JP2019019277A - Polymeric piezoelectric material and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、高分子圧電材料、及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a polymeric piezoelectric material and a method for manufacturing the same.
圧電材料として、従来、セラミックス材料であるPZT(PbZrO3−PbTiO3系固溶体)が多く用いられてきた。しかしながら、PZTは鉛を含有することから、環境負荷が高い。また、柔軟性の観点から、高分子圧電材料が用いられるようになってきている。 Conventionally, PZT (PbZrO 3 —PbTiO 3 -based solid solution), which is a ceramic material, has been frequently used as a piezoelectric material. However, since PZT contains lead, the environmental load is high. From the viewpoint of flexibility, polymer piezoelectric materials have been used.
現在知られている高分子圧電材料は、ナイロン11、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ尿素、ポリフッ化ビニリデン(β型)(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体(P(VDF−TrFE))(75/25)等がある。しかしながら、高分子圧電材料は、圧電性においてPZTに及ばず、圧電性の向上が要求されている。そのため、種々の観点から高分子圧電材料の圧電性を向上することが試みられている。 Currently known polymer piezoelectric materials include nylon 11, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride, polyurea, polyvinylidene fluoride (β-type) (PVDF), vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer (P (VDF -TrFE)) (75/25). However, polymeric piezoelectric materials are not as good as PZT in piezoelectricity, and are required to improve piezoelectricity. For this reason, attempts have been made to improve the piezoelectricity of the polymeric piezoelectric material from various viewpoints.
強誘電性高分子であるPVDF、及びP(VDF−TrFE)等は、高分子の中でも優れた圧電性を有し、圧電定数d31は20pC/N以上である。PVDF、及びP(VDF−TrFE)から形成されるフィルム材料は以下のように形成される。まず、延伸操作により延伸方向に高分子鎖を配向させる。その後、コロナ放電等でフィルムの表裏に異種の電荷を付与することで、フィルム面垂直方向に電界を発生させ、高分子鎖の側鎖にあるフッ素を含む永久双極子を、電界方向に平行に配向させ、圧電性を付与する。しかし、分極したフィルム表面には、配向を打ち消す方向に、空気中の水やイオンのような異種電荷が付着しやすく、分極処理で揃えた永久双極子の配向が緩和し、経時的に圧電性が顕著に低下するといった実用上の課題があった。 Ferroelectric polymers such as PVDF and P (VDF-TrFE) have excellent piezoelectricity among the polymers, and the piezoelectric constant d 31 is 20 pC / N or more. The film material formed from PVDF and P (VDF-TrFE) is formed as follows. First, the polymer chain is oriented in the stretching direction by a stretching operation. Then, by applying different charges to the front and back of the film by corona discharge etc., an electric field is generated in the direction perpendicular to the film surface, and the permanent dipole containing fluorine in the side chain of the polymer chain is made parallel to the electric field direction. Orient and impart piezoelectricity. However, on the polarized film surface, foreign charges such as water and ions in the air tend to adhere in the direction that cancels the orientation, and the orientation of the permanent dipole aligned by the polarization treatment is relaxed, and the piezoelectricity over time. There has been a practical problem such as a noticeable decrease.
PVDFは、上記の高分子圧電材料の中で最も圧電性の高い材料ではあるが、誘電率が13であり高分子圧電材料の中では比較的高く、圧電d定数を誘電率で割った値の圧電g定数(単位応力当たりの開放電圧)は小さくなる。また、PVDFは、電気から音響への変換効率は良いものの、音響から電気への変換効率については、改善が期待されていた。 PVDF is the most piezoelectric material among the above polymer piezoelectric materials, but has a dielectric constant of 13 and is relatively high among polymer piezoelectric materials, and is a value obtained by dividing the piezoelectric d constant by the dielectric constant. The piezoelectric g constant (open voltage per unit stress) becomes small. Moreover, although PVDF has good conversion efficiency from electricity to sound, improvement in the conversion efficiency from sound to electricity has been expected.
近年、上記の高分子圧電材料以外に、ポリ乳酸等の光学活性を有する脂肪族系ポリエステルを用いることが着目されている。ポリ乳酸系高分子は、機械的な延伸操作のみで圧電性が発現することが知られている。 In recent years, attention has been focused on using aliphatic polyesters having optical activity such as polylactic acid in addition to the above-described polymeric piezoelectric materials. It is known that polylactic acid polymers exhibit piezoelectricity only by mechanical stretching operation.
光学活性を有する高分子の中でも、ポリ乳酸のような高分子結晶の圧電性は、螺旋軸方向に存在するC=O結合の永久双極子に起因する。特にポリ乳酸は、主鎖に対する側鎖の体積分率が小さく、体積あたりの永久双極子の割合が大きく、ヘリカルキラリティをもつ高分子の中でも理想的な高分子といえる。 Among the polymers having optical activity, the piezoelectricity of a polymer crystal such as polylactic acid is attributed to a C = O bond permanent dipole that exists in the direction of the helical axis. In particular, polylactic acid has a small volume fraction of side chains with respect to the main chain and a large ratio of permanent dipoles per volume, and can be said to be an ideal polymer among the polymers having helical chirality.
延伸処理のみで圧電性を発現するポリ乳酸は、ポーリング処理が不要で、圧電率は数年にわたり減少しないことが知られている。 It is known that polylactic acid that exhibits piezoelectricity only by stretching treatment does not require poling treatment and the piezoelectricity does not decrease over several years.
以上のように、ポリ乳酸には種々の圧電特性があるため、種々のポリ乳酸を用いた高分子圧電材料が報告されている。 As described above, since polylactic acid has various piezoelectric characteristics, polymer piezoelectric materials using various polylactic acids have been reported.
例えば、ポリ乳酸の成型物を延伸処理することで、常温で、10pC/N程度の圧電率を示す高分子圧電材が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a polymer piezoelectric material that exhibits a piezoelectric constant of about 10 pC / N at room temperature by stretching a molded product of polylactic acid has been disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、ポリ乳酸結晶を高配向にするために、鍛造法と呼ばれる特殊な配向方法により18pC/N程度の高い圧電性を示すことも報告されている(例えば、特許文献2参照)。 Moreover, in order to make polylactic acid crystal highly oriented, it has been reported that high piezoelectricity of about 18 pC / N is exhibited by a special orientation method called a forging method (see, for example, Patent Document 2).
さらに、耐湿熱性の向上の観点から、脂肪族系ポリエステルにカルボジイミド等の安定化剤を添加する方法(例えば、特許文献3参照)、ケテンイミン等の安定化剤を添加する方法(例えば、特許文献4参照)等が報告されている。 Furthermore, from the viewpoint of improving heat and humidity resistance, a method of adding a stabilizer such as carbodiimide to an aliphatic polyester (for example, see Patent Document 3), a method of adding a stabilizer such as ketene imine (for example, Patent Document 4). Reference) etc. have been reported.
しかし、ポリ乳酸など脂肪族系ポリエステルは加水分解性があるため、大気中の水分の存在下など加水分解を生じる環境下での圧電素子として用いる場合、信頼性の向上が課題であった。
また、特許文献3に示される高分子圧電材料では、高分子圧電材料製造時のカルボジイミドの熱劣化によりイソシアネートが発生するため、作業性をより向上させることが望まれる。また、特許文献4に示される高分子圧電材料には、ケテンイミンが高分子圧電材料製造時の熱劣化により黄変色しやすく、高分子圧電材料をタッチパネル等として利用した場合の信頼性の向上が望まれていた。
本開示は、上記事情に鑑み、耐湿熱性が改良され、かつ良好な作業環境にて製造でき、変色を抑えることが可能な高分子圧電材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
However, since aliphatic polyesters such as polylactic acid are hydrolyzable, improvement in reliability has been an issue when used as a piezoelectric element in an environment that causes hydrolysis such as the presence of moisture in the atmosphere.
Further, in the polymer piezoelectric material disclosed in Patent Document 3, since isocyanate is generated due to thermal degradation of carbodiimide during the production of the polymer piezoelectric material, it is desired to further improve workability. Further, in the polymer piezoelectric material disclosed in Patent Document 4, ketene imine is likely to turn yellow due to thermal deterioration during the production of the polymer piezoelectric material, and improvement in reliability is expected when the polymer piezoelectric material is used as a touch panel or the like. It was rare.
In view of the above circumstances, an object of the present disclosure is to provide a polymeric piezoelectric material that has improved heat and heat resistance, can be manufactured in a good working environment, and can suppress discoloration, and a method for manufacturing the same.
前記課題を達成するための具体的手段は、以下の通りである。
[1] 重量平均分子量が5万〜100万で光学活性を有する脂肪族系ポリエステル(A)と、下記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物であり、重量平均分子量が300〜60000の安定化剤(B)と、を含有し、示差走査熱量測定法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、前記脂肪族系ポリエステル(A)100質量部に対して前記安定化剤(B)が0.01質量部〜10質量部含まれる、高分子圧電材料。
Specific means for achieving the above object are as follows.
[1] An aliphatic polyester (A) having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 and having optical activity, and an imino ether compound represented by the following general formula (B1), having a weight average molecular weight of 300 to 60000 A stabilizer (B), having a crystallinity of 20% to 80% obtained by differential scanning calorimetry, and the stabilizer based on 100 parts by mass of the aliphatic polyester (A) A polymeric piezoelectric material containing 0.01 to 10 parts by mass of (B).
(一般式(B1)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R3は下記一般式(2)で表されるアルキル基、又は下記一般式(3)で表されるアリール基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、R2、R3、R11、R12及びR13は互いに結合して環を形成してもよい。) (In General Formula (B1), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 3 represents an alkyl group represented by the following general formula (2) or an aryl group represented by the following general formula (3), and R 11 , R 12 and R 13 are Each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, and R 2 , R 3 , R 11 , R 12 and R 13 are bonded to each other; To form a ring.)
(一般式(2)中、R31、R32及びR33はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R31、R32及びR33は互いに連結して環を形成してもよい。一般式(3)中、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。また、nは0〜5の整数を表す。なお、一般式(2)及び(3)において*は、窒素原子と結合する位置を表す。)
[2] 前記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物が、下記一般式(B2)で表されるイミノエーテル化合物を含む、[1]に記載の高分子圧電材料。
(In the general formula (2), R 31 , R 32 and R 33 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. R 31 , R 32 and R 33 may be linked to each other to form a ring. In formula (3), R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different, and n represents an integer of 0 to 5. (In (2) and (3), * represents the position bonded to the nitrogen atom.)
[2] The polymeric piezoelectric material according to [1], wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes an imino ether compound represented by the following general formula (B2).
(一般式(B2)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。)
[3] 前記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物が、下記一般式(B3)で表されるイミノエーテル化合物を含む、[1]に記載の高分子圧電材料。
(In General Formula (B2), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. represents an alkoxy group, .R 41 representing a R 11, R 12 and R 13 are each independently a hydrogen atom, which may have a an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group Represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different, and n represents an integer of 0 to 5.)
[3] The polymeric piezoelectric material according to [1], wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes an imino ether compound represented by the following general formula (B3).
(一般式(B3)中、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R21及びR41はそれぞれ独立に置換基を表す。R21及びR41がそれぞれ複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表し、mは0〜5の整数を表す。)
[4] 前記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物が、下記一般式(B4)で表される構造単位を含む高分子化合物を含む、[1]に記載の高分子圧電材料。
(In the general formula (B3), R 11 , R 12 and R 13 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. R 21 and R 41 each independently represents a substituent, and when there are a plurality of R 21 and R 41 , they may be the same or different, n represents an integer of 0 to 5, and m represents 0 to 5 Represents an integer.)
[4] The polymer piezoelectric material according to [1], wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes a polymer compound including a structural unit represented by the following general formula (B4).
(一般式(B4)中、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L1は、炭素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアルキレン部、置換基を有してもよいシクロアルキレン部、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいアルコキシレン部である、p価の基を表す。)
[5] 前記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物が、下記一般式(B5)で表される構造単位を含む高分子化合物を含む、[1]に記載の高分子圧電材料。
(In the general formula (B4), .R 41 representing a R 11, R 12 and R 13 are each independently a hydrogen atom, which may have a an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group When a plurality of R 41 are present, they may be the same or different, n represents an integer of 0 to 5, p represents an integer of 2 to 4, and L 1 represents And the bond terminal to the carbon atom has an alkylene part which may have a substituent, a cycloalkylene part which may have a substituent, an arylene part which may have a substituent, or a substituent. Represents a p-valent group which may be an alkoxylene moiety.)
[5] The polymer piezoelectric material according to [1], wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes a polymer compound including a structural unit represented by the following general formula (B5).
(一般式(B5)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L2は、窒素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいシクロアルキレン部であるp価の基を表す。)
[6] 前記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物が、下記一般式(B6)で表される構造単位を含む高分子化合物を含む、[1]に記載の高分子圧電材料。
(In General Formula (B5), R 2 has an alkyl group that may have a substituent, a cycloalkyl group that may have a substituent, an aryl group that may have a substituent, or a substituent. R 11 , R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. Represents an integer of 2 to 4, and L 2 is a p-valent which is an arylene part that may have a substituent, or a cycloalkylene part that may have a substituent, at the bond terminal to the nitrogen atom. Represents a group.)
[6] The polymer piezoelectric material according to [1], wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes a polymer compound including a structural unit represented by the following general formula (B6).
(一般式(B6)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L3は、酸素原子との結合末端が、アルキレン部であるp価の基を表す。但し、L3のアルキレン部は、水素原子の一部又は全部が、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基で置換されていてもよい。)
[7] 可視光線に対する内部ヘイズが50%以下であり、かつ、25℃において変位法で測定した圧電定数d14が1.0pm/V以上である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[8] 前記内部ヘイズが13%以下である、[7]に記載の高分子圧電材料。
[9] マイクロ波透過型分子配向計で測定される基準厚さを50μmとしたときの規格化分子配向MORcと前記結晶化度との積が40〜700である、[1]〜[8]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[10] 前記脂肪族系ポリエステル(A)が、下記式(1)で表される繰り返し単位を含む主鎖を有する化合物を含む、[1]〜[9]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
(In General Formula (B6), R 2 has an alkyl group that may have a substituent, a cycloalkyl group that may have a substituent, an aryl group that may have a substituent, or a substituent. R 41 represents a substituent and may be the same or different when a plurality of R 41 are present, n represents an integer of 0 to 5, and p represents L represents an integer of 2 to 4, and L 3 represents a p-valent group in which the bond terminal with an oxygen atom is an alkylene part, provided that a part or all of the hydrogen atoms are substituted in the alkylene part of L 3 (It may be substituted with an alkyl group which may have a group or an aryl group which may have a substituent.)
[7] is 50% or less internal haze to visible light, and the piezoelectric constant d 14 measured by a displacement method at 25 ° C. is 1.0 pm / V or more, one of [1] to [6] 1 The polymeric piezoelectric material according to Item.
[8] The polymeric piezoelectric material according to [7], wherein the internal haze is 13% or less.
[9] The product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity when the reference thickness measured with a microwave transmission type molecular orientation meter is 50 μm is 40 to 700, [1] to [8] The polymeric piezoelectric material according to any one of the above.
[10] The high according to any one of [1] to [9], wherein the aliphatic polyester (A) includes a compound having a main chain containing a repeating unit represented by the following formula (1). Molecular piezoelectric material.
[11] 前記脂肪族系ポリエステル(A)は、光学純度が95.00%ee以上である、[1]〜[10]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[12] 前記脂肪族系ポリエステル(A)の含有率が80質量%以上である、[1]〜[11]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[13] 主面の面積が5mm2以上である、[1]〜[12]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料。
[14] [1]〜[13]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料の製造方法であって、前記脂肪族系ポリエステル(A)と前記安定化剤(B)を含む非晶状態のシートを結晶化して予備結晶化シートを得る第一の工程と、前記予備結晶化シートを延伸する第二の工程と、を含む、高分子圧電材料の製造方法。
[15] 前記第二の工程の後に、アニール処理をする、[14]に記載の高分子圧電材料の製造方法。
[16] 前記脂肪族系ポリエステル(A)と前記安定化剤(B)とを含む非晶状態のシートを延伸する工程と、アニール処理をする工程と、をこの順で含む、[1]〜[13]のいずれか1項に記載の高分子圧電材料の製造方法。
[11] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [10], wherein the aliphatic polyester (A) has an optical purity of 95.00% ee or more.
[12] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [11], wherein the content of the aliphatic polyester (A) is 80% by mass or more.
[13] The polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [12], wherein the area of the main surface is 5 mm 2 or more.
[14] The method for producing a polymeric piezoelectric material according to any one of [1] to [13], wherein the amorphous state includes the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B). A method for producing a piezoelectric polymer material, comprising: a first step of crystallizing the sheet to obtain a pre-crystallized sheet; and a second step of stretching the pre-crystallized sheet.
[15] The method for producing a polymeric piezoelectric material according to [14], wherein annealing is performed after the second step.
[16] A step of stretching an amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) and a step of annealing treatment are included in this order. [13] The method for producing a polymeric piezoelectric material according to any one of [13].
本開示によれば、耐湿熱性が改良され、かつ良好な作業環境にて製造でき、変色を抑えることが可能な高分子圧電材料及びその製造方法が提供される。 According to the present disclosure, there is provided a polymeric piezoelectric material that has improved heat and moisture resistance, can be manufactured in a good working environment, and can suppress discoloration, and a method for manufacturing the same.
以下、本発明の実施形態について説明する。
本開示において、「〜」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、本開示において、高分子圧電材料の「主面」とは、高分子圧電材料の表面の中で、最も面積の大きい面を意味する。
また、本開示では、「主面」を、単に「面」と称することがある。
また、本開示において、「フィルム」は、一般的に「フィルム」と呼ばれているものだけでなく、一般的に「シート」と呼ばれているものをも包含する概念である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In the present disclosure, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
In the present disclosure, the “main surface” of the polymeric piezoelectric material means a surface having the largest area among the surfaces of the polymeric piezoelectric material.
