JP2018065996A - 熱伝導性が向上した延伸ポリエステルフィルム - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた熱伝導性と絶縁性を両立させたポリエステルフィルムを提供する。【解決手段】単層または多層から成り、少なくとも1軸に延伸されているポリエステルフィルムであって、ポリエステルフィルムはフィルムの総重量を基準として10〜45重量%の結晶性シリケート粒子を含有し、当該結晶性シリケート粒子のd50値は0.1〜15μmであり、当該結晶性シリケート粒子は藍晶石および/またはクリストバライトであり、ポリエステルフィルムのポリマー成分の50重量%以上且つ75モル%以上が熱可塑性ポリエステルから成ることを特徴とするポリエステルフィルム。【選択図】なし
Description
本発明は、熱伝導率が向上した少なくとも一軸に延伸したポリエステルフィルムに関する。詳しくは、本発明は、熱伝導率を向上させるためにシリケート粒子を含有させた、少なくとも一軸に延伸したポリエステルフィルムに関する。本発明は、更に、上記ポリエステルフィルムの製造および電気絶縁材料への使用にも関する。
本発明のポリエステルフィルムは、0.3Wm−1K−1以上の熱伝導率を有し、10〜45重量%のシリケート粒子から成る。本発明のフィルムは少なくとも一軸方向に延伸されており、ポリエチレンテレフタレ−トを主成分とし、好ましくは少なくとも1種の共重合モノマーから成る。本発明のフィルムは、ソーラーモジュール等の裏面フィルム、モーター絶縁フィルム、コンピューターや電子装置内の絶縁フィルム等の電気絶縁材料に好適に使用できる。本発明のポリエステルフィルムの製造方法についても詳述する。
電気絶縁材に使用されるフィルムは、数多くの要求に適合しなければならない。第1に、通電部品のオーバーヒートを避けるために、電流から生じる熱を通過させながら、高い電気絶縁効果(絶縁耐力、耐トラッキング性)を示さなくてはならない。これらの2つの性質は、通常逆相関し、特に従来の電気絶縁材はかなり低い熱伝導率を有する。例えば、高い絶縁耐力を有するために、よく電気絶縁材に使用される二軸延伸ポリエチレンテレフタレ−トフィルムの熱伝導率は0.2Wm−1k−1以下である。Hostaphan(登録商標)RN 190のフィルム平面に垂直な熱伝導率(TIMA測定法)は、例えば0.2Wm−1k−1である。未変性のKaptonフィルム(DuPont polyimide社製)の熱伝導率は、そのデーターシートによれば0.12Wm−1k−1である。電気絶縁フィルムとして現在工業的に使用されているポリイミドとして、例えば、熱伝導フィラーとして酸化アルミニウムを有するKapton MTの熱伝導率は、そのデーターシートによれば0.46Wm−1k−1であるが、非常に高価である。更に、モーター用絶縁フィルム等の多くの分野における、十分に高い総絶縁耐力(厚み)を有するフィルムが得られていない。
熱伝導率が増加したポリエステル成形組成物は、例えば特許文献1に記載されているようなガラスビーズまたはフッ化カルシウム粒子を使用することに基づいて製造される。特許文献1にはポリエステルの実施例は無く、用いたCaF粒子の粒径は30μmであり、延伸ポリエステルフィルムの製造には不向きである。この種のサイズの粒子は、延伸中にフィルムに大きなボイド(気泡が含まれる)を形成し熱伝導率が大幅に低下し、更にフィルムの破断を導くために工業的製造が不可能である。特許文献1に延伸フィルムに関する例が全く無いのは論理的な帰結である。
比較的高い熱伝導を有する粒子が文献に記載されている。具体的には、高い熱伝導率を有する例として、グラファイト(>100Wm−1k−1)、窒化ホウ素(>30Wm−1k−1)、コランダム(>30Wm−1k−1)、ペリクレース(>25Wm−1k−11)が挙げられる。しかしながら、低い電気伝導度を有する粒子はまたプラスチックと比較して高い熱伝導率を有する。例えば、藍晶石またはクリストバライト(約8〜10Wm−1k−1)、MgO・Al2O3(6.8Wm−1k−11)、クォーツ(石英、3〜7Wm−1k−1)、マグネタイト(Fe3O4、>4.5Wm−1k−1)、タルク粉(Mg3[Si4O10][OH]2、>1.5Wm−1k−1)、SrFe12O19(>3Wm−1k−1)、ルチル(金紅石、3〜5Wm−1k−1)等が挙げられる。
電気絶縁体としてポリエステルフィルムが好適であることは文献により知られており、ポリエチレンテレフタレ−ト(PET)フィルムの絶縁耐力は、少なくとも一軸延伸、好ましくは二軸延伸することにより著しく向上する。
電気絶縁材分野において、更に重要な基準は、特に高温において、ポリエステルが比較的高い耐加水分解性および耐熱酸化性を有することである。
本発明の目的は、現存するポリエステルフィルム製造プラントで製造することが出来、少なくとも一軸延伸することに適しており、熱伝導率が0.3Wm−1k−1以上に向上したポリエステルフィルム及びその製造方法を提供することである。更にこのポリエステルフィルムは、DIN 40634(23℃、AC)に従って測定した絶縁耐力が90kVmm−1以上である。フィルムのそれぞれの方向における引張破断強度が5%以上であり、相対温度インデックス値(RTI値)が90℃以上である。RTI値は、長時間使用した場合にフィルムが機能しなくなる温度に相関が有る。フィルムは9〜400μmの厚さで製造することが出来る。本発明のフィルムは電気絶縁材料として好適に使用できる。例えば、ソーラーモジュールの裏面フィルム、モーターの絶縁フィルム、コンピューターにおける絶縁フィルム、電子装置の絶縁材などに好適に使用できる。
本発明者は、鋭意検討の結果、特定のポリエステルフィルムにより上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明の要旨は、単層または多層から成り、少なくとも1軸に延伸されているポリエステルフィルムであって、ポリエステルフィルムはフィルムの総重量を基準として10〜45重量%の結晶性シリケート粒子を含有し、当該結晶性シリケート粒子のd50値は0.1〜15μmであり、当該結晶性シリケート粒子は藍晶石および/またはクリストバライトであり、ポリエステルフィルムのポリマー成分の50重量%以上且つ75モル%以上が熱可塑性ポリエステルから成ることを特徴とするポリエステルフィルムに存する。
本発明の他の要旨は、上記ポリエステルフィルムの製造方法であって、単層の場合はポリエステル又はポリエステル混合物、多層の場合は個々の層のポリエステル又はポリエステル混合物を押出機内で圧縮して溶融流動状態にし、得られた溶融体を単層ダイ又は共押出ダイを介して押出し溶融平坦シートを得、スロットダイを介して押出されたシートを冷却ロール及び1つ以上の引取りロールによって引取り冷却固化し、得られたシートを少なくとも一軸方向に延伸し、熱固定を行い、フィルムを巻取る工程から成るポリエステルフィルムの製造方法に存する。
本発明の他の要旨は、上記ポリエステルフィルムから成る電気絶縁材(または電気絶縁材料)および当該電気絶縁材から成る電気絶縁層に存する。
本発明のポリエステルフィルムは、優れた熱伝導性と絶縁性を両立させたものである。そのため、優れた絶縁性を維持しながら、効率的に熱を消散させることが出来、特に、装置が温度上昇に伴って稼働効率が低下するソーラーモジュールやモーター等の電子電気機器の絶縁材料に好適に使用できる。
