高分子压电膜的制作方法

文档序号:11531481阅读:361来源:国知局

本发明涉及高分子压电膜。



背景技术:

作为压电材料,以往多使用作为陶瓷材料的pzt(pbzro3-pbtio3系固溶体),但由于pzt含有铅,因此正在越来越多地使用环境负担小且富有柔软性的高分子压电材料。

作为高分子压电材料,以尼龙11、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚脲等为代表的极化型高分子、和以聚偏氟乙烯(β型)(pvdf)、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(p(vdf-trfe))(75/25)等为代表的强介电性高分子是已知的。

近年来,除了上述的高分子压电材料以外,聚乳酸等具有光学活性的脂肪族系聚酯的使用也受到关注。已知聚乳酸系高分子仅通过机械拉伸操作即可呈现出压电性。

具有光学活性的高分子中,例如,聚乳酸系高分子这样的高分子结晶的压电性是由存在于螺旋轴方向的c=o键的永久偶极子产生的。尤其是对于聚乳酸系高分子而言,侧链相对于主链的体积分数小,单位体积的永久偶极子的比例大,在具有螺旋手性的高分子中也可以说是理想的高分子。

仅通过拉伸处理即可呈现出压电性的聚乳酸系高分子不需要进行极化处理,且已知其压电系数在数年内不会减少。

如上所述,聚乳酸系高分子具有多种压电特性,因此,报道了各种使用聚乳酸的高分子压电材料。(例如参见文献1~4)。

文献1:日本特开平5-152638号公报

文献2:日本特开2005-213376号公报

文献3:日本特开2014-086703号公报

文献4:日本特开2014-027055号公报



技术实现要素:

发明所要解决的课题

然而,为了使上述的高分子压电材料呈现出压电性,需要使分子链在至少一个方向上取向。例如,在形成文献3中记载那样的沿纵向拉伸而成的单轴拉伸膜时,存在容易在与拉伸方向(分子链取向的方向)正交且与膜的主面平行的方向上产生厚度不均的倾向。对于通常的聚对苯二甲酸乙二醇酯或不呈现出压电性的螺旋手性高分子的双轴拉伸膜而言,由于以同等程度的倍率沿纵向及横向进行拉伸,因而厚度不均容易被缓和。然而,当产生厚度不均时,将在膜表面上产生波纹(waviness),因此,容易发生外观的恶化。为此,存在要求减少厚度不均的情况。

另一方面,文献4中提出了下述方案:若制成将多片沿相对于制膜方向倾斜的方向进行了拉伸的膜层叠而成的层叠体,则即使在以相同条件形成多片膜的情况下,层叠体的厚度不均、压电系数的偏差也降低。

然而,根据本申请的发明人们的研究,发现即使减少单层膜中同一膜面内的厚度不均,也存在单层膜的压电性的偏差未必降低的倾向。

因此,本发明的课题在于提供一种减少了高分子压电膜的厚度不均、压电性的偏差被降低了的高分子压电膜。

用于解决课题的手段

用于达成上述课题的具体手段例如如下所述。

[1]高分子压电膜,其包含重均分子量为5万~100万的具有光学活性的螺旋手性高分子(a),

对于上述高分子压电膜而言,

利用dsc法得到的结晶度为20%~80%,

利用微波透射型分子取向计测得的将基准厚度设定为50μm时的标准化分子取向morc为3.5~15.0,

利用在线膜厚计测得的表示膜的宽度方向的位置与膜的厚度的关系的波形中,每1000mm膜宽的下述峰a的个数为20个以下。

峰a:峰高为1.5μm以上,并且,峰斜率为0.000035以上

[2]如[1]所述的高分子压电膜,其中,上述利用在线膜厚计测得的表示膜的宽度方向的位置与膜的厚度的关系的波形中,每1000mm膜宽的下述峰b的个数为12个以下。

峰b:峰高为1.5μm以上,

并且,峰斜率为0.00008以上

[3]如[1]或[2]所述的高分子压电膜,其中,相对于可见光线的内部雾度为50%以下,并且,于25℃利用应力-电荷法测得的压电常数d14为1pc/n以上。

[4]如[1]~[3]中任一项所述的高分子压电膜,其中,相对于可见光线的内部雾度为13%以下。

[5]如[1]~[4]中任一项所述的高分子压电膜,其中,上述螺旋手性高分子(a)为具有包含下述式(1)表示的重复单元的主链的聚乳酸系高分子。

[6]如[1]~[5]中任一项所述的高分子压电膜,其中,上述螺旋手性高分子(a)的含量为80质量%以上。

[7]如[1]~[6]中任一项所述的高分子压电膜,其中,上述标准化分子取向morc与上述结晶度的乘积为40~700。

[8]如[1]~[7]中任一项所述的高分子压电膜,其中,相对于可见光线的内部雾度为1.0%以下。

[9]如[1]~[8]中任一项所述的高分子压电膜,其中,以相对于100质量份的上述螺旋手性高分子(a)为0.01质量份~10质量份的量,包含具有下述官能团的重均分子量为200~60000的稳定剂(b),所述官能团为选自由碳二亚胺基、环氧基、及异氰酸酯基组成的组中的1种以上。

[10]如[1]~[9]中任一项所述的高分子压电膜,其中,每1000mm膜宽的上述峰a的个数为15个以下。

[11]如[1]~[10]中任一项所述的高分子压电膜,其中,每1000mm膜宽的上述峰a的个数为10个以下。

[12]如[1]~[11]中任一项所述的高分子压电膜,其中,每1000mm膜宽的上述峰b的个数为10个以下。

[13]如[1]~[12]中任一项所述的高分子压电膜,其中,每1000mm膜宽的上述峰b的个数为8个以下。

发明的效果

通过本发明,可提供减少了高分子压电膜的厚度不均、压电性的偏差被降低了的高分子压电膜。

附图说明

[图1]为示出表示本实施方式涉及的高分子压电膜的宽度方向的位置与厚度的关系的波形的一例的图。

具体实施方式

以下,对作为本发明的一例的实施方式进行说明。

本说明书中,使用“~”表示的数值范围是指包含记载于“~”前后的数值作为下限值及上限值的范围。

另外,本说明书中,“膜”为下述概念:不仅包括通常被称为“膜”的物体,还包括通常被称为“片材”的物体。

<高分子压电膜>

对于本实施方式的高分子压电膜而言,其包含重均分子量为5万~100万的具有光学活性的螺旋手性高分子(a),利用dsc法得到的结晶度为20%~80%,利用微波透射型分子取向计测得的将基准厚度设定为50μm时的标准化分子取向morc为3.5~15.0。

而且,利用在线膜厚计测得的表示膜的宽度方向的位置与膜的厚度的关系的波形中,每1000mm膜宽的峰a的个数为20个以下。

此处,峰a是表示峰高为1.5μm以上、并且峰斜率为0.000035以上的峰。另外,峰斜率是将峰高除以峰间距离而得到的值,以绝对值表示。需要说明的是,峰的详情如后文所述。

对高分子压电膜进行单轴拉伸时,存在容易产生厚度不均的倾向。产生厚度不均时,由于厚度不均而导致在膜的表面产生波纹,在应用于例如设备(device)等的情况下,产生外观(目视、正交尼科尔下等)恶化这样的问题。因此,存在要求改善外观上的问题的情况。

