JP7616070B2 - Dispersion, method for producing dispersion, and molded product - Google Patents
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Description
本発明は、所定の異方性フィラーを含む分散液及びその製造方法と、成形物とに関する。 The present invention relates to a dispersion containing a predetermined anisotropic filler, a method for producing the same, and a molded product.
ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づく単位を含むテトラフルオロエチレン系ポリマー(PFA)、ヘキサフルオロプロピレンに基づく単位を含むテトラフルオロエチレン系ポリマー(FEP)等の熱溶融性のフルオロポリマーは、離型性、電気絶縁性、撥水撥油性、耐薬品性、耐候性、耐熱性等の物性に優れており、種々の成形物に加工されて利用されている。
特許文献1には、PFAのパウダーと窒化ホウ素フィラーとのドライブレンド物を溶融混練し、押出成形して得られる、電気絶縁性に優れた電線チューブが記載されている。
Heat-meltable fluoropolymers such as tetrafluoroethylene polymers (PFA) containing units based on perfluoro(alkyl vinyl ether) and tetrafluoroethylene polymers (FEP) containing units based on hexafluoropropylene are excellent in physical properties such as mold releasability, electrical insulation, water and oil repellency, chemical resistance, weather resistance, and heat resistance, and are processed into various molded articles for use.
Patent Document 1 describes an electric wire tube having excellent electrical insulation properties, which is obtained by melt-kneading a dry blend of PFA powder and boron nitride filler, and extrusion molding the mixture.
しかし、かかるフルオロポリマーの溶融粘度は概して高く、フルオロポリマーとフィラーとを溶融混練する際には、強い応力が必要となる。その際、フィラーが元来有する性質(特に、形状、表面状態等の物理的な性質)が損なわれ、成形物においてフィラーの物性が低下しやすい。本発明者らは、かかる傾向が、低硬度の脆いフィラーの場合に顕著になる点、特に、低硬度かつ異方性のフィラーの場合に顕著になる点を知見した。
本発明者らは、溶融混練によらない、かかる成形物の成形に適した材料を得るべく、鋭意検討した。その結果、所定のフルオロポリマーのパウダーと所定の異方性フィラーを含む分散液は、分散安定性に優れ、塗工性等のハンドリング性にも優れている点を知見した。さらに、それから形成される成形物は、異方性フィラーが元来有する性質が損なわれにくく、両者の物性を高度に具備する点も知見した。
本発明の目的は、かかる分散液及び成形物の提供である。
However, the melt viscosity of such fluoropolymers is generally high, and strong stress is required when melt-kneading the fluoropolymers and the filler. In this case, the properties that the filler originally has (particularly, physical properties such as shape and surface condition) are damaged, and the physical properties of the filler in the molded product tend to decrease. The present inventors have found that this tendency is prominent in the case of a brittle filler with low hardness, particularly in the case of a low-hardness and anisotropic filler.
The present inventors have conducted extensive research to obtain a material suitable for molding such a molded product without relying on melt kneading. As a result, they have found that a dispersion containing a powder of a specific fluoropolymer and a specific anisotropic filler has excellent dispersion stability and excellent handling properties such as coatability. Furthermore, they have found that a molded product formed from the dispersion is unlikely to lose the inherent properties of the anisotropic filler and has the physical properties of both of them at a high level.
It is an object of the present invention to provide such dispersions and moldings.
本発明は、下記の態様を有する。
[1] ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づく単位又はヘキサフルオロプロピレンに基づく単位を含むテトラフルオロエチレン系ポリマーのパウダーと、モース硬度が4以下である異方性フィラーと、液状分散媒とを含み、前記パウダーの平均粒子径が前記異方性フィラーの平均粒子径より小さい、分散液。
[2] 前記テトラフルオロエチレン系ポリマーの含有量及び前記異方性フィラーの含有量が、それぞれ5質量%以上である、[1]の分散液。
[3] 前記異方性フィラーの形状が、鱗片状又は板状である、[1]又は[2]の分散液。
[4] 前記異方性フィラーのアスペクト比が、2以上である、[1]~[3]のいずれかの分散液。
[5] 前記異方性フィラーが、窒化ホウ素又はタルクを含む異方性フィラーである、[1]~[4]のいずれかの分散液。
[6] さらに、ポリテトラフルオロエチレンのパウダー又は芳香族ポリマーを含む、[1]~[5]のいずれかの分散液。
[7] 成分分散層率が、60%以上である、[1]~[6]のいずれかの分散液。
[8] [1]~[7]のいずれかの分散液を製造する方法であって、前記パウダーと、前記異方性フィラーと、前記異方性フィラーより平均粒子径が小さい無機フィラーと、液状分散媒とを混合する、分散液の製造方法。
[9] 混合を、撹拌によって行う、[8]の製造方法。
[10] ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づく単位を含むテトラフルオロエチレン系ポリマーと、モース硬度が4以下である異方性フィラーとを含む成形物であって、
前記テトラフルオロエチレン系ポリマーが、極性官能基を有するポリマー、又は、全単位に対して前記ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づく単位を2.0~5.0モル%含み、極性官能基を有さないポリマーであり、前記成形物に占める前記異方性フィラーの割合が10質量%以上である、成形物。
[11] 前記異方性フィラーのアスペクト比が、2以上である、[10]の成形物。
[12] 前記異方性フィラーが、窒化ホウ素を含む鱗片状の異方性フィラー又はタルクを含む板状の異方性フィラーである、[11]の成形物。
[13] 前記異方性フィラーの平均粒子径が、1μm以上である、[10]~[12]のいずれかの成形物。
[14] さらに、ポリテトラフルオロエチレン又は芳香族ポリマーを含む、[10]~[13]のいずれかの成形物。
[15] 前記成形物が、厚さ150μm以下の層状成形物である、[10]~[14]のいずれかの成形物。
The present invention has the following aspects.
[1] A dispersion comprising a powder of a tetrafluoroethylene-based polymer containing a unit based on perfluoro(alkyl vinyl ether) or a unit based on hexafluoropropylene, an anisotropic filler having a Mohs hardness of 4 or less, and a liquid dispersion medium, wherein the average particle size of the powder is smaller than the average particle size of the anisotropic filler.
[2] The dispersion liquid according to [1], wherein the content of the tetrafluoroethylene-based polymer and the content of the anisotropic filler are each 5% by mass or more.
[3] The dispersion according to [1] or [2], wherein the anisotropic filler has a scale-like or plate-like shape.
[4] The dispersion according to any one of [1] to [3], wherein the anisotropic filler has an aspect ratio of 2 or more.
[5] The dispersion according to any one of [1] to [4], wherein the anisotropic filler is an anisotropic filler containing boron nitride or talc.
[6] The dispersion according to any one of [1] to [5], further comprising a polytetrafluoroethylene powder or an aromatic polymer.
[7] The dispersion liquid according to any one of [1] to [6], wherein the component dispersion layer ratio is 60% or more.
[8] A method for producing the dispersion according to any one of [1] to [7], comprising mixing the powder, the anisotropic filler, an inorganic filler having an average particle size smaller than that of the anisotropic filler, and a liquid dispersion medium.
[9] The method according to [8], wherein the mixing is carried out by stirring.
[10] A molded article comprising a tetrafluoroethylene-based polymer containing a unit based on perfluoro(alkyl vinyl ether) and an anisotropic filler having a Mohs hardness of 4 or less,
The tetrafluoroethylene-based polymer is a polymer having a polar functional group, or a polymer containing 2.0 to 5.0 mol % of units based on the perfluoro(alkyl vinyl ether) relative to all units and having no polar functional group, and the proportion of the anisotropic filler in the molded product is 10 mass % or more.
[11] The molded product according to [10], wherein the anisotropic filler has an aspect ratio of 2 or more.
[12] The molded product according to [11], wherein the anisotropic filler is a scaly anisotropic filler containing boron nitride or a plate-like anisotropic filler containing talc.
[13] The molded product according to any one of [10] to [12], wherein the anisotropic filler has an average particle size of 1 μm or more.
[14] The molded article according to any one of [10] to [13], further comprising polytetrafluoroethylene or an aromatic polymer.
[15] The molded product according to any one of [10] to [14], which is a layered molded product having a thickness of 150 μm or less.
本発明によれば、所定のフルオロポリマーのパウダーと所定の異方性フィラーとを含み、分散性とハンドリング性に優れる分散液が得られる。また、両者の物性を高度に具備し、電気特性に特に優れた成形物が得られる。According to the present invention, a dispersion containing a powder of a specified fluoropolymer and a specified anisotropic filler and having excellent dispersibility and handleability can be obtained. In addition, a molded product having high physical properties of both components and having particularly excellent electrical properties can be obtained.
以下の用語は、以下の意味を有する。
「平均粒子径(D50)」は、レーザー回折・散乱法によって求められる対象物(パウダー又はフィラー)の体積基準累積50%径である。すなわち、レーザー回折・散乱法によって対象物の粒度分布を測定し、対象物の粒子の集団の全体積を100%として累積カーブを求め、その累積カーブ上で累積体積が50%となる点の粒子径である。
「D90」は、同様にして測定される、対象物の体積基準累積90%径である。
「粒度分布」は、同様にして求められる各粒子径区間における粒子量(%)をプロットした曲線により示される分布である。
「溶融温度」は、示差走査熱量測定(DSC)法で測定したポリマーの融解ピークの最大値に対応する温度である。
「ガラス転移点」は、動的粘弾性測定(DMA)法でポリマーを分析して測定される値である。
ポリマーにおける「単位」は、重合反応によってモノマーから直接形成された原子団であってもよく、重合反応によって得られたポリマーを所定の方法で処理して、構造の一部が変換された原子団であってもよい。ポリマーに含まれる、モノマーAに基づく単位を、単に「モノマーA単位」とも記す。
The following terms have the following meanings.
"Average particle size (D50)" is the volume-based cumulative 50% diameter of a target object (powder or filler) determined by a laser diffraction/scattering method. In other words, the particle size distribution of the target object is measured by a laser diffraction/scattering method, a cumulative curve is calculated with the total volume of the target particle group as 100%, and the average particle size (D50) is the particle size at the point on the cumulative curve where the cumulative volume is 50%.
"D90" is the volume-based cumulative 90% diameter of an object, measured in a similar manner.
The "particle size distribution" is a distribution shown by a curve plotting the particle amount (%) in each particle size range obtained in the same manner.
"Melting temperature" is the temperature corresponding to the maximum of the melting peak of a polymer as measured by differential scanning calorimetry (DSC).
The "glass transition temperature" is a value measured by analyzing a polymer using a dynamic mechanical analysis (DMA) method.
The "unit" in a polymer may be an atomic group formed directly from a monomer by a polymerization reaction, or may be an atomic group in which a part of the structure is converted by treating a polymer obtained by a polymerization reaction with a predetermined method. A unit based on monomer A contained in a polymer is also simply referred to as a "monomer A unit".
本発明の分散液(以下、「本分散液」とも記す。)は、ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)に基づく単位(PAVE単位)又はヘキサフルオロプロピレン(HFP)に基づく単位(HFP単位)を含むテトラフルオロエチレン系ポリマー(以下、「Fポリマー」とも記す。)のパウダー(以下、「Fパウダー」とも記す。)と、モース硬度が4以下である異方性フィラーと、液状分散媒とを含む。
また、Fパウダーの平均粒子径は、異方性フィラーの平均粒子径より小さい。本分散液において、Fパウダー及び異方性フィラーは分散している。
本分散液は、分散安定性とハンドリング性とに優れており、Fポリマーと異方性フィラーとの物性を高度に具備した成形品を形成しやすい。その理由は必ずしも明確ではないが、以下の様に考えられる。
The dispersion of the present invention (hereinafter also referred to as "the present dispersion") contains a powder (hereinafter also referred to as "F powder") of a tetrafluoroethylene-based polymer (hereinafter also referred to as "F polymer") containing units based on perfluoro(alkyl vinyl ether) (PAVE) (PAVE units) or units based on hexafluoropropylene (HFP) (HFP units), an anisotropic filler having a Mohs hardness of 4 or less, and a liquid dispersion medium.
