JP3791038B2 - 耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着時の加工性、耐熱性、耐電圧性、特に高温での寸法安定性に優れたコンデンサ用ポリプロピレンフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
二軸配向ポリプロピレンフィルムは工業材料、包装材料用フィルムとして広く用いれられているが、その優れた電気特性（高耐電圧、低誘電損失）を活かしてコンデンサ用途にも使用されている。一般的に、コンデンサ用ポリプロピレンフィルムは、フィルム表面に接着剤塗布、低融点ポリマ積層、あるいはコロナ放電またはプラズマ処理して、フィルム表面の接着性を改善した後、アルミニウム、亜鉛等の金属を蒸着して使用されている。
【０００３】
このように、ポリプロピレンフィルムは、フィルムコンデンサの代表的な素材の一つであるが、耐熱性が低く、最高使用温度が９０℃以下に制限されている。また、近頃の電子部品の軽薄短小化に伴い、年々薄膜化してきており、最近では５μｍ前後の厚さのフィルムが要求されてきている。このように薄いポリプロピレンフィルムは、蒸着加工時に蒸着金属付着により高温となり、熱伸びあるいは収縮を起こし、シワが発生するという問題がある。フィルムにシワが入った場合、その部分に水分の混じった空気が保持されるなどして、使用時の劣化の原因となりうる。また、シワの入ったフィルムをロール状に巻いた時、巻姿が不良となり、その後の工程において使用しづらくなる場合がある。さらに、この程度の厚みレベルになると、フィルムの結晶性、異物の影響等から、フィルムの絶縁破壊電圧が低下して、実用に耐えられなくなる場合がある。
【０００４】
このような欠点の対策として、特開平５−２１７７９９号公報には高剛性ポリプロピレンを用いたフィルム、特公平６−４２４４１号公報には高いアイソタクチックインデックスのポリプロピレンを用いたフィルム、あるいは特開平５−８４８２２号公報には灰分が５０ｐｐｍ以下であるポリプロピレンフィルムが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の高剛性または高いアイソタクチックインデックスのポリプロピレンフィルムは、触媒残さ等の影響により絶縁破壊電圧不良となり、一方低灰分のポリプロピレンフィルムでも、単に灰分を低減しただけでは薄膜での絶縁破壊電圧に劣ったり、高温での使用に耐えられない等の問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の欠点を解消すべくなされたものであり、耐電圧性、耐熱性あるいは蒸着加工性に優れたポリプロピレンフィルムを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した本発明の目的は、メソペンタッドフラクションが９８．５％以上、灰分が３０ｐｐｍ未満であり、かつフィルムの密度より求めた結晶化度が６５％以上７４％以下である耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルムにより達成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において、ポリプロピレンフィルムとは、主としてポリプロピレンからなる二軸延伸フィルムであり、基本的に他の共重合成分を含んでいない。
【０００９】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの極限粘度は、特に限定されることはないが、製膜性の点から１．２〜２．５ｄｌ／ｇの範囲であることが好ましい。
【００１０】
本発明において、フィルムの原料であるポリプロピレン樹脂のアイソタクチックインデックスは、９５％以上であることが好ましく、さらに好ましくは９７％以上であり、さらに好ましくは９８％以上である。アイソタクチックインデックスが９５％未満では、該ポリプロピレンフィルムの耐熱性や耐電圧性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの灰分は、３０ｐｐｍ未満であることが必要であり、好ましくは２５ｐｐｍ未満であり、さらに好ましくは２０ｐｐｍ未満である。ポリプロピレンフィルムの灰分が３０ｐｐｍ以上では、該ポリプロピレンフィルムの耐電圧性、特に１２μｍ以下の領域での特性が著しく低下する場合がある。
【００１２】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの立体規則性の指標であるメソペンタッドフラクションは、９８．５％以上であることが必要であり、好ましくは９８．６％以上であり、さらに好ましくは９８．８％以上である。メソペンタッドフラクションが９８．５％未満であると、該ポリプロピレンフィルムの耐熱性、耐電圧性が低下する場合がある。
