を通しにくい高分子材料や無機質材料などを熱的・電気的に処理することでその材料の一部を半永久的に分極した(巨視的には静電気を帯びさせた、電荷を保持した)ものを指す。
従来から高分子材料よりなるエレクトレットは、その使用態様に応じて、フィルム、シート、繊維、不織布等の様々な形態で用いられている。特にエレクトレットを成形加工してなるエレクトレットフィルターは、電界により微小な埃やアレルゲン等を効率的に吸着するエアーフィルター等の用途に広く使用されてきた。またエレクトレットは、スピーカー、ヘッドフォン、マイクロフォン、超音波センサー、圧力センサー、加速度センサー、振動制御装置などの電気−機械エネルギー変換用の材料として各種用途への利用が広がってきている。
An electret is a material that forms an electric field to the outside (applies an electric force) while maintaining electric polarization semi-permanently even in the absence of an external electric field, and has been difficult to conduct electricity in the past. A material that is semi-permanently polarized (macroscopically charged with static charge) by thermally or electrically treating a material or inorganic material.
Conventionally, electrets made of a polymer material are used in various forms such as a film, a sheet, a fiber, and a non-woven fabric depending on the use mode. In particular, electret filters formed by molding electrets have been widely used for applications such as air filters that efficiently adsorb minute dust, allergens, and the like by an electric field. In addition, the electret is widely used in various applications as a material for electro-mechanical energy conversion such as a speaker, a headphone, a microphone, an ultrasonic sensor, a pressure sensor, an acceleration sensor, and a vibration control device.

多孔性樹脂フィルムを用いたエレクトレットは、圧電効果を示すことが知られており、音の検出、音の発生、振動測定、振動制御などに使用することができる。
例えば、発泡可能なプラスチック材料をフィルム上に押し出すと同時に発泡させることにより多孔質構造の弾性フィルムを得、続いて該フィルムを二次元に延伸されてなる発泡フィルムが提案されている(特許文献1)。
ところが、通常の発泡フィルムは次第にガスが抜けてしまうために、一定の空孔率に保つことが困難であった。そこで、特許文献1には発泡フィルムが膨張している内に熱処理を施して、熱可塑性樹脂の結晶化を促して形状固定化する方法が開示されている。
しかしながら、前記プラスチック材料の相転移温度またはガラス転移温度より高い温度では、熱可塑性樹脂の気体透過性が向上するため、発泡フィルム内部のガスが抜けやすくなり、エネルギー変換効率が低下してしまうという欠点があった。
An electret using a porous resin film is known to exhibit a piezoelectric effect, and can be used for sound detection, sound generation, vibration measurement, vibration control, and the like.
For example, a foamed film is proposed in which a foamable plastic material is extruded onto a film and foamed at the same time to obtain an elastic film having a porous structure, and then the film is stretched two-dimensionally (Patent Document 1). ).
However, since a normal foamed film gradually loses its gas, it has been difficult to maintain a constant porosity. Therefore, Patent Document 1 discloses a method of fixing the shape by applying heat treatment while the foamed film is expanded to promote crystallization of the thermoplastic resin.
However, at a temperature higher than the phase transition temperature or glass transition temperature of the plastic material, the gas permeability of the thermoplastic resin is improved, so that the gas inside the foamed film tends to escape and the energy conversion efficiency is reduced. was there.

一方、本発明者らは環境負荷が小さい圧電材料として、熱可塑性樹脂と特定の体積平均粒径を有する無機微細粉末または有機フィラーを使用して一定の空孔サイズを有するエネルギー変換用フィルムを提案している(引用文献2、引用文献3)。
しかしながら従来のエレクトレット材料は帯電特性が高い樹脂を選択する観点から、誘電率と誘電損失が低い熱可塑性樹脂が良いとされてきた。このような樹脂は、誘電率及び誘電損失の周波数依存性が無い為、周波数に対して熱可塑性樹脂の静電容量が一定である。ここで、キャパシタ(コンデンサ)のインピーダンスは静電容量及び周波数に反比例するため、従来のエレクトレット材料は低周波程インピーダンスが上昇する特性があった。
従って、従来のエレクトレット材料を振動センサーやマイクロフォンなどの低周波領域を対象としたセンサーに用いた場合に、インピーダンス特性からセンサーの感度が低下しやすい欠点があった。
On the other hand, the present inventors proposed a film for energy conversion having a certain pore size using a thermoplastic resin and an inorganic fine powder or organic filler having a specific volume average particle size as a piezoelectric material with a small environmental load. (Cited document 2, cited document 3).
However, from the viewpoint of selecting a resin having high charging characteristics, a conventional electret material has been considered to be a thermoplastic resin having a low dielectric constant and dielectric loss. Since such a resin has no frequency dependence of dielectric constant and dielectric loss, the capacitance of the thermoplastic resin is constant with respect to the frequency. Here, since the impedance of the capacitor (capacitor) is inversely proportional to the capacitance and the frequency, the conventional electret material has a characteristic that the impedance increases as the frequency decreases.
Therefore, when the conventional electret material is used for a sensor targeting a low frequency region such as a vibration sensor or a microphone, there is a drawback that the sensitivity of the sensor is likely to be lowered due to impedance characteristics.

特開昭61−148044号公報JP-A-61-148044 特開2011−084735号公報JP 2011-084735 A 特開2011−086924号公報JP 2011-086924 A

本発明では、従来技術のように誘電率と誘電損失が低い熱可塑性樹脂を選択する代わりに、低周波領域で弾性率が低下する熱可塑性樹脂を選択することによって、低周波領域でも感度が良好なエレクトレット材料及びその使用方法、並びに該エレクトレット材料を使用したセンサー及びその使用方法を提供することを目的とした。   In the present invention, instead of selecting a thermoplastic resin having a low dielectric constant and dielectric loss as in the prior art, by selecting a thermoplastic resin whose elastic modulus decreases in the low frequency region, the sensitivity is good even in the low frequency region. An object of the present invention is to provide an electret material and a method of using the same, a sensor using the electret material, and a method of using the sensor.

本発明者らは、これらの課題を解決する為に鋭意検討を進めた結果、熱可塑性樹脂を50質量%以上含有するエレクトレット材料であって、該エレクトレット材料が含む多孔質樹脂フィルムを−100〜100℃の温度範囲で、1℃/minの昇温速度で周波数1Hzにて損失弾性率(E’’)を測定したとき、損失弾性率(E’’)ピーク温度が0〜40℃であることにより、室温において低周波領域でも感度が良好なエレクトレット材料を提供できることを見出し本発明に至った。
すなわち本発明は下記の通りである。
As a result of diligent studies to solve these problems, the inventors of the present invention are electret materials containing 50% by mass or more of a thermoplastic resin, and the porous resin film contained in the electret materials is −100 to When the loss elastic modulus (E ″) is measured at a frequency of 1 Hz at a temperature increase rate of 1 ° C./min in a temperature range of 100 ° C., the peak temperature of the loss elastic modulus (E ″) is 0 to 40 ° C. As a result, it has been found that an electret material having good sensitivity can be provided even in a low frequency region at room temperature, and the present invention has been achieved.
That is, the present invention is as follows.

(1)熱可塑性樹脂を含有するエレクトレット材料であって、
該エレクトレット材料における該熱可塑性樹脂の含有率が50質量%以上であり、
該エレクトレット材料は多孔質樹脂フィルムを含んでなり、
該多孔質樹脂フィルムを−100〜100℃の温度範囲で、1℃/minの昇温速度で周波数1Hzにて損失弾性率(E’’)を測定したとき、損失弾性率(E’’)ピーク温度が0〜40℃である
ことを特徴とするエレクトレット材料。
(2)熱可塑性樹脂を含有するエレクトレット材料であって、
直流コロナ放電により絶縁破壊電圧に達しない電圧で電荷注入を実施した前記エレクトレット材料を以下の方法で測定した時、共鳴周波数が10Hz〜1MHzの範囲内に現れることを特徴とするエレクトレット材料。
共鳴周波数の測定法:25℃、相対湿度50%の環境で該エレクトレット材料の静電容量(C)および誘電損失(tanδ)を周波数1kHz〜1MHzの範囲で測定し、下記式1により求めた比誘電率(ε)及び上記測定で得られた誘電損失(tanδ)を周波数の対数に対してプロットし、誘電損失(tanδ)のピークが観測される周波数の0.5倍〜1.5倍の周波数の範囲内で比誘電率(ε)の変化が最大となる周波数を共鳴周波数(Sf)とする。
ε=C×t/A/ε ・・・(式1)
C : エレクトレット材料の静電容量[F]
ε : 比誘電率[−]
ε : 真空の誘電率(8.854×10−12)[F/m]
A : 電極面積[m
t : エレクトレット材料の厚み[m]
(3)前記共鳴周波数の測定において、下記式2から求められる誘電率変化率(Se)が0.1〜5.0%である、上記(2)に記載のエレクトレット材料。
Se=(εrB−εrA)/εrS×100 ・・・(式2)
Se : 誘電率変化率[%]
εrS : 共鳴周波数における比誘電率[−]
εrB : 共鳴周波数の0.5倍の周波数における比誘電率[−]
εrA : 共鳴周波数の2.0倍の周波数における比誘電率[−]
(4)前記共鳴周波数の測定において、1kHzから共鳴周波数の0.5倍の周波数までの範囲における比誘電率(εrf)を、最小二乗法を用いて下記式3で近似した時の傾き(a)で表される周波数依存性が−0.0200〜−0.0001である、上記(2)に記載のエレクトレット材料。
εrf =a × log(Feq) + b ・・・(式3)
εrf : 比誘電率[−]
Feq: 周波数[Hz]
a : 傾き
b : Y切片
(5)熱可塑性樹脂を含有するエレクトレット材料であって、
該エレクトレット材料を25℃、相対湿度50%の環境でJIS−K−7244−4に従って周波数0.01Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(0.01))と周波数100Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(100))とから下記式4により求められる貯蔵弾性率比(A)が1.10〜2.00であることを特徴とするエレクトレット材料。
= E’(100)/E’(0.01) ・・・(式4)
: 貯蔵弾性率比[−]
E’(100) : 周波数100Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
E’(0.01) : 周波数0.01Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
(6)上記(1)〜(5)に記載のエレクトレット材料であって、
該エレクトレット材料が熱可塑性樹脂50〜98質量%、空孔形成核剤を49.99〜1.99質量%、分散剤を0.01〜10質量%含む(熱可塑性樹脂と空孔形成核剤と分散剤との含有率の合計が100%である)、エレクトレット材料。
(7)下記式5で算出される、前記エレクトレット材料の空孔率が10〜70%である上記(6)に記載のエレクトレット材料。
(1) An electret material containing a thermoplastic resin,
The content of the thermoplastic resin in the electret material is 50% by mass or more,
The electret material comprises a porous resin film,
When the loss elastic modulus (E ″) of the porous resin film was measured at a frequency of 1 Hz at a temperature increase rate of 1 ° C./min in the temperature range of −100 to 100 ° C., the loss elastic modulus (E ″) An electret material having a peak temperature of 0 to 40 ° C.
(2) An electret material containing a thermoplastic resin,
An electret material wherein a resonance frequency appears in a range of 10 Hz to 1 MHz when the electret material subjected to charge injection at a voltage that does not reach a dielectric breakdown voltage by direct current corona discharge is measured by the following method.
Resonance frequency measurement method: the ratio (C) and dielectric loss (tan δ) of the electret material measured in the frequency range of 1 kHz to 1 MHz in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity The dielectric constant (ε r ) and the dielectric loss (tan δ) obtained by the above measurement are plotted against the logarithm of the frequency, and the frequency at which the peak of the dielectric loss (tan δ) is observed is 0.5 to 1.5 times. The frequency at which the change in relative permittivity (ε r ) is maximum within the frequency range is defined as the resonance frequency (Sf).
ε r = C × t / A / ε 0 (Expression 1)
C: Capacitance of electret material [F]
ε r : relative permittivity [−]
ε 0 : Dielectric constant of vacuum (8.854 × 10 −12 ) [F / m]
A: Electrode area [m 2 ]
t: thickness of electret material [m]
(3) The electret material according to (2) above, wherein a dielectric constant change rate (Se) obtained from the following formula 2 is 0.1 to 5.0% in the measurement of the resonance frequency.
Se = (ε rB -ε rA) / ε rS × 100 ··· ( Formula 2)
Se: Dielectric constant change rate [%]
ε rS : relative dielectric constant at resonance frequency [−]
ε rB : relative permittivity [−] at a frequency 0.5 times the resonance frequency
ε rA : relative dielectric constant [−] at a frequency 2.0 times the resonance frequency
(4) In the measurement of the resonance frequency, the slope when the relative dielectric constant (ε rf ) in the range from 1 kHz to 0.5 times the resonance frequency is approximated by the following equation 3 using the least square method ( The electret material according to (2), wherein the frequency dependency represented by a) is -0.0200 to -0.0001.
[epsilon] rf = a * log (Feq) + b (Formula 3)
ε rf : relative permittivity [−]
Feq: Frequency [Hz]
a: inclination b: Y section (5) An electret material containing a thermoplastic resin,
Storage modulus (E ′ (0.01) ) measured at a frequency of 0.01 Hz and storage elastic modulus measured at a frequency of 100 Hz for the electret material in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50% according to JIS-K-7244-4. An electret material having a storage elastic modulus ratio (A e ) calculated from (E ′ (100) ) according to the following formula 4 from 1.10 to 2.00:
A e = E ′ (100) / E ′ (0.01) (Expression 4)
A e : Storage elastic modulus ratio [−]
E ′ (100) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 100 Hz
E ′ (0.01) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 0.01 Hz
(6) The electret material according to (1) to (5) above,
The electret material contains 50 to 98% by mass of a thermoplastic resin, 49.99 to 1.99% by mass of a pore forming nucleating agent, and 0.01 to 10% by mass of a dispersant (a thermoplastic resin and a pore forming nucleating agent). And the total content of the dispersant is 100%), electret material.
(7) The electret material according to (6), wherein the electret material has a porosity of 10 to 70%, calculated by the following formula 5.

Figure 2016039275
ρ:JIS−K−7112:1999で測定した樹脂フィルムの真密度
ρ :JIS−K−7222:2005で測定した樹脂フィルムの密度
(8)上記(1)に記載のエレクトレット材料を該エレクトレット材料の前記損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させることを特徴とするエレクトレット材料の使用方法。
(9)上記(1)〜(7)の何れかに記載のエレクトレット材料を使用したセンサー。
(10)上記(9)に記載のセンサーを、該センサーを構成するエレクトレット材料の前記損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させることを特徴とするセンサーの使用方法。
Figure 2016039275
ρ 0 : True density of resin film measured according to JIS-K-7112: 1999 ρ: Density of resin film measured according to JIS-K-7222: 2005 (8) The electret material described in (1) above is the electret material. The method of using an electret material, wherein the loss elastic modulus (E ″) is operated in the range of −20 to 20 ° C. with respect to the peak temperature.
(9) A sensor using the electret material according to any one of (1) to (7).
(10) The sensor according to (9) is operated in a range of −20 to 20 ° C. with respect to the loss elastic modulus (E ″) peak temperature of the electret material constituting the sensor. How to use the sensor.

本発明のエレクトレット材料は、該エレクトレット材料の損失弾性率(E’’)ピーク温度近傍の温度において低周波領域、とりわけ可聴周波数領域で感度が良好であることから、音響センサー、振動センサー、衝撃センサー等の特性に優れ、それらを使用した計測器、制御装置、異常診断システム、防犯装置、スタビライザー、ロボット、打楽器、遊技機等の製造に有用である。   Since the electret material of the present invention has good sensitivity in a low frequency region, particularly in an audible frequency region, at a temperature in the vicinity of the loss elastic modulus (E ″) peak temperature of the electret material, an acoustic sensor, a vibration sensor, and an impact sensor It is useful for manufacturing measuring instruments, control devices, abnormality diagnosis systems, crime prevention devices, stabilizers, robots, percussion instruments, game machines and the like using them.

本発明のエレクトレット材料の一態様の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of the one aspect | mode of the electret material of this invention. バッチ式エレクトレット化装置の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of a batch type electretization apparatus. 連続式エレクトレット化装置の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of a continuous electretization apparatus. バッチ式エレクトレット化装置の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of a batch type electretization apparatus. 連続式エレクトレット化装置の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of a continuous electretization apparatus. 本明細書の実施例1で作成した多孔質樹脂フィルムの相転移温度の測定における貯蔵弾性率(E’)及び損失弾性率(E’’)の温度依存性測定結果である。It is a temperature dependence measurement result of the storage elastic modulus (E ') and loss elastic modulus (E' ') in the measurement of the phase transition temperature of the porous resin film produced in Example 1 of this specification. 本明細書の実施例1で作成した多孔質樹脂フィルムの貯蔵弾性率比の測定における比誘電率(ε)及び誘電正接(tanδ)の周波数依存性の測定結果である。It is a measurement result of the frequency dependence of the dielectric constant (ε r ) and the dielectric loss tangent (tan δ) in the measurement of the storage elastic modulus ratio of the porous resin film prepared in Example 1 of the present specification. 本発明の実施例1で作成した多孔質樹脂フィルムの貯蔵弾性率(E’)の周波数依存性の測定結果である。It is a measurement result of the frequency dependence of the storage elastic modulus (E ') of the porous resin film produced in Example 1 of this invention.

以下に、本発明のエレクトレット材料及びその使用方法、並びにセンサー及びその使用方法について詳細に説明する。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「低周波領域」とは、「可聴周波数領域」を包含するものとする。
Below, the electret material of the present invention and its method of use, and the sensor and its method of use will be described in detail.
In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
Further, in this specification, the “low frequency region” includes an “audible frequency region”.

[損失弾性率(E’’)ピーク温度]
本発明のエレクトレット材料は、該エレクトレット材料における該熱可塑性樹脂の含有率が50質量%以上であり、該エレクトレット材料は多孔質樹脂フィルムを含んでなり、該多孔質樹脂フィルムを−100〜100℃の温度範囲で、1℃/minの昇温速度で周波数1Hzにて損失弾性率(E’’)を測定したとき、損失弾性率(E’’)ピーク温度が0〜40℃である。
相転移温度を求める場合において、引張貯蔵弾性率(E’)及び損失弾性率(E’’)の測定は、JIS−K−7244−1:1998「プラスチック?動的機械特性の試験方法?第1部:通則」及びJIS−K−7244−4:1999「プラスチック-動的機械特性の試験方法-第4部:引張振動-非共振法」に基づいて行う。このとき、−110〜130℃の温度範囲で、1℃/minで定速昇温させながら1Hzの正弦振動をサンプルに加え、動的粘弾性計測装置で引張貯蔵弾性率(E’)[GPa]及び損失弾性率(E’’)[MPa]を測定する。
さらに、温度に対し損失弾性率(E’’)をプロットし、該プロットから損失弾性率(E’’)のピーク温度を読み取る。
[Loss modulus (E '') peak temperature]
In the electret material of the present invention, the content of the thermoplastic resin in the electret material is 50% by mass or more, the electret material includes a porous resin film, and the porous resin film is -100 to 100 ° C. When the loss elastic modulus (E ″) is measured at a frequency of 1 Hz at a rate of temperature increase of 1 ° C./min in the temperature range, the loss elastic modulus (E ″) peak temperature is 0 to 40 ° C.
When determining the phase transition temperature, the tensile storage elastic modulus (E ′) and loss elastic modulus (E ″) are measured according to JIS-K-7244-1: 1998 “Plastics? Part 1: General Rules ”and JIS-K-7244-4: 1999“ Plastics—Test Method for Dynamic Mechanical Properties—Part 4: Tensile Vibration—Non-Resonance Method ”. At this time, in the temperature range of −110 to 130 ° C., a 1 Hz sinusoidal vibration was applied to the sample while increasing the temperature at a constant rate of 1 ° C./min, and the tensile storage elastic modulus (E ′) [GPa] was measured with a dynamic viscoelasticity measuring device. ] And a loss elastic modulus (E '') [MPa].
Further, the loss elastic modulus (E ″) is plotted against the temperature, and the peak temperature of the loss elastic modulus (E ″) is read from the plot.

