JP4363057B2 - 絶縁材料用液晶性芳香族ポリエステルおよびその樹脂組成物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターやトランス等の絶縁体やプリント配線基板等の電子回路基板等の絶縁体に好適に用いられる、芳香族液晶性ポリエステルおよびその樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報処理や無線通信分野において省電力化は重要な課題となっている。
例えば、情報処理等に伴う高周波・大容量の電気信号の送受信等により、電子回路基板は発熱する傾向にあるが、発熱に伴う消費電力量は無視できないものとなりつつある。
一般に電子回路基板の成形材料の誘電正接が小さいほど発熱量が減少し、発熱に伴う消費電力量を抑えることができる。この点に着目した例として、低誘電正接の成形材料として液晶性芳香族ポリエステルを用いることが知られている。実際に、p−ヒドロキシ安息香酸に由来する構造単位と6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する構造単位とからなる、p−ヒドロキシ安息香酸に由来する構造単位の含有割合がおよそ70〜80モル%の組成を有する液晶性芳香族ポリエステルが提案されていて(特許文献1の参考例および非特許文献1)、その高周波領域における誘電正接は0.0025と大きいことも知られている(特許文献1の参考例)。
しかしながら、この様に誘電正接が大きい場合、高周波領域における発熱等に伴う消費電力が大きくなることから、より消費電力の少ない、すなわち、高周波領域における誘電正接の小さい材料が求められていた。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−293963号公報
【非特許文献1】
Polymer Engineering and Science,Vol.26,No.13,P901-919(1986)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高周波領域における誘電正接の小さい絶縁材料用液晶性芳香族ポリエステルおよびそれを含んでなる絶縁材料用樹脂組成物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の構造単位を特定の割合で含有する液晶性芳香族ポリエステルが、高周波領域で著しく小さい誘電正接値を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
すなわち本発明は、
[1]下記(a)および(c)からなり、(a)および(c)の合計モル数に対する(a)の含有割合が20〜35モル%の範囲である(A)液晶性芳香族ポリエステルからなることを特徴とする回路基板用の絶縁材料に関するものであり、
(a)p−ヒドロキシ安息香酸に由来する構造単位
(c)1種以上のヒドロキシナフトエ酸に由来する構造単位
[2](c)が6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する構造単位および/または5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位であることを特徴とする上記[1]に記載の回路基板用の絶縁材料に関するものであり、
[3]インフレーション成形法により得られる絶縁フィルムであることを特徴とする回路基板用の絶縁材料に関するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
最初に本発明に使用される液晶性芳香族ポリエステルについて説明する。
本発明に使用される液晶性芳香族ポリエステルは、下記(a)および(c)からなり、(a)および(c)の合計モル数に対する(a)の含有割合が20〜35モル%の範囲で構成されてなる
(a)p−ヒドロキシ安息香酸に由来する構造単位
(c)1種以上のヒドロキシナフトエ酸に由来する構造単位
【0009】
本発明に使用される液晶性芳香族ポリエステルは(a)および(c)からなるものであるが、(a)については、p−ヒドロキシ安息香酸に由来する構造単位を意味し、該構造単位には、p−ヒドロキシ安息香酸そのものに由来する構造単位が含まれるのに加え、p−ヒドロキシ安息香酸の芳香環の水素原子をハロゲン原子、アルキル基、アリール基等で置換したものに由来する構造単位も含まれる。(c)は1種以上のヒドロキシナフトエ酸に由来する構造単位からなるものであり、具体的には、例えば、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する構造単位、5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位等、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸および5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位等を挙げることができる。
(c)の1種以上のヒドロキシナフトエ酸に由来する構造単位には、(a)の場合と同様に、ヒドロキシナフトエ酸そのものに由来する構造単位が含まれるのに加え、ヒドロキシナフトエ酸の芳香環の水素原子をハロゲン原子、アルキル基、アリール基等で置換したものに由来する構造単位も含まれる。
