JP7024142B2 - 熱可塑性液晶ポリマーフィルム、積層体、および成形体、ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
〔態様1〕
光学的に異方性の溶融相を形成し得るポリマー(以下、熱可塑性液晶ポリマーと称する)で構成されたフィルムであって、動的粘弾性測定で求められる貯蔵弾性率のプロファイルにおいて、180℃以上(好ましくは190℃以上、より好ましくは200℃以上)の温度でゴム状平坦領域が存在し、200~280℃におけるゴム状平坦領域の貯蔵弾性率E’が80MPa以上(好ましくは100MPa以上、より好ましくは120MPa以上)である、熱可塑性液晶ポリマーフィルム。
〔態様2〕
280℃における貯蔵弾性率が60MPa以上(好ましくは70MPa以上、より好ましくは80MPa以上)である、態様1に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルム。
〔態様3〕
示差走査熱量計を用いて、室温から400℃の温度範囲で10℃/minの速度で昇温した際に現れる吸熱ピーク位置が、310℃以上(好ましくは315℃以上、より好ましくは320℃以上)である、態様1または2に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルム。
〔態様4〕
態様1~3のいずれか一態様に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムを少なくとも1層備える、積層体。
〔態様5〕
さらに、金属層を少なくとも1層備える、態様4に記載の積層体。
〔態様6〕
前記金属層が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金、およびこれらの複合金属種から選択される少なくとも一種で構成される、態様5に記載の積層体。
〔態様7〕
態様1~3のいずれか一態様に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムまたは態様4~6のいずれか一態様に記載の積層体から形成された、成形体。
〔態様8〕
配線板である、態様7に記載の成形体。
〔態様9〕
高周波用回路基板、車載用センサ、モバイル用回路基板、またはアンテナである、態様7または8に記載の成形体。
〔態様10〕
融点上昇速度Rtmが0.20℃/min以上(好ましくは0.22℃/min以上、より好ましくは0.25℃/min以上、さらに好ましくは0.26℃/min以上)の熱可塑性液晶ポリマーから構成される熱可塑性液晶ポリマーフィルム(材料フィルム)に対して、熱処理を行い耐熱化する、態様1~3のいずれか一態様に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
〔態様11〕
前記熱処理が、1段階または複数段階の熱処理であり、熱可塑性液晶ポリマーの融点(Tm0)とした場合、Tm0℃以下(好ましくはTm0℃未満、より好ましくは(Tm0-2)℃以下)で第1の熱処理を行い耐熱化する、態様10に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
〔態様12〕
熱源として、熱風オーブン、蒸気オーブン、電気ヒータ、赤外線ヒータ、セラミックヒータ、熱ロール、熱プレス、および電磁波照射機から選択された少なくとも一種が用いられる、態様10または11に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
〔態様13〕
前記熱処理が1段階である、態様10~12のいずれか一態様に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
〔態様14〕
熱可塑性液晶ポリマーで構成されたポリマー層を備える積層体であって、前記ポリマー層が融点上昇速度Rtmが0.20℃/min以上(好ましくは0.22℃/min以上、より好ましくは0.25℃/min以上、さらに好ましくは0.26℃/min以上)の熱可塑性液晶ポリマーから構成される積層体に対して、熱処理を行い耐熱化する、態様4~6のいずれか一態様に記載の積層体の製造方法。
〔態様15〕
前記熱処理が、1段階または複数段階の熱処理であり、熱可塑性液晶ポリマーの融点(Tm0)とした場合、Tm0℃以下(好ましくはTm0℃未満、より好ましくは(Tm0-2)℃以下)で第1の熱処理を行い耐熱化する、態様14に記載の積層体の製造方法。
〔態様16〕
熱源として、熱風オーブン、蒸気オーブン、電気ヒータ、赤外線ヒータ、セラミックヒータ、熱ロール、熱プレス、および電磁波照射機から選択された少なくとも一種が用いられる、態様14または15に記載の積層体の製造方法。
〔態様17〕
態様1~3のいずれか一態様に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルム、および/または態様4~6のいずれか一態様に記載の積層体に後加工を行うことにより、成形体を製造する方法。