认为通过减少膜的厚度不均从而波纹的产生被抑制,并认为由此可改善外观上的问题。然而,即使为了改善厚度不均而以减小例如将最大厚度与最小厚度之差除以平均厚度而得到的比例(以下,也称为厚度r%)、厚度的标准偏差(它们均为表示厚度不均的一项指标)的数值的方式制造膜,也无法充分地改善外观上的问题。此外,根据本申请的发明人们的研究,发现充分抑制压电性的偏差是困难的。

厚度的标准偏差、厚度r%是膜的整体厚度的平均信息,仅通过单纯地将这些数值抑制在低水平,难以减少外观上的问题、压电性的偏差,因此,推测波纹是由膜的急剧的厚度变化而导致的。

因此,本申请的发明人们进行了深入研究,结果,为了抑制急剧的厚度变化(认为其导致波纹、压电性的偏差的产生),着眼于厚度峰的高度、和该峰的斜率。而且发现,通过以厚度峰满足特定条件的方式制造膜,从而可得到减少了高分子压电膜的厚度不均、外观上的问题得以改善、压电性的偏差被降低了的高分子压电膜,从而完成了本发明。

即,对于本实施方式涉及的高分子压电膜而言,通过上述构成,可提供减少了高分子压电膜的厚度不均、压电性的偏差被降低了的高分子压电膜。

〔具有光学活性的螺旋手性高分子(a)〕

作为高分子压电膜,包含具有光学活性的螺旋手性高分子(a)。

螺旋手性高分子(a)是重均分子量为5万~100万且具有光学活性的螺旋手性高分子。

此处,所谓“具有光学活性的螺旋手性高分子”,是指分子结构为螺旋结构且具有分子光学活性的高分子。

螺旋手性高分子(a)是上述的“具有光学活性的螺旋手性高分子”中重均分子量为5万~100万的高分子。

作为上述螺旋手性高分子(a),例如,可举出多肽、纤维素衍生物、聚乳酸系高分子、聚环氧丙烷、聚(β-羟基丁酸)等。

作为上述多肽,例如,可举出聚(戊二酸γ-苄酯)、聚(戊二酸γ-甲酯)等。

作为上述纤维素衍生物,例如,可举出乙酸纤维素、氰乙基纤维素等。

对于螺旋手性高分子(a)而言,从提高高分子压电膜的压电性的观点考虑,光学纯度优选为95.00%ee以上,更优选为96.00%ee以上,进一步优选为99.00%ee以上,更进一步优选为99.99%ee以上。特别优选为100.00%ee。认为通过使螺旋手性高分子(a)的光学纯度为上述范围,从而呈现出压电性的高分子结晶的堆积性(packingproperty)提高,结果压电性提高。

此处,螺旋手性高分子(a)的光学纯度是利用下式算出的值。

光学纯度(%ee)=100×|l体量-d体量|/(l体量+d体量)

即,螺旋手性高分子(a)的光学纯度为:

用“螺旋手性高分子(a)的l体的量〔质量%〕与螺旋手性高分子(a)的d体的量〔质量%〕的量差(绝对值)”除以“螺旋手性高分子(a)的l体的量〔质量%〕与螺旋手性高分子(a)的d体的量〔质量%〕的总量”,并将所得的数值乘以100而得到的值。

需要说明的是,螺旋手性高分子(a)的l体的量〔质量%〕和螺旋手性高分子(a)的d体的量〔质量%〕使用通过利用了高效液相色谱法(hplc)的方法而得到的值。具体的测定的详情如后文所述。

作为上述螺旋手性高分子(a),从提高光学纯度、提高压电性的观点考虑,优选为具有包含下述式(1)表示的重复单元的主链的高分子。

作为以上述式(1)表示的重复单元为主链的高分子,可举出聚乳酸系高分子。

此处,所谓聚乳酸系高分子,是指“聚乳酸(仅由来自选自l-乳酸及d-乳酸中的单体的重复单元构成的高分子)”、“l-乳酸或d-乳酸和能与该l-乳酸或d-乳酸共聚的化合物形成的共聚物”、或两者的混合物。

聚乳酸系高分子中,优选聚乳酸,最优选l-乳酸的均聚物(plla)或d-乳酸的均聚物(pdla)。

聚乳酸是乳酸通过酯键而聚合并较长地连接而成的高分子。

已知聚乳酸可通过下述方法制造:经由丙交酯的丙交酯法;在溶剂中于减压下对乳酸进行加热、在除去水的同时使其聚合的直接聚合法;等等。

作为聚乳酸,可举出l-乳酸的均聚物、d-乳酸的均聚物、包含l-乳酸及d-乳酸中的至少一方的聚合物的嵌段共聚物、以及包含l-乳酸及d-乳酸中的至少一方的聚合物的接枝共聚物。

作为上述“能与l-乳酸或d-乳酸共聚的化合物”,可举出:羟基乙酸、二甲基羟基乙酸、3-羟基丁酸、4-羟基丁酸、2-羟基丙酸、3-羟基丙酸、2-羟基戊酸、3-羟基戊酸、4-羟基戊酸、5-羟基戊酸、2-羟基己酸、3-羟基己酸、4-羟基己酸、5-羟基己酸、6-羟基己酸、6-羟基甲基己酸、苯乙醇酸等羟基羧酸;乙交酯、β-甲基-δ-戊内酯、γ-戊内酯、ε-己内酯等环状酯;草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、对苯二甲酸等多元羧酸、及这些多元羧酸的酐;乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,9-壬二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇、1,4-己烷二甲醇等多元醇;纤维素等多糖类;α-氨基酸等氨基羧酸;等等。

作为上述“l-乳酸或d-乳酸和能与该l-乳酸或d-乳酸共聚的化合物形成的共聚物”,可举出具有能够生成螺旋结晶的聚乳酸序列的嵌段共聚物或接枝共聚物。

另外,螺旋手性高分子(a)中的来自共聚物成分的结构的浓度优选为20mol%以下。

例如,螺旋手性高分子(a)为聚乳酸系高分子时,相对于聚乳酸系高分子中的来自乳酸的结构、和来自能与乳酸共聚的化合物(共聚物成分)的结构的总摩尔数而言,来自共聚物成分的结构的浓度优选为20mol%以下。

聚乳酸系高分子例如可通过下述方法制造:日本特开昭59-096123号公报、及日本特开平7-033861号公报中记载的将乳酸直接脱水缩合而获得的方法;美国专利2,668,182号及美国专利4,057,357号等中记载的使用乳酸的环状二聚物即丙交酯进行开环聚合的方法;等等。

此外,对于利用上述各制造方法得到的聚乳酸系高分子而言,为了使光学纯度为95.00%ee以上,例如在利用丙交酯法制造聚乳酸时,优选将已通过晶析操作使光学纯度提高至95.00%ee以上的光学纯度的丙交酯进行聚合。

(重均分子量)

如上所述,螺旋手性高分子(a)的重均分子量(mw)为5万~100万。

通过使螺旋手性高分子(a)的mw为5万以上,从而高分子压电膜的机械强度提高。上述mw优选为10万以上,进一步优选为20万以上。

另一方面,通过使螺旋手性高分子(a)的mw为100万以下,从而通过成型(例如挤出成型)而得到高分子压电膜时的成型性提高。上述mw优选为80万以下,进一步优选为30万以下。

另外,对于螺旋手性高分子(a)的分子量分布(mw/mn)而言,从高分子压电膜的强度的观点考虑,优选为1.1~5,更优选为1.2~4。进一步优选为1.4~3。

需要说明的是,螺旋手性高分子(a)的重均分子量(mw)及分子量分布(mw/mn)是指使用凝胶渗透色谱仪(gpc)、利用下述gpc测定方法而测得的值。此处,mn为螺旋手性高分子(a)的数均分子量。

