JP2019176123A - コンデンサーフィルム用ポリプロピレン系樹脂組成物及びそれからなるコンデンサーフィルム - Google Patents
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Abstract
Description
(A−1)メルトフローレート(ASTM D1238、230℃、2.16kg荷重)が1.0〜10.0g/10分であること;
(A−2)メソペンタッド分率(mmmm)が0.940以上であること;
(A−3)GPCにより測定した分子量分布(Mw/Mn)が3.0以上であること;
(A−4)塩素含有量が3質量ppm以下であること;
(B−1)軟化温度が100〜160℃であること。
[2] 水素添加系石油樹脂(B)が脂環式炭化水素樹脂であることを特徴とする項[1]に記載のコンデンサーフィルム用ポリプロピレン系樹脂組成物。
[3] 項[1]または[2]に記載されたポリプロピレン系樹脂組成物を含有する樹脂層を含むことを特徴とするコンデンサーフィルム。
[4] 厚みが1〜50μmであることを特徴とする項[3]に記載のコンデンサーフィルム。
[5] 延伸面倍率(縦×横の面倍率)30〜80倍で延伸されていることを特徴とする項[3]または[4]に記載のコンデンサーフィルム。
(A−1)メルトフローレート(ASTM D1238、230℃、2.16kg荷重)が1.0〜10.0g/10分であること。
(A−2)メソペンタッド分率(mmmm)が0.940以上であること。
(A−3)GPCにより測定した分子量分布(Mw/Mn)が3.0以上であること。
(A−4)塩素含有量が3質量ppm以下であること。
(B−1)軟化温度が100〜160℃であること。
本発明の組成物は、プロピレン単独重合体(A)100質量部に対し、水素添加系石油樹脂(B)0.1〜2.0質量部を含有することを特徴とする。水素添加系石油樹脂(B)の配合量は、ポリプロピレン樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.2〜1.5質量部、より好ましくは0.3〜1.0質量部である。成分(B)の配合量が前記範囲内であるとコンデンサーフィルムの高温耐電圧性が著しく改良される。前記配合量が0.1質量部未満であると高温耐電圧性への効果が小さく、2.0質量部を超えても高温耐電圧の効果が低下するし、コンデンサーの使用環境によっては金属蒸着膜の付着力低下による性能低下のおそれがある。
絶縁破壊電圧に関する技術文献「山北隆征、有安富雄、電気学会論文誌A、110巻、11号、817〜823頁、平成2年」には、非晶よりも球晶の絶縁破壊電圧が大きいことが報告されており、結晶の絶縁破壊電圧は非晶よりも高いことが知られている。非晶の絶縁破壊電圧が低い理由としては、非晶は結晶よりも密度が低く、欠陥である空隙が多いために放電しやすいためと解釈されている。ここで、プロピレン単独重合体(A)100質量部に対して水素添加系石油樹脂(B)を0.1〜2.0質量部の範囲内で配合すると、水素添加系石油樹脂(B)はプロピレン単独重合体(A)の非晶に選択的に存在するために、プロピレン単独重合体(A)の結晶化度を低下させないまま非晶の空隙のみが減少するために、絶縁破壊電圧が高くなったと考えられる。水素添加系石油樹脂(B)の配合量が2.0質量部を超えると、水素添加系石油樹脂(B)がプロピレン単独重合体(A)の非晶だけでなく、結晶まで入り込み、結晶化度を低下させるため絶縁破壊電圧が低下したと考えられる。
本発明で用いられるプロピレン単独重合体(A)は、後述する特性(A−1)〜(A−4)を有する。ここで、プロピレン単独重合体は、プロピレン共重合体よりも結晶化度および融点が高いため、高温度下の耐絶縁破壊特性に優れる。また、前記プロピレン単独重合体(A)は、本発明の目的を阻害しない範囲で長鎖分岐を有してもよいが、長鎖分岐があると結晶化度が低下することから長鎖分岐のないプロピレン単独重合体が好ましい。
前記プロピレン単独重合体(A)のメルトフローレート(MFR、ASTM D1238、230℃、2.16kg荷重)は、1.0〜10.0g/10分、好ましくは1.2〜8.0g/10分、さらに好ましくは1.5〜6.0g/10分である。前記MFRが1.0g/10分未満の場合、押出機での原反成形が困難であり、また延伸時にチャック外れ等が生じ、所望の延伸フィルムが得られないことがある。また、前記MFRが10.0g/10分を超えると、延伸時にフィルム破断が多発するなど、フィルムの生産性が低下する傾向にある。なお、MFRは、プロピレン単独重合体(A)の重合時に水素添加量を調整し、あるいはMFRの異なるプロピレン単独重合体(A)を配合することにより調整して上記範囲内に設定することができる。
