JP4929923B2 - ポリプロピレンフィルムおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)プロピレンを主体とするポリプロピレン樹脂からなるポリプロピレンフイルムであって、該ポリプロピレン樹脂に、230℃で測定した時の溶融張力(MS、単位:cN)とメルトフローレート(MFR、単位:g/10分)の関係が以下の式を満足する長鎖分岐構造または架橋構造を有するポリプロピレンが0.02〜3重量%含有せしめられると共に、該ポリプロピレン樹脂が少なくとも2つの融解ピークを有し、第一の融解ピーク温度が160〜172℃、第二の融解ピーク温度が148〜157℃であることを特徴とするポリプロピレンフイルム。
log(MS)>0.56・log(MFR)+0.74
(2)冷キシレン可溶部(CXS)が2.0重量%以下であることを特徴とする(1)項に記載のポリプロピレンフイルム。
(3)ポリプロピレン樹脂の数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)が5以下であることを特徴とする(1)または(2)項に記載のポリプロピレンフイルム。
(4)ポリプロピレン樹脂のメソペンタッド分率が0.95以上であることを特徴とする(1)〜(3)項のいずれかに記載のポリプロピレンフイルム。
(5)(1)〜(4)項のいずれかに記載の特徴を有するコンデンサ用ポリプロピレンフイルム。
1.包装用あるいは工業用として使用した際に、諸物性に優れ、厚み斑の少ないポリプロピレンフイルムが提供可能となる。
2.コンデンサ用絶縁材料として使用することで、静電容量の安定性、絶縁破壊特性等の電気特性に優れたポリプロピレンフイルムコンデンサを得ることができる。等の効果を奏するものである。
log(MS)>−0.56・log(MFR)+0.74
(ただし、MS:230℃で測定した溶融張力(cN)、MFR:メルトフローレート(g/10分) )
を満たすことである。すなわち、架橋構造の影響により、同一のMFRのポリプロピレン樹脂に比較して、溶融張力が上昇する。
一般にこの値が大きいとフィルムの表面が粗れていることを意味し、コンデンサ素子に巻き上げたときのフィルム層間の空隙率が大きくなり、小さいとフィルムの表面が平滑であることを意味し、コンデンサ素子に巻き上げたときのフィルム層間の空隙率が小さくなる。本発明のポリプロピレンフィルムにおいて、フィルムのΔdが0.04μm未満ではフィルムがすべりにくくなるため、しわ抑制効果が得られないといったフィルム加工上の問題が生じ、また、コンデンサ内ではフィルム層間の空隙率が小さくなるため、コンデンサ内で自己回復が起こった際に発生するガスや飛散金属が系外に抜けずに耐電圧特性に支障を及ぼすなどの不具合を発生させるので不適当である。0.25μmを超えるとコンデンサ素子の巻き取り時にフィルムがずれるといったフィルムの加工性の問題が生じ、また、コンデンサ内のフィルム層間空隙率が大きくなるため内部放電を起こしやすくなることが原因で、コンデンサに課電した際に経時に伴う容量減少が大きくなる、コンデンサの耐電圧が低下するなどの支障が出るので不適当である。
セイコー社製RDC220示差走査熱量計を用いて、下記の条件で測定を行った。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて単分散ポリスチレン基準により求めた。
重量平均分子量:Mw=Σ(Ni・Mi2)/Σ(Ni・Mi)
分子量分布: Mw/Mn
なお、測定条件は次の様にした(( )内はメーカーを示す)
装置: ゲル浸透クロマトグラフ GPC−150C (Waters)
検出器:示差屈折率検出器 RI 感度 32×、20% (Waters)
カラム:Shodex HT−806M(2)(昭和電工)
溶媒: 1,2,4−トリクロロベンゼン(BHT 0.1w/v%添加)(Ardrich)
流速: 1.0ml/min
温度: 135℃
試料: 溶解条件 165±5℃×10分(攪拌)
濃度 0.20w/v%
濾過 メンブレンフィルター孔径0.45μm(昭和電工)
注入量:200μl
分子量校正:単分散ポリスチレン(東ソー)を検体と同一条件で測定して得られた分子量と保持時間との関係を用い、ポリプロピレンの分子量とした。ポリスチレン基準の相対値である
データ処理:(株)東レリサーチセンター製GPCデータ処理システムによった。
試料を溶媒に溶解し、13C−NMRを用いて、以下の条件にてメソペンタッド分率(mmmm)を求める。
・測定条件
装置:Bruker社製、DRX−500
