JP4845129B2 - フレキシブル基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、ガラス基板およびシリコン基板は曲げた際に割れやすいという欠点を有し、ステンレス基板は重いという欠点を有し、プラスチック基板は耐熱性、耐薬品性、ガスバリア性が低いという欠点を有していた。そのため、いずれもフレキシブル基板に適していなかった。
また、特許文献1に記載の複合材料のシートは、表面の平坦性が低く、かつ、ガスバリア性が低いため、基板として充分に適したものではなかった。
[2] セルロースナノファイバーが植物由来のセルロースであることを特徴とする[1]に記載のフレキシブル基板。
[3] セルロースナノファイバーがバクテリアセルロースであることを特徴とする[1]に記載のフレキシブル基板。
[4] 非結晶性合成樹脂がヤング率0.1GPa以下の低弾性エポキシ樹脂であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載のフレキシブル基板。
[5] 非結晶性合成樹脂がヤング率0.1GPa以下の低弾性アクリル樹脂であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載のフレキシブル基板。
[6] 薄板ガラスの厚さが20〜30μmであることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載のフレキシブル基板。
[7] セルロースナノファイバーの集合体に非結晶性合成樹脂を形成し得る含浸用液状物を含浸させる第1の工程と、
前記セルロースナノファイバーの集合体に薄板ガラスを密着させる第2の工程と、
前記セルロースナノファイバーの集合体に含浸させた前記含浸用液状物を紫外線照射により硬化させる第3の工程と、
を有することを特徴とするフレキシブル基板の製造方法
図1に、本実施形態例のフレキシブル基板を示す。このフレキシブル基板1は、薄板ガラス10と複合材料シート20とが積層されたものである。
薄板ガラス10は、厚さが50μm以下のガラス板である。厚さが50μmを超えるものを用いた場合には、可撓性が低くなるため、フレキシブル基板1として利用できなくなる。薄板ガラス10の好ましい厚さは20〜30μmである。薄板ガラス10の厚さが20μm以上であれば、薄板ガラス10を容易に作製でき、30μm以下であれば、可撓性がより高くなる。
複合材料シート20は、セルロースナノファイバーの集合体に非結晶性合成樹脂が複合化されたシートである。具体的には、複合材料シート20は、非結晶性合成樹脂の層の中にセルロースナノファイバーの集合体が埋め込まれた構造になっている。このような構造により、非結晶性合成樹脂がセルロースナノファイバーの集合体によって強化されている。
セルロースナノファイバーは、平均繊維径が4〜200nmのものである。好ましくは4〜100nmのものであり、より好ましくは4〜60nmのものである。セルロースナノファイバーの平均繊維径が200nmを超えると、可視光の波長に近づき、非結晶性合成樹脂との界面で可視光の屈折が生じ易くなり、透明性が低下することがある。一方、平均繊維径4nm未満のセルロースナノファイバーは製造が困難である。
しかし、所望の物性が得られやすい点では、すべてのセルロースナノファイバーの繊維径が200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、60nm以下であることが特に好ましい。
セルロースナノファイバーの結晶化度は、X線回折測定によりX線回折図全体の面積に対する結晶部分の面積の割合(百分率)で求められる。
バクテリアセルロースの中では、特にバクテリアからの産生物をアルカリ処理してバクテリアを溶解除去して得られるものを離解処理することなく用いるのが好適である。
培養液としては、例えば、ココナッツミルク(全窒素分0.7質量%、脂質28質量%)7質量%、ショ糖8質量%を含有し、酢酸でpHを3.0に調整した培養液や、グルコール2質量%、バクトイーストエクストラ0.5質量%、バクトペプトン0.5質量%、リン酸水素二ナトリウム0.27質量%、クエン酸0.115質量%、硫酸マグネシウム七水和物0.1質量%とし、塩酸によりpH5.0に調整した水溶液(SH培地)等が挙げられる。
植物由来セルロースとしては、木粉を原料として得たものが好適である。綿花を原料とすることもできる。