本発明のポリエステルフィルム、単層または多層から成り、少なくとも1軸に延伸されているポリエステルフィルムであって、ポリエステルフィルムはフィルムの総重量を基準として10〜45重量%の結晶性シリケート粒子を含有し、当該結晶性シリケート粒子のd50値は0.1〜15μmであり、当該結晶性シリケート粒子は藍晶石および/またはクリストバライトであり、ポリエステルフィルムのポリマー成分の50重量%以上且つ75モル%以上が熱可塑性ポリエステルから成る。
フィルムの総厚みは、通常9〜400μm、好ましくは100〜350μm、更に好ましくは120〜300μmである。フィルム厚みが9μm未満の場合、上記のシリケート粒子充填レベルにおいて安定したフィルム製造が困難となり、低い絶縁耐力分野においてのみしか使用できない。フィルム厚みが400μmを超える場合、現存するポリエステル製造プラントでの製造が経済的ではなくなり、冷却ロール上での十分な急冷が困難となる。また、高い絶縁耐力分野において、フィルム厚みが400μmを超えることが必要な場合、本発明のフィルム2層以上を好適な方法により接着積層する必要がある。
本発明のフィルムの熱伝導率は、通常0.3Wm−1k−1以上、好ましくは0.35Wm−1k−1以上、更に好ましくは0.45Wm−1k−1以上である。熱伝導率が0.3Wm−1k−1未満の場合、高い熱伝導率を達成することが、粒子を多量に導入することによるコスト高を十分に相殺できない。粒子自身が高価であること及びフィルム製造プラントが中断しやすくなることにより、このような粒子量はフィルムの機械的強度のみならず、絶縁破壊電圧の特性も低下させ、製造コストを高くする。
熱伝導性および絶縁性を合わせ持つことが意図される材料を考慮した際、考えられるフィラーは、六方晶窒化ホウ素(hBN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックフィラーである。十分に熱伝導率を高めることを達成するには、通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上の高い充填率が必要とされる。
熱伝導率を改良するのに好適な粒子を選択しようとする際、本発明の目的において、高い絶縁耐力もまた必要とされることを考慮しなければならない。このため、金属粒子や、グラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバー又はカーボンナノチューブ(CNT)等の炭素系フィラーの使用は困難となる。これらは電気伝導性を有するため、これらのフィラーで良好な熱伝導率を達成しながら、DIN 40634(23℃で交流による測定)に従った絶縁耐力90kVmm−1以上を達成することは困難である。従って、8重量%以下の量であれば、絶縁耐力の大幅な低下無く導入することが出来るが、この量では熱伝導率を高めることは出来ない。
他のフィラーは高い毒性(特にポリエステルに対する)を有するため使用できない。例えばBeO、ペリクレース及びMgOスピネルは、本発明のポリエステルと反応してポリエステルの実質的な分子量低下(加水分解)を引き起す(それゆえフィルム製造を不可能にする)ため、不適で有ることが証明されている。また、実際の粒子において、MgO表面においてMgO成分がMg(OH)2に変換されることにより熱伝導率が大幅に低下する。
窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素もまた、ポリマーマトリックス中に十部に固着できないため(バインダーとして適さない)、単独の熱伝導率改良粒子としては不適である。延伸の際、この低い相溶性が粒子の周りに気泡を有するボイドを導き、これがフィルム中に更なる絶縁体として機能する。そのため、熱伝導率は向上しないか、わずかしか向上しない。hBN(六方晶BN)は不活性構造を有し、相溶化剤(例えばアミノシラン)の助けを借りないで表面における相互作用の顕著な向上を達成出来ない。この相溶化剤は、共有結合またはファン・デル・ワールス力の何れかを介してhBNの十分な相互作用を発生させることは出来ない。
純粋な酸化アルミニウム(コランダム:鋼玉石)を、熱伝導率を増加させるために必要な量(少なくとも10重量%)使用した場合、高いモース硬度(モース硬度約9)のためにフィルム−押出しダイにおける摩擦が大きく成りすぎる。数分未満の押出しで、相当量の金属粒子(電気伝導性)がフィルム中に観測された。
ルチルは、それを使用した場合に押出しダイ−フィルム(シート)付近での摩擦が増加するという点でコランダム(鋼玉石)と類似し、許容でき得る範囲のオーダーで残存する。しかしながら、ルチルは窒化ホウ素に類似して、使用時に粒子の周囲にボイドを形成するため、ルチルを使用することによる熱伝導率の増加は見込めない。
これらに対し、本発明者らは、クォーツ(石英)、藍晶石(cyanite)及びクリストバライト等の結晶性シリケート(ケイ酸塩)が好適であることを見出した(非晶シリケート及びアルミノケイ酸塩は熱伝導率の増加を導かない)。
クリストバライトは正方晶系構造または立方晶系構造、好ましくは立方晶系構造を有する。クリストバライトの例としては、Quarzwerke GmbH社からフィラーとして入手できるSilbond(登録商標)cristobalite(例えば8000 RST)が挙げられる。このフィラーは全ての方向において同じ熱伝導率を有し、フィルムと特に良好な相溶性を有する。硬度については、モース硬度約6.5がガラス繊維と同程度の硬度である。このフィラーは立方晶であるため、摩耗に関する挙動はガラス繊維のそれよりも非常に小さい。
好ましい実施態様として、クリストバライトと並び、ケイ酸アルミニウムから成る熱伝導性粒子、好ましくはAl2O3−SiO2、更に好ましくは藍晶石(Cyanite)の形状が好ましい。藍晶石は、あらゆる方向に対して高い熱伝導率を有し、モース硬度4.5〜7(結晶方向に依存する)という比較的低い硬度を有し、ポリエステルマトリックス中に良好に結びつく(相溶性)ために、特に適している好ましい藍晶石粒子は、例えばQuarzwerken GmbH社(Frechen、ドイツ)より商標Silatherm(登録商標)として入手できる。
本発明における粒子は、表面改質剤を利用しても利用しなくても使用できる。以下は好ましく使用できる表面改質剤の例であり、メタクリルシラン、トリメチルシラン及びメチルシランが例示され、エポキシシラン及びアミノシランが特に好ましい。表面改質はポリエステルマトリックス中への結びつきを改良し、ボイドの形成を低減する。表面改質は、更にポリエステルマトリックス中への均一な分散性を向上させる。これはまた、引張強度、弾性率、引張破断強度、最大伸長度、耐衝撃性などの機械的特性においても好ましい効果を達成できる。
粒子のd50が15μm未満(または15μm以下)、好ましくは10μm未満(または10μm以下)、更に好ましくは6μm未満(または6μm以下)が好ましく、また、粒子のd50が0.1μmを超え(又は0.1μm以上)、好ましくは0.5μmを超える(又は0.5μm以上)ことが好ましいことが明らかになった。これは、先ず、粒径の減少と共にフィルム製造プラントでのフィルム走行安定性が改良される、更に高い熱伝導率を導く。驚くべきことに、500nm未満のd50、更に100nm未満のd50において、再度熱伝導率が低下する。
良好な押出し特性およびフィルム製造特性を達成するためには、粒子のd98が40μm以下(または40μm未満)、好ましくは25μm以下(または25μm未満)、更に好ましくは15μm以下(または15μm未満)であることが好ましい。粒子のd98が40μmを超えると、大きな粒子分画が延伸工程で破断を引き起す。ポリマー溶融押出し工程において、溶融粘度および溶融圧力が変動する。溶融フィルムは幅方向の変動があり、結合フレームのキャリパー(測径器)にフィルムを導入する際に問題を引き起す。