本発明の熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、熱可塑性液晶ポリマーで構成される。この熱可塑性液晶ポリマーは、溶融成形できる液晶ポリマー(または光学的に異方性の溶融相を形成し得るポリマー)で構成され、溶融成形できる液晶ポリマーであればその化学的構成については特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性液晶ポリエステル、またはこれにアミド結合が導入された熱可塑性液晶ポリエステルアミドなどを挙げることができる。
また、Tm0の測定に用いた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを、Tm0-10℃で60分間処理した後、当該処理した熱可塑性液晶ポリマーフィルムの一部を試料容器に入れ、室温から400℃まで10℃/minの速度で昇温した際に現れる吸熱ピークの位置を、Tm0-10℃雰囲気下で60分間処理した熱可塑性液晶ポリマーフィルムの融点Tm’として測定する。これらの測定値に基づき、以下の式により、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを構成する熱可塑性液晶ポリマーの融点上昇速度Rtm(℃/min)を算出する。
Rtm=(Tm’-Tm0)/60
本発明の熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、融点上昇速度Rtmが0.20℃/min以上の熱可塑性液晶ポリマーから構成される熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム、材料フィルム)に対して、熱処理を行うことにより製造することが可能である。
熱処理の方法は、耐熱化された熱可塑性液晶ポリマーフィルムが特定の動的粘弾特性を有する限り特に限定されず、例えば、熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)をロールトゥロールなどにより直接熱処理してもよいし、一旦得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)と被着体とを積層した積層体を熱処理してもよいし、スパッタリングやめっきなどにより熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)上に金属層が直接形成された積層体を熱処理してもよい。このような積層体は、熱プレスや熱ローラー、ダブルベルトプレス等の熱圧着法を利用して製造する事が可能であるが、特にこれに限定されない。
(i)金属層/熱可塑性液晶ポリマーフィルム
(ii)金属層/熱可塑性液晶ポリマーフィルム/金属層
(iii)熱可塑性液晶ポリマーフィルム/熱可塑性液晶ポリマーフィルム/金属層
(iv)熱可塑性液晶ポリマーフィルム/金属層/熱可塑性液晶ポリマーフィルム
(v)金属層/熱可塑性液晶ポリマーフィルム/熱可塑性液晶ポリマーフィルム/金属層(vi)金属層/熱可塑性液晶ポリマーフィルム/金属層/熱可塑性液晶ポリマーフィルム/金属層
などの積層構造を有する物を挙げることができるが、これらに限定されない。
さらに、導体パターンが形成されたユニット回路基板を、他の基板材料に対して重ね合わせて多層化することにより配線板などの成形体(または回路基板)を製造してもよい。基板材料としては、上述の熱可塑性液晶ポリマーフィルム、金属層(金属箔)、ユニット回路基板などが例示でき、必要に応じて接着層を用いてもよい。
本発明の熱可塑性液晶ポリマーフィルム、積層体、および成形体は、熱処理によって、熱可塑性液晶ポリマーに特定の結晶構造が形成されるためか、熱可塑性液晶ポリマー部分が、動的粘弾性測定で求められる貯蔵弾性率のプロファイルにおいて、180℃以上の温度でゴム状平坦領域が存在し、200~280℃におけるゴム状平坦領域の貯蔵弾性率E’が80MPa以上である。
0≦UC≦2.0 (1)
0.1≦UC≦1.5 (2)
デジタル厚み計(株式会社ミツトヨ製)を用い、得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムをTD方向に1cm間隔で測定し、中心部および端部から任意に選んだ10点の平均値を膜厚とした。
(Tm)
示差走査熱量計(株式会社島津製作所製)を用いて、実施例および比較例で得られた熱処理後の熱可塑性液晶ポリマーフィルムから所定の大きさをサンプリングして試料容器に入れ、室温から400℃まで10℃/minの速度で昇温した際に現れる吸熱ピークの位置を熱可塑性液晶ポリマーフィルムの融点Tmとした。
示差走査熱量計(株式会社島津製作所製)を用いて、熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)から所定の大きさをサンプリングして試料容器に入れ、室温から400℃まで10℃/minの速度で昇温した後、室温まで10℃/minの速度で冷却し、再度室温から400℃まで10℃/minの速度で昇温した際に現れる吸熱ピークの位置を、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを構成する熱可塑性液晶ポリマーの融点Tm0とした。
