JP5876686B2 - 絶縁性材料 - Google Patents
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Description
本発明に係る絶縁性材料は、極性基と炭化水素基とを含み、たとえばポリエステルイミド樹脂材料またはポリエステル樹脂材料である。
本発明に係る絶縁性材料がイミド結合とエステル結合とを含む場合、たとえば本発明に係る絶縁性材料が後述のポリエステルイミド樹脂材料である場合、当該絶縁性材料におけるエステル結合のモル数に対するイミド結合のモル数の割合(以下では「イミド/エステル」と記すことがある)は、好ましくは0.7以上である。本発明者らは、イミド/エステルが大きくなるとポリエステルイミド樹脂材料の誘電率が低下する傾向にあるという知見を得ている。この知見から、イミド/エステルが0.7以上であれば、ピーク面積比が1.0以下の絶縁性材料を提供できる。
ポリエステルイミド樹脂材料とは、分子内にエステル結合とイミド結合とを有する樹脂材料であり、カルボン酸無水物(酸無水物)とアミンとで形成されるイミド、アルコールとカルボン酸とで形成されるポリエステル、そして、イミドの遊離酸基または無水基がエステル形成反応に加わることで形成される。このようなポリエステルイミド樹脂は、イミド化、エステル化、およびエステル交換反応が生じるような条件で合成される。
カルボン酸類は、上述のように、カルボン酸、カルボン酸のアルキルエステル、および酸無水物を含む。
アルコール類は、2価アルコール、3価以上のアルコール、およびイソシアヌレート環を有するアルコールを含む。
ジアミンは、特に限定されず、4,4’−メチレンジフェニルジアミン(MDA、MDAは4,4'-methylene dianilinの略語)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、1,4−ジアミノナフタレン、ヘキサメチレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、または2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニルプロパン(BAPP、BAPPは2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl] propane)などであれば良い。ジアミンは、好ましくは芳香族アミンであり、より好ましくは2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニルプロパンである。これにより、ピーク面積比が0.8以下のポリエステルイミド樹脂材料を提供できる。
ジイソシアネートは、特に限定されず、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ジフェニルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−3,4’−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−4,4’−ジイソシアネート、ベンゾフェノン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルスルホン−4,4’−ジイソシアネート、トリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、ナフチレン1,5−ジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネートであれば良い。
本発明に係るポリエステルイミド樹脂材料の合成には、チタン系の触媒(好ましくはチタンアルコキシド)を用いても良い。チタンアルコキシドは、特に限定されず、テトラメチルチタネート、テトラプロピルチタネート(TPT、TPTはtetra propyl titanateの略語)、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート(TBT)、またはテトラヘキシルチタネートなどであれば良い。このような触媒は、ポリエステルイミド樹脂形成成分100質量部に対して2質量部以上10質量部以下配合されることが好ましい。
ポリエステルイミド樹脂材料を構成するモノマーを合成系内に投入してから加熱し、80℃〜250℃で反応させる。上記モノマーの配合順序は特に限定されず、合成系内に一括投入しても良い。ポリエステルイミド合成反応は、有機溶剤の存在下で行なっても良く、溶剤の不存在下で行なっても良い。この反応を有機溶剤の存在下で行なう場合には、有機溶剤で希釈してから80℃〜250℃で反応させれば良い。
本発明におけるポリエステル樹脂材料は、下記<カルボン酸類>と下記<アルコール類>とを反応させることにより得られる。
カルボン酸類は、特に限定されず、テレフタル酸、イソフタル酸、またはナフタレンジカルボン酸などであれば良い。カルボン酸類は、コストの面ではテレフタル酸またはイソフタル酸であることが好ましく、誘電率の観点ではナフタレンジカルボン酸であることが好ましい。これにより、ピーク面積比が1.0以下のポリエステル樹脂材料を提供できる。
アルコール類は、特に限定されず、エチレングリコール、ジエチレングリコール、またはTHEICなどであれば良く、好ましくはエチレングリコールまたはTHEICである。これにより、ピーク面積比が1.0以下のポリエステル樹脂材料を提供できる。
本発明に係るポリエステル樹脂材料の合成には、チタンイソプロポキシド、またはチタンエトキシドなどの触媒を用いても良い。このような触媒は、ポリエステル樹脂形成成分100質量部に対して0.1質量部以上1質量部以下配合されることが好ましい。
ポリエステル樹脂材料を構成するモノマーを合成系内に投入してから加熱し、80℃〜250℃で反応させる。上記モノマーの配合順序は特に限定されず、合成系内に一括投入しても良い。ポリエステル合成反応は、有機溶剤の存在下で行なっても良く、溶剤の不存在下で行なっても良い。この反応を有機溶剤の存在下で行なう場合には、有機溶剤で希釈してから80℃〜250℃で反応させれば良い。