-gpc测定装置-

waters公司制gpc-100

-柱-

昭和电工公司制,shodexlf-804

-样品的制备-

于40℃将螺旋手性高分子(a)溶解于溶剂(例如氯仿)中,准备浓度为1mg/ml的样品溶液。

-测定条件-

于40℃的温度,以1ml/分钟的流速,使用溶剂〔氯仿〕将0.1ml样品溶液导入到柱中。

利用差示折射计测定经柱分离后的样品溶液中的样品浓度。利用聚苯乙烯标准试样制成普适校正曲线(universalcalibrationcurve),算出螺旋手性高分子(a)的重均分子量(mw)及分子量分布(mw/mn)。

关于作为螺旋手性高分子(a)的例子的聚乳酸系高分子,可使用市售的聚乳酸。

作为市售品,例如,可举出purac公司制的purasorb(pd、pl)、三井化学公司制的lacea(h-100、h-400)、natureworksllc公司制的ingeotmbiopolymer等。

使用聚乳酸系高分子作为螺旋手性高分子(a)时,为了使聚乳酸系高分子的重均分子量(mw)为5万以上,优选利用丙交酯法、或直接聚合法制造聚乳酸系高分子。

高分子压电膜可以仅含有1种上述的螺旋手性高分子(a),也可含有2种以上。

对于高分子压电膜中的螺旋手性高分子(a)的含量(在2种以上的情况下为总含量)而言,从进一步提高压电常数的观点考虑,优选相对于高分子压电膜的总量而言为80质量%以上。

〔稳定剂(b)〕

优选地,高分子压电膜还含有在一分子中具有选自由碳二亚胺基、环氧基、及异氰酸酯基组成的组中的1种以上官能团的重均分子量为200~60000的稳定剂(b)。由此,可进一步提高耐湿热性。

作为稳定剂(b),可使用国际公开第2013/054918号的0039~0055段中记载的“稳定剂(b)”。

作为可用作稳定剂(b)的、在一分子中包含碳二亚胺基的化合物(碳二亚胺化合物),可举出单碳二亚胺化合物、聚碳二亚胺化合物、环状碳二亚胺化合物。

作为单碳二亚胺化合物,优选为二环己基碳二亚胺、双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺等。

另外,作为聚碳二亚胺化合物,可使用利用各种方法制造的聚碳二亚胺化合物。可使用利用以往的聚碳二亚胺的制造方法(例如,美国专利第2941956号说明书、日本特公昭47-33279号公报、j.org.chem.28,2069-2075(1963)、chemicalreview1981,vol.81no.4,p619-621)制造的聚碳二亚胺化合物。具体而言,也可使用日本专利4084953号公报中记载的碳二亚胺化合物。

作为聚碳二亚胺化合物,可举出聚(4,4’-二环己基甲烷碳二亚胺)、聚(n,n’-二-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺)、聚(1,3,5-三异丙基亚苯基-2,4-碳二亚胺)等。

环状碳二亚胺化合物可基于日本特开2011-256337号公报中记载的方法等合成。

作为碳二亚胺化合物,可使用市售品,例如,可举出东京化成公司制的b2756(商品名)、nisshinbochemicalinc.制的carbodilitela-1(商品名)、rheinchemie公司制的stabaxolp、stabaxolp400、stabaxoli(均为商品名)等。

作为可用作稳定剂(b)的、在一分子中包含异氰酸酯基的化合物(异氰酸酯化合物),可举出异氰酸3-(三乙氧基甲硅烷基)丙酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、氢化苯二甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯等。

作为可用作稳定剂(b)的、在一分子中包含环氧基的化合物(环氧化合物),可举出苯基缩水甘油基醚、二乙二醇二缩水甘油基醚、双酚a-二缩水甘油基醚、氢化双酚a-二缩水甘油基醚、苯酚novolac型环氧树脂、甲酚novolac型环氧树脂、环氧化聚丁二烯等。

如上所述,稳定剂(b)的重均分子量为200~60000,但更优选为250~30000,进一步优选为300~18000。

分子量在上述范围内时,稳定剂(b)将会更容易移动,可更有效地取得耐湿热性改良效果。

稳定剂(b)的重均分子量特别优选为200~900。需要说明的是,重均分子量200~900与数均分子量200~900大致一致。另外,重均分子量为200~900时,存在分子量分布为1.0的情况,该情况下,也可将“重均分子量200~900”简称为“分子量200~900”。

在高分子压电膜含有稳定剂(b)的情况下,上述高分子压电膜可仅含有1种稳定剂,也可含有2种以上。

在高分子压电膜包含稳定剂(b)的情况下,相对于100质量份的螺旋手性高分子(a),稳定剂(b)的含量优选为0.01质量份~10质量份,更优选为0.01质量份~5质量份,进一步优选为0.1质量份~3质量份,特别优选为0.5质量份~2质量份。

上述含量为0.01质量份以上时,耐湿热性进一步提高。

另外,上述含量为10质量份以下时,可进一步抑制透明性的降低。

作为稳定剂(b)的优选方式,可举出并用稳定剂(b1)和稳定剂(b2)的方式,所述稳定剂(b1)具有选自由碳二亚胺基、环氧基、及异氰酸酯基组成的组中的1种以上官能团,并且数均分子量为200~900,所述稳定剂(b2)在1分子内具有2个以上的选自由碳二亚胺基、环氧基、及异氰酸酯基组成的组中的1种以上的官能团,并且重均分子量为1000~60000。需要说明的是,数均分子量为200~900的稳定剂(b1)的重均分子量大致为200~900,稳定剂(b1)的数均分子量与重均分子量成为大致相同的值。

在并用稳定剂(b1)和稳定剂(b2)作为稳定剂的情况下,从提高透明性的观点考虑,优选含有大量的稳定剂(b1)。

具体而言,从同时实现透明性和耐湿热性这样的观点考虑,相对于100质量份的稳定剂(b1),稳定剂(b2)优选为10质量份~150质量份的范围,更优选为50质量份~100质量份的范围。

以下,示出稳定剂(b)的具体例(稳定剂b-1~b-3)。

以下,针对上述稳定剂b-1~b-3,示出化合物名称、市售品等。

·稳定剂b-1...化合物名称为双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺。重均分子量(该例中,与简称“分子量”等同)为363。作为市售品,可举出rheinchemie公司制“stabaxoli”、东京化成公司制“b2756”。

·稳定剂b-2...化合物名称为聚(4,4’-二环己基甲烷碳二亚胺)。作为市售品,可举出作为重均分子量约为2000的产品的nisshinbochemicalinc.制“carbodilitela-1”。

·稳定剂b-3...化合物名称为聚(1,3,5-三异丙基亚苯基-2,4-碳二亚胺)。作为市售品,可举出作为重均分子量约为3000的产品的rheinchemie公司制“stabaxolp”。另外,可举出作为重均分子量为20000的产品的rheinchemie公司制“stabaxolp400”。

〔其他成分〕

根据需要,高分子压电膜可含有其他成分。

作为其他成分,可举出:聚偏氟乙烯、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂等已知的树脂;二氧化硅、羟基磷灰石、蒙脱石等已知的无机填料;酞菁等已知的晶核剂;稳定剂(b)以外的稳定剂;等等。