木粉としては、竹粉、針葉樹の木粉、広葉樹の木粉等を使用することができる。リグニン除去が容易である点では、広葉樹の木粉が好ましい。
木粉の中でも、長径が10μm〜1mmのものが好ましい。長径が1mmを超えると、後述する機械的解繊工程で解繊が不充分になる可能性がある。長径が10μmより小さくなると、粉砕時にセルロース結晶が破壊されて結晶化度が不充分になる可能性がある。
長径の上限は、より好ましくは500μm以下、特に好ましくは300μm以下、最も好ましくは200μm以下である。長径の下限は、より好ましくは30μm以上、特に好ましくは50μm以上、最も好ましくは100μm以上である。
長径/短径の比は好ましくは10以下、より好ましくは5以下、最も好ましくは3以下である。長径と短径の比が10を超えると機械的解繊処理が困難になる。
脱脂処理としては、有機溶媒を用いて抽出を行う処理であることが好ましい。有機溶媒としては、溶出力が大きいことから、エタノール・ベンゼン混合液が好ましい。
リグニン除去処理としては、操作が簡単で多量の試料に対しても適応できるという利点があるため、亜塩素酸ナトリウム/酢酸を用いるワイズ(Wise)法が好ましい。
ワイズ法の具体的操作を以下に示す。
脱脂試料1gに対して、蒸留水60ml、亜塩素酸ナトリウム0.4g、氷酢酸0.08mlの溶液を用意し、70〜80℃の湯浴中で断続的に撹拌しながら1時間、加熱する。1時間後、冷却することなく亜塩素酸ナトリウム0.4g、氷酢酸0.08mlを加えて反復処理をする。この操作を針葉樹の木粉の場合は計4回以上、広葉樹の木粉の場合は計3回以上行う。その後、冷水(約500ml)およびアセトン(約50ml、エタノール、メタノールも可)で順次洗浄する。この洗浄によって水分や残留薬剤、残渣等を除去して、リグニン除去処理した試料を得る。
ヘミセルロース除去処理としては、例えば、アルカリ水溶液による処理などが挙げられる。
アルカリ水溶液による処理において使用されるアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。水酸化カリウムを用いる場合には、水溶液濃度が3〜10質量%であることが好ましく、5〜8質量%であることがより好ましい。水溶液濃度が10質量%以下であれば、セルロースの結晶の溶解を防止でき、3質量%以上であれば、ヘミセルロースを充分に除去できる。
機械的解繊処理は、ヘミセルロース除去処理後の試料に機械的に力を加えて、繊維を解いて、ナノファイバーを得る処理である。
機械的な力を加えるために使用する装置としては、例えば、グラインダー、ホモジナイザー、リファイナーなどが挙げられる。ナノファイバーを得やすい点では、グラインダー単独、もしくは、グラインダーとホモジナイザーまたはリファイナーとの組み合わせが好ましい。
グラインダーの具体例としては、例えば、増幸産業(株)製超微粒磨砕機「スーパーマスコロイダー」、「セレンディピター」、栗田機械製作所製「ピュアファインミル」等が挙げられる。このうち、増幸産業(株)製「スーパーマスコロイダー」は、間隔を自由に調整できる上下2枚の無気孔砥石によって構成された石臼形式の超微粒磨砕機であり、上部砥石は固定で、下部砥石が高速回転する。上下砥石の間に送り込まれた試料は、そこで生じる強大な圧縮、剪断、転がり摩擦力などにより、次第にすり潰され、超微粒化される。
砥石の直径は5cm以上であることが好ましく、10cm以上であることがより好ましい。
回転数は500rpm以上であることが好ましく、1000rpm以上であることがより好ましく、1500rpm以上であることが特に好ましい。
処理時間は1〜30分であることが好ましく、5〜20分であることがより好ましく、10〜15分であることが特に好ましい。
砥石間の間隙、直径、回転数、処理時間が上記上限値を超えると、セルロースの結晶性が低下して、弾性率が低下することがある。
解繊処理温度は砥石間隙にて30〜90℃であることが好ましく、40〜80℃であることがより好ましく、50〜70℃であることが特に好ましい。解繊処理温度が90℃を超えると、解繊効率が低下したり、セルロースの結晶性が低下したりすることがあり、30℃未満であると、解繊効果が不足することがある。
複合材料シートの熱膨張係数を低減させるためには、ホットプレスが好ましい。これは、繊維絡み合い部の水素結合をより強化できるためである。