【００１３】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの密度より求めた結晶化度は、６５％以上であることが必要であり、好ましくは６７％以上であり、より好ましくは７０％以上である。結晶化度が６５％未満であると、該ポリプロピレンフィルムの耐熱性、耐電圧性、さらには蒸着加工性が低下する場合がある。また、後述の実施例に示すように、フィルムの密度より求めた結晶化度は、７４％以下である。
【００１４】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの耐熱性は、１２０℃、１５分加熱時の熱収縮率で評価することができる。本発明のポリプロピレンフィルムは、１２０℃、１５分加熱時の長手方向と幅方向の熱収縮率の和が４％以下であることが必要であり、好ましくは３％以下であり、さらに好ましくは２％である。熱収縮率の和が４％を超えると、９０℃付近での使用が困難になる場合がある。
【００１５】
さらに本発明において、ポリプロピレンフィルムの耐熱性は、１５０℃、１５分加熱時の熱収縮率で評価することができる。本発明のポリプロピレンフィルムは、１５０℃、１５分加熱時の長手方向と幅方向の熱収縮率の和が１０％以下であることが必要であり、好ましくは９％以下であり、さらに好ましくは８％以下である。熱収縮率の和が１０％を超えると、蒸着加工時に寸法変化を起こし、フィルムロールにシワが入る問題が生じる場合がある。
【００１６】
本発明において、ポリプロピレンフィルムのメルトフローインデックスは、特に限定されることはないが、製膜性の点から１〜１０ｇ／１０ｍｉｎの範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの厚みは、特に限定されることはないが、製膜性や機械特性の点から２〜３０μｍの範囲であることが好ましい。さらに蒸着コンデンサ用途としては２〜１２μｍの範囲が好ましく用いられ、さらに好ましくは３〜８μｍの範囲である。
【００１８】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの耐電圧性は、直流での絶縁破壊電圧で評価できる。本発明のポリプロピレンフィルムの絶縁破壊電圧は、５００Ｖ／μｍ以上である必要があり、好ましくは５５０Ｖ／μｍであり、さらに好ましくは６００Ｖ／μｍである。絶縁破壊電圧が５００Ｖ／μｍ未満であると、該フィルムからなるコンデンサの耐電圧性が低くて実用に適さなくなる場合がある。
【００１９】
本発明において、ポリプロピレンフィルムの蒸着加工性は、幅１００ｍｍ、長さ５０００ｍの蒸着を終えたフィルムリール３０本中の、巻姿検査におけるシワおよび端部不揃いの不良リール数から判断した。本発明においてポリプロピレンフィルムは、不良リール数が４本以下であり、高い蒸着加工性を得ることができる。
【００２０】
本発明において、ポリプロピレンフィルムは、公知の添加剤、例えば結晶核剤、酸化防止剤、熱安定剤、すべり剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、充填剤、粘度調整剤、着色防止剤などを含有させてもよい。
【００２１】
本発明において、ポリプロピレンフィルムは、蒸着加工工程での接着力を高めるために、フィルム表面にコロナ放電処理あるいはプラズマ処理を行うことが好ましい。コロナ放電処理は公知の方法を用いることができるが、処理をする際に雰囲気ガスとして空気、炭酸ガス、窒素ガスおよびこれらの混合ガス中での処理が好ましい。またプラズマ処理は、種々の気体をプラズマ状態におき、フィルム表面を化学変成させる方法、例えば特開昭５９−９８１４０号公報に記載されている方法などがある。
【００２２】
本発明のポリプロピレンフィルムの製造方法を以下に説明するが、必ずしもこれに限定されるものではない。
ポリプロピレンからなる原料を押出機に供給し、加熱溶融し、濾過フィルターを通した後、２２０〜３２０℃の温度でスリット状口金から溶融押出し、４０〜１００℃の温度に保たれたキャスティングドラムに巻き付けて冷却固化せしめ、未延伸フィルムを作る。なお、キャスティングドラム温度が４０℃未満ではフィルムの結晶化度が小さくなる場合がある。
【００２３】