The average particle size of the F powder is smaller than the average particle size of the anisotropic filler. In this dispersion, the F powder and the anisotropic filler are dispersed.
This dispersion has excellent dispersion stability and handleability, and is easy to form a molded product having high physical properties of the F polymer and the anisotropic filler. The reason for this is not entirely clear, but is thought to be as follows.
本発明における異方性フィラーは、不定形状かつ種々の性状(晶癖等)を有する、脆弱なフィラーであるとも言える。本分散液において、異方性フィラーは、その状態が不安定であり、凝集又は沈降しやすい。また、異方性フィラーは、その形状又は性状が物理的な応力(剪断応力等)で破壊されやすい状態にある。
一方、Fポリマーは、熱溶融加工性に代表される可塑性を有するポリマーであり、そのパウダー(Fパウダー)は、物理的な応力の影響を受けにくく、その分散性に優れる。
本分散液は、かかるFパウダーを、異方性フィラーの平均粒子径より小さい状態にて、換言すれば、緻密に含んでおり、異方性フィラーとFパウダーとの親和性は相対的に高まりやすい状態にある。つまり、本分散液では、Fパウダーがより微粒状に緻密に含まれるため、Fパウダーと異方性フィラーとの間には疑似的な2次粒子が形成されやすい状態にあると考えられる。その結果、異方性フィラーの分散状態が安定化するため、本分散液は分散安定性とハンドリング性とに優れていると考えられる。
The anisotropic filler in the present invention can be said to be a fragile filler having an indefinite shape and various properties (crystal habits, etc.). In the present dispersion, the anisotropic filler is unstable and prone to aggregation or sedimentation. In addition, the shape or properties of the anisotropic filler are prone to being destroyed by physical stress (shear stress, etc.).
On the other hand, the F polymer is a polymer having plasticity typified by thermal melt processability, and its powder (F powder) is less susceptible to the effects of physical stress and has excellent dispersibility.
The present dispersion contains the F powder in a state where the particle size is smaller than the average particle size of the anisotropic filler, in other words, densely, and the affinity between the anisotropic filler and the F powder is relatively likely to be increased. In other words, since the F powder is densely contained in the present dispersion in a finer form, it is considered that pseudo secondary particles are easily formed between the F powder and the anisotropic filler. As a result, the dispersion state of the anisotropic filler is stabilized, and the present dispersion is considered to be excellent in dispersion stability and handleability.
また、かかる本分散液から、液状分散媒を除去しつつFパウダーを溶融焼成すれば、異方性フィラーの変形を抑制しつつ、成形物を成形しやすい。また、液状分散媒の除去過程で、異方性フィラーが配向しつつ、高度に充填された成形物が得られやすい。その結果、本分散液から、Fポリマーの物性と異方性フィラーの物性とを高度に具備した成形品が得られたと考えられる。
例えば、鱗片状又は板状の異方性フィラーを含む本分散液から成形物を形成すると、異方性フィラーが成形物の表面(面方向)に対して平行に配向し、成形物における異方性フィラーの物性が高度に発現しやすい。そのため、本分散液を用いれば、薄層状の成形物においても、Fポリマーの物性と異方性フィラーの物性とを高度に発現しやすい。
In addition, if the F powder is melted and sintered while removing the liquid dispersion medium from the present dispersion, it is easy to mold a molded product while suppressing deformation of the anisotropic filler. In addition, during the process of removing the liquid dispersion medium, the anisotropic filler is oriented, and a molded product that is highly filled is easily obtained. As a result, it is believed that a molded product that highly combines the physical properties of the F polymer and the physical properties of the anisotropic filler was obtained from the present dispersion.
For example, when a molded product is formed from the present dispersion containing a scaly or plate-like anisotropic filler, the anisotropic filler is oriented parallel to the surface (plane direction) of the molded product, and the physical properties of the anisotropic filler in the molded product are easily expressed to a high degree. Therefore, when the present dispersion is used, the physical properties of the F polymer and the physical properties of the anisotropic filler are easily expressed to a high degree even in a thin-layer molded product.
さらに、異方性フィラーが鱗片状又は板状であれば、異方性フィラーがカードハウス構造を形成して、本分散液の液物性(粘度,分散安定性等)が向上するだけでなく、それから形成される成形物において異方性フィラーがより高度に分散しやすい。その結果、成形物が電気特性に優れやすい。また、成形物が応力を受けた際、異方性フィラーによって応力が分散されやすく、機械的強度(折り曲げ性等)が向上しやすい。さらに、成形物において、異方性フィラーのパスが形成されるため、成形物の熱伝導性が向上しやすい。 Furthermore, if the anisotropic filler is flaky or plate-like, the anisotropic filler forms a card house structure, which not only improves the liquid properties (viscosity, dispersion stability, etc.) of the dispersion, but also makes it easier for the anisotropic filler to disperse more highly in the molded product formed therefrom. As a result, the molded product is more likely to have excellent electrical properties. Furthermore, when the molded product is subjected to stress, the anisotropic filler is more likely to disperse the stress, making it easier to improve the mechanical strength (bendability, etc.). Furthermore, since paths for the anisotropic filler are formed in the molded product, the thermal conductivity of the molded product is more likely to be improved.
本分散液におけるFパウダーは、Fポリマーからなるのが好ましい。パウダーにおけるFポリマーの含有量は、80質量%以上が好ましく、100質量%がより好ましい。
Fパウダーに含まれ得る他の成分としては、Fポリマーとは異なる樹脂又は無機物が挙げられる。異なる樹脂としては、芳香族ポリエステル、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシドが挙げられる。
無機物としては、酸化ケイ素(シリカ)、金属酸化物(酸化ベリリウム、酸化セリウム、アルミナ、ソーダアルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン等)、窒化ホウ素、メタ珪酸マグネシウム(ステアタイト)が挙げられる。
The F powder in the present dispersion preferably comprises an F polymer. The content of the F polymer in the powder is preferably 80% by mass or more, more preferably 100% by mass.
Other components that may be included in the F powder include resins or inorganic materials different from the F polymer. The different resins include aromatic polyesters, polyamideimides, thermoplastic polyimides, polyphenylene ethers, and polyphenylene oxides.
Examples of inorganic substances include silicon oxide (silica), metal oxides (beryllium oxide, cerium oxide, alumina, soda alumina, magnesium oxide, zinc oxide, titanium oxide, etc.), boron nitride, and magnesium metasilicate (steatite).
Fポリマーとは異なる樹脂又は無機物を含むFパウダーは、Fポリマーをコアとし、上記樹脂又は無機物をシェルに有するコアシェル構造を有するか、上記樹脂又は無機物をコアとし、Fポリマーをシェルに有するコアシェル構造を有するのが好ましい。かかるFパウダーは、例えば、Fポリマーのパウダーと、前記樹脂又は無機物のパウダーとを合着(衝突、凝集等)させて得られる。F powder containing a resin or inorganic substance different from the F polymer preferably has a core-shell structure with the F polymer as the core and the above-mentioned resin or inorganic substance as the shell, or has a core-shell structure with the above-mentioned resin or inorganic substance as the core and the F polymer as the shell. Such F powder is obtained, for example, by bonding (collision, aggregation, etc.) powder of the F polymer and powder of the above-mentioned resin or inorganic substance.
FパウダーのD50は、10μm以下が好ましく、6μm以下がより好ましく、4μm以下がさらに好ましい。FパウダーのD50は、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましく、1μm以上がさらに好ましい。また、FパウダーのD90は、20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。FパウダーのD50及びD90が、かかる範囲にあれば、異方性フィラーとの親和性がより向上して、本分散液の分散安定性と、その成形物の物性とがより向上しやすい。The D50 of the F powder is preferably 10 μm or less, more preferably 6 μm or less, and even more preferably 4 μm or less. The D50 of the F powder is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and even more preferably 1 μm or more. Furthermore, the D90 of the F powder is preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less. If the D50 and D90 of the F powder are within such ranges, the affinity with the anisotropic filler is further improved, and the dispersion stability of the dispersion and the physical properties of the molded product are more likely to be improved.
本分散液におけるFパウダーの含有量は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、25質量%以上がさらに好ましい。Fパウダーの含有量は、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。Fパウダーの含有量が、かかる範囲にあれば、緻密に含まれるFパウダーにより、Fパウダーと異方性フィラーとの親和性が高まり、本分散液の分散安定性がより向上しやすい。また、成形物におけるFポリマーの物性が顕著に発現しやすい。The content of F powder in this dispersion is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 25% by mass or more. The content of F powder is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less. If the content of F powder is within this range, the affinity between the F powder and the anisotropic filler is increased due to the densely contained F powder, and the dispersion stability of this dispersion is likely to be improved. In addition, the physical properties of the F polymer in the molded product are likely to be significantly expressed.
本分散液におけるFポリマーは、テトラフルオロエチレン(TFE)に基づく単位(TFE単位)を含むポリマーである。Fポリマーは、PAVE単位及びHFP単位の両方を含んでいてもよく、いずれか一方のみを含んでいてもよい。
PAVEは、CF2=CFOCF3、CF2=CFOCF2CF3又はCF2=CFOCF2CF2CF3(PPVE)が好ましく、PPVEがより好ましい。
Fポリマーの溶融温度は、280~325℃が好ましく、285~320℃がより好ましい。
Fポリマーのガラス転移点は、75~125℃が好ましく、80~100℃がより好ましい。
The F polymer in this dispersion is a polymer containing units based on tetrafluoroethylene (TFE) (TFE units). The F polymer may contain both PAVE units and HFP units, or may contain only one of them.
Preferably, PAVE is CF2 = CFOCF3 , CF2 = CFOCF2CF3 or CF2 = CFOCF2CF2CF3 ( PPVE ), more preferably PPVE .
The melting temperature of the F polymer is preferably from 280 to 325°C, more preferably from 285 to 320°C.
The glass transition point of the F polymer is preferably from 75 to 125°C, more preferably from 80 to 100°C.
Fポリマーは、極性官能基(酸素含有極性基)を有していてもよい。極性官能基は、Fポリマー中の単位に含まれていてもよく、ポリマーの主鎖の末端基に含まれていてもよい。後者の態様としては、重合開始剤、連鎖移動剤等に由来する末端基として極性官能基を有するFポリマー、Fポリマーをプラズマ処理や電離線処理して得られる極性官能基を有するFポリマーが挙げられる。
極性官能基は、水酸基含有基又はカルボニル基含有基が好ましく、本分散液の分散安定性の観点から、カルボニル基含有基がより好ましい。
水酸基含有基は、アルコール性水酸基を含有する基が好ましく、-CF2CH2OH又は-C(CF3)2OHがより好ましい。
カルボニル基含有基は、カルボニル基(>C(O))を含む基であり、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アミド基、イソシアネート基、カルバメート基(-OC(O)NH2)、酸無水物残基(-C(O)OC(O)-)、イミド残基(-C(O)NHC(O)-等)又はカーボネート基(-OC(O)O-)が好ましい。
Fポリマーにおけるカルボニル基含有基の数は、主鎖の炭素数1×106個あたり、10~5000個が好ましく、100~3000個がより好ましく、800~1500個がさらに好ましい。なお、Fポリマーにおけるカルボニル基含有基の数は、ポリマーの組成又は国際公開2020/145133号に記載の方法によって定量できる。
The F polymer may have a polar functional group (oxygen-containing polar group). The polar functional group may be contained in a unit in the F polymer, or may be contained in a terminal group of the main chain of the polymer. Examples of the latter embodiment include an F polymer having a polar functional group as a terminal group derived from a polymerization initiator, a chain transfer agent, etc., and an F polymer having a polar functional group obtained by subjecting an F polymer to plasma treatment or ionizing radiation treatment.