作为无机填料及晶核剂,还可举出国际公开第2013/054918号的0057~0058段中记载的成分。

〔高分子压电膜的物性〕

高分子压电膜优选压电常数大(优选于25℃利用应力-电荷法测得的压电常数d14为1pc/n以上)。此外,高分子压电膜优选透明性、纵向撕裂强度(即,沿特定方向的撕裂强度。以下相同。)优异。

〔压电常数(应力-电荷法)〕

高分子压电膜的压电常数是指按照以下方式测得的值。

首先,将高分子压电膜沿相对于高分子压电膜的拉伸方向(例如md方向)成45°的方向切割成150mm,沿与成45°的方向正交的方向切割成50mm,制作矩形的试验片。接下来,将得到的试验片设置于昭和真空sip-600的试验台,在试验片的一面上蒸镀al,使得al的蒸镀厚度成为约50nm。接下来,在试验片的另一面上也同样地蒸镀al。如上所述地操作,在试验片的两面上形成al的导电层。

将在两面上形成有al的导电层的150mm×50mm的试验片(高分子压电膜)沿相对于高分子压电膜的拉伸方向(例如md方向)成45°的方向切割成120mm,沿与成45°的方向正交的方向切割成10mm,从而切出120mm×10mm的矩形的膜。将其作为压电常数测定用样品。

将得到的样品以不松弛的方式设置于已将夹头间距离设定为70mm的拉伸试验机(and公司制,tensilonrtg-1250)。以5mm/min的十字头速度,以使施加力在4n与9n之间往复的方式周期性地施力。为了测定此时对应于施加力而在样品上产生的电荷量,将静电电容为qm(f)的电容器与样品并联,经由缓冲放大器测定该电容器cm(95nf)的端子间电压vm。作为电容器电容cm与端子间电压vm的乘积,计算产生的电荷量q(c)。利用下式计算压电常数d14。

d14=(2×t)/l×cm·δvm/δf

t:样品厚度(m)

l:夹头间距离(m)

cm:并联电容器电容(f)

δvm/δf:电容器端子间的电压变化量相对于力的变化量之比

压电常数越高,则高分子压电膜相对于施加至高分子压电膜的电压的位移变得越大,另外,相反地相对于施加至高分子压电膜的力而产生的电压变得越大,作为高分子压电膜是有用的。

具体而言,25℃时的利用应力-电荷法测得的压电常数d14优选为1pc/n以上,更优选为3pc/n以上,进一步优选为4pc/n以上。另外,压电常数的上限没有特别限制,从后述的透明性等的均衡性的观点考虑,对于使用了具有光学活性的螺旋手性高分子(光学活性高分子)的高分子压电膜而言,优选为50pc/n以下,更优选为30pc/n以下。

另外,同样地,从与透明性的均衡性的观点考虑,利用共振法测得的压电常数d14优选为15pc/n以下。

需要说明的是,本说明书中,“md方向”是膜的传送方向(machinedirection,纵向)、即拉伸方向,“td方向”是与上述md方向正交、与膜的主面平行的方向(transversedirection,横向)。

另外,本说明书中,膜的主面是指在高分子压电膜的表面中面积最大的面。

〔透明性(内部雾度)〕

高分子压电膜的透明性可通过测定内部雾度来进行评价。

对于高分子压电膜而言,相对于可见光线的内部雾度优选为50%以下,更优选为40%以下,进一步优选为20%以下,更进一步优选为13%以下,再进一步优选为5%以下。另外,从进一步提高透明性及纵向撕裂强度的观点考虑,进一步优选为2.0%以下,特别优选为1.0%以下。高分子压电膜的上述内部雾度的下限值没有特别限制,作为下限值,例如可举出0.01%。

此处,高分子压电膜的内部雾度是指将由高分子压电膜的外表面的形状产生的雾度排除后的雾度。

高分子压电膜的内部雾度是针对厚度为0.03mm~0.05mm的高分子压电膜、按照jis-k7105、使用雾度测定仪〔(有)东京电色公司制,tc-hiiidpk〕于25℃进行测定时的值,测定方法的详情将在实施例中进行详述。

〔标准化分子取向morc〕

标准化分子取向morc是基于“分子取向度mor”而确定的值,所述“分子取向度mor”是表示螺旋手性高分子(a)的取向程度的指标。

此处,分子取向度mor(molecularorientationratio)利用如下所述的微波测定法进行测定。即,将高分子压电膜(例如,膜状的高分子压电材料)配置于公知的微波透射型分子取向计(也称为微波分子取向度测定装置)的微波共振波导管中,使得高分子压电膜的面(膜面)与微波的行进方向垂直。然后,在向试样连续地照射振动方向集中于一个方向的微波的状态下,使高分子压电膜在与微波的行进方向垂直的面内旋转0°~360°,测定透过试样的微波强度,由此求出分子取向度mor。

标准化分子取向morc是将基准厚度tc设定为50μm时的分子取向度mor,可利用下式求出。

morc=(tc/t)×(mor-1)+1

(tc:要校正的基准厚度,t:高分子压电膜的厚度)

对于标准化分子取向morc而言,可利用已知的分子取向计、例如王子计测机器株式会社制微波方式分子取向计moa-2012a、moa-6000等,以4ghz或12ghz左右的共振频率进行测定。

高分子压电膜的标准化分子取向morc为3.5~15.0。优选为4.0~15.0,更优选为4.0~10.0,进一步优选为4.0~8.0。

标准化分子取向morc为3.5以上时,沿拉伸方向排列的光学活性高分子的分子链(例如聚乳酸分子链)多,结果,取向结晶的生成率提高,可呈现出更高的压电性。

标准化分子取向morc为15.0以下时,纵向撕裂强度进一步提高。

另外,从进一步提高高分子压电膜与中间层的密合性的观点考虑,标准化分子取向morc优选为7.0以下。

例如,在高分子压电膜为拉伸膜时,标准化分子取向morc可通过拉伸前的加热处理条件(加热温度及加热时间)、拉伸条件(拉伸温度及拉伸速度)等进行控制。

需要说明的是,标准化分子取向morc也可转换为将相位差量(延迟,retardation)除以膜的厚度而得到的双折射率δn。具体而言,延迟可使用大塚电子株式会社制rets100来进行测定。另外,morc与δn大致成线性比例关系,并且δn为0时,morc为1。

例如,在螺旋手性高分子(a)为聚乳酸系高分子、并且于550nm的测定波长处测定高分子压电膜的双折射率δn时,标准化分子取向morc的优选范围的下限2.0可转换成双折射率δn为0.005。另外,后述的高分子压电膜的标准化分子取向morc与结晶度的乘积的优选范围的下限40可转换成高分子压电膜的双折射率δn与结晶度的乘积为0.1。

〔结晶度〕

高分子压电膜的结晶度可利用dsc法求出。

本实施方式涉及的高分子压电膜的结晶度为20%~80%。通过使结晶度为20%以上,从而可将高分子压电膜的压电性维持在高水平。通过使结晶度为80%以下,从而可将高分子压电膜的透明性维持在高水平,另外,通过使结晶度为80%以下,从而在拉伸时不易发生白化、断裂,因而容易制造高分子压电膜。

因此,高分子压电膜的结晶度为20%~80%,上述结晶度优选为25%~70%,更优选为30%~50%。

〔标准化分子取向morc与结晶度的乘积〕

高分子压电膜的标准化分子取向morc与结晶度的乘积优选为40~700,更优选为75~680,进一步优选为90~660,更进一步优选为125~650,特别优选为150~350。上述乘积在40~700的范围内时,高分子压电膜的压电性与透明性的均衡性良好,并且尺寸稳定性也高,可适宜地用作后述的压电元件。