熱伝導率を増加させるために添加する粒子の比率は、10重量%以上、好ましくは12重量%以上、更に好ましくは13重量%以上である。更に比率を増加させて熱伝導率を増加させることは出来るが、伸長破断強度および絶縁耐力が悪化する。本発明で使用する粒子の含有量は、45重量%以下(又は45重量%未満)、好ましくは40重量%以下(または40重量%未満)、更に好ましくは37重量%以下(37未満)である。
驚くべきことに、窒化ホウ素は、上記の理由で単独の熱伝導性粒子として使用されるが、フィルムの熱伝導率においても何らかの向上があるので、本発明の結晶性粒子と組合せて使用して更なる熱伝導率の向上を計ることも可能である。この実施態様において、通常10〜30重量%、好ましくは12〜25重量%の本発明のシリケート粒子と、通常5〜15重量%、好ましくは6〜10重量%の六方晶窒化ホウ素粒子を組合せて使用することが好ましい。窒化ホウ素の粒径(d50)が15μm以下(または15μm未満、好ましくは6μm以下(または6μm未満)、更に好ましくは3μm以下(または3μm未満)であることが好ましい。好ましい窒化ホウ素粒子としては、Momentive Materials社製NX1が挙げられる。上記所定量の窒化ホウ素の添加により、シリケート粒子単独で配合させる場合と比較して、熱伝導率を0.1Wm−1K−1向上させることが出来る。窒化ホウ素を追加の粒子として使用すると、追加した分を結晶性シリケート粒子と置換えた場合に比べ、引張破断強度および絶縁耐力が若干悪化する。また、窒化ホウ素の添加は、シリケート粒子よりも高価であるという欠点もある。
本発明のフィルムは1層であっても、2層以上の構成であってもよい。多層構成の場合は、本発明で選択される粒子がそれぞれの層に最大限均一に分布されることが要求される。フィルムの安定性を向上させるために(熱伝導率が同時に減少するが)、外層の本発明のシリケート粒子の濃度を減少させ、同時に外層に閉じこめられている内層のシリケート粒子の量を増加させる。この場合、一つ以上の内層の厚みがフィルムの厚みの90%以上とする。熱伝導性フィラーの総含有量は、本発明の範囲である10〜45重量%とする(全ての層の組成物を基準として)。
熱伝導性フィラーの均一な分布が単層の実施態様において特に効果的に実現できるため、好ましい実施態様においてフィルムは1層構成である。
他の好ましい実施態様において、フィルムは2層以上の構成であり、これらの層の少なくとも1つはフィルムの総厚みの10%以下(または10%未満)の厚さを有し、この層が外層(外側層)であり、10重量%以下(または10重量%未満)、好ましくは5重量%以下(または5重量%未満)の本発明のシリケート粒子を含有する。この実施態様では、フィルムの熱伝導率が若干悪化するが、フィルムの引張破断強度および絶縁耐力は顕著に向上する。
フィルムは50重量%以上のポリマー成分から成る。フィルムのポリマー成分の75モル%以上、更にフィルムのベース層B及び他の層のそれぞれが、75モル%以上が熱可塑性ポリエステルから成ることが好ましい。熱可塑性ポリエステル以外の材料も存在させてもよく、他のポリマーとしては、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド(例えば、Sabic社から入手できるUltem(登録商標))ポリカーボネートが例示できる。しかしながら、ポリエーテルイミドを除くこれらの例では、ポリエステルとの相溶性が低いためにフィルム製造安定性や熱伝導率の大幅な低下が生じ、また、著しいコスト高(特にポリエーテルイミド)を引き起す。それ故、ポリマー成分の85モル%を超える(又は85モル%以上)部分が熱可塑性ポリエステルから成ることが好ましく、更には95モル%を超える(又は95モル%以上)部分が熱可塑性ポリエステルから成ることが好ましい。
熱可塑性ポリエステルは、エチレングリコール及びテレフタル酸(=ポリエチレンテレフタレ−ト、PET)、エチレングリコール及びナフタレン−2,6−ジカルボン酸(=ポリエチレン2,6−ナフタレート、PEN)を構成単位として成ることが好ましく、所望によりこれらのカルボン酸類およびジオール類の混合物を構成単位としてもよい。特に好ましいポリエステルは、80モル%以上、好ましくは83モル%以上、更に好ましくは88モル%以上のエチレングリコール単位とテレフタル酸単位とから成る。ナフタレン−2,6−ジカルボン酸の使用は、テレフタル酸と比較してより長期間の熱安定性を有するという利点があるが、一方で原料コストが大幅に増加するため、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸はその高コストから敬遠されがちである。残りのモノマー単位としては共重合モノマーとして、他の脂肪族、脂環式または芳香族ジオール及びジカルボン酸が挙げられる。脂肪族ジオールとしては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、一般式HO−(CH2)n−OH(nは好ましくは10未満)で示される脂肪族ジオール、シクロヘキサンジメタノール、ブタンジオール、プロパンジオール等が例示される。他の好適なジカルボン酸としては、イソフタル酸、アジピン酸などが例示される。長期間の熱安定性を有するために、熱可塑性ポリエステルのジオール成分においてジエチレングリコールを5モル%未満、好ましくは3モル%未満供することが好ましいことが明らかになった。同様の理由で、熱可塑性ポリエステルのジカルボン酸成分においてイソフタル酸(IPA)を12モル%未満、好ましくは10モル%未満、更に好ましくは6モル%未満満供することが好ましいことが明らかになった。更に、熱可塑性ポリエステルのジオール成分においてCHDM(1,4−シクロヘキサンジメタノール)を2モル%未満、好ましくは1モル%未満満供することが好ましいことが明らかになった。しかしながら、イソフタル酸およびジエチレングリコール等の共重合モノマーの使用は、延伸性と原料中の粒子の結合を改良する。好ましい実施態様として、熱可塑性ポリエステルのジオール成分を基準として、ジエチレングリコールの比率が0.6モル%以上、好ましくは0.9モル%以上、更に好ましくは1.3モル%以上である。同様の理由により、ジカルボン酸成分を基準としたイソフタル酸含有量は1モル%以上、好ましくは1.5モル%以上、更に好ましくは2モル%以上である。
原則として、イソフタル酸およびジエチレングリコールの好ましい共重合モノマーの量を最大量まで増加させると熱伝導率に関しては改良されるが、同時にRTI値および絶縁耐力は悪化する。
フィルムの走行安定性のため、そして特に本発明のRTI値を達成するために、フィルムのSV値は非常に重要である。使用されるポリエステル原料の平均SV値は、通常600以上、好ましくは700以上、更に好ましくは750以上である。使用されるポリエステル原料の平均SV値は、通常1000以下(または1000未満)、好ましくは950以下(または950未満)、更に好ましくは920以下(または920未満)である。平均SV値が1000を超えると、押出機の通常のスループット率(押出量)の最大電流を超えてしまい、押出量が極めて小さくなるため、通常のポリエステルフィルム製造プラントにおける経済的な製造が不可能となる。平均SV値920の原料で始めた場合、押出機内での剪断応力が高いため、押出機内でのSVの減少が非常に大きい。フィルム中のポリマーの分解の比率が増加すると、達成出来得るRTIは減少する。ポリマーの分解率(原料の平均SV値からフィルムのSV値を減じた値)は、通常150SV単位以下(または150SV単位未満)、好ましくは(または100SV単位未満)、更に好ましくは50SV単位以下(または50SV単位未満)である(これについては製造条件の記載も参照)。