The polar functional group is preferably a hydroxyl group-containing group or a carbonyl group-containing group, and from the viewpoint of the dispersion stability of the present dispersion, a carbonyl group-containing group is more preferable.
The hydroxyl-containing group is preferably a group containing an alcoholic hydroxyl group, and more preferably --CF 2 CH 2 OH or --C(CF 3 ) 2 OH.
The carbonyl group-containing group is a group containing a carbonyl group (>C(O)), and is preferably a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, an amide group, an isocyanate group, a carbamate group (-OC(O)NH 2 ), an acid anhydride residue (-C(O)OC(O)-), an imide residue (-C(O)NHC(O)-, etc.) or a carbonate group (-OC(O)O-).
The number of carbonyl group-containing groups in the F polymer is preferably 10 to 5000, more preferably 100 to 3000, and even more preferably 800 to 1500 per 1 × 10 6 carbon atoms in the main chain. The number of carbonyl group-containing groups in the F polymer can be quantified by the composition of the polymer or the method described in WO 2020/145133.
Fポリマーとしては、PAVE単位を含み、全単位に対してPAVE単位を1.5~5.0モル%含むテトラフルオロエチレン系ポリマーが好ましく、PAVE単位及び極性官能基を有するモノマーに基づく単位を含み、極性官能基を有するポリマー(1)、又はPAVE単位を含み、全単位に対してPAVE単位を2.0~5.0モル%含む、極性官能基を有さないポリマー(2)がより好ましい。
これらのFポリマーは、そのパウダーが分散安定性に優れるだけでなく、本分散液から形成される成形物(ポリマー層等)中において、より緻密かつ均質に分布しやすい。さらに、成形物中において微小球晶を形成しやすく、他の成分との密着性が高まりやすい。その結果、3成分それぞれの物性を高度に具備した成形物が、より得られやすい。
The F polymer is preferably a tetrafluoroethylene-based polymer containing PAVE units and containing 1.5 to 5.0 mol % of PAVE units based on all units, and more preferably a polymer (1) containing PAVE units and units based on a monomer having a polar functional group and having a polar functional group, or a polymer (2) containing PAVE units and containing 2.0 to 5.0 mol % of PAVE units based on all units but not having a polar functional group.
These F polymers not only have excellent dispersion stability, but also tend to be distributed more densely and homogeneously in the molded product (polymer layer, etc.) formed from the dispersion. Furthermore, they tend to form microspherulites in the molded product, which tends to increase adhesion with other components. As a result, molded products that have high physical properties of each of the three components can be more easily obtained.
ポリマー(1)は、全単位に対して、TFE単位を90~98モル%、PAVE単位を1.5~9.97モル%及び極性官能基を有するモノマーに基づく単位を0.01~3モル%、それぞれ含有するのが好ましい。
また、極性官能基を有するモノマーは、無水イタコン酸、無水シトラコン酸又は5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物(別称:無水ハイミック酸;以下、「NAH」とも記す。)が好ましい。
ポリマー(1)の具体例としては、国際公開第2018/16644号に記載されるポリマーが挙げられる。
The polymer (1) preferably contains, based on all units, 90 to 98 mol % of TFE units, 1.5 to 9.97 mol % of PAVE units, and 0.01 to 3 mol % of units based on a monomer having a polar functional group.
Moreover, the monomer having a polar functional group is preferably itaconic anhydride, citraconic anhydride, or 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride (also called himic anhydride; hereinafter, also referred to as "NAH").
Specific examples of the polymer (1) include the polymers described in WO 2018/16644.
ポリマー(2)は、TFE単位及びPAVE単位のみからなり、全単位に対して、TFE単位を95.0~98.0モル%、PAVE単位を2.0~5.0モル%含有するのが好ましい。
ポリマー(2)におけるPAVE単位の含有量は、全単位に対して、2.1モル%以上が好ましく、2.2モル%以上がより好ましい。
なお、ポリマー(2)が極性官能基を有さないとは、ポリマー主鎖を構成する炭素原子数の1×106個あたりに対して、ポリマーが有する極性官能基の数が、500個未満であることを意味する。上記極性官能基の数は、100個以下が好ましく、50個未満がより好ましい。上記極性官能基の数の下限は、通常、0個である。
ポリマー(2)は、ポリマー鎖の末端基として極性官能基を生じない、重合開始剤や連鎖移動剤等を使用して製造してもよく、極性官能基を有するFポリマー(重合開始剤に由来する極性官能基をポリマーの主鎖の末端基に有するFポリマー等)をフッ素化処理して製造してもよい。フッ素化処理の方法としては、フッ素ガスを使用する方法(特開2019-194314号公報等を参照)が挙げられる。
The polymer (2) is composed only of TFE units and PAVE units, and preferably contains 95.0 to 98.0 mol % of TFE units and 2.0 to 5.0 mol % of PAVE units based on the total units.
The content of PAVE units in the polymer (2) is preferably 2.1 mol % or more, more preferably 2.2 mol % or more, based on all units.
In addition, the polymer (2) having no polar functional groups means that the number of polar functional groups that the polymer has per 1×10 6 carbon atoms constituting the polymer main chain is less than 500. The number of the polar functional groups is preferably 100 or less, more preferably less than 50. The lower limit of the number of the polar functional groups is usually 0.
The polymer (2) may be produced by using a polymerization initiator or a chain transfer agent that does not generate a polar functional group as the end group of the polymer chain, or by fluorinating an F polymer having a polar functional group (such as an F polymer having a polar functional group derived from a polymerization initiator at the end group of the main chain of the polymer). Examples of the fluorination method include a method using fluorine gas (see JP 2019-194314 A, etc.).
本発明における異方性フィラーのモース硬度は、4以下であり、3以下が好ましい。異方性フィラーのモース硬度は、1以上が好ましく、2以上がより好ましい。モース硬度がかかる範囲にある脆い異方性フィラーであっても、異方性フィラーとFパウダーとの親和性により本分散液は分散安定性に優れ、その成形物におけるフィラーの物性が高まりやすい。
異方性フィラーは、1種を用いてもよく、平均粒子径又は種類の異なる2種以上を用いてもよい。
The Mohs hardness of the anisotropic filler in the present invention is 4 or less, and preferably 3 or less. The Mohs hardness of the anisotropic filler is preferably 1 or more, and more preferably 2 or more. Even if the anisotropic filler is brittle and has a Mohs hardness in this range, the present dispersion has excellent dispersion stability due to the affinity between the anisotropic filler and the F powder, and the physical properties of the filler in the molded product are likely to be improved.
The anisotropic filler may be used alone or in combination with two or more types having different average particle sizes or different types.
本発明における異方性フィラーの形状は、粒状、針状(繊維状)、板状のいずれであってもよい。異方性フィラーの具体的な形状としては、球状、鱗片状、層状、葉片状、杏仁状、柱状、鶏冠状、等軸状、葉状、雲母状、ブロック状、平板状、楔状、ロゼット状、網目状、角柱状が挙げられる。
異方性フィラーの形状は、鱗片状又は板状が好ましい。鱗片状又は板状の異方性フィラーを用いれば、それがカードハウス構造を形成して、分散液の液物性(粘度、分散安定性等)を向上させやすいだけでなく、成形物中でのフィラーの配向性も向上させやすく、その機能(機械的強度、熱伝導性、電気特性等)を高めやすい。
The shape of the anisotropic filler in the present invention may be any of granular, needle-like (fibrous) and plate-like.Specific shapes of the anisotropic filler include spherical, scale-like, layered, leaf-like, apricot kernel-like, columnar, cockscomb-like, equiaxed, leaf-like, mica-like, block-like, flat, wedge-like, rosette-like, net-like and prismatic shapes.
The anisotropic filler is preferably scaly or plate-like in shape. If a scaly or plate-like anisotropic filler is used, it forms a card house structure, which not only improves the liquid properties (viscosity, dispersion stability, etc.) of the dispersion, but also improves the orientation of the filler in the molded product, and easily enhances its functions (mechanical strength, thermal conductivity, electrical properties, etc.).
異方性フィラーとしては、カーボンフィラー、窒化物フィラー、雲母フィラー、クレーフィラー、タルクフィラーが挙げられ、窒化ホウ素又はタルクを含むフィラーが好ましく、窒化ホウ素を含むフィラーがより好ましい。窒化ホウ素の結晶形は、六方晶、菱面体晶、立方晶、ウルツ鉱のいずれかであってもよい。かかる異方性フィラーを含む本分散液は、分散安定性とハンドリング性とに優れる。また、成形物中でフィラーがFポリマーに与える電気的な干渉が増大しやすく、その結果、成形物の電気特性(特に、誘電正接性)が良好になりやすい。さらに、成形物の熱伝導性が良好になりやすい。Examples of anisotropic fillers include carbon fillers, nitride fillers, mica fillers, clay fillers, and talc fillers. Fillers containing boron nitride or talc are preferred, and fillers containing boron nitride are more preferred. The crystal form of boron nitride may be any of hexagonal, rhombohedral, cubic, and wurtzite. The present dispersion containing such anisotropic fillers has excellent dispersion stability and handleability. In addition, the electrical interference that the filler gives to the F polymer in the molded product is likely to increase, and as a result, the electrical properties (particularly the dielectric tangent) of the molded product are likely to be good. Furthermore, the thermal conductivity of the molded product is likely to be good.
窒化ホウ素を含むフィラーにおける窒化ホウ素の含有量は、95質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましく、99.5質量%以上がさらに好ましい。含有量の上限は、100質量%である。この場合、成形物が低線膨張性と電気特性に優れやすい。
異方性フィラーを水に添加したとき、その水のpHは、酸性、中性、アルカリ性のいずれを示してもよく、アルカリ性を示すのが好ましい。
異方性フィラーの比表面積は、1~20m2/gが好ましく、3~8m2/gがより好ましい。この場合、本分散液中で異方性フィラーが濡れやすくなり、Fパウダーとの親和性が亢進しやすい。また、成形物において、異方性フィラーとFポリマーとがより均一に分散(分布)して、両者の物性がバランスよく発現しやすい。
The boron nitride content in the filler containing boron nitride is preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and even more preferably 99.5% by mass or more. The upper limit of the content is 100% by mass. In this case, the molded product tends to have low linear expansion properties and excellent electrical properties.
When the anisotropic filler is added to water, the pH of the water may be acidic, neutral, or alkaline, and is preferably alkaline.
The specific surface area of the anisotropic filler is preferably 1 to 20 m 2 /g, more preferably 3 to 8 m 2 /g. In this case, the anisotropic filler becomes more easily wetted in the dispersion liquid, and the affinity with the F powder is easily enhanced. In addition, in the molded product, the anisotropic filler and the F polymer are more uniformly dispersed (distributed), and the physical properties of both are easily expressed in a well-balanced manner.
異方性フィラーの表面は、表面処理されていてもよい。
表面処理剤としては、多価アルコール(トリメチロールエタン、ペンタエリストール、プロピレングリコール等)、飽和脂肪酸(ステアリン酸、ラウリン酸等)、そのエステル、アルカノールアミン、アミン(トリメチルアミン、トリエチルアミン等)、パラフィンワックス、シランカップリング剤、シリコーン、ポリシロキサン、無機物(アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、スズ、チタニウム、アンチモン等の、酸化物、水酸化物、水和酸化物又はリン酸塩)が挙げられる。
表面処理剤としては、シランカップリング剤が好ましい。かかる場合、異方性フィラーと、Fポリマーのパウダーとが、より親和して、本分散液の分散安定性が向上しやすい。シランカップリング剤は、アミノ基、チオール基、ビニル基、アクロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を有するのが好ましい。
The surface of the anisotropic filler may be surface-treated.