リン酸塩等を用いた処理とは、ヘミセルロース除去処理した試料をリン酸エステル化することにより、セルロース繊維間の結合力を弱め、次いで、リファイナー処理を行うことにより、繊維を解いて、セルロース繊維を得る処理法である。例えば、ヘミセルロース除去処理した試料を50質量%の尿素と32質量%のリン酸を含む溶液に浸漬し、60℃で溶液をセルロース繊維間に充分に染み込ませた後、180℃で加熱してリン酸化を進める。これを水洗した後、3質量%の塩酸水溶液中、60℃で2時間、加水分解処理をして、再度水洗を行う。その後、3質量%の炭酸ナトリウム水溶液中において、室温で20分間程処理することで、リン酸化を完了させる。そして、この処理物をリファイナーで解繊することにより、セルロース繊維が得られる。
上記のようにして得たバクテリアセルロースおよび木粉由来のセルロースからなるセルロース繊維は、化学修飾および/又は物理修飾して機能性を高めてもよい。ここで、化学修飾としては、アセチル化等のアシル化処理、アリル化、シアノエチル化、アセタール化、エーテル化、イソシアネート化等によって官能基を付加させること、シリケートやチタネート等の無機物を化学反応やゾルゲル法等によって複合化や被覆化させること等が挙げられる。
化学修飾の方法としては、例えば、BCシートあるいは植物由来セルロースを用いたシートを無水酢酸中に浸漬して加熱する方法が挙げられる。
アセチル化した場合には、光線透過率を低下させることなく、吸水性の低下、耐熱性の向上を図ることができる。
また、物理修飾としては、金属やセラミック原料を、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の物理蒸着法(PVD法)、化学蒸着法(CVD法)、無電解メッキや電解メッキ等のメッキ法等によって表面被覆させる方法が挙げられる。
非結晶性合成樹脂は、熱可塑性又は紫外線硬化型アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテルスルフォン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等が挙げられる。非結晶性合成樹脂は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記非結晶性合成樹脂の中でも、ヤング率0.1GPa以下の低弾性エポキシ樹脂、ヤング率0.1GPa以下の低弾性エポキシ樹脂が好ましい。これらの樹脂を用いれば、フレキシブル基板の可撓性がより高くなる。
ここでいうヤング率は、JIS K 7161に準じ、幅5mm、長さ50mm、厚さ50μmに成形した試験片に対して、変形速度1mm/分で引張試験を行い、比例限界以下での歪み量に対する応力により求めた値である。
脂肪族環状エポキシ樹脂の原料(未硬化物)としては、例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、アリルシクロヘキセンジオキシド、3,4−エポキシ−4−メチルシクロヘキシル−2−プロピレンオキシド、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−m−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)エーテル、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)ジエチルシロキサンなどが挙げられる。
シランカップリング剤の例としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス〔β−(アミノエチル)〕−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル〔3−(トリメトキシシリル)プロピル〕アンモニウムクロリド、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ベンジルトリメチルシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアヌルプロピルトリエトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシランなどが挙げられる。
脂肪族直鎖状ジアクリル樹脂、脂肪族直鎖状ジメタクリル樹脂の原料(モノマー)としては、例えば、下記化学式(3)で表される、ポリプロピレングリコールおよび/またはポリエチレングリコールのジアクリレート、ポリプロピレングリコールおよび/またはジメタクリレートなどが挙げられる。なお、化学式(3)におけるRは水素原子またはメチル基を表す。