フィルムの達成し得るSV値と低分解度と一緒に、RTIに関する好ましい効果を有することが出来るという性能も合わせ持つ。特にポリエステルの製造において、アンチモン化合物を触媒として使用することを避ける場合、通常100〜5000ppm、好ましくは400〜2000ppm、更に好ましくは500〜1200ppmのフリーラジカル捕捉剤(熱酸化安定剤)をフィルムに添加することが効果的である。添加量が50ppmよりも少ないと熱安定性の目立った効果は無く、5000ppmを超えるとフィルムの熱安定性にそれ以上の効果は期待できず、単にコスト高となる。添加量が1200ppmを超えると、安定剤の高い含有量からゲルの生成や黄変を引き起す場合もある。
フリーラジカル捕捉剤は単独で使用するのが好ましく、種々のフリーラジカル捕捉剤の混合物として使用するのは単独の場合よりも劣ることがある。
使用されるフリーラジカル捕捉剤は、好ましくはフェノール性酸化防止剤または少なくとも以下の(I)式で示される構成要素から成る酸化防止剤から選択される。
Rは種々の有機基を示す。具体的な例は以下に示す。
以下に示す化合物は、低毒性で、フリーラジカル捕捉剤として良好な性能を有し、本発明において好ましいフリーラジカル捕捉剤の例である。5,7−ジ−tert−ブチル−3−(3,4−及び2,3−ジメチルフェニル)−3H−ベンゾフラン−2−オン((a)5,7−ジ−tert−ブチル−3−(3,4−ジメチルフェニル)−3H−ベンゾフラン−2−オン(80〜100重量%)と(b)5,7−ジ−tert−ブチル−3−(2,3−ジメチルフェニル)−3H−ベンゾフラン−2−オン(0〜20重量%)とから成る)、CAS No.88−24−4=2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、CAS No.96−69−5=4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、CAS No.119−47−1=2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、CAS No.128−37−0=2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール、CAS No.991−84−4=2,4−ビス(オクチルメルカプト)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、CAS No.1709−70−2=1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、CAS No.1843−03−4=1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、CAS No.2082−79−6=オクタデシル3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、CAS No.3135−18−0=3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸、ジオクタデシルエステル、CAS No.4130−42−1=2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、CAS No.6683−19−8=ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)、CAS No.23128−74−7=1,6−ヘキサメチレンビス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオンアミド)、CAS No.25013−16−5=tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、CAS No.27676−62−6=1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)トリオン、CAS No.32509−66−3=エチレングリコールビス[3,3−ビス(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)ブチラート]、CAS No.32687−78−8=N,N’−ビス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル)ヒドラジド、CAS No.35074−77−2=1,6−ヘキサメチレンビス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)、CAS No.35958−30−6=1,1−ビス(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)エタン、CAS No.36443−68−2=トリエチレングリコールビス[3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]、CAS No.36443−68−2=トリエチレングリコールビス[3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]、CAS No.40601−76−1=チオジエタノールビス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)、CAS No.57569−40−1=テレフタル酸、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)のジエステル、CAS No.61167−58−6=アクリル酸、2−tert−ブチル−6−(3−tert−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4−メチルフェニルエステル、CAS No.65140−91−2=3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸、モノエチルエステル、カルシウム塩、CAS No.70331−94−1=2,2’−オキサミドビス[エチル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、CAS No.110553−27−0=2,4−ビス(オクチルチオメチル)−6−メチルフェノール、CAS No.110675−26−8=2,4−ビス(ドデシルチオメチル)−6−メチルフェノール。
上記の構成要素を有するフリーラジカル捕捉剤の1モル当たりの量(=分子量)は、通常300g/mol以上、好ましくは500g/mol以上、更に好ましくは700g/mol以上である。低い分子量の化合物では、ポリエステルの通常の製造温度において過度の揮発性を有するので、かなりの量がフィルムの製造中に気化する。これはフィルム製造中において問題と成り(気化、悪臭、フィルム中にボイドの形成など)、更に、フィルムからマイグレーションする傾向が高くなるという不具合がある。とりわけ、上記のCAS番号2082−79−6、25013−16−5、128−37−0においてその傾向がある。従って、1モル当たりの量(=分子量)が300g/mol未満のフリーラジカル捕捉剤の使用量は、通常500ppm以下(または500ppm未満)、好ましくは300ppm以下(未満または300ppm未満)、更に好ましくは0ppm(使用しない)である。1モル当たりの量(=分子量)が500g/mol未満のフリーラジカル捕捉剤の使用量は、通常1000ppm以下(または1000ppm未満)、好ましくは500ppm以下(または500ppm未満)、更に好ましくは0ppm(使用しない)である。
