高分子壓電材料及其製造方法
2023-10-23 10:35:42
高分子壓電材料及其製造方法
【專利摘要】本發明提供一種高分子壓電材料，其包含重均分子量為5萬～100萬的具有光學活性的螺旋手性高分子，由DSC法獲得的結晶度為20％～80％，且由微波透射型分子取向計測定的在將基準厚度設為50μm時的標準化分子取向MORc與前述結晶度的乘積為25～250。
【專利說明】高分子壓電材料及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子壓電材料及其製造方法。
【背景技術】
[0002]作為壓電材料，以往較多地使用作為陶瓷材料的PZT(PBZrO3-PbTiC)3系固溶體)。然而，由於PZT含有鉛，因而目前使用環境負荷低並且富有柔軟性的高分子壓電材料作為壓電材料。
[0003]目前已知的高分子壓電材料主要地大致劃分為以下兩種。S卩，尼龍11、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚脲等所代表的極化高分子，以及聚偏二氟乙烯(β型)(PVDF)、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(P(VDF — TrFE)) (75 / 25)等所代表的強介電性高分子這兩種。
[0004]但是，高分子壓電材料在壓電性方面不及ΡΖΤ，因而對其壓電性的提高提出了要求。因此，正在嘗試從各種角度提高高分子壓電材料的壓電性。
[0005]例如，在高分子中，作為強介電性高分子的PVDF和P(VDF-TrFE)具有優異的壓電性，壓電常數d31為20pC / N以上。由PVDF和P (VDF — TrFE)形成的膜材料，通過拉伸操作而在拉伸方向使高分子鏈取向後，通過電暈放電等向膜的正面和背面賦予異種電荷，從而在膜面垂直方向產生電場，使位於高分子鏈的側鏈的包含氟的永久偶極子與電場方向平行地取向，賦予壓電性。然而，存在下述等實用上的問題:在極化了的膜表面，在消除取向的方向上空氣中的水、離子那樣的異種電荷容易附著，通過極化處理而一致了的永久偶極子的取向緩和，壓電性經時地顯著降低。
[0006]PVDF雖然在上述的高分子壓電材料中是壓電性最高的材料，但由於介電常數在高分子壓電材料中比較高，為13，因此壓電d常數除以介電常數而得的值的壓電g常數(每單位應力的開路電壓)變小。此外，PVDF雖然從電向聲音的轉換效率好,但關於從聲音向電的轉換效率，期待改善。
[0007]近年，除了上述的高分子壓電材料以外，還著眼於使用多肽、聚乳酸等具有光學活性的高分子。已知聚乳酸系高分子僅通過機械性的拉伸操作就會表現壓電性。在具有光學活性的高分子中，聚乳酸那樣的高分子結晶的壓電性起因於存在於螺旋軸方向的C=O鍵的永久偶極子。特別是聚乳酸，側鏈相對於主鏈的體積分率小，每體積的永久偶極子的比例大，在具有螺旋手性的高分子中可以說是理想的高分子。已知僅通過拉伸處理就會表現壓電性的聚乳酸，不需要極化處理，壓電係數經數年而不會減少。
[0008]如上所述，聚乳酸具有各種壓電特性，因此報告了使用了各種聚乳酸的高分子壓電材料。例如，公開了通過將聚乳酸的成型物進行拉伸處理，從而在常溫顯示IOpC / N左右的壓電係數的高分子壓電材(例如，參照日本特開平5—152638號公報)。此外，也報告了為了使聚乳酸結晶為高取向，通過被稱為鍛造法的特殊取向方法來獲得18pC / N左右的高壓電性(例如，參照日本特開2005— 213376號公報)。
【發明內容】
[0009]發明要解決的問題
[0010]然而，上述日本特開平5—152638號公報、日本特開2005-213376號公報所示的壓電材料(薄膜)主要在單軸方向進行拉伸而製作，因而存在有在與拉伸方向平行的方向上容易裂開、在特定方向的撕裂強度低這樣的問題。以下，亦將在特定方向的撕裂強度稱為「縱裂強度」。
[0011 ] 另外，上述日本特開平5—152638號公報、日本特開2005-213376號公報所示的壓電材料的透明性都不充分。
[0012]本發明鑑於上述情形，其目的在於提供壓電常數d14大、透明性優異、縱裂強度的降低得到了抑制的高分子壓電材料及其製造方法。