エレクトレット材料が含んでなる多孔質樹脂フィルムの損失弾性率(E’’)のピーク温度の範囲は0〜40℃が良く、5〜35℃が好ましく、10〜30℃がより好ましく、15〜25℃が更に好ましい。エレクトレット材料における特性上、損失弾性率(E’’)のピーク温度が前記範囲内であれば、室温で本発明の目的とする所期の性能を得ることが出来る。
本発明のエレクトレット材料は、使用環境温度付近の温度に損失弾性率(E’’)のピークを有することから、該温度において引張貯蔵弾性率(E’)に周波数依存性が生じる。
エレクトレット材料に主として用いられる熱可塑性樹脂の特性により観測される損失弾性率(E’’)のピークが変化する。ここで、「主として用いられる熱可塑性樹脂」とは、エレクトレット材料に含まれる熱可塑性樹脂のうち、質量比で最も多く含まれる熱可塑性樹脂の種類を指す。
The range of the peak temperature of the loss modulus (E ″) of the porous resin film comprising the electret material is preferably 0 to 40 ° C., preferably 5 to 35 ° C., more preferably 10 to 30 ° C., and 15 to 25. More preferred is ° C. If the peak temperature of the loss elastic modulus (E ″) is within the above range due to the characteristics of the electret material, the intended performance of the present invention can be obtained at room temperature.
Since the electret material of the present invention has a peak of loss elastic modulus (E ″) at a temperature near the use environment temperature, frequency dependence occurs in the tensile storage elastic modulus (E ′) at the temperature.
The peak of the loss modulus (E ″) observed varies depending on the characteristics of the thermoplastic resin mainly used for the electret material. Here, the “mainly used thermoplastic resin” refers to the type of thermoplastic resin that is contained most in mass ratio among the thermoplastic resins contained in the electret material.

[共鳴周波数]
本発明のエレクトレット材料は、熱可塑性樹脂を含有し、直流コロナ放電により絶縁破壊電圧に達しない電圧で電荷注入を実施したエレクトレット材料を後述の方法で測定した
時、圧電特性による共鳴現象が1kHz〜1MHzの範囲内に現れる。通常圧電性を有する材料の共鳴現象は幅方向、厚み方向、厚み方向、それぞれの方向の共鳴現象が観測され、それぞれ測定するサンプルのサイズや厚みにより共鳴現象が現れる周波数が変化するが、本発明のエレクトレット材料は厚み方向の共鳴現象が1kHz〜1MHzの範囲内に現れる。そのためサンプルのサイズが変化してもエレクトレット材料の厚みは変化しないことから共鳴周波数が変化しない特徴がある。
又、本発明の厚み範囲(10〜500μm)を有する通常の圧電材料の共鳴周波数は1MHzを超えるが、本発明のエレクトレット材料の共鳴周波数はそれよりも遥かに低く、これは本発明のエレクトレット材料が通常の圧電材料に比べて厚み方向の柔軟性が高いことを示している。
[Resonance frequency]
The electret material of the present invention contains a thermoplastic resin, and when the electret material subjected to charge injection at a voltage that does not reach the dielectric breakdown voltage by DC corona discharge is measured by the method described later, the resonance phenomenon due to the piezoelectric characteristics is 1 kHz to Appears in the 1 MHz range. Normally, the resonance phenomenon of the piezoelectric material is observed in the width direction, the thickness direction, and the thickness direction, and the frequency at which the resonance phenomenon appears varies depending on the size and thickness of the sample to be measured. In the electret material, the resonance phenomenon in the thickness direction appears in the range of 1 kHz to 1 MHz. Therefore, the resonance frequency does not change because the thickness of the electret material does not change even if the sample size changes.
In addition, the resonance frequency of the normal piezoelectric material having the thickness range (10 to 500 μm) of the present invention exceeds 1 MHz, but the resonance frequency of the electret material of the present invention is much lower than that, which is the electret material of the present invention. However, it shows that the flexibility in the thickness direction is higher than that of a normal piezoelectric material.

本発明における共鳴周波数の測定方法は、電荷注入を施したエレクトレット材料の静電容量(C)、および誘電損失(tanδ)を周波数1kHz〜1MHzの範囲で測定し、下記式1により求めた比誘電率(ε)及び上記測定で得られた誘電損失(tanδ)を周波数の対数に対してプロットして、比誘電率(ε)の変化が最大となる周波数として求めるものである。
ここで、エレクトレット材料に電荷注入を施すのは、後述の通り、絶縁破壊電圧に達しない電圧での直流コロナ放電により実施される。
また、エレクトレット材料の静電容量(C)を測定するために、エレクトレット材料の両表面に電極を設ける必要があり、スパッタ法によるアルミニウム蒸着により、表面抵抗率が1Ω/□以下となるようにして電極を設ける。
また、周波数1kHz〜1MHzの範囲で測定するためにインピーダンスアナライザを使用する。
測定は25℃、相対湿度50%の環境で行い、比誘電率(ε)及び上記測定で得られた誘電損失(tanδ)を周波数の対数に対してプロットする関係から、周波数1kHz〜1MHzの範囲を対数で均等間隔となる様にスキャンして測定を行う。
測定で得られた静電容量から、下式(1)により比誘電率(ε)を計算する。
ε= C×t/A/ε ・・・(式1)
C :エレクトレット材料の静電容量[F]
ε : 比誘電率[−]
ε : 真空の誘電率(8.854×10−12)[F/m]
A : 電極面積[m
t : エレクトレット材料の厚み[m]
そして、プロットしたグラフから誘電損失(tanδ)にピークが観測される周波数付近の比誘電率(ε)の変化が最大となる周波数を共鳴周波数として求める。より具体的には、誘電損失(tanδ)のピークが観測される周波数の0.5倍〜2.0倍の周波数の範囲内で比誘電率(ε)の変化が最大となる周波数を共鳴周波数とする。
In the present invention, the resonance frequency is measured by measuring the capacitance (C) and dielectric loss (tan δ) of the electret material subjected to charge injection in the frequency range of 1 kHz to 1 MHz, and calculating the relative dielectric constant according to the following formula 1. The ratio (ε r ) and the dielectric loss (tan δ) obtained by the above measurement are plotted against the logarithm of the frequency to obtain the frequency at which the change in the relative permittivity (ε r ) is maximum.
Here, the charge injection is performed on the electret material, as will be described later, by DC corona discharge at a voltage that does not reach the dielectric breakdown voltage.
Further, in order to measure the electrostatic capacity (C) of the electret material, it is necessary to provide electrodes on both surfaces of the electret material, and the surface resistivity should be 1 Ω / □ or less by aluminum deposition by sputtering. An electrode is provided.
In addition, an impedance analyzer is used for measurement in the frequency range of 1 kHz to 1 MHz.
The measurement is performed in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50%. From the relation of plotting the relative dielectric constant (ε r ) and the dielectric loss (tan δ) obtained in the above measurement against the logarithm of the frequency, the frequency of 1 kHz to 1 MHz is obtained. The measurement is performed by scanning the range logarithmically at equal intervals.
From the capacitance obtained by the measurement, the relative dielectric constant (ε r ) is calculated by the following equation (1).
ε r = C × t / A / ε 0 (Expression 1)
C: Capacitance of electret material [F]
ε r : relative permittivity [−]
ε 0 : Dielectric constant of vacuum (8.854 × 10 −12 ) [F / m]
A: Electrode area [m 2 ]
t: thickness of electret material [m]
Then, from the plotted graph, the frequency at which the change in relative permittivity (ε r ) near the frequency at which the peak is observed in the dielectric loss (tan δ) is obtained as the resonance frequency. More specifically, the frequency at which the change in relative permittivity (ε) is maximum within the frequency range of 0.5 to 2.0 times the frequency at which the peak of dielectric loss (tan δ) is observed is the resonance frequency. And

本発明のエレクトレット材料の共鳴周波数の下限は10kHz以上が良く、50kHz以上が好ましく、100kHz以上がより好ましい。一方、本発明のエレクトレット材料の共鳴周波数の上限は1000kHz(1MHz)以下がよく、700kHz以下が好ましく、500kHz以下が更に好ましい。本発明のエレクトレット材料の柔軟性と共鳴周波数とは密接な関係があり、エレクトレット材料の柔軟性が高いと共鳴周波数が低下する傾向がある。共鳴周波数が10kHz以上であれば荷重や気温によりエレクトレット材料の厚みが変化しない程度の剛直性が得られ、共鳴周波数が1MHz以下であればよりエレクトレット材料は特に低周波領域で圧電体としての性能が得られる程度の柔軟性を有する。   The lower limit of the resonance frequency of the electret material of the present invention is preferably 10 kHz or more, preferably 50 kHz or more, and more preferably 100 kHz or more. On the other hand, the upper limit of the resonance frequency of the electret material of the present invention is preferably 1000 kHz (1 MHz) or less, preferably 700 kHz or less, and more preferably 500 kHz or less. There is a close relationship between the flexibility of the electret material of the present invention and the resonance frequency. When the flexibility of the electret material is high, the resonance frequency tends to decrease. If the resonance frequency is 10 kHz or more, rigidity that does not change the thickness of the electret material due to load or air temperature is obtained, and if the resonance frequency is 1 MHz or less, the electret material has a performance as a piezoelectric body particularly in a low frequency region. It has the flexibility that can be obtained.

前記共鳴周波数の測定において、下記式2から誘電率変化率(Se)を求める。
Se=(εrB−εrA)/εrS×100 ・・・(式2)
Se : 誘電率変化率[%]
εrS : 共鳴周波数における比誘電率[−]
εrB : 共鳴周波数の0.5倍の周波数における比誘電率[−]
εrA : 共鳴周波数の2.0倍の周波数における比誘電率[−]
上記式1によれば、共鳴周波数の測定において、真空の誘電率、電極面積、エレクトレット材料の厚みが変化しないことから、比誘電率がエレクトレット材料の静電容量に比例するため、式2を次のように書き換えて算出することができる。
Se=(C−C)/C×100 ・・・(式2’)
Se : 誘電率変化率[%]
: 共鳴周波数における静電容量[F]
: 共鳴周波数の0.5倍の周波数における静電容量[F]
: 共鳴周波数の2.0倍の周波数における静電容量[F]
共鳴周波数前後で観測される誘電率の変化は、共鳴周波数よりも低周波数では非拘束状態で振動していたサンプルが、共鳴周波数より高い周波数では拘束状態となり振動しなくなることにより発生するものである。したがって誘電率変化率(Se)は非拘束状態での振動の大きさを表しており、誘電率変化率(Se)が大きい程、性能が高いエレクトレット材料である。
本発明のエレクトレット材料のSeは、0.1%以上が好ましく、0.2%以上がより好ましく、0.3%以上が更に好ましい。これにより、得られたエレクトレット材料を圧電体として使用した場合に十分な性能を発揮する傾向がある。一方、本発明のエレクトレット材料のSeは、5.0%以下が好ましく、3.0%以下がより好ましく、1.0%以下が更に好ましい。熱可塑性樹脂を使用してSeが5.0%を超えるエレクトレット材料を得ることは技術的に困難である。
In the measurement of the resonance frequency, the dielectric constant change rate (Se) is obtained from the following formula 2.
Se = (ε rB -ε rA) / ε rS × 100 ··· ( Formula 2)
Se: Dielectric constant change rate [%]
ε rS : relative dielectric constant at resonance frequency [−]
ε rB : relative permittivity [−] at a frequency 0.5 times the resonance frequency
ε rA : relative dielectric constant [−] at a frequency 2.0 times the resonance frequency
According to the above equation 1, since the dielectric constant of the vacuum, the electrode area, and the thickness of the electret material do not change in the measurement of the resonance frequency, the relative dielectric constant is proportional to the capacitance of the electret material. It can be rewritten and calculated as follows.
Se = (C B -C A ) / C S × 100 (Equation 2 ′)
Se: Dielectric constant change rate [%]
C S : capacitance at resonance frequency [F]
C B : Capacitance [F] at a frequency 0.5 times the resonance frequency
C A : capacitance [F] at a frequency 2.0 times the resonance frequency
The change in dielectric constant observed before and after the resonance frequency occurs when a sample that vibrates in an unconstrained state at a frequency lower than the resonance frequency becomes restricted and does not vibrate at a frequency higher than the resonance frequency. . Therefore, the dielectric constant change rate (Se) represents the magnitude of vibration in an unconstrained state. The larger the dielectric constant change rate (Se), the higher the performance of the electret material.
Se of the electret material of the present invention is preferably 0.1% or more, more preferably 0.2% or more, and still more preferably 0.3% or more. Thereby, when the obtained electret material is used as a piezoelectric body, there exists a tendency which exhibits sufficient performance. On the other hand, Se of the electret material of the present invention is preferably 5.0% or less, more preferably 3.0% or less, and further preferably 1.0% or less. It is technically difficult to obtain an electret material in which Se exceeds 5.0% using a thermoplastic resin.

前記共鳴周波数の測定において、1kHzから共鳴周波数の0.5倍の周波数までの範囲において、周波数(Feq)の対数に対する比誘電率(εrf)をプロットすると、比誘電率(εrf)の周波数依存性は直線性を示すことがある。
すなわち、上記プロットの直線部分について最小二乗法を用いて下記式3で近似した場合、比誘電率(εrf)の周波数依存性はその傾き(a)で表される。
εrf =a × log(Feq) + b ・・・(式3)
εrf : 比誘電率[−]
Feq: 周波数[Hz]
a : 傾き
b : Y切片
通常、エレクトレット材料として用いられる熱可塑性樹脂は、共鳴周波数より低い週領域ではほぼ一定の比誘電率(εrf)を示し、その周波数依存性(a)は0である。
ここで、上記式2を変形して周波数Feq[Hz]に適用した、次式2’’で求められる周波数Feqにおける誘電率変化率(Se(Feq))の値は、周波数Feqが1kHzから共鳴周波数の0.5倍の周波数までの領域で周波数(Feq)にかかわらず一定で、上記式2におけるSeと同値である。
Se(Feq)=(εr(Feq)−εrA)/εrS×100 ・・・(式2’’)
Se(Feq) : 周波数Feqにおける誘電率変化率[%]
εrS : 共鳴周波数における比誘電率[−]
εr(Feq) : 周波数Feqにおける比誘電率[−]
εrA : 共鳴周波数の1.5倍の周波数における比誘電率[−]
一方、本発明のエレクトレット材料は、周波数が低い程比誘電率が高い特徴があり、その周波数依存性(a)は負の値を取る。
ここで、本発明のエレクトレット材料の特性を上記式2’’に適用すると、Feq(周波数)[Hz]が低い程、誘電率変化率(Se(Feq))が大きくなり、圧電性能が上
昇していく特性を備えている。この現象はエレクトレット材料の損失弾性率(E’’)のピーク付近の温度、すなわちエレクトレット材料の弾性領域で観測される現象であり、本発明のエレクトレット材料の優れた特性を示している。
In the measurement of the resonant frequency in a range from 1kHz to 0.5 times the frequency of the resonance frequency, the frequency of the frequency is plotted the relative dielectric constant (epsilon rf) versus log of (Feq), the relative dielectric constant (epsilon rf) Dependencies can show linearity.
That is, when the linear portion of the plot is approximated by the following equation 3 using the least square method, the frequency dependence of the relative dielectric constant (ε rf ) is expressed by the slope (a).
[epsilon] rf = a * log (Feq) + b (Formula 3)
ε rf : relative permittivity [−]
Feq: Frequency [Hz]
a: slope b: Y intercept Normally, a thermoplastic resin used as an electret material exhibits a substantially constant relative dielectric constant (ε rf ) in the week region lower than the resonance frequency, and its frequency dependency (a) is zero. .
Here, the value of the dielectric constant change rate (Se (Feq) ) at the frequency Feq obtained by the following formula 2 ″ applied to the frequency Feq [Hz] by modifying the above formula 2 is resonant from the frequency Feq of 1 kHz. It is constant regardless of the frequency (Feq) in the region up to 0.5 times the frequency, and is equivalent to Se in the above equation 2.
Se (Feq) = (ε r (Feq) -ε rA) / ε rS × 100 ··· ( Equation 2 '')
Se (Feq) : Dielectric constant change rate [%] at frequency Feq
ε rS : relative dielectric constant at resonance frequency [−]
εr (Feq) : relative permittivity [−] at frequency Feq
ε rA : dielectric constant [−] at a frequency 1.5 times the resonance frequency
On the other hand, the electret material of the present invention is characterized by a higher relative dielectric constant as the frequency is lower, and the frequency dependency (a) takes a negative value.
Here, when the characteristics of the electret material of the present invention are applied to the above formula 2 ″, the lower the Feq (frequency) [Hz], the larger the dielectric constant change rate (Se (Feq) ) and the piezoelectric performance increases. It has the characteristics to go. This phenomenon is a phenomenon observed at the temperature near the peak of the loss elastic modulus (E ″) of the electret material, that is, the elastic region of the electret material, and shows the excellent characteristics of the electret material of the present invention.

本発明のエレクトレット材料における比誘電率の周波数依存性(a)は、−0.0001以下が好ましく、−0.0002以下がより好ましく、−0.0003以下がさらに好ましい。比誘電率の周波数依存性(a)が該上限値以下の値を取る場合、実用上良好な圧電性能が得られる。一方、比誘電率の周波数依存性(a)は−0.0200以上が好ましく、−0.0150以上がより好ましく、−0.0100以上が更に好ましい。比誘電率の周波数依存性(a)が該下限値以上の値を取る場合、低周波領域における圧電性能が良好になる傾向がある。なお、使用する熱可塑性樹脂の粘弾性を下げるか、誘電率の高い樹脂を使用することでエレクトレット材料における比誘電率の周波数依存性(a)を−0.0050以下に設定した場合、エレクトレット材料としての電荷の蓄積性能が低下して、圧電性能そのものが低下することがある。   The frequency dependency (a) of the relative dielectric constant in the electret material of the present invention is preferably −0.0001 or less, more preferably −0.0002 or less, and further preferably −0.0003 or less. When the frequency dependency (a) of the relative dielectric constant takes a value equal to or lower than the upper limit value, practically good piezoelectric performance can be obtained. On the other hand, the frequency dependency (a) of the relative dielectric constant is preferably −0.0200 or more, more preferably −0.0150 or more, and further preferably −0.0100 or more. When the frequency dependency (a) of the relative permittivity takes a value equal to or higher than the lower limit value, the piezoelectric performance in the low frequency region tends to be good. When the frequency dependence (a) of the relative permittivity of the electret material is set to −0.0050 or less by lowering the viscoelasticity of the thermoplastic resin to be used or using a resin having a high dielectric constant, the electret material As a result, the charge storage performance may be reduced, and the piezoelectric performance itself may be reduced.