上記の例で、分子中に窒素を有するフリーラジカル捕捉剤はフィルムの黄変を顕著に引き起すことがある。分子中に窒素を有するフリーラジカル捕捉剤の添加量は、通常1000ppm以下(または1000ppm未満)、好ましくは500ppm以下(または500ppm未満)、更に好ましくは0ppm(使用しない)である。
上記の例で、分子中に硫黄を有するフリーラジカル捕捉剤は一般的に悪臭を有し、フィルム製造中においてあまり好ましいものではない。分子中に硫黄を有するフリーラジカル捕捉剤の添加量は、通常500ppm以下(または500ppm未満)、好ましくは300ppm以下(または300ppm未満)、更に好ましくは0ppm(使用しない)である。
熱安定性について非常に優れた性質を有し、フィルムからのマイグレーションも少なく、黄変も起こりにくい上記のフリーラジカル捕捉剤としては、CAS No.1709−70−2、3135−18−0、6683−19−8及び57569−40−1が挙げられる。これらは本発明の目的において非常に好ましいフリーラジカル捕捉剤である。さらに好ましくはCAS No.1709−70−2及び6683−19−8である。
フリーラジカル捕捉剤のポリエステルへの添加法については、ポリマー製造工程に直接添加してもよく、またその後に製造されたポリエステルに添加してもよい。製造されたポリエステルに添加する場合、フリーラジカル捕捉剤としては、ボイドの形成や気化が無いことからCAS No.1709−70−2(Irganox 1330)が特に好ましい。
本発明のRTIを達成するため、フィルムを構成する熱可塑性ポリエステルは、低い末端カルボキシル基(CEG)濃度を有する。ある好ましい実施態様において、CEGはフィルムの40mmol/kg以下(または40mmol/kg未満)、好ましくは30mmol/kg以下(または30mmol/kg未満)、更に好ましくは27mmol/kg以下(または27mmol/kg未満)である。低い末端カルボキシル基濃度は、末端カルボキシル基濃度が20mmol/kg以下(または20mmol/kg未満)のポリエステル原料を使用し、過酷な押出条件を使用しないことにより達成できる。過酷でない押出条件とは、使用する押出機の計量ゾーンにおける温度が300℃未満で出来得る限り低くし、低い回転速度で高いレベルで充填し(二軸押出機の場合)、良好な予備乾燥を行い、(単軸押出機の場合)、溶融体の液化を十分に行う(二軸押出機の場合)ことである。低いCEG濃度は欧州特許公開公報第2251371号明細書の実施例に記載の方法で触媒脱炭酸を行うことによっても好ましく達成できる。低いCEG濃度を達成するための欧州特許公開公報第2184311号の実施例に記載の耐加水分解剤の添加による方法はそれほど好ましくはない。
本発明のRTI値および絶縁耐力を達成するために、フィルムを少なくとも一軸に延伸することは極めて重要である。面積延伸比率がより高いと(MD×TD延伸、ここでMD=長手方向(機械方向)、TD=横方向)、RTI値がより高くなる。一旦面積延伸比率が16に到達すると、RTI値の更なる増加は得られない。面積延伸比率が2未満の場合、本発明のRTI値および絶縁耐力を達成できない。面積延伸比率が高いほど、フィルムの熱伝導率がより低くなる。面積延伸比率はそれゆえ、好ましくは2以上、更に好ましくは3以上、特に好ましくは5以上である。更に、好ましい態様として、面積延伸比率は16未満、好ましくは14未満、更に好ましくは13未満である。面積延伸比率が9を超える場合、フィルム中の共重合モノマーの比率(DEG及びIPAの総量)が1.6モル%以上であることが好ましい。
フィルムの長手方向および横方向の最大伸長率は、通常5%以上(または5%を超え)、好ましくは15%以上(または15%を超え)、更に好ましくは20%以上(または20%を超え)である。最大伸長率が5%未満の場合、フィルムは後工程(例えば、モーター用フィルム(モーター絶縁フィルム)での折畳み)において容易に破断するため、フィルムの使用用途が限られてしまう。粒子含有量が多いほど、最大伸長率が低くなる。45重量%を超える粒子含有量の場合、上記の最大伸長率を達成することが困難である。
フィルムの少なくとも1方向の弾性率は、通常1000Nmm−2以上、好ましくは1500Nmm−2以上、更に好ましくは2000Nmm−2以上である。特にフィルムの両方向についてこれらの弾性率を有することが好ましい。フィルムの弾性率が1000Nmm−2未満の場合、フィルム製造工程や更なる加工工程において好ましくない過度の伸長が生じるおそれがあり、その結果、絶縁耐力が大幅に低下する。
本発明のポリエステルフィルムの絶縁耐力は、通常90kVmm−1以上、好ましくは100kVmm−1以上、更に好ましくは110kVmm−1以上である。この絶縁耐力は、本発明の面積延伸率を達成することにより達成でき、絶縁耐力は面積延伸率が5になるまで増加し、12になるまでは減少する。絶縁耐力は、更に特定の共重合モノマー(および共重合モノマーの比率)を選択することによっても達成できる。使用する熱伝導性粒子の量を上記範囲内にすることによっても、上記絶縁耐力を達成できる。
本発明のポリエステルフィルムの相対温度指数(RTI値)は通常90以上である。RTI値は長期間の使用におけるフィルム破損温度(℃)と相関がある。フィルムのRTI値は通常90以上、好ましくは95以上、更に好ましくは105以上である。RTI値は延伸比率の増加により増加し、共重合モノマーの割合の増加により減少し、これは絶縁耐力と類似している。これらを上記で説明した本発明の範囲にすることにより、本発明のRTI値を達成できる。
RTI値は、熱酸化安定剤の使用や、耐加水分解性原料または安定剤の使用によっても更に好ましい影響を受ける。
本発明のフィルムはソーラーモジュールの裏面フィルムの使用として非常に優れており、好適であり、この場合の厚さは100μm以上である。本発明のフィルムの使用により、セルからの多量の熱を消散させ、温度を下げるため、モジュールの発電効率を増加できる。本発明のフィルムの1つの主たる用途として、電気モーターの電気絶縁のためのモーターフィルムがある。この用途におけるフィルムの厚さは、通常96μm以上、好ましくは150μm以上である。本発明のフィルムの使用により、モーターからの熱を急速に消散でき、モーターコイルにおける抵抗を低減でき、モーターの電力消費を低減できる。モーターのオーバーヒートは避けなければならない。本発明のフィルムは、更に、とりわけラップトップ及びモバイルフォーン等の小さな電子機器の厚さが50μm未満の絶縁シート又は材料に好適に使用される。他の用途としては、空調システム,種々の形態の加熱システム、LEDランプ等のランプ等への用途が考えられる。
フィルムの熱伝導率と共に、熱消散のための他の決定的な重要要因は、表面であり、近傍媒体との接触である。フィルムと近傍媒体表面との接触において、隙間や空気をはさむことを出きる限り除かなくてはいけない。樹脂、接着剤、ペースト、ホットメルト接着剤フィルム等を使用して接触させることが好ましい。接触媒体は、平らでない部分や微小表面粗度を有する部分を充填するために融解される。繰り返すが、上述の熱伝導性粒子の添加は、接触媒体が熱絶縁体として機能しないようにするために好適である。この層は電気絶縁体として機能せず、ポリエステルフィルムとは異なって、フィルム製造中に延伸されないため、粒子の選択において、より限定されることが少ない。同様に、接触媒体が相応しい化学種であれば、ポリエステルを含む分解反応に関して限定する必要がなくなる。