前記プロピレン単独重合体(A)の13C−NMR(核磁気共鳴)で測定したメソペンタッド分率(mmmm)は、0.940以上、好ましくは0.950以上、さらに好ましくは0.960以上である。前記メソペンタッド分率(mmmm)が0.940未満では、フィルムの高温耐電圧性が低下する場合がある。
前記プロピレン単独重合体(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した分子量分布(Mw/Mn、重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値)は、3.0以上、好ましくは4.0以上14.0以下、さらに好ましくは5.0以上12.0以下、特に好ましくは6.0以上11.0以下である。前記分子量分布(Mw/Mn)が4.0未満の場合、薄膜フィルムの延伸性が低下し、厚み精度の良好なフィルムが得られない場合があり、14.0を超えると、延伸後の残存応力が大きくなり、熱収縮が大きくなる場合がある。
前記プロピレン単独重合体(A)の塩素含有量は、3質量ppm以下、好ましくは2質量ppm以下、さらに好ましくは1.5質量ppm以下である。塩素含有量が3質量ppmを超えると、得られる延伸フィルムの耐電圧性が低下するだけでなく、長期的なコンデンサー特性も低下する。コンデンサー使用時においてフィルム内部の塩素イオン近傍の電界が局所的に増大し、そこから絶縁破壊が生じやすくなるために耐電圧が低下すると解される。塩素含有量は、プロピレン単独重合体を後処理することにより、または、メタロセン触媒で得られるプロピレン重合体を配合することにより、上記範囲内に制御することができる。
前記プロピレン単独重合体(A)の製造方法は特に限定されない。例えば、チタン化合物と有機アルミニウム化合物を組み合わせたチーグラ・ナッタ触媒、又は、メタロセン触媒を用いて製造することができる。本発明では、分子量分布が比較的広いポリプロピレン樹脂が好ましいため、一般的にチーグラ・ナッタ触媒を用いて製造することがより好ましい。
本発明で用いられる水素添加系石油樹脂(B)は、後述する特性(B−1)を有する。また、水素添加系石油樹脂(B)は、通常、塩化アルミニウムを重合触媒として用い、石油ナフサを熱分解して必要な留分を採取した残りの留分のうち、主としてC5およびC9留分からなる不飽和炭化水素を重合して製造され、脂肪族炭化水素樹脂、脂環式炭化水素樹脂及び芳香族炭化水素樹脂の水素添加誘導体がある。高温下の絶縁破壊強度及び無色無臭の観点から、より好ましくは水添率95質量%以上の樹脂であり、さらに好ましくは、水素化ロジン、水素化テルペン樹脂、水素化系石油樹脂等の誘導体である。特に好ましくは脂環式炭化水素樹脂であり、この理由としてポリプロピレンとの相容性が高いことが挙げられる。
水素添加系石油樹脂(B)の軟化温度は、100〜160℃である。好ましくは110〜155℃であり、更に好ましくは130〜150℃である。軟化温度が100℃未満であると、高温下の絶縁破壊強度が低下する傾向にあり、160℃を超えると、フィルム延伸時にボイドが発生し、高温下だけでなく、室温下の絶縁破壊強度も低下する傾向がある。前記軟化温度は、JIS K 2207に準拠した方法によって測定することが可能である。
本発明の組成物の調製方法としては、パウダー状またはペレット状の前記プロピレン単独重合体(A)、水素添加系石油樹脂(B)、および必要に応じてその他の添加剤を、ドライブレンド、ヘンシェルミキサー等で混合する方法が挙げられる。また、予め単軸または二軸混練機、ニーダ等によってこれらの原料を溶融混練してもよい。
本発明のコンデンサーフィルムは、例えば、本発明の組成物を用いて原反シートを製造した後、これを延伸することによって製造することができる。
上記のようにして得られた延伸フィルムは、プロピレン単独重合体(A)および特定量の水素添加系石油樹脂(B)を含有する樹脂層を含み、高温耐電圧性及び薄膜延伸性に優れ、金属蒸着膜の付着力低下による性能低下のおそれのないコンデンサーフィルムとして好適である。本発明のコンデンサーフィルムは、前記樹脂層が1層の単層フィルムでもよく、前記樹脂層が2層以上の積層フィルムでもよい。
(1)メルトフローレート(MFR)
メルトフローレート(MFR)は、ASTM D1238に準拠して、230℃、2.16kg荷重の条件下で測定した。
プロピレン単独重合体のメソペンタッド分率(mmmm)は、A.ZambelliらのMacromolecules,8,687(1975)に示された帰属により定められた値であり、13C−NMRにより、下記条件で測定した。なお、メソペンタッド分率は以下の式で表される値である。
メソペンタッド分率=(21.7ppmでのピーク面積)/(19〜23ppmでのピーク面積)
<測定条件>