[貯蔵弾性率比]
本発明のエレクトレット材料は、熱可塑性樹脂を含有し、該エレクトレット材料を25℃、相対湿度50%の環境でJIS−K−7244−4に従って周波数0.01Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(0.01))と周波数100Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(100))とから下記式4により求められる貯蔵弾性率比(A)が1.10〜2.00の範囲である。
= E’(100)/E’(0.01) ・・・(式4)
: 貯蔵弾性率比[−]
E’(100) : 周波数100Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
E’(0.01) : 周波数0.01Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
相転移温度を求める場合において、引張貯蔵弾性率(E’)の測定は、JIS−K−7244−1:1998「プラスチック?動的機械特性の試験方法?第1部:通則」及びJIS−K−7244−4:1999「プラスチック-動的機械特性の試験方法-第4部:引張振動-非共振法」に基づいて行う。このとき、25℃、相対湿度50%の環境で、0.01Hzの正弦振動をサンプルに加え、動的粘弾性計測装置で0.01Hzにおける引張貯蔵弾性率(E’(0.01))[GPa]を測定する。同様に、100Hzの正弦振動をサンプルに加え、動的粘弾性計測装置で100Hzにおける引張貯蔵弾性率(E’(100))[GPa]を測定する。
さらに上記式4に基づいて貯蔵弾性率比を算出(A)する。
貯蔵弾性率比が高いエレクトレット材料は、貯蔵弾性率の周波数依存性が高く、比誘電率の周波数依存性も高いものとなる傾向があり、本発明のエレクトレット材料として好ましい。
[Storage modulus ratio]
The electret material of the present invention contains a thermoplastic resin, and the storage modulus (E ′ ( E ′ ()) measured at a frequency of 0.01 Hz according to JIS-K-7244-4 in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity. 0.01) ) and the storage elastic modulus ratio (E e (100) ) measured at a frequency of 100 Hz, the storage elastic modulus ratio (A e ) determined by the following formula 4 is in the range of 1.10 to 2.00.
A e = E ′ (100) / E ′ (0.01) (Expression 4)
A e : Storage elastic modulus ratio [−]
E ′ (100) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 100 Hz
E ′ (0.01) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 0.01 Hz
In determining the phase transition temperature, the tensile storage modulus (E ′) is measured according to JIS-K-7244-1: 1998 “Plastics—Testing method for dynamic mechanical properties—Part 1: General rules” and JIS-K. -7244-4: 1999 "Plastics-Test method for dynamic mechanical properties-Part 4: Tensile vibration-Non-resonant method" At this time, a sinusoidal vibration of 0.01 Hz was added to the sample in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50%, and the tensile storage elastic modulus (E ′ (0.01) ) at 0.01 Hz with a dynamic viscoelasticity measuring device. GPa] is measured. Similarly, a sinusoidal vibration of 100 Hz is applied to the sample, and the tensile storage elastic modulus (E ′ (100) ) [GPa] at 100 Hz is measured with a dynamic viscoelasticity measuring device.
Further, the storage elastic modulus ratio is calculated (A e ) based on the above formula 4.
An electret material having a high storage elastic modulus ratio has a high frequency dependency of the storage elastic modulus and tends to have a high frequency dependency of the dielectric constant, and is preferable as the electret material of the present invention.

本発明のエレクトレット材料における貯蔵弾性率比は、1.10以上が良く、1.15以上が好ましく、1.20以上がより好ましい。該下限値以上の貯蔵弾性率比を有するエレクトレット材料は、誘電率の周波数依存性が高い傾向があり、所期の圧電性能を得ることができる。一方、本発明のエレクトレット材料における貯蔵弾性率比は2.00以下が良く、1.70以下が好ましく、1.50以下がより好ましい。貯蔵弾性率比が該上限値を超えるエレクトレット材料を製造することは現在の技術では困難である。
なお、エレクトレット材料が平面内で異方性を有する場合、測定サンプルの向きを変えて測定し、最も貯蔵弾性率比が高い値を採用する。
The storage elastic modulus ratio in the electret material of the present invention is preferably 1.10 or more, preferably 1.15 or more, and more preferably 1.20 or more. An electret material having a storage elastic modulus ratio equal to or greater than the lower limit value tends to have a high frequency dependence of dielectric constant, and can obtain the desired piezoelectric performance. On the other hand, the storage elastic modulus ratio in the electret material of the present invention is preferably 2.00 or less, preferably 1.70 or less, and more preferably 1.50 or less. It is difficult to manufacture an electret material having a storage elastic modulus ratio exceeding the upper limit with the current technology.
In addition, when electret material has anisotropy within a plane, it measures by changing the direction of a measurement sample, and employ | adopts the value with the highest storage elastic modulus ratio.

[多孔質樹脂フィルム]
(空孔)
エレクトレット材料は、熱可塑性樹脂、空孔形成核剤、及び分散剤を含有してなる熱可
塑性樹脂フィルムを延伸することにより内部に空孔を形成した多孔質樹脂フィルムを含んでなる。多孔質樹脂フィルムには、電荷を蓄積することに適した形状と、多孔質樹脂フィルムに高い圧縮回復性をもたらす形状とを併せもった空孔が形成されている。
多孔質樹脂フィルム内部の個々の空孔の相対する内面に異なる電荷が1組で保持されると考えている。そのため空孔はその内部に電荷を蓄積する為に、単板型コンデンサと同様に、一定以上の面積と高さが必要になる。一定以上の面積がなければ十分な静電容量が得られず性能の優れたエレクトレットを得ることができない。また一定以上の高さ(距離)がなければ空孔内部で放電(短絡)が発生してしまい電荷が蓄積できない。しかしながら逆に高さ(距離)が大きすぎては電荷の分極に不利であり、安定性に優れたエレクトレットを得ることができない。そのため、コア層(A)内部の個々の空孔のサイズ(面積)は大きいほど有効に機能するものと考えられた。しかし過剰に空孔のサイズを大きくしては、隣接する空孔同士が連通してしまい、隣接空孔間で放電(短絡)が発生して逆に電荷を蓄積しにくくなる。
従って、多孔質樹脂フィルムには、任意の断面で観察した場合その観察像上において、電荷を多く蓄積する観点から、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100個/mm以上有することが好ましく、150個/mm以上有することがより好ましく、200個/mm以上有することが更に好ましく、300個/mm以上有することが特に好ましい。一方、隣接する空孔同士の短絡を抑制する観点から、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を3,000個/mm以下有することが好ましく、2,500個/mm以下有することがより好ましく、2,000個/mm以下有することが更に好ましく、1,500個/mm以下有することが特に好ましい。
[Porous resin film]
(Vacancy)
The electret material comprises a porous resin film in which pores are formed by stretching a thermoplastic resin film containing a thermoplastic resin, a pore-forming nucleating agent, and a dispersant. In the porous resin film, pores having a shape suitable for accumulating electric charges and a shape that provides high compression recovery to the porous resin film are formed.
It is considered that different charges are held in one set on the inner surfaces of the individual pores inside the porous resin film. Therefore, in order to accumulate electric charges inside the holes, the area and height of a certain amount or more are required as in the case of the single plate capacitor. If there is no area larger than a certain area, sufficient electrostatic capacity cannot be obtained, and an electret with excellent performance cannot be obtained. If there is no height (distance) above a certain level, a discharge (short circuit) occurs inside the hole, and charge cannot be accumulated. However, if the height (distance) is too large, it is disadvantageous for charge polarization, and an electret having excellent stability cannot be obtained. For this reason, it was considered that the larger the size (area) of the individual pores inside the core layer (A), the more effectively it functions. However, if the size of the vacancies is excessively increased, adjacent vacancies communicate with each other, and a discharge (short circuit) occurs between the adjacent vacancies, making it difficult to accumulate charges.
Therefore, the porous resin film has a height of 3 to 30 μm in the thickness direction of the film and in the surface direction of the film from the viewpoint of accumulating a large amount of charge on the observed image when observed in an arbitrary cross section. The number of holes having a diameter of 50 to 500 μm is preferably 100 / mm 2 or more, more preferably 150 / mm 2 or more, still more preferably 200 / mm 2 or more, and 300 / mm 2. It is particularly preferable to have the above. On the other hand, from the viewpoint of suppressing a short circuit between adjacent holes, 3,000 holes / having a height of 3 to 30 μm in the thickness direction of the film and a diameter of 50 to 500 μm in the surface direction of the film / It is preferable to have mm 2 or less, more preferably 2500 pieces / mm 2 or less, still more preferably 2,000 pieces / mm 2 or less, and particularly preferably 1,500 pieces / mm 2 or less.

また多孔質樹脂フィルム中に有効な空孔の数が増えるほど電荷の蓄積能力が向上し、エネルギーの変換効率が向上すると考えられるが、ある一定サイズ以上の空孔の数が多くなりすぎると、隣接する空孔同士が連通してしまう可能性が高まることや、フィルム自体の強度が低下してしまい、圧縮などの外力に対して回復しづらい構造となる点で好ましくない。圧縮回復性の不足は、圧縮と復元を繰り返して行っているうちに、復元率が低下するなどの弊害を招き、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機械−電気エネルギー変換用材料としては不都合が発生する場合がある。   In addition, as the number of effective vacancies in the porous resin film increases, it is considered that the charge storage capacity is improved and the energy conversion efficiency is improved. The possibility that adjacent air holes communicate with each other increases, the strength of the film itself decreases, and this is not preferable in that the structure is difficult to recover against an external force such as compression. Insufficient compression recovery results in adverse effects such as a decrease in the recovery rate during repeated compression and decompression, and causes inconvenience as a mechanical-electrical energy conversion material that converts mechanical energy into electrical energy. There is a case.

本発明におけるこのような空孔の形成は、絶縁性が優れる高分子材料である熱可塑性樹脂に無機微細粉末および有機フィラーを含有させ、これを後述する延伸成形することにより達成される。
特に熱可塑性樹脂のガラス転移点乃至融点よりも低い温度で延伸成形することで、有機フィラーを始点(核)とした空孔が形成される。
かかる多孔質樹脂フィルムを有するエレクトレット材料は、下記式5で算出される空孔率が10〜70%であることが好ましい。
Formation of such pores in the present invention is achieved by adding an inorganic fine powder and an organic filler to a thermoplastic resin, which is a polymer material having excellent insulating properties, and performing stretch molding described later.
In particular, by stretching and molding at a temperature lower than the glass transition point or melting point of the thermoplastic resin, pores starting from the organic filler are formed.
The electret material having such a porous resin film preferably has a porosity calculated by the following formula 5 of 10 to 70%.

Figure 2016039275
ρ:JIS−K−7112で測定した樹脂フィルムの真密度
ρ :JIS−K−7222で測定した樹脂フィルムの密度
電荷を蓄積するのに適したサイズの空孔を数多く得て、電荷の蓄積容量を確保する観点から、エレクトレット材料の空孔率は10%以上であり、15%以上であることがより好ましく、25%以上であることが更に好ましく、30%以上であることが特に好ましい。一方、空孔が連通して電荷が短絡することを抑制したり、多孔質樹脂フィルムの弾性率が
極端に劣り、厚み方向の復元性が低下し、耐久性に劣ることを抑制したりする観点から、エレクトレット材料の空孔率は70%以下であり、65%以下であることがより好ましく、60%以下であることが更に好ましく、55%以下であることが特に好ましい。
Figure 2016039275
ρ 0 : True density of the resin film measured according to JIS-K-7112 ρ: Density of the resin film measured according to JIS-K-7222 From the viewpoint of securing the capacity, the porosity of the electret material is 10% or more, more preferably 15% or more, further preferably 25% or more, and particularly preferably 30% or more. On the other hand, it is possible to suppress the short circuit of the charge due to the communication of the pores, the extremely low elastic modulus of the porous resin film, the decrease in the restoring property in the thickness direction, and the suppression of the poor durability. Therefore, the porosity of the electret material is 70% or less, more preferably 65% or less, still more preferably 60% or less, and particularly preferably 55% or less.

(使用材料)
本発明のエレクトレット材料は、熱可塑性樹脂50〜98質量%、空孔形成核剤を49.99〜1.99質量%、分散剤を0.01〜10質量%含む(熱可塑性樹脂と空孔形成核剤と分散剤との含有率の合計が100%である)ことが好ましい。
熱可塑性樹脂は本発明の目的とする相転移温度による効果を充分にえる観点から、50質量%以上含むことが必要であり、70質量%以上含むことがより好ましい。一方、得られたエレクトレット材料に十分な空孔を形成する観点から、98質量%以下含むことが必要であり、96質量%以下含むことがより好ましい。
空孔形成核剤として無機微細粉末を使用する場合は、得られたエレクトレット材料に十分な空孔を形成する観点から12.99質量%以上含むことがより好ましく、14.99質量%以上含むことが更に好ましい。一方、エレクトレット材料に形成される空孔の独立性を持たせる観点から、49.99質量%以下含むことが必要であり、29.99質量%以下含むことが更に好ましい。
空孔形成核剤として有機フィラーを使用する場合は、得られたエレクトレット材料に十分な空孔を形成する観点から、1.99質量%以上含むことが必要であり、3.99質量%以上含むことが更に好ましい。一方、エレクトレット材料に形成される空孔の独立性を持たせる観点から、29.99質量%以下含むことがより好ましく、19.99質量%以下含むことが更に好ましい。
分散剤は空孔形成核剤の分散不良による大空孔または連通空孔の発生による電荷の短絡を抑制する観点から、0.01質量%以上含有することが必要であり、0.03質量%以上含むことがより好ましく、0.05質量%以上含むことが更に好ましい。一方、成形性や電荷保持の観点から、10質量%以下含有することが必要であり、5.00質量%以下含むことがより好ましく、2.00質量%以下含むことが更に好ましい。
(Materials used)
The electret material of the present invention contains 50 to 98% by mass of a thermoplastic resin, 49.99 to 1.99% by mass of a pore-forming nucleating agent, and 0.01 to 10% by mass of a dispersing agent (thermoplastic resin and pores). The total content of the nucleating agent and the dispersing agent is preferably 100%).
The thermoplastic resin is required to be contained in an amount of 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more, from the viewpoint of sufficiently obtaining the effect of the phase transition temperature aimed at by the present invention. On the other hand, from the viewpoint of forming sufficient pores in the obtained electret material, it is necessary to contain 98% by mass or less, and more preferably 96% by mass or less.
When inorganic fine powder is used as the pore-forming nucleating agent, it is more preferably 12.99% by mass or more, and 14.99% by mass or more from the viewpoint of forming sufficient pores in the obtained electret material. Is more preferable. On the other hand, from the viewpoint of providing independence of the holes formed in the electret material, it is necessary to contain 49.99% by mass or less, and more preferably 29.99% by mass or less.
When using an organic filler as a pore-forming nucleating agent, it is necessary to contain 1.99% by mass or more and 3.99% by mass or more from the viewpoint of forming sufficient pores in the obtained electret material. More preferably. On the other hand, from the viewpoint of giving the independence of the holes formed in the electret material, it is more preferably 29.99% by mass or less, and further preferably 19.99% by mass or less.
The dispersant must be contained in an amount of 0.01% by mass or more, and 0.03% by mass or more from the viewpoint of suppressing a short circuit of electric charge due to generation of large pores or communication pores due to poor dispersion of the pore-forming nucleating agent. More preferably, it is more preferably 0.05% by mass or more. On the other hand, from the viewpoint of moldability and charge retention, it is necessary to contain 10% by mass or less, more preferably 5.00% by mass or less, and still more preferably 2.00% by mass or less.

熱可塑性樹脂:
多孔質樹脂フィルムに使用するに適した熱可塑性樹脂としては、電気を通しにくい絶縁性の高分子材料であることが好ましい。例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンを含むエチレン系樹脂、プロピレン系樹脂、ポリメチル−1−ペンテン、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂;エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン等の官能基含有ポリオレフィン系樹脂;ナイロン−6、ナイロン−6,6等のポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレートやその共重合体、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリカーボネート、アタクティックポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン等を使用することができる。これらの熱可塑性樹脂の中では、吸湿性が低く、絶縁性が高いポリオレフィン系樹脂、官能基含有ポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。
Thermoplastic resin:
The thermoplastic resin suitable for use in the porous resin film is preferably an insulating polymer material that is difficult to conduct electricity. For example, polyolefin resins such as high density polyethylene, medium density polyethylene, ethylene resin including low density polyethylene, propylene resin, polymethyl-1-pentene, cyclic polyolefin; ethylene / vinyl acetate copolymer, ethylene / acrylic acid copolymer Polymers, functional group-containing polyolefin resins such as maleic acid-modified polyethylene and maleic acid-modified polypropylene; polyamide resins such as nylon-6 and nylon-6,6; polyethylene terephthalate and copolymers thereof, polybutylene terephthalate, polybutylene Polyester resins such as succinate, polylactic acid, and aliphatic polyester; polycarbonate, atactic polystyrene, syndiotactic polystyrene, and the like can be used. Among these thermoplastic resins, it is preferable to use a polyolefin resin or a functional group-containing polyolefin resin having a low hygroscopic property and a high insulating property.

ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ブチレン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、メチルペンテン、シクロブテン類、シクロペンテン類、シクロヘキセン類、ノルボルネン類、トリシクロ−3−デセン類などのオレフィン類の単独重合体、及びこれらオレフィン類の2種類以上からなる共重合体が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂の具体的な例としては、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、プロピレン系樹脂、エチレンと他のオレフィンとの共重合体、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体が挙げられる。   Examples of polyolefin resins include homopolymers of olefins such as ethylene, propylene, butene, butylene, butadiene, isoprene, chloroprene, methylpentene, cyclobutenes, cyclopentenes, cyclohexenes, norbornenes, tricyclo-3-decenes, And copolymers comprising two or more of these olefins. Specific examples of the polyolefin resin include high density polyethylene, medium density polyethylene, propylene resin, a copolymer of ethylene and another olefin, and a copolymer of propylene and another olefin.

これらポリオレフィン系樹脂の中でも、アイソタクティック乃至はシンジオタクティッ
ク及び種々の程度の立体規則性を示すプロピレン単独重合体、またはプロピレンを主成分とし、これとエチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフィンとを共重合させたプロピレン系共重合体を含むプロピレン系樹脂が、非吸湿性、絶縁性に加えて、加工性、ヤング率、耐久性、コスト等の観点から好ましい。
上記プロピレン系共重合体については、2元系でも3元系以上でもよく、またランダム共重合体でもブロック共重合体でもよい。
Among these polyolefin-based resins, isotactic or syndiotactic and propylene homopolymers having various degrees of stereoregularity, or propylene as a main component, ethylene, 1-butene, 1-hexene, -Propylene-based resin containing propylene-based copolymer copolymerized with α-olefin such as heptene, 4-methyl-1-pentene is non-hygroscopic and insulating, processability, Young's modulus, durability From the viewpoints of performance and cost.
The propylene-based copolymer may be a binary system or a ternary system or may be a random copolymer or a block copolymer.