本発明に係るワニスは、本発明に係る絶縁性材料を有機溶剤で希釈してから、硬化剤を添加し、必要に応じて硬化剤以外の成分(添加剤)も添加することにより、得られる。
有機溶剤は、特に限定されないが、ポリエステルイミド樹脂系ワニスの有機溶剤として従来より用いられている有機溶剤を用いることができる。たとえば、有機溶剤は、N−メチルピロリドン、クレゾール酸、m−クレゾール、p−クレゾール、フェノール、キシレノール、キシレン、またはセロソルブ類などである。不揮発分(ポリエステルイミド樹脂材料)の濃度が40質量%以上50質量%以下となるように、ポリエステルイミド樹脂材料を有機溶剤で希釈する。
有機溶剤は、特に限定されず、クレゾール、フェノール、またはアセトフェノンなどであれば良く、好ましくはクレゾール、またはフェノールである。
本発明に係る絶縁電線は、本発明に係るワニスからなる絶縁皮膜が導体上に形成されて構成されたものである。
<ポリエステルイミド樹脂材料の合成>
表1に示す配合に基づいてTMA、TPA、NDCA、MDA、BAPP、EGおよびTHEICを混合し、表1に示す配合に基づいてTPT原液を混合して、80℃まで昇温させた。その後、1時間かけて80℃から180℃まで昇温させ、4時間かけて180℃から235℃まで昇温させ、235℃で3時間保持した。
下記の式を用いて、実施例1〜3および比較例1〜4におけるポリエステルイミド樹脂材料のOH/COOHを算出した。得られた結果を表1の「OH/COOH」に記す
OHのモル数=EGのモル数×2+THEICのモル数×3
COOHのモル数=TPAのモル数×2+TMAのモル数×1。
下記の式を用いて、実施例1〜3および比較例1〜4におけるポリエステルイミド樹脂材料のイミド/エステルを算出した。得られた結果を表1の「イミド/エステル」に記す
イミド結合のモル数=ジアミンのモル数×2
エステル結合のモル数=TPAのモル数×2+TMAのモル数×1。
下記式を用いて、実施例1〜3および比較例1〜4におけるポリエステルイミド樹脂材料のTHEIC/EGを算出した。得られた結果を表1の「THEIC/EG」に記す。
フェノールとクレゾールとの混合溶剤(ネオケミカル株式会社製、商品名SCX−1)とソルベントナフサ(丸善石油株式会社製、商品名スワゾール♯1000)との混合比率が(混合溶剤):(ソルベントナフサ)=80:20(体積比)となるように、混合溶剤とソルベントナフサとを混合して有機溶剤を調製した。実施例1〜3および比較例1〜4におけるポリエステルイミド樹脂材料の濃度が50質量%となるように、調製された有機溶剤に上記ポリエステルイミド樹脂材料を希釈させた。
ポリエステルイミド樹脂系ワニスを銅線(直径が1.0mm)の表面上に塗布して炉温450℃で焼き付けた。これにより、銅線の表面上にポリエステルイミド樹脂系ワニスからなる絶縁皮膜(厚みが35μmである)が形成されてなる絶縁電線を得た。
得られた絶縁電線を食塩水中で電気分解させてから、乾燥させた。その後、絶縁電線を構成する絶縁皮膜を60℃で12時間、真空乾燥させた。その後、絶縁皮膜をダイヤモンドアンビルセル(住友電気工業株式会社製、Diamond EX'Press)で押しつぶして、近赤外吸収スペクトル測定用のサンプルを作製した。
得られた近赤外吸収スペクトルに対して、炭化水素基のピークの裾における強度、具体的には6234cm-1および5406cm-1のそれぞれにおける強度をベースとするベースライン補正を行なった。その後、炭化水素基のピーク(ピーク波数が6009cm-1)のピーク面積値を算出し、極性基のピーク(ピーク波数が5239cm-1)のピーク面積値を算出して、そのピーク面積比を求めた。得られた結果を表1の「ピーク面積比」に記す。
測定された絶縁電線を用いてポリエステルイミド樹脂材料の誘電率を測定した。具体的には、図2に示すように、絶縁電線の一端側において銅線11を絶縁皮膜12から露出させた。次に、絶縁電線の表面の3箇所に銀ペーストを塗布した。3つの銀ペースト塗布部分のうち、両端に位置する銀ペースト塗布部分13Aの塗布幅はそれぞれ10mmであり、中央に位置する銀ペースト塗布部分13Bの塗布幅は100mmであった。そして、LCRメータで銅線11と中央に位置する銀ペースト塗布部分13Bとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量の値と絶縁皮膜12の厚みとからポリエステルイミド樹脂材料の誘電率を算出した。得られた結果を表1の「誘電率」に記す。
Claims (5)
- 極性基と炭化水素基とを含む絶縁性材料であって、
前記絶縁性材料の近赤外吸収スペクトルに現れるピークのうち、前記炭化水素基に由来する炭化水素基のピークのピーク面積に対する前記極性基に由来する極性基のピークのピーク面積の割合は、1.0以下であり、
前記炭化水素基のピークは、前記炭化水素基を構成する炭素原子と水素原子との伸縮振動に由来し、
前記極性基のピークは、前記極性基を構成する酸素原子または窒素原子と水素原子との伸縮振動に由来し、
エステル結合およびイミド結合を含み、
前記エステル結合のモル数に対する前記イミド結合のモル数の割合が0.7以上であり、
モノマーとしてジアミン、カルボン酸類、アルコール類を含む混合物から合成したポリエステルイミド樹脂であり、前記ジアミンは、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンである絶縁性材料。 - 前記炭化水素基のピークのピーク面積に対する前記極性基のピークのピーク面積の割合は、0.4以上0.8以下である請求項1に記載の絶縁性材料。
- 前記極性基は、ヒドロキシル基、イミド基およびアミド基のうちの少なくとも1つである請求項1または2に記載の絶縁性材料。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁性材料を含むワニス。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁性材料を含む絶縁電線。
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