化学式(3)で示される化合物では、プロピレングリコール部分のユニット数、エチレングリコール部分のユニット数、プロピレングリコールとエチレングリコールの両ユニットの割合によって、弾性率等の物性を適宜調整することができる。
アクリル系樹脂の屈折率を制御する方法としては、芳香族化合物を構成単位に追加する方法、部分的に臭素置換やイオウ置換を行う方法が挙げられる。芳香族化合物を構成単位に追加して屈折率を高くする方法として、ビスフェノールAの骨格を導入する方法を採ることができる。
非結晶性合成樹脂のガラス転移温度(Tg)の上限は特に制限はないが、通常230℃以下である。
ここで、非結晶性合成樹脂のガラス転移温度(Tg)は、DSC法により測定された値である。
複合材料シート20は、以下の物性であることが好ましい。
ヤング率:好ましくは10GPa以下、より好ましくは3GPa以下、特に好ましくは0.1GPa以下。
線熱膨張係数:好ましくは15ppm/K以下、より好ましくは1〜10ppm/K、特に好ましくは1〜5ppm/K。
破壊歪:好ましくは20〜60%。
平行光線透過率:好ましくは50μm厚で70%以上、より好ましくは80%以上。
複合材料シート20の物性がこのような範囲であれば、所望の物性のフレキシブル基板1が得られやすい。
また、複合材料シート20の厚さは20μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましい。複合材料シート20の厚さが20μm以上であれば、複合材料シート20を容易に作製できる。
フレキシブル基板1を製造する方法としては、非結晶性合成樹脂を形成し得る含浸用液状物を、前記セルロースナノファイバーの集合体に含浸させ、これを薄板ガラス10に貼り合わせ、次いで、含浸用液状物を硬化させる方法と、含浸用液状物をセルロースナノファイバーの集合体に含浸させ、含浸用液状物を硬化させて、複合材料シート形成し、該複合材料シートを薄板ガラスに貼り合わせる方法が挙げられる。
流動状の非結晶性合成樹脂の原料としては、例えば、非結晶性合成樹脂を形成し得るプレポリマーやオリゴマー等の重合中間体等が挙げられる。
非結晶性合成樹脂を流動化させた流動化物としては、例えば、熱可塑性の非結晶性合成樹脂を加熱溶融させた状態のもの等が挙げられる。
非結晶性合成樹脂の原料を流動化させた流動化物としては、例えば、プレポリマーやオリゴマー等の重合中間体が固形状の場合、これらを加熱溶融させた状態のもの等が挙げられる。
含浸工程は、その一部又は全部を、圧を変化させた状態で行うのが好ましい。この圧を変化させる方法としては、減圧又は加圧が挙げられる。減圧又は加圧することにより、セルロースナノファイバー間に存在する空気を上記含浸用液状物と置き換えることが容易となり、気泡の残存を容易に防止できる。
減圧条件下における含浸工程の処理温度は、0℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましい。この温度が0℃より低いと、空気の除去が不充分となり、セルロースナノファイバー間に空気が残存することがある。なお、温度の上限は、例えば含浸用液状物に溶媒を用いた場合、その溶媒の沸点(当該減圧条件下での沸点)が好ましい。この温度より高くなると、溶媒が急激に揮散し、かえって、気泡が残存しやすくなる傾向がある。
加圧条件下における含浸工程の処理温度は、0〜300℃が好ましく、10〜200℃がより好ましく、30〜100℃が最も好ましい。この温度が0℃より低いと、空気の除去が不充分となり、セルロースナノファイバー間に空気が残存する場合が生じることがある。一方、300℃より高いと、非結晶性合成樹脂が変性、変色するおそれがある。
含浸用液状物が非結晶性合成樹脂をグラフト反応により流動化させた流動化物の硬化としては、冷却による固化等が挙げられる。
含浸用液状物が非結晶性合成樹脂の原料を流動化させた流動化物の硬化としては、冷却等と、重合反応、架橋反応、鎖延長反応等の組合せが挙げられる。
含浸用液状物が非結晶性合成樹脂の溶液の硬化としては、溶液中の溶媒の蒸発や風乾等による除去等が挙げられる。
含浸用液状物が非結晶性合成樹脂の原料の溶液の硬化としては、溶液中の溶媒の除去等と、重合反応、架橋反応、鎖延長反応等との組合せが挙げられる。