本発明の一つの形態として、近傍層との接触を改良し、それ故、熱消散を改良するため、上述の改良ポリエステルフィルムの上述の接触媒体としての態様が挙げられる。裏側積層体の例として、この近傍層はEVA又はシリコン等の封止される層であり、モーター絶縁材料の場合では、熱的区分を改良するための他の絶縁層である。
<製造方法>
個々の層のポリエステルポリマーは、ジカルボン酸とジオール又はジカルボン酸エステル(好ましくはジメチルエステル)とジオールを原料として重縮合を行って製造する。使用するポリエステルのSV値は通常500〜1300であり、ここで、個々のSV値は重要でないが、原料SV値の平均が600以上(または600を超え)、1000以下(または1000未満)が好ましい。
個々の層のポリエステルポリマーは、ジカルボン酸とジオール又はジカルボン酸エステル(好ましくはジメチルエステル)とジオールを原料として重縮合を行って製造する。使用するポリエステルのSV値は通常500〜1300であり、ここで、個々のSV値は重要でないが、原料SV値の平均が600以上(または600を超え)、1000以下(または1000未満)が好ましい。
熱伝導性粒子および存在させる他の添加剤は、ポリエステルの製造中に添加することが出来る。このため、粒子は、ジオール中に、必要であれば粉末にし、デカントし、エステル交換反応または重縮合反応の何れかにおいて反応器に添加する。高濃度で粒子含有または添加剤含有のポリエステルマスターバッチは二軸延伸押出機を使用して製造でき、フィルムの押出工程で粒子を含有しないポリエステルに添加希釈すること出来る。ポリエステルが30モル%以下(または30モル%未満)のマスターバッチの使用は避ける方がよいことを見出した。特にシリケート粒子のマスターバッチは、シリケート50モル%以下(ゲルの形成のおそれがあるため)とする。粒子および添加剤の添加の他の方法は、二軸押出機内でフィルム押出中に直接添加する方法である。
単軸押出機を使用する場合、ポリエステルの予備乾燥を行うことが好ましい。ベントゾーンを有する二軸押出機を使用する場合、乾燥工程を省略できる。
単層の場合その層の、多層の場合個々の層のポリエステル又はポリエステル混合物は、先ず押出機内で圧縮され、流動出来るように溶融される。溶融体は単層ダイまたは共押出ダイで成形され、平坦溶融フィルムが形成され、スロットダイを介して押出され、冷却ロール及び1つ以上の引取りロール上に引取られ、冷却固化される。
本発明のRTI値の達成を容易にするため、それぞれの押出し出口における溶融体の温度は、通常305℃以下、好ましくは300℃以下である。これらの温度は、押出機の計量ゾーンの冷却および/または押出機の充填レベルを高くすると共に(二軸押出機の場合)低い押出機回転速度を実施することにより達成できる。
本発明のフィルムは少なくとも一方向に延伸している(すなわち、少なくとも一軸延伸)。二軸延伸の場合、たいていの場合連続して行われる。最初に長手方向(機械方向=MD)に延伸し、次いで横方向(機械方向と垂直、横方向=TD)に延伸する。長手方向の延伸は、所望の延伸比に対応する回転速度の異なる二つのロールを利用して行われる。横方向の延伸は、通常テンターフレームを使用して行われる。
延伸が行われる温度は幅広い範囲を取り得、フィルムが必要とする性質による。長手方向の延伸は、通常80〜130℃の温度範囲(加熱温度が80〜130℃)、横方向の延伸は、通常90℃(延伸開始)〜140℃(延伸終了)の温度範囲で行われる。所望のフィルム性質を達成するために、延伸は温度は、長手方向および横方向において、通常125℃以下(または125℃未満)、好ましくは118℃以下(または118℃未満)である。横方向の延伸の前に、フィルムの片面または両面に、公知の方法でインラインコーティングを行ってもよい。インラインコーティングプロセスは、接着促進剤系や塗布液を塗布することが出来る。続いて行われる熱固定工程で、フィルム応力下で150〜250℃の温度で約0.1〜10秒保持される。所望の収縮率および伸長率を達成するためには、横方向の延伸が完了する限りにおいて、横方向に通常1%以上、好ましくは3%以上、更に好ましくは4%以上の弛緩処理を行う。この弛緩処理は、好ましくは150〜190℃の温度範囲で行われる。フィルムはついで通常に方法により巻き取られる。
<他のフィルムの性質>
上記の製造方法を経て得られた本発明のフィルムの150℃における長手方向および横方向の収縮率は、通常6%未満、好ましくは2%未満、更に好ましくは1.5%未満である。加えて本発明のフィルムの100℃における伸長率は、通常3%未満、好ましくは1%未満、更に好ましくは0.3%未満である。このような寸法安定は、フィルムの巻取り前に単純な弛緩処理を行うことによって達成できる(上述の製造方法を参照)。この寸法安定性は、例えばモーターに使用する際に、フィルム片がモーターの外部領域における電気絶縁性の欠如を導くような収縮起こさないためにも重要なことである。
上記の製造方法を経て得られた本発明のフィルムの150℃における長手方向および横方向の収縮率は、通常6%未満、好ましくは2%未満、更に好ましくは1.5%未満である。加えて本発明のフィルムの100℃における伸長率は、通常3%未満、好ましくは1%未満、更に好ましくは0.3%未満である。このような寸法安定は、フィルムの巻取り前に単純な弛緩処理を行うことによって達成できる(上述の製造方法を参照)。この寸法安定性は、例えばモーターに使用する際に、フィルム片がモーターの外部領域における電気絶縁性の欠如を導くような収縮起こさないためにも重要なことである。
以下の実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、以下の実施例は単なる例示と考えるべきである。以下の実施例において、原料やフィルムの特性について以下の測定方法、評価方法を使用する。
粒子のメジアン(平均)粒径d50の測定:
Malvern Mastersizer 2000を使用し、以下の方法で粒子のメジアン(平均)粒径d50を測定する。
先ず、試料をセルの水中に投入し、測定装置に設置する。レーザを用い、分散を解析し、検知データを較正曲線と比較して粒径分布を求める。粒径分布は2つのパラメーターによって表され、1つはメジアン値d50(測定値の中央値)、もう1つは分散幅を表すSPAN98(粒径分散の測定)である。試験は自動的に行われ、粒径d50の数学的な計算も行われる。ここでd50値は、(相対的)積算粒径分布曲線(50%縦軸値と積算曲線と交点が、求めるべき横軸上のd50値を与える)から決定される。
d98値は98%の縦軸値の交点を基に同様に求める。
Malvern Mastersizer 2000を使用し、以下の方法で粒子のメジアン(平均)粒径d50を測定する。
先ず、試料をセルの水中に投入し、測定装置に設置する。レーザを用い、分散を解析し、検知データを較正曲線と比較して粒径分布を求める。粒径分布は2つのパラメーターによって表され、1つはメジアン値d50(測定値の中央値)、もう1つは分散幅を表すSPAN98(粒径分散の測定)である。試験は自動的に行われ、粒径d50の数学的な計算も行われる。ここでd50値は、(相対的)積算粒径分布曲線(50%縦軸値と積算曲線と交点が、求めるべき横軸上のd50値を与える)から決定される。
d98値は98%の縦軸値の交点を基に同様に求める。
<SV値(標準粘度)>