官能基含有ポリオレフィン系樹脂の具体的な例としては、前記オレフィン類と共重合可能な官能基含有モノマーとの共重合体が挙げられる。
係る官能基含有モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレンなどのスチレン類、酢酸ビニル、ビニルアルコール、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ブチル安息香酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル類、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレートなどのアクリル酸エステル類、(メタ)アクリルアミド、N−メタロール(メタ)アクリルアミドなどのアクリル酸アミド類、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、シクロペンチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、フェニルビニルエーテルなどのビニルエーテル類が特に代表的である。これら官能基含有モノマーの中から必要に応じ1種類もしくは2種類以上を適宜選択し重合したものを用いることができる。
Specific examples of the functional group-containing polyolefin resin include a copolymer of a functional group-containing monomer copolymerizable with the olefins.
Such functional group-containing monomers include styrenes such as styrene and α-methylstyrene, vinyl acetate, vinyl alcohol, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate, vinyl caproate, vinyl laurate, vinyl stearate, benzoic acid. Carboxylic acid vinyl esters such as vinyl, vinyl butylbenzoate and vinyl cyclohexanecarboxylate, (meth) acrylic acid, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, octyl (Meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, dicyclopentani Acrylic esters such as (meth) acrylate, acrylic amides such as (meth) acrylamide, N-metalol (meth) acrylamide, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, butyl vinyl ether, cyclopentyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, benzyl vinyl ether Vinyl ethers such as phenyl vinyl ether are particularly representative. From these functional group-containing monomers, one or two or more types appropriately selected and polymerized can be used as necessary.

更にこれらポリオレフィン系樹脂及び官能基含有ポリオレフィン系樹脂を必要によりグラフト変性したものを使用することも可能である。
グラフト変性には公知の手法を用いることができ、具体的な例としては、不飽和カルボン酸又はその誘導体によるグラフト変性を挙げることができる。該不飽和カルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等を挙げることができる。また上記不飽和カルボン酸の誘導体としては、酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩等も使用可能である。具体的には無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸ジエチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、フマル酸ジメチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、イタコン酸ジエチルエステル、(メタ)アクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイン酸ジアミド、マレイン酸−N−モノエチルアミド、マレイン酸−N,N−ジエチルアミド、マレイン酸−N−モノブチルアミド、マレイン酸−N,N−ジブチルアミド、フマル酸モノアミド、フマル酸ジアミド、フマル酸−N−モノエチルアミド、フマル酸−N,N−ジエチルアミド、フマル酸−N−モノブチルアミド、フマル酸−N,N−ジブチルアミド、マレイミド、N−ブチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム等を挙げることができる。
グラフト変性物としては、グラフトモノマーをポリオレフィン系樹脂及び官能基含有ポリオレフィン系樹脂に対して一般に0.005〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%を加えて、グラフト変性したものが挙げられる。
Furthermore, it is also possible to use those polyolefin-based resins and functional group-containing polyolefin-based resins which are optionally graft-modified.
A known technique can be used for graft modification, and specific examples include graft modification with an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof. Examples of the unsaturated carboxylic acid include (meth) acrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like. As the unsaturated carboxylic acid derivative, acid anhydrides, esters, amides, imides, metal salts and the like can also be used. Specifically, maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, monoethyl maleate, Maleic acid diethyl ester, fumaric acid monomethyl ester, fumaric acid dimethyl ester, itaconic acid monomethyl ester, itaconic acid diethyl ester, (meth) acrylamide, maleic acid monoamide, maleic acid diamide, maleic acid-N-monoethylamide, maleic acid- N, N-diethylamide, maleic acid-N-monobutylamide, maleic acid-N, N-dibutylamide, fumaric acid monoamide, fumaric acid diamide, fumaric acid-N-monoethylamide, fumaric acid-N, N-diethylamide , Fumaric acid-N-mono Chiruamido, fumaric acid -N, N- dibutylamide, maleimide, N- butyl maleimide, N- phenylmaleimide, (meth) sodium acrylate, and (meth) potassium acrylate.
Examples of the graft-modified product include those obtained by graft-modifying the graft monomer by adding generally 0.005 to 10% by mass, preferably 0.01 to 5% by mass with respect to the polyolefin-based resin and the functional group-containing polyolefin-based resin. It is done.

多孔質樹脂フィルムに使用するに適した熱可塑性樹脂としては、上記の熱可塑性樹脂の中から1種を選択して単独で使用してもよいし、2種以上を選択して組み合わせて使用し
てもよい。
中でも、ガラス転移点が室温付近である熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、ガラス転移点が−20〜20℃である熱可塑性樹脂を用いることがより好ましい。これにより、得られたエレクトレット材料を、該エレクトレット材料に含まれる多孔質樹脂フィルムの損失弾性率(E’’)のピーク温度が室温にあり、該エレクトレット材料を多孔質樹脂フィルムの損失弾性率(E’’)のピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させる観点から好ましい。ガラス転移点が室温付近となる熱可塑性樹脂の具体的な例としてはポリプロピレン(Tg:−10℃)が挙げられる。かかる熱可塑性樹脂を単独でもしくは2種類以上を混合して用いることにより、多孔質樹脂フィルムの損失弾性率(E’’)のピーク温度が0〜40℃であるエレクトレット材料を得ることができる。なお、多孔質樹脂フィルムの損失弾性率(E’’)のピーク温度が0〜40℃の範囲内にあるときはもちろん、0〜40℃の範囲外にあるときであっても、得られたエレクトレット材料を、該エレクトレット材料の前記損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させることによっても、本発明の効果が得られる。
As a thermoplastic resin suitable for use in the porous resin film, one of the above thermoplastic resins may be selected and used alone, or two or more may be selected and used in combination. May be.
Among these, it is preferable to use a thermoplastic resin having a glass transition point near room temperature, and it is more preferable to use a thermoplastic resin having a glass transition point of -20 to 20 ° C. Thereby, the peak temperature of the loss elastic modulus (E '') of the porous resin film contained in the electret material is at room temperature, and the electret material is obtained from the loss elastic modulus of the porous resin film ( E ″) is preferable from the viewpoint of operating in the range of −20 to 20 ° C. with respect to the peak temperature. Specific examples of the thermoplastic resin having a glass transition point near room temperature include polypropylene (Tg: −10 ° C.). By using such a thermoplastic resin alone or in combination of two or more, an electret material having a peak elastic modulus (E ″) peak temperature of 0 to 40 ° C. can be obtained. In addition, it was obtained not only when the peak temperature of the loss elastic modulus (E ″) of the porous resin film is in the range of 0 to 40 ° C. but also when it is outside the range of 0 to 40 ° C. The effect of the present invention can also be obtained by operating the electret material in the range of −20 to 20 ° C. with respect to the loss elastic modulus (E ″) peak temperature of the electret material.

空孔形成核剤:
多孔質樹脂フィルムに用いられる空孔形成核剤は、これを核としてフィルムに空孔を形成するために添加するものである。多孔質樹脂フィルムに使用するに適した空孔形成核剤としては、無機微細粉末および有機フィラーが挙げられる。これら空孔形成核剤の添加および後述する延伸工程により、フィルムに内部に空孔を形成することが可能となる。空孔形成核剤の含有量を制御することによって、空孔の頻度を制御することが可能であり、空孔形成核剤の粒子径を制御することによって、空孔の高さ及び径を制御することが可能である。
空孔形成核剤の含有率は前述のとおりであるが、空孔形成核剤の含有率が上記下限値以上であれば、後述する延伸工程で、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を十分な数生じ、所要の圧電性能を得ることができる。一方、空孔形成核剤の含有率が上記上限値以下であれば、空孔が多すぎることによるフィルム強度低下を抑制するため、得られたエレクトレットに繰り返し圧縮力を作用させても圧縮回復性が働き、圧電性能が安定することを期待できる。
Pore-forming nucleating agent:
The pore-forming nucleating agent used for the porous resin film is added to form pores in the film using this as a nucleus. Examples of the pore-forming nucleating agent suitable for use in the porous resin film include inorganic fine powders and organic fillers. By adding these pore-forming nucleating agents and the stretching step described later, it becomes possible to form pores in the film. It is possible to control the frequency of pores by controlling the content of pore-forming nucleating agent, and control the height and diameter of the pores by controlling the particle size of the pore-forming nucleating agent. Is possible.
Although the content rate of a void | hole formation nucleating agent is as above-mentioned, if the content rate of a void | hole formation nucleating agent is more than the said lower limit, it will be 3-30 micrometers height in the thickness direction of a film at the extending process mentioned later. And a sufficient number of holes having a diameter of 50 to 500 μm in the surface direction of the film are generated, and the required piezoelectric performance can be obtained. On the other hand, if the content rate of the pore-forming nucleating agent is not more than the above upper limit value, even if a compressive force is repeatedly applied to the obtained electret, the compression recoverability can be suppressed in order to suppress a decrease in film strength due to too many pores Can be expected to stabilize the piezoelectric performance.

空孔形成核剤の中でも無機微細粉末は、コストが低く、体積平均粒径が豊富である特徴を有する。
無機微細粉末の体積平均粒径(レーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50))は、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を必要な量成形すること考慮して選択する。形成される空孔の大きさが十分大きくなり、所要の圧電性能を得ることができる観点から、体積平均粒径が3μm以上であることが好ましく、4μm以上であることがより好ましい。一方、隣接する空孔同士が連通せず電荷が短絡して電荷を蓄積しにくくなることを抑制することや、空孔が大きすぎることによるフィルム強度低下を抑制し、得られたエレクトレットに繰り返し圧縮力を作用させても圧縮回復性が働き、圧電性能が安定することの観点から、体積平均粒径が30μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、15μm以下であることが更に好ましい。
無機微細粉末の具体例としては、炭酸カルシウム、焼成クレー、シリカ、けいそう土、白土、タルク、酸化チタン、硫酸バリウム、アルミナ、ゼオライト、マイカ、セリサイト、ベントナイト、セピオライト、バーミキュライト、ドロマイト、ワラストナイト、ガラスファイバーなどが挙げられ、これらの中から1種以上を単独または併用して使用することができる。
Among the pore-forming nucleating agents, the inorganic fine powder is characterized by low cost and abundant volume average particle size.
The volume average particle diameter of the inorganic fine powder (median diameter (D50) measured with a particle size distribution meter by laser diffraction) has a height of 3 to 30 μm in the thickness direction of the film and 50 to 500 μm in the surface direction of the film. A hole having a diameter is selected in consideration of forming a necessary amount. The volume average particle size is preferably 3 μm or more, and more preferably 4 μm or more, from the viewpoint that the size of the formed pores becomes sufficiently large and the required piezoelectric performance can be obtained. On the other hand, it is possible to prevent adjacent holes from communicating with each other and short-circuiting the charge, making it difficult to accumulate charges, and suppressing reduction in film strength due to too large holes, and repeatedly compressing the obtained electret From the standpoint that compression recovery works even when a force is applied and the piezoelectric performance is stabilized, the volume average particle size is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and 15 μm or less. Further preferred.
Specific examples of the inorganic fine powder include calcium carbonate, calcined clay, silica, diatomaceous earth, white clay, talc, titanium oxide, barium sulfate, alumina, zeolite, mica, sericite, bentonite, sepiolite, vermiculite, dolomite, wallast. A knight, glass fiber, etc. are mentioned, Among these, 1 or more types can be used individually or in combination.

空孔形成核剤の中でも有機フィラーは体積平均粒径(メディアン径)の整った球状の粒子として入手可能であり、多孔質樹脂フィルムの空孔径分布をシャープにすることができ
、加えて空孔形成後も有機フィラーが空孔の中で柱となって、得られたエレクトレットに繰り返し圧縮力を作用させても圧縮回復性が働き、圧電性能が安定すること(ピラー効果)を期待できる特徴を有する。
有機フィラーの体積平均粒径(レーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50))は、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を必要な量成形すること考慮して選択する。形成される空孔の大きさが十分大きくなり、所要の圧電性能を得ることができる観点から、体積平均粒径が3μm以上であることが好ましく、4μm以上であることがより好ましい。一方、隣接する空孔同士が連通せず電荷が短絡して電荷を蓄積しにくくなることを抑制することや、空孔が大きすぎることによるフィルム強度低下を抑制し、得られたエレクトレットに繰り返し圧縮力を作用させても圧縮回復性が働き、圧電性能が安定することの観点から、体積平均粒径が30μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、15μm以下であることが更に好ましい。
Among the pore-forming nucleating agents, organic fillers are available as spherical particles having a uniform volume average particle size (median diameter), which can sharpen the pore size distribution of the porous resin film, and in addition, provide pores. Even after formation, the organic filler becomes a pillar in the pores, and even if a compressive force is repeatedly applied to the obtained electret, the compression recovery property works and the piezoelectric performance can be expected to stabilize (pillar effect). Have.
The volume average particle diameter of the organic filler (median diameter (D50) measured with a particle size distribution meter by laser diffraction) has a height of 3 to 30 μm in the thickness direction of the film and a diameter of 50 to 500 μm in the surface direction of the film. Is selected in consideration of forming a required amount of pores having a diameter. The volume average particle size is preferably 3 μm or more, and more preferably 4 μm or more, from the viewpoint that the size of the formed pores becomes sufficiently large and the required piezoelectric performance can be obtained. On the other hand, it is possible to prevent adjacent holes from communicating with each other and short-circuiting the charge, making it difficult to accumulate charges, and suppressing reduction in film strength due to too large holes, and repeatedly compressing the obtained electret From the standpoint that compression recovery works even when a force is applied and the piezoelectric performance is stabilized, the volume average particle size is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and 15 μm or less. Further preferred.

有機フィラーは、多孔質樹脂フィルムの主成分である熱可塑性樹脂とは異なる種類の樹脂を選択することが好ましい。例えば、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂である場合、有機フィラーとしては、架橋アクリル樹脂、架橋メタクリル樹脂、架橋スチレン樹脂、架橋ウレタン樹脂等の、ポリオレフィンとは非相溶であり、架橋によりポリオレフィン系樹脂の混練、延伸成形の際に流動性を有しないものを使用することが好ましい。また、これらの架橋樹脂からなる樹脂粒子は、予め粒子径の整った球状の粒子として入手可能であり、空孔のサイズを容易に調整できることから、より好ましい。
また、延伸工程で有機フィラーが変形せず、その結果目的とする空孔径を得ることを目的として、有機フィラー選択することが好ましい。例えば、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂である場合には、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、ポリカーボネート、ナイロン−6,ナイロン−6,6、環状オレフィン重合体、ポリスチレン、ポリメタクリレート等の重合体であって、ポリオレフィン系樹脂の融点よりも高い融点(例えば170〜300℃)ないしはガラス転移温度(例えば170〜280℃)を有するものを、溶融混練によりマトリクス樹脂であるポリオレフィン系樹脂中に微分散させることにより使用することができる。
有機フィラーとしては、これらの中から1種以上を単独または併用して使用することができる。
As the organic filler, it is preferable to select a different type of resin from the thermoplastic resin that is the main component of the porous resin film. For example, when the thermoplastic resin is a polyolefin resin, the organic filler is a cross-linked acrylic resin, a cross-linked methacryl resin, a cross-linked styrene resin, a cross-linked urethane resin, or the like. It is preferable to use a material that does not have fluidity during kneading and stretching. In addition, resin particles made of these cross-linked resins are more preferable because they are available as spherical particles having a predetermined particle diameter, and the pore size can be easily adjusted.
In addition, it is preferable to select an organic filler for the purpose of obtaining a desired pore diameter as a result of the organic filler not being deformed in the stretching step. For example, when the thermoplastic resin is a polyolefin resin, it is a polymer such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, nylon-6, nylon-6,6, cyclic olefin polymer, polystyrene, polymethacrylate, etc. By finely dispersing a material having a melting point (for example, 170 to 300 ° C.) or a glass transition temperature (for example, 170 to 280 ° C.) higher than the melting point of the polyolefin resin into the polyolefin resin as a matrix resin by melt kneading. Can be used.
One or more of these organic fillers can be used alone or in combination.

空孔形成核剤として無機微細粉末と有機フィラーとを併用する場合は、上記列挙した無機微細粉末の中から1種以上と、上記列挙した有機フィラーの中から1種以上とを併用して使用することができる。この場合もまた、上記と同様の趣旨から体積平均粒径が3〜30μmであることが好ましい。有機フィラーと無機粉末とを併用する場合の体積平均粒径は、個別に無機粉末の同範囲のものを組み合わせて使用しても良く、有機フィラーと無機粉末とを混合した状態をレーザー回折による粒度分布計で測定した体積平均粒径が3〜30μmのものを使用しても良い。有機フィラーと無機粉末とを混合した状態をレーザー回折による粒度分布計で測定した体積平均粒径は3〜30μmであることが好ましく、4〜20μmであることがより好ましく、4〜15μmであることが更に好ましい。   When using inorganic fine powder and organic filler in combination as a pore-forming nucleating agent, use one or more of the inorganic fine powders listed above and one or more of the organic fillers listed above. can do. Also in this case, the volume average particle size is preferably 3 to 30 μm for the same purpose as described above. When using an organic filler and an inorganic powder in combination, the volume average particle size may be combined with the same range of inorganic powders individually. You may use that whose volume average particle diameter measured with the distribution meter is 3-30 micrometers. The volume average particle size of the mixed state of the organic filler and the inorganic powder measured with a particle size distribution meter by laser diffraction is preferably 3 to 30 μm, more preferably 4 to 20 μm, and more preferably 4 to 15 μm. Is more preferable.

分散剤:
多孔質樹脂フィルムに用いられる分散剤は、空孔形成核剤を樹脂中に均一に分散させる結果、エレクトレット材料の性能の均一性を高める目的で使用されるものである。
分散剤を使用しない場合、空孔形成核剤の凝集体がフィルム中に残存し、延伸工程により30μmを超える大きな空孔が生じやすく、連通ボイドの生成による電荷短絡や、多孔質樹脂フィルムの圧縮回復性の低下によって圧電性が低下する傾向があるが、分散剤を使用して空孔形成核剤を均一に分散させることにより、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100〜30
00個/mm有する多孔質樹脂フィルムが得られやすい。
Dispersant:
The dispersant used for the porous resin film is used for the purpose of improving the uniformity of the performance of the electret material as a result of uniformly dispersing the pore-forming nucleating agent in the resin.
When a dispersant is not used, agglomerates of pore-forming nucleating agents remain in the film, and large pores exceeding 30 μm are likely to be generated by the stretching process. Charge short-circuiting due to the formation of continuous voids and compression of the porous resin film Although there is a tendency that the piezoelectricity is lowered due to a decrease in the recoverability, the film has a height of 3 to 30 μm in the thickness direction of the film by uniformly dispersing the pore-forming nucleating agent using a dispersant, and the film 100-30 holes having a diameter of 50-500 μm in the surface direction of
It is easy to obtain a porous resin film having 00 pieces / mm 2 .