装置:JNM−Lambada400(商品名、日本電子(株)製)
分解能:400MHz
測定温度:125℃
溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン/重水素化ベンゼン=7/4(質量比)
パルス幅:7.8μsec
パルス間隔:5sec
積算回数:2000回
シフト基準:TMS=0ppm
モード:シングルパルスブロードバンドデカップリング
以下の条件で測定し、得られたクロマトグラムを解析することによってプロピレン単独重合体のMw/Mnを算出した。分子量の算出はユニバーサルキャリブレーション法により行い、ポリスチレン換算の値を算出した。GPCクロマトグラムのベースラインは、溶出曲線の立ち上がる保持時間を起点とし、分子量1000に相当する保持時間を終点とした。
<測定条件>
液体クロマトグラフ:ALC/GPC 150−C Plus型(商品名、示差屈折計検出器一体型、Waters製)
カラム:GMH6−HT(商品名、東ソー(株)製)×2本及びGMH6−HTL(商品名、東ソー(株)製)×2本を直列接続
移動相媒体:o−ジクロロベンゼン
流速:1.0mL/分
測定温度:140℃
サンプル濃度:0.10%(W/W)
サンプル溶液量:500μL
試料0.8gを、三菱化成社製燃焼装置を用いてアルゴン/酸素気流下で、400〜900℃で燃焼した。その後、燃焼ガスを超純水で捕捉し、濃縮後の試料液を、DIONEX−DX300型イオンクロマト装置(商品名、日本ダイオネック(株)製)および陰イオンカラムAS4A−SC(商品名、ダイオネック社製)を用いて測定して塩素含有量を求めた。
得られた延伸フィルムのBDVをJIS−C2330に準拠して測定した。二軸延伸フィルムの絶縁破壊電圧を120℃で測定した。耐電圧(BDV、V/μm)は、絶縁破壊電圧をフィルム厚みで除して算出した。
フィルムの二軸延伸直後に、平滑性に関連する干渉縞を目視で観察し、以下の基準で評価した。
×:干渉縞が観察されたことから、フィルムの平滑性が低い。
○:干渉縞が観察されず、フィルムの平滑性に問題はない。
◎:干渉縞が観察されず、フィルムの平滑性に問題はなく、かつ延伸温度幅が広い。
フィルム表面をコロナ処理後、真空度2×10-4Torr、蒸着時間20秒間でアルミニウムを蒸着したコンデンサーフィルムを作製した。この金属蒸着フィルムの蒸着膜側とPEフィルム「HM−52」(商品名、タマポリ株式会社製、グレード:アイオノマー、厚み:30μm)をシール温度120℃、シール圧力2.0kg/cm2 、シール時間1.0秒の条件で幅10mm×15mmのシールを行い、引張速度300m/分でT型剥離強度を測定し、蒸着フィルムの蒸着強度(N/15mm)を評価した。
(1)プロピレン単独重合体(A)
・A1:プロピレン単独重合体(MFR:2.0g/10min、Mw/Mn:9.6、mmmm:0.974、塩素含有量:1ppm)
[製造例1]
(i)固体触媒の製造
内容積2リットルの高速撹拌装置(特殊機化工業製「TKホモミクサーM型」)を充分窒素置換した後、この装置に精製デカン700ml、市販塩化マグネシウム10g、エタノール24.2gおよびソルビタンジステアレート(花王(株)製「レオドールSP−S20」)3gを入れ、この懸濁液を撹拌しながら反応系を昇温し、懸濁液を120℃にて800rpmで30分撹拌した。次いで、この懸濁液を、沈殿物が生じないように高速撹拌しながら、内径5mmのテフロン(登録商標)製チューブを用いて、予め−10℃に冷却された精製デカン1リットルを張り込んである2リットルのガラスフラスコ(攪拌機付)に移した。移液により生成した固体を濾過し、精製n−ヘプタンで充分洗浄することにより、塩化マグネシウム1モルに対してエタノールが2.8モル配位した固体状付加物を得た。
このようにして得られた固体状チタン触媒成分(α−1)の組成はチタン3.2質量%、マグネシウム17質量%、塩素57質量%、3,6−ジメチルシクロヘキサン1,2−ジカルボン酸ジイソブチル10.6質量%、シクロヘキサン1,2−ジカルボン酸ジイソブチル8.9質量%およびエチルアルコール残基0.6質量%であった。
前記の(i)で調製した固体触媒成分150g、トリエチルアルミニウム74.4mL、ヘプタン75Lを内容量200Lの攪拌機付きオートクレーブに挿入し、内温10〜18℃に保ちプロピレンを900g挿入し、60分間攪拌しながら反応させた。この前重合触媒は遷移金属触媒成分1g当りポリプロピレンを6g含んでいた。
内容量1000Lの攪拌器付きベッセル重合器に、プロピレンを132kg/時間、上記触媒スラリーを遷移金属触媒成分として1.4g/時間、トリエチルアルミニウム8.4mL/時間、ジシクロペンチルジメトキシシラン16.2mL/時間を連続的に供給し、水素を気相部の水素濃度が2.5mol%になるように供給した。重合温度74℃、圧力3.2MPa/Gで重合を行った。