[0013]用於解決問題的方案
[0014]用於實現前述課題的具體手段如下。
[0015][I] 一種高分子壓電材料，其包含重均分子量為5萬~100萬的具有光學活性的螺旋手性高分子，由DSC法獲得的結晶度為20%~80%，且由微波透射型分子取向計測定的在將基準厚度設為50 μ m時的標準化分子取向MORc與前述結晶度的乘積為25~250。
[0016][2]根據[I]所述的高分子壓電材料，其中，前述結晶度為40.8%以下。
[0017][3]根據[I]或者[2]所述的高分子壓電材料，其相對於可見光線的內部霧度為40%以下。
[0018][4]根據[I]~[3]中任一項所述的高分子壓電材料，其中，前述標準化分子取向MORc 為 1.0 ~15.0。
[0019][5]根據[I]~[4]中任一項所述的高分子壓電材料，其中，在25°C利用位移法測定出的壓電常數d14為Ipm / V以上。
[0020][6]據[I]~[5]中任一項所述的高分子壓電材料，其中，前述螺旋手性高分子是具有包含由下述式(I)表示的重複單元的主鏈的聚乳酸系高分子。
[0021]
【權利要求】
1.一種高分子壓電材料，其包含重均分子量為5萬~100萬的具有光學活性的螺旋手性高分子，由DSC法獲得的結晶度為20%~80%，且由微波透射型分子取向計測定的在將基準厚度設為50 μ m時的標準化分子取向MORc與所述結晶度的乘積為25~250。
2.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，所述結晶度為40.8%以下。
3.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其相對於可見光線的內部霧度為40%以下。
4.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，所述標準化分子取向MORc為1.0~15.0。
5.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，在25°C利用位移法測定出的壓電常數d14為Ipm/V以上。
6.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，所述螺旋手性高分子為具有包含由下述式(I)表示的重複單元的主鏈的聚乳酸系高分子
7.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，所述螺旋手性高分子的光學純度為95.00% ee 以上。
8.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，所述螺旋手性高分子的含量為80質量％以上。
9.根據權利要求1所述的高分子壓電材料，其中，相對於可見光線的內部霧度為1.0%以下。
10.一種高分子壓電材料的製造方法，其為製造權利要求1~9中任一項所述的高分子壓電材料的方法，其包含如下工序: 第一工序，將包含所述螺旋手性高分子的非晶態的片材加熱而獲得預結晶化片材， 第二工序，將所述預結晶化片材同時在雙軸方向拉伸。
11.根據權利要求10所述的高分子壓電材料的製造方法，其中，在獲得所述預結晶化片材的第一工序中，以由下述式表示的溫度T，將所述非晶態的片材加熱直至結晶度為1%~70%，
Tg-40°C ≤ T ≤ Tg + 40°C Tg表示所述螺旋手性高分子的玻璃化轉變溫度。
12.根據權利要求10所述的高分子壓電材料的製造方法，其中，在獲得所述預結晶化片材的第一工序中，將包含聚乳酸作為所述螺旋手性高分子的非晶態的片材在20°C~170°C加熱5秒~60分鐘。
13.根據權利要求10所述的高分子壓電材料的製造方法，其中，在所述第二工序之後，進行退火處理。
【文檔編號】H01L41/45GK103493235SQ201280019129
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年12月12日 優先權日:2011年12月13日
【發明者】吉田光伸, 西川茂雄, 清水正樹, 福田浩志 申請人:三井化學株式會社