In the present disclosure, the “main surface” may be simply referred to as “surface”.
Further, in the present disclosure, the “film” is a concept including not only what is generally called “film” but also what is generally called “sheet”.
本開示の高分子圧電材料は、重量平均分子量が5万〜100万で光学活性を有する脂肪族系ポリエステル(A)と、下記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物であり、重量平均分子量が300〜60000の安定化剤(B)と、を含有し、示差走査熱量測定(DSC)法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、前記脂肪族系ポリエステル(A)100質量部に対して前記安定化剤(B)が0.01質量部〜10質量部含まれる、高分子圧電材料である。
本開示の高分子圧電材料によれば、耐湿熱性が改良され、かつ良好な作業環境にて製造でき、変色を抑えることが可能な高分子圧電材料が得られる。
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure is an aliphatic polyester (A) having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 and optical activity, and an imino ether compound represented by the following general formula (B1). A stabilizer (B) having a molecular weight of 300 to 60000, a crystallinity of 20% to 80% obtained by a differential scanning calorimetry (DSC) method, and the aliphatic polyester (A) 100 The polymeric piezoelectric material contains 0.01 to 10 parts by mass of the stabilizer (B) with respect to parts by mass.
According to the polymer piezoelectric material of the present disclosure, it is possible to obtain a polymer piezoelectric material that has improved heat and moisture resistance, can be manufactured in a favorable working environment, and can suppress discoloration.
一般式(B1)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R3は下記一般式(2)で表されるアルキル基、又は下記一般式(3)で表されるアリール基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、R2、R3、R11、R12及びR13は互いに結合して環を形成してもよい。 In General Formula (B1), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 3 represents an alkyl group represented by the following general formula (2) or an aryl group represented by the following general formula (3), and R 11 , R 12 and R 13 are each represented by Independently, it represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. R 2 , R 3 , R 11 , R 12 and R 13 may be bonded to each other to form a ring.
一般式(2)中、R31、R32及びR33はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R31、R32及びR33は互いに連結して環を形成してもよい。一般式(3)中、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。また、nは0〜5の整数を表す。なお、一般式(2)及び(3)において*は、窒素原子と結合する位置を表す。 In the general formula (2), R 31 , R 32 and R 33 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. R 31 , R 32 and R 33 may be connected to each other to form a ring. In General Formula (3), R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different. N represents an integer of 0 to 5. In general formulas (2) and (3), * represents a position bonded to a nitrogen atom.
本開示の高分子圧電材料によって上記効果が得られる理由は明確ではないが、以下のように考えられる。
脂肪族系ポリエステルの加水分解は、例えば以下のスキームにて進行するものと推定される。
The reason why the above-described effect can be obtained by the polymer piezoelectric material of the present disclosure is not clear, but is considered as follows.
Hydrolysis of the aliphatic polyester is presumed to proceed, for example, according to the following scheme.
この加水分解を抑制するためには、水分との接触をガスバリアフィルム等とのラミネートなどにより抑制する方法、又は、系中で加水分解した部分に架橋構造を形成する方法、フリーのカルボキシル基をキャップする方法等が考えられる。
このうち、本開示の高分子圧電材料では、安定化剤(B)のイミノエーテル基が脂肪族系ポリエステル(A)のカルボキシル基と反応することによって、フリーのカルボキシル基がキャップされ、耐加水分解性が得られるものと考えられる。推定される機序を以下に示す。
In order to suppress this hydrolysis, a method of suppressing contact with moisture by lamination with a gas barrier film or the like, or a method of forming a crosslinked structure in a hydrolyzed portion in the system, a cap on a free carboxyl group The method of doing etc. can be considered.
Among these, in the polymeric piezoelectric material of the present disclosure, the free carboxyl group is capped by the reaction of the imino ether group of the stabilizer (B) with the carboxyl group of the aliphatic polyester (A), thereby preventing hydrolysis. It is thought that sex is obtained. The presumed mechanism is shown below.
ポリエステルの末端カルボキシル基の化学修飾は、100℃〜350℃の温度範囲でイミノエーテル化合物と脂肪族ポリエステルのようなカルボン酸基を有する化合物とを反応させることで行うことができる。反応温度は用いるポリエステルの融点(Tm)によって選択することができる。 Chemical modification of the terminal carboxyl group of the polyester can be performed by reacting an imino ether compound with a compound having a carboxylic acid group such as an aliphatic polyester in a temperature range of 100 ° C to 350 ° C. The reaction temperature can be selected depending on the melting point (Tm) of the polyester used.
また、安定化剤(B)と脂肪族系ポリエステル(A)との反応は、安定化剤としてカルボジイミドを用いた場合等と比べ、作業性に優れる。さらに、安定化剤としてケテンイミンを用いた場合等と比べ、安定化剤(B)や安定化剤(B)とカルボキシル基の反応によって生じる遊離物、及びそれらの劣化物の着色が少ないことから、熱劣化による高分子圧電材料の変色が抑制されると考えられる。 Further, the reaction between the stabilizer (B) and the aliphatic polyester (A) is excellent in workability as compared with the case where carbodiimide is used as the stabilizer. Furthermore, compared to the case where ketene imine is used as a stabilizer, since the stabilizer (B), the free substance produced by the reaction of the stabilizer (B) and the carboxyl group, and the coloration of those deteriorated products are less, It is considered that discoloration of the piezoelectric polymer material due to thermal degradation is suppressed.
以下、本開示の高分子圧電材料の好ましい態様について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the polymeric piezoelectric material of the present disclosure will be described.
<脂肪族系ポリエステル(A)>
本開示の高分子圧電材料は、重量平均分子量が5万〜100万で光学活性を有する脂肪族系ポリエステル(A)(以下、単に「脂肪族系ポリエステル(A)」ともいう)を含有する。
ここで、「光学活性を有する脂肪族系ポリエステル」とは、分子構造が螺旋構造であり分子光学活性を有する高分子を指す。
脂肪族系ポリエステル(A)としては、例えば、ポリ乳酸系高分子、ポリ(β―ヒドロキシ酪酸)等を挙げることができる。また、脂肪族系ポリエステル(A)としては、圧電性を増加させやすい観点から、ヘリカルキラル高分子であることが好ましい。
<Aliphatic polyester (A)>
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure contains an aliphatic polyester (A) having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 and having optical activity (hereinafter also simply referred to as “aliphatic polyester (A)”).
Here, the “aliphatic polyester having optical activity” refers to a polymer having a helical structure and a molecular optical activity.
Examples of the aliphatic polyester (A) include polylactic acid polymers and poly (β-hydroxybutyric acid). In addition, the aliphatic polyester (A) is preferably a helical chiral polymer from the viewpoint of easily increasing piezoelectricity.
脂肪族系ポリエステル(A)は、高分子圧電材料の圧電性を向上する観点から、光学純度が95.00%ee以上であることが好ましく、96.00%ee以上であることがより好ましく、99.00%ee以上であることがさらに好ましく、99.99%ee以上であることがさらにより好ましい。望ましくは100.00%eeである。脂肪族系ポリエステル(A)の光学純度を上記範囲とすることで、圧電性を発現する高分子結晶のパッキング性が高くなり、その結果、圧電性が高くなるものと考えられる。 From the viewpoint of improving the piezoelectricity of the polymeric piezoelectric material, the aliphatic polyester (A) preferably has an optical purity of 95.00% ee or more, more preferably 96.00% ee or more, More preferably, it is 99.00% ee or more, and even more preferably 99.99% ee or more. Desirably, it is 100.00% ee. By setting the optical purity of the aliphatic polyester (A) within the above range, it is considered that the packing property of the polymer crystal that exhibits piezoelectricity is enhanced, and as a result, the piezoelectricity is enhanced.
ここで、脂肪族系ポリエステル(A)の光学純度は、下記式にて算出した値である。
光学純度(%ee)=100×|L体量−D体量|/(L体量+D体量)
すなわち、脂肪族系ポリエステル(A)の光学純度は、
『「脂肪族系ポリエステル(A)のL体の量〔質量%〕と脂肪族系ポリエステル(A)のD体の量〔質量%〕との量差(絶対値)」を「脂肪族系ポリエステル(A)のL体の量〔質量%〕と脂肪族系ポリエステル(A)のD体の量〔質量%〕との合計量」で割った(除した)数値』に、『100』をかけた(乗じた)値である。
Here, the optical purity of the aliphatic polyester (A) is a value calculated by the following formula.
Optical purity (% ee) = 100 × | L body weight−D body weight | / (L body weight + D body weight)
That is, the optical purity of the aliphatic polyester (A) is
“The amount difference (absolute value) between the amount of L-form [mass%] of aliphatic polyester (A) and the amount of D-form [mass%] of aliphatic polyester (A)” is expressed as “aliphatic polyester Multiply by (100) the number divided by (total amount of (A) L-form [mass%] and aliphatic polyester (A) D-form [mass%]]. (Multiplied).
なお、脂肪族系ポリエステル(A)のL体の量〔質量%〕と脂肪族系ポリエステル(A)のD体の量〔質量%〕は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いた方法により得られる値を用いる。測定方法は以下のとおりである。
50mLの三角フラスコに1.0gのサンプル(高分子圧電材料)を秤り込み、IPA(イソプロピルアルコール)2.5mLと、5.0mol/L水酸化ナトリウム溶液5mLとを加える。次に、サンプル溶液が入った前記三角フラスコを、温度40℃の水浴に入れ、脂肪族系ポリエステル(A)が完全に加水分解するまで、約5時間攪拌する。
The amount of L-form [mass%] of the aliphatic polyester (A) and the amount of D-form [mass%] of the aliphatic polyester (A) are obtained by a method using high performance liquid chromatography (HPLC). Use the value obtained. The measurement method is as follows.
A sample (polymer piezoelectric material) of 1.0 g is weighed into a 50 mL Erlenmeyer flask, and 2.5 mL of IPA (isopropyl alcohol) and 5 mL of 5.0 mol / L sodium hydroxide solution are added. Next, the Erlenmeyer flask containing the sample solution is placed in a water bath at a temperature of 40 ° C. and stirred for about 5 hours until the aliphatic polyester (A) is completely hydrolyzed.
前記サンプル溶液を室温まで冷却後、1.0mol/L塩酸溶液を20mL加えて中和し、三角フラスコを密栓してよくかき混ぜる。サンプル溶液の1.0mLを25mLのメスフラスコに取り分け、移動相で25mLとしてHPLC試料溶液1を調製する。HPLC試料溶液1を、HPLC装置に5μL注入し、下記HPLC条件で、脂肪族系ポリエステル(A)のD/L体ピーク面積を求め、L体の量とD体の量を算出する。 The sample solution is cooled to room temperature, neutralized by adding 20 mL of a 1.0 mol / L hydrochloric acid solution, and the Erlenmeyer flask is sealed and mixed well. Dispense 1.0 mL of the sample solution into a 25 mL volumetric flask and prepare HPLC sample solution 1 with 25 mL of mobile phase. 5 μL of the HPLC sample solution 1 is injected into the HPLC apparatus, the D / L body peak area of the aliphatic polyester (A) is determined under the following HPLC conditions, and the amounts of L body and D body are calculated.
−HPLC測定条件−
・カラム
光学分割カラム、住化分析センター社製 SUMICHIRAL OA5000
・測定装置
日本分光社製 液体クロマトグラフィ
・カラム温度
25℃
・移動相
1.0mM−硫酸銅(II)緩衝液/IPA=98/2(V/V)
硫酸銅(II)/IPA/水=156.4mg/20mL/980mL
・移動相流量
1.0mL/分
・検出器
紫外線検出器(UV254nm)
-HPLC measurement conditions-
・ Column Optical resolution column, SUMICHIRAL OA5000, manufactured by Sumika Chemical Analysis Co., Ltd.
・ Measuring device: JASCO Corporation liquid chromatography column temperature: 25 ℃
Mobile phase 1.0 mM-copper (II) sulfate buffer / IPA = 98/2 (V / V)
Copper (II) sulfate / IPA / water = 156.4 mg / 20 mL / 980 mL
・ Mobile phase flow rate 1.0mL / min ・ Detector UV detector (UV254nm)
脂肪族系ポリエステル(A)は、光学純度を上げ、圧電性を向上させる観点から、下記式(1)で表される繰り返し単位を含む主鎖を有する化合物を含むことが好ましい。 The aliphatic polyester (A) preferably contains a compound having a main chain containing a repeating unit represented by the following formula (1) from the viewpoint of increasing optical purity and improving piezoelectricity.
前記式(1)で表される繰り返し単位を主鎖とする化合物の中でも、ポリ乳酸系高分子が好ましい。
ここで、ポリ乳酸系高分子とは、「ポリ乳酸(L−乳酸及びD−乳酸から選ばれるモノマー由来の繰り返し単位のみからなる高分子)」、「L−乳酸又はD−乳酸と、該L−乳酸又はD−乳酸と共重合可能な化合物とのコポリマー」、又は、両者の混合物をいう。
なかでも、ポリ乳酸系高分子としては、「L−乳酸のホモポリマー(PLLA)」、「L−乳酸と、L−乳酸と共重合可能な化合物とのコポリマー」及び両者の混合物、並びに、「D−乳酸のホモポリマー(PDLA)」、「D−乳酸と、D−乳酸と共重合可能な化合物とのコポリマー」及び両者の混合物が好ましく、「L−乳酸のホモポリマー」及び「D−乳酸のホモポリマー」がより好ましい。
Among the compounds having the repeating unit represented by the formula (1) as a main chain, a polylactic acid polymer is preferable.
Here, the polylactic acid polymer is “polylactic acid (polymer consisting only of repeating units derived from a monomer selected from L-lactic acid and D-lactic acid)”, “L-lactic acid or D-lactic acid, and L -A copolymer of a compound copolymerizable with lactic acid or D-lactic acid ", or a mixture of both.
Among them, as the polylactic acid polymer, “L-lactic acid homopolymer (PLLA)”, “copolymer of L-lactic acid and a compound copolymerizable with L-lactic acid”, a mixture of both, and “ "Homopolymer of D-lactic acid" (PDLA), "copolymer of D-lactic acid and a compound copolymerizable with D-lactic acid" and a mixture thereof are preferable, and "homopolymer of L-lactic acid" and "D-lactic acid" Are more preferred.
ポリ乳酸は、乳酸がエステル結合によって重合し、長く繋がった高分子である。
ポリ乳酸は、ラクチドを経由するラクチド法;溶媒中で乳酸を減圧下加熱し、水を取り除きながら重合させる直接重合法;等によって製造できることが知られている。
Polylactic acid is a polymer in which lactic acid is polymerized by an ester bond and connected for a long time.
It is known that polylactic acid can be produced by a lactide method via lactide; a direct polymerization method in which lactic acid is heated under reduced pressure in a solvent and polymerized while removing water;
上記「L−乳酸又はD−乳酸と共重合可能な化合物」(以下、コポリマー成分ともいう)としては、グリコール酸、ジメチルグリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシプロパン酸、3−ヒドロキシプロパン酸、2−ヒドロキシ吉草酸、3−ヒドロキシ吉草酸、4−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、2−ヒドロキシカプロン酸、3−ヒドロキシカプロン酸、4−ヒドロキシカプロン酸、5−ヒドロキシカプロン酸、6−ヒドロキシカプロン酸、6−ヒドロキシメチルカプロン酸、マンデル酸等のヒドロキシカルボン酸;グリコリド、β−メチル−δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等の環状エステル;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、テレフタル酸等の多価カルボン酸及びこれらの無水物;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、テトラメチレングリコール、1,4−ヘキサンジメタノール等の多価アルコール;セルロース等の多糖類;α−アミノ酸等のアミノカルボン酸;等を挙げることができる。 Examples of the “compound copolymerizable with L-lactic acid or D-lactic acid” (hereinafter also referred to as a copolymer component) include glycolic acid, dimethyl glycolic acid, 3-hydroxybutyric acid, 4-hydroxybutyric acid, 2-hydroxypropanoic acid, 3-hydroxypropanoic acid, 2-hydroxyvaleric acid, 3-hydroxyvaleric acid, 4-hydroxyvaleric acid, 5-hydroxyvaleric acid, 2-hydroxycaproic acid, 3-hydroxycaproic acid, 4-hydroxycaproic acid, 5- Hydroxycarboxylic acids such as hydroxycaproic acid, 6-hydroxycaproic acid, 6-hydroxymethylcaproic acid and mandelic acid; cyclic esters such as glycolide, β-methyl-δ-valerolactone, γ-valerolactone and ε-caprolactone; Acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid Polycarboxylic acids such as azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, terephthalic acid and their anhydrides; ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,9-nonanediol, 3-methyl-1,5 -Polyhydric alcohols such as pentanediol, neopentyl glycol, tetramethylene glycol and 1,4-hexanedimethanol; polysaccharides such as cellulose; aminocarboxylic acids such as α-amino acids;
上記コポリマーとしては、ブロックコポリマー、グラフトコポリマーが挙げられる。例えば、らせん結晶を生成可能なポリ乳酸シーケンスを有する、ブロックコポリマー又はグラフトコポリマーが挙げられる。 Examples of the copolymer include a block copolymer and a graft copolymer. For example, a block copolymer or a graft copolymer having a polylactic acid sequence capable of forming a helical crystal can be mentioned.
脂肪族系ポリエステル(A)がポリ乳酸系高分子である場合、ポリ乳酸系高分子中における、乳酸に由来する構造と、乳酸と共重合可能な化合物(コポリマー成分)に由来する構造と、のモル数の合計に対して、コポリマー成分に由来する構造の濃度が20mol%以下であることが好ましい。 When the aliphatic polyester (A) is a polylactic acid polymer, the structure derived from lactic acid and the structure derived from a compound copolymerizable with lactic acid (copolymer component) in the polylactic acid polymer The concentration of the structure derived from the copolymer component is preferably 20 mol% or less with respect to the total number of moles.