Rtm=(Tm’-Tm0)/60
熱可塑性液晶ポリマーフィルムを縦10mm、横5mmに切り出し、試験片を作製した。粘弾性測定装置(NETZSCH製「DMA242E Artemis」)を用いて、試験片を試料ホルダに取り付け、周波数を1Hz、荷重を0.2N、測定モードを引張りモードとし、室温から350℃の温度範囲で5℃/minの昇温速度で貯蔵弾性率を測定した。
得られた貯蔵弾性率のプロファイル(縦軸:貯蔵弾性率(MPa)、横軸:温度(℃))において、200℃から280℃までの間で10℃毎の温度変化に対する貯蔵弾性率の変化量から傾きを算出した。算出した傾きの絶対値が5MPa/℃以下であり最も小さい温度変化範囲を求め、その温度変化範囲における中心の温度(例えば、200~210℃であれば205℃)での貯蔵弾性率をゴム状平坦領域の貯蔵弾性率E’として算出した。また、280℃における貯蔵弾性率を算出した。
また、180℃以上の温度で存在するゴム状平坦領域の接線と、当該ゴム状平坦領域より高温側の流動領域の接線との交点における温度を、ゴム状平坦領域の終点温度として算出した。
広角X線回折測定には、Bruker AXS社製、D8 Discover装置を使用した。熱可塑性液晶ポリマーフィルムを10mm四方に切り取り、標準的な試料ホルダに貼り付けた。データのS/N比を高めるため、熱可塑性液晶ポリマーフィルムはMD方向を一致させるように複数枚重ね、厚みが0.5mm程度になるように調整した。X線源はCuKαとし、フィラメント電圧を45kV、電流を110mAとした。コリメーターは0.3mmのものを使用した。
図1に示すように、熱可塑性液晶ポリマーフィルム1と金属箔2とを重ね合わせ、組立体を作製した。金属箔には、福田金属箔粉工業株式会社製CF-H9A-DS-HD2-12(厚さ12μm)を使用した。この組立体を北川精機株式会社製真空プレス機において、真空下、室温(25℃)より250℃に6℃/minで昇温させ、15分保持した後、300℃に6℃/minで昇温後、面圧4MPaの条件で熱圧着させ、10分後に250℃に7℃/minで降温、250℃到達後急冷により50℃になったことを確認し、真空を開放し、熱可塑性液晶ポリマーフィルム1と金属箔2とを備える金属張積層板3を作製した。
積層フローによる耐熱性は、多層積層基板四隅の熱可塑性液晶ポリマーフィルム形状変化を観察し評価した。図2に示すように、図1で得られた金属張積層板3を2枚、互いの熱可塑性液晶ポリマーフィルム1が合わさるように重ね合わせ、組立体を作製した。この組立体の上下面に、SUS板4およびクッション材5をそれぞれ配設して組立体を挟み込み、真空プレス機において、310℃、面圧2MPaの条件で熱圧着させ、多層積層基板を作製した。作製した多層積層基板四隅の熱可塑性液晶ポリマーフィルム形状変化を目視により観察し、以下の基準により評価した。
A:積層条件において、熱可塑性液晶ポリマーはほとんど流動せず、金属層から0.7mm以下のバリしか認められなかった。
B:積層条件において、熱可塑性液晶ポリマーはほとんど流動せず、金属層から0.7mmより大きく、1mm以下のバリしか認められなかった。
C:積層条件において、熱可塑性液晶ポリマーの流動により金属層から1mmより大きなバリが認められた。
熱可塑性液晶ポリマーの重合の代表例として実施例1の方法は以下である。p-ヒドロキシ安息香酸、2-ヒドロキシ-6-ナフトエ酸、および無水酢酸を投入し、アセチル化(160℃、還流下約2時間)後、1℃/minで昇温し340℃で保持し、60分間減圧処理(1000Pa)を行い、溶融重縮合を行った。
(1)6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸単位23モル部、p-ヒドロキシ安息香酸単位77モル部のモル比率からなるサーモトロピック液晶性ポリエステルを重合し、インフレーションダイより押出成形し、厚さ50μmの熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)を得た。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)を構成する熱可塑性液晶ポリマーのTm0は310℃であった。
(2)上記で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)について、280℃で3時間熱処理した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムのTmは317℃であった。
(3)上記(2)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、図3は、実施例1で得られた熱処理後の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの動的粘弾性測定による貯蔵弾性率の温度依存性に関するプロファイルを示すグラフであり、貯蔵弾性率E’は245℃における貯蔵弾性率の数値を表す。