对于本实施方式涉及的高分子压电膜而言,例如可通过对制造高分子压电膜时的结晶化及拉伸的条件进行调整,从而将上述乘积调整至上述范围内。

〔膜的厚度〕

对高分子压电膜的膜厚没有特别限制,优选为10μm~400μm,更优选为20μm~200μm,进一步优选为20μm~100μm,特别优选为20μm~80μm。其中,在高分子压电膜为由多个层形成的多层膜时,上述膜厚表示多层膜整体的厚度。

高分子压电膜的厚度可使用在线膜厚计(也称为在线厚度测量装置)进行测量。作为一例,可举出下述方法:在高分子压电膜的制造过程中,在相对于沿md方向(膜的传送方向)传送的膜使在线膜厚计沿td方向(与md方向正交、且与膜的主面平行的方向)移动的同时,测量膜的厚度。另外,作为在线膜厚计,可使用市售的厚度测定装置,例如,可举出山文电气公司制的激光式非接触在线厚度测量装置nsm-rm。

另外,在利用在线膜厚计测得的膜的厚度的原始数据中包含大量噪声时,可对原始数据实施各种除噪声处理。作为这样的处理,可举出移动平均法、利用傅里叶变换/傅里叶逆变换进行的高频成分的去除等。

需要说明的是,虽然针对厚度的测量方法、测量装置举出了一例,但不受它们的限制。

〔厚度峰〕

对于本实施方式的高分子压电膜而言,每1000mm宽的峰a的个数为20个以下。峰a表示峰高为1.5μm以上、并且峰斜率(即,将上述峰高除以峰间距离而得到的值)为0.000035以上的峰。另外,从进一步减少高分子压电膜的厚度不均的观点考虑,峰a的个数优选为15个以下,更优选为10个以下,进一步优选为8个以下,更进一步优选为5个以下,再进一步优选为3个以下,最优选为0个。

如上所述,推测膜表面的波纹是由厚度的急剧变化而导致的。峰a的个数为上述范围时,可减少高分子压电膜的厚度不均,并且可改善外观上的问题,而且还可降低压电性的偏差。

另外,对于高分子压电膜而言,从进一步减少厚度不均的观点考虑,每1000mm宽的峰b的个数优选为12个以下。峰b表示峰高为1.5μm以上、并且峰斜率为0.00008以上的峰。

从进一步减少高分子压电膜的厚度不均的观点考虑,峰b的个数更优选为10个以下,进一步优选为8个以下,更进一步优选为5个以下,再进一步优选为3个以下,最优选为0个。峰b的个数为上述范围时,可进一步减少高分子压电膜的厚度不均,并且可进一步改善外观上的问题,而且压电性的偏差进一步降低。

此处,峰b的峰斜率大于峰a的峰斜率,峰b是被包含在峰a内而测定的。例如,在假定峰a的个数为12个、峰b的个数为8个的情况下,表示峰a中属于峰b的峰的个数为8个。

〔厚度峰的测定〕

厚度峰使用在线膜厚计求出。

在测量高分子压电膜的厚度时,利用在线膜厚计检测到表示膜的宽度方向的位置与膜的厚度的关系的波形。

本实施方式中,将该波形中对应于凸部的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凹部(其以该凸部的顶点为界而减少)的顶点的膜的宽度方向的位置之间(或者,对应于凹部的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凸部(其以该凹部的顶点为界而增加)的顶点的膜的宽度方向的位置之间)作为一个峰单位。

而且,测量对应于凸部(或凹部)的顶点的厚度与对应于凹部(或凸部)的顶点的厚度之差,算出峰高。

另外,测量对应于凸部(或凹部)的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凹部(或凸部)的顶点的膜的宽度方向的位置之间的距离,算出峰间距离。然后,利用下式算出峰斜率,以绝对值表示峰斜率。

[式]:|峰斜率|=(峰高)/(峰间距离)

以下,参照附图,对本实施方式的高分子压电膜的厚度峰的一例进行说明。

利用在线膜厚计测定高分子压电膜的厚度时,检测到例如图1所示那样的表示高分子压电膜的宽度方向的位置与高分子压电膜的厚度的关系的波形。

需要说明的是,图1中,分别地,p1表示第1峰,p2表示第2峰,p3表示第3峰,h1表示峰高,h2表示峰高,h3表示峰高,l1表示峰间距离,l2表示峰间距离,以及,l3表示峰间距离。

图1所示的波形中,第1峰p1表示对应于凸部的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凹部(其以该凸部的顶点为界而减少)的顶点的膜的宽度方向的位置之间的区域(即,被矩形包围的区域)。另外,第2峰p2表示对应于凹部的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凸部(其以该凹部的顶点为界而增加)的顶点的膜的宽度方向的位置之间的区域(即,与第1峰相邻的被矩形包围的区域)。此外,位于第2峰p2的右侧的被矩形包围的区域为第3峰p3。

需要说明的是,以第1峰p1~第3峰p3为例进行说明,但为了便于对峰进行说明,第2峰p2与第3峰p3之间是隔开的。但是,如第1峰p1与第2峰p2的关系那样,本实施方式的峰在膜的宽度方向的整个位置范围内具有连续的峰单位。

第1峰p1中,峰高h1是对应于凸部的顶点的厚度与对应于凹部的顶点的厚度之差。第3峰p3的峰高h3也同样地进行计算。另外,第2峰p2中,峰高h2是对应于凹部的顶点的厚度与对应于凸部的顶点的厚度之差。

此处,当峰高h1~峰高h3的值为1.5μm以上、并且后述的峰斜率在特定的范围内时,这些峰属于峰a或峰b。另一方面,当这些值低于1.5μm时,这些峰不属于峰a或峰b。例如,当峰高h3低于1.5μm时,第3峰成为不属于峰a及峰b中的任一者的峰。

第1峰p1中,峰间距离l1是测量对应于凸部的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凹部的顶点的膜的宽度方向的位置之间的距离而得到的值。第3峰p3的峰间距离l3也同样地进行计算。另外,第2峰p2中,峰间距离l2是测量对应于凹部的顶点的膜的宽度方向的位置与对应于凸部的顶点的膜的宽度方向的位置之间的距离而得到的值。

而且,如上所述,峰斜率是将峰高除以峰间距离而得到的值,例如,第1峰p1的峰斜率由峰高h1/峰间距离l1算出,以绝对值表示。第2峰p2的峰斜率、第3峰p3的峰斜率也是同样的。

此处,对于第1峰p1~第3峰p3而言,当峰高h1~峰高h3在上述特定的范围内、并且峰斜率为0.000035以上时,这些峰属于峰a。另外,当峰高h1~峰高h3在上述特定的范围内、并且峰斜率为0.00008以上时,这些峰属于峰b。另一方面,即使峰高h1~峰高h3在上述特定的范围内,但如果峰斜率在上述范围外,即,如果峰斜率低于0.000035,则这些峰成为不属于峰a及峰b中的任一者的峰。