測定核:13C核(共鳴周波数:125.8MHz)
測定濃度:10wt%(試料10wt%、溶媒90wt%)
溶媒:ベンゼン/重オルトジクロロベンゼン=1:3混合溶液(容積比)
測定温度:130℃
スピン回転数:12Hz
NMR試料管:5mm管
パルス幅:45°(4.5μs)
パルス繰り返し時間:10秒
データポイント:64K
換算回数:10000回
測定モード:complete decoupling
・解析条件
LB(ラインブロードニングファクター)を1.0としてフーリエ変換を行い、mmmmピークを21.86ppmとした。WINFITソフト(Bruker社製)を用いて、ピーク分割を行う。その際に、高磁場側のピークから以下の様にピーク分割を行い、更にソフトの自動フィッテイングを行い、ピーク分割の最適化を行った上で、mmmmとss(mmmmのスピニングサイドバンドピーク)のピーク分率の合計をメソペンタッド分率(mmmm)とする。
・ピーク
(a)mrrm
(b)(c)rrrm(2つのピークとして分割)
(d)rrrr
(e)mrmm+rmrr
(f)mmrr
(g)mmmr
(h)ss(mmmmのスピニングサイドバンドピーク)
(i)mmmm
(j)rmmr
(4)極限粘度([η])
試料0.1mgを135℃のテトラリン100mlに溶解させ、この溶液を135℃の恒温槽中で粘度計を用いて測定し、比粘度Sにより次式にしたがって極限粘度[η]をもとめた(単位:dl/g)。
(5)冷キシレン可溶部(CXS)
ポリプロピレンフイルム試料0.5gを沸騰キシレン100mlに溶解して放冷後、20℃の恒温水槽で1時間再結晶化させた後にろ過液に溶解しているポリプロピレン系成分を液体クロマトグラフ法にて定量する(X(g))。試料0.5gの精量値(X0(g))を用いて以下の式で求める。
(6)製膜評価
A.ポリプロピレン樹脂の調整
X−PPの添加量が1%未満とする場合は予めX−PPを5%添加したマスターレジンを調整しておき、PP樹脂とX−PPマスター樹脂とを所定量チップブレンドして二軸延伸製膜装置の押出機に投入した。
二軸延伸装置は押出機、ロール式縦延伸装置、ステンター装置からなる逐次延伸方式の製膜装置を使用し、二軸延伸後コロナ放電処理を施して中間製品として巻き取った。巻き取られた中間製品は、30℃で12時間エージングしたのちにスリットして蒸着、評価した。
テンターの入り口で10mm×10mmの正方枡を有する碁盤目状の刻印(15枡×15枡)により、該正方枡をそれぞれの辺がフィルムの長手方向、幅方向に平行になるように一軸延伸フイルム上に転写し、得られた二軸延伸フイルムの各升目の面積(mm2)を求め、以下の式により延伸均一性を求めた。なお、測定する升目は升目パターンの転写性のよい1列分(フィルム幅方向)を選択して、その列の15枡分を測定した。
(7)140℃熱収縮率
JIS−Z−1712に準拠し、サンプルフイルムを熱風オーブン中で140℃、15分で以下の条件で保持した際の寸法変化率を熱収縮率とする。製膜のMD(長手方向)については5%以下、TD(幅方向)については2%以下であることが好ましい。
(b)オーブン条件:140℃、荷重3g
(c)測定長は処理前L0=100mmを基準として、処理前後のフイルム長さL1(mm)の精読値を用いて次式で求める
熱収縮率(%)=(L0−L1)/L0×100
(8)絶縁破壊電圧(V/μm)
JIS C2330(2001年版)7.4.11.2 B法(平板電極法)によった。フイルム厚みが4μm以上の場合は、絶縁破壊電圧が600V/μm以上、3μm以上4μm未満の場合は500V/μm以上であることが好ましい。また、2μm以上3μm未満の場合は400V/μm以上であることが好ましい。
上記(8)法に準じて、85℃の熱風オーブン中に電極を設置して、同様に絶縁破壊電圧を測定した。フイルム厚みが4μm以上においては、絶縁破壊電圧が500V/μm以上であることが好ましく、フイルム厚みが3μm以上4μm未満においては、400V/μm以上であることが好ましい。また、2μm以上3μm未満の場合は300V/μm以上であることが好ましい。
JIS C−2330(2001)の7.4.1.1によりマイクロメータ法厚さ(以下MMVという)を測定した
次いでJIS C−2330(2001)の7.4.1.2により質量法厚さ(以下WMVという)を測定した後、次式で求めた
Δd(μm)=MMV(μm)−WMV(μm)
(11)中心線平均粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rz)