ポリ乳酸系高分子は、例えば、特開昭59−096123号公報、及び特開平7−033861号公報に記載されている乳酸を直接脱水縮合して得る方法;米国特許第2,668,182号明細書及び米国特許第4,057,357号明細書等に記載されている乳酸の環状二量体であるラクチドを用いて開環重合させる方法;等により製造することができる。 A polylactic acid polymer is obtained, for example, by direct dehydration condensation of lactic acid described in JP-A-59-096123 and JP-A-7-033861; US Pat. No. 2,668,182 And ring-opening polymerization using lactide which is a cyclic dimer of lactic acid described in the specification and US Pat. No. 4,057,357, etc.
さらに、上記各製造方法によりポリ乳酸系高分子を製造する場合、光学純度が95.00%ee以上となるように製造することが好ましい。例えば、ポリ乳酸をラクチド法で製造する場合、晶析操作により光学純度を95.00%ee以上の光学純度に向上させたラクチドを、重合することが好ましい。 Furthermore, when manufacturing a polylactic acid-type polymer by each said manufacturing method, it is preferable to manufacture so that optical purity may become 95.00% ee or more. For example, when polylactic acid is produced by the lactide method, it is preferable to polymerize lactide whose optical purity is improved to 95.00% ee or higher by crystallization operation.
−重量平均分子量−
脂肪族系ポリエステル(A)の重量平均分子量(Mw)は、前述のとおり、5万〜100万である。
脂肪族系ポリエステル(A)のMwが5万以上であることにより、高分子圧電材料の機械的強度が向上する傾向にある。上記Mwは、10万以上であることが好ましく、20万以上であることがさらに好ましい。
一方、脂肪族系ポリエステル(A)のMwが100万以下であることにより、成形(例えば押出成形)によって高分子圧電材料を得る際の成形性が向上する傾向にある。上記Mwは、80万以下であることが好ましく、30万以下であることがより好ましい。
-Weight average molecular weight-
The weight average molecular weight (Mw) of the aliphatic polyester (A) is 50,000 to 1,000,000 as described above.
When Mw of the aliphatic polyester (A) is 50,000 or more, the mechanical strength of the polymer piezoelectric material tends to be improved. The Mw is preferably 100,000 or more, and more preferably 200,000 or more.
On the other hand, when the Mw of the aliphatic polyester (A) is 1,000,000 or less, the moldability when obtaining a polymeric piezoelectric material by molding (for example, extrusion molding) tends to be improved. The Mw is preferably 800,000 or less, and more preferably 300,000 or less.
また、脂肪族系ポリエステル(A)の分子量分布(Mw/Mn)は、高分子圧電材料の強度の観点から、1.1〜5.0であることが好ましく、1.2〜4.0であることがより好ましい。さらに1.4〜3.0であることが好ましい。 Further, the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the aliphatic polyester (A) is preferably 1.1 to 5.0, and preferably 1.2 to 4.0 from the viewpoint of the strength of the polymeric piezoelectric material. More preferably. Furthermore, it is preferable that it is 1.4-3.0.
なお、脂肪族系ポリエステル(A)の重量平均分子量Mw及び分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)を用いて測定された値を指す。ここでMnは、脂肪族系ポリエステル(A)の数平均分子量である。 In addition, the weight average molecular weight Mw and molecular weight distribution (Mw / Mn) of aliphatic polyester (A) point out the value measured using the gel permeation chromatograph (GPC). Here, Mn is the number average molecular weight of the aliphatic polyester (A).
以下、GPCによる脂肪族系ポリエステル(A)のMw及びMw/Mnの測定方法の一例を示す。
−GPC測定装置−
Waters社製GPC−100
−カラム−
昭和電工社製、Shodex LF−804
−サンプルの調製−
高分子圧電材料を40℃で溶媒(例えば、クロロホルム)へ溶解させ、濃度1mg/mLのサンプル溶液を準備する。
−測定条件−
サンプル溶液0.1mLを溶媒〔クロロホルム〕、温度40℃、1mL/分の流速でカラムに導入する。
Hereinafter, an example of a method for measuring Mw and Mw / Mn of the aliphatic polyester (A) by GPC is shown.
-GPC measuring device-
Waters GPC-100
-Column-
Made by Showa Denko KK, Shodex LF-804
-Sample preparation-
The polymer piezoelectric material is dissolved in a solvent (for example, chloroform) at 40 ° C. to prepare a sample solution having a concentration of 1 mg / mL.
-Measurement conditions-
0.1 mL of the sample solution is introduced into the column at a solvent [chloroform], a temperature of 40 ° C., and a flow rate of 1 mL / min.
カラムで分離されたサンプル溶液中のサンプル濃度を示差屈折計で測定する。
ポリスチレン標準試料にてユニバーサル検量線を作成し、脂肪族系ポリエステル(A)の重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)を算出する。
The sample concentration in the sample solution separated by the column is measured with a differential refractometer.
A universal calibration curve is created with a polystyrene standard sample, and the weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the aliphatic polyester (A) are calculated.
脂肪族系ポリエステル(A)の例であるポリ乳酸系高分子としては、市販のポリ乳酸を用いることができる。
市販品としては、例えば、PURAC社製のPURASORB(PD、PL)、三井化学社製のLACEA(H−100、H−400)、NatureWorks LLC社製のIngeoTM biopolymer、等が挙げられる。
脂肪族系ポリエステル(A)としてポリ乳酸系高分子を用いるときに、ポリ乳酸系高分子の重量平均分子量(Mw)を5万以上とする観点から、ラクチド法、又は直接重合法によりポリ乳酸系高分子を製造することが好ましい。
Commercially available polylactic acid can be used as the polylactic acid polymer that is an example of the aliphatic polyester (A).
Examples of commercially available products, PURAC Co. PURASORB (PD, PL), manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. of LACEA (H-100, H- 400), NatureWorks LLC Corp. Ingeo TM Biopolymer, and the like.
From the viewpoint of setting the weight average molecular weight (Mw) of the polylactic acid polymer to 50,000 or more when the polylactic acid polymer is used as the aliphatic polyester (A), the polylactic acid polymer is obtained by the lactide method or the direct polymerization method. It is preferable to produce a polymer.
本開示の高分子圧電材料は、上述した脂肪族系ポリエステル(A)を、1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
本開示の高分子圧電材料中における脂肪族系ポリエステル(A)の含有率(2種以上である場合には総含有率)は、高分子圧電材料の全量に対し、80質量%以上であることが好ましい。
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure may contain only one kind of the above-described aliphatic polyester (A), or may contain two or more kinds.
The content of the aliphatic polyester (A) in the polymer piezoelectric material of the present disclosure (the total content when there are two or more) is 80% by mass or more with respect to the total amount of the polymer piezoelectric material. Is preferred.
<安定化剤(B)>
(一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物)
本開示の高分子圧電材料は、下記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物であり、重量平均分子量が300〜60000の安定化剤(B)を含有する。
<Stabilizer (B)>
(Imino ether compound represented by formula (B1))
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure is an imino ether compound represented by the following general formula (B1), and contains a stabilizer (B) having a weight average molecular weight of 300 to 60000.
一般式(B1)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R3は下記一般式(2)で表されるアルキル基、又は下記一般式(3)で表されるアリール基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、R2、R3、R11、R12及びR13は互いに結合して環を形成してもよい。 In General Formula (B1), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 3 represents an alkyl group represented by the following general formula (2) or an aryl group represented by the following general formula (3), and R 11 , R 12 and R 13 are each represented by Independently, it represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. R 2 , R 3 , R 11 , R 12 and R 13 may be bonded to each other to form a ring.
一般式(2)中、R31、R32及びR33はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R31、R32及びR33は互いに連結して環を形成してもよい。一般式(3)中、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。また、nは0〜5の整数を表す。なお、一般式(2)及び(3)において*は、窒素原子と結合する位置を表す。 In the general formula (2), R 31 , R 32 and R 33 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. R 31 , R 32 and R 33 may be connected to each other to form a ring. In General Formula (3), R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different. N represents an integer of 0 to 5. In general formulas (2) and (3), * represents a position bonded to a nitrogen atom.
一般式(B1)において、R2で表されるアルキル基は、炭素数1〜20のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜12のアルキル基であることがより好ましい。R2で表されるアルキル基は直鎖であっても分枝鎖であってもよい。また、R2で表されるアルキル基は、シクロアルキル基であってもよい。R2で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、s−ペンチル基、イソペンチル基、n−ヘキシル基、s−ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。中でもメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、シクロヘキシル基とすることがより好ましい。
R2で表されるアルキル基はさらに置換基を有していてもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基等が挙げられる。なお、R2で表されるアルキル基の炭素数は、置換基の炭素数を含まない。
In General Formula (B1), the alkyl group represented by R 2 is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. The alkyl group represented by R 2 may be linear or branched. Further, the alkyl group represented by R 2 may be a cycloalkyl group. Examples of the alkyl group represented by R 2 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, t-butyl group, s-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, s- Examples include pentyl group, isopentyl group, n-hexyl group, s-hexyl group, isohexyl group, cyclohexyl group and the like. Of these, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an isobutyl group, and a cyclohexyl group are more preferable.
The alkyl group represented by R 2 may further have a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a halogen atom, a nitro group, an amide group, a hydroxyl group, an ester group, an ether group, and an aldehyde group. In addition, the carbon number of the alkyl group represented by R 2 does not include the carbon number of the substituent.
R2で表されるアリール基は、炭素数6〜20のアリール基であることが好ましく、炭素数6〜12のアリール基であることがより好ましい。R2で表されるアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等を挙げることができ、フェニル基が好ましい。R2で表されるアリール基はさらに置換基を有していてもよい。なお、置換基としては、R2がアルキル基を表す場合の置換基を同様に例示することができ、イミノエーテル基とカルボキシル基との反応を進行させ得る限り、置換基は特に制限されない。なお、R2で表されるアリール基の炭素数は、置換基の炭素数を含まない。 The aryl group represented by R 2 is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and more preferably an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. Examples of the aryl group represented by R 2 include a phenyl group and a naphthyl group, and a phenyl group is preferable. The aryl group represented by R 2 may further have a substituent. As the substituent, can be R 2 is exemplified similarly substituents when representing a alkyl group, as long as it can cause the reaction to proceed with the imino ether group and a carboxyl group, a substituted group is not particularly limited. In addition, the carbon number of the aryl group represented by R 2 does not include the carbon number of the substituent.
R2で表されるアルコキシ基は、炭素数1〜20のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜12のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素数2〜6のアルコキシ基であることが特に好ましい。R2で表されるアルコキシ基は直鎖であっても分枝であっても環状であってもよい。R2で表されるアルコキシ基の好ましい例としては、上述のR2で表されるアルキル基の末端に−O−が連結した基を挙げることができる。R2で表されるアルコキシ基はさらに置換基を有していてもよい。なお、置換基としては、R2がアルキル基を表す場合の置換基を同様に例示することができ、イミノエーテル基とカルボキシル基との反応を進行させ得る限り、置換基は特に制限されない。なお、R2で表されるアルコキシ基の炭素数は、置換基の炭素数を含まない。 The alkoxy group represented by R 2 is preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, and an alkoxy group having 2 to 6 carbon atoms. Is particularly preferred. The alkoxy group represented by R 2 may be linear, branched or cyclic. Preferable examples of the alkoxy group represented by R 2 include a group in which —O— is linked to the terminal of the alkyl group represented by R 2 described above. The alkoxy group represented by R 2 may further have a substituent. As the substituent, can be R 2 is exemplified similarly substituents when representing a alkyl group, as long as it can cause the reaction to proceed with the imino ether group and a carboxyl group, a substituted group is not particularly limited. In addition, the carbon number of the alkoxy group represented by R 2 does not include the carbon number of the substituent.
R3は上記一般式(2)で表されるアルキル基、又は上記一般式(3)で表されるアリール基を表す。一般式(2)中、R31、R32及びR33はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R31、R32及びR33が置換基である場合、互いに連結して環を形成してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基等が挙げられる。R31、R32及びR33は全てが水素原子であるか又は同一の置換基であってもよく、異なる置換基であってもよい。また、一般式(2)で表されるアルキル基は、直鎖であっても分枝であってもよい。また、一般式(2)で表されるアルキル基は、シクロアルキル基であってもよい。
一般式(3)中、R41は置換基を表し、nは0〜5の整数を表す。nが2以上の場合、R41は同じであっても、異なっていてもよい。なお、置換基としては、R2がアルキル基を表す場合の置換基を同様に例示することができる。なお、nは0〜3であることがより好ましく、0〜2であることがさらに好ましい。
R 3 represents an alkyl group represented by the general formula (2) or an aryl group represented by the general formula (3). In the general formula (2), R 31 , R 32 and R 33 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. When R 31 , R 32 and R 33 are substituents, they may be linked to each other to form a ring. Examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a halogen atom, a nitro group, an amide group, a hydroxyl group, an ester group, an ether group, and an aldehyde group. R 31 , R 32 and R 33 may be all hydrogen atoms or the same substituent or different substituents. Further, the alkyl group represented by the general formula (2) may be linear or branched. Further, the alkyl group represented by the general formula (2) may be a cycloalkyl group.
In General Formula (3), R 41 represents a substituent, and n represents an integer of 0 to 5. When n is 2 or more, R 41 may be the same or different. As the substituent, can be R 2 is exemplified similarly substituents when representing an alkyl group. In addition, it is more preferable that n is 0-3, and it is further more preferable that it is 0-2.
R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。アルキル基及びアリール基としては、R2が取り得るアルキル基及びアリール基を同様に例示することができる。 R 11 , R 12 and R 13 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. The alkyl group and aryl group can be exemplified similarly an alkyl group and aryl group R 2 can be taken.
R2、R3、R11、R12及びR13は互いに結合して環を形成しないことが好ましいが、R2、R3、R11、R12及びR13は互いに結合して環を形成してもよい。例えば、R3が上記一般式(3)で表される場合、R41とR11〜R13の少なくとも一つとが結合して環を形成してもよく、ベンゼン環と、R11〜R13のいずれかを含む環が縮合環を形成してもよい。R3が上記一般式(3)で表される場合、R41とR11〜R13の少なくとも一つとが結合して環を形成しないことが好ましい。
R3が上記一般式(2)で表される場合、R11〜R13の少なくとも1つとR31〜R33の少なくとも1つが形成する結合は連結原子数が2以上の結合であることが好ましい。R3が上記一般式(2)で表される場合、R11〜R13の1つとR31〜R33の1つが形成する結合は連結原子数が2以上の結合であり、かつ、二重結合であることがより好ましい。R3が上記一般式(2)で表される場合、R11〜R13の少なくとも1つとR31〜R33の少なくとも1つが結合して環を形成しないことが好ましい。
R 2 , R 3 , R 11 , R 12 and R 13 are preferably not bonded to form a ring, but R 2 , R 3 , R 11 , R 12 and R 13 are bonded to each other to form a ring. May be. For example, when R 3 is represented by the general formula (3), R 41 and at least one of R 11 to R 13 may be bonded to form a ring, and a benzene ring and R 11 to R 13 A ring containing any of the above may form a condensed ring. When R 3 is represented by the general formula (3), it is preferable that R 41 and at least one of R 11 to R 13 are not bonded to form a ring.
When R 3 is represented by the general formula (2), the bond formed by at least one of R 11 to R 13 and at least one of R 31 to R 33 is preferably a bond having two or more linking atoms. . When R 3 is represented by the general formula (2), a bond formed by one of R 11 to R 13 and one of R 31 to R 33 is a bond having two or more linking atoms, and a double bond More preferably, it is a bond. When R 3 is represented by the general formula (2), it is preferable that at least one of R 11 to R 13 and at least one of R 31 to R 33 are not bonded to form a ring.
一般式(B1)は、繰り返し単位を含んでいてもよい。この場合、R2、R3又はR11〜R13の少なくとも1つが繰り返し単位を含む構造を表す。一般式(B1)が繰り返し単位を含む場合、繰り返し単位には、イミノエーテル部が含まれることが好ましい。 General formula (B1) may contain a repeating unit. In this case, at least one of R 2 , R 3 or R 11 to R 13 represents a structure containing a repeating unit. When the general formula (B1) includes a repeating unit, the repeating unit preferably includes an imino ether portion.
(一般式(B2)で表されるイミノエーテル化合物)
一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物の好ましい態様として、下記一般式(B2)で表されるイミノエーテル化合物が挙げられる。
(Imino ether compound represented by formula (B2))
A preferred embodiment of the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes an imino ether compound represented by the following general formula (B2).
一般式(B2)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。 In General Formula (B2), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 11 , R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different. n represents an integer of 0 to 5.
一般式(B2)中、R2、R11、R12及びR13は、一般式(B1)における各々と同意であり、好ましい範囲も同様である。また、一般式(B2)中、R41は、一般式(3)におけるR41と同意であり、好ましい範囲も同様である。また、nは0〜3であることが好ましく、0〜2であることがより好ましい。 In the general formula (B2), R 2 , R 11 , R 12 and R 13 are the same as those in the general formula (B1), and preferred ranges are also the same. Further, in the general formula (B2), R 41 is synonymous with R 41 in the general formula (3), and preferred ranges are also the same. In addition, n is preferably 0 to 3, and more preferably 0 to 2.
(一般式(B3)で表されるイミノエーテル化合物)
一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物の好ましい態様として、下記一般式(B3)で表されるイミノエーテル化合物が挙げられる。
(Imino ether compound represented by formula (B3))
A preferred embodiment of the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes an imino ether compound represented by the following general formula (B3).
一般式(B3)中、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R21及びR41はそれぞれ独立に置換基を表す。R21及びR41がそれぞれ複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表し、mは0〜5の整数を表す。 In General Formula (B3), R 11 , R 12, and R 13 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent. R 21 and R 41 each independently represent a substituent. When a plurality of R 21 and R 41 are present, they may be the same or different. n represents an integer of 0 to 5, and m represents an integer of 0 to 5.