分散剤の具体的な例としては、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、パルミトオレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、パクセン酸、エルカ酸、リノール酸、 リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸などの脂肪酸;グリセリンモノステアレート、グリセリンモノベヘネート、グリセリンモノ12−ヒドロキシステアレート、グリセリンモノオレート、グリセリンモノカプリレート、グリセリンモノカプレート、グリセリンモノラウレート、グリセリンジステアレート、グリセリンジベヘネート、グリセリンジオレート、ジグリセリンカプリレート、などのグリセリン脂肪酸;エステルジグリセリンラウレート、ジグリセリンミリステート、ジグリセリンステアレート、ジグリセリンオレエート、テトラグリセリンステアレート、デカグリセリンラウレート、デカグリセリンステアレート、デカグリセリンオレート、ポリグリセリンポリリシノレートなどのポリグリセリン脂肪酸エステル;ソルビタンラウレート、ソルビタンパルミテート、ソルビタンステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンオレート、ソルビタントリオレート、ソルビタントリベヘネート、ソルビタンカプリレートなどのソルビタン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンソルビタントリオレート、ポリオキシエチレングリセリンモノステアレートなどのエチレンオキサイド付加物;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、 3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、 3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤;ポリアクリル酸ないしはそれらの塩、ポリメタクリル酸ないしはそれらの塩等が挙げられる。これら分散剤は単独であるいは2種類以上を併用することが出来る。これら分散剤の中でも、添加した樹脂の電気的な性質への影響が小さい脂肪酸を用いることが好ましい。   Specific examples of the dispersant include caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, behenic acid, lignoceric acid, palmitooleic acid, oleic acid, elaidic acid, paxenoic acid, erucic acid Fatty acids such as linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, eicosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid; glycerin monostearate, glycerin monobehenate, glycerin mono12-hydroxystearate, glycerin monooleate, glycerin monocaprylate Glycerol fatty acid such as glycerol monolaurate, glycerol distearate, glycerol dibehenate, glycerol dioleate, diglycerol caprylate; ester diglycerol laurate, diglycerol mi Polyglycerin fatty acid esters such as state, diglyceryl stearate, diglycerin oleate, tetraglyceryl stearate, decaglycerin laurate, decaglycerin stearate, decaglycerin oleate, polyglycerin polyricinoleate; sorbitan laurate, sorbitan palmitate Sorbitan fatty acid esters such as sorbitan stearate, sorbitan tristearate, sorbitan oleate, sorbitan trioleate, sorbitan tribehenate, sorbitan caprylate; ethylene oxide such as polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene glycerin monostearate Adducts: vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyl Rutrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyl Silane coupling agents such as methyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane; polyacrylic acid Or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, and the like. These dispersants can be used alone or in combination of two or more. Among these dispersants, it is preferable to use a fatty acid that has a small effect on the electrical properties of the added resin.

その他の材料:
多孔質樹脂フィルムに使用する熱可塑性樹脂組成物には必要に応じて、熱安定剤(酸化防止剤)、安定剤などを任意に添加することができる。
熱安定剤を添加する場合は、熱可塑性樹脂組成物に対し0.001〜1重量%の範囲内で添加することが好ましい。熱安定剤の具体例としては、立体障害フェノール系、リン系、アミン系等の安定剤を使用することができる。
光安定剤を添加する場合は、熱可塑性樹脂組成物に対し通常0.001〜1重量%の範囲内で添加する。光安定剤の具体例としては、立体障害アミン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系等の光安定剤を使用することができる。
Other materials:
A thermal stabilizer (antioxidant), a stabilizer and the like can be optionally added to the thermoplastic resin composition used for the porous resin film, if necessary.
When adding a heat stabilizer, it is preferable to add within 0.001 to 1 weight% with respect to a thermoplastic resin composition. As specific examples of the heat stabilizer, sterically hindered phenol-based, phosphorus-based, amine-based stabilizers can be used.
When a light stabilizer is added, it is usually added within a range of 0.001 to 1% by weight with respect to the thermoplastic resin composition. Specific examples of the light stabilizer include sterically hindered amine-based, benzotriazole-based, and benzophenone-based light stabilizers.

(表面層)
上記多孔質樹脂フィルムは、保護層の働きを有する目的で、多孔質樹脂フィルムの少なくとも片面に延伸樹脂フィルムからなる表面層を備えていることが好ましい。
多孔質樹脂フィルムの表面に表面層を備えることにより、多孔質樹脂フィルムに形成した空孔が外部と通じて大気放電してしまうことを防ぐことができ、また、電荷注入によるエレクトレット化の際に、多孔質樹脂フィルムの絶縁耐圧を向上し、高電圧下でより多くの電荷を注入することができる。
表面層は、多孔質樹脂フィルムよりも空孔を形成し難い組成を有するか、空孔率が低い構造であることが好ましい。この様な表面層の形成は、多孔質樹脂フィルムよりも表面層の空孔形成核剤の含有量を少なくする手法や、表面層に使用する空孔形成核剤の体積平均粒径を多孔質樹脂フィルムに使用する空孔形成核剤の体積平均粒径より小さくする手法や
、多孔質樹脂フィルムを2軸延伸により形成し、表面層を1軸延伸で形成する手法など、両者の延伸倍率に差異をつける手法により達成できる。
表面層を構成する熱可塑性樹脂としては、多孔質樹脂フィルムに使用する熱可塑性樹脂の項で列挙した種類を用いることができる。
(Surface layer)
The porous resin film preferably has a surface layer made of a stretched resin film on at least one surface of the porous resin film for the purpose of functioning as a protective layer.
By providing a surface layer on the surface of the porous resin film, it is possible to prevent pores formed in the porous resin film from being discharged into the atmosphere through the outside, and in the case of electretization by charge injection. In addition, the dielectric strength of the porous resin film can be improved, and more charges can be injected under a high voltage.
It is preferable that the surface layer has a composition in which pores are harder to form than the porous resin film or a structure with a low porosity. The formation of such a surface layer can be achieved by reducing the content of the pore-forming nucleating agent in the surface layer compared to the porous resin film, or by setting the volume average particle size of the pore-forming nucleating agent used in the surface layer to be porous. The stretching ratio of both, such as a method of making the pore size nucleating agent used for the resin film smaller than the volume average particle size, a method of forming the porous resin film by biaxial stretching, and forming the surface layer by uniaxial stretching, etc. This can be achieved by making a difference.
As a thermoplastic resin which comprises a surface layer, the kind enumerated by the term of the thermoplastic resin used for a porous resin film can be used.

表面層は空孔形成核剤を含有していても、含有していなくても良いが、表面層の誘電率などの電気的特性を改質するという観点からは、含有している方が好ましい。表面層に空孔形成核剤を含有する場合は、多孔質樹脂フィルムに使用する空孔形成核剤の項で列挙した種類と同様のものを用いることができ、表面層の空孔形成核剤は多孔質樹脂フィルムの空孔形成核剤とは同種のものを用いてもよいし、異種のものを用いてもよい。
特に有機フィラーは、一般的に熱可塑性樹脂よりも誘電率が高い為に、表面層の電気特性の改質に向いている。特に表面層の熱可塑性樹脂としてポリオレフィン系樹脂などの誘電率の低い樹脂を使用する場合は、有機フィラーを含有させることにより、エレクトレット化処理時の高電圧印加時に、その誘電効果により多孔質樹脂フィルム内部まで電荷を到達させることができる。逆にエレクトレット化処理後は、主成分であるポリオレフィン系樹脂の低い誘電特性により多孔質樹脂フィルム内部の電荷を逃がさず保持する効果が得られる。
表面層に空孔形成核剤を含有する場合は、多孔質樹脂フィルムに使用する分散剤の項で列挙した種類と同様の分散剤を使用することが好ましい。
The surface layer may or may not contain a pore-forming nucleating agent, but from the viewpoint of modifying the electrical properties such as the dielectric constant of the surface layer, the surface layer is preferably contained. . When the surface layer contains a pore-forming nucleating agent, the same types as those listed in the section of the pore-forming nucleating agent used for the porous resin film can be used. May be the same as or different from the pore-forming nucleating agent for the porous resin film.
In particular, since the organic filler generally has a higher dielectric constant than the thermoplastic resin, it is suitable for modifying the electrical characteristics of the surface layer. In particular, when using a low dielectric constant resin such as polyolefin resin as the thermoplastic resin for the surface layer, the porous resin film can be made to contain an organic filler due to its dielectric effect when high voltage is applied during electretization. Charges can reach the inside. On the other hand, after the electretization treatment, the effect of retaining the electric charge inside the porous resin film without escaping can be obtained due to the low dielectric properties of the polyolefin resin as the main component.
When the surface layer contains a pore-forming nucleating agent, it is preferable to use a dispersant similar to the type listed in the section of the dispersant used for the porous resin film.

表面層は、延伸されていることが好ましい。表面層は詳細後述する延伸工程によって、厚み(膜厚)の均一性を向上し、絶縁耐圧性などの電気特性の均一性を向上することができる。表面層の厚みが不均一であると、高電圧を用いた電荷注入時に、表面層の薄い部分で局所的な放電集中が発生しやすく、効果的に電荷注入するため電圧を上げることが困難になりやすい。
表面層は単層構造のみならず、2層構造以上の多層構造のものであってもよい。多層構造とする場合は、各層に使用する熱可塑性樹脂、空孔形成核剤、分散剤の種類や含有量を変更することにより、より高い電荷保持性能を備えた多孔質樹脂フィルムの設計が可能となる。
表面層は多孔質樹脂フィルムの少なくとも片面に設けることが好ましく、両面に設けることがより好ましい。表面層を多孔質樹脂フィルムの両面に設ける場合は、表裏それぞれの組成、構成が同一でも良いし、異なっていても良い。
The surface layer is preferably stretched. The surface layer can improve the uniformity of thickness (film thickness) and the uniformity of electrical characteristics such as withstand voltage by a stretching process described in detail later. If the thickness of the surface layer is not uniform, local discharge concentration is likely to occur in the thin portion of the surface layer during charge injection using a high voltage, making it difficult to raise the voltage for effective charge injection. Prone.
The surface layer may have not only a single layer structure but also a multilayer structure of two or more layers. In the case of a multilayer structure, it is possible to design a porous resin film with higher charge retention performance by changing the type and content of thermoplastic resin, pore-forming nucleating agent, and dispersing agent used in each layer It becomes.
The surface layer is preferably provided on at least one side of the porous resin film, and more preferably provided on both sides. When the surface layer is provided on both surfaces of the porous resin film, the composition and configuration of the front and back surfaces may be the same or different.

多孔質樹脂フィルムに表面に表面層を設ける場合、その厚みは0.1μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることが更に好ましく、0.7μm以上であることが特に好ましい。これにより、表面層を均一に設けることが容易になり、均一な電荷注入や絶縁耐圧性の向上が期待できる。一方、表面層の厚みは200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが更に好ましく、30μm以下であることが特に好ましい。これにより、多孔質樹脂フィルムに電荷注入する際に、多孔質樹脂フィルム内部まで電荷を到達させやすくなる傾向がある。また、表面層は相対的に厚み方向の弾性変形がしにくい層であるため、表面層の厚みを抑えることは、多孔質樹脂フィルムの圧縮弾性率が低下せず、圧電性を維持しやすい傾向がある。   When the surface layer is provided on the surface of the porous resin film, the thickness is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, still more preferably 0.5 μm or more, and It is especially preferable that it is 7 micrometers or more. As a result, it is easy to provide a uniform surface layer, and uniform charge injection and improvement in dielectric strength can be expected. On the other hand, the thickness of the surface layer is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, still more preferably 50 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less. Thereby, when the charge is injected into the porous resin film, the charge tends to easily reach the inside of the porous resin film. Also, since the surface layer is a layer that is relatively difficult to elastically deform in the thickness direction, suppressing the thickness of the surface layer tends to maintain the piezoelectricity without reducing the compression elastic modulus of the porous resin film. There is.

(多孔質樹脂フィルムの製造)
多孔質樹脂フィルムの製造には、従来公知の種々の方法が使用できる。例えば、多孔質樹脂フィルムが単層フィルムの場合は、単一のダイスから押し出して、少なくとも1軸方向に延伸すればよい。また、多孔質樹脂フィルムが表面層を有する場合は、フィードブロックやマルチマニホールドを使用した多層ダイスを用いる共押出方式と、複数のダイスを使用する押出ラミネーション方式等が挙げられる。更に多層ダイスによる共押出方式と押
出ラミネーション方式を組み合わせる方法が挙げられる。
多孔質樹脂フィルムの厚み均一性は、絶縁耐圧性が向上するため電荷注入効率が向上し、結果的に圧電効率が向上するため重要である。多孔質樹脂フィルムが表面層を有する場合は、表面層を積層した後に、少なくとも1軸方向に延伸することが好ましい。表面層を積層後に延伸することによって、延伸フィルム同士を積層するよりも、膜厚の均一性が向上し、結果的に電気特性が向上する。
(Manufacture of porous resin film)
Various conventionally known methods can be used for the production of the porous resin film. For example, when the porous resin film is a single layer film, it may be extruded from a single die and stretched in at least one axial direction. In addition, when the porous resin film has a surface layer, a co-extrusion method using a multilayer die using a feed block or a multi-manifold, an extrusion lamination method using a plurality of dies, and the like can be mentioned. Furthermore, a method of combining a coextrusion method using a multilayer die and an extrusion lamination method can be mentioned.
The thickness uniformity of the porous resin film is important because the dielectric breakdown voltage is improved, so that the charge injection efficiency is improved, and as a result, the piezoelectric efficiency is improved. When the porous resin film has a surface layer, it is preferable that the surface layer is stretched and then stretched in at least one axial direction. By stretching the surface layer after laminating, the uniformity of the film thickness is improved, and as a result, the electrical characteristics are improved, compared with laminating stretched films.

本発明において、多孔質樹脂フィルムは樹脂延伸フィルムである。延伸により多孔質樹脂フィルム内部には空孔が多数形成される。多孔質樹脂フィルム中に形成される空孔は電荷を保持する観点から個々の体積が大きく、その数が多く、且つ互いに独立した形状であることが望ましい。空孔の大きさは1方向のみ延伸するよりも、2軸方向に延伸した方が大きくできる。特にフィルムの巾方向、流れ方向の2軸方向に延伸したものは、面方向に引き延ばされた円盤状の空孔を形成できるので、エレクトレット化により空孔内で正負分極した電荷の蓄積をし易く、電荷の保持性能が優れたものとなる。したがって多孔質樹脂フィルムは2軸延伸されていることが好ましい。   In the present invention, the porous resin film is a stretched resin film. Many pores are formed in the porous resin film by stretching. It is desirable that the pores formed in the porous resin film have a large individual volume, a large number, and shapes independent from each other from the viewpoint of maintaining electric charge. The size of the pores can be increased by extending in the biaxial direction rather than extending in only one direction. In particular, those stretched in the biaxial direction of the film in the width direction and the flow direction can form disk-like vacancies that are stretched in the plane direction. The charge retention performance is excellent. Therefore, the porous resin film is preferably biaxially stretched.

多孔質樹脂フィルムの延伸は、公知の種々の方法によって行うことができる。具体的には、ロール群の周速差を利用した縦延伸方法、テンターオーブンを使用した横延伸方法、上記縦延伸と横延伸とを正順又は逆順に行う逐次二軸延伸方法、圧延方法、テンターオーブンとリニアモーターの組み合わせによる同時二軸延伸方法、テンターオーブンとパンタグラフの組み合わせによる同時二軸延伸方法などを挙げることができる。又、インフレーションフィルムの延伸方法であるチューブラー法による同時二軸延伸方法を挙げることができる。   The stretching of the porous resin film can be performed by various known methods. Specifically, a longitudinal stretching method using the peripheral speed difference of the roll group, a lateral stretching method using a tenter oven, a sequential biaxial stretching method in which the longitudinal stretching and the lateral stretching are performed in the normal order or reverse order, a rolling method, Examples thereof include a simultaneous biaxial stretching method using a combination of a tenter oven and a linear motor, and a simultaneous biaxial stretching method using a combination of a tenter oven and a pantograph. Moreover, the simultaneous biaxial stretching method by the tubular method which is a stretching method of an inflation film can be mentioned.

多孔質樹脂フィルムの延伸は、空孔形成の観点から、多孔質樹脂フィルムに用いる主要な熱可塑性樹脂のガラス転移点温度から、主要な熱可塑性樹脂の結晶部の融点までの温度で行うことが好ましい。また、複層積層物である多孔質樹脂フィルムを延伸する場合は、設定坪量の最も多い層または設定空孔率の最も高い層の延伸効率を考慮して延伸温度を設定するのが適切である。
延伸時の温度は、多孔質樹脂フィルムに質量比で最も多く用いる熱可塑性樹脂のガラス転移温度より高くかつ該熱可塑性樹脂の融点より1〜70℃低い温度が好ましい。具体的には、各層の熱可塑性樹脂がプロピレン単独重合体(融点155〜167℃)である場合は100〜166℃が好ましく、高密度ポリエチレン(融点121〜136℃)である場合は70〜135℃が好ましい。
勿論、多孔質樹脂フィルムの内部の層と表面層にそれぞれ融点またはガラス転移点の異なる熱可塑性樹脂を用いて延伸温度を決定すれば、それぞれの層の空孔率を調整することが可能である。
From the viewpoint of pore formation, the stretching of the porous resin film may be performed at a temperature from the glass transition temperature of the main thermoplastic resin used for the porous resin film to the melting point of the crystal part of the main thermoplastic resin. preferable. In addition, when stretching a porous resin film that is a multilayer laminate, it is appropriate to set the stretching temperature in consideration of the stretching efficiency of the layer with the largest set basis weight or the layer with the highest set porosity. is there.
The temperature during stretching is preferably higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin most frequently used in the mass ratio for the porous resin film and lower by 1 to 70 ° C. than the melting point of the thermoplastic resin. Specifically, when the thermoplastic resin of each layer is a propylene homopolymer (melting point 155 to 167 ° C.), 100 to 166 ° C. is preferable, and when it is a high density polyethylene (melting point 121 to 136 ° C.), 70 to 135. ° C is preferred.
Of course, if the stretching temperature is determined using thermoplastic resins having different melting points or glass transition points for the inner layer and the surface layer of the porous resin film, the porosity of each layer can be adjusted. .