次にこの未延伸フィルムを二軸延伸し、二軸配向せしめる。延伸方法としては逐次二軸延伸方法、または同時二軸延伸方法を用いることができる。逐次延伸方法としては、まず未延伸フィルムを１２０〜１５０℃に保たれたロールに通して予熱し、引き続き該シートを１００℃〜１５０℃の温度に保ち周速差を設けたロール間に通し、長手方向に２〜６倍に延伸し、ただちに室温に冷却する。引き続き該延伸フィルムをテンターに導いて、１６０℃以上の温度、好ましくは１６５〜１７０℃の温度で幅方向に５〜１０倍に延伸し、次いで幅方向に２〜２０％の弛緩を与えつつ、１６０〜１７０℃の温度で熱固定して巻取る。その後、蒸着を施す面に蒸着金属の接着性を良くするために、空気中、窒素中、炭酸ガス中あるいは混合気体中でコロナ放電処理を行いワインダーで巻取る。
【００２４】
［特性の測定方法並びに効果の評価方法］
本発明の特性値の測定方法、並びに効果の評価方法は次の通りである。
（１）極限粘度（［η］）
試料０．１ｇを１３５℃のテトラリン１００ｍｌに完全溶解させ、該溶液の粘度を１３５℃の恒温槽中で測定し、比粘度Ｓから次式に従って極限粘度を求めた。
［η］＝Ｓ／０．１×（１＋０．２２×Ｓ） （ｄｌ／ｇ）
【００２５】
（２）アイソタクチックインデックス（ＩＩ）
試料を６０℃以下の温度のｎ−ヘプタンで２時間抽出し、ポリプロピレンへの添加物を除去する。その後１３０℃で２時間真空乾燥する。これから重量Ｗ（ｍｇ）の試料をとり、ソックスレー抽出器に入れ沸騰ｎ−ヘプタンで１２時間抽出する。次に、この試料を取り出しアセトンで十分洗浄した後、１３０℃で６時間真空乾燥しその後常温まで冷却し、重量Ｗ′（ｍｇ）を測定し、次式で求めた。
ＩＩ＝Ｗ′／Ｗ×１００ （％）
【００２６】
（３）メソペンタッドフラクション（ｍｍｍｍ）
測定溶媒として１，２，４−トリクロロベンゼンを用い、１３Ｃ−ＮＭＲを測定する。得られたスペクトルの帰属およびｍｍｍｍの計算については、Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉらが行った方法［Ｐｏｌｙｍｅｒ，２９，１３８（１９８８）］に基づいて行い、百分率で表示した。
【００２７】
（４）灰分（Ａｓｈ）
重量Ｘ（ｇ）のポリプロピレンフィルムを、白金坩堝に入れ、まずガスバーナーで十分に燃やした後、７５０〜８００℃の電気炉で、約１時間処理して完全灰化し、得られた灰の重量Ｘ′（ｇ）を測定し、下式から求めた。
Ａｓｈ＝Ｘ′／Ｘ×１００００００（ｐｐｍ）
【００２８】
（５）メルトフローインデックス（ＭＦＩ）
ＡＳＴＭ−Ｄ−１２３８に準じて、２３０℃、２．１６ｋｇの条件で測定した。
【００２９】
（６）フィルム厚み
ダイヤルゲージ式厚み計（ＪＩＳ−Ｂ−７５０９）を用いて測定した。
【００３０】
（７）結晶化度
ＪＩＳ−Ｋ−７１１２−Ｄ法に準じて、エタノール−水系密度勾配管で２３±０．５℃で測定した試料の密度から、下記式により求めた。
［結晶化度］＝（ｄ_c ／ｄ）＊（ｄ−ｄ_a ）／（ｄ_c −ｄ_a ）＊１００（％）
ｄ ：試料の密度
ｄ_c ：ポリプロピレンの完全結晶の密度（０．９３６ｇ／ｃｍ³ ）
ｄ_a ：ポリプロピレンの非晶状態の密度（０．８５０ｇ／ｃｍ³ ）
【００３１】
（８）熱収縮率
フィルムを長手方向と幅方向にそれぞれ縦２６０ｍｍ、横１０ｍｍにサンプリングし、両端から３０ｍｍのところにマークを入れて、原寸（Ｌ０：２００ｍｍ）とする。このサンプルの下端に３ｇの荷重をかけ、１２０℃あるいは１５０℃のオーブン中に吊し１５分間熱処理する。その後サンプルを取り出し、マークした長さ（Ｌ１）を測定し、次式により熱収縮率を算出し、長手方向と幅方向の熱収縮率の和を求めた。
［熱収縮率］＝［（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０］×１００ （％）
【００３２】
（９）絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）
ＪＩＳ−Ｃ−２３３０に準じて測定した。陰極に厚み１００μｍ、１０ｃｍ角のアルミ箔電極、陽極に真鍮性８ｍｍφあるいは２４ｍｍφの電極を用い、この間にフィルムをはさみ、春日電気（株）製直流高圧安定化電源を用いて、１００Ｖ／秒の速度で昇圧しながら電圧を印加し、電流が１０ｍＡ以上流れた場合を絶縁破壊したものとした。その時の電圧を測定点のフィルム厚みで割った値を絶縁破壊電圧とし、２０点測定した平均値で示した。電極径が大きい場合にはＢＤＶの値が小さくなり、２４ｍｍφの電極を用いた値をＢＤＶとした。
【００３３】
（１０）蒸着加工性
蒸着を終えたフィルムを幅方向に１００ｍｍ幅に分割、長さ方向に５０００ｍ長さに分割し、３０リールを作成、合否判定し、不良リール数から次のように判定した。
◎ ： 不良リール数 １本以下
○ ： 不良リール数 ２〜４本
× ： 不良リール数 ５本以上
【００３４】
【実施例】
本発明を実施例、比較例に基づいて説明する。
実施例１