一般式(B3)中、R11、R12及びR13は、一般式(B1)における各々と同意であり、好ましい範囲も同様である。一般式(B3)中、R41は一般式(3)におけるR41と同意であり、好ましい範囲も同様である。なお、R21についても、一般式(3)におけるR41と同様の置換基を例示することができる。 In General Formula (B3), R 11 , R 12 and R 13 are the same as those in General Formula (B1), and the preferred ranges are also the same. In the general formula (B3), R 41 is synonymous with R 41 in the general formula (3), and preferred ranges are also the same. Incidentally, it is possible to illustrate the same substituents as R 41 in the R 21 also, the general formula (3).
また、一般式(B3)中、nは0〜3であることが好ましく、0〜2であることがより好ましい。また、mは0〜3であることが好ましく、0〜2であることがより好ましい。 Moreover, in general formula (B3), it is preferable that n is 0-3, and it is more preferable that it is 0-2. Moreover, m is preferably 0 to 3, and more preferably 0 to 2.
(一般式(B4)で表される構造単位を含む高分子化合物)
一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物の好ましい態様として、下記一般式(B4)で表される構造単位を含む高分子化合物が挙げられる。
(High molecular compound containing the structural unit represented by formula (B4))
As a preferable embodiment of the imino ether compound represented by the general formula (B1), a polymer compound containing a structural unit represented by the following general formula (B4) can be given.
一般式(B4)中、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L1は、炭素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアルキレン部、置換基を有してもよいシクロアルキレン部、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいアルコキシレン部である、p価の基を表す。 In General Formula (B4), R 11 , R 12, and R 13 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent. R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different. n represents an integer of 0 to 5. P represents an integer of 2 to 4, and L 1 represents an alkylene part that may have a substituent, a cycloalkylene part that may have a substituent, or a substituent at the bond end to the carbon atom. The p-valent group which is the arylene part which may have or the alkoxylene part which may have a substituent is represented.
一般式(B4)中、R11、R12及びR13は、一般式(B1)における各々と同意であり、好ましい範囲も同様である。また、一般式(B4)中、R41は、一般式(3)におけるR41と同意であり、好ましい範囲も同様である。また、nは0〜3であることが好ましく、0〜2であることがより好ましい。 In the general formula (B4), R 11 , R 12 and R 13 are the same as those in the general formula (B1), and preferred ranges thereof are also the same. Further, in the general formula (B4), R 41 is synonymous with R 41 in the general formula (3), and preferred ranges are also the same. In addition, n is preferably 0 to 3, and more preferably 0 to 2.
一般式(B4)中、L1は、炭素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアルキレン部、置換基を有してもよいシクロアルキレン部、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいアルコキシレン部である、p価の基を表す。pは2〜4の整数を表し、pは2又は3であることが好ましい。
二価の基の具体例としては、例えば、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいシクロアルキレン基、置換基を有してもよいアリーレン基、置換基を有してもよいアルコキシレン基が挙げられる。また、炭素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアルキレン部、置換基を有してもよいシクロアルキレン部、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいアルコキシレン部であり、部分構造として、−SO2−、−CO−、置換又は無置換のアルキレン部、置換又は無置換のアルケニレン部、アルキニレン部、置換又は無置換のフェニレン部、置換又は無置換のビフェニレン部、置換又は無置換のナフチレン部、−O−、−S−及び−SO−から選ばれる少なくとも一つを含む基が挙げられる。
好ましくは、例えば、置換又は無置換のフェニレン、置換又は無置換のビフェニレン、置換又は無置換のナフチレン、エチレン、n−ブチレン、置換又は無置換のシクロヘキシレン、置換又は無置換の−C6H10−C6H10−、置換又は無置換の−C6H10−CH2−C6H10−、置換又は無置換の−C6H4−C(CH3)2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−CH2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−C(O)−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−S−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−SO2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−C(CF3)2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−NHC(O)−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−C(CH3)2−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−C(O)−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−SO2−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−S−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−(C6H4)2−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−C(CF3)2−C6H4−O−C6H4−、等が挙げられる。
三価の基の具体例としては、例えば、二価の基の例として挙げた基のうち置換基を有するものから1つの水素原子を取り除いた基が挙げられる。
四価の基の具体例としては、例えば、二価の基の例として挙げた基のうち置換基を有するものから2つの水素原子を取り除いた基が挙げられる。
In General Formula (B4), L 1 may have an alkylene part that may have a substituent, a cycloalkylene part that may have a substituent, or a substituent, at the bond end to the carbon atom. A p-valent group which is an arylene part or an alkoxylene part which may have a substituent is represented. p represents an integer of 2 to 4, and p is preferably 2 or 3.
Specific examples of the divalent group include an alkylene group that may have a substituent, a cycloalkylene group that may have a substituent, an arylene group that may have a substituent, and a substituent. And an alkoxylene group which may be used. In addition, the bond terminal to the carbon atom has an alkylene part which may have a substituent, a cycloalkylene part which may have a substituent, an arylene part which may have a substituent, or a substituent. a good alkoxylene unit also, as a partial structure, -SO 2 -, - CO-, an alkylene unit substituted or unsubstituted alkenylene of substituted or unsubstituted, alkynylene portion, a substituted or unsubstituted phenylene unit, And a group containing at least one selected from a substituted or unsubstituted biphenylene moiety, a substituted or unsubstituted naphthylene moiety, -O-, -S- and -SO-.
Preferably, for example, substituted or unsubstituted phenylene, substituted or unsubstituted biphenylene, substituted or unsubstituted naphthylene, ethylene, n-butylene, substituted or unsubstituted cyclohexylene, substituted or unsubstituted —C 6 H 10 -C 6 H 10 -, -C substituted or unsubstituted 6 H 10 -CH 2 -C 6 H 10 -, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -C (CH 3 ) 2 -C 6 H 4 - , Substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —CH 2 —C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —C (O) —C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —S—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —SO 2 —C 6 H 4 — , substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -C (CF 3 ) 2 -C 6 H 4 -, location Or unsubstituted -C 6 H 4 -NHC (O) -C 6 H 4 -, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -O-C 6 H 4 -C (CH 3) 2 -C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —C (O) —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —SO 2 —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —S—C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O— (C 6 H 4 ) 2 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 -O-C 6 H 4 -C (CF 3) 2 -C 6 H 4 -O-C 6 H 4 -, and the like.
Specific examples of the trivalent group include, for example, a group obtained by removing one hydrogen atom from those having a substituent among the groups listed as examples of the divalent group.
Specific examples of the tetravalent group include, for example, a group obtained by removing two hydrogen atoms from those having a substituent among the groups listed as examples of the divalent group.
一般式(B4)において、pを2〜4とすることにより、イミノエーテル部を一分子中に2以上有する化合物とすることができ、より優れた末端封止効果を発揮することができる傾向にある。さらに、イミノエーテル部を一分子中に2以上有する化合物とすることにより、イミノエーテル価(全分子量/イミノエーテルの官能基数)を低くすることができ、効率良くイミノエーテル化合物とポリエステルの末端カルボキシル基を反応させることができる。後述の一般式(B5)、一般式(B6)においても同様である。 In general formula (B4), by setting p to 2 to 4, a compound having two or more imino ether moieties in one molecule can be obtained, and a more excellent end-capping effect can be exhibited. is there. Furthermore, by using a compound having two or more imino ether moieties in one molecule, the imino ether value (total molecular weight / number of functional groups of imino ether) can be lowered, and the imino ether compound and the terminal carboxyl group of the polyester can be efficiently produced. Can be reacted. The same applies to general formulas (B5) and (B6) described later.
一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物の好ましい態様として、下記一般式(B5)で表される構造単位を含む高分子化合物が挙げられる。 As a preferable embodiment of the imino ether compound represented by the general formula (B1), a polymer compound containing a structural unit represented by the following general formula (B5) can be given.
一般式(B5)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L2は、窒素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいシクロアルキレン部であるp価の基を表す。 In general formula (B5), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 11 , R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. P represents an integer of 2 to 4, and L 2 is an arylene moiety that may have a substituent, or a cycloalkylene moiety that may have a substituent, at the terminal end of the bond with the nitrogen atom. Represents a p-valent group.
一般式(B5)中、R2、R11、R12及びR13は、一般式(B1)における各々と同意であり、好ましい範囲も同様である。 In General Formula (B5), R 2 , R 11 , R 12 and R 13 are the same as in General Formula (B1), and the preferred ranges are also the same.
一般式(B5)中、L2は、窒素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいシクロアルキレン部であるp価の基を表す。L2は、窒素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアリーレン部であるp価の基であることが好ましい。pは2〜4の整数を表し、pは2又は3であることが好ましい。
L2の具体例としては、置換基を有してもよいアリーレン基、置換基を有してもよいシクロアルキレン基が挙げられる。また、窒素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいシクロアルキレン部であり、部分構造として、−SO2−、−CO−、置換又は無置換のアルキレン部、置換又は無置換のアルケニレン部、アルキニレン部、置換又は無置換のフェニレン部、置換又は無置換のビフェニレン部、置換又は無置換のナフチレン部、−O−、−S−及び−SO−から選ばれる少なくとも一つを含む基が挙げられる。
好ましくは、例えば、置換又は無置換のフェニレン、置換又は無置換のビフェニレン、置換又は無置換のナフチレン、置換又は無置換のシクロヘキシレン、置換又は無置換の−C6H10−C6H10−、置換又は無置換の−C6H10−CH2−C6H10−、置換又は無置換の−C6H4−C(CH3)2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−CH2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−C(O)−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−S−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−SO2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−C(CF3)2−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−NHC(O)−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−C(CH3)2−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−C(O)−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−SO2−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−S−C6H4−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−(C6H4)2−O−C6H4−、置換又は無置換の−C6H4−O−C6H4−C(CF3)2−C6H4−O−C6H4−、等が挙げられる。
In General Formula (B5), L 2 represents a p-valent group in which the bond terminal to the nitrogen atom is an arylene part that may have a substituent or a cycloalkylene part that may have a substituent. Represent. L 2 is preferably a p-valent group whose bond terminal to the nitrogen atom is an arylene moiety that may have a substituent. p represents an integer of 2 to 4, and p is preferably 2 or 3.
Specific examples of L 2 include an arylene group which may have a substituent and a cycloalkylene group which may have a substituent. Moreover, the bond terminal with a nitrogen atom is an arylene part which may have a substituent or a cycloalkylene part which may have a substituent, and —SO 2 —, —CO—, Substituted or unsubstituted alkylene part, substituted or unsubstituted alkenylene part, alkynylene part, substituted or unsubstituted phenylene part, substituted or unsubstituted biphenylene part, substituted or unsubstituted naphthylene part, -O-, -S- And a group containing at least one selected from -SO-.
Preferably, for example, substituted or unsubstituted phenylene, substituted or unsubstituted biphenylene, substituted or unsubstituted naphthylene, substituted or unsubstituted cyclohexylene, substituted or unsubstituted —C 6 H 10 —C 6 H 10 — Substituted or unsubstituted —C 6 H 10 —CH 2 —C 6 H 10 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —C (CH 3 ) 2 —C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -CH 2 -C 6 H 4 -, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -C (O) -C 6 H 4 -, -C 6 substituted or unsubstituted H 4 -O- C 6 H 4 -, -C 6 H 4 substituted or unsubstituted -S-C 6 H 4 -, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -SO 2 -C 6 H 4 -, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -C (CF 3 ) 2 -C 6 H 4 -, substituted or unsubstituted -C 6 H -NHC (O) -C 6 H 4 -, substituted or unsubstituted -C 6 H 4 -O-C 6 H 4 -C (CH 3) 2 -C 6 H 4 -O-C 6 H 4 -, Substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —C (O) —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —SO 2 —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 —S—C 6 H 4 —O—C 6 H 4- , substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O— (C 6 H 4 ) 2 —O—C 6 H 4 —, substituted or unsubstituted —C 6 H 4 —O—C 6 H 4 — C (CF 3) 2 -C 6 H 4 -O-C 6 H 4 -, and the like.
(一般式(B6)で表される構造単位を含む高分子化合物)
一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物の好ましい態様として、下記一般式(B6)で表される構造単位を含む高分子化合物が挙げられる。
(High molecular compound containing the structural unit represented by the general formula (B6))
As a preferable embodiment of the imino ether compound represented by the general formula (B1), a polymer compound containing a structural unit represented by the following general formula (B6) can be given.
一般式(B6)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L3は、酸素原子との結合末端が、アルキレン部であるp価の基を表す。但し、L3のアルキレン部は、水素原子の一部又は全部が、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基で置換されていてもよい。 In General Formula (B6), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different. n represents an integer of 0 to 5. P represents an integer of 2 to 4, and L 3 represents a p-valent group in which the bond terminal to the oxygen atom is an alkylene part. However, in the alkylene part of L 3 , part or all of the hydrogen atoms may be substituted with an alkyl group which may have a substituent or an aryl group which may have a substituent.
一般式(B6)中、R2は、一般式(B1)における各々と同意であり、好ましい範囲も同様である。また、一般式(B6)中、R41は、一般式(3)におけるR41と同意であり、好ましい範囲も同様である。また、nは0〜3であることが好ましく、0〜2であることがより好ましい。 In the general formula (B6), R 2 are each as agreed in the general formula (B1), and preferred ranges are also the same. Further, in the general formula (B6), R 41 is synonymous with R 41 in the general formula (3), and preferred ranges are also the same. In addition, n is preferably 0 to 3, and more preferably 0 to 2.
一般式(B6)中、L3は、酸素原子との結合末端が、アルキレン部であるp価の基を表す。L3のアルキレン部は、水素原子の一部又は全部が、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基で置換されていてもよい。pは2〜4の整数を表し、pは2又は3であることが好ましい。
L3の具体例としては、アルキレン基が挙げられる。また、酸素原子との結合末端が、アルキレン部であり、部分構造として、−SO2−、−CO−、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のアルケニレン基、アルキニレン基、置換又は無置換のフェニレン基、置換又は無置換のビフェニレン基、置換又は無置換のナフチレン基、−O−、−S−及び−SO−から選ばれる少なくとも一つを含む基が挙げられる。
好ましくは、例えば、エチレン、n−ブチレン、置換又は無置換の−CH2−C(CH3)2−CH2−、置換又は無置換の−CH2−C6H4−CH2−等が挙げられる。
In General Formula (B6), L 3 represents a p-valent group in which a bond terminal with an oxygen atom is an alkylene part. In the alkylene part of L 3 , part or all of the hydrogen atoms may be substituted with an alkyl group which may have a substituent or an aryl group which may have a substituent. p represents an integer of 2 to 4, and p is preferably 2 or 3.
Specific examples of L 3 include an alkylene group. In addition, the bond terminal to the oxygen atom is an alkylene moiety, and as a partial structure, —SO 2 —, —CO—, a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, an alkynylene group, substituted or unsubstituted And a group containing at least one selected from a substituted phenylene group, a substituted or unsubstituted biphenylene group, a substituted or unsubstituted naphthylene group, —O—, —S—, and —SO—.
Preferably, for example, ethylene, n-butylene, substituted or unsubstituted —CH 2 —C (CH 3 ) 2 —CH 2 —, substituted or unsubstituted —CH 2 —C 6 H 4 —CH 2 —, etc. Can be mentioned.
安定化剤(B)の重量平均分子量は300〜60000である。安定化剤(B)の重量平均分子量は300〜10000であることが好ましく、300〜1000であることがより好ましい。なお、安定化剤(B)の重量平均分子量は、上述した脂肪族系ポリエステル(A)の重量平均分子量と同様の測定方法やマススペクトルで測定することができる。また安定化剤(B)が分子量分布を持たない単一成分である場合は、重量平均分子量と数平均分子量は同一である。
安定化剤(B)の重量平均分子量が300以上であると、揮散を効果的に抑制できる傾向にある。また、安定化剤の重量平均分子量が60000以下であると、脂肪族系ポリエステル(A)の一部分子鎖が切れた部分に安定化剤(B)が存在しやすく、脂肪族系ポリエステル(A)のカルボキシル基を効率的に保護できると考えられる。
The weight average molecular weight of the stabilizer (B) is 300 to 60000. The weight average molecular weight of the stabilizer (B) is preferably 300 to 10,000, and more preferably 300 to 1,000. In addition, the weight average molecular weight of a stabilizer (B) can be measured with the measuring method and mass spectrum similar to the weight average molecular weight of the aliphatic polyester (A) mentioned above. When the stabilizer (B) is a single component having no molecular weight distribution, the weight average molecular weight and the number average molecular weight are the same.
When the weight average molecular weight of the stabilizer (B) is 300 or more, volatilization can be effectively suppressed. Further, when the weight average molecular weight of the stabilizer is 60000 or less, the stabilizer (B) is likely to be present in the part of the aliphatic polyester (A) where a part of the molecular chain is broken, and the aliphatic polyester (A). It is considered that the carboxyl group of can be efficiently protected.
高分子圧電材料中の安定化剤(B)は、2官能以上の化合物であることが好ましく、合成し易さの観点から2官能、3官能又は4官能の化合物であることがより好ましく、2官能又は3官能の化合物であることがさらに好ましい。ここで、官能数は、化合物に含まれているイミノエーテル部の数を表し、2官能のイミノエーテル化合物は、イミノエーテル部を2つ含む化合物を意味する。イミノエーテル化合物を2官能以上の化合物とすることにより、末端封止効果をより高めることができる傾向にある。 The stabilizer (B) in the polymeric piezoelectric material is preferably a bifunctional or higher functional compound, more preferably a bifunctional, trifunctional or tetrafunctional compound from the viewpoint of ease of synthesis. More preferably, it is a functional or trifunctional compound. Here, the functional number represents the number of imino ether parts contained in the compound, and the bifunctional imino ether compound means a compound containing two imino ether parts. When the imino ether compound is a bifunctional or higher compound, the end-capping effect tends to be further enhanced.