利用以上的方法,测定属于峰a或峰b的峰的个数。需要说明的是,如上所述,峰b是被包含在峰a内而测定的。

〔厚度峰的调整方法〕

作为调整高分子压电膜的厚度峰的方法,只要峰a的个数能满足上述的范围即可,没有特别限制。例如,可举出下述方法(静电密合法)等:在后述的高分子压电膜的制造工序中,利用静电,使经挤出成型的膜状的包含螺旋手性高分子(a)的组合物密合在冷却辊、用于进行预结晶化的流延辊等上。关于静电密合法,可举出使膜整面密合的丝钉轧(wirepinning)、仅使膜的两端部密合的边钉轧(edgepinning),可使用任意一者,或并用两者。

在采用丝钉轧时,施加静电荷的电极可以是丝状、带状、刀状中的任意形态,但从更容易调整厚度峰的观点考虑,优选为丝状的电极。电极的材质没有特别限制,只要能够施加静电荷即可,但从更容易调整厚度峰的观点考虑,优选在表面上用金、铂等进行被覆。

需要说明的是,虽然作为一例举出了静电密合法,但调整厚度峰的方法不限于此。

<高分子压电膜的制造方法>

对制造本实施方式的高分子压电膜的方法没有特别限制。

例如,可利用包括将高分子压电膜的原料成型为膜状的工序、和对成型后的膜进行拉伸的工序的方法而适宜地制造。例如,可举出国际公开第2013/054918号的0065~0099段中记载的制造方法。

〔成型工序〕

成型工序是将包含螺旋手性高分子(a)和根据需要添加的稳定剂(b)等其他成分的组合物加热至螺旋手性高分子(a)的熔点tm(℃)以上的温度并成型为膜形状的工序。通过该成型工序,可得到包含螺旋手性高分子(a)和根据需要添加的稳定剂(b)等其他成分的膜。

需要说明的是,本说明书中,螺旋手性高分子(a)的熔点tm(℃)、及螺旋手性高分子(a)的玻璃化转变温度(tg)是指分别由使用差示扫描型量热计(dsc)、以升温速度为10℃/分钟的条件使螺旋手性高分子(a)的温度上升时的熔化吸热曲线求出的值。熔点(tm)是作为吸热反应的峰值而得到的值。玻璃化转变温度(tg)是作为熔化吸热曲线的拐点(inflectionpoint)而得到的值。

上述组合物可通过将螺旋手性高分子(a)和根据需要添加的稳定剂(b)等其他成分混合而进行制造。

此处,螺旋手性高分子(a)、稳定剂(b)、及其他成分分别可仅使用1种,也可使用2种以上。

上述混合可以是熔融混炼。

具体而言,上述组合物可通过下述方式进行制造:将螺旋手性高分子(a)、和根据需要添加的稳定剂(b)等其他成分投入到熔融混炼机〔例如,东洋精机公司制的laboplastomill〕中,加热至螺旋手性高分子(a)的熔点以上的温度而进行熔融混炼。该情况下,本工序中,在将通过加热至螺旋手性高分子(a)的熔点以上的温度而进行熔融混炼从而制造的组合物维持为螺旋手性高分子(a)的熔点以上的温度的状态下,将该组合物成型为膜形状。

作为熔融混炼的条件,例如,可举出混合机转速为30rpm~70rpm、温度为180℃~250℃、混炼时间为5分钟~20分钟这样的条件。

作为本成型工序中将组合物成型为膜形状的方法,可举出挤出成型法等已知的方法。

成型工序中,可以将组合物加热至上述温度并进行成型而制成膜,然后对得到的膜进行骤冷。通过骤冷,可调整本工序中得到的膜的结晶度。

此处,“骤冷”是指在刚刚挤出后至少冷却至螺旋手性高分子(a)的玻璃化转变温度tg以下。

本实施方式中,优选在对膜进行的成型与骤冷之间不包括其他处理。

骤冷的方法可举出下述方法:将膜浸渍于水、冰水、乙醇、放入了干冰的乙醇或甲醇、液氮等制冷剂中的方法;向膜吹喷蒸气压低的液体喷雾、利用蒸发潜热对膜进行冷却的方法;等等。

另外,为了连续地冷却膜,也可使膜与温度被控制在螺旋手性高分子(a)的玻璃化转变温度tg以下的金属辊接触等从而进行骤冷。

另外,冷却的次数可以仅为1次,也可以为2次以上。

例如,利用上述静电密合法,使利用挤出成型法而得到的膜密合于利用上述手段进行了冷却的金属辊上,由此可调整高分子压电膜的厚度峰。例如,在采用使膜整面密合的丝钉轧的情况下,可通过电极位置的调整、材质、施加电压等来调整厚度峰。

成型工序中得到的膜(即,供至后述的拉伸工序的膜)可以为非晶状态的膜,也可以为经预结晶化的膜(以下,也称为“预结晶化膜”)。

此处,非晶状态的膜是指结晶度低于3%的膜。

另外,预结晶化膜是指结晶度为3%以上(优选为3%~70%)的膜。

此处,结晶度是指利用与高分子压电膜的结晶度同样的方法测得的值。

成型工序中得到的膜(非晶状态的膜或预结晶化膜)的厚度主要根据最终得到的高分子压电膜的厚度和拉伸倍率来确定,但优选为50μm~1000μm,更优选为100μm~800μm左右。

预结晶化膜可通过下述方式获得:对包含螺旋手性高分子(a)和根据需要添加的稳定剂(b)等其他成分的非晶状态的膜进行加热处理,使其结晶化。

用于将非晶状态的膜预结晶化的加热温度t没有特别限制,但从提高所制造的高分子压电膜的压电性、透明性等的观点考虑,优选以加热温度t与螺旋手性高分子(a)的玻璃化转变温度tg的关系满足下式、结晶度成为3%~70%的方式对加热温度t进行设定。

tg-40℃≤t≤tg+40℃

(tg表示螺旋手性高分子(a)的玻璃化转变温度)

用于将非晶状态的膜预结晶化的加热时间可考虑最终得到的高分子压电膜的标准化分子取向morc、结晶度而适当设定。

上述加热时间优选为5秒~60分钟,从制造条件的稳定化这样的观点考虑,更优选为1分钟~30分钟。随着加热时间变长,上述标准化分子取向morc变高,上述结晶度倾向于变高。

例如,在将包含聚乳酸系高分子作为螺旋手性高分子(a)的非晶状态的膜预结晶化的情况下,优选于20℃~170℃加热5秒~60分钟(优选为1分钟~30分钟)。

为了将非晶状态的膜预结晶化,例如可使用已调整为上述的温度范围的流延辊。可以利用上述静电密合法使高分子压电膜密合在该预结晶化用的流延辊上,进行预结晶化,并且对厚度峰进行调整。例如,在采用使膜整面密合的丝钉轧的情况下,可通过电极位置的调整、材质、施加电压等来调整厚度峰。

〔拉伸工序〕

拉伸工序是对成型工序中得到的膜(例如预结晶化膜)主要沿单轴方向进行拉伸的工序。通过本工序,能够以拉伸膜的形式得到主面的面积大的高分子压电膜。

需要说明的是,所谓主面的面积大,是指高分子压电膜的主面的面积为5mm2以上。另外,优选主面的面积为10mm2以上。

另外,推测通过对膜主要沿单轴方向进行拉伸,从而能够使膜中含有的螺旋手性高分子(a)的分子链沿一个方向取向,并能够使其高密度地排列,可得到更高的压电性。

在仅通过拉伸力以沿单轴方向拉伸的方式对膜进行拉伸的情况下,膜的拉伸温度优选为比膜(或膜中的螺旋手性高分子(a))的玻璃化转变温度高10℃~20℃左右的温度范围。

拉伸处理中的拉伸倍率优选为2倍~30倍,更优选以3倍~15倍的范围进行拉伸。

在拉伸工序中进行预结晶化膜的拉伸时,为了容易地对膜进行拉伸,可在即将拉伸之前进行预热。该预热通常是为了使拉伸前的膜变柔软、使拉伸变得容易而进行的,因此,通常在不会使上述拉伸前的膜结晶化而使膜变硬的条件下进行。然而,如上所述,本实施方式中有时在拉伸前进行预结晶化,因此,可与预结晶化一同进行上述预热。具体而言,与预结晶化工序中的加热温度、加热处理时间相应地,以比通常使用的温度更高的温度、以更长的时间进行预热,由此可同时进行预热和预结晶化。