なお、上記蒸発除去には、常圧下における蒸発除去だけでなく、減圧下における蒸発除去も含まれる。
複合材料シートを得る方法としては、セルロースナノファイバーのシートを作製した後に、含浸用液状物を含浸させ、硬化させる方法が挙げられる。
また、セルロースナノファイバーをシート化せずに複合材料シートを得ることもできる。シート化しない複合材料シートの製造方法は以下の通りである。
含水繊維集合体に含まれる水を、水と含浸用液状物との双方又は一方に相溶性を有する媒介液と置換して繊維強化複合材料製造用前駆体を得る。
第1の媒介液>第2の媒介液
であり、含浸用液状物との相溶性が
第1の媒介液<第2の媒介液
であり、かつ互いに相溶性を有する第1の媒介液(例えばエタノール)及び第2の媒介液(例えばアセトン)の2種類の媒介液を準備しておき、まず、含水繊維集合体中の水を第1の媒介液と置換して繊維集合体に第1の媒介液が含浸された繊維集合体を得、次いで、この第1の媒介液が含浸された繊維集合体中の第1の媒介液を第2の媒介液と置換して繊維集合体中に第2の媒介液が含浸された繊維集合体を繊維強化複合材料製造用前駆体として得ることもできる。更に3種以上の媒介液を用いて、置換を3段階以上で行うことも可能である。
繊維強化複合材料製造用前駆体中の媒介液を含浸用液状物と置換する。なお、ここで繊維強化複合材料製造用前駆体に含浸された媒介液は、少なくとも含浸用液状物に相溶性を有するものである。
この置換に際しては、繊維強化複合材料製造用前駆体をコールドプレスして、繊維強化複合材料製造用前駆体中の媒介液の一部を除去してもよい。
繊維集合体に含浸させた含浸用液状物を硬化させるには、当該含浸用液状物の硬化方法に従って行えばよく、例えば、含浸用液状物が流動状の非結晶性合成樹脂の場合は、架橋反応、鎖延長反応等が挙げられる。また、含浸用液状物が流動状の非結晶性合成樹脂の原料の場合は、重合反応、架橋反応、鎖延長反応等が挙げられる。
本発明のフレキシブル基板1は、薄板ガラス10を備えているため、ガスバリア性に優れ、平坦性も有している。薄板ガラス10単独では曲げ強度が低いが、本発明のフレキシブル基板1では、薄板ガラス10に積層された複合材料シート20が補強材の役割を果たすため、破壊歪を薄板ガラス10の2倍以上にすることができ、曲げ強度を充分に確保することができる。しかも、樹脂と繊維とから構成される複合材料シート20は軽量であるから、これを用いたフレキシブル基板1も軽量である。
また、本発明のフレキシブル基板1における複合材料シート20は、セルロースナノファイバーの集合体と非結晶性合成樹脂との屈折率を合わせやすいため、透明性を高くすることが容易である。
凍結乾燥保存状態の酢酸菌の菌株に培養液を加え、1週間静置培養した(25〜30℃)。培養液表面に生成したバクテリアセルロースのうち、厚さが比較的厚いものを選択し、その株の培養液を少量分取して新しい培養液に加えた。そして、この培養液を大型培養器に入れ、25〜30℃で7〜30日間の静置培養を行った。培養液には、グルコース2質量%、バクトイーストエクストラ0.5質量%、バクトペプトン0.5質量%、リン酸水素二ナトリウム0.27質量%、クエン酸0.115質量%、硫酸マグネシウム七水和物0.1質量%とし、塩酸によりpH5.0に調整した水溶液(SH培養液)を用いた。
ヤング率:12.1GPa
破壊歪:4%
空隙率:60%
結晶セルロース含有率:60%
平行光線透過率:厚さ50μmとして45%
次いで、取り出したシートに厚さ30μmの薄板ガラスを貼り合わせた後、紫外線を照射して(総照射エネルギー量;11J/cm2)、樹脂を硬化させ、その後、大気圧、空気雰囲気下、60℃にて30分間アニールすることにより、薄板ガラスと複合材料シートとを有するフレキシブル基板を得た。
未硬化エポキシ樹脂Aの代わりに未硬化の紫外線硬化型アクリル系樹脂(硬化後のヤング率が0.02GPa)である三菱化学社製商品名NK1206PEを用い、樹脂を硬化させる際の紫外線の総照射エネルギー量を22J/cm2としたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
BCシートの代わりに木粉由来セルロースナノファイバー不織布を用い、未硬化エポキシ樹脂Aの代わりに三菱化学社製商品名NK1206PEを用い、樹脂を硬化させる際の紫外線の総照射エネルギー量を22J/cm2としたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