(1)6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸単位20モル部、p-ヒドロキシ安息香酸単位80モル部、テレフタル酸単位1モル部のモル比率からなるサーモトロピック液晶性ポリエステルを重合し、インフレーションダイより押出成形し、厚さ50μmの熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)を得た。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)を構成する熱可塑性液晶ポリマーのTm0は320℃であった。
(2)上記で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)について、300℃で1時間熱処理した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムのTmは334℃であった。
(3)上記(2)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、貯蔵弾性率E’は265℃における貯蔵弾性率の数値を表す。
(1)6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸単位20モル部、p-ヒドロキシ安息香酸単位80モル部、テレフタル酸単位1モル部のモル比率からなるサーモトロピック液晶性ポリエステルを重合し、インフレーションダイより押出成形し、厚さ50μmの熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)を得た。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)を構成する熱可塑性液晶ポリマーのTm0は320℃であった。
(2)上記で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルム(耐熱化前フィルム)について、310℃で1時間熱処理した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムのTmは347℃であった。
(3)上記(2)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、貯蔵弾性率E’は265℃における貯蔵弾性率の数値を表す。
(1)6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸単位27モル部、p-ヒドロキシ安息香酸単位73モル部のモル比率からなるサーモトロピック液晶性ポリエステルを重合し、インフレーションダイより押出し、厚さ50μmの熱可塑性液晶ポリマーフィルムを得た。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを構成する熱可塑性液晶ポリマーのTm0は280℃であった。
(2)上記(1)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、動的粘弾性測定において、180℃以上の温度で貯蔵弾性率のゴム状平坦領域は検出されなかった。
(1)6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸単位23モル部、p-ヒドロキシ安息香酸単位77モル部のモル比率からなるサーモトロピック液晶性ポリエステルを重合し、インフレーションダイより押出し、厚さ50μmの熱可塑性液晶ポリマーフィルムを得た。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを構成する熱可塑性液晶ポリマーのTm0は310℃であった。
(2)上記(1)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、図4は、比較例2で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムの動的粘弾性測定による貯蔵弾性率の温度依存性に関するプロファイルを示すグラフであるが、この図に示すように、180℃以上の温度で貯蔵弾性率のゴム状平坦領域は検出されなかった。
(1)6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸単位20モル部、p-ヒドロキシ安息香酸単位80モル部、テレフタル酸1モル部のモル比率からなるサーモトロピック液晶性ポリエステルを重合し、インフレーションダイより押出し、厚さ50μmの熱可塑性液晶ポリマーフィルムを得た。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを構成する熱可塑性液晶ポリマーのTm0は320℃であった。
(2)上記(1)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、動的粘弾性測定において、180℃以上の温度で貯蔵弾性率のゴム状平坦領域は検出されなかった。