Examples of the surface treatment agent include polyhydric alcohols (trimethylolethane, pentaerythritol, propylene glycol, etc.), saturated fatty acids (stearic acid, lauric acid, etc.), esters thereof, alkanolamines, amines (trimethylamine, triethylamine, etc.), paraffin wax, silane coupling agents, silicones, polysiloxanes, and inorganic substances (oxides, hydroxides, hydrated oxides, or phosphates of aluminum, silicon, zirconium, tin, titanium, antimony, etc.).
The surface treatment agent is preferably a silane coupling agent. In this case, the anisotropic filler and the F polymer powder have a higher affinity, and the dispersion stability of the dispersion liquid is easily improved. The silane coupling agent preferably has an amino group, a thiol group, a vinyl group, an acroyloxy group, or a methacryloyloxy group.
異方性フィラーは、疎水部と親水部を有する異方性フィラーであってもよい。かかる異方性フィラーとしては、表面に疎水層を有し、内部に親水層を有する異方性フィラーが挙げられる。その具体例としては、疎水層、親水層(含水層)、疎水層をこの順に備えた板状の多層フィラーが挙げられる。親水層の含水率は、0.3質量%以上が好ましい。この場合、分散液における異方性フィラーの分散状態が安定しやすいだけでなく、分散液から成形物を成形する際の異方性フィラーの配向性も一層高まり、Fポリマーの物性と異方性フィラーの物性とを高度に具備した成形品が得られやすい。The anisotropic filler may be an anisotropic filler having a hydrophobic portion and a hydrophilic portion. Examples of such anisotropic fillers include an anisotropic filler having a hydrophobic layer on the surface and a hydrophilic layer inside. A specific example of such an anisotropic filler is a plate-shaped multi-layer filler having a hydrophobic layer, a hydrophilic layer (water-containing layer), and a hydrophobic layer in this order. The water content of the hydrophilic layer is preferably 0.3% by mass or more. In this case, not only is the dispersion state of the anisotropic filler in the dispersion liquid easily stabilized, but the orientation of the anisotropic filler when molding a molded product from the dispersion liquid is also further enhanced, making it easier to obtain a molded product that has a high level of the physical properties of the F polymer and the physical properties of the anisotropic filler.
異方性フィラーのD50は、1μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましく、5μm以上がさらに好ましい。異方性フィラーのD50は、25μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましい。異方性フィラーのD90は、10μm以上が好ましく、15μm以上がより好ましい。異方性フィラーのD90は、30μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましい。異方性フィラーのD50及びD90が、かかる範囲にあれば、Fパウダーとの親和性がより向上して、本分散液の分散安定性と、その成形物の物性とがより向上しやすい。かかる異方性フィラーの具体例としては、鱗片状の窒化ホウ素フィラー及び板状のタルクフィラーが挙げられる。The D50 of the anisotropic filler is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, and even more preferably 5 μm or more. The D50 of the anisotropic filler is preferably 25 μm or less, and more preferably 20 μm or less. The D90 of the anisotropic filler is preferably 10 μm or more, and more preferably 15 μm or more. The D90 of the anisotropic filler is preferably 30 μm or less, and more preferably 20 μm or less. If the D50 and D90 of the anisotropic filler are within such ranges, the affinity with the F powder is further improved, and the dispersion stability of the dispersion and the physical properties of the molded product are more likely to be improved. Specific examples of such anisotropic fillers include scaly boron nitride filler and plate-like talc filler.
異方性フィラーのアスペクト比は、2以上が好ましく、3以上がより好ましく、5以上がさらに好ましく、10以上が特に好ましい。異方性フィラーのアスペクト比は、10000以下が好ましい。この場合、成形物中でのフィラーの配向性をより向上させやすく、その機能を高めやすい。具体的には、分散液における異方性フィラーの分散状態が安定しやすいだけでなく、分散液から成形物を成形する際の異方性フィラーの配向性も一層高まり、Fポリマーの物性と異方性フィラーの物性とを高度に具備した成形品が得られやすい。The aspect ratio of the anisotropic filler is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, even more preferably 5 or more, and particularly preferably 10 or more. The aspect ratio of the anisotropic filler is preferably 10,000 or less. In this case, it is easier to improve the orientation of the filler in the molded product and to enhance its function. Specifically, not only is the dispersion state of the anisotropic filler in the dispersion liquid more stable, but the orientation of the anisotropic filler when molding a molded product from the dispersion liquid is also further improved, making it easier to obtain a molded product that highly combines the physical properties of the F polymer and the physical properties of the anisotropic filler.
なお、異方性フィラーのアスペクト比は、異方性フィラーの平均粒子径(D50)を異方性フィラーの平均短径(短手方向の長さの平均値)で除して求められる値である。
かかる異方性フィラーの具体的な態様としては、平均短径が1μm以下、又は、平均長径(長手方向の長さの平均値)が1μm以上のフィラーが挙げられる。かかる異方性フィラーの具体例としては、平板状のタルクフィラーが挙げられる。
異方性フィラーは、単層構造であってもよく、複層構造であってもよい。かかる異方性フィラーとしては、3層構造のタルクフィラーが挙げられる。
The aspect ratio of the anisotropic filler is a value obtained by dividing the average particle size (D50) of the anisotropic filler by the average minor axis (average length in the short side direction) of the anisotropic filler.
Specific examples of such anisotropic fillers include fillers having an average minor axis of 1 μm or less, or an average major axis (average value of the length in the longitudinal direction) of 1 μm or more. Specific examples of such anisotropic fillers include plate-shaped talc fillers.
The anisotropic filler may have a single layer structure or a multi-layer structure, and an example of such an anisotropic filler is a talc filler having a three-layer structure.
異方性フィラーの好適な具体例としては、窒化ホウ素フィラー(昭和電工社製の「UHP」シリーズ、デンカ製の「HGP」シリーズ、「GP」シリーズ等)、タルクフィラー(日本タルク社製の「SG」シリーズ等)が挙げられる。Suitable examples of anisotropic fillers include boron nitride fillers (such as the "UHP" series manufactured by Showa Denko KK, the "HGP" series and "GP" series manufactured by Denka, etc.) and talc fillers (such as the "SG" series manufactured by Nippon Talc Co., Ltd.).
本分散液において、FパウダーのD50は、異方性フィラーのD50より小さい。つまり、本分散液では、微粒状のFパウダーを緻密に含むことにより、Fパウダーと異方性フィラーとの親和性を高め、本分散液の分散安定性を向上させている。さらに、成形物において、異方性フィラーがより均一に分散して、その物性が顕著に発現しやすい。
具体的には、FパウダーのD50が0.1μm以上かつ5μm未満であり、異方性フィラーのD50が1μm以上かつ25μm以下であるのが好ましい。
In this dispersion, the D50 of the F powder is smaller than that of the anisotropic filler. In other words, the dispersion contains fine F powder densely, which increases the affinity between the F powder and the anisotropic filler and improves the dispersion stability of the dispersion. Furthermore, the anisotropic filler is more uniformly dispersed in the molded product, making it easier for its physical properties to be significantly expressed.
Specifically, it is preferable that the D50 of the F powder is 0.1 μm or more and less than 5 μm, and the D50 of the anisotropic filler is 1 μm or more and 25 μm or less.
本分散液に含まれるフィラーの好適な態様としては、異方性フィラー(以下、「異方性フィラー1」とも記す。)を含み、さらに、異方性フィラー1より平均粒子径が小さい無機フィラー(以下、「異なるフィラー」とも記す。)を含む態様が挙げられる。この場合、フィラー同士の間での相互作用による本分散液の分散安定性の向上と、異なるフィラーによる緻密な成形物の形成能とがバランスして、得られる成形物の諸物性(耐水性、低線膨張性、電気特性等)が一層向上しやすい。なお、異なるフィラーは平均粒子径が異方性フィラー1より小さい無機フィラーであればよく、その材質は異方性フィラー1と同じであってもよく異なっていてもよい。A preferred embodiment of the filler contained in the present dispersion liquid includes an anisotropic filler (hereinafter also referred to as "anisotropic filler 1") and an inorganic filler (hereinafter also referred to as "different filler") having a smaller average particle size than the anisotropic filler 1. In this case, the improvement in the dispersion stability of the present dispersion liquid due to the interaction between the fillers and the ability to form a dense molded product by the different filler are balanced, and the physical properties (water resistance, low linear expansion, electrical properties, etc.) of the resulting molded product are more likely to be improved. The different filler may be an inorganic filler with an average particle size smaller than the anisotropic filler 1, and the material may be the same as or different from the anisotropic filler 1.
この好適な態様において、異方性フィラー1の平均粒子径が6μm超15μm以下であり、かつ、異なるフィラーの平均粒子径が1μm以上6μm以下であるのが好ましい。この際、異方性フィラー1は窒化ホウ素を含むフィラーであり、かつ、異なるフィラーは窒化ホウ素を含むフィラー又はメタ珪酸マグネシウムフィラー(ステアタイトフィラー)であるのが好ましい。また、異方性フィラー1のアスペクト比は10以上であり、かつ、異なるフィラーのアスペクト比は、40以下であるのが好ましく、10未満であるのがより好ましい。
この場合、得られる成形物において、異なるフィラーにより異方性フィラー1のランダム配向性が促され、フィラー物性と成形物物性(接着性、剛性等)とがバランスしやすい。
In this preferred embodiment, the average particle size of the anisotropic filler 1 is preferably more than 6 μm and 15 μm or less, and the average particle size of the different filler is preferably 1 μm or more and 6 μm or less. In this case, the anisotropic filler 1 is preferably a filler containing boron nitride, and the different filler is preferably a filler containing boron nitride or a magnesium metasilicate filler (steatite filler). In addition, the aspect ratio of the anisotropic filler 1 is preferably 10 or more, and the aspect ratio of the different filler is preferably 40 or less, more preferably less than 10.
In this case, in the obtained molded product, the different fillers promote random orientation of the anisotropic filler 1, and the filler properties and the molded product properties (adhesiveness, rigidity, etc.) are easily balanced.
この好適な態様において、異方性フィラー1の平均粒子径が1μm超15μm以下であり、かつ、異なるフィラーの平均粒子径が0.01μm以上1μm未満であるのも好ましい。この際、異方性フィラー1は窒化ホウ素を含むフィラーであり、かつ、異なるフィラーは酸化ケイ素を含むフィラーであるのが好ましい。
この酸化ケイ素を含むフィラーは、シリカフィラー又はメタ珪酸マグネシウムフィラー(ステアタイトフィラー)であるのが好ましい。また、酸化ケイ素を含むフィラーの表面はシランカップリング剤で表面処理されているのが好ましい。
In this preferred embodiment, it is also preferred that the average particle size of the anisotropic filler 1 is more than 1 μm and not more than 15 μm, and the average particle size of the different filler is 0.01 μm or more and less than 1 μm. In this case, it is preferred that the anisotropic filler 1 is a filler containing boron nitride, and the different filler is a filler containing silicon oxide.
The filler containing silicon oxide is preferably a silica filler or a magnesium metasilicate filler (steatite filler), and the surface of the filler containing silicon oxide is preferably treated with a silane coupling agent.
この酸化ケイ素を含むフィラーは、略真球状であるのが好ましい。この場合、緻密な成形物を形成しやすい。なお、略真球状とは、走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察した際に、長径に対する短径の比が0.7以上である球形の粒子の占める割合が95%以上であることを意味する。
かかる酸化ケイ素を含むフィラーの具体例としては、略真球状シリカフィラー(アドマテックス社製の「アドマファイン」シリーズ等)、球状溶融シリカ(デンカ社製の「SFP」シリーズ等)、中空状シリカフィラー(太平洋セメント社製の「E-SPHERES」シリーズ、日鉄鉱業社製の「シリナックス」シリーズ、エマーソン・アンド・カミング社製「エココスフイヤー」シリーズ等)、ステアタイトフィラー(日本タルク社製の「BST」シリーズ等)が挙げられる。
The filler containing silicon oxide is preferably substantially spherical. In this case, dense moldings are easily formed. The term "substantially spherical" means that the ratio of spherical particles having a minor axis to major axis ratio of 0.7 or more when observed with a scanning electron microscope (SEM) is 95% or more.