木粉由来セルロースナノファイバー不織布は以下のようにして作製した。まず、木粉に、アルコール・ベンゼン抽出による脱脂処理を施した後、上述したワイズ法によるリグニン除去処理を施した。次いで、5質量%の水酸化カリウム水溶液に1晩浸漬してヘミセルロース除去処理を施した。これより1質量%の水懸濁液を調製した。次いで、その水懸濁液に、次いで、その水懸濁液に、グラインダー(増幸産業「セレンディピターMKCA6−3」)を用いた機械的解繊処理を施した。具体的には、水懸濁液を、ほぼ接触させた状態の1500rpmで回転するディスク間を、中央から外側に向けて通過させる操作を1回施し、解繊処理して、含水セルロースナノファイバーを得た。得られた含水セルロースナノファイバーを抄紙により水分を除去してシート状にし、さらに、圧力2MPaで4分間、120℃にてホットプレスして水を完全に除去して、厚さ40μmの木粉由来セルロースナノファイバー不織布を得た。
未硬化エポキシ樹脂Aの代わりに未硬化の紫外線硬化型エポキシ系樹脂(硬化後のヤング率が0.008GPa)であるNTTアドバンステクノロジ社製商品名E3409を用いたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
未硬化エポキシ樹脂Aの代わりに未硬化の紫外線硬化型アクリル系樹脂(硬化後のヤング率が0.044GPa)である三菱化学社製商品名KYO02を用い、樹脂を硬化させる際の紫外線の総照射エネルギー量を22J/cm2としたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
未硬化エポキシ樹脂Aの代わりに未硬化の紫外線硬化型エポキシ系樹脂(硬化後のヤング率が2.8GPa)であるNTTアドバンステクノロジ社製商品名E2689を用い、樹脂を硬化させる際の紫外線の総照射エネルギー量を22J/cm2としたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
未硬化エポキシ樹脂Aの代わりに未硬化の紫外線硬化型アクリル系樹脂(硬化後のヤング率が2.0GPa)であるトリシクロデカンジメタクリレートを用い、樹脂を硬化させる際の紫外線の総照射エネルギー量を22J/cm2とし、硬化の後に真空雰囲気下で180℃120分間アニールしたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
厚さ30μmの薄板ガラスの代わりに厚さ50μmの薄板ガラスを用いたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
水酸化ナトリウム水溶液中で2時間煮沸した後、流水で洗浄した含水バクテリアセルロースを0.1MPaで1分間、室温下にて圧縮した。次いで、アセトン中に浸漬し、バクテリアセルロース内部の水をアセトンで置換した。このアセトン置換バクテリアセルロースを反応液(トルエン:100mL, 酢酸:100mL, 無水酢酸:10mL)の入ったシャーレに浸して室温下にて1時間震とうした後、過塩素酸:0.2mLを加え、室温下、1時間震とうして、アセチル化を行った。次いで、メタノールを加えることで、反応を終了させ、更にエタノールに浸してアセチル化バクテリアセルロース内部の反応液を除いた。これを厚さ約60μmまで圧搾し、アクリル系樹脂(三菱化学社製ABPE10、ヤング率0.03GPa)に減圧(−0.08MPa)下で12時間含浸して含浸BCシートを得た。この含浸BCシートに紫外線を照射し(22J/cm2)、アクリル系樹脂を硬化させて複合材料シートを得た。得られた複合材料シートは、厚さ66μm、セルロース含有率62質量%であった。
このようにして得られた複合材料シートを、エポキシ接着剤(NTT−AT製AT7195)により、厚さ30ミクロンの薄板ガラスに貼り合わせた。その後、紫外線を照射し(11J/cm2)、その後、大気圧、空気雰囲気下、60℃、30分間アニールすることにより、薄板ガラスと複合材料シートとを有するフレキシブル基板を得た。
実地例3で得た木粉由来セルロースナノファイバーシートに、未硬化の紫外線硬化型アクリル樹脂(硬化後のヤング率が2.0GPa、ガラス転移温度が180℃)であるトリシクロデカンジメタクリレートを含浸させ、紫外線照射後に真空雰囲気下で180℃、120分間アニールして複合材料シートを得た。このようにして得た複合材料シートを実施例9と同様にして薄板ガラスに貼り合わせて、フレキシブル基板を得た。