安定化剤(B)の含有量は、脂肪族系ポリエステル(A)100質量部に対して、0.01質量部〜10質量部である。脂肪族系ポリエステル(A)100質量部に対して、0.1質量部〜5質量部であることが好ましく、0.5質量部〜2.8質量部であることがより好ましい。安定化剤(B)の含有量が上記範囲であると、優れた耐湿熱性改良効果が得られる傾向にある。
なお、上記含有量は、安定化剤(B)を2種以上併用する場合、それらの総量を示す。
Content of a stabilizer (B) is 0.01 mass part-10 mass parts with respect to 100 mass parts of aliphatic polyester (A). The amount is preferably 0.1 parts by mass to 5 parts by mass and more preferably 0.5 parts by mass to 2.8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aliphatic polyester (A). When the content of the stabilizer (B) is in the above range, an excellent effect of improving heat and moisture resistance tends to be obtained.
In addition, the said content shows those total amounts, when using 2 or more types of stabilizers (B) together.
下記に一般式(B1)の好ましい具体例を示す。 The preferable specific example of general formula (B1) is shown below.
<安定化剤(C)>
本開示の高分子圧電材料は、本発明の効果を損なわない限度において、上記安定化剤(B)以外の安定化剤として、さらに安定化剤(C)を有してもよい。
安定化剤(C)は、一分子中に、カルボジイミド基、エポキシ基、及びイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、重量平均分子量が200〜60000であることが好ましい。
<Stabilizer (C)>
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure may further include a stabilizer (C) as a stabilizer other than the stabilizer (B) as long as the effects of the present invention are not impaired.
It is preferable that a stabilizer (C) contains at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of a carbodiimide group, an epoxy group, and an isocyanate group in 1 molecule, and is a weight average molecular weights 200-60000.
本開示における安定化剤(C)としては、国際公開第2013/054918号の段落0039〜0055に記載された「安定化剤(B)」を用いてもよい。 As the stabilizer (C) in the present disclosure, “stabilizer (B)” described in paragraphs 0039 to 0055 of International Publication No. 2013/054918 may be used.
(カルボジイミド化合物)
安定化剤(C)として用い得る、一分子中にカルボジイミド基を含む化合物(カルボジイミド化合物)としては、モノカルボジイミド化合物、ポリカルボジイミド化合物、環状カルボジイミド化合物が挙げられる。
モノカルボジイミド化合物としては、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ビス−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド、等が好適である。
また、ポリカルボジイミド化合物としては、種々の方法で製造したものを使用することができる。従来のポリカルボジイミドの製造方法(例えば、米国特許第2941956号明細書、特公昭47−33279号公報、J.Org.Chem.28,2069−2075(1963)、Chemical Review 1981,Vol.81 No.4、p619−621)により、製造されたものを用いることができる。具体的には特許第4084953号明細書に記載のカルボジイミド化合物を用いることもできる。
ポリカルボジイミド化合物としては、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)、ポリ(N,N’−ジ−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド)、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルフェニレン−2,4−カルボジイミド、等が挙げられる。
環状カルボジイミド化合物は、特開2011−256337号公報に記載の方法等に基づいて合成することができる。
カルボジイミド化合物としては、市販品を用いてもよく、例えば、東京化成製、B2756(商品名)、日清紡ケミカル社製、カルボジライトLA−1、ラインケミー社製、Stabaxol P、Stabaxol P400、Stabaxol I(いずれも商品名)等が挙げられる。
(Carbodiimide compound)
Examples of the compound containing a carbodiimide group (carbodiimide compound) that can be used as the stabilizer (C) include a monocarbodiimide compound, a polycarbodiimide compound, and a cyclic carbodiimide compound.
As the monocarbodiimide compound, dicyclohexylcarbodiimide, bis-2,6-diisopropylphenylcarbodiimide, and the like are preferable.
Moreover, as a polycarbodiimide compound, what was manufactured by the various method can be used. Conventional methods for producing polycarbodiimides (for example, US Pat. No. 2,941,956, Japanese Patent Publication No. 47-33279, J. Org. Chem. 28, 2069-2075 (1963), Chemical Review 1981, Vol. 81 No. 4, p619-621) can be used. Specifically, a carbodiimide compound described in Japanese Patent No. 4084953 can also be used.
Examples of the polycarbodiimide compound include poly (4,4′-dicyclohexylmethanecarbodiimide), poly (N, N′-di-2,6-diisopropylphenylcarbodiimide), poly (1,3,5-triisopropylphenylene-2, 4-carbodiimide and the like.
The cyclic carbodiimide compound can be synthesized based on the method described in JP2011-256337A.
Commercially available products may be used as the carbodiimide compound, for example, manufactured by Tokyo Chemical Industry, B2756 (trade name), manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd., Carbodilite LA-1, manufactured by Rhein Chemie, Stabaxol P, Stabaxol P400, Stabaxol I (all Product name).
(イソシアネート化合物)
安定化剤(C)として用い得る、一分子中にイソシアネート基を含む化合物(イソシアネート化合物)としては、イソシアン酸3−(トリエトキシシリル)プロピル、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、等が挙げられる。
(Isocyanate compound)
Examples of the compound (isocyanate compound) containing an isocyanate group in one molecule that can be used as the stabilizer (C) include 3- (triethoxysilyl) propyl isocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate. Diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, 2,2′-diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, Etc.
(エポキシ化合物)
安定化剤(C)として用い得る、一分子中にエポキシ基を含む化合物(エポキシ化合物)としては、フェニルグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールA−ジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールA−ジグリシジルエーテル、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ化ポリブタジエン等が挙げられる。
(Epoxy compound)
The compound (epoxy compound) containing an epoxy group in one molecule that can be used as the stabilizer (C) includes phenyl glycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether, bisphenol A-diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol A-diglycidyl ether. Phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, epoxidized polybutadiene and the like.
安定化剤(C)の重量平均分子量は、上述のとおり200〜60000であることが好ましく、200〜30000であることがより好ましく、300〜18000であることがさらに好ましい。
なお、安定化剤(C)の重量平均分子量は、上述した安定化剤(B)の重量平均分子量と同様の測定方法で測定することができる。
As described above, the weight average molecular weight of the stabilizer (C) is preferably 200 to 60000, more preferably 200 to 30000, and further preferably 300 to 18000.
In addition, the weight average molecular weight of a stabilizer (C) can be measured with the measuring method similar to the weight average molecular weight of the stabilizer (B) mentioned above.
本開示の高分子圧電材料が安定化剤(C)を含有する場合、上記高分子圧電材料は、安定化剤(C)を1種のみ含有してもよいし、2種以上含有してもよい。
本開示の高分子圧電材料が安定化剤(C)を含む場合、安定化剤(C)の含有量は、脂肪族系ポリエステル(A)100質量部に対し、0.01質量部〜10質量部であることが好ましく、0.01質量部〜5質量部であることが好ましく、0.1質量部〜3質量部であることがより好ましく、0.5質量部〜2質量部であることがさらに好ましい。
When the polymeric piezoelectric material of the present disclosure contains a stabilizer (C), the polymeric piezoelectric material may contain only one kind of stabilizer (C), or may contain two or more kinds. Good.
When the polymeric piezoelectric material of the present disclosure includes a stabilizer (C), the content of the stabilizer (C) is 0.01 parts by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aliphatic polyester (A). Parts, preferably 0.01 parts by weight to 5 parts by weight, more preferably 0.1 parts by weight to 3 parts by weight, and 0.5 parts by weight to 2 parts by weight. Is more preferable.
安定化剤(C)の好ましい態様としては、カルボジイミド基、エポキシ基、及びイソシアネート基からなる群より選ばれる1種類以上の官能基を有し、かつ、重量平均分子量が200〜900の安定化剤(c1)と、カルボジイミド基、エポキシ基、及びイソシアネート基からなる群よりばれる1種類以上の官能基を1分子内に2以上有し、かつ、重量平均分子量が1000〜60000の安定化剤(c2)とを併用するという態様が挙げられる。
安定化剤として安定化剤(c1)と安定化剤(c2)とを併用する場合、安定化剤(c1)を多く含むことが透明性向上の観点から好ましい。
具体的には、安定化剤(c1)100質量部に対して、安定化剤(c2)が10質量部〜150質量部の範囲であることが、透明性と耐湿熱性の両立という観点から好ましく、50質量部〜100質量部の範囲であることがより好ましい。
A preferred embodiment of the stabilizer (C) is a stabilizer having at least one functional group selected from the group consisting of a carbodiimide group, an epoxy group, and an isocyanate group, and having a weight average molecular weight of 200 to 900. (C1) and a stabilizer (c2) having two or more functional groups selected from the group consisting of a carbodiimide group, an epoxy group, and an isocyanate group in one molecule and having a weight average molecular weight of 1000 to 60000 ) In combination.
When the stabilizer (c1) and the stabilizer (c2) are used in combination as the stabilizer, it is preferable that a large amount of the stabilizer (c1) is contained from the viewpoint of improving transparency.
Specifically, the stabilizer (c2) is preferably in the range of 10 parts by mass to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the stabilizer (c1), from the viewpoint of achieving both transparency and wet heat resistance. More preferably, it is in the range of 50 to 100 parts by mass.
以下、安定化剤(C)の具体例(安定化剤C−1〜C−3)を示す。なお、下記化学式において、 []で囲まれた部分は構造単位を表し、i−Prはイソプロピルを表す。 Hereinafter, specific examples (stabilizers C-1 to C-3) of the stabilizer (C) are shown. In the following chemical formula, a part surrounded by [] represents a structural unit, and i-Pr represents isopropyl.
以下、上記安定化剤C−1〜C−3について、化合物名、市販品等を示す。
・安定化剤C−1 … 化合物名は、ビス−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミドである。重量平均分子量は、363である。市販品としては、ラインケミー社製「Stabaxol I」、東京化成社製「B2756」が挙げられる。
・安定化剤C−2 … 化合物名は、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)である。市販品としては、重量平均分子量約2000のものとして、日清紡ケミカル社製「カルボジライトLA−1」が挙げられる。
・安定化剤C−3 … 化合物名は、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルフェニレン−2,4−カルボジイミド)である。市販品としては、重量平均分子量約3000のものとして、ラインケミー社製「Stabaxol P」が挙げられる。また、重量平均分子量20000のものとして、ラインケミー社製「Stabaxol P400」が挙げられる。
Hereinafter, with respect to the stabilizers C-1 to C-3, compound names, commercial products, and the like are shown.
Stabilizer C-1 The compound name is bis-2,6-diisopropylphenylcarbodiimide. The weight average molecular weight is 363. Commercially available products include “Stabaxol I” manufactured by Rhein Chemie and “B2756” manufactured by Tokyo Chemical Industry.
Stabilizer C-2 The compound name is poly (4,4′-dicyclohexylmethanecarbodiimide). As a commercially available product, “Carbodilite LA-1” manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd. may be mentioned as having a weight average molecular weight of about 2000.
Stabilizer C-3 The compound name is poly (1,3,5-triisopropylphenylene-2,4-carbodiimide). As a commercially available product, “Stabaxol P” manufactured by Rhein Chemie Co., Ltd. can be mentioned as having a weight average molecular weight of about 3000. Further, “Stabaxol P400” manufactured by Rhein Chemie is listed as having a weight average molecular weight of 20,000.
<その他の成分>
本開示の高分子圧電材料は、必要に応じ、その他の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、ホスファイト系化合物、チオエーテル系化合物等の酸化防止剤;ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂等の公知の樹脂;シリカ、ヒドロキシアパタイト、モンモリロナイト等の公知の無機フィラー;フタロシアニン等の公知の結晶核剤;等が挙げられる。
無機フィラー及び結晶核剤としては、国際公開第2013/054918号の段落0057〜0058に記載された成分を挙げることもできる。
<Other ingredients>
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure may contain other components as necessary.
Other components include antioxidants such as hindered phenol compounds, hindered amine compounds, phosphite compounds, thioether compounds; known resins such as polyvinylidene fluoride, polyethylene resins, polystyrene resins; silica, hydroxyapatite, And a known inorganic filler such as montmorillonite; a known crystal nucleating agent such as phthalocyanine; and the like.
Examples of the inorganic filler and the crystal nucleating agent include components described in paragraphs 0057 to 0058 of International Publication No. 2013/054918.
また、前述したとおり、本発明の効果をより効果的に発揮する観点からは、本開示の高分子圧電材料中における脂肪族系ポリエステル(A)の含有率が、高分子圧電材料の全量に対し、80質量%以上であることが好ましい。 Further, as described above, from the viewpoint of more effectively exerting the effects of the present invention, the content of the aliphatic polyester (A) in the polymer piezoelectric material of the present disclosure is based on the total amount of the polymer piezoelectric material. 80% by mass or more is preferable.
<高分子圧電材料の物性>
(透明性(内部ヘイズ))
本開示の高分子圧電材料は、可視光線に対する内部ヘイズ(以下、単に「内部ヘイズ」ともいう)が、50%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましく、13%以下であることがさらに好ましい。なお、高分子圧電材料の内部ヘイズは、低ければ低いほどよいが、圧電定数等とのバランスの観点からは、0.01%〜13%であることがより好ましく、0.01%〜5%であることがさらに好ましい。0.01%〜3%、0.01%〜2%、0.01%〜1%
本開示において、「内部ヘイズ」とは、高分子圧電材料の外表面の形状によるヘイズを除外したヘイズを指す。
また、ここでいう「内部ヘイズ」は、高分子圧電材料に対して、JIS−K7136(2000)に準拠して、25℃で測定したときの値である。
<Physical properties of polymer piezoelectric material>
(Transparency (internal haze))
The polymeric piezoelectric material of the present disclosure has an internal haze with respect to visible light (hereinafter also simply referred to as “internal haze”) of preferably 50% or less, more preferably 20% or less, and 15% or less. More preferably, it is more preferably 13% or less. The internal haze of the polymeric piezoelectric material is preferably as low as possible, but is preferably 0.01% to 13%, more preferably 0.01% to 5% from the viewpoint of balance with the piezoelectric constant and the like. More preferably. 0.01% to 3%, 0.01% to 2%, 0.01% to 1%
In the present disclosure, “internal haze” refers to haze excluding haze due to the shape of the outer surface of the polymeric piezoelectric material.
Further, the “internal haze” here is a value when measured at 25 ° C. in accordance with JIS-K7136 (2000) with respect to the polymer piezoelectric material.
本開示の高分子圧電材料の内部ヘイズ(以下、内部ヘイズ(H1)ともいう)は、以下の方法により測定する。
まず、予めガラス板2枚の間に、シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、型番:KF96−100CS)のみを挟んでヘイズ(H2)(%)を測定し、次にシリコーンオイルで表面を均一に塗らした高分子圧電材料(圧電フィルム)を、ガラス板2枚で挟んでヘイズ(H3)(%)を測定する。
次に、下記式のようにこれらの差をとることで高分子圧電材料の内部ヘイズ(H1)(%)を得る。
内部ヘイズ(H1)=ヘイズ(H3)−ヘイズ(H2)
The internal haze (hereinafter also referred to as internal haze (H1)) of the polymeric piezoelectric material of the present disclosure is measured by the following method.
First, the haze (H2) (%) is measured by sandwiching only silicone oil (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., model number: KF96-100CS) between two glass plates in advance, and then the surface is made uniform with silicone oil. The polymer piezoelectric material (piezoelectric film) coated on the substrate is sandwiched between two glass plates, and the haze (H3) (%) is measured.
Next, the internal haze (H1) (%) of the polymeric piezoelectric material is obtained by taking these differences as in the following formula.
Internal haze (H1) = Haze (H3) -Haze (H2)
ヘイズ(H2)及びヘイズ(H3)(いずれも単位は%)は、それぞれ、下記測定条件で下記装置を用いて測定する。
測定装置:東京電色社製、HAZE METER TC−HIIIDPK
試料サイズ:幅30mm×長さ30mm、厚さ0.05mm
測定条件:JIS−K7136(2000)に準拠
測定温度:室温(25℃)
Haze (H2) and haze (H3) (both units are%) are each measured using the following apparatus under the following measurement conditions.
Measuring device: manufactured by Tokyo Denshoku Co., Ltd., HAZE METER TC-HIIIDPK
Sample size: width 30 mm x length 30 mm, thickness 0.05 mm
Measurement conditions: Conforms to JIS-K7136 (2000) Measurement temperature: Room temperature (25 ° C.)
(圧電定数d14(変位法))
高分子圧電材料の圧電性は、例えば、高分子圧電材料の圧電定数d14を測定することによって評価することができる。
本開示において、「圧電定数d14」は、25℃において変位法で測定した圧電定数d14を指す。
ここで、「変位法で測定した圧電定数d14」とは、32mm×5mmの高分子圧電材料の両面に導電層が形成されてなる圧電定数測定用サンプル(フィルム)の一対の導電層間に10Hz、300Vppの正弦波の交流電圧を印加し、このときの変位の最大値と最小値との差分距離を変位量(mp−p)として測定し、測定された変位量(mp−p)を基準長30mmで割った値を歪量とし、この歪量をフィルムに印加した電界強度((印加電圧(V))/(フィルム厚))で割った値に2を乗じた値を指す。
この「変位法で測定した圧電定数d14」は、例えば、特許第4934235号明細書の段落0058〜0059に記載の方法によって測定できる。
(Piezoelectric constant d 14 (displacement method))
Piezoelectricity of polymeric piezoelectric material, for example, can be assessed by measuring the piezoelectric constant d 14 of the piezoelectric polymer.
In the present disclosure, the “piezoelectric constant d 14 ” refers to the piezoelectric constant d 14 measured by a displacement method at 25 ° C.
Here, the “piezoelectric constant d 14 measured by the displacement method” is 10 Hz between a pair of conductive layers of a piezoelectric constant measurement sample (film) in which a conductive layer is formed on both surfaces of a 32 mm × 5 mm polymer piezoelectric material. A 300 Vpp sine wave AC voltage is applied, and the difference distance between the maximum and minimum displacements at this time is measured as a displacement (mp-p), and the measured displacement (mp-p) is used as a reference. A value obtained by dividing the length by 30 mm is taken as a strain amount, and a value obtained by dividing the strain amount by the electric field strength ((applied voltage (V)) / (film thickness)) applied to the film is multiplied by 2.