Specific examples of such fillers containing silicon oxide include nearly spherical silica fillers (such as the "Admafine" series manufactured by Admatechs Co., Ltd.), spherical fused silica (such as the "SFP" series manufactured by Denka Co., Ltd.), hollow silica fillers (such as the "E-SPHERES" series manufactured by Taiheiyo Cement Corporation, the "Silinax" series manufactured by Nippon Steel Mining Co., Ltd., and the "Ecocospher" series manufactured by Emerson & Cumming Co., Ltd.), and steatite fillers (such as the "BST" series manufactured by Nippon Talc Co., Ltd.).
この好適な態様においては、異なるフィラーにより、成形物における異方性フィラー1のランダム配向性が促され、成形物におけるフィラー物性と成形物物性(接着性、表面平滑性、剛性等)とがバランスしやすい。つまり、成形物において異方性フィラー1の配向性が部分的に乱れ、フィラー配向性の高さに起因する電気特性及び低線膨張性とフィラー配向の乱れに起因する剛性、接着性及び表面平滑性とが、成形物に高度に具備されやすい。In this preferred embodiment, the different fillers promote random orientation of the anisotropic filler 1 in the molded product, and the filler properties in the molded product and the molded product properties (adhesion, surface smoothness, rigidity, etc.) are easily balanced. In other words, the orientation of the anisotropic filler 1 is partially disordered in the molded product, and the molded product is likely to have high electrical properties and low linear expansion due to high filler orientation, and rigidity, adhesion, and surface smoothness due to the disorder of the filler orientation.
また、この好適な態様におけるフィラーは、多峰性の粒度分布を有する状態で含まれていてもよい。この場合、緻密な成形物を形成しやすい観点から、粒度分布における峰のうち、本フィラー1に起因する峰が最も高いのが好ましい。具体的には、フィラーは、6μm以下の領域と6μm超の領域とに峰をそれぞれ有する二峰性の粒度分布を有する状態で含まれているのが好ましい。In addition, the filler in this preferred embodiment may be contained in a state having a multimodal particle size distribution. In this case, from the viewpoint of facilitating the formation of a dense molded product, it is preferable that the peak in the particle size distribution attributable to the present filler 1 is the highest. Specifically, it is preferable that the filler is contained in a state having a bimodal particle size distribution having peaks in the region of 6 μm or less and the region of over 6 μm.
また、この好適な態様におけるフィラーは、その少なくとも一部がFパウダーの表面に付着して含まれていてもよく、その表面に少なくとも一部のFパウダーが付着して含まれていてもよい。この場合、本分散液は、Fパウダーと異方性フィラー1とのコンポジット体を含むとも言え、その分散安定性が一層向上して、それから形成される成形物の諸物性(耐水性、低線膨張性、電気特性等)がさらに向上しやすい。In addition, in this preferred embodiment, at least a portion of the filler may be attached to the surface of the F powder, or at least a portion of the F powder may be attached to the surface. In this case, the dispersion liquid can be said to contain a composite of the F powder and the anisotropic filler 1, and the dispersion stability is further improved, and the physical properties (water resistance, low linear expansion, electrical properties, etc.) of the molded product formed therefrom are likely to be further improved.
さらに、この好適な態様における、異方性フィラー1の含有量に対する、異なるフィラーの含有量の質量比は、0.1以上が好ましく、0.2以上がより好ましい。また、上記質量比は、2以下が好ましく、1以下がより好ましい。この場合、分散液の分散安定性と成形物の物性とがバランスしやすい。Furthermore, in this preferred embodiment, the mass ratio of the content of the different filler to the content of the anisotropic filler 1 is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. Moreover, the mass ratio is preferably 2 or less, more preferably 1 or less. In this case, it is easy to balance the dispersion stability of the dispersion and the physical properties of the molded product.
本分散液における異方性フィラーの含有量は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、25質量%以上がさらに好ましい。Fパウダーの含有量は、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。
本分散液における、Fポリマーの含有量及び異方性フィラーの含有量は、それぞれ5質量%以上であるのが好ましい。両者の含有量の和は、60質量%以下が好ましい。かかる高い割合(含有量)で、Fポリマーと異方性フィラーのそれぞれを含有しても、上述した作用機構の通り、本分散液は分散安定性に優れており、両者の物性を高度に具備した成形物を形成しやすい。
The content of the anisotropic filler in the dispersion is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 25% by mass or more. The content of the F powder is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less.
In the present dispersion, the content of the F polymer and the content of the anisotropic filler are each preferably 5% by mass or more. The sum of the contents of both is preferably 60% by mass or less. Even if the F polymer and the anisotropic filler are contained at such a high ratio (content), as explained by the above-mentioned mechanism of action, the present dispersion has excellent dispersion stability, and it is easy to form a molded product having high physical properties of both.
本分散液は、分散安定性とハンドリング性とを向上させる観点から、さらに、界面活性剤を含むのが好ましい。
界面活性剤は、ノニオン性であるのが好ましい。
界面活性剤の親水部位は、オキシアルキレン基又はアルコール性水酸基を有するのが好ましい。
オキシアルキレン基は、1種から構成されていてもよく、2種以上から構成されていてもよい。後者の場合、種類の違うオキシアルキレン基は、ランダム状に配置されていてもよく、ブロック状に配置されていてもよい。
オキシアルキレン基は、オキシエチレン基が好ましい。
From the viewpoint of improving dispersion stability and handling properties, the present dispersion preferably further contains a surfactant.
The surfactant is preferably nonionic.
The hydrophilic site of the surfactant preferably has an oxyalkylene group or an alcoholic hydroxyl group.
The oxyalkylene group may be composed of one type or two or more types. In the latter case, the different types of oxyalkylene groups may be arranged randomly or in a block form.
The oxyalkylene group is preferably an oxyethylene group.
界面活性剤の疎水部位は、アセチレン基、ポリシロキサン基、ペルフルオロアルキル基又はペルフルオロアルケニル基を有するのが好ましい。換言すれば、界面活性剤は、アセチレン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましく、シリコーン系界面活性剤がより好ましい。
フッ素系界面活性剤としては、水酸基(特に、アルコール性水酸基)又はオキシアルキレン基と、ペルフルオロアルキル基又はペルフルオロアルケニル基とを有するフッ素系界面活性剤がさらに好ましい。
界面活性剤の具体例としては、「フタージェント」シリーズ(ネオス社製)、「サーフロン」シリーズ(AGCセイミケミカル社製)、「メガファック」シリーズ(DIC社製)、「ユニダイン」シリーズ(ダイキン工業社製)、「BYK-347」、「BYK-349」、「BYK-378」、「BYK-3450」、「BYK-3451」、「BYK-3455」、「BYK-3456」(ビックケミー・ジャパン株式会社社製)、「KF-6011」、「KF-6043」(信越化学工業株式会社製)が挙げられる。
本分散液における界面活性剤の含有量は、1~15質量%が好ましい。この場合、成分間の親和性が亢進して、本分散液の分散安定性がより向上しやすい。
The hydrophobic portion of the surfactant preferably has an acetylene group, a polysiloxane group, a perfluoroalkyl group, or a perfluoroalkenyl group. In other words, the surfactant is preferably an acetylene-based surfactant, a silicone-based surfactant, or a fluorine-based surfactant, and more preferably a silicone-based surfactant.
As the fluorosurfactant, a fluorosurfactant having a hydroxyl group (particularly an alcoholic hydroxyl group) or an oxyalkylene group and a perfluoroalkyl group or a perfluoroalkenyl group is more preferred.
Specific examples of surfactants include the "Ftergent" series (manufactured by Neos), the "Surflon" series (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.), the "Megafac" series (manufactured by DIC Corporation), the "Unidyne" series (manufactured by Daikin Industries, Ltd.), "BYK-347", "BYK-349", "BYK-378", "BYK-3450", "BYK-3451", "BYK-3455", "BYK-3456" (manufactured by BYK Japan KK), and "KF-6011" and "KF-6043" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
The content of the surfactant in the present dispersion is preferably 1 to 15% by mass, in which case the affinity between the components is enhanced and the dispersion stability of the present dispersion is more likely to be improved.
本発明における液状分散媒は、Fパウダー及び異方性フィラーの分散媒として機能する、25℃で不活性な液体化合物である。液状分散媒は、水であってもよく、非水系分散媒であってもよい。液状分散媒は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。この場合、異種の液体化合物は相溶するのが好ましい。
液状分散媒の沸点は、125~250℃が好ましい。この場合、本分散液から成形物を形成する際に、異方性フィラーが配向しやすく、成形物の物性が向上しやすい。
液状分散媒としては、本分散液の分散安定性の観点から、アミド、ケトン及びエステルからなる群から選ばれる1種以上の液体化合物が好ましく、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノン又はシクロペンタノンがより好ましい。
本分散液における液状分散媒の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましい。液状分散媒の含有量は、90質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましい。
The liquid dispersion medium in the present invention is a liquid compound that functions as a dispersion medium for the F powder and the anisotropic filler and is inactive at 25° C. The liquid dispersion medium may be water or a non-aqueous dispersion medium. The liquid dispersion medium may be one type or two or more types. In this case, it is preferable that the different liquid compounds are compatible with each other.
The boiling point of the liquid dispersion medium is preferably 125 to 250° C. In this case, when a molded article is formed from the dispersion, the anisotropic filler is likely to be oriented, and the physical properties of the molded article are likely to be improved.
From the viewpoint of dispersion stability of the present dispersion, the liquid dispersion medium is preferably one or more liquid compounds selected from the group consisting of amides, ketones and esters, and more preferably N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, cyclohexanone or cyclopentanone.
The content of the liquid dispersion medium in the present dispersion is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less.
本分散液の粘度は、50mPa・s以上が好ましく、100mPa・s以上がより好ましい。本分散液の粘度は、10000mPa・s以下が好ましく、1000mPa・s以下がより好ましく、800mPa・s以下がさらに好ましい。
本分散液のチキソ比は、1.0以上が好ましい。本分散液のチキソ比は、3.0以下が好ましく、2.0以下がより好ましい。
本分散液の成分分散層率は、60%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、80%以上であるのがさらに好ましい。ここで、成分分散層率とは、本分散液(18mL)をスクリュー管(内容積:30mL)に入れ、25℃にて14日静置した際、静置前後の、スクリュー管中の本分散液の全体の高さと成分分散層の高さとから、以下の式により算出される値である。
成分分散層率(%)=(成分分散層の高さ)/(本分散液の全体の高さ)×100
なお、静置後に成分分散層が確認されず、状態に変化がない場合には、本分散液の全体の高さに変化がないとして、成分分散層率は100%とする。
本分散液は、上述した作用機構により、かかる範囲の、粘度、チキソ性又は成分分散層率に調整しやすくハンドリング性に優れている。
The viscosity of the present dispersion is preferably 50 mPa·s or more, more preferably 100 mPa·s or more. The viscosity of the present dispersion is preferably 10,000 mPa·s or less, more preferably 1,000 mPa·s or less, and even more preferably 800 mPa·s or less.
The thixotropy ratio of the present dispersion is preferably 1.0 or more, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.0 or less.
The component dispersion layer ratio of the present dispersion is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more. Here, the component dispersion layer ratio is a value calculated by the following formula from the total height of the present dispersion in the screw tube and the height of the component dispersion layer before and after standing when the present dispersion (18 mL) is placed in a screw tube (internal volume: 30 mL) and left at rest at 25° C. for 14 days.