厚さ30μmの薄板ガラスの代わりに厚さ150μmのガラス板を用いたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
複合材料シートの厚さが150μmになるようにしたこと以外は実施例1と同様にして、フレキシブル基板を得た。
複合材料シートをフレキシブル基板として用いた。
JIS K 7161に準じ、幅5mm、長さ50mm、厚さ50μmに成形した試料に対して、変形速度1mm/分で引張試験を行い、試験片が破断(破壊)した際の歪を元の試験片のチャック間距離に対する比率(%)を求めた。
幅5mm、長さ50mm、厚さ50μmに成形した試験片に対して、JIS K 7203に従い、変形速度1mm/分の条件で曲げ試験を行い、曲げ強度および曲げ弾性率を求めた。
<測定装置>
日立ハイテクノロジーズ社製「UV−4100形分光度計」(固体試料測定システム)を使用。
<測定条件>
・6mm×6mmの光源マスク使用
・測定サンプルを積分球開口より22cm離れた位置において測光した。サンプルをこの位置に置くことで、拡散透過光は除去され、積分球内部の受光部に直線透過光のみが届く。
・リファレンスサンプルなし。リファレンス(試料と空気との屈折率差によって生じる反射。フレネル反射が生じる場合は、平行光線透過率100%ということはあり得ない。)がないため、フレネル反射による透過率のロスが生じている。
・スキャンスピード:300nm/分
・光源:タングステンランプ、重水素ランプ
・光源切り替え:340nm
可撓性、表面平坦性、ガスバリア性、揮発分の量、機械的物性(破壊歪、曲げ強度等)を総合的に見て評価した。
○:フレキシブル基板としての適性が高く、実用的である。
△:フレキシブル基板としての適性にやや欠ける。
×:フレキシブル基板としての適性は有していない。
これに対し、厚さが50μmを超えるガラス板と複合材料シートとが積層された比較例1の基板は、曲げ強度が確保されているものの、破壊歪が小さく、可撓性が小さいため、フレキシブル基板としての適性が低かった。
厚さが100μmを超える複合材料シートと薄板ガラスとが積層された比較例2の基板は、曲げ強度が確保されているものの、可撓性が小さいため、フレキシブル基板としての適性が低かった。
薄板ガラスを積層しなかった比較例3では、表面平坦性およびガスバリア性が低いため、フレキシブル基板としての適性が低かった。
また、本発明のフレキシブル基板は、ロールツーロールのプロセスにも好適に使用できる。
10 薄板ガラス
20 複合材料シート
Claims (7)
- 厚さ50μm以下の薄板ガラスと、セルロースナノファイバーの集合体に非結晶性合成樹脂が複合化された厚さ100μm以下の複合材料シートとを備え、
前記複合材料シートに前記薄板ガラスが直接積層されていることを特徴とするフレキシブル基板。 - セルロースナノファイバーが植物由来のセルロースであることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル基板。
- セルロースナノファイバーがバクテリアセルロースであることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル基板。
- 非結晶性合成樹脂がヤング率0.1GPa以下の低弾性エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフレキシブル基板。
- 非結晶性合成樹脂がヤング率0.1GPa以下の低弾性アクリル樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフレキシブル基板。
- 薄板ガラスの厚さが20〜30μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のフレキシブル基板。
- セルロースナノファイバーの集合体に非結晶性合成樹脂を形成し得る含浸用液状物を含浸させる第1の工程と、
前記セルロースナノファイバーの集合体に薄板ガラスを密着させる第2の工程と、
前記セルロースナノファイバーの集合体に含浸させた前記含浸用液状物を紫外線照射により硬化させる第3の工程と、
を有することを特徴とするフレキシブル基板の製造方法
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