上記(a)および(c)の具体例としては、例えば、p−ヒドロキシ安息香酸および6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する構造単位、p−ヒドロキシ安息香酸および5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位、p−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸および5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位等を例示することができる。
上記液晶性芳香族ポリエステルにおける(a)の含有割合は、(a)および(c)の合計モル数に対し、20〜35モル%の範囲である。(c)の含有割合は、80〜65モル%の範囲である。(c)が6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸および5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位からなる場合には、5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位の含有割合は、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸および5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位の合計モル数に対し、1〜20モル%の範囲であれば好ましい。
(a)の含有割合がこの範囲を超えると、高周波(1GHz以上)での誘電正接が高くなるので好ましくない。また、(a)の含有割合が5モル%未満であると、得られた芳香族ポリエステルが実質的に液晶性を示さず、成形性が不十分な場合があり好ましくない。
【0012】
本発明で使用する液晶性芳香族ポリエステルは公知の方法により製造することができる。例えば、特公昭47−47870号公報、特公昭63−3888号公報、特公昭63−3891号公報、特公昭56−18016号公報、特開平2−51523号公報等に記載されている公知の方法等により、通常400℃以下の温度で異方性溶融体を形成する該液晶性芳香族ポリエステルを製造することができる。
液晶性芳香族ポリエステルの製造の際に、芳香族ヒドロキシカルボン酸や該芳香族ヒドロキシカルボン酸の誘導体等を使用することにより、先に説明した構造単位を液晶性芳香族ポリエステルに導入することができる。該芳香族ヒドロキシカルボン酸や該芳香族ヒドロキシカルボン酸の誘導体として、該芳香環の水素がハロゲン原子、アルキル基、アリール基等で置換されたものを用いても良い。環境問題等の見地から使用後の焼却の排気等を考慮する分野では、該液晶性芳香族ポリエステルの中でも、特に炭素、水素、酸素のみからなる組み合わせによる芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構造単位からなる液晶性芳香族ポリエステルが好ましく用いられる。
【0031】
次に本発明の絶縁材料について説明する。
本発明に使用する液晶性芳香族ポリエステルや液晶性芳香族ポリエステル樹脂組成物は、回路基板用の絶縁材料、具体的には高周波、高速型回路基板用等の絶縁材料として用いられる
本発明の絶縁材料に用いられる液晶性芳香族ポリエステルおよび液晶性芳香族ポリエステル樹脂組成物の誘電特性は、通常、1GHzの周波数の正弦波電圧を加えた場合の比誘電率が1.1〜3.2であって、同条件下における誘電正接が0.0001〜0.002の範囲である。
さらには、本発明の液晶性芳香族ポリエステルおよび液晶性芳香族ポリエステル樹脂組成物の誘電特性は、1GHzの正弦波電圧を加えた場合の比誘電率および誘電正接がそれぞれ1.1〜3.1および0.0001〜0.0018の範囲にあることが好ましく、それぞれ1.1〜3.0および0.0001〜0.0015の範囲にあればさらに好ましく、それぞれ1.1〜3.0以下および0.0005〜0.001の範囲にあればなお好ましい。1GHzにおける比誘電率が3.2を越えると、例えば本発明の液晶性芳香族ポリエステルや液晶性芳香族ポリエステル樹脂組成物を回路基板の絶縁体として用いた場合に、信号伝達速度が十分でない場合があり好ましくない。同様に、1GHzでの誘電正接が0.002を越えると、回路作動時の発熱が大きく、消費電力の増大や回路作動が不安定になる恐れがあり好ましくない。
【0032】
本発明の絶縁体としての形状には特に制限は無いが、一例を挙げると、例えば電気・電子用途の各種部品に代表される直方体や球状体等の形状やこれらの組み合せの形状、フィルム、シート、板等の形状等が挙げられる。
【0033】
次に本発明の絶縁体の製造方法について説明する。
本発明の絶縁体は射出成形、熱プレス、打ち抜き成形、発泡成形、インフレーション成形等の方法により製造することができる。また、発泡体を絶縁体として得ることができる製造方法も好ましく用いられる。誘電率をより小さくすることが求められる用途には発泡体によるフィルム、シート、板状の絶縁体が好ましく用いられる。発泡体を絶縁体として得ることにより誘電率の低い気体(酸素や二酸化炭素)を樹脂内に取り込むことができ、該絶縁体の誘電率を低くすることが期待でき好ましい。発泡体を得るための方法は、発泡剤の配合による方法、超臨界CO2に浸漬して除圧後発泡させる超臨界発泡による方法などが挙げられるが、該成形体中の気泡のサイズをより微細にする目的で超臨界発泡法が好ましく用いられる。
【0034】
超臨界発泡の方法は一般に知られている方法(例えば成型加工 13(2)2001 83頁)を用いることができるが、気泡径などをそろえるために、熱、圧力、冷却方法などの後処理の条件を適宜選択することができる。
【0035】