〔退火工序〕

本实施方式的制造方法根据需要可具有退火工序。

退火工序是对上述拉伸工序中经拉伸的膜(以下,也称为“拉伸膜”)进行退火(热处理)的工序。通过退火工序,可使拉伸膜的结晶化进一步进行,可得到压电性更高的高分子压电膜。

另外,在主要通过退火而使拉伸膜进行结晶化的情况下,有时可省略上述成型工序中的预结晶化的操作。该情况下,作为成型工序中得到的膜(即,供至拉伸工序的膜),可选择非晶状态的膜。

本实施方式中,退火的温度优选为80℃~160℃,更优选为100℃~155℃。

作为退火(热处理)的方法,没有特别限制,可举出下述方法:利用与加热辊的接触、热风加热器、红外线加热器对经拉伸的膜直接进行加热的方法;通过将经拉伸的膜浸渍于已加热的液体(硅油等)中从而进行加热的方法;等等。

优选在以使拉伸膜不松弛的方式向拉伸膜施加一定的拉伸应力(例如,0.01mpa~100mpa)的同时进行退火。

退火的时间优选为1秒~5分钟,更优选为5秒~3分钟,进一步优选为10秒~2分钟。退火的时间为5分钟以下时,生产率优异。另一方面,退火的时间为1秒以上时,可进一步提高膜的结晶度。

经退火的拉伸膜(即,高分子压电膜)优选在退火后进行骤冷。可在退火工序中进行的“骤冷”与可在上述成型工序中进行的“骤冷”同样。

冷却的次数可以仅为1次,也可以为2次以上,此外,也可交替反复进行退火和冷却。

<高分子压电膜的用途等>

本实施方式的高分子压电膜可在扬声器、耳机、触摸面板、遥控器、麦克风、水下传声器(underwatermicrophones)、超声波换能器、超声波应用测量仪、压电振子、机械过滤器、压电变压器、延迟装置、传感器、加速度传感器、冲击传感器、振动传感器、压敏传感器、触觉传感器、电场传感器、声压传感器、显示器、送风机、泵、变焦镜(variable-focusmirror)、隔音材料、防音材料、键盘、音响设备、信息处理机、测量设备、医用设备等各种领域中利用。

此时,本实施方式的高分子压电膜优选用作具有至少2个主面且在该主面上具有电极的压电元件。在高分子压电膜的至少2个面上具有电极即可。作为上述电极,没有特别限制,例如,可使用ito、zno、igzo、导电性聚合物等。

另外,也可将高分子压电膜与电极重复重叠而作为层叠压电元件使用。作为例子,可举出:将电极与高分子压电膜的组件(unit)重复重叠,最后用电极覆盖未被电极覆盖的高分子压电膜的主面而得到的层叠压电元件。具体而言,组件的重复次数为2次的层叠压电元件是依序重叠电极、高分子压电膜、电极、高分子压电膜、电极而得到的层叠压电元件。对于用于层叠压电元件的高分子压电膜而言,只要其中1层的高分子压电膜是本实施方式的高分子压电膜即可,其他层可以不是本实施方式的高分子压电膜。

另外,在层叠压电元件中含有多层本实施方式的高分子压电膜时,如果某一层的本实施方式的高分子压电膜中含有的螺旋手性高分子(a)的光学活性为l体,则其他层的高分子压电膜中含有的螺旋手性高分子(a)可以为l体,也可以为d体。高分子压电膜的配置可根据压电元件的用途而适当调整。

例如,包含l体的螺旋手性高分子(a)作为主要成分的高分子压电膜的第1层隔着电极与包含l体的螺旋手性高分子(a)作为主要成分的第2高分子压电膜层叠时,若使第1高分子压电膜的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)与第2高分子压电膜的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)交叉、优选正交,则可使第1高分子压电膜和第2高分子压电膜的位移方向一致,作为层叠压电元件整体的压电性提高,因而优选。

另一方面,包含l体的螺旋手性高分子(a)作为主要成分的高分子压电膜的第1层隔着电极与包含d体的螺旋手性高分子(a)作为主要成分的第2高分子压电膜层叠时,若将第1高分子压电膜的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)配置为与第2高分子压电膜的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)大致平行,则可使第1高分子压电膜和第2高分子压电膜的位移方向一致,作为层叠压电元件整体的压电性提高,因而优选。

尤其是在高分子压电膜的主面上具备电极时,优选具备具有透明性的电极。此处,关于电极,所谓具有透明性,具体是指内部雾度为20%以下,全光线透过率为80%以上。

使用了本实施方式的高分子压电膜的上述压电元件可应用于扬声器、触摸面板等上述各种压电设备。具备具有透明性的电极的压电元件特别适合应用于扬声器、触摸面板、致动器等。

[实施例]

以下,通过实施例进一步具体地说明本发明的实施方式,但本实施方式并不限于以下的实施例,只要不超出其主旨即可。

<实施例1>

作为原料,准备作为螺旋手性高分子(a)的natureworksllc公司制聚乳酸(ingeo4032d)。然后,相对于100质量份的该原料,添加1.0质量份下述添加剂x(稳定剂(b)),进行干混而制作原料。

将制作的原料放入到挤出成型机进料斗中,一边加热至220℃~230℃一边从宽度为2000mm的t模挤出,使其与50℃的流延辊接触0.5分钟,制成厚度为150μm的预结晶化膜(成型工序)。

此时,在从t模挤出的螺旋手性高分子与流延辊的接触点附近,按电极丝、螺旋手性高分子(a)、流延辊的顺序配置电极丝(钨丝,φ=0.15mm)。将电极丝的张力设定为15n,将施加电压设定为7kv,将电极丝与螺旋手性高分子(a)和流延辊的接触点之间的距离设定为60mm,从螺旋手性高分子(a)侧朝向流延辊赋予静电荷,使螺旋手性高分子(a)密合于流延辊。

一边使得到的预结晶化膜与已加热至70℃的辊接触而进行加热,一边以辊对辊(roll-to-roll)的方式、以1650mm/分钟的拉伸速度开始拉伸,沿md方向单轴拉伸至3.5倍,得到单轴拉伸膜(拉伸工序)。

然后,以辊对辊的方式使单轴拉伸膜在已加热至130℃的辊上接触78秒,进行退火处理,然后,利用已设定为50℃的辊进行骤冷,将膜宽度方向的两端部以均等地分切的方式切掉,制成宽度为1000mm的膜,进一步卷绕成卷状,由此得到膜状的高分子压电膜(退火工序)。

-添加剂x(稳定剂(b))-

作为添加剂x,使用rheinchemie公司制stabaxolp400(10质量份)、rheinchemie公司制stabaxoli(60质量份)、及nisshinbochemicalinc.制carbodilitela-1(30质量份)的混合物。