Component dispersion layer rate (%) = (height of component dispersion layer) / (total height of this dispersion) x 100
If no component-dispersed layer is observed after standing and there is no change in state, it is assumed that there is no change in the overall height of the dispersion liquid, and the component-dispersed layer rate is taken as 100%.
Due to the above-mentioned mechanism of action, the present dispersion liquid is easy to adjust to the above-mentioned ranges of viscosity, thixotropy, and component dispersion layer ratio, and has excellent handleability.
本分散液は、さらに、Fポリマーと異なる他の樹脂(ポリマー)を含んでもよい。他の樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂であってもよい。
他の樹脂としては、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド、液晶ポリエステル、Fポリマー以外のフルオロポリマーが挙げられる。
他の樹脂の好適な態様としては、芳香族ポリマーのワニスが挙げられる。芳香族ポリマーは、芳香族ポリイミド又は芳香族ポリアミック酸が好ましく、熱可塑性芳香族ポリイミドがより好ましい。この場合、その成形物において、Fポリマーと異方性フィラーとの物性が顕著に発現しやすい。また、本分散液から成形物を形成する際に、Fパウダーの粉落ちも抑制され、その接着性もより向上しやすい。
The dispersion may further contain another resin (polymer) different from the F polymer. The other resin may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
Examples of other resins include epoxy resins, maleimide resins, urethane resins, elastomers, polyimides, polyamic acids, polyamideimides, polyphenylene ethers, polyphenylene oxides, liquid crystal polyesters, and fluoropolymers other than F polymers.
A suitable embodiment of the other resin is a varnish of an aromatic polymer. The aromatic polymer is preferably an aromatic polyimide or an aromatic polyamic acid, more preferably a thermoplastic aromatic polyimide. In this case, the physical properties of the F polymer and the anisotropic filler are likely to be significantly expressed in the molded product. In addition, when forming a molded product from this dispersion, the powder fall of the F powder is also suppressed, and the adhesiveness is also likely to be improved.
本分散液における芳香族ポリマーの含有量は、1~30質量%が好ましく、5~25質量%がより好ましい。Fポリマーの含有量に対する芳香族ポリマーの含有量の質量での比は、1.0以下が好ましく、0.1~0.7がより好ましい。
他の樹脂の好適な態様としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のパウダーが挙げられる。この場合、その成形物において、PTFEに基づく物性(低誘電正接性等の電気特性)が顕著に発現しやすい。また、PTFEが造核剤となり、成形物中のFポリマーが微小結晶を形成しやすくなり、成形物の表面における密着性が向上して、その接着性が高まりやすい。また、成形物中でのフィラーの配向性を向上させやすく、その機能が高まりやすい。
The content of the aromatic polymer in the present dispersion is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 25% by mass. The ratio by mass of the content of the aromatic polymer to the content of the F polymer is preferably 1.0 or less, more preferably 0.1 to 0.7.
A suitable embodiment of the other resin is a powder of polytetrafluoroethylene (PTFE). In this case, the physical properties based on PTFE (electrical properties such as low dielectric tangent) are easily manifested in the molded product. In addition, PTFE acts as a nucleating agent, and the F polymer in the molded product is easily formed into microcrystals, which improves the adhesion on the surface of the molded product and increases its adhesiveness. In addition, the orientation of the filler in the molded product is easily improved, which increases its function.
PTFEは、下式(1)に基づいて算出される数平均分子量(Mn)が20万以下であるPTFE(低分子量PTFE)が好ましい。
Mn = 2.1×1010×ΔHc-5.16 ・・・ (1)
式(1)中、ΔHcは、示差走査熱量分析法により測定されるPTFEの結晶化熱量(cal/g)を示す。
低分子量PTFEのMnは、10万以下が好ましく、5万以下がより好ましい。低分子量PTFEのMnは、1万以上が好ましい。
The PTFE is preferably a PTFE having a number average molecular weight (Mn) of 200,000 or less, calculated based on the following formula (1) (low molecular weight PTFE).
Mn = 2.1×10 10 ×ΔHc -5.16 ... (1)
In formula (1), ΔHc represents the heat of crystallization (cal/g) of PTFE measured by differential scanning calorimetry.
The Mn of the low molecular weight PTFE is preferably 100,000 or less, more preferably 50,000 or less. The Mn of the low molecular weight PTFE is preferably 10,000 or more.
本分散液におけるPTFEの含有量は、1~30質量%が好ましく、5~20質量%がより好ましい。Fポリマーの含有量に対するPTFEの含有量の質量での比は、1.0以下が好ましく、0.1~0.4がより好ましい。
他の樹脂を含む場合の本分散液は、本分散液と他の樹脂のパウダーとを混合して製造してもよく、本分散液と、他の樹脂を含むワニスとを混合して製造してもよい。
The PTFE content in the dispersion is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 20% by mass. The ratio by mass of the PTFE content to the F polymer content is preferably 1.0 or less, more preferably 0.1 to 0.4.
When the present dispersion contains another resin, it may be produced by mixing the present dispersion with a powder of the other resin, or it may be produced by mixing the present dispersion with a varnish containing the other resin.
本分散液は、上述した成分以外にも、チキソ性付与剤、消泡剤、シランカップリング剤、脱水剤、可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、導電剤、離型剤、表面処理剤、粘度調節剤、難燃剤、等方性フィラー等の添加剤を含んでいてもよい。In addition to the components mentioned above, the dispersion may contain additives such as thixotropic agents, defoamers, silane coupling agents, dehydrating agents, plasticizers, weathering agents, antioxidants, heat stabilizers, lubricants, antistatic agents, brighteners, colorants, conductive agents, release agents, surface treatment agents, viscosity adjusters, flame retardants, and isotropic fillers.
本分散液は、Fパウダーと異方性フィラーと液状分散媒とを混合して製造でき、Fパウダーを含む液状組成物と異方性フィラーを含む液状組成物とを、それぞれ調製し、両者を混合して製造するのが好ましい。
本分散液の具体的な製造方法としては、Fパウダーと、異方性フィラー1と、異なるフィラーと、液状分散媒とを混合する、製造方法が挙げられる。この混合に際しては、予めFパウダーと液状分散媒を混合して液状組成物を形成してもよく、予め異方性フィラー1と上記異なるフィラーとを混合してもよい。
This dispersion can be produced by mixing F powder, anisotropic filler, and a liquid dispersion medium, and it is preferable to prepare a liquid composition containing F powder and a liquid composition containing anisotropic filler separately and mix the two to produce the dispersion.
A specific method for producing the dispersion liquid includes mixing F powder, anisotropic filler 1, a different filler, and a liquid dispersion medium. In this mixing, the F powder and the liquid dispersion medium may be mixed in advance to form a liquid composition, or the anisotropic filler 1 and the different filler may be mixed in advance.
混合に用いる混合機としては、撹拌翼によるミキサー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、揺動型混合機、振動型混合機、回転型混合機等が挙げられ、具体的には、ホモディスパー、ホモジナイザー、ボールミルが挙げられる。
混合の方法はバッチ式、連続式いずれでもよい。バッチ式混合に用いられる混合機は、ヘンシェルミキサー、加圧ニーダー、バンバリーミキサーまたはプラネタリーミキサーが好ましい。
Examples of the mixer used for mixing include a mixer with an agitating blade, a Henschel mixer, a ribbon blender, a rocking mixer, a vibration mixer, a rotary mixer, and the like. Specific examples include a homodisper, a homogenizer, and a ball mill.
The mixing method may be either batch or continuous. The mixer used for batch mixing is preferably a Henschel mixer, a pressure kneader, a Banbury mixer or a planetary mixer.
混合は、撹拌によって行うのが好ましく、撹拌翼による回転撹拌によって行うのがより好ましい。
撹拌の速度は、800rpm以上が好ましく、2000rpm以上がより好ましい。撹拌の速度は、10000rpm以下が好ましく、8000rpm以下がより好ましい。この場合、Fパウダーと異方性フィラーとにせん断がかかり凝集物が解砕されやすく、分散性に優れた本分散液を得やすい。
さらに、異方性フィラーが鱗片状又は板状であれば、通常、形成されている異方性フィラーの層状凝集物(二次粒子)が効率よく解砕されつつ、カードハウス構造を形成するため、分散性に優れた本分散液が形成されやすい。
The mixing is preferably carried out by stirring, more preferably by rotary stirring with a stirring blade.
The stirring speed is preferably 800 rpm or more, more preferably 2000 rpm or more. The stirring speed is preferably 10000 rpm or less, more preferably 8000 rpm or less. In this case, shear is applied to the F powder and the anisotropic filler, which makes it easy to disintegrate aggregates, and it is easy to obtain the present dispersion liquid with excellent dispersibility.
Furthermore, if the anisotropic filler is scaly or plate-like, the layered agglomerates (secondary particles) of the anisotropic filler that are formed are usually efficiently disintegrated while forming a house-of-cards structure, making it easier to form a dispersion liquid with excellent dispersibility.
本発明の成形物(以下、「本成形物」とも記す。)は、PAVE単位を含むテトラフルオロエチレン系ポリマー(以下、「PFA系ポリマー」とも記す。)と、モース硬度が4以下である異方性フィラーとを含む。そして、PFA系ポリマーが、極性官能基を有するポリマー、又は、全単位に対してPAVE単位を2.0~5.0モル%含み、極性官能基を有さないポリマーであり、本成形物に占める異方性フィラーの割合(含有量)が10質量%以上である。
本成形物の形状としては、層状、板状、塊状が挙げられ、層状であるのが好ましい。層状成形物の厚さは、150μm以下が好ましい。かかる層状成形物は、フィルム、プリプレグ等の含浸物や積層板等の製造のために有用である。
The molded article of the present invention (hereinafter also referred to as "the molded article") contains a tetrafluoroethylene-based polymer containing PAVE units (hereinafter also referred to as "PFA-based polymer") and an anisotropic filler having a Mohs hardness of 4 or less. The PFA-based polymer is a polymer having a polar functional group, or a polymer containing 2.0 to 5.0 mol % of PAVE units relative to all units and having no polar functional group, and the proportion (content) of the anisotropic filler in the molded article is 10 mass % or more.
The shape of the molded product may be layered, plate-like, or block-like, with layered being preferred. The thickness of the layered molded product is preferably 150 μm or less. Such layered molded products are useful for producing impregnated products such as films and prepregs, laminates, and the like.
本成形物における、異方性フィラーの定義及び範囲は、好適な態様も含めて、本分散液における異方性フィラーのそれらと同様である。
本成形物における、PFA系ポリマーが有する極性官能基の種類及び範囲は、好適な態様も含めて、Fポリマーにおけるそれらと同様である。なお、PFA系ポリマーは、ポリマー(1)又はポリマー(2)が好ましい。
The definition and scope of the anisotropic filler in the present molded article, including preferred embodiments, are the same as those of the anisotropic filler in the present dispersion.
The types and ranges of polar functional groups possessed by the PFA-based polymer in the present molded product, including preferred embodiments, are the same as those in the F polymer. The PFA-based polymer is preferably polymer (1) or polymer (2).
本成形物における異方性フィラーの含有量は、15質量%以上が好ましく、25質量%以上がより好ましい。異方性フィラーの含有量は、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がさらに好ましい。
本成形物におけるPFA系ポリマーの含有量は、40質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上がさらに好ましい。PFA系ポリマーの含有量は、95質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましく、70質量%以下がさらに好ましい。PFA系ポリマーの含有量がかかる範囲にあれば、本成形物において、PFA系ポリマーの物性が顕著に発現しやすい。また、本成形物からの異方性フィラーの粉落ちが抑制される。
The content of the anisotropic filler in the molded product is preferably 15% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, and is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less.