This “piezoelectric constant d 14 measured by the displacement method” can be measured by the method described in paragraphs 0058 to 0059 of Japanese Patent No. 4934235, for example.
以下、圧電定数d14(変位法)の測定方法の一例を示す。
まず、40mm×40mmの正方形形状に切り出された高分子圧電材料の両面に、蒸着装置(例えば、昭和真空社SIP−600)を用いてアルミニウム(Al)を蒸着することにより、Alの導電層を形成する。
次に、両面にAlの導電層が形成された40mm×40mmの試験片(高分子圧電材料)を、高分子圧電材料の延伸方向(MD方向)に対して45°をなす方向に32mm、45°をなす方向に直交する方向に5mmにカットして、32mm×5mmの矩形のフィルムを切り出す。これを、圧電定数測定用サンプルとする。得られた圧電定数測定用サンプルに、10Hz、300Vppの正弦波の交流電圧を印加したときの、フィルムの変位の最大値と最小値の差分距離を、キーエンス社製レーザ分光干渉型変位計SI−1000により計測する。計測した変位量(mp−p)を、フィルムの基準長30mmで割った値を歪量とし、この歪量をフィルムに印加した電界強度((印加電圧(V))/(フィルム厚))で割った値に2を乗じた値を圧電定数d14(pm/V)とする。なお、この計測は25℃の条件下で行う。
Hereinafter, an example of a method for measuring the piezoelectric constant d 14 (displacement method) will be described.
First, by depositing aluminum (Al) on both surfaces of a polymeric piezoelectric material cut into a square shape of 40 mm × 40 mm by using a vapor deposition apparatus (for example, Showa Vacuum Corp. SIP-600), an Al conductive layer is formed. Form.
Next, a 40 mm × 40 mm test piece (polymer piezoelectric material) having a conductive layer of Al formed on both sides thereof is 32 mm in a direction that forms 45 ° with respect to the stretching direction (MD direction) of the polymer piezoelectric material. Cut to 5 mm in a direction perpendicular to the direction forming 0 °, and cut out a rectangular film of 32 mm × 5 mm. This is a piezoelectric constant measurement sample. The difference distance between the maximum value and the minimum value of the displacement of the film when a sine wave AC voltage of 10 Hz, 300 Vpp was applied to the obtained piezoelectric constant measurement sample was measured using the Keyence Corporation Laser Spectral Interference Displacement Meter SI- Measured by 1000. The value obtained by dividing the measured displacement (mp-p) by the reference length of the film 30 mm is used as the amount of strain, and the amount of strain is expressed by the electric field intensity ((applied voltage (V)) / (film thickness)) A value obtained by multiplying the divided value by 2 is defined as a piezoelectric constant d 14 (pm / V). In addition, this measurement is performed on 25 degreeC conditions.
圧電定数d14は高ければ高いほど、高分子圧電材料に印加される電圧に対する高分子圧電材料の変位が大きくなり、また、高分子圧電材料に印加される力に対して発生する電圧が大きくなり、高分子圧電材料として有用である。
具体的には、本開示の高分子圧電材料の圧電定数d14(即ち、25℃における変位法で測定した圧電定数d14)は、1.0pm/V以上であることが好ましく、3.0pm/V以上であることがより好ましく、4.0pm/V以上であることがさらに好ましく、6.0pm/V以上であることがさらに好ましく、8.0pm/V以上であることがさらに好ましい。
また、圧電定数d14の上限は特に限定されないが、透明性等のバランスの観点からは、脂肪族系ポリエステル(A)を用いた高分子圧電材料では50pm/V以下が好ましく、30pm/V以下がより好ましい。
The higher piezoelectric constant d 14, the displacement of the piezoelectric polymer is increased with respect to the voltage applied to the piezoelectric polymer, also increases the voltage generated against the force applied to the piezoelectric polymer It is useful as a polymer piezoelectric material.
Specifically, the piezoelectric constant d 14 (that is, the piezoelectric constant d 14 measured by the displacement method at 25 ° C.) of the polymer piezoelectric material of the present disclosure is preferably 1.0 pm / V or more, and 3.0 pm. / V or more is more preferable, 4.0 pm / V or more is further preferable, 6.0 pm / V or more is further preferable, and 8.0 pm / V or more is more preferable.
The upper limit of the piezoelectric constant d 14 is not particularly limited, from the viewpoint of the balance between transparency and the like, preferably 50 Pm/V less in polymeric piezoelectric material using the aliphatic polyester (A), 30pm / V or less Is more preferable.
なお、本開示において、「MD方向」とはフィルムの流れる方向(Machine Direction)であり、「TD方向」とは、前記MD方向と直交し、フィルムの主面と平行な方向(Transverse Direction)である。 In the present disclosure, the “MD direction” is a direction in which the film flows (Machine Direction), and the “TD direction” is a direction (Transverse Direction) perpendicular to the MD direction and parallel to the main surface of the film. is there.
ここで、本開示の高分子圧電材料は、可視光線に対する内部ヘイズが50%以下であり、かつ、25℃において変位法で測定した圧電定数d14が1.0pm/V以上であることが好ましい。なお、可視光線に対する内部ヘイズ、及び25℃において変位法で測定した圧電定数d14のそれぞれの好ましい範囲は前述のとおりである。 Here, a polymeric piezoelectric material of the present disclosure, 50% or less internal haze to visible light, and is preferably a piezoelectric constant d 14 is 1.0 pm / V or more as measured by a displacement method at 25 ° C. . Incidentally, each of the preferred range of the piezoelectric constant d 14 measured by the displacement method in the internal haze, and 25 ° C. to visible light is as previously described.
(規格化分子配向MORc)
本開示の高分子圧電材料は、規格化分子配向MORcが2.0〜15.0であることが好ましく、3.0〜10.0であることが好ましく、4.0〜8.0であることがより好ましい。
規格化分子配向MORcは、脂肪族系ポリエステル(A)の配向の度合いを示す指標である「分子配向度MOR」に基づいて定められる値である。
規格化分子配向MORcが2.0〜15.0の範囲にあれば、延伸方向に配列する脂肪族系ポリエステル(A)の分子鎖が多く、その結果、配向結晶の生成する率が高くなり、高い圧電性を発現することが可能となる傾向にある。
(Standardized molecular orientation MORc)
The polymer piezoelectric material of the present disclosure preferably has a normalized molecular orientation MORc of 2.0 to 15.0, preferably 3.0 to 10.0, and 4.0 to 8.0. It is more preferable.
The normalized molecular orientation MORc is a value determined based on “molecular orientation degree MOR” which is an index indicating the degree of orientation of the aliphatic polyester (A).
If the normalized molecular orientation MORc is in the range of 2.0 to 15.0, there are many molecular chains of the aliphatic polyester (A) arranged in the stretching direction, and as a result, the rate of formation of oriented crystals increases. It tends to be possible to express high piezoelectricity.
ここで、分子配向度MOR(Molecular Orientation Ratio)は、以下のようなマイクロ波測定法により測定される。すなわち、高分子圧電材料を、周知のマイクロ波透過型分子配向計(マイクロ波分子配向度測定装置ともいう)のマイクロ波共振導波管中に、マイクロ波の進行方向に高分子圧電材料の面(フィルム面)が垂直になるように配置する。そして、振動方向が一方向に偏ったマイクロ波を試料に連続的に照射した状態で、高分子圧電材料をマイクロ波の進行方向と垂直な面内で0〜360°回転させて、試料を透過したマイクロ波強度を測定することにより分子配向度MORを求める。 Here, the molecular orientation degree MOR (Molecular Orientation Ratio) is measured by the following microwave measurement method. That is, a polymer piezoelectric material is placed in a microwave resonant waveguide of a well-known microwave transmission type molecular orientation meter (also referred to as a microwave molecular orientation degree measuring device), and the surface of the polymer piezoelectric material in the microwave traveling direction. Arrange so that (film surface) is vertical. Then, in a state where the sample is continuously irradiated with the microwave whose vibration direction is biased in one direction, the polymer piezoelectric material is rotated by 0 to 360 ° in a plane perpendicular to the traveling direction of the microwave, and the sample is transmitted. The degree of molecular orientation MOR is obtained by measuring the measured microwave intensity.
規格化分子配向MORcは、基準厚さtcを50μmとしたときの分子配向度MORであって、下記式により求めることができる。
MORc=(tc/t)×(MOR−1)+1
(tc:補正したい基準厚さ、t:高分子圧電材料の厚さ)
規格化分子配向MORcは、公知の分子配向計、例えば王子計測機器株式会社製マイクロ波方式分子配向計MOA−2012AやMOA−6000等により、4GHz又は12GHz近傍の共振周波数で測定することができる。
The normalized molecular orientation MORc is a molecular orientation degree MOR when the reference thickness tc is 50 μm, and can be obtained by the following formula.
MORc = (tc / t) × (MOR-1) +1
(Tc: reference thickness to be corrected, t: thickness of the piezoelectric polymer material)
The normalized molecular orientation MORc can be measured at a resonance frequency in the vicinity of 4 GHz or 12 GHz with a known molecular orientation meter such as a microwave molecular orientation meter MOA-2012A or MOA-6000 manufactured by Oji Scientific Instruments.
規格化分子配向MORcは、例えば、高分子圧電材料が延伸フィルムである場合には、延伸前の加熱処理条件(加熱温度及び加熱時間)、延伸条件(延伸温度及び延伸速度)等によって制御されうる。 For example, when the polymer piezoelectric material is a stretched film, the normalized molecular orientation MORc can be controlled by heat treatment conditions (heating temperature and heating time) before stretching, stretching conditions (stretching temperature and stretching speed), and the like. .
なお、規格化分子配向MORcは、位相差量(レターデーション)をフィルムの厚さで除した複屈折率Δnに変換することもできる。具体的には、レターデーションは大塚電子株式会社製RETS100を用いて測定することができる。またMORcとΔnとは大凡、直線的な相関関係にあり、かつΔnが0の場合、MORcは1になる。
例えば、脂肪族系ポリエステル(A)がポリ乳酸系高分子であり、かつ、高分子圧電材料の複屈折率Δnを測定波長550nmで測定した場合、規格化分子配向MORcが2.0であれば、複屈折率Δn 0.005に変換でき、規格化分子配向MORcが4.0であれば、複屈折率Δn 0.01に変換できる。
The normalized molecular orientation MORc can be converted into a birefringence Δn obtained by dividing the retardation amount (retardation) by the thickness of the film. Specifically, retardation can be measured using RETS100 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. MORc and Δn are approximately linearly correlated, and when Δn is 0, MORc is 1.
For example, when the aliphatic polyester (A) is a polylactic acid polymer and the birefringence Δn of the polymer piezoelectric material is measured at a measurement wavelength of 550 nm, the normalized molecular orientation MORc is 2.0. , Birefringence Δn 0.005, and can be converted to birefringence Δn 0.01 if the normalized molecular orientation MORc is 4.0.
(結晶化度)
本開示の高分子圧電材料の結晶化度は、DSC法によって求められるものであり、高分子圧電材料の結晶化度は20%〜80%であり、好ましくは25%〜70%、さらに好ましくは30%〜50%が好ましい。結晶化度が前記範囲にあれば、高分子圧電材料の圧電性、透明性のバランスがよく、また高分子圧電材料を延伸するときに、白化や破断がおきにくく製造しやすい傾向にある。
(Crystallinity)
The crystallinity of the polymer piezoelectric material of the present disclosure is determined by the DSC method, and the crystallinity of the polymer piezoelectric material is 20% to 80%, preferably 25% to 70%, more preferably 30% to 50% is preferable. If the crystallinity is in the above range, the piezoelectricity and transparency of the polymeric piezoelectric material are well balanced, and when the polymeric piezoelectric material is stretched, it tends to be easy to manufacture without being whitened or broken.
(規格化分子配向MORcと結晶化度の積)
本開示の高分子圧電材料は、マイクロ波透過型分子配向計で測定される基準厚さを50μmとしたときの規格化分子配向MORcとDSC法で得られる結晶化度との積が好ましくは40〜700、より好ましくは75〜680、さらに好ましくは90〜660、さらに好ましくは125〜650、さらに好ましくは180〜350である。前記規格化分子配向MORcと、DSC法で得られる結晶化度との積が40〜700の範囲にあれば、高分子圧電材料の圧電性と透明性とのバランスが良好であり、かつ寸法安定性も高く、後述する圧電素子として好適に用いることができる傾向にある。
(Product of normalized molecular orientation MORc and crystallinity)
The polymer piezoelectric material of the present disclosure preferably has a product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity obtained by the DSC method when the reference thickness measured by a microwave transmission type molecular orientation meter is 50 μm. -700, more preferably 75-680, still more preferably 90-660, still more preferably 125-650, and still more preferably 180-350. If the product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity obtained by the DSC method is in the range of 40 to 700, the balance between piezoelectricity and transparency of the polymeric piezoelectric material is good, and dimensional stability It has a high property and tends to be suitably used as a piezoelectric element described later.
<高分子圧電材料の用途等>
本開示の高分子圧電材料は、スピーカー、ヘッドホン、タッチパネル、リモートコントローラー、マイクロホン、水中マイクロホン、超音波トランスデューサ、超音波応用計測器、圧電振動子、機械的フィルター、圧電トランス、遅延装置、センサー、加速度センサー、衝撃センサー、振動センサー、感圧センサー、触覚センサー、電界センサー、音圧センサー、ディスプレイ、ファン、ポンプ、可変焦点ミラー、遮音材料、防音材料、キーボード、音響機器、情報処理機、計測機器、医用機器等の種々の分野で利用することができる。
<Applications of polymer piezoelectric materials>
The polymer piezoelectric material of the present disclosure includes a speaker, a headphone, a touch panel, a remote controller, a microphone, an underwater microphone, an ultrasonic transducer, an ultrasonic applied measuring instrument, a piezoelectric vibrator, a mechanical filter, a piezoelectric transformer, a delay device, a sensor, and an acceleration. Sensor, Shock sensor, Vibration sensor, Pressure sensor, Tactile sensor, Electric field sensor, Sound pressure sensor, Display, Fan, Pump, Variable focus mirror, Sound insulation material, Sound insulation material, Keyboard, Sound device, Information processing machine, Measurement device, It can be used in various fields such as medical equipment.
このとき、本開示の高分子圧電材料は、少なくとも2つの面を有し、そのうち、少なくとも2つの面に電極が備えられた圧電素子として用いられることが好ましい。このとき、電極は、高分子圧電材料の少なくとも2つの面に備えられていればよい。前記電極としては、特に制限されないが、例えば、ITO、ZnO、IZO(登録商標)、導電性ポリマー等が用いられる。 At this time, the polymeric piezoelectric material of the present disclosure is preferably used as a piezoelectric element having at least two surfaces, of which electrodes are provided on at least two surfaces. At this time, the electrodes need only be provided on at least two surfaces of the polymeric piezoelectric material. Although it does not restrict | limit especially as said electrode, For example, ITO, ZnO, IZO (trademark), a conductive polymer, etc. are used.
また、本開示の高分子圧電材料を、高分子圧電材料と電極を繰り返し重ねた積層圧電素子として用いることもできる。例としては、電極と高分子圧電材料のユニットを繰り返し重ね、最後に電極で覆われていない高分子圧電材料の主面を電極で覆ったものが挙げられる。例えば、電極、高分子圧電材料、電極、高分子圧電材料、電極をこの順で重ねた、ユニットの繰り返しが2回の積層圧電素子が挙げられる。本開示の高分子圧電材料を積層圧電素子として用いる場合は、複数の層のうち1層の高分子圧電材料が本開示の高分子圧電材料であればよく、その他の層は本開示の高分子圧電材料でなくてもよい。
また積層圧電素子の複数の層に本開示の高分子圧電材料が含まれる場合は、ある層の高分子圧電材料に含まれる脂肪族系ポリエステル(A)の光学活性がL体である場合、他の層の高分子圧電材料に含まれる脂肪族系ポリエステル(A)はL体であってもD体であってもよい。高分子圧電材料の配置は圧電素子の用途に応じて適宜調整することができる。
The polymer piezoelectric material of the present disclosure can also be used as a laminated piezoelectric element in which a polymer piezoelectric material and an electrode are repeatedly stacked. As an example, an electrode and a unit of a polymer piezoelectric material are repeatedly stacked, and finally, a main surface of the polymer piezoelectric material that is not covered with the electrode is covered with an electrode. For example, a laminated piezoelectric element in which an electrode, a polymer piezoelectric material, an electrode, a polymer piezoelectric material, and an electrode are stacked in this order and the unit is repeated twice is mentioned. When the polymer piezoelectric material of the present disclosure is used as a laminated piezoelectric element, one of the plurality of layers may be the polymer piezoelectric material of the present disclosure, and the other layers may be the polymer of the present disclosure. It does not have to be a piezoelectric material.
In addition, when the polymer piezoelectric material of the present disclosure is included in a plurality of layers of the laminated piezoelectric element, the optical activity of the aliphatic polyester (A) included in the polymer piezoelectric material of a certain layer is L, The aliphatic polyester (A) contained in the polymer piezoelectric material of this layer may be L-form or D-form. The arrangement of the polymeric piezoelectric material can be appropriately adjusted according to the use of the piezoelectric element.
例えば、L体の脂肪族系ポリエステル(A)を主たる成分として含む高分子圧電材料の第1の層が、電極を介して、L体の脂肪族系ポリエステル(A)を主たる成分として含む第2の高分子圧電材料と積層される場合は、第1の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)を、第2の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)と交差、好ましくは直交させると、第1の高分子圧電材料と第2の高分子圧電材料の変位の向きを揃えることができ、積層圧電素子全体としての圧電性が高まるので好ましい。 For example, the first layer of the piezoelectric polymer material containing the L-type aliphatic polyester (A) as the main component contains the L-type aliphatic polyester (A) as the main component via the electrode. When laminated with the polymeric piezoelectric material, the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the first polymeric piezoelectric material intersects the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the second polymeric piezoelectric material, preferably It is preferable to make them orthogonal to each other because the directions of displacement of the first polymer piezoelectric material and the second polymer piezoelectric material can be made uniform, and the piezoelectricity of the entire laminated piezoelectric element is enhanced.