得られたスラリーを気化後、気固分離を行い、プロピレン重合体を得た。得られたプロピレン重合体をコニカル乾燥機に導入して、80℃で真空乾燥を行った。次いで生成物100キログラムに対し、純水60グラムとプロピレンオキサイド0.54リットルを添加して、90℃で2時間脱塩素処理を行った後、80℃にて真空乾燥を行い、ポリプロピレンパウダーを得た。得られたプロピレン単独重合体(A1)の塩素含有量は1ppmであった。
・B1:エクソンモービル社製水素添加系脂環式炭化水素樹脂「OPPERA、PR100N」(軟化温度:140℃)
・B2:出光興産株式会社製水素添加系脂環式炭化水素樹脂「アイマーブP−140」(軟化温度:140℃)
・B3:荒川化学株式会社製水素添加系脂環式炭化水素樹脂「アルコンP−140」(軟化温度:140℃、芳香環の水素化率95%)
・B4:東燃化学合同会社製水素添加系脂環式炭化水素樹脂「T−REZ OP501」(軟化温度:140℃)
・B5:東燃化学合同会社製水素添加系脂環式炭化水素樹脂「T−REZ HA125」(軟化温度:125℃)
[実施例1〜14]
(1)ポリプロピレン系樹脂組成物の調製
予めプロピレン単独重合体(A1)100質量部と水素添加系石油樹脂(B1〜B5)20質量部を配合したマスターバッチ(C1〜C5)を各々作製した。次いで表1に示す組成となるように、プロピレン単独重合体(A1)と前記マスターバッチを配合した。その後、東芝機械(株)製2軸押出機「TEM−35」を用いて、ホッパーを窒素シールしながらシリンダー温度210℃、スクリュー回転数150rpm、押出量15kg/hで造粒し、ポリプロピレン系樹脂組成物を得た。
得られたポリプロピレン系樹脂組成物のペレットを25mmφのTダイシート成形機((株)プラスチック工学研究所製)で230℃に溶融して押し出し、65℃に保持された1個の冷却ロールにより、引張り速度1.0m/分で冷却し、厚み350μmの原反シートを得た。
得られた原反シートを85mm×85mmにカットし、下記の条件で二軸延伸し、厚み6μmの二軸延伸フィルムを得た。厚みは予熱温度を変えて調整した。得られた延伸フィルムを用いて評価を行った。結果を表1に示す。
延伸装置:KAROIV(商品名、ブルックナー社製)
予熱温度:145〜160℃
予熱時間:60秒
延伸倍率:縦方向(機械方向)5倍×横方向9倍の逐次二軸延伸(延伸面倍率:45倍)
延伸速度:6m/分
原料としてプロピレン単独重合体(A1)のペレットをそのまま用いたこと以外は、実施例1と同様にして延伸フィルムを作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
表2に示す組成となるように、プロピレン単独重合体(A1)とマスターバッチ(C1)を配合してポリプロピレン系樹脂組成物を調製したこと以外は、実施例1と同様にして延伸フィルムを作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
原料として実施例1で作製したマスターバッチ(C1〜C3)をそのまま用いたこと以外は、実施例1と同様にして延伸フィルムを作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (5)
- 下記特性(A−1)〜(A−4)を有するプロピレン単独重合体(A)100質量部に対し、下記特性(B−1)を有する水素添加系石油樹脂(B)0.1〜2.0質量部を含有するコンデンサーフィルム用ポリプロピレン系樹脂組成物:
(A−1)メルトフローレート(ASTM D1238、230℃、2.16kg荷重)が1.0〜10.0g/10分であること;
(A−2)メソペンタッド分率(mmmm)が0.940以上であること;
(A−3)GPCにより測定した分子量分布(Mw/Mn)が3.0以上であること;
(A−4)塩素含有量が3質量ppm以下であること;
(B−1)軟化温度が100〜160℃であること。 - 水素添加系石油樹脂(B)が脂環式炭化水素樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサーフィルム用ポリプロピレン系樹脂組成物。
- 請求項1または2に記載のポリプロピレン系樹脂組成物を含有する樹脂層を含むことを特徴とするコンデンサーフィルム。
- 厚みが1〜50μmであることを特徴とする請求項3に記載のコンデンサーフィルム。
- 延伸面倍率(縦×横の面倍率)30〜80倍で延伸されていることを特徴とする請求項3または4に記載のコンデンサーフィルム。
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