アイソタクチックインデックスが９８．８％、灰分が１２ｐｐｍ、メソペンタッドフラクションが９９．１％、極限粘度が１．８０ｄｌ／ｇのポリプロピレン（三井東圧化学（株）製、“三井ノーブレン”）を押出機に供給して樹脂温度２８０℃の温度で溶融し、Ｔ型口金からシート状に押出成形し、７０℃の温度のキャスティングドラムに巻き付けて冷却固化し、次いで、該シートを１３０℃で予熱し、引き続き該シートを１４０℃の温度に保ち周速差を設けたロール間に通し、長手方向に５倍に延伸し、ただちに室温に冷却する。引き続き該フィルムをテンターに導き、１７５℃の温度に予熱し、引き続き１６５℃の温度で幅方向に１０倍延伸し、次いで幅方向に８％の弛緩を与えつつ１７０℃の温度で熱処理をした後、該フィルムを窒素と炭酸ガスの混合気体（炭酸ガス濃度比１５％）の中に導き、フィルム温度を６０℃に保ちつつ、３０Ｗ・分／ｍ２ でコロナ放電処理を施して巻き取り、さらにこのフィルムを幅６３０ｍｍ、長さ２５０００ｍにスリットした。得られたフィルムの各種特性は表１に記載の通りであった。本発明の範囲のフィルムは熱収縮率が小さくて耐熱性良好であった。また、絶縁破壊電圧が大きく耐電圧性良好であった。さらに、蒸着加工性も良好であった。
【００３５】
実施例２〜５、比較例１〜４
表１に記載のごとく、実施例１と同様にして、各種条件を変更したポリプロピレンフィルムを得た。
【００３６】
【表１】

【００３７】
なお、表中の略号は次のものを示す。
［η］ ： 極限粘度
ＩＩ ： アイソタクチックインデックス
ｍｍｍｍ ： メソペンタッドフラクション
Ａｓｈ ： 灰分
ＭＦＩ ： メルトフローインデックス
ＢＤＶ ： 絶縁破壊電圧
【００３８】
実施例２〜５は、いずれも本発明の目的範囲内のものであり、得られたポリプロピレンフィルムは、耐熱性、耐電圧性、蒸着加工性良好であった。
一方、比較例１は灰分が６０ｐｐｍと本発明の範囲外であり、耐電圧性不良であった。比較例２は、結晶化度が本発明の範囲外であり、耐熱性、蒸着加工性不良であった。比較例３はメソペンタッドフラクション、結晶化度が本発明の範囲外であり、耐熱性、蒸着加工性不良であった。比較例４は、結晶化度が本発明の範囲外であり、厚みが１５μｍと厚いことからＢＤＶは５１０Ｖ／μｍと高い値を示したものの、耐熱性、蒸着加工性が不良であった。
【００３９】
比較例５
アイソタクチックインデックスが９８．８％、灰分が２０ｐｐｍ、メソペンタッドフラクションが９８．６％、極限粘度が１．８０ｄｌ／ｇのポリプロピレンを、キャスティングドラム温度が３０℃である以外は実施例１と全く同様にしてフィルムを製造した。
フィルム特性は表１記載の通りであり、結晶化度が低く本発明の範囲外であり、耐熱性、耐電圧性、蒸着加工性不良であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のポリプロピレンフィルムは、灰分、メソペンタッドフラクション、結晶化度を規定したことにより、次のような優れた効果があり、耐熱耐電圧性コンデンサ用フィルムとして好適である。
（１）高温での熱収縮率が小さく耐熱性良好である。
（２）絶縁破壊電圧が大きく、特に１２μｍ以下の厚みにしたときでも十分な値を保っており、耐電圧性が良好である。
（３）結晶化度が高くて剛性に優れており、薄膜での蒸着加工時のシワ発生を抑制でき、蒸着加工性良好である。

Claims (6)

1. メソペンタッドフラクションが９８．５％以上、灰分が３０ｐｐｍ未満であり、かつフィルムの密度より求めた結晶化度が６５％以上７４％以下であることを特徴とする耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルム。
2. フィルムの１２０℃、１５分加熱時の長手方向と幅方向の熱収縮率の和が４％以下である、請求項１に記載の耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルム。
3. フィルムの１５０℃、１５分加熱時の長手方向と幅方向の熱収縮率の和が１０％以下である、請求項１または２に記載の耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルム。
4. フィルムの絶縁破壊電圧が５００Ｖ／μｍ以上である、請求項１ないし３のいずれかに記載の耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルム。
5. アイソタクチックインデックスが９５％以上のポリプロピレン樹脂を用いることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の耐熱耐電圧性コンデンサ用ポリプロピレンフィルム。
6. フィルムの厚みが２〜１２μｍである、請求項１ないし５のいずれかに記載の耐熱耐電圧性蒸着コンデンサ用ポリプロピレンフィルム。