希薄溶液中の標準粘度(SV)は、ジクロロ酢酸(DCA)を溶媒とし、ウベロ−デ型粘度計を用い、25±0.05℃で、DIN 53728 Part 3に記載の方法に従って測定する。ポリマ−濃度は、ポリマ−1g/100ml純溶媒である。溶解には60℃で1時間を必要とする。この後、サンプルがなお完全に溶解していない場合は、80℃で40分間を2回繰り返し、溶液を4100分−1の回転速度の遠心分離で1時間処理する。無次元のSV値は、相対粘度(ηrel=η/ηs)を用いて以下の式から決定する。
希薄溶液中の標準粘度(SV)は、ジクロロ酢酸(DCA)を溶媒とし、ウベロ−デ型粘度計を用い、25±0.05℃で、DIN 53728 Part 3に記載の方法に従って測定する。ポリマ−濃度は、ポリマ−1g/100ml純溶媒である。溶解には60℃で1時間を必要とする。この後、サンプルがなお完全に溶解していない場合は、80℃で40分間を2回繰り返し、溶液を4100分−1の回転速度の遠心分離で1時間処理する。無次元のSV値は、相対粘度(ηrel=η/ηs)を用いて以下の式から決定する。
SV=(ηrel−1)×1000
フィルム又はポリマ−中の粒子の量は灰化法により決定し、粒子量によって投入した重量の増加した分を補正する。
投入重量=(100%ポリマ−に相当する投入重量)/[(100−粒子濃度(重量%))/100)]
機械的性質:
フィルムの機械的性質は、100mm×15mmのフィルム片を用い、DIN EN ISO 572−1及び−3(試験試料は2型)に従った引張試験を行って測定した。
フィルムの機械的性質は、100mm×15mmのフィルム片を用い、DIN EN ISO 572−1及び−3(試験試料は2型)に従った引張試験を行って測定した。
<収縮率>
熱収縮率は、10cm×10cmの正方形フィルムサンプルを使用して測定した。サンプルは、一方の辺が長手方向に平行であり、その辺と垂直の辺が長手方向に垂直になるように切断した。先ずサンプルの辺を正確に測定する(TD方向およびMD方向の初期の辺の長さを、それぞれL0TD及びL0MDとする)。ついで、サンプルを収縮温度(この場合150℃)に15分間、対流オ−ブン内で加熱する。サンプルを取り出し、室温において再度辺の長さを正確に測定する(TD方向およびMD方向の加熱処理後の辺の長さを、それぞれLTD及びLMDとする)。収縮率は以下の式より求める。
熱収縮率は、10cm×10cmの正方形フィルムサンプルを使用して測定した。サンプルは、一方の辺が長手方向に平行であり、その辺と垂直の辺が長手方向に垂直になるように切断した。先ずサンプルの辺を正確に測定する(TD方向およびMD方向の初期の辺の長さを、それぞれL0TD及びL0MDとする)。ついで、サンプルを収縮温度(この場合150℃)に15分間、対流オ−ブン内で加熱する。サンプルを取り出し、室温において再度辺の長さを正確に測定する(TD方向およびMD方向の加熱処理後の辺の長さを、それぞれLTD及びLMDとする)。収縮率は以下の式より求める。
長手方向収縮率[%]=100×(L0MD−LMD)/L0MD
横方向収縮率[%]=100×(L0TD−LTD)/L0TD
横方向収縮率[%]=100×(L0TD−LTD)/L0TD
<伸長率>
熱伸長率は、10cm×10cmの正方形フィルムサンプルを使用して測定した。先ずサンプルの辺を正確に測定する(初期の辺の長さL0)。次いで、100℃で15分間、対流オ−ブン内で加熱し、室温に冷却した後、再度辺の長さを正確に測定する(加熱処理後の辺の長さL)。伸長率は以下の式より求める。
熱伸長率は、10cm×10cmの正方形フィルムサンプルを使用して測定した。先ずサンプルの辺を正確に測定する(初期の辺の長さL0)。次いで、100℃で15分間、対流オ−ブン内で加熱し、室温に冷却した後、再度辺の長さを正確に測定する(加熱処理後の辺の長さL)。伸長率は以下の式より求める。
伸長率[%]=100×(L−L0)/L0
伸長率はフィルムの長手方向および横方向についてそれぞれ測定する。
熱伝導率:
フィルムの熱伝導率は、国際出願公開第2012/107355号パンフレットに記載されているBerliner Nanotest & Design GmbH社製のTIMA装置を使用した「Thermal Interface Material(熱インターフェイス材)」法を使用して決定する。フィルム表面の粗度などによる影響を除外し、試料フィルムと装置との接触を最大にするため、先ずペーストをフィルムの両表面に塗る。ペーストは既知の熱伝導率を有する。この目的のために好ましいペースト、例えば、「Dow Corning(登録商標)340 Heat Sink Compound」等の熱伝導性シリコンペーストである。準備されたフィルム試料を、室温でCuZn−CuZnから成る2つの基準体間に、600kPaの一定の圧力を負荷して挟む。接触面積は132.7mm2である。一方の基準体に100℃に制御された熱源を接続する。他方の基準体を15℃の温度の熱消散器に配置する。2つの基準体を横切るように温度プロフィールを測定する。これから、系の熱的界面抵抗Rth,totalを計算することが出来、さらにこれから、フィルム試料の熱的界面抵抗Rth,filmが得られる。既知のフィルム厚さと接触面積を用い、フィルム試料面と垂直方向の熱伝導率λを計算することが出来る。
フィルムの熱伝導率は、国際出願公開第2012/107355号パンフレットに記載されているBerliner Nanotest & Design GmbH社製のTIMA装置を使用した「Thermal Interface Material(熱インターフェイス材)」法を使用して決定する。フィルム表面の粗度などによる影響を除外し、試料フィルムと装置との接触を最大にするため、先ずペーストをフィルムの両表面に塗る。ペーストは既知の熱伝導率を有する。この目的のために好ましいペースト、例えば、「Dow Corning(登録商標)340 Heat Sink Compound」等の熱伝導性シリコンペーストである。準備されたフィルム試料を、室温でCuZn−CuZnから成る2つの基準体間に、600kPaの一定の圧力を負荷して挟む。接触面積は132.7mm2である。一方の基準体に100℃に制御された熱源を接続する。他方の基準体を15℃の温度の熱消散器に配置する。2つの基準体を横切るように温度プロフィールを測定する。これから、系の熱的界面抵抗Rth,totalを計算することが出来、さらにこれから、フィルム試料の熱的界面抵抗Rth,filmが得られる。既知のフィルム厚さと接触面積を用い、フィルム試料面と垂直方向の熱伝導率λを計算することが出来る。
Rth,film=Rth,total−2・Rth,paste
Rth:熱的界面抵抗
Rth,paste=0.079K/W
λ=試料の厚さRth、フィルム面積
Rth:熱的界面抵抗
Rth,paste=0.079K/W
λ=試料の厚さRth、フィルム面積
RTI:
温度−時間限界の決定は、対流式オーブン内で少なくとも3種の温度で異なる時間サンプルを保持して行う。室温に平衡とした後に、物性値(最大伸長率、対流式オーブン内での処理前の初期値を基準とする)を測定し、処理前後での熱劣化を評価する。物性値が所定の限界値(2%以下)に到達するのに要するそれぞれの温度−依存時間を測定する。
温度−時間限界の決定は、対流式オーブン内で少なくとも3種の温度で異なる時間サンプルを保持して行う。室温に平衡とした後に、物性値(最大伸長率、対流式オーブン内での処理前の初期値を基準とする)を測定し、処理前後での熱劣化を評価する。物性値が所定の限界値(2%以下)に到達するのに要するそれぞれの温度−依存時間を測定する。