一方、L体の脂肪族系ポリエステル(A)を主たる成分として含む高分子圧電材料の第1の層が、電極を介して、D体の脂肪族系ポリエステル(A)を主たる成分として含む第2の高分子圧電材料と積層される場合は、第1の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)を、第2の高分子圧電材料の一軸延伸方向(主たる延伸方向)と略平行となるように配置すると、第1の高分子圧電材料と第2の高分子圧電材料の変位の向きを揃えることができ、積層圧電素子全体としての圧電性が高まるので好ましい。 On the other hand, the first layer of the piezoelectric polymer material containing the L-type aliphatic polyester (A) as the main component contains the D-type aliphatic polyester (A) as the main component via the electrode. When laminated with the polymeric piezoelectric material, the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the first polymeric piezoelectric material is substantially parallel to the uniaxial stretching direction (main stretching direction) of the second polymeric piezoelectric material. Such a disposition is preferable because the directions of displacement of the first polymer piezoelectric material and the second polymer piezoelectric material can be made uniform, and the piezoelectricity of the entire laminated piezoelectric element is enhanced.
高分子圧電材料の主面に電極を備える場合には、透明性のある電極を備えることが好ましい。ここで、電極について、透明性があるとは、具体的には、内部ヘイズが20%以下(全光線透過率が80%以上)であることをいう。 When an electrode is provided on the main surface of the polymeric piezoelectric material, it is preferable to provide a transparent electrode. Here, the transparency of the electrode specifically means that the internal haze is 20% or less (total light transmittance is 80% or more).
本開示の高分子圧電材料を用いた前記圧電素子は、スピーカーやタッチパネル等、上述の種々の圧電デバイスに応用することができる。特に、透明性のある電極を備えた圧電素子は、スピーカー、タッチパネル、アクチュエータ等への応用に好適である。 The piezoelectric element using the polymer piezoelectric material of the present disclosure can be applied to the above-described various piezoelectric devices such as a speaker and a touch panel. In particular, a piezoelectric element provided with a transparent electrode is suitable for application to a speaker, a touch panel, an actuator, and the like.
次に、本開示の高分子圧電材料の製造方法の好ましい態様について説明する。 Next, a preferable aspect of the method for producing the polymeric piezoelectric material of the present disclosure will be described.
<高分子圧電材料の製造方法>
本開示の高分子圧電材料の製造方法の好ましい態様として、脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とを含む非晶状態のシートを結晶化して予備結晶化シート(結晶化原反ともいう)を得る第一の工程と、前記予備結晶化シートを延伸する第二の工程と、を含む製造方法が挙げられる。
<Method for producing polymer piezoelectric material>
As a preferred embodiment of the method for producing a polymeric piezoelectric material of the present disclosure, a non-crystalline sheet containing an aliphatic polyester (A) and a stabilizer (B) is crystallized to obtain a pre-crystallized sheet (crystallization raw material). And a second step of stretching the preliminary crystallization sheet.
一般的に延伸時にフィルムにかける力を増やすと、脂肪族系ポリエステル(A)の配向が促進され圧電定数も大きくなるが、結晶化が進み、結晶サイズが大きくなることやマイクロクラックが生成することでヘイズが大きくなる傾向にある。また内部応力の増加により寸法変形率も増加する傾向がある。また、延伸によらず単純にフィルムに熱をかける場合、球晶のように配向していない結晶が形成される。球晶のような配向が低い粗大結晶は、ヘイズを上げるものの圧電定数の増加には寄与しにくい。よって、圧電定数が高く、ヘイズ及び寸法変形率が低いフィルムを形成するためには、圧電定数に寄与する配向結晶を、ヘイズを増大させない程度の微小サイズで効率よく形成することが好ましい。 In general, increasing the force applied to the film during stretching promotes the orientation of the aliphatic polyester (A) and increases the piezoelectric constant, but the crystallization proceeds, the crystal size increases, and microcracks are generated. The haze tends to increase. Also, the dimensional deformation rate tends to increase due to an increase in internal stress. In addition, when the film is simply heated regardless of stretching, crystals that are not oriented, such as spherulites, are formed. A coarse crystal having a low orientation such as a spherulite increases the haze but hardly contributes to an increase in the piezoelectric constant. Therefore, in order to form a film having a high piezoelectric constant and a low haze and dimensional deformation rate, it is preferable to efficiently form an oriented crystal that contributes to the piezoelectric constant with a minute size that does not increase haze.
上述の第一の工程と第二の工程とを含む高分子圧電材料の製造方法においては、延伸の前にシート内を予備結晶化させて予備結晶化シートを得て、その後に延伸を行う。予備結晶を行うと、微細な結晶が形成される。これにより、延伸によりフィルムに力をかけたときに、微結晶と微結晶の間の結晶性が低い高分子部分に力が効率よくかかり、脂肪族系ポリエステル(A)を主な延伸方向に効率よく配向させることができる。具体的には、微結晶と微結晶の間の結晶性が低い高分子部分内に、微細な配向結晶が生成すると同時に、予備結晶化によって生成された球晶がくずれ、球晶を構成しているラメラ晶が、タイ分子鎖につながれた数珠繋ぎ状に延伸方向に配向することで、所望の値のMORcを得ることができる。このため、圧電定数を大きく低下させることなく、ヘイズ及び寸法変形率の値が低いシートを得ることができる傾向にある。 In the method for producing a polymeric piezoelectric material including the first step and the second step described above, the inside of the sheet is pre-crystallized before stretching to obtain a pre-crystallized sheet, and then stretched. When the preliminary crystallization is performed, fine crystals are formed. As a result, when a force is applied to the film by stretching, the force is efficiently applied to the polymer part having low crystallinity between the microcrystals, and the aliphatic polyester (A) is efficiently used in the main stretching direction. It can be well oriented. Specifically, finely oriented crystals are formed in the polymer portion where the crystallinity between the microcrystals is low, and at the same time, the spherulites generated by the precrystallization are broken down to form spherulites. The desired lamellar crystals are oriented in the stretching direction in a daisy chain connected to tie molecular chains, whereby a desired value of MORc can be obtained. For this reason, it exists in the tendency which can obtain a sheet | seat with a low value of a haze and a dimensional deformation rate, without significantly reducing a piezoelectric constant.
(第一の工程(予備結晶化工程))
第一の工程では、脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とを含む非晶状態のシートを結晶化して予備結晶化シートを得る。
(First step (pre-crystallization step))
In the first step, an amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) is crystallized to obtain a pre-crystallized sheet.
高分子圧電材料の原料は、既述のポリ乳酸系高分子等の脂肪族系ポリエステル(A)と、安定化剤(B)と、必要に応じて他の成分(安定化剤(C)等)を混合して、混合物とすることにより得られる。混合物は溶融混練をしてもよい。具体的には、混合する脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)と必要に応じて用いられる他の成分とを、溶融混練機〔東洋精機社製、ラボプラストミル〕を用い、ミキサー回転数30rpm〜70rpm、180℃〜250℃の条件で、5分〜20分間溶融混練することで、脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とのブレンド体、複数種の脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とのブレンド体や、脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)と無機フィラー等の他の成分とのブレンド体、を得てもよい。 The raw material for the piezoelectric polymer material is the aliphatic polyester (A) such as the polylactic acid polymer described above, the stabilizer (B), and other components (stabilizer (C), etc., if necessary) ) To obtain a mixture. The mixture may be melt kneaded. Specifically, the aliphatic polyester to be mixed (A) and the stabilizer (B) and other components used as necessary, using a melt-kneader (Toyo Seiki Co., Ltd., Labo Plast Mill), Blending of aliphatic polyester (A) and stabilizer (B), multiple kinds of fats by melt-kneading for 5 to 20 minutes under conditions of mixer rotation speed 30 rpm to 70 rpm and 180 ° C. to 250 ° C. Even if a blend of the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) or a blend of the aliphatic polyester (A), the stabilizer (B) and other components such as an inorganic filler is obtained. Good.
脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とを含む非晶状態のシートは、押出成形等の公知のフィルム成形手段で作製されてもよい。または、非晶状態のシートは、市場から入手可能なものであってもよい。非晶状態のシートは単層であっても、多層であっても構わない。 The amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) may be produced by a known film forming means such as extrusion. Alternatively, the amorphous sheet may be available from the market. The amorphous sheet may be a single layer or a multilayer.
予備結晶化シートは、脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とを含む非晶状態のシートを加熱処理して結晶化させることで得ることができる。また、押出成形法等で脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とを含む原料を、脂肪族系ポリエステル(A)のガラス転移温度よりも高い温度に加熱しシート状に押出成形した後、キャスターで押し出されたシートを急冷することで、所望の結晶化度を有する予備結晶化シートを得ることもできる。 The pre-crystallized sheet can be obtained by heat-treating an amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) for crystallization. In addition, the raw material containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) is heated to a temperature higher than the glass transition temperature of the aliphatic polyester (A) by extrusion molding or the like, and is extruded into a sheet shape. After that, the pre-crystallized sheet having a desired crystallinity can be obtained by rapidly cooling the sheet extruded by a caster.
また1)予め結晶化した予備結晶化シートを、後述する延伸工程(第二の工程)に送り、延伸装置にセットして延伸してもよいし(オフラインによる加熱処理)、2)加熱処理により結晶化されていない非晶状態のシートを、延伸装置にセットして、延伸装置にて加熱して予備結晶化し、その後、連続して延伸工程(第二の工程)に送って、延伸してもよい(インラインによる加熱処理)。 Also, 1) a pre-crystallized pre-crystallized sheet may be sent to a stretching step (second step) described later and set in a stretching apparatus to be stretched (off-line heat treatment), or 2) by heat treatment A non-crystallized amorphous sheet is set in a stretching apparatus, heated in a stretching apparatus to be pre-crystallized, and then continuously sent to a stretching process (second process) for stretching. Good (heat treatment by in-line).
脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)とを含む非晶状態のシートを予備結晶化するための加熱温度Tは特に限定されないが、高分子圧電材料の圧電性や透明性等を高める観点から、脂肪族系ポリエステル(A)のガラス転移温度Tgと以下の式の関係を満たし、DSC法で得られる結晶化度が3%〜70%になるように設定されるのが好ましい。
Tg−40℃≦T≦Tg+40℃
(Tgは、前記脂肪族系ポリエステル(A)のガラス転移温度(℃)を表す。)
The heating temperature T for pre-crystallization of the amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) is not particularly limited, but the piezoelectricity and transparency of the polymeric piezoelectric material are not limited. From the viewpoint of increasing, it is preferable that the glass transition temperature Tg of the aliphatic polyester (A) satisfies the relationship of the following formula, and the crystallinity obtained by the DSC method is preferably set to 3% to 70%.
Tg−40 ° C. ≦ T ≦ Tg + 40 ° C.
(Tg represents the glass transition temperature (° C.) of the aliphatic polyester (A).)
予備結晶化するための加熱時間又はシート状に押出成形するときに結晶化する場合の加熱時間は、所望の結晶化度を満たし、かつ延伸後(第二の工程後)の高分子圧電材料の規格化分子配向MORcと延伸後の高分子圧電材料のDSC法で得られる結晶化度の積が好ましくは40〜700、より好ましくは75〜680、さらに好ましくは90〜660、さらに好ましくは125〜650、さらに好ましくは180〜350になるように調整されることが好ましい。加熱時間が長くなると、延伸後の結晶化度も高くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも高くなる。加熱時間が短くなると、延伸後の結晶化度も低くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも低くなる傾向がある。 The heating time for pre-crystallization or the heating time for crystallization when extruding into a sheet form satisfies the desired degree of crystallinity and is the same as that of the polymer piezoelectric material after stretching (after the second step). The product of the normalized molecular orientation MORc and the crystallinity obtained by the DSC method of the polymer piezoelectric material after stretching is preferably 40 to 700, more preferably 75 to 680, still more preferably 90 to 660, still more preferably 125 to It is preferably adjusted to 650, more preferably 180 to 350. As the heating time becomes longer, the degree of crystallinity after stretching increases, and the normalized molecular orientation MORc after stretching also increases. When the heating time is shortened, the crystallinity after stretching also decreases, and the normalized molecular orientation MORc after stretching tends to decrease.
延伸前の予備結晶化シートの結晶化度が高くなると、シートが硬くなってより大きな延伸応力がシートにかかるので、前記シート中の結晶性が比較的低い部分も配向が強くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも高くなる。逆に、延伸前の予備結晶化シートの結晶化度が低くなると、シートが柔らかくなって延伸応力がよりシートにかかりにくくなるので、前記シート中の結晶性が比較的低い部分も配向が弱くなり、延伸後の規格化分子配向MORcも低くなると考えられる。 When the degree of crystallization of the pre-crystallized sheet before stretching increases, the sheet becomes harder and a greater stretching stress is applied to the sheet, so that the portion with relatively low crystallinity in the sheet also becomes more oriented, and after stretching The normalized molecular orientation MORc is also increased. On the contrary, when the crystallinity of the pre-crystallized sheet before stretching becomes low, the sheet becomes soft and the stretching stress becomes more difficult to be applied to the sheet, so that the portion with relatively low crystallinity in the sheet becomes weakly oriented. The normalized molecular orientation MORc after stretching is also considered to be low.
加熱時間は、加熱温度、シートの厚み、シートを構成する樹脂の分子量、添加剤等の種類又は量によって異なる。また、シートを結晶化させる実質的な加熱時間は、後述する延伸工程(第二の工程)の前に行なってもよい予熱において、非晶状態のシートが結晶化する温度で予熱する場合、前記予熱時間と、予熱前の予備結晶化工程における加熱時間の和に相当する。 The heating time varies depending on the heating temperature, the thickness of the sheet, the molecular weight of the resin constituting the sheet, the type or amount of additives, and the like. In the preheating that may be performed before the stretching step (second step) described below, the substantial heating time for crystallizing the sheet is preheated at a temperature at which the amorphous sheet crystallizes. This corresponds to the sum of the preheating time and the heating time in the precrystallization step before preheating.
非晶状態のシートの加熱時間又はシート状に押出成形するときに結晶化する場合の加熱時間は、通常は5秒〜60分であり、製造条件の安定化という観点からは1分〜30分でもよい。例えば、脂肪族系ポリエステル(A)としてポリ乳酸系高分子を含む非晶状態のシートを予備結晶化する場合は、20℃〜170℃で、5秒〜60分加熱することが好ましく、1分〜30分でもよい。 The heating time of the amorphous sheet or the heating time in the case of crystallization when extruding into a sheet is usually 5 seconds to 60 minutes, and 1 minute to 30 minutes from the viewpoint of stabilizing the manufacturing conditions. But you can. For example, when pre-crystallizing an amorphous sheet containing a polylactic acid polymer as the aliphatic polyester (A), it is preferably heated at 20 ° C. to 170 ° C. for 5 seconds to 60 minutes. It may be up to 30 minutes.
延伸後のシートに効率的に圧電性、透明性、高寸法安定性を付与するには、延伸前の予備結晶化シートの結晶化度を調整することが好ましい。すなわち、延伸により圧電性や寸法安定性が向上する理由は、延伸による応力が、球晶状態にあると推測される予備結晶化シート中の結晶性が比較的高い部分に集中し、球晶が破壊されつつ配向することで圧電性d14が向上する一方、球晶を介して延伸応力が結晶性の比較的低い部分にもかかり、配向を促し、圧電性d14を向上させるからと考えられるからである。 In order to efficiently impart piezoelectricity, transparency, and high dimensional stability to the stretched sheet, it is preferable to adjust the crystallinity of the pre-crystallized sheet before stretching. That is, the reason why the piezoelectricity and dimensional stability are improved by stretching is that the stress due to stretching is concentrated in a portion where the crystallinity in the pre-crystallized sheet presumed to be in a spherulitic state is relatively high. While the piezoelectric d 14 is improved by being oriented while being broken, it is considered that the stretching stress is applied to a portion having a relatively low crystallinity through the spherulite to promote the orientation and improve the piezoelectric d 14. Because.
延伸後のシートの結晶化度、又は後述するアニール処理を行う場合はアニール処理後の結晶化度は、20%〜80%、好ましくは40%〜70%になるように設定される。そのため、予備結晶化シートの延伸直前の結晶化度は3%〜70%、好ましくは10%〜60%、より好ましくは15%〜50%になるように設定される。 In the case where the crystallization degree of the sheet after stretching or the annealing treatment described later is performed, the crystallization degree after the annealing treatment is set to 20% to 80%, preferably 40% to 70%. Therefore, the degree of crystallinity of the pre-crystallized sheet immediately before stretching is set to 3% to 70%, preferably 10% to 60%, more preferably 15% to 50%.
予備結晶化シートの結晶化度は、延伸後の本開示の高分子圧電材料の結晶化度の測定と同様に行なえばよい。 What is necessary is just to perform the crystallinity degree of a pre-crystallization sheet | seat similarly to the measurement of the crystallinity degree of the polymeric piezoelectric material of this indication after extending | stretching.
予備結晶化シートの厚みは、第二の工程の延伸により得ようとする高分子圧電材料の厚みと延伸倍率によって主に決められるが、好ましくは50μm〜1000μmであり、より好ましくは200μm〜800μm程度である。 The thickness of the pre-crystallized sheet is mainly determined by the thickness of the polymeric piezoelectric material to be obtained by stretching in the second step and the stretching ratio, but is preferably 50 μm to 1000 μm, more preferably about 200 μm to 800 μm. It is.
(第二の工程(延伸工程))
第二の工程では、予備結晶化シートを延伸する。延伸方法は特に制限されず、1軸延伸、2軸延伸、後述する固相延伸等の種々の延伸方法を用いることができる。高分子圧電材料を延伸することにより、主面の面積が大きな高分子圧電材料を得ることができる。
(Second step (stretching step))
In the second step, the pre-crystallized sheet is stretched. The stretching method is not particularly limited, and various stretching methods such as uniaxial stretching, biaxial stretching, and solid phase stretching described later can be used. By stretching the polymer piezoelectric material, a polymer piezoelectric material having a large principal surface area can be obtained.