JIS B−0601(1982)により、株式会社小坂研究所製「非接触三次元微細形状測定器(ET−30HK)」及び「三次元粗さ分析装置(MODEL SPA−11)」を用いて測定した。測定数は3とし、その平均値を用いた
詳細条件は次の通り
測定面処理:測定面にアルミニウムを真空蒸着し、非接触法とした
測定長:1mm
横倍率:200倍
縦倍率:20000倍
カットオフ:0.25mm
幅方向送り速度:0.1mm/秒
長さ方向送りピッチ:10μm
長さ方向送り数:20回
測定方向:フィルムの幅方向
(12)コンデンサ特性
図8の蒸着パターン(T型マージンパターン蒸着)にフィルムに蒸着を施し、小幅スリットした後に2枚のパターン蒸着フィルム同士を合わせ巻し、以下の条件で丸型素子を作成した。120℃で8時間真空中でエージングした後に溶射金属(亜鉛)を吹きつけてコンデンサ素子とした。蒸着幕抵抗は2Ω/□である。
巻き取り機 :皆藤製作所製KAW−4L
巻き取り速度:2000rpm
張力 :600g
<コンデンサ容量>
10μF(±1μF)
(a)ステップアップ耐電圧評価
500V+50V/10分の昇圧率で直流電圧を上げていった際の容量変化を求めた。この際、容量が初期値に対して20%減少した電圧(V20)と80%減少した電圧(V80)を求めた。評価素子数としては5個として、ショート破壊等が発生した場合には該素子は除いた値の平均値をもとめた
ここで、V20,V80の望ましい値は、フイルム厚みや蒸着パターンに依存する部分があり一概にいえないが、フイルム厚み2.5〜4μmで、今回使用したパターンを用いた場合、V20が350V/μm以上、V80が390V/μm以上であることが好ましい。
素子3個の素子作成直後の静電容量(C0)を測定し、次いで100℃のオーブン中で760VDCの印加し、48時間経過後の静電容量(C1)を測定して、次式で容量変化率(△C/C)を求めた。容量変化率は±5%以内であることが好ましい
△C/C(%)=(C1−C0)/C0×100
次に、本発明の実施例に基づき説明する。
プライムポリマ−(株)、Borealis社より、表1に示す特性のポリプロピレン樹脂を入手した。尚、表1で、Tmは融解温度を、Tmcは溶融結晶化温度を、mmmmはメソペンタッド分率を示す。
フィルム表面にアルミ蒸着膜を形成し、微分干渉顕微鏡(NIKON製OPTIPHOT)で観察する。
樹脂量として約150mgを230℃、10MPaで10分間、熱プレスし、試料を溶融する。熱プレス時の基材構成は、1mmステンレス板/0.2mmアルミ板/試料/0.2mmアルミ板/1mmステンレス板とした。この際、得られる溶融シート厚みは目安として0.03〜0.05mmとなるようにした。
140℃:3時間
130℃:10分
このようにして得られたシート状の試料中に形成された球晶の内、α型球晶(単斜晶)を観察し、試料の厚み方向に貫通している大きさの球晶を12〜18個選び出し、目視で0.1mm以下の幅になるように切り出す。次いで、切り出した球晶サンプルを偏光顕微鏡にセットして、断面方向で球晶が厚み方向に貫通している部分の位置を見定め、球晶に観察される4象限の何れかの中央部を観察点として定め、顕微鏡下で厚み(d)を正確に測定する。次いで、見定めた点を顕微鏡の観察中心にくるようにセットし、ベレックのコンペンセーターを用いてレターデーション(R)を決定する。
複屈折率(Δn)=R/d
子ラメラ分率 t=(1/3)(2・Δn/(nc−na*)+1)×100(%)
nc=1.5419 :c軸方向の屈折率
na*=1.5067 :a軸方向の屈折率
なお、本発明では子ラメラ量を測定する際の等温結晶化温度としては、150℃を標準条件として採用した。ポリプロピレンに少量の共重合成分を含むミニランダムポリプロピレン等では当該温度では結晶化しないか、あるいは結晶化しても十分な球晶成長が望めない。このような樹脂の場合は、得られるフィルム特性として耐熱性に劣るものが多く、特にコンデンサ用としては適さないものが多い。
プライムポリマー(株)製ポリプロピレン樹脂PP−A樹脂にBasell社製高溶融張力PP HMS PF−814を添加し、全樹脂中のHMS添加量が0.2重量%(実施例1),0.5重量%(実施例2)、0.9重量%(実施例3)、1.5重量%(実施例4)、3重量%(実施例5)となるように調整した。また、比較としてPP−A樹脂単独の樹脂を準備した。
Tmcは溶融結晶化温度を、MDは長手方向を、TDは幅方向を示す。
実施例1において、高溶融張力PPを添加しなかった以外は同様にしてフイルムを得た。延伸均一性に劣り、絶縁破壊電圧も劣っていた。