最大伸長率は、測定フィルム片100mm×15mmで、DIN EN ISO 572−1及び−3(試料タイプ2)に基づいた方法により測定する。
これらの実験は、熱劣化時間に対して物性値をプロットして評価する。それぞれの温度においてサンプルが不良となる劣化時間は、劣化温度(K−1)の逆数に対する半対数スケールでプロットされる。得られた直線を20000時間に外挿する。20000時間の耐用時間に対応する温度をグラフから読み取り、温度指数TIとする。
絶縁破壊電圧/絶縁耐力の測定
絶縁破壊電圧は、DIN 53481−3(DIN 40634も参照する、フィルムに関する特殊な仕様に関する)に従って測定する。測定は、ボール−プレート系(電極距離:49.5mm)を使用し、23℃で相対湿度50%の条件で、50Hz正弦波交流電圧を使用して行われる。
絶縁破壊電圧は、DIN 53481−3(DIN 40634も参照する、フィルムに関する特殊な仕様に関する)に従って測定する。測定は、ボール−プレート系(電極距離:49.5mm)を使用し、23℃で相対湿度50%の条件で、50Hz正弦波交流電圧を使用して行われる。
絶縁耐力は、20mmボールと50mmプレートを使用し、50HzのAC下、IEC 60674に従って測定し、10測定値の平均を取って決定する。
実施例1〜5及び比較例1〜6:
ポリマー混合物を292℃で溶融し、スロットダイを介し、静電密着法により50℃に制御された冷却ロール上に押出す。得られたシートを、以下の表に示す条件により長手方向に延伸し、次いで横方向に延伸する。フィルム製造条件を以下に示す。
ポリマー混合物を292℃で溶融し、スロットダイを介し、静電密着法により50℃に制御された冷却ロール上に押出す。得られたシートを、以下の表に示す条件により長手方向に延伸し、次いで横方向に延伸する。フィルム製造条件を以下に示す。
実施例、比較例で使用した原料は以下の通りである。
・PET1:エチレングリコールとテレフタル酸から製造され、DEG含有量が0.9モル%(ジオール成分を基準としたジエチレングリコール含有量)で、SV値1100のポリエチレンテレフタレ−ト
・PET2:エチレングリコールとテレフタル酸から製造されたSV値840のポリエチレンテレフタレ−ト
・PET3:SV値830で、22.4モル%のイソフタル酸(ジカルボン酸成分を基準とした含有量)を有するポリエチレンテレフタレ−ト。
・PEN:SV値580のポリエチレンナフタレート
・PET4:d50が55μmのAB 253753 AlN窒化アルミニウム(H.C.Starck社製、ミュンヘン、ドイツ)を50重量%含有するSV値580のポリエチレンテレフタレ−ト。この粒子は、二軸押出機内でポリエチレンテレフタレ−トPET1に添加した。
・PET5:d50が10μmのGRADE B BN六方晶窒化ホウ素(H.C.Starck社製、ミュンヘン、ドイツ)を50重量%含有するSV値550のポリエチレンテレフタレ−ト。この粒子は、二軸押出機内でポリエチレンテレフタレ−トPET1に添加した。
・PET6:d50が2μmのSILBOND(登録商標)8000 RSTクリストバライト(二酸化ケイ素)粒子(Quarzwerke GmbH社製、フレッヘン、ドイツ)を50重量%有するSV値580のポリエチレンテレフタレ−ト。このSiO2粒子は、二軸押出機内でポリエチレンテレフタレ−トPET1に添加した。
・PET7:エチレングリコールとテレフタル酸から製造され、カルボキシ末端基量が10mモル/kgで、SV値870のポリエチレンテレフタレ−ト。
・PET8:Irganox 1330、CAS No.1709−70−2(BASF Schweiz社製)5000ppmを二軸押出機内でPET1に含有させた。SV値は780である。
フィルムの組成および性質を以下の表2〜5に示す。
本発明のポリエステルフィルムは、優れた熱伝導性と絶縁性を両立させたものである。そのため、優れた絶縁性を維持しながら、効率的に熱を消散させることが出来、特に、装置が温度上昇に伴って稼働効率が低下するソーラーモジュールやモーター等の電子電気機器の絶縁材料に好適に使用できる。
Claims (15)
- 単層または多層から成り、少なくとも1軸に延伸されているポリエステルフィルムであって、ポリエステルフィルムはフィルムの総重量を基準として10〜45重量%の結晶性シリケート粒子を含有し、当該結晶性シリケート粒子のd50値は0.1〜15μmであり、当該結晶性シリケート粒子は藍晶石および/またはクリストバライトであり、ポリエステルフィルムのポリマー成分の50重量%以上且つ75モル%以上が熱可塑性ポリエステルから成ることを特徴とするポリエステルフィルム。
- フィルムのポリマー成分の熱可塑性ポリエステルの含有量が85モル%を超え、熱可塑性ポリエステルの80モル%以上がエチレングリコール単位およびテレフタル酸単位から成る請求項1に記載のポリエステルフィルム。
- 前記シリケート粒子が、メタクリルシラン、トリメチルシラン、メチルシラン、エポキシシラン、アミノシラン又はこれらの組合せで被覆されている請求項1又は2に記載のポリエステルフィルム。
- 前記藍晶石が三斜晶系構造を有し、前記クリストバライトが正方晶系構造または立方晶系構造を有する請求項1〜3の何れかに記載のポリエステルフィルム。
- 結晶性シリケート粒子のd98値が40μm以下である請求項1〜4の何れかに記載のポリエステルフィルム。
- ポリエステルフィルムが10〜30重量%の結晶性シリケート粒子および5〜15重量%の六方晶系窒化ホウ素を含有する請求項1〜5の何れかに記載のポリエステルフィルム。
- 六方晶系窒化ホウ素のd50値が15μm未満である請求項6に記載のポリエステルフィルム。
- ポリエステルフィルムが多層構成であり、少なくとも1層がフィルムの総厚みの10%以下の厚さの外層であり、当該外層が、フィルムの総重量を基準として10重量%以下の結晶性シリケート粒子を含有する請求項1〜7の何れかに記載のポリエステルフィルム。
- フィルムが少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤を含有し、フリーラジカル捕捉剤の含有量が、フィルムの質量を基準として100〜5000ppmの範囲である請求項1〜8の何れかに記載のポリエステルフィルム。
- ポリエステルフィルムが、(1)厚さが9〜400μm、(2)熱伝導率が0.3Wm−1K−1以上、(3)面積延伸比率が2〜16の範囲、(4)引張破断強度が5%以上、(5)弾性率が1000Nmm−2以上、(6)絶縁耐力が90kVmm−1以上、(7)相対温度インデックス値(RTI値)が90以上、の少なくとも1つの特性を有する請求項1〜10の何れかに記載のポリエステルフィルム。
- 請求項1〜10に記載のポリエステルフィルムの製造方法であって、単層の場合はポリエステル又はポリエステル混合物、多層の場合は個々の層のポリエステル又はポリエステル混合物を押出機内で圧縮して溶融流動状態にし、得られた溶融体を単層ダイ又は共押出ダイを介して押出し溶融平坦シートを得、スロットダイを介して押出されたシートを冷却ロール及び1つ以上の引取りロールによって引取り冷却固化し、得られたシートを少なくとも一軸方向に延伸し、熱固定を行い、フィルムを巻取る工程から成るポリエステルフィルムの製造方法。
- 請求項1〜11の何れかに記載のポリエステルフィルムから成る電気絶縁材。
- 電気絶縁材が、太陽電池モジュール用、電気モーター用、コンピューター用または他の電子機器用である請求項13に記載の電気絶縁材。
- 請求項13又は14に記載の電気絶縁材から成る電気絶縁層。
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