上述混合物中的各成分的详情如下所述。

stabaxoli...双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺(分子量(=重均分子量):363)

stabaxolp400...聚(1,3,5-三异丙基亚苯基-2,4-碳二亚胺)(重均分子量:20000)

carbodilitela-1...聚(4,4’-二环己基甲烷碳二亚胺)(重均分子量:约2000)

<比较例1>

将电极丝与螺旋手性高分子(a)和流延辊的接触点之间的距离设定为45mm,除此之外,与实施例1同样地操作,得到高分子压电膜。

<实施例2>

将电极丝与螺旋手性高分子(a)和流延辊的接触点之间的距离设定为75mm,除此之外,与实施例1同样地操作,得到高分子压电膜。

<实施例3>

将电极丝变更为涂覆有铂的钨丝(φ=0.15mm),除此之外,与实施例2同样地操作,得到高分子压电膜。

〔螺旋手性高分子(a)的物性测定〕

针对上述螺旋手性高分子(a),利用以下的方法测定光学纯度。另外,利用上文所述的方法测定重均分子量及分子量分布。将结果示于表1。

(光学纯度)

按照以下方式测定上述高分子压电膜中含有的螺旋手性高分子(a)(聚乳酸)的光学纯度。

首先,称量1.0g的样品(上述高分子压电膜),放入50ml的锥形瓶中,向其中添加2.5ml的ipa(异丙醇)及5ml的5.0mol/l氢氧化钠溶液,制成样品溶液。

接下来,将装有该样品溶液的锥形瓶放入到温度为40℃的水浴中,搅拌约5小时,直至聚乳酸完全水解。

将上述搅拌约5小时后的样品溶液冷却至室温,然后,添加20ml的1.0mol/l盐酸溶液进行中和,将锥形瓶盖严并充分混合。

接下来,分取1.0ml以上述方式混合后的样品溶液至25ml的容量瓶中,向其中添加下述组成的流动相,得到25ml的hplc试样溶液1。

将5μl得到的hplc试样溶液1注入到hplc装置中,在下述hplc测定条件下进行hplc测定。根据得到的测定结果,求出来自聚乳酸的d体的峰的面积和来自聚乳酸的l体的峰的面积,算出l体的量和d体的量。基于得到的结果,求出光学纯度(%ee)。

结果,光学纯度为97.0%ee。需要说明的是,下述表1中,“la”表示聚乳酸。

-hplc测定条件-

·柱

光学拆分柱,(株)住化分析中心制sumichiraloa5000

·hplc装置

日本分光公司制液相色谱仪

·柱温

25℃

·流动相的组成

1.0mm-硫酸铜(ii)缓冲液/ipa=98/2(v/v)

(该流动相中,硫酸铜(ii)、ipa及水的比率为:硫酸铜(ii)/ipa/水=156.4mg/20ml/980ml。)

·流动相流速

1.0ml/分钟

·检测器

紫外线检测器(uv254nm)

[表1]

〔高分子压电膜的物性测定〕

针对上述高分子压电膜,利用以下的方法测定结晶度、内部雾度、厚度、厚度峰。另外,利用上文所述的方法测定压电常数(应力-电荷法)及标准化分子取向morc。将结果示于表2。

需要说明的是,对于压电常数而言,由测定数据中的最大值及最小值求出其差r。另外,由压电常数的平均值求出压电常数的标准偏差σ。

(结晶度)

准确称量10mg高分子压电膜,使用差示扫描型量热计(perkinelmer公司制dsc-1),在升温速度为10℃/分钟的条件下进行测定,得到熔化吸热曲线。由得到的熔化吸热曲线得到结晶度。

(内部雾度)

利用以下的方法,得到高分子压电膜的内部雾度(以下,也称为内部雾度(h1))。

首先,准备在2片玻璃板之间仅夹有硅油(信越化学工业株式会社制“信越silicone,型号:kf96-100cs”)的层叠膜,测定该层叠膜的厚度方向的雾度(以下,记为雾度(h2))。

接下来,准备在上述2片玻璃板之间夹有表面均匀地涂有硅油的上述高分子压电膜的层叠膜,测定该层叠膜的厚度方向的雾度(以下,记为雾度(h3))。

接下来,按照下式计算它们的差,由此得到高分子压电膜的内部雾度(h1)。

内部雾度(h1)=雾度(h3)-雾度(h2)

此处,雾度(h2)及雾度(h3)的测定分别在下述测定条件下使用下述装置进行。

测定装置:东京电色公司制,hazemetertc-hiiidpk

试样尺寸:宽30mm×长30mm

测定条件:按照jis-k7105

测定温度:室温(25℃)

(厚度测定)

在膜的制造中,于在退火工序后设置的可测定厚度的位置处,使用激光式非接触在线膜厚计(山文电气公司制,nsm-rm),在1mm的采样间距、1000mm的测定宽度、0.2μm的分辨率、60mm/s的传感器行进速度、作为除噪声处理的20次移动平均的条件下,测定膜的厚度。基于以下的式1,由测定数据中的厚度最大值tmax(μm)及最小值tmin(μm)求出厚度的差r。

[式1]··r(μm)=tmax-tmin

另外,基于以下的式2,由厚度r及厚度平均值tave(μm)求出厚度不均r%,并且,求出膜的厚度的标准偏差σ。

[式2]··r%=(r/tave)×100

(峰a及峰b的个数测定)

由上述通过利用在线膜厚计进行的厚度测定而得到的、表示高分子压电膜的宽度方向的位置与高分子压电膜的厚度的关系的波形,利用上文所述的方法求出峰a和峰b的个数。

峰a:峰高为1.5μm以上,并且峰斜率为0.000035以上。

峰b:峰高为1.5μm以上,并且峰斜率为0.00008以上。

(外观)

针对通过目视及在正交尼科尔下观察高分子压电膜时的外观,以下述基准进行评价。

目视

a:在膜的透射像(transmissionimage)中未观察到变形(distortion)

b:在膜的透射像中基本上未观察到变形

c:在膜的透射像中观察到变形

正交尼科尔下

a:基本上未观察到与相位差不均对应的颜色不均

b:不太能观察到与相位差不均对应的颜色不均

c:观察到与相位差不均对应的颜色不均

如表2所示,可知峰a的个数为20个以内的各实施例与峰a的个数大于20个的比较例1相比,厚度的偏差减少。

另外,各实施例的压电常数的最大值与最小值之差r及压电常数的标准偏差σ的值小于比较例1的压电常数的各数值。由此可知,各实施例与比较例1相比,压电常数的偏差降低。

此外,对于实施例1及2和比较例1而言,尽管厚度的差r、厚度的偏差r%、及厚度的标准偏差σ为同等程度,但与比较例1相比,实施例1及2的压电常数的偏差降低。由此可知,即使以使整体厚度的平均信息(r、r%、σ)变小的方式制造膜,有时也难以降低压电常数的偏差。同样地,与比较例1相比,实施例1及2的外观优异,由此可知,即使以使整体厚度的平均信息(r、r%、σ)变小的方式制造膜,有时也难以改善外观。

将于2014年11月14日提出申请的日本专利申请2014-231857的全部公开内容通过参照并入本说明书中。

本说明书中记载的所有文献、专利申请及技术标准通过参照被并入本说明书中,各文献、专利申请、及技术标准通过参照被并入的程度与具体且分别地记载的情况的程度相同。

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