ポリプロピレン樹脂としてBorealis社製ポリプロピレン樹脂PP−BにBorealis社製HMS−Bを0.5重量%添加して、実施例1と同様にフイルムを得た。但しフイルム厚みは4μmとした。得られたフイルムは、TD熱収縮率が小さく、絶縁破壊電圧は高く優れていた。
実施例6においてHMSを添加せずに製膜したが、延伸均一性に劣り、TD熱収縮率が大きく、絶縁破壊電圧が劣ったものになった。
ポリプロピレン樹脂としてプライムポリマー(株)製ポリプロピレン樹脂PP−CにHMS−Bを0.5重量%添加して厚み4.5μmの二軸延伸フイルムを得た。延伸均一性に優れ、熱収縮率が小さく、絶縁破壊電圧が高く優れていた。
実施例7においてポリプロピレン樹脂PP−Cのみで製膜したが、熱収縮率が高く、絶縁破壊電圧が劣ったものになった。
極限粘度[η]が3.0dl/gのポリプロピレン樹脂を過酸化物と共に溶融押し出して、[η]が1.8dl/gとなるように調整して、Mw/Mnが4.5のポリプロピレン樹脂PP−Dを得た。この樹脂にHMS−Aを0.8重量%添加し、二軸延伸フイルムを製膜した。熱収縮率は小さく、絶縁破壊電圧も優れたフイルムが得られた。
実施例8においてPP−Dのみで二軸延伸を試みたが、横延伸工程でフイルムが破断して、二軸延伸することができなかった。
実施例2、比較例1で得られたフイルムを蒸着しコンデンサ評価を行った。それぞれ得られたコンデンサ素子を実施例9,比較例5とした。
ポリプロピレン樹脂として、住友化学(株)製の一般包装用ポリプロピレン樹脂PP−Eを用いて、HMS樹脂HMS−Aを0.8重量%添加したフイルム(実施例10)と添加しないフイルム(比較例6)を製膜した。製膜条件は実施例1に準じ、フイルム厚みは15μmとした。
ポリプロピレン樹脂組成として、実施例2と同じ樹脂組成(PP−A(99.5%)とHMS−A(0.5%))の樹脂を用いて、250℃で押出機より溶融押出し、Tダイよりシート状に押し出し、85℃の温度の冷却ロールで冷却固化した後、145℃の温度で長さ方向に5.5倍に延伸し、次いで両端をクリップで把持して熱風オーブン中に導いて、161℃の雰囲気で予熱後、157℃で横方向に9倍に延伸し、次いで、160℃の温度で熱処理した。その後、フィルムの片面に濡れ張力が42mN/mとなるようにコロナ放電処理を施してワインダーで巻き取った。こうして得られたフィルムは、厚みが2μmであり、Δdは0.06μmで、絶縁破壊電圧も500V/μmと優れていた。表2にその他特性をまとめて示す。
ポリプロピレン樹脂として、比較例1と同じ樹脂組成(PP−A(100%))を用いて、実施例11と同様の製膜条件でフィルムを得ようとしたが、横延伸時にオーブン中のフィルム破れが発生してフィルムを得ることができなかった。
2:融点
3:ベースライン
4:第一の融解ピーク
5:第二の融解ピーク
6:第一のピークと第二のピークとのピーク分割例
7:ショルダーピーク
8:親ラメラ
9:子ラメラ
10:ポリプロピレンの折り畳み鎖
a*、b、c:ポリプロピレンの結晶軸
R:球晶のラジアル方向
T:球晶のタンジェンシャル方向
A:50mm
B:2mm
C:0.6mm
D:0.5mm
E:17mm
F:0.3mm
11:金属蒸着部分
12:非蒸着(マージン)部分
Claims (5)
- プロピレンを主体とするポリプロピレン樹脂からなるポリプロピレンフイルムであって、該ポリプロピレン樹脂に、230℃で測定した時の溶融張力(MS、単位:cN)とメルトフローレート(MFR、単位:g/10分)の関係が以下の式を満足する長鎖分岐構造または架橋構造を有するポリプロピレンが0.02〜3重量%含有せしめられると共に、該ポリプロピレン樹脂が少なくとも2つの融解ピークを有し、第一の融解ピーク温度が160〜172℃、第二の融解ピーク温度が148〜157℃であることを特徴とするポリプロピレンフイルム。
log(MS)>0.56・log(MFR)+0.74 - 冷キシレン可溶部(CXS)が2.0重量%以下である請求項1に記載のポリプロピレンフイルム。
- ポリプロピレン樹脂の数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)が5以下である請求項1〜2のいずれかに記載のポリプロピレンフイルム。
- ポリプロピレン樹脂のメソペンタッド分率が0.95以上である請求項1〜3のいずれかに記載のポリプロピレンフイルム。
- コンデンサ用である請求項1〜4のいずれかに記載のポリプロピレンフイルム。
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