延伸倍率は特に限定されず、多孔質樹脂フィルムに用いる熱可塑性樹脂の延伸特性や前述の設定空孔率等を考慮して適宜決定する。
熱可塑性樹脂としてプロピレン単独重合体ないしはその共重合体を使用する場合の延伸倍率は、一軸方向に延伸する場合は1.2倍以上が好ましく、2倍以上がより好ましい。一方、12倍以下が好ましく、10倍以下がより好ましい。また、二軸方向に延伸する場合には面積倍率(縦倍率と横倍率の積)で1.5倍以上が好ましく、4倍以上がより好ましい。一方、60倍以下が好ましく、50倍以下がより好ましい。
その他の熱可塑性樹脂を使用する場合の延伸倍率は、一軸方向に延伸する場合は1.2倍以上が好ましく、2倍以上がより好ましい。一方、10倍以下が好ましく、5倍以下がより好ましい。また、二軸方向に延伸する場合には面積倍率で1.5倍以上が好ましく、4倍以上がより好ましい。一方、20倍以下が好ましく、12倍以下がより好ましい。
二軸方向に延伸する場合には、縦倍率と横倍率をできる限り同倍率に設定することが、
電荷の蓄積をし易い円盤状の空孔を形成し、任意方向の断面で観察した空孔の形状や頻度を本発明の好ましい範囲に調整しやすい。そのため二軸方向に延伸する場合には、縦倍率と横倍率との比が0.4以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましく、0.7以上であることが更に好ましく、0.8以上であることが特に好ましい。一方、2.5以下であることが好ましく、2.0以下であることがより好ましく、1.5以下であることが更に好ましく、1.3以下であることが特に好ましい。
また延伸速度は、安定な延伸成形の観点から、20〜350m/分の範囲内とするのが好ましい。
The draw ratio is not particularly limited, and is appropriately determined in consideration of the draw characteristics of the thermoplastic resin used for the porous resin film, the set porosity described above, and the like.
When a propylene homopolymer or a copolymer thereof is used as the thermoplastic resin, the stretching ratio is preferably 1.2 times or more and more preferably 2 times or more when stretching in a uniaxial direction. On the other hand, 12 times or less is preferable and 10 times or less is more preferable. Moreover, when extending | stretching to a biaxial direction, 1.5 times or more are preferable at an area magnification (product of a vertical magnification and a horizontal magnification), and 4 times or more are more preferable. On the other hand, 60 times or less is preferable and 50 times or less is more preferable.
When other thermoplastic resins are used, the draw ratio is preferably 1.2 times or more and more preferably 2 times or more when uniaxially drawn. On the other hand, 10 times or less is preferable and 5 times or less is more preferable. Moreover, when extending | stretching to a biaxial direction, 1.5 times or more are preferable at an area magnification, and 4 times or more are more preferable. On the other hand, 20 times or less is preferable and 12 times or less is more preferable.
When stretching in the biaxial direction, it is possible to set the vertical and horizontal magnifications to the same magnification as much as possible.
It is easy to adjust the shape and frequency of vacancies observed in a cross section in an arbitrary direction to a preferable range of the present invention by forming disk-like vacancies that easily accumulate electric charges. Therefore, when stretching in the biaxial direction, the ratio of the vertical magnification and the horizontal magnification is preferably 0.4 or more, more preferably 0.5 or more, and further preferably 0.7 or more. Preferably, it is 0.8 or more. On the other hand, it is preferably 2.5 or less, more preferably 2.0 or less, still more preferably 1.5 or less, and particularly preferably 1.3 or less.
The stretching speed is preferably in the range of 20 to 350 m / min from the viewpoint of stable stretch molding.

(アンカーコート層)
多孔質樹脂フィルムの表面には、他素材(フィルムや蒸着金属膜など)との密着性を向上させるために、片面もしくは両面にアンカーコート層を設けてもよい。
アンカーコート層には、他素材との密着性の観点から、高分子バインダーを用いることが好ましく、係る高分子バインダーの具体的な例としては、ポリエチレンイミン、炭素数1〜12のアルキル変性ポリエチレンイミン、ポリ(エチレンイミン−尿素)等のポリエチレンイミン系重合体;ポリアミンポリアミドのエチレンイミン付加物、及びポリアミンポリアミドのエピクロルヒドリン付加物等のポリアミンポリアミド系重合体;アクリル酸アミド−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸アミド−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、ポリアクリルアミドの誘導体、オキサゾリン基含有アクリル酸エステル系重合体等のアクリル酸エステル系重合体;ポリビニルアルコールとその変性体を含むポリビニルアルコール系重合体;ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール等の水溶性樹脂;塩素化ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アクリル酸変性ポリプロピレン等のポリプロピレン系重合体、加えてポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニリデン、アクリルニトリル−ブタジエン共重合体、ポリエステル等の熱可塑性樹脂の有機溶剤希釈樹脂又は水希釈樹脂等が挙げられる。これらの内でもポリエチレンイミン系重合体、ポリアミンポリアミド系重合体、ポリビニルアルコール系重合体、及びポリプロピレン系重合体が、多孔質樹脂フィルムとの密着性に優れ好ましい。
(Anchor coat layer)
On the surface of the porous resin film, an anchor coat layer may be provided on one side or both sides in order to improve adhesion to other materials (film, vapor-deposited metal film, etc.).
For the anchor coat layer, a polymer binder is preferably used from the viewpoint of adhesion to other materials. Specific examples of the polymer binder include polyethyleneimine and alkyl-modified polyethyleneimine having 1 to 12 carbon atoms. Polyethyleneimine polymers such as poly (ethyleneimine-urea); polyamine polyamide polymers such as polyamine polyamide ethyleneimine adducts and polyamine polyamide epichlorohydrin adducts; acrylic acid amide-acrylic acid ester copolymers, Acrylic acid ester-based polymers such as acrylic amide-acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymers, polyacrylamide derivatives, and oxazoline group-containing acrylic acid ester polymers; polyvinyl alcohols containing polyvinyl alcohol and modified products thereof Polymers; water-soluble resins such as polyvinylpyrrolidone and polyethylene glycol; polypropylene polymers such as chlorinated polypropylene, maleic acid-modified polypropylene, and acrylic acid-modified polypropylene, as well as polyvinyl acetate, polyurethane, ethylene-vinyl acetate copolymer, poly Examples thereof include organic solvent-diluted resins or water-diluted resins of thermoplastic resins such as vinylidene chloride, acrylonitrile-butadiene copolymers, and polyesters. Among these, a polyethyleneimine polymer, a polyamine polyamide polymer, a polyvinyl alcohol polymer, and a polypropylene polymer are preferable because of excellent adhesion to the porous resin film.

多孔質樹脂フィルム上に設けるアンカーコート層の坪量は、固形分換算で、多孔質樹脂フィルムとの密着性を発現する観点から0.001g/m以上が好ましく、0.005g/m以上がより好ましく、0.01g/m以上が特に好ましい。一方、塗工層であるアンカーコート層の膜厚を均一に保つ観点から、5g/m以下が好ましく、3g/m以下がより好ましく、1g/m以下が特に好ましい。塗工層であるアンカーコート層の膜厚を均一に保てない場合、膜厚の振れによって多孔質樹脂フィルムの電気特性の均一性が損なわれたり、アンカーコート層自体の凝集力不足から多孔質樹脂フィルムとの密着性が低下したり、アンカーコート層の表面抵抗値が低下して1×1013Ω未満となり、表面を伝って電荷が逃げやすくなるために、多孔質樹脂フィルムのエレクトレット化の際に電荷が注入されにくくなり、多孔質樹脂フィルムまで電荷が到達できずに本発明の所期の性能を発現しにくくなったりすることがある。 The basis weight of the anchor coat layer provided on the porous resin film, in terms of solid content, preferably 0.001 g / m 2 or more from the viewpoint of expressing the adhesion between the porous resin film, 0.005 g / m 2 or more Is more preferable, and 0.01 g / m 2 or more is particularly preferable. On the other hand, 5 g / m 2 or less is preferable, 3 g / m 2 or less is more preferable, and 1 g / m 2 or less is particularly preferable from the viewpoint of keeping the thickness of the anchor coat layer that is the coating layer uniform. If the thickness of the anchor coat layer that is the coating layer cannot be kept uniform, the uniformity of the electrical properties of the porous resin film may be impaired due to fluctuations in the thickness, or the anchor coat layer itself may be porous due to insufficient cohesive strength. Since the adhesion with the resin film is reduced, or the surface resistance value of the anchor coat layer is reduced to less than 1 × 10 13 Ω, and the charge easily escapes through the surface, the electretization of the porous resin film In some cases, it is difficult to inject electric charges, and the electric charges cannot reach the porous resin film, and the desired performance of the present invention may not be exhibited.

多孔質樹脂フィルム上にアンカーコート層を設ける方法としては、上記高分子バインダーを含む塗工液を多孔質樹脂フィルム上に塗工する方法が好ましい。具体的には、多孔質樹脂フィルム上に公知の塗工装置を用いて上記塗工液の塗膜を形成し、これを乾燥することにより形成することができる。
塗工装置の具体的な例としては、例えば、ダイコーター、バーコーター、コンマコーター、リップコーター、ロールコーター、カーテンコーター、グラビアコーター、スプレーコーター、スクイズコーター、ブレードコーター、リバースコーター、エアーナイフコーター、サイズプレスコーター等が挙げられる。
多孔質樹脂フィルム上にアンカーコート層を設けるタイミングは、詳細後述するエレク
トレット化処理の前でも後でも差し支えない。
As a method of providing the anchor coat layer on the porous resin film, a method of coating the coating liquid containing the polymer binder on the porous resin film is preferable. Specifically, it can be formed by forming a coating film of the coating solution on a porous resin film using a known coating apparatus and drying the coating film.
Specific examples of coating apparatuses include, for example, die coaters, bar coaters, comma coaters, lip coaters, roll coaters, curtain coaters, gravure coaters, spray coaters, squeeze coaters, blade coaters, reverse coaters, air knife coaters, A size press coater etc. are mentioned.
The timing at which the anchor coat layer is provided on the porous resin film may be before or after the electret treatment described in detail later.

(多孔質樹脂フィルムの厚み)
多孔質樹脂フィルムの厚みは、JIS−K−7130:1999「プラスチック−フィルム及びシート−厚さ測定方法」に基づいて、厚み計を用いてフィルム総厚みを測定する。また、多孔質樹脂フィルムが複層フィルムである場合は、測定対象試料を液体窒素にて−60℃以下の温度に冷却し、ガラス板上に置いた試料に対してカミソリ刃を直角に当て切断し断面測定用の試料を作成し、得られた試料について走査型電子顕微鏡を使用して断面観察を行い、空孔形状や組成外観から各層の境界線を判別して、観察像から求められる各層厚みが多孔質樹脂フィルムの厚みに占める割合を決定する。さらに厚み計を用いて求めたフィルム総厚みに各層厚みの前記割合を乗じて求める。
多孔質樹脂フィルムの厚みは、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることが特に好ましい。これによりエネルギー変換に有効に機能する大きさの空孔を所望の数量で均一に形成することができる。一方、多孔質樹脂フィルムの厚みは、500μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましく、150μm以下であることが特に好ましい。これにより、電荷注入(直流高電圧放電処理)を施してエレクトレット化する際に、層内部まで電荷を到達させることが可能となり、本発明の所期の性能を発揮させることができる。
(Thickness of porous resin film)
The thickness of the porous resin film is measured using a thickness meter based on JIS-K-7130: 1999 “Plastic-film and sheet-thickness measuring method”. When the porous resin film is a multilayer film, the sample to be measured is cooled to a temperature of −60 ° C. or lower with liquid nitrogen, and cut with a razor blade perpendicular to the sample placed on the glass plate. Samples for cross-section measurement were prepared, and the obtained samples were observed for cross-section using a scanning electron microscope, and the boundary lines of each layer were determined from the pore shape and composition appearance, and each layer obtained from the observed image The ratio of the thickness to the thickness of the porous resin film is determined. Furthermore, it calculates | requires by multiplying the said ratio of each layer thickness to the film total thickness calculated | required using the thickness meter.
The thickness of the porous resin film is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and particularly preferably 30 μm or more. As a result, it is possible to uniformly form a desired number of holes having a size that effectively functions for energy conversion. On the other hand, the thickness of the porous resin film is preferably 500 μm or less, more preferably 300 μm or less, and particularly preferably 150 μm or less. As a result, when the charge injection (DC high-voltage discharge treatment) is performed to make the electret, the charge can reach the inside of the layer, and the expected performance of the present invention can be exhibited.

(多孔質樹脂フィルムの表面抵抗値)
多孔質樹脂フィルムの表面抵抗値[Ω]は、JIS−K−6911:1995「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に従って、2重リング法の電極を用いて、温度23℃相対湿度50%の条件下にて測定する。
多孔質樹脂フィルムは、少なくとも片方の表面の表面抵抗が1×1013Ω以上であることが好ましく、5×1013Ω以上であることがより好ましい。これによりエレクトレット化処理を施す際に、電荷が表面を伝って逃げにくく、充分な電荷注入が行われる。一方、少なくとも片方の表面の表面抵抗が9×1017Ω以下であることが好ましく、5×1016Ω以下であることがより好ましい。これにより多孔質樹脂フィルムにゴミや埃が付着し、エレクトレット化処理の際にこれを伝って局所放電を起こし、部分的な多孔質樹脂フィルムの破壊が発生する現象を抑制することができる。
(Surface resistance value of porous resin film)
The surface resistance value [Ω] of the porous resin film was measured under the conditions of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% using a double ring electrode according to JIS-K-6911: 1995 “General Test Method for Thermosetting Plastics”. Measure below.
The surface resistance of at least one surface of the porous resin film is preferably 1 × 10 13 Ω or more, and more preferably 5 × 10 13 Ω or more. As a result, when the electretization process is performed, electric charges are difficult to escape through the surface, and sufficient charge injection is performed. On the other hand, the surface resistance of at least one surface is preferably 9 × 10 17 Ω or less, and more preferably 5 × 10 16 Ω or less. Thereby, dust and dust adhere to the porous resin film, and a local discharge is caused to propagate through the electret treatment, thereby suppressing the phenomenon of partial destruction of the porous resin film.

[エレクトレット材料]
上記多孔質樹脂フィルムをエレクトレット化することで、本発明のエレクトレット材料が得られる。
本発明のエレクトレット化材料は、上述の通り10kHz〜1MHzの範囲内に共鳴現象が現れる。この共鳴現象は、エレクトレット材料を25℃、相対湿度50%の環境でJIS−K−7244−4に従って周波数0.01Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(0.01))と周波数100Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(100))とから上記式4により求められる貯蔵弾性率比(A)が1.10〜2.00であることと密接に関係する。
また、前記共鳴現象は、エレクトレット材料が主として含有する熱可塑性樹脂を、温度に対する引張貯蔵弾性率(E’)の値の変化率が変わる変曲点として求められる相転移温度より高い温度環境においてエレクトレット材料を動作させた場合に観測される。
[Electret material]
The electret material of the present invention can be obtained by electretizing the porous resin film.
In the electretized material of the present invention, a resonance phenomenon appears in the range of 10 kHz to 1 MHz as described above. This resonance phenomenon is measured at a storage elastic modulus (E ′ (0.01) ) measured at a frequency of 0.01 Hz according to JIS-K-7244-4 in an environment of an electret material at 25 ° C. and a relative humidity of 50%, and at a frequency of 100 Hz. This is closely related to the storage elastic modulus ratio (A e ) obtained by the above equation 4 from the storage elastic modulus (E ′ (100) ) of 1.10 to 2.00.
The resonance phenomenon is caused by the fact that the thermoplastic resin mainly contained in the electret material is electret in a temperature environment higher than the phase transition temperature required as an inflection point at which the rate of change of the tensile storage modulus (E ′) with respect to temperature changes. Observed when operating the material.

(エレクトレット化)
かかるエレクトレット化処理としては、いくつかの処理方法が挙げられる。例えば、多孔質樹脂フィルムの両面を導電体で保持し、直流高電圧やパルス状高電圧を加える方法(エレクトロエレクトレット化法)やγ線や電子線を照射してエレクトレット化する方法(ラジオエレクトレット化法)などが公知である。
これらの中でも直流高電圧放電を用いたエレクトレット化処理法(エレクトロエレクト
レット化法)は装置が小型であり、且つ作業者や環境への負荷が小さく、本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の様な高分子材料のエレクトレット化処理に適しており、好ましい。
(Electretization)
As such electretization processing, there are several processing methods. For example, a method in which both sides of a porous resin film are held by a conductor and DC high voltage or pulsed high voltage is applied (electro-electretization method) or γ-ray or electron beam irradiation is performed (radio-electretization) Etc.) are known.
Among these, the electretization method (electroelectretization method) using DC high-voltage discharge has a small apparatus and a small burden on workers and the environment, and is like the energy conversion film (i) of the present invention. It is suitable for the electretization treatment of a high polymer material.

本発明に用い得るエレクトレット化装置の好ましい例としては、図2に示す様に直流高圧電源5に繋がった針状電極6とアース電極7の間に多孔質樹脂フィルムを固定し所定の電圧を印加する方法、図4に示す様に直流高圧電源5に繋がったワイヤー電極10とアース電極7の間に多孔質樹脂フィルムを固定し所定の電圧を印加しながらワイヤー電極10を移動する方法、図3に示す様に直流高圧電源5に繋がった針状電極8とアースに接続されたロール9の間に所定の電圧を印加しながら多孔質樹脂フィルムを通過させる方法、図5に示す様に直流高圧電源5に繋がったワイヤー電極11とアースに接続されたロール9の間に所定の電圧を印加しながら多孔質樹脂フィルムを通過させる方法、などが挙げられる。   As a preferred example of an electretization apparatus that can be used in the present invention, a porous resin film is fixed between a needle electrode 6 connected to a DC high voltage power source 5 and a ground electrode 7 and a predetermined voltage is applied as shown in FIG. 4, a method of fixing the porous resin film between the wire electrode 10 connected to the DC high voltage power source 5 and the ground electrode 7 as shown in FIG. 4 and moving the wire electrode 10 while applying a predetermined voltage, FIG. A method of passing a porous resin film while applying a predetermined voltage between a needle electrode 8 connected to a DC high voltage power source 5 and a roll 9 connected to the ground, as shown in FIG. For example, a method of passing a porous resin film while applying a predetermined voltage between the wire electrode 11 connected to the power supply 5 and the roll 9 connected to the ground, and the like can be mentioned.

多孔質樹脂フィルムは、直流高電圧放電によるエレクトレット化処理により、より多くの電荷を内部に蓄積することが可能である。
係るエレクトレット化処理の印加電圧は、多孔質樹脂フィルムの厚み、空孔率、樹脂やフィラーの材質、処理速度、用いる電極の形状、材質、大きさ、最終的に得るべきエレクトレット材料の帯電量などにより変更し得るが、5kV以上が好ましく、6kV以上がより好ましく、7kV以上が更に好ましい。これにより、十分な電荷量が注入でき、圧電性能が発揮できる。一方、エレクトレット化処理の印加電圧は、100kV以下が好ましく、70kV以下がより好ましく、50kV以下が更に好ましい。これにより、エレクトレット化処理時に局所的な火花放電が発生して多孔質樹脂フィルムにピンホール等の部分的な破壊が発生したり、エレクトレット化処理時に多孔質樹脂フィルムの表面から端面を伝いアース電極へ電流が流れやすくなり、エレクトレット化の効率が悪くなったりする現象を回避しやすい。
The porous resin film can accumulate more electric charges inside by electretization treatment by direct current high voltage discharge.
The applied voltage of the electret treatment is the thickness of the porous resin film, the porosity, the material of the resin and filler, the treatment speed, the shape, material and size of the electrode used, the charge amount of the electret material to be finally obtained, etc. However, 5 kV or more is preferable, 6 kV or more is more preferable, and 7 kV or more is more preferable. Thereby, a sufficient amount of charge can be injected, and piezoelectric performance can be exhibited. On the other hand, the applied voltage for the electretization treatment is preferably 100 kV or less, more preferably 70 kV or less, and even more preferably 50 kV or less. As a result, a local spark discharge occurs during the electretization process, causing partial destruction such as pinholes in the porous resin film, or the earth electrode that travels from the surface of the porous resin film to the end face during the electretization process. It is easy to avoid the phenomenon that current flows easily and the efficiency of electretization deteriorates.