The content of the PFA-based polymer in the present molded product is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and even more preferably 60% by mass or more. The content of the PFA-based polymer is preferably 95% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less. If the content of the PFA-based polymer is within this range, the physical properties of the PFA-based polymer are easily manifested in the present molded product. In addition, the powder falling off of the anisotropic filler from the present molded product is suppressed.
本成形物は、さらに、芳香族ポリマー(特に、芳香族ポリイミド)又はPTFEを含むのが好ましい。本成形物における、芳香族ポリマー及びPTFEの、それぞれの定義及び範囲とFポリマーの含有量に対するそれぞれの含有量の質量での比とは、本分散液におけるそれらと同様である。
本成形物は、本分散液から形成するのが好ましい。具体的には、本分散液を基材の表面に付与し、その液状分散媒を除去すれば、本成形物として、PFA系ポリマーと異方性フィラーとを含む層(以下、「本層」とも記す。)を、基材の表面に容易に形成できる。より具体的には、本分散液を基板の表面に付与し、基板を加熱して液状分散媒を除去し、さらに加熱してPFA系ポリマーを溶融焼成させれば、基板と、基板の表面に形成された本層を有する積層体が得られる。前者の加熱における温度は、120℃~200℃が好ましい。一方、後者の加熱における温度は250℃~400℃が好ましく、300~380℃がより好ましい。
The molded article further preferably contains an aromatic polymer (particularly, an aromatic polyimide) or PTFE. The definitions and ranges of the aromatic polymer and PTFE in the molded article and the mass ratio of the content of each to the content of the F polymer are the same as those in the dispersion.
The present molded product is preferably formed from the present dispersion. Specifically, by applying the present dispersion to the surface of a substrate and removing the liquid dispersion medium, a layer containing a PFA-based polymer and anisotropic filler (hereinafter also referred to as the present layer) can be easily formed on the surface of the substrate as the present molded product. More specifically, by applying the present dispersion to the surface of a substrate, heating the substrate to remove the liquid dispersion medium, and further heating to melt and sinter the PFA-based polymer, a laminate having a substrate and the present layer formed on the surface of the substrate can be obtained. The temperature for the former heating is preferably 120°C to 200°C. On the other hand, the temperature for the latter heating is preferably 250°C to 400°C, more preferably 300°C to 380°C.
基板としては、金属基板(銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、それらの合金等の金属箔等)、樹脂フィルム(ポリイミド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリアリルスルホン、ポリアミド、ポリエーテルアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリルエーテルケトン、ポリアミドイミド、液晶性ポリエステル、液晶性ポリエステルアミド等のフィルム)、プリプレグ(繊維強化樹脂基板の前駆体)が挙げられる。
本分散液の付与は、塗布により行うのが好ましい。塗布方法としては、スプレー法、ロールコート法、スピンコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、グラビアオフセット法、ナイフコート法、キスコート法、バーコート法、ダイコート法、ファウンテンメイヤーバー法、スロットダイコート法が挙げられる。
それぞれの加熱の方法としては、オーブンを用いる方法、通風乾燥炉を用いる方法、赤外線等の熱線を照射する方法が挙げられる。
Examples of the substrate include metal substrates (metal foils of copper, nickel, aluminum, titanium, alloys thereof, etc.), resin films (films of polyimide, polyarylate, polysulfone, polyarylsulfone, polyamide, polyetheramide, polyphenylene sulfide, polyaryletherketone, polyamideimide, liquid crystalline polyester, liquid crystalline polyesteramide, etc.), and prepregs (precursors of fiber-reinforced resin substrates).
The dispersion is preferably applied by coating, and examples of the coating method include spraying, roll coating, spin coating, gravure coating, microgravure coating, gravure offset, knife coating, kiss coating, bar coating, die coating, fountain-meyer bar, and slot die coating.
Examples of the heating method include a method using an oven, a method using a ventilated drying furnace, and a method using heat rays such as infrared rays.
本層の厚さは、0.1~150μmが好ましい。具体的には、基板が金属箔であれば、本層の厚さは、1~30μmが好ましい。基板が樹脂フィルムであれば、本層の厚さは、1~150μmが好ましく、10~50μmがより好ましい。
本分散液は、基板の一方の表面にのみ付与してもよく、基板の両面に付与してもよい。前者においては、基板と、基板の片方の表面に本層を有する積層体が得られ、後者においては、基板と、基板の両方の表面に本層を有する積層体が得られる。後者の積層体は、より反りが発生しにくいため、その加工に際するハンドリング性に優れる。
かかる積層体の具体例としては、金属箔と、その金属箔の少なくとも一方の表面に本層を有する金属張積層体、ポリイミドフィルムと、そのポリイミドフィルムの両方の表面に本層を有する多層フィルムが挙げられる。
これらの積層体は、電気特性等の諸物性に優れており、プリント基板材料等として好適である。具体的には、かかる積層体は、フレキシブルプリント基板やリジッドプリント基板の製造に使用できる。
The thickness of this layer is preferably 0.1 to 150 μm. Specifically, when the substrate is a metal foil, the thickness of this layer is preferably 1 to 30 μm. When the substrate is a resin film, the thickness of this layer is preferably 1 to 150 μm, and more preferably 10 to 50 μm.
The present dispersion may be applied to only one surface of the substrate, or may be applied to both surfaces of the substrate. In the former case, a laminate having the substrate and the present layer on one surface of the substrate is obtained, and in the latter case, a laminate having the substrate and the present layer on both surfaces of the substrate is obtained. The latter laminate is less likely to warp, and therefore has excellent handling properties during processing.
Specific examples of such laminates include metal clad laminates having a metal foil and this layer on at least one surface of the metal foil, and multilayer films having a polyimide film and this layer on both surfaces of the polyimide film.
These laminates have excellent physical properties such as electrical properties, and are suitable as materials for printed circuit boards, etc. Specifically, such laminates can be used in the manufacture of flexible printed circuit boards and rigid printed circuit boards.
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
1.各成分の準備
[パウダー]
パウダー1:TFE単位、NAH単位及びPPVE単位を、この順に97.9モル%、0.1モル%、2.0モル%含み、カルボニル基を主鎖の炭素数1×106個あたり1000個有するPFA系ポリマー1(溶融温度:300℃)からなるパウダー(D50:2.1μm)
パウダー2:TFE単位及びPPVE単位を、この順に97.5モル%、2.5モル%含み、カルボニル基を主鎖の炭素数1×106個あたり40個有するPFA系ポリマー2(溶融温度305℃)からなるパウダー(D50:1.8μm)
パウダー3:PFA系ポリマー2からなるパウダー(D50:5.3μm)
パウダー4:数平均分子量が2万のPTFEからなるパウダー(D50:3.2μm)
The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.
1. Preparation of each ingredient [Powder]
Powder 1: Powder (D50: 2.1 μm) made of PFA-based polymer 1 (melting temperature: 300° C.) containing 97.9 mol%, 0.1 mol%, and 2.0 mol% of TFE units, NAH units, and PPVE units, in that order, and having 1,000 carbonyl groups per 1× 106 carbon atoms in the main chain.
Powder 2: Powder made of PFA-based polymer 2 (melting temperature 305° C.) containing 97.5 mol% and 2.5 mol% of TFE units and PPVE units, in that order, and having 40 carbonyl groups per 1×10 6 carbon atoms in the main chain (D50: 1.8 μm)
Powder 3: Powder made of PFA-based polymer 2 (D50: 5.3 μm)
Powder 4: Powder made of PTFE having a number average molecular weight of 20,000 (D50: 3.2 μm)
[異方性フィラー]
フィラー1:窒化ホウ素からなる、鱗片状のフィラー(D50:7.0μm)
フィラー2:窒化ホウ素からなる、鱗片状のフィラー(D50:3.7μm)
フィラー3:窒化ホウ素からなる、鱗片状のフィラー(D50:7.3μm)
フィラー4:疎水層、親水層、疎水層をこの順に有する3層構造の板状タルクフィラー(D50:4.5μm、平均長径:5.1μm、平均短径:0.2μm、アスペクト比:25、日本タルク社製「SG-95」)
なお、フィラー1~3のモース硬度は2であり、フィラー4のモース硬度は1である。フィラー1、2及び4は、シランカップリング剤で表面処理されている。
[液状分散媒]
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
[Anisotropic filler]
Filler 1: Scaly filler made of boron nitride (D50: 7.0 μm)
Filler 2: Scaly filler made of boron nitride (D50: 3.7 μm)
Filler 3: Scaly filler made of boron nitride (D50: 7.3 μm)
Filler 4: Plate-like talc filler having a three-layer structure having a hydrophobic layer, a hydrophilic layer, and a hydrophobic layer in this order (D50: 4.5 μm, average major axis: 5.1 μm, average minor axis: 0.2 μm, aspect ratio: 25, "SG-95" manufactured by Nippon Talc Co., Ltd.)
The Mohs hardness of Fillers 1 to 3 is 2, and the Mohs hardness of Filler 4 is 1. Fillers 1, 2 and 4 are surface-treated with a silane coupling agent.
[Liquid dispersion medium]
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone
[界面活性剤]
界面活性剤1:CH2=C(CH3)C(O)OCH2CH2(CF2)6FとCH2=C(CH3)C(O)(OCH2CH2)23OHとのコポリマーであり、フッ素含有量が、35質量%であるノニオン性ポリマー
[芳香族ポリマーのワニス]
ワニス1:熱可塑性の芳香族ポリイミド(PI1)がNMPに溶解したワニス(固形分濃度:18質量%)
[Surfactant]
Surfactant 1: A nonionic polymer which is a copolymer of CH2 =C( CH3 )C(O) OCH2CH2 ( CF2 ) 6F and CH2 =C( CH3 )C(O)( OCH2CH2 ) 23OH and has a fluorine content of 35% by mass [aromatic polymer varnish]
Varnish 1: Varnish in which thermoplastic aromatic polyimide (PI1) is dissolved in NMP (solid content: 18% by mass)
2.分散液の製造例
(例1)
まず、ポットに、パウダー1とワニス1と界面活性剤1とNMPとを投入し、ジルコニアボールを投入した。その後、150rpmにて1時間、ポットを転がし、組成物を調製した。別のポットに、フィラー1と界面活性剤1とNMPとを投入し、ジルコニアボールを投入した。その後、150rpmにて1時間、ポットを転がし、組成物を調製した。
さらに別のポットに、両者の組成物を投入し、ジルコニアボールを投入した。その後、150rpmにて1時間、ポットを転がし、パウダー1(11質量部)、フィラー1(11質量部)、PI1(7質量部)、界面活性剤1(4質量部)及びNMP(67質量部)を含む分散液1(粘度:400mPa・s)を得た。
(例2~9)
パウダー、フィラー、ワニス、界面活性剤及び液状分散媒の、種類と量とを、下表1に示す通り変更した以外は、例1と同様にして、分散液2~9を得た。
(例10)
11質量部のフィラー1に代えて、3質量部のフィラー1と、8質量部のフィラー2を使用した以外は、例1と同様にして、分散液10を得た。
2. Example of Dispersion Production (Example 1)
First, powder 1, varnish 1, surfactant 1, and NMP were added to a pot, and zirconia balls were added. The pot was then rolled at 150 rpm for 1 hour to prepare a composition. Filler 1, surfactant 1, and NMP were added to another pot, and zirconia balls were added. The pot was then rolled at 150 rpm for 1 hour to prepare a composition.
In addition, both compositions were put into another pot, and zirconia balls were put in. Thereafter, the pot was rolled at 150 rpm for 1 hour to obtain Dispersion Liquid 1 (viscosity: 400 mPa s) containing Powder 1 (11 parts by mass), Filler 1 (11 parts by mass), PI 1 (7 parts by mass), Surfactant 1 (4 parts by mass), and NMP (67 parts by mass).