ここで、「主面」とは、高分子圧電材料の表面の中で、最も面積の大きい面をいう。本開示の高分子圧電材料は、主面を2つ以上有してもよい。例えば、高分子圧電材料が、10mm×0.3mm四方の面Aと、3mm×0.3mm四方の面Bと、10mm×3mm四方の面Cとをそれぞれ2面ずつ有する板状体である場合、当該高分子圧電材料の主面は面Cであり、2つの主面を有する。 Here, the “main surface” refers to the surface having the largest area among the surfaces of the polymeric piezoelectric material. The polymeric piezoelectric material of the present disclosure may have two or more main surfaces. For example, when the polymer piezoelectric material is a plate-like body having two surfaces A each having a surface A of 10 mm × 0.3 mm square, a surface B having 3 mm × 0.3 mm square, and a surface C having 10 mm × 3 mm square. The main surface of the polymeric piezoelectric material is a surface C, which has two main surfaces.
本開示において、主面の面積が大きいとは、高分子圧電材料の主面の面積が5mm2以上であることをいう。また主面の面積は、5mm2以上であることが好ましく、10mm2以上であることがより好ましい。 In the present disclosure, that the area of the main surface is large means that the area of the main surface of the polymeric piezoelectric material is 5 mm 2 or more. The area of the main surface is preferably 5 mm 2 or more, and more preferably 10 mm 2 or more.
また、「固相延伸」とは、『高分子圧電材料のガラス転移温度Tgより高く、高分子圧電材料の融点Tmより低い温度下、かつ5MPa〜10,000MPaの圧縮応力下での延伸』をいう。固相延伸によれば、高分子圧電材料の圧電性をより向上させ、また透明性及び弾力性を向上できる傾向にある。 “Solid phase stretching” means “stretching at a temperature higher than the glass transition temperature Tg of the polymeric piezoelectric material and lower than the melting point Tm of the polymeric piezoelectric material and under a compressive stress of 5 MPa to 10,000 MPa”. Say. Solid-phase stretching tends to improve the piezoelectricity of the polymeric piezoelectric material and improve the transparency and elasticity.
ここで、高分子圧電材料のガラス転移温度Tg〔℃〕及び高分子圧電材料の融点Tm〔℃〕は、示差走査型熱量計を用い、高分子圧電材料に対して、昇温速度10℃/分の条件で温度を上昇させたときの融解吸熱曲線から、曲線の屈曲点として得られるガラス転移温度(Tg)と、吸熱反応のピーク値として確認される温度(Tm)である。 Here, the glass transition temperature Tg [° C.] of the polymer piezoelectric material and the melting point Tm [° C.] of the polymer piezoelectric material are measured with respect to the polymer piezoelectric material by using a differential scanning calorimeter. These are the glass transition temperature (Tg) obtained as the inflection point of the curve and the temperature (Tm) confirmed as the peak value of the endothermic reaction from the melting endothermic curve when the temperature is raised under the condition of minutes.
固相延伸法の場合は、圧縮応力は、50MPa〜5000MPaであることが好ましく、100MPa〜3000MPaであることがより好ましい。 In the case of the solid phase stretching method, the compressive stress is preferably 50 MPa to 5000 MPa, and more preferably 100 MPa to 3000 MPa.
予備結晶化シートの固相延伸は、高分子圧電材料を、例えば、ロール又はビュレットに挟んで圧力を負荷することにより行なわれる。 Solid phase stretching of the pre-crystallized sheet is performed by applying a pressure by sandwiching a piezoelectric polymer material between, for example, a roll or a burette.
高分子圧電材料を固相延伸又は主に一方向に延伸すると、高分子圧電材料に含まれる脂肪族系ポリエステル(A)の分子鎖を、一方向に配向させ、かつ高密度に整列させることができ、より高い圧電性が得られると推測される。 When the polymer piezoelectric material is solid-phase stretched or stretched mainly in one direction, the molecular chains of the aliphatic polyester (A) contained in the polymer piezoelectric material can be oriented in one direction and aligned at high density. It is estimated that higher piezoelectricity can be obtained.
高分子圧電材料の延伸温度は、1軸延伸方法や2軸延伸方法等のように、引張力のみで高分子圧電材料を延伸する場合は、高分子圧電材料のガラス転移温度より10℃〜20℃程度高い温度範囲であることが好ましい。 The stretching temperature of the polymeric piezoelectric material is 10 ° C. to 20 ° C. from the glass transition temperature of the polymeric piezoelectric material when the polymeric piezoelectric material is stretched only by a tensile force, such as a uniaxial stretching method or a biaxial stretching method. It is preferable that the temperature range be as high as about ° C.
延伸処理における延伸倍率は、3倍〜30倍であることが好ましく、4倍〜15倍であることがより好ましい。 The stretching ratio in the stretching process is preferably 3 to 30 times, and more preferably 4 to 15 times.
予備結晶化シートの延伸を行うときは、延伸直前にシートを延伸しやすくするために予熱を行なってもよい。この予熱は、一般的には延伸前のシートを軟らかくし延伸しやすくするために行なわれるものであるため、前記延伸前のシートを結晶化してシートを硬くすることがない条件で行なわれるのが通常である。しかし、上述したように本開示においては、延伸前に予備結晶化を行う場合があるため、前記予熱を、予備結晶化を兼ねて行なってもよい。具体的には、上述した予備結晶化工程における加熱温度や加熱処理時間に合わせて、予熱を通常行なわれる温度よりも高い温度で行う、又は長い時間行うことで、予熱と予備結晶化を兼ねることができる。 When the pre-crystallized sheet is stretched, preheating may be performed to facilitate stretching of the sheet immediately before stretching. This preheating is generally performed in order to soften the sheet before stretching and facilitate stretching, so that the sheet before stretching is crystallized and does not harden the sheet. It is normal. However, as described above, in the present disclosure, since pre-crystallization may be performed before stretching, the pre-heating may be performed in combination with pre-crystallization. Specifically, preheating is performed at a temperature higher or higher than the normal temperature in accordance with the heating temperature and heat treatment time in the above-described precrystallization step, so that both preheating and precrystallization are performed. Can do.
(アニール処理工程)
圧電定数を向上させる観点から、延伸処理を施した後(前記第二の工程の後)の高分子圧電材料を、熱処理(以下「アニール処理」とも称する)することが好ましい。なおアニール処理により主に結晶化する場合は、前述の予備結晶化工程で行う予備結晶化を省略できる場合がある。
(Annealing process)
From the viewpoint of improving the piezoelectric constant, it is preferable to heat-treat (hereinafter also referred to as “annealing process”) the polymer piezoelectric material after the stretching process (after the second step). Note that in the case where crystallization is mainly performed by the annealing treatment, the preliminary crystallization performed in the above-described preliminary crystallization step may be omitted.
従って、本開示の高分子圧電材料の製造方法は、脂肪族系ポリエステル(A)と安定化剤(B)を含む非晶状態のシートを延伸する工程と、アニール処理をする工程と、をこの順で含む製造方法であってもよい。該延伸する工程は、上述と同様の工程とすることができる。また、本製造方法においては、上述の予備結晶化工程を実施しなくてもよい。 Therefore, the method for producing a polymeric piezoelectric material according to the present disclosure includes a step of stretching an amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B), and a step of annealing. The manufacturing method may be included in order. The step of stretching can be the same as described above. Moreover, in this manufacturing method, it is not necessary to implement the above-mentioned preliminary crystallization process.
アニール処理の温度は、概ね80℃〜160℃であることが好ましく、100℃〜155℃であることがさらに好ましい。 The temperature of the annealing treatment is preferably about 80 ° C to 160 ° C, and more preferably 100 ° C to 155 ° C.
アニール処理の温度印加方法は、特に限定されないが、熱風ヒータや赤外線ヒータを用いて直接加熱する方法、加熱したロール等に接触させて高分子圧電材料を加熱する方法、加熱したシリコーンオイル等、加熱した液体に高分子圧電材料を浸漬して加熱する方法等が挙げられる。 The temperature application method of the annealing treatment is not particularly limited, but a method of heating directly using a hot air heater or an infrared heater, a method of heating a polymer piezoelectric material by contacting with a heated roll, heating silicon oil, etc. For example, a method of immersing the polymer piezoelectric material in the liquid and heating it.
このとき、線膨張により高分子圧電材料が変形すると、実用上平坦なフィルムを得ることが困難になるため、高分子圧電材料に一定の引張応力(例えば、0.01MPa〜100Mpa)を印加し、高分子圧電材料がたるまないようにしながら温度を印加することが好ましい。 At this time, if the polymer piezoelectric material is deformed by linear expansion, it is difficult to obtain a practically flat film. Therefore, a certain tensile stress (for example, 0.01 MPa to 100 MPa) is applied to the polymer piezoelectric material, It is preferable to apply temperature while preventing the piezoelectric polymer material from sagging.
アニール処理の温度印加時間は、1秒〜60分であることが好ましく、1秒〜300秒であることがより好ましく、1秒〜60秒であることがさらに好ましい。アニール処理の温度印加時間が60分以内であると、高分子圧電材料のガラス転移温度より高い温度において非晶部分の分子鎖から球晶が成長して配向度が低下することを抑制できる傾向にあり、その結果、圧電性や透明性の低下を抑制できる傾向にある。 The temperature application time for the annealing treatment is preferably 1 second to 60 minutes, more preferably 1 second to 300 seconds, and even more preferably 1 second to 60 seconds. When the temperature application time of annealing treatment is within 60 minutes, it tends to be able to suppress the spherulite from growing from the molecular chain of the amorphous part and lowering the degree of orientation at a temperature higher than the glass transition temperature of the polymeric piezoelectric material. As a result, there is a tendency that a decrease in piezoelectricity and transparency can be suppressed.
上記のようにしてアニール処理された高分子圧電材料は、アニール処理した後に急冷することが好ましい。アニール処理において、「急冷する」とは、アニール処理した高分子圧電材料を、アニール処理直後に、例えば氷水中等に浸漬して、ガラス転移温度Tg以下に冷やすことをいい、アニール処理と氷水中等への浸漬との間に他の処理が含まれないことをいう。 The polymeric piezoelectric material annealed as described above is preferably cooled rapidly after the annealing treatment. In the annealing process, “rapidly cool” means that the annealed polymer piezoelectric material is immersed in, for example, ice water immediately after the annealing process and cooled to a glass transition temperature Tg or lower. This means that no other treatment is included in the dipping process.
急冷の方法は、水、氷水、エタノール、ドライアイスを入れたエタノールやメタノール、液体窒素等の冷媒に、アニール処理した高分子圧電材料を浸漬する方法や、蒸気圧の低い液体スプレーを吹き付け、蒸発潜熱により冷却したりする方法が挙げられる。連続的に高分子圧電材料を冷却するために、高分子圧電材料のガラス転移温度Tg以下の温度に管理された金属ロールと、高分子圧電材料とを接触させるなどして、急冷してもよい。また、冷却の回数は、1回のみであっても、2回以上であってもよく、さらには、アニールと冷却とを交互に繰り返し行うことも可能である。 The rapid cooling method can be achieved by immersing the annealed polymer piezoelectric material in a coolant such as ethanol, methanol, or liquid nitrogen containing water, ice water, ethanol, or dry ice, or by spraying a liquid spray with a low vapor pressure to evaporate. The method of cooling by latent heat is mentioned. In order to continuously cool the polymer piezoelectric material, the polymer piezoelectric material may be rapidly cooled by bringing the polymer roll into contact with a metal roll controlled to a temperature equal to or lower than the glass transition temperature Tg of the polymer piezoelectric material. . Further, the number of times of cooling may be only once, or may be two or more. Furthermore, annealing and cooling can be alternately repeated.
Claims (16)
下記一般式(B1)で表されるイミノエーテル化合物であり、重量平均分子量が300〜60000の安定化剤(B)と、
を含有し、
示差走査熱量測定法で得られる結晶化度が20%〜80%であり、
前記脂肪族系ポリエステル(A)100質量部に対して前記安定化剤(B)が0.01質量部〜10質量部含まれる、高分子圧電材料。
(一般式(B1)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R3は下記一般式(2)で表されるアルキル基、又は下記一般式(3)で表されるアリール基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、R2、R3、R11、R12及びR13は互いに結合して環を形成してもよい。)
(一般式(2)中、R31、R32及びR33はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R31、R32及びR33は互いに連結して環を形成してもよい。一般式(3)中、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。また、nは0〜5の整数を表す。なお、一般式(2)及び(3)において*は、窒素原子と結合する位置を表す。) An aliphatic polyester (A) having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 and optical activity;
A stabilizer (B) which is an imino ether compound represented by the following general formula (B1) and has a weight average molecular weight of 300 to 60000,
Containing
The crystallinity obtained by differential scanning calorimetry is 20% to 80%,
A polymeric piezoelectric material comprising 0.01 to 10 parts by mass of the stabilizer (B) with respect to 100 parts by mass of the aliphatic polyester (A).
(In General Formula (B1), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. R 3 represents an alkyl group represented by the following general formula (2) or an aryl group represented by the following general formula (3), and R 11 , R 12 and R 13 are Each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, and R 2 , R 3 , R 11 , R 12 and R 13 are bonded to each other; To form a ring.)
(In the general formula (2), R 31 , R 32 and R 33 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. R 31 , R 32 and R 33 may be linked to each other to form a ring. In formula (3), R 41 represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different, and n represents an integer of 0 to 5. (In (2) and (3), * represents the position bonded to the nitrogen atom.)
(一般式(B2)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。) The polymeric piezoelectric material according to claim 1, wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes an imino ether compound represented by the following general formula (B2).
(In General Formula (B2), R 2 has an alkyl group which may have a substituent, a cycloalkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. represents an alkoxy group, .R 41 representing a R 11, R 12 and R 13 are each independently a hydrogen atom, which may have a an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group Represents a substituent, and when a plurality of R 41 are present, they may be the same or different, and n represents an integer of 0 to 5.)
(一般式(B3)中、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R21及びR41はそれぞれ独立に置換基を表す。R21及びR41がそれぞれ複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表し、mは0〜5の整数を表す。) The polymeric piezoelectric material according to claim 1, wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes an imino ether compound represented by the following general formula (B3).
(In the general formula (B3), R 11 , R 12 and R 13 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. R 21 and R 41 each independently represents a substituent, and when there are a plurality of R 21 and R 41 , they may be the same or different, n represents an integer of 0 to 5, and m represents 0 to 5 Represents an integer.)
(一般式(B4)中、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L1は、炭素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアルキレン部、置換基を有してもよいシクロアルキレン部、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいアルコキシレン部である、p価の基を表す。) The polymeric piezoelectric material according to claim 1, wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes a polymeric compound including a structural unit represented by the following general formula (B4).
(In the general formula (B4), .R 41 representing a R 11, R 12 and R 13 are each independently a hydrogen atom, which may have a an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group When a plurality of R 41 are present, they may be the same or different, n represents an integer of 0 to 5, p represents an integer of 2 to 4, and L 1 represents And the bond terminal to the carbon atom has an alkylene part which may have a substituent, a cycloalkylene part which may have a substituent, an arylene part which may have a substituent, or a substituent. Represents a p-valent group which may be an alkoxylene moiety.)
(一般式(B5)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R11、R12及びR13はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L2は、窒素原子との結合末端が、置換基を有してもよいアリーレン部、又は、置換基を有してもよいシクロアルキレン部であるp価の基を表す。) The polymer piezoelectric material according to claim 1, wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes a polymer compound including a structural unit represented by the following general formula (B5).
(In General Formula (B5), R 2 has an alkyl group that may have a substituent, a cycloalkyl group that may have a substituent, an aryl group that may have a substituent, or a substituent. R 11 , R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. Represents an integer of 2 to 4, and L 2 is a p-valent which is an arylene part that may have a substituent, or a cycloalkylene part that may have a substituent, at the bond terminal to the nitrogen atom. Represents a group.)
(一般式(B6)中、R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表し、R41は置換基を表し、R41が複数存在する場合は同じであっても、異なっていてもよい。nは0〜5の整数を表す。また、pは2〜4の整数を表し、L3は、酸素原子との結合末端が、アルキレン部であるp価の基を表す。但し、L3のアルキレン部は、水素原子の一部又は全部が、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基で置換されていてもよい。) The polymer piezoelectric material according to claim 1, wherein the imino ether compound represented by the general formula (B1) includes a polymer compound including a structural unit represented by the following general formula (B6).
(In General Formula (B6), R 2 has an alkyl group that may have a substituent, a cycloalkyl group that may have a substituent, an aryl group that may have a substituent, or a substituent. R 41 represents a substituent and may be the same or different when a plurality of R 41 are present, n represents an integer of 0 to 5, and p represents L represents an integer of 2 to 4, and L 3 represents a p-valent group in which the bond terminal with an oxygen atom is an alkylene part, provided that a part or all of the hydrogen atoms are substituted in the alkylene part of L 3 (It may be substituted with an alkyl group which may have a group or an aryl group which may have a substituent.)
前記脂肪族系ポリエステル(A)と前記安定化剤(B)を含む非晶状態のシートを結晶化して予備結晶化シートを得る第一の工程と、
前記予備結晶化シートを延伸する第二の工程と、
を含む、高分子圧電材料の製造方法。 A method for producing a polymeric piezoelectric material according to any one of claims 1 to 13,
A first step of crystallizing an amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B) to obtain a pre-crystallized sheet;
A second step of stretching the pre-crystallized sheet;
A method for producing a polymeric piezoelectric material, comprising:
アニール処理をする工程と、
をこの順で含む、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の高分子圧電材料の製造方法。 Stretching an amorphous sheet containing the aliphatic polyester (A) and the stabilizer (B);
An annealing process;
The manufacturing method of the polymeric piezoelectric material of any one of Claims 1-13 containing these in this order.
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