(1)比較例1の材料を280℃で3時間熱処理した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムのTmは313℃であった。
(2)上記(1)で得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムを用いて金属張積層板、多層積層基板を作製した。得られた熱可塑性液晶ポリマーフィルムと多層積層基板について、示差走査熱量測定、動的粘弾性測定、広角X線回折測定、および積層フローについての評価を行った結果は、表7に示す通りである。なお、図5は、比較例4で得られた熱処理後の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの動的粘弾性測定による貯蔵弾性率の温度依存性に関するプロファイルを示すグラフであり、貯蔵弾性率E’は245℃における貯蔵弾性率の数値を表す。
2・・・金属層(銅箔)
3・・・金属張積層板
4・・・SUS板
5・・・クッション材
Claims (17)
- 光学的に異方性の溶融相を形成し得るポリマー(以下、熱可塑性液晶ポリマーと称する)で構成されたフィルムであって、動的粘弾性測定で求められる貯蔵弾性率のプロファイルにおいて、180℃以上の温度でゴム状平坦領域が存在し、200~280℃におけるゴム状平坦領域の貯蔵弾性率E’が80MPa以上である、熱可塑性液晶ポリマーフィルム。
- 280℃における貯蔵弾性率が60MPa以上である、請求項1に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルム。
- 示差走査熱量計を用いて、室温から400℃の温度範囲で10℃/minの速度で昇温した際に現れる吸熱ピーク位置が、310℃以上である、請求項1または2に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルム。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムを少なくとも1層備える、積層体。
- さらに、金属層を少なくとも1層備える、請求項4に記載の積層体。
- 前記金属層が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金、およびこれらの複合金属種から選択される少なくとも一種で構成される、請求項5に記載の積層体。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムまたは請求項4~6のいずれか一項に記載の積層体から形成された、成形体。
- 配線板である、請求項7に記載の成形体。
- 高周波用回路基板、車載用センサ、モバイル用回路基板、またはアンテナである、請求項7または8に記載の成形体。
- 融点上昇速度Rtmが0.20℃/min以上の熱可塑性液晶ポリマーから構成される熱可塑性液晶ポリマーフィルムに対して、熱処理を行い耐熱化する、請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
- 前記熱処理が、1段階または複数段階の熱処理であり、熱可塑性液晶ポリマーの融点(Tm0)とした場合、Tm0℃以下で第1の熱処理を行い耐熱化する、請求項10に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
- 熱源として、熱風オーブン、蒸気オーブン、電気ヒータ、赤外線ヒータ、セラミックヒータ、熱ロール、熱プレス、および電磁波照射機から選択された少なくとも一種が用いられる、請求項10または11に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
- 前記熱処理が1段階である、請求項10~12のいずれか一項に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの製造方法。
- 熱可塑性液晶ポリマーで構成されたポリマー層を備える積層体であって、前記ポリマー層が融点上昇速度Rtmが0.20℃/min以上の熱可塑性液晶ポリマーから構成される積層体に対して、熱処理を行い耐熱化する、請求項4~6のいずれか一項に記載の積層体の製造方法。
- 前記熱処理が、1段階または複数段階の熱処理であり、熱可塑性液晶ポリマーの融点(Tm0)とした場合、Tm0℃以下で第1の熱処理を行い耐熱化する、請求項14に記載の積層体の製造方法。
- 熱源として、熱風オーブン、蒸気オーブン、電気ヒータ、赤外線ヒータ、セラミックヒータ、熱ロール、熱プレス、および電磁波照射機から選択された少なくとも一種が用いられる、請求項14または15に記載の積層体の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性液晶ポリマーフィルム、および/または請求項4~6のいずれか一項に記載の積層体に後加工を行うことにより、成形体を製造する方法。
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