(Examples 2 to 9)
Dispersions 2 to 9 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the types and amounts of the powder, filler, varnish, surfactant, and liquid dispersion medium were changed as shown in Table 1 below.
(Example 10)
Dispersion 10 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 3 parts by mass of Filler 1 and 8 parts by mass of Filler 2 were used instead of 11 parts by mass of Filler 1.
3.成形物の製造例
長尺の銅箔(厚さ18μm)の表面に、バーコーターを用いて分散液1を塗布して、ウェット膜を形成した。次いで、このウェット膜が形成された金属箔を、120℃にて5分間、乾燥炉に通し、加熱により乾燥させて、ドライ膜を得た。その後、窒素オーブン中で、ドライ膜を380℃にて3分間、加熱した。これにより、金属箔と、その表面にパウダー1の溶融焼成物及びフィラー1を含む、成形物としてのポリマー層(厚さ5μm)とを有する積層体1を製造した。
分散液1を、分散液2~10のそれぞれに変更した以外は、積層体1と同様にして、積層体2~10をそれぞれ製造した。
3. Example of Production of Molded Product A wet film was formed by applying the dispersion liquid 1 to the surface of a long copper foil (thickness 18 μm) using a bar coater. The metal foil on which the wet film was formed was then passed through a drying oven at 120° C. for 5 minutes and dried by heating to obtain a dry film. The dry film was then heated at 380° C. for 3 minutes in a nitrogen oven. This produced a laminate 1 having a metal foil and a polymer layer (thickness 5 μm) as a molded product containing a molten and fired product of the powder 1 and a filler 1 on its surface.
Laminates 2 to 10 were produced in the same manner as for laminate 1, except that dispersion 1 was changed to dispersions 2 to 10, respectively.
4.評価
4-1.分散液の分散安定性
分散液1~10を容器中に25℃にて保管保存後、その分散性を目視にて確認し、下記の基準に従って分散安定性を評価した。
[評価基準]
◎:凝集物が視認されない。
〇:容器側壁に細かな凝集物の付着が視認される。軽く撹拌すると均一に再分散した。
△:容器底部にも凝集物が沈殿しているのが視認される。せん断をかけて撹拌すると均一に再分散する。
×:容器底部にも凝集物が沈殿しているのが視認される。せん断をかけて撹拌しても再分散が困難である。
4. Evaluation 4-1. Dispersion Stability of Dispersions Dispersions 1 to 10 were stored in a container at 25° C., and then their dispersibility was visually confirmed and the dispersion stability was evaluated according to the following criteria.
[Evaluation Criteria]
⊚: No aggregates were visible.
◯: Fine aggregates were visible on the side walls of the container. The particles were uniformly redispersed when lightly stirred.
△: Aggregates are visible at the bottom of the container. They are uniformly redispersed when stirred with shear.
×: Aggregates are visible at the bottom of the container. Redispersion is difficult even with stirring under shear.
4-2.積層体の物性
4-2-1.表面平滑性
積層体1~9のポリマー層について、その表面の平滑性を目視にて確認し、下記の基準に従って表面平滑性を評価した。
[評価基準]
〇:ポリマー層の表面全体が平滑である。
△:ポリマー又はフィラーの欠落による凹凸が、ポリマー層の表面の縁部に視認される。
×:ポリマー又は無機フィラーの欠落による凹凸が、ポリマー層の表面の全体に視認される。
4-2. Physical Properties of Laminates 4-2-1. Surface Smoothness The surface smoothness of the polymer layers of Laminates 1 to 9 was visually confirmed and evaluated according to the following criteria.
[Evaluation Criteria]
◯: The entire surface of the polymer layer is smooth.
Δ: Irregularities due to missing polymer or filler are visible on the edge of the surface of the polymer layer.
×: Irregularities due to missing polymer or inorganic filler are visible over the entire surface of the polymer layer.
4-2-2.線膨張係数
積層体1~4、9及び10のそれぞれについて、180mm角の四角い試験片を切り出し、JIS C 6471:1995に規定される測定方法にしたがって、25℃以上260℃以下の範囲における、試験片の線膨張係数を測定した。
[評価基準]
〇:30ppm/℃以下である。
×:30ppm/℃超である。
Coefficient of linear expansion For each of the laminates 1 to 4, 9, and 10, a square test piece measuring 180 mm on each side was cut out, and the coefficient of linear expansion of the test piece was measured in the range of 25° C. to 260° C. in accordance with the measurement method specified in JIS C 6471:1995.
[Evaluation Criteria]
◯: 30 ppm/° C. or less.
×: More than 30 ppm/°C.
4-2-3.誘電正接
積層体1~4、9及び10のそれぞれについて、積層体の銅箔を塩化第二鉄水溶液でエッチングにより除去して単独のポリマー層を作製し、SPDR(スプリットポスト誘電体共振)法にて、上記ポリマー層の誘電正接(測定周波数:10GHz)を測定した。
[評価基準]
〇:その誘電正接が0.0010未満である。
△:その誘電正接が0.0010以上0.0025以下である。
×:その誘電正接が0.0025超である。
それぞれの評価結果を、下表2にまとめて示す。
For each of the laminates 1 to 4, 9, and 10, the copper foil of the laminate was removed by etching with an aqueous solution of ferric chloride to prepare a single polymer layer, and the dielectric tangent (measurement frequency: 10 GHz) of the polymer layer was measured by a split post dielectric resonance (SPDR) method.
[Evaluation Criteria]
A: The dielectric tangent is less than 0.0010.
Δ: The dielectric tangent is 0.0010 or more and 0.0025 or less.
×: The dielectric tangent is more than 0.0025.
The evaluation results are summarized in Table 2 below.
5.分散液の製造例(その2)
(例11)
まず、ポットに、パウダー1と界面活性剤1とNMPとを加えて混合し、ホモディスパーにて2000rpmで1時間撹拌して、組成物を調整した。別のポットに、フィラー1と界面活性剤1とNMPとを投入し、ホモディスパーにて2000rpmで1時間撹拌して、組成物を調整した。さらに別のポットに、両者の組成物を投入し、ホモディスパーにて2000rpmで1時間撹拌して、パウダー1(11質量部)、フィラー1(11質量部)、界面活性剤1(4質量部)及びNMP(74質量部)を含む分散液11(粘度:300mPa・s、成分分散層率:80%)を得た。
(例12)
ホモディスパーに代えて、撹拌翼による撹拌を伴わない超音波ホモジナイザーを用いた以外は、例11と同様にして、分散液12を得た(粘度:300mPa・s、成分分散層率:50%)。
5. Dispersion liquid production example (part 2)
(Example 11)
First, powder 1, surfactant 1, and NMP were added to a pot, mixed, and stirred with a homodisper at 2000 rpm for 1 hour to prepare a composition. Filler 1, surfactant 1, and NMP were added to another pot, and stirred with a homodisper at 2000 rpm for 1 hour to prepare a composition. Furthermore, both compositions were added to another pot, and stirred with a homodisper at 2000 rpm for 1 hour to obtain a dispersion 11 (viscosity: 300 mPa·s, component dispersion layer rate: 80%) containing powder 1 (11 parts by mass), filler 1 (11 parts by mass), surfactant 1 (4 parts by mass), and NMP (74 parts by mass).
(Example 12)
Dispersion 12 was obtained in the same manner as in Example 11, except that an ultrasonic homogenizer without stirring by a stirring blade was used instead of the Homo Disper (viscosity: 300 mPa·s, component dispersion layer ratio: 50%).
6.積層体の製造例(その2)
厚さ18μmのアルミニウム箔の表面に、分散液11をグラビアリバース法によりロールツーロールで塗工して、液状被膜を形成した。次いで、この液状被膜が形成されたアルミニウム箔を、120℃の乾燥炉に5分間で通し、加熱により乾燥させた。その後、窒素雰囲気下の遠赤外線オーブン中で、乾燥被膜を340℃にて3分間、加熱した。これにより、アルミニウム箔の表面にポリマー層(厚さ:10μm)が形成された積層体11を製造した。さらに、分散液11に代えて、分散液12を用いた以外は、積層体11と同様にして、積層体12を製造した。
それぞれの積層体の断面をSEMにて観察した結果、積層体11のポリマー層の方が、積層体12のポリマー層より、フィラー1の分布状態が緻密であった。また、積層体11のポリマー層の方が、積層体12のポリマー層より誘電正接が低かった。積層体11の方が、積層体12より、熱伝導性と折曲性とに優れていた。
6. Example of laminate manufacturing (part 2)
The dispersion liquid 11 was applied to the surface of an aluminum foil having a thickness of 18 μm by a roll-to-roll gravure reverse method to form a liquid coating. Next, the aluminum foil on which the liquid coating was formed was passed through a drying oven at 120 ° C for 5 minutes and dried by heating. After that, the dried coating was heated at 340 ° C for 3 minutes in a far-infrared oven under a nitrogen atmosphere. This produced a laminate 11 in which a polymer layer (thickness: 10 μm) was formed on the surface of the aluminum foil. Furthermore, a laminate 12 was produced in the same manner as the laminate 11, except that the dispersion liquid 12 was used instead of the dispersion liquid 11.
As a result of observing the cross section of each laminate by SEM, the distribution state of the filler 1 was denser in the polymer layer of the laminate 11 than in the polymer layer of the laminate 12. In addition, the polymer layer of the laminate 11 had a lower dielectric tangent than the polymer layer of the laminate 12. The laminate 11 was superior to the laminate 12 in thermal conductivity and bendability.
本発明の分散液は、分散安定性に優れ、Fポリマー(PFA系ポリマー)に基づく物性と異方性フィラーに基づく特性とを具備した成形物(フィルム、プリプレグ等の含浸物、積層板、被覆材等)の製造に使用できる。本発明の成形物は、アンテナ部品、プリント基板、航空機用部品、自動車用部品、スポーツ用具、食品工業用品、塗料、化粧品等として有用であり、具体的には、放熱部材、電線被覆材(航空機用電線等)、電気絶縁性テープ、石油掘削用絶縁テープ、プリント基板用材料、分離膜(精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜、イオン交換膜、透析膜、気体分離膜等)、電極バインダー(リチウム二次電池用、燃料電池用等)、コピーロール、家具、自動車ダッシュボート、家電製品等のカバー、摺動部材(荷重軸受、すべり軸、バルブ、ベアリング、歯車、カム、ベルトコンベア、食品搬送用ベルト等)、工具(シャベル、やすり、きり、のこぎり等)、ボイラー、ホッパー、パイプ、オーブン、焼き型、シュート、ダイス、便器、コンテナ被覆材、冷熱機器等の熱交換器(フィン、伝熱管等)の外面被覆材として有用である。The dispersion of the present invention has excellent dispersion stability and can be used to manufacture molded products (films, impregnated materials such as prepregs, laminates, coating materials, etc.) that have physical properties based on F polymer (PFA-based polymer) and characteristics based on anisotropic fillers. The molded product of the present invention is useful as antenna parts, printed circuit boards, aircraft parts, automobile parts, sports equipment, food industry products, paints, cosmetics, etc., and specifically, it is useful as heat dissipation members, electric wire coating materials (aircraft electric wires, etc.), electrical insulating tapes, insulating tapes for oil drilling, materials for printed circuit boards, separation membranes (microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, reverse osmosis membranes, ion exchange membranes, dialysis membranes, gas separation membranes, etc.), electrode binders (for lithium secondary batteries, for fuel cells, etc.), copy rolls, covers for furniture, automobile dashboards, home appliances, etc., sliding members (load bearings, sliding shafts, valves, bearings, gears, cams, belt conveyors, food transport belts, etc.), tools (shovels, files, saws, etc.), boilers, hoppers, pipes, ovens, baking molds, chutes, dies, toilets, container coating materials, and outer surface coating materials for heat exchangers (fins, heat transfer tubes, etc.) of cold and hot equipment, etc.
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