エレクトレット化処理において、多孔質樹脂フィルム中に過剰に電荷を注入する場合がある。この場合は処理後のエレクトレット材料が放電を起こし、後加工プロセスで不都合を来す場合がある。そのためエレクトレット化処理後に、余剰電荷の除電処理を行ってもよい。
係る除電処理としては、電圧印加式除電器(イオナイザ)や自己放電式除電器など公知の手法を用いることができる。これら一般的な除電器は多孔質樹脂フィルムの表面電荷の除去はできるが、多孔質樹脂フィルム内部、特に空孔内に蓄積した電荷までは除去できない。したがって除電処理によりエレクトレット材料の性能が大きく低下することはない。
除電処理を行なうことにより、エレクトレット化処理により過剰に与えられた電荷を除去してエレクトレット材料の放電現象の防止が可能となる。
In the electretization treatment, an excessive charge may be injected into the porous resin film. In this case, the electret material after processing may cause electric discharge, which may cause inconvenience in the post-processing process. Therefore, after the electretization process, the charge removal process for surplus charges may be performed.
As such a charge removal process, a known method such as a voltage application charge remover (ionizer) or a self-discharge charge remover can be used. These general static eliminators can remove the surface charge of the porous resin film, but cannot remove the charges accumulated in the porous resin film, particularly in the pores. Accordingly, the performance of the electret material is not greatly reduced by the charge removal process.
By performing the charge removal process, it is possible to remove the charge applied excessively by the electretization process and prevent the discharge phenomenon of the electret material.

エレクトレット化処理は、多孔質樹脂フィルムに用いる主な熱可塑性樹脂のガラス転移点温度以上から結晶部の融点以下の温度で行うことが望ましい。ガラス転移点以上であれば熱可塑性樹脂の非晶質部分の分子運動が活発であり、与えられた電荷に適した分子配列をなすため、効率が良いエレクトレット化処理が可能となる。一方、多孔質樹脂フィルムに用いる主な熱可塑性樹脂の融点を超えてしまうと多孔質樹脂フィルム自体がその構造を維持できなくなってしまうため、本発明の所期の性能を得られないことがある。   The electretization treatment is desirably performed at a temperature not lower than the glass transition temperature of the main thermoplastic resin used for the porous resin film and not higher than the melting point of the crystal part. If the glass transition point or higher, the molecular motion of the amorphous portion of the thermoplastic resin is active, and a molecular arrangement suitable for a given charge is formed, so that an efficient electret treatment is possible. On the other hand, if the melting point of the main thermoplastic resin used for the porous resin film is exceeded, the porous resin film itself cannot maintain its structure, and the desired performance of the present invention may not be obtained. .

[導電層(D)]
多孔質樹脂フィルムをエレクトレット化したエレクトレット材料には、少なくとも片方の面に導電層を設けることにより、電力の入出力が可能である。導電層は電極として用いるものであるので、エレクトレット材料の少なくとも片方の面に導電層を設け、JIS−K−7194:1994「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に従っ
て4端子法により測定した表面抵抗値は1×10−2〜9×10Ωに設定されていることが好ましい。
エレクトレット材料の表面抵抗値が9×10Ωを超えると電気信号の伝達効率が悪く、電気・電子入出力装置用材料としての性能が低下する傾向にある。一方、1×10−2Ω未満の導電層を設けることは、塗工の場合、導電層を厚く設ける必要があり、塗工した後に乾燥時の熱により多孔質樹脂フィルムが熱収縮を起こすことがある。また、蒸着する場合は蒸着される金属の熱により、多孔質樹脂フィルムが内部に形成した空孔が潰れてしまったり、多孔質樹脂フィルムが熱収縮を起こしたりすることがある。
[Conductive layer (D)]
The electret material obtained by electrifying the porous resin film can input and output electric power by providing a conductive layer on at least one surface. Since the conductive layer is used as an electrode, a conductive layer is provided on at least one side of the electret material, and a four-terminal method is performed in accordance with JIS-K-7194: 1994 “Resistivity test method for conductive plastics by four-probe method”. It is preferable that the surface resistance value measured by is set to 1 × 10 −2 to 9 × 10 7 Ω.
When the surface resistance value of the electret material exceeds 9 × 10 7 Ω, the electric signal transmission efficiency is poor, and the performance as a material for an electric / electronic input / output device tends to be lowered. On the other hand, providing a conductive layer of less than 1 × 10 −2 Ω means that in the case of coating, it is necessary to provide a thick conductive layer, and after coating, the porous resin film undergoes heat shrinkage due to heat during drying. There is. Moreover, when vapor-depositing, the void | hole formed in the porous resin film inside may be crushed by the heat | fever of the metal to vapor-deposit, or a porous resin film may raise | generate a heat shrink.

導電層としては、導電性塗料の塗工による塗膜や金属蒸着膜などが挙げられる。
塗工可能な導電性材料の例としては、金、銀、白金、銅、ケイ素などの金属粒子;スズドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛などの導電性酸化金属粒子;カーボン粒子等を、ポリアクリル酸エステル、ポリウレタン、ポリエポキシ、ポリエーテル、ポリエステルなどのバインダー樹脂成分の溶液又は分散液に混合したものが挙げられる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性樹脂の溶液又は分散液などが挙げられる。
導電性塗料の塗工は、ダイコーター、バーコーター、コンマコーター、リップコーター、ロールコーター、カーテンコーター、グラビアコーター、スプレーコーター、ブレードコーター、リバースコーター、エアーナイフコーター等の従来公知の塗工装置により実施できる。
金属蒸着膜の具体的な例としては、アルミニウム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属を減圧下で気化して蒸着させ、多孔質樹脂フィルムの表面に薄膜を形成したもの、または、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の担体上にアルミニウム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属を蒸着して形成した金属薄膜を多孔質樹脂フィルムの表面に転写したもの等が挙げられる。
Examples of the conductive layer include a coating film formed by applying a conductive paint and a metal vapor deposition film.
Examples of conductive materials that can be applied include metal particles such as gold, silver, platinum, copper, and silicon; tin-doped indium oxide (ITO), antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), aluminum Conductive metal oxide particles such as doped zinc oxide; carbon particles or the like mixed in a solution or dispersion of a binder resin component such as polyacrylate, polyurethane, polyepoxy, polyether, polyester, and the like. In addition, a solution or a dispersion of a conductive resin such as polyaniline, polypyrrole, or polythiophene can be given.
The conductive coating is applied by a conventionally known coating apparatus such as a die coater, bar coater, comma coater, lip coater, roll coater, curtain coater, gravure coater, spray coater, blade coater, reverse coater, air knife coater, etc. Can be implemented.
As a specific example of the metal vapor deposition film, a metal such as aluminum, zinc, gold, silver, platinum, nickel is vaporized under reduced pressure, and a thin film is formed on the surface of the porous resin film, or Examples thereof include a metal thin film formed by vapor-depositing a metal such as aluminum, zinc, gold, silver, platinum, or nickel on a carrier such as a polyethylene terephthalate (PET) film and transferred onto the surface of the porous resin film.

多孔質樹脂フィルムの表面への導電層の設置は、エレクトレット化処理前であっても、処理後であっても差し支えない。
導電層の設置をエレクトレット化処理後のエレクトレット材料に行えば、エレクトレット化処理時に導電層を介した電荷の放散を防ぐことが可能である。しかしながら導電層の設置の際に多孔質樹脂フィルムに熱などの負荷が掛かり、電荷が逃げてしまい性能が低下する場合がある。現状では最終的に得られるエレクトレット材料の性能から判断して、導電層はエレクトレット化処理前に設けることが好ましい。
The conductive layer may be installed on the surface of the porous resin film either before or after the electret treatment.
If the conductive layer is installed on the electret material after the electret treatment, it is possible to prevent the charge from being dissipated through the conductive layer during the electret treatment. However, when the conductive layer is installed, a load such as heat is applied to the porous resin film, and the electric charge escapes and the performance may deteriorate. Judging from the performance of the finally obtained electret material, the conductive layer is preferably provided before the electret treatment.

以下に実施例を用いて、本発明を更に具体的に説明する。以下に示す材料、使用量、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。
なお、以下に記載される%は、特記しない限り質量%である。また、本明細書中における体積平均粒径は、メディアン径D50として表記している。
表1に、多孔質樹脂フィルムの製造例、実施例に使用する材料をまとめて示す。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, operations, and the like shown below can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.
In addition,% described below is mass% unless otherwise specified. Moreover, the volume average particle diameter in this specification is described as the median diameter D50.
Table 1 summarizes materials used in production examples and examples of porous resin films.

Figure 2016039275
Figure 2016039275

[配合例]
表1に記載した通り、熱可塑性樹脂(プロピレン単独重合体71.8質量%及び高密度ポリエチレン10質量%)、空孔形成核剤(炭酸カルシウム18質量%)及び分散剤(オレイン酸)0.2質量%を混合し、210℃に設定した2軸混練機にて溶融混練し、次いで230℃に設定した押出機にてストランド状に押し出し、冷却後にストランドカッターにて切断して樹脂組成物(a)のペレットを作成した。
[Composition example]
As described in Table 1, thermoplastic resin (71.8% by mass of propylene homopolymer and 10% by mass of high-density polyethylene), pore-forming nucleating agent (18% by mass of calcium carbonate) and dispersing agent (oleic acid) 2% by mass was mixed, melted and kneaded with a twin-screw kneader set at 210 ° C., then extruded into a strand shape with an extruder set at 230 ° C., cooled, and cut with a strand cutter to obtain a resin composition ( The pellet of a) was prepared.

[実施例1]
多孔質樹脂フィルム用樹脂組成物aを230℃に設定した1台の押出機にて溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスの中層に供給すると同時に、表面層となる熱可塑性樹脂組成物b(プロピレン単独重合体)を230℃に設定した2台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスの表層に供給してb/a/bの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを140℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向(MD)に4倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び150℃に加熱して横方向(TD)に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
次いで60℃まで冷却し、耳部をスリットした後、両面にコロナ表面放電処理を施し、同フィルムの両面に、アンカー剤Aとしてポリアミンポリアミド系重合体溶液(ポリアミンポリアミドのエピクロルヒドリン付加物溶液(星光PMC(株)製、商品名:WS4024、固形分濃度25質量%)を水/2−プロパノール=9/1の混合液で25倍希釈して得た溶液)を、スクイズコーターを用いて乾燥後の塗工量がそれぞれ0.02g/mとなるように塗工し、80℃のオーブンで乾燥してアンカーコート層を設け、多孔質樹脂フィルムを得た。
得られた多孔質樹脂フィルムは、肉厚が70μm、各層厚みが1μm/68μm/1μm、各層延伸軸数が2軸/2軸/2軸、空孔率が39%、表面抵抗値が両面ともに1014Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、多孔質樹脂フィルム内部に生じた、フィルムの厚み方向に3〜30μmの高さを有し且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で554個/mm、フィルムの幅方
向で872個/mmであった。
[Example 1]
The resin composition a for porous resin film is melt-kneaded in one extruder set at 230 ° C., and then supplied to the middle layer of a feed block type multilayer die set at 250 ° C., and at the same time, becomes a thermoplastic surface layer. The resin composition b (propylene homopolymer) was melt-kneaded in two extruders set at 230 ° C., and then supplied to the surface layer of a feed block type multilayer die set at 250 ° C. to obtain b / a / b. Were laminated in a die so as to be in this order and extruded into a sheet shape, which was cooled to 60 ° C. by a cooling device to obtain a three-layer unstretched sheet.
This unstretched sheet was heated to 140 ° C. and stretched 4 times in the machine direction (MD) using the peripheral speed difference of the roll group. Next, the uniaxially stretched sheet was cooled to 60 ° C., heated again to 150 ° C. using a tenter oven and stretched 8 times in the transverse direction (TD), and further heated to 160 ° C. in the oven for heat treatment. .
Next, after cooling to 60 ° C. and slitting the ears, both surfaces were subjected to corona surface discharge treatment, and both sides of the film were treated with polyamine polyamide polymer solution (an epichlorohydrin adduct solution of polyamine polyamide (Starlight PMC) as anchor agent A. (Product name: WS4024, solid content concentration: 25% by mass) obtained by diluting 25 times with a mixed solution of water / 2-propanol = 9/1) using a squeeze coater. The coating amount was 0.02 g / m 2 and dried in an oven at 80 ° C. to provide an anchor coat layer to obtain a porous resin film.
The obtained porous resin film has a thickness of 70 μm, the thickness of each layer is 1 μm / 68 μm / 1 μm, the number of stretching axes of each layer is 2 axes / 2 axes / 2 axes, the porosity is 39%, and the surface resistance value is on both sides. It was 10 14 Ω. In addition, from the cross-sectional observation of the film, the number of holes generated in the porous resin film having a height of 3 to 30 μm in the thickness direction of the film and a diameter of 50 to 500 μm in the surface direction of the film is The film flow direction was 554 / mm 2 , and the film width direction was 872 / mm 2 .

[相転移温度の測定]
実施例1で作成した多孔質樹脂フィルムから縦70mm、横3mmの試験片を多孔質樹脂フィルムのMD方向が試験片の縦になるようにして1枚、多孔質樹脂フィルムのTD方向が試験片の縦になるようにして1枚採取した。
次に、JIS−K−7244−1およびJIS−K−7244−4に従い、動的粘弾性計測装置(TAインスツルメンツ社製:RSA3)に試験片をセットした。この時のクランプ間距離は20mmとした。
続いて、−110℃〜130℃の範囲において1℃/minの昇温速度で加熱しながら、1Hzの周波数にて引張貯蔵弾性率(E’)と引張損失弾性率(E’’)を1℃間隔で測定した。次に温度を横軸に、引張貯蔵弾性率(E’)値及び損失弾性率(E’’)値を縦軸にプロットした。得られた結果を図6に示す。
図6下に示す通り、実施例1の多孔質樹脂フィルムにおける損失弾性率(E’’)ピーク温度は、MD方向を試験片の縦とする向きで18℃、TD方向を試験片の縦とする向きで16℃であった。
[Measurement of phase transition temperature]
One test piece 70 mm long and 3 mm wide from the porous resin film prepared in Example 1 so that the MD direction of the porous resin film is vertical to the test piece, and the TD direction of the porous resin film is the test piece. One piece was collected so as to be vertical.
Next, according to JIS-K-7244-1 and JIS-K-7244-4, the test piece was set to the dynamic viscoelasticity measuring apparatus (TA Instruments company make: RSA3). The distance between clamps at this time was 20 mm.
Subsequently, the tensile storage elastic modulus (E ′) and the tensile loss elastic modulus (E ″) are set to 1 at a frequency of 1 Hz while heating at a temperature increase rate of 1 ° C./min in the range of −110 ° C. to 130 ° C. Measured at intervals of ° C. Next, the temperature was plotted on the horizontal axis, and the tensile storage elastic modulus (E ′) value and loss elastic modulus (E ″) value were plotted on the vertical axis. The obtained result is shown in FIG.
As shown in the lower part of FIG. 6, the loss elastic modulus (E ″) peak temperature in the porous resin film of Example 1 is 18 ° C. with the MD direction being the length of the test piece, and the TD direction is the length of the test piece. The orientation was 16 ° C.

[貯蔵弾性率比の測定]
実施例1で作成した多孔質樹脂フィルムから縦70mm、横3mmの試験片を多孔質樹脂フィルムのMD方向が試験片の縦になるようにして1枚、多孔質樹脂フィルムのTD方向が試験片の縦になるようにして1枚採取した。
次に、JIS−K−7244−1およびJIS−K−7244−4に従い、動的粘弾性計測装置(TAインスツルメンツ社製:RSA3)に試験片をセットした。この時のクランプ間距離は20mmとした。
続いて、25℃、相対湿度50%の環境で周波数0.01Hzから100Hzまでの範囲で貯蔵弾性率(E’)を対数で均等間隔となる様に16点測定した。得られた結果を図8に示す。
図8に示す通り、上記周波数領域で貯蔵弾性率(E’)は良い直線性を示した。
次にMD方向を試験片の縦とする向きとTD方向を試験片の縦とする向きのそれぞれについて0.01Hzと100Hzの2点に於ける貯蔵弾性率(E’)を測定した。
MD方向を試験片の縦とする向きの貯蔵弾性率(E’)は100Hzにおいて1.04GPa、0.01Hzにおいて0.74GPaであった。
TD方向を試験片の縦とする向きの貯蔵弾性率(E’)は100Hzにおいて2.39GPa、0.01Hzにおいて1.83GPaであった。
次に、MD方向とTD方向それぞれについて式(4)により貯蔵弾性率比を求めた。
= E’(100)/E’(0.01) ・・・(式4)
: 貯蔵弾性率比[−]
E’(100) : 周波数100Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
E’(0.01) : 周波数0.01Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
MD方向を試験片の縦とする向きの貯蔵弾性率比は1.41、TD方向を試験片の縦とする向きの貯蔵弾性率比は1.31であり、これら値は小数点第2位で示した。
[Measurement of storage modulus ratio]
One test piece 70 mm long and 3 mm wide from the porous resin film prepared in Example 1 so that the MD direction of the porous resin film is vertical to the test piece, and the TD direction of the porous resin film is the test piece. One piece was collected so as to be vertical.
Next, according to JIS-K-7244-1 and JIS-K-7244-4, the test piece was set to the dynamic viscoelasticity measuring apparatus (TA Instruments company make: RSA3). The distance between clamps at this time was 20 mm.
Subsequently, the storage elastic modulus (E ′) was measured at 16 points in a logarithmic uniform interval in a frequency range of 0.01 Hz to 100 Hz in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50%. The obtained result is shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the storage elastic modulus (E ′) showed good linearity in the frequency region.
Next, the storage elastic modulus (E ′) at two points of 0.01 Hz and 100 Hz was measured for each of the direction in which the MD direction is the length of the test piece and the direction in which the TD direction is the length of the test piece.
The storage elastic modulus (E ′) with the MD direction being the length of the test piece was 1.04 GPa at 100 Hz and 0.74 GPa at 0.01 Hz.
The storage elastic modulus (E ′) with the TD direction as the length of the test piece was 2.39 GPa at 100 Hz and 1.83 GPa at 0.01 Hz.
Next, the storage elastic modulus ratio was calculated | required by Formula (4) about each of MD direction and TD direction.
A e = E ′ (100) / E ′ (0.01) (Expression 4)
A e : Storage elastic modulus ratio [−]
E ′ (100) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 100 Hz
E ′ (0.01) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 0.01 Hz
The storage elastic modulus ratio in the direction in which the MD direction is the longitudinal direction of the test piece is 1.41, and the storage elastic modulus ratio in the direction in which the TD direction is the vertical direction of the test piece is 1.31, and these values are the second decimal place. Indicated.

[エレクトレット材料の作成]
実施例1で作成した多孔質樹脂フィルムの片面に真空蒸着装置(日立ハイテク製、商品名:VE−2030)を用いてアルミニウムを蒸着して導電層を形成した。
次いで主電極の針間距離10mm、主電極−アース電極間距離10mmに設定した図2に記載のエレクトレット化装置のアース電極盤上に上記で得た蒸着フィルムのアルミニウム蒸着面がアース電極面と接触するように置き、直流電圧を印加した。
印加電圧を1kVから少しずつ上昇させ、局所火花放電により蒸着フィルムが破壊される電圧(絶縁破壊電圧)を測定した。
この絶縁破壊電圧よりも1kV低い電圧で別に作成した蒸着フィルムに電荷注入を行って、エレクトレット化を行い、次にアルミニウム蒸着が形成れていない面に真空蒸着装置(日立ハイテク製、商品名:VE−2030)を用いてアルミニウムを蒸着して導電層を形成しエレクトレット材料を作成した。
得られたエレクトレット材料の表裏の表面抵抗値をJIS−K−7194:1994「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に従い4端子法により測定したところ、表面抵抗値が1Ω以下であった。
[Creation of electret materials]
Aluminum was vapor-deposited on one side of the porous resin film prepared in Example 1 using a vacuum deposition apparatus (trade name: VE-2030, manufactured by Hitachi High-Tech) to form a conductive layer.
Next, the aluminum vapor deposition surface of the vapor deposition film obtained above is in contact with the ground electrode surface on the ground electrode board of the electretization apparatus shown in FIG. 2 set to a distance between the main electrodes of 10 mm and a distance between the main electrode and the ground electrode of 10 mm. A DC voltage was applied.
The applied voltage was gradually increased from 1 kV, and the voltage (dielectric breakdown voltage) at which the deposited film was destroyed by local spark discharge was measured.
Electric charge is injected into a vapor-deposited film separately produced at a voltage 1 kV lower than the dielectric breakdown voltage, electretization is performed, and then a vacuum vapor deposition apparatus (made by Hitachi High-Tech, product name: VE) is formed on the surface where aluminum vapor deposition is not formed. -2030) was used to deposit aluminum to form a conductive layer to produce an electret material.
When the surface resistance value of the front and back surfaces of the electret material obtained was measured by the 4-terminal method according to JIS-K-7194: 1994 “Resistivity test method by conductive probe 4-probe method”, the surface resistance value was 1Ω or less. there were.

[共鳴周波数の測定]
上記記載の方法で直流コロナ放電により電荷注入を施したエレクトレット材料にインピーダンスアナライザ(アジレントテクノロジー社製:4194A)に接続し、25℃、相対湿度50%の環境で表裏間の静電容量(C)および誘電損失(tanδ)を周波数1kHz〜1MHzの範囲を対数で均等間隔となる様に電極接触法で201点測定し、得られた静電容量から下式(1)により比誘電率(ε)を算出した。
ε=C×t/A/ε ・・・(式1)
C :エレクトレット材料の静電容量[F]
ε : 比誘電率[−]
ε : 真空の誘電率(8.854×10−12)[F/m]
A : 電極面積[m
t : エレクトレット材料の厚み[m]
次に上記式1により求めた比誘電率(ε)及び上記測定で得られた誘電損失(tanδ)を周波数1kHz〜1MHzの範囲で周波数の対数に対してプロットした。得られた結果を図7に示す。
図7下に示す通り、誘電損失(tanδ)のピークが318kHzに観測されたので、その0.5倍〜2.0倍の周波数の範囲(159〜636kHz)で比誘電率(ε)の変化が最大となる周波数(Sf)を共鳴周波数として求めたところ、326kHzであった。
[Measurement of resonance frequency]
Capacitance between front and back (C) in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity connected to an impedance analyzer (Agilent Technology: 4194A) on the electret material subjected to charge injection by DC corona discharge by the method described above. The dielectric loss (tan δ) is measured at 201 points by the electrode contact method so that the frequency range of 1 kHz to 1 MHz is logarithmically uniform, and the relative permittivity (ε r ) Was calculated.
ε r = C × t / A / ε 0 (Expression 1)
C: Capacitance of electret material [F]
ε r : relative permittivity [−]
ε 0 : Dielectric constant of vacuum (8.854 × 10 −12 ) [F / m]
A: Electrode area [m 2 ]
t: thickness of electret material [m]
Next, the relative dielectric constant (ε r ) obtained by the above equation 1 and the dielectric loss (tan δ) obtained by the above measurement were plotted against the logarithm of the frequency in the frequency range of 1 kHz to 1 MHz. The obtained results are shown in FIG.
As shown in the lower part of FIG. 7, since the peak of dielectric loss (tan δ) was observed at 318 kHz, the relative dielectric constant (ε r ) of the frequency range (159 to 636 kHz) was 0.5 to 2.0 times. It was 326 kHz when the frequency (Sf) with the maximum change was determined as the resonance frequency.

[誘電率変化率の測定]
上記共鳴周波数の測定結果より、式2により誘電率変化率(Se)を算出した。
Se=(εrB−εrA)/εrS×100 ・・・(式2)
Se : 誘電率変化率[%]
εrS : 共鳴周波数における比誘電率[−]
εrB : 共鳴周波数の0.5倍の周波数における比誘電率[−]
εrA : 共鳴周波数の2.0倍の周波数における比誘電率[−]
図7上に示す通り、共鳴周波数は326kHz、εrSが1.431[−]、εrBが163kHzにおける比誘電率で1.438[−]、εrAが652kHzにおける比誘電率で1.426[−]であったので、誘電率変化率(Se)は0.84%と見積もられた。
[Measurement of dielectric constant change rate]
From the measurement result of the resonance frequency, the dielectric constant change rate (Se) was calculated by Equation 2.
Se = (ε rB -ε rA) / ε rS × 100 ··· ( Formula 2)
Se: Dielectric constant change rate [%]
ε rS : relative dielectric constant at resonance frequency [−]
ε rB : relative permittivity [−] at a frequency 0.5 times the resonance frequency
ε rA : relative dielectric constant [−] at a frequency 2.0 times the resonance frequency
As shown in FIG. 7, the resonance frequency is 326 kHz, ε rS is 1.431 [−], ε rB is 1.438 [−] in relative permittivity at 163 kHz, and ε rA is 1.426 in relative permittivity at 652 kHz. Since it was [−], the dielectric constant change rate (Se) was estimated to be 0.84%.

[比誘電率の周波数依存性の測定]
前記共鳴周波数の測定において、1kHzから共鳴周波数の0.5倍の周波数までの範囲において、周波数(Feq)の対数に対する比誘電率(εrf)をプロットしたところ、図7上に示す通り、比誘電率(εrf)の周波数依存性は直線性を示した。
さらに、上記プロットの直線部分について最小二乗法を用いて下記式3で近似したところ、比誘電率(εrf)の周波数依存性(a)は−0.0042と算出された。
εrf =a × log(Feq) + b ・・・(式3)
εrf : 比誘電率[−]
Feq: 周波数[Hz]
a : 傾き=−0.0042
b : Y切片=1.4591
一方、電荷注入を行っていない蒸着フィルムについて同様に比誘電率(εrf)の周波数依存性を測定したところ、比誘電率は1.26で一定であり、周波数依存性(a)は0であった。
[Measurement of frequency dependence of relative permittivity]
In the measurement of the resonance frequency, the relative dielectric constant (ε rf ) against the logarithm of the frequency (Feq) is plotted in the range from 1 kHz to a frequency that is 0.5 times the resonance frequency. As shown in FIG. The frequency dependence of the dielectric constant (ε rf ) showed linearity.
Furthermore, when the linear portion of the plot was approximated by the following equation 3 using the least square method, the frequency dependence (a) of the relative permittivity (ε rf ) was calculated to be −0.0042.
[epsilon] rf = a * log (Feq) + b (Formula 3)
ε rf : relative permittivity [−]
Feq: Frequency [Hz]
a: inclination = −0.0042
b: Y intercept = 1.4591
On the other hand, when the frequency dependence of the relative permittivity (ε rf ) was measured in the same manner for the deposited film on which charge was not injected, the relative permittivity was constant at 1.26 and the frequency dependence (a) was 0. there were.

測定結果を表2にまとめた。

Figure 2016039275
The measurement results are summarized in Table 2.
Figure 2016039275

表2より、実施例1の多孔質樹脂フィルムの損失弾性率(E’’)ピーク温度は16℃(TD)及び18℃(MD)であり、測定温度(25℃)で良好な圧電性能を発揮することが分かる。
また、式4から求められる周波数0.01Hzと周波数100Hzの貯蔵弾性率比は1.10〜2.00の範囲内であり、低周波領域で貯蔵弾性率が増加していることから、低周波領域(例えば可聴周波数領域)で良好な圧電性能が得られることが分かる。
続いて電荷注入を行ったエレクトレット材料について共鳴周波数の測定を行ったところ、326kHzに共鳴ピークを観測した。電荷注入を行っていない誘電体では、10kHz〜1MHzの範囲内に共鳴周波数が現れないことは周知であり、本発明のエレクトレット材料は電荷注入により圧電体として有効に機能することが分かる。また、誘電率差は0.84%で圧電体としての性能も高いことが分かる。さらに、誘電率(εrf)の周波数依存性は−0.0042で、周波数が低い方で圧電性が高い特性であることが分かる。
上記結果から、本発明のエレクトレット材料を該エレクトレット材料の前記損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させる使用方法が有用であり
、本発明のエレクトレット材料を使用したセンサー、該センサーを可聴周波数領域で使用する方法、及び該センサーを、該センサーを構成するエレクトレット材料の損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させる使用方法が可能であることが分かる。
From Table 2, the loss elastic modulus (E ″) peak temperatures of the porous resin film of Example 1 are 16 ° C. (TD) and 18 ° C. (MD), and good piezoelectric performance is obtained at the measurement temperature (25 ° C.). You can see that it works.
Further, the storage elastic modulus ratio between the frequency of 0.01 Hz and the frequency of 100 Hz obtained from Equation 4 is in the range of 1.10 to 2.00, and the storage elastic modulus is increased in the low frequency region. It can be seen that good piezoelectric performance can be obtained in a region (for example, an audible frequency region).
Subsequently, when the resonance frequency of the electret material subjected to charge injection was measured, a resonance peak was observed at 326 kHz. It is well known that no dielectric frequency appears in the range of 10 kHz to 1 MHz in a dielectric that is not subjected to charge injection, and it can be seen that the electret material of the present invention functions effectively as a piezoelectric body by charge injection. Further, it can be seen that the dielectric constant difference is 0.84% and the performance as a piezoelectric body is high. Furthermore, the frequency dependence of the dielectric constant (ε rf ) is −0.0042, which indicates that the piezoelectricity is higher at lower frequencies.
From the above results, the usage method of operating the electret material of the present invention in the range of −20 to 20 ° C. with respect to the loss elastic modulus (E ″) peak temperature of the electret material is useful. , A method of using the sensor in the audible frequency region, and the sensor in a range of −20 to 20 ° C. with respect to a peak temperature of loss elastic modulus (E ″) of the electret material constituting the sensor. It can be seen that the operating method of operation is possible.

本発明のエレクトレット材料は、該エレクトレット材料の相転移温度より高い温度において圧電性を示す。また、低周波領域、とりわけ可聴周波数領域で感度が良好であることから、音響センサー、振動センサー、衝撃センサー等の特性に優れ、それらを使用した計測器、制御装置、異常診断システム、防犯装置、スタビライザー、ロボット、打楽器、遊技機等の製造に利用可能であり、これらの産業分野に多大な寄与を与える。   The electret material of the present invention exhibits piezoelectricity at a temperature higher than the phase transition temperature of the electret material. In addition, because it has good sensitivity in the low frequency region, especially in the audible frequency region, it has excellent characteristics such as acoustic sensors, vibration sensors, impact sensors, etc., and measuring instruments, control devices, abnormality diagnosis systems, security devices, It can be used for the manufacture of stabilizers, robots, percussion instruments, game machines and the like, and makes a great contribution to these industrial fields.

Claims (10)

熱可塑性樹脂を含有するエレクトレット材料であって、
該エレクトレット材料における該熱可塑性樹脂の含有率が50質量%以上であり、
該エレクトレット材料は多孔質樹脂フィルムを含んでなり、
該多孔質樹脂フィルムを−100〜100℃の温度範囲で、1℃/minの昇温速度で周波数1Hzにて損失弾性率(E’’)を測定したとき、損失弾性率(E’’)ピーク温度が0〜40℃である
ことを特徴とするエレクトレット材料。
An electret material containing a thermoplastic resin,
The content of the thermoplastic resin in the electret material is 50% by mass or more,
The electret material comprises a porous resin film,
When the loss elastic modulus (E ″) of the porous resin film was measured at a frequency of 1 Hz at a temperature increase rate of 1 ° C./min in the temperature range of −100 to 100 ° C., the loss elastic modulus (E ″) An electret material having a peak temperature of 0 to 40 ° C.
熱可塑性樹脂を含有するエレクトレット材料であって、
直流コロナ放電により絶縁破壊電圧に達しない電圧で電荷注入を実施した前記エレクトレット材料を以下の方法で測定した時、共鳴周波数が10kHz〜1MHzの範囲内に現れることを特徴とするエレクトレット材料。
共鳴周波数の測定法:25℃、相対湿度50%の環境で該エレクトレット材料の静電容量(C)および誘電損失(tanδ)を周波数1kHz〜1MHzの範囲で測定し、下記式1により求めた比誘電率(ε)及び上記測定で得られた誘電損失(tanδ)を周波数の対数に対してプロットし、誘電損失(tanδ)のピークが観測される周波数の0.5倍〜1.5倍の周波数の範囲内で比誘電率(ε)の変化が最大となる周波数を共鳴周波数(Sf)とする。
ε=C×t/A/ε ・・・(式1)
C : エレクトレット材料の静電容量[F]
ε : 比誘電率[−]
ε : 真空の誘電率(8.854×10−12)[F/m]
A : 電極面積[m
t : エレクトレット材料の厚み[m]
An electret material containing a thermoplastic resin,
An electret material wherein a resonance frequency appears in a range of 10 kHz to 1 MHz when the electret material subjected to charge injection at a voltage that does not reach a dielectric breakdown voltage by direct current corona discharge is measured by the following method.
Resonance frequency measurement method: the ratio (C) and dielectric loss (tan δ) of the electret material measured in the frequency range of 1 kHz to 1 MHz in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity The dielectric constant (ε r ) and the dielectric loss (tan δ) obtained by the above measurement are plotted against the logarithm of the frequency, and the frequency at which the peak of the dielectric loss (tan δ) is observed is 0.5 to 1.5 times. The frequency at which the change in relative permittivity (ε r ) is maximum within the frequency range is defined as the resonance frequency (Sf).
ε r = C × t / A / ε 0 (Expression 1)
C: Capacitance of electret material [F]
ε r : relative permittivity [−]
ε 0 : Dielectric constant of vacuum (8.854 × 10 −12 ) [F / m]
A: Electrode area [m 2 ]
t: thickness of electret material [m]
前記共鳴周波数の測定において、下記式2から求められる誘電率変化率(Se)が0.1〜5.0%である、請求項2に記載のエレクトレット材料。
Se=(εrB−εrA)/εrS×100 ・・・(式2)
Se : 誘電率変化率[%]
εrS : 共鳴周波数における比誘電率[−]
εrB : 共鳴周波数の0.5倍の周波数における比誘電率[−]
εrA : 共鳴周波数の2.0倍の周波数における比誘電率[−]
The electret material according to claim 2, wherein in the measurement of the resonance frequency, a dielectric constant change rate (Se) obtained from the following formula 2 is 0.1 to 5.0%.
Se = (ε rB -ε rA) / ε rS × 100 ··· ( Formula 2)
Se: Dielectric constant change rate [%]
ε rS : relative dielectric constant at resonance frequency [−]
ε rB : relative permittivity [−] at a frequency 0.5 times the resonance frequency
ε rA : relative dielectric constant [−] at a frequency 2.0 times the resonance frequency
前記共鳴周波数の測定において、1kHzから共鳴周波数の0.5倍の周波数までの範囲における比誘電率(εrf)を、最小二乗法を用いて下記式3で近似した時の傾き(a)で表される周波数依存性が−0.0200〜−0.0001である、請求項2に記載のエレクトレット材料。
εrf =a × log(Feq) + b ・・・(式3)
εrf : 比誘電率[−]
Feq: 周波数[Hz]
a : 傾き
b : Y切片
In the measurement of the resonance frequency, the relative permittivity (ε rf ) in the range from 1 kHz to 0.5 times the resonance frequency is expressed by the slope (a) when approximated by the following equation 3 using the least square method. The electret material according to claim 2, wherein the expressed frequency dependence is −0.0200 to −0.0001.
[epsilon] rf = a * log (Feq) + b (Formula 3)
ε rf : relative permittivity [−]
Feq: Frequency [Hz]
a: inclination b: Y intercept
熱可塑性樹脂を含有するエレクトレット材料であって、
該エレクトレット材料を25℃、相対湿度50%の環境でJIS−K−7244−4に従って周波数0.01Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(0.01))と周波数100Hzにおいて測定した貯蔵弾性率(E’(100))とから下記式4により求められる貯蔵弾性率比(A)が1.10〜2.00であることを特徴とするエレクトレット材料

= E’(100)/E’(0.01) ・・・(式4)
: 貯蔵弾性率比[−]
E’(100) : 周波数100Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
E’(0.01) : 周波数0.01Hzでの貯蔵弾性率[Pa]
An electret material containing a thermoplastic resin,
Storage modulus (E ′ (0.01) ) measured at a frequency of 0.01 Hz and storage elastic modulus measured at a frequency of 100 Hz for the electret material in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50% according to JIS-K-7244-4. An electret material having a storage elastic modulus ratio (A e ) calculated from (E ′ (100) ) according to the following formula 4 from 1.10 to 2.00:
A e = E ′ (100) / E ′ (0.01) (Expression 4)
A e : Storage elastic modulus ratio [−]
E ′ (100) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 100 Hz
E ′ (0.01) : Storage elastic modulus [Pa] at a frequency of 0.01 Hz
請求項1〜5に記載のエレクトレット材料であって、
該エレクトレット材料が熱可塑性樹脂50〜98質量%、空孔形成核剤を49.99〜1.99質量%、分散剤を0.01〜10質量%含む(熱可塑性樹脂と空孔形成核剤と分散剤との含有率の合計が100%である)、エレクトレット材料。
The electret material according to claim 1,
The electret material contains 50 to 98% by mass of a thermoplastic resin, 49.99 to 1.99% by mass of a pore forming nucleating agent, and 0.01 to 10% by mass of a dispersant (a thermoplastic resin and a pore forming nucleating agent). And the total content of the dispersant is 100%), electret material.
下記式5で算出される、前記エレクトレット材料の空孔率が10〜70%である請求項6に記載のエレクトレット材料。
Figure 2016039275
ρ:JIS−K−7112:1999で測定した樹脂フィルムの真密度
ρ :JIS−K−7222:2005で測定した樹脂フィルムの密度
The electret material according to claim 6, wherein a porosity of the electret material calculated by the following formula 5 is 10 to 70%.
Figure 2016039275
ρ 0 : True density of resin film measured according to JIS-K-7112: 1999 ρ: Density of resin film measured according to JIS-K-7222: 2005
請求項1に記載のエレクトレット材料を該エレクトレット材料の前記損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させることを特徴とするエレクトレット材料の使用方法。   The method of using the electret material according to claim 1, wherein the electret material according to claim 1 is operated in a range of -20 to 20 ° C with respect to the loss elastic modulus (E '') peak temperature of the electret material. 請求項1〜7の何れか1項に記載のエレクトレット材料を使用したセンサー。   A sensor using the electret material according to claim 1. 請求項9に記載のセンサーを、該センサーを構成するエレクトレット材料の前記損失弾性率(E’’)ピーク温度に対して−20〜20℃の範囲で動作させることを特徴とするセンサーの使用方法。   A method for using a sensor, wherein the sensor according to claim 9 is operated in a range of -20 to 20 ° C with respect to a peak temperature of the loss elastic modulus (E '') of an electret material constituting the sensor. .
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