本発明の絶縁体はフィルム状の形状とした絶縁フィルムが好ましく用いられるが、この様な絶縁フィルムを得る方法としては、例えば、Tダイから溶融樹脂を押出し巻き取るTダイ法、環状ダイスを設置した押出機から溶融樹脂を円筒状に押出し、冷却し巻き取るインフレーション成形法、熱プレス法、またはカレンダもしくはロールを用いた成形法等、一般的に熱可塑性樹脂やその組成物に用いられる方法等等を挙げることができる。中でもTダイ法、インフレーション成形法による製造方法が好ましく、インフレーション成形法であればなお好ましい。
先に説明した(A)液晶性芳香族ポリエステルと(B)液晶ポリエステルと反応性を有する官能基を有する共重合体による液晶性芳香族ポリエステル樹脂組成物を成形する際には、インフレーション成形法が好ましく用いられる。その際のブロー比(TD延伸比)は通常2.0以上10未満である。ブロー比が2.0未満であると得られた絶縁フィルムのTD方向の強度が十分でない場合があり、10以上であると、安定した厚みの絶縁フィルムが得られない場合があり好ましくない。この様にして得られた絶縁フィルムは回路基板等の用途に好適に用いられる。
【0036】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、各物性は次に示す方法により測定した。
【0037】
[物性の測定法]
流動温度(FT):溶融流動性を表す指標であり、その測定法は、毛細管式レオメーター(株式会社島津製作所製 高化式フローテスターCFT500型)で測定され、4℃/分の昇温速度で加熱溶融されたサンプル樹脂(約2g)を100kg/cm2の荷重下で内径1mm、長さ10mmのノズルから押し出した時に、該溶融粘度が48,000ポイズを示す温度(℃)として表した。
【0038】
光学異方性:サンプル樹脂の溶融状態における光学異方性は、加熱ステージ上に置かれた粒径250μm以下のサンプル樹脂粉末を偏光下、25℃/分で昇温して、肉眼観察または透過光量をXYレコーダーに記録することにより行なった。
【0039】
誘電率測定:厚さ2mmの試験片を用いて、比誘電率、誘電正接(tanδ)をヒューレットパッカード株式会社製インピーダンス・マテリアルアナライザーにより1GHzの正弦波電圧を加えて測定した。
【0040】
水蒸気バリア性:JIS Z0208(カップ法)に準拠して温度35℃、相対湿度90%の条件で水蒸気透過度を測定した。単位はg/m2・24hr・1atmである。
【0041】
吸湿率:プレスによって得られた板状サンプル、または、インフレーション成形によって得られたフィルムを、熱風オーブン中、120℃で2時間加熱乾燥させた後の質量をA、この加熱後のサンプルを、20℃、70%RHに調整された恒温恒湿に保たれた室内に静置し、24時間後経過したあとの質量をBとし、次式により吸湿率を測定した。
吸湿率(%)={(B−A)/B}×100
【0042】
実施例1(液晶性芳香族ポリエステルA−1)
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸140.8g(1.02モル)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸447.4g(2.38モル)及び無水酢酸 382g(3.74モル)、を仕込んだ。反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下で15分かけて150℃まで昇温し、温度を保持して3時間還流させた。その後、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら1℃/分の昇温速度で320℃まで昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、内容物を取り出した。得られた固形分は室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕後、窒素雰囲気下260℃で10時間保持し、固層で重合反応を進め、流動温度が261℃の粒子状の下記の繰り返し単位からなる全芳香族ポリエステルを得た。
以下該液晶ポリエステルをA−1と略記する。このポリマーは加圧下で270℃以上で光学異方性を示した。
液晶ポリエステルA−1の構造単位およびその比率は次の通りである。
Figure 0004363057
=30:70
A−1を285℃、50kg/cm2の条件でプレス成形し、2mm厚の板状試験片を作製した。吸水率は0.04%であった。
1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率3.0、誘電正接0.00075と非常に良好な値が得られた。
【0043】
参考例1(液晶性芳香族ポリエステルA−2)
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸281.5g(2.04モル)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸255.7g(1.36モル)及び無水酢酸382g(3.74モル)、を仕込んだ。反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下で15分かけて150℃まで昇温し、温度を保持して3時間還流させた。
その後、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら1℃/分の昇温速度で320℃まで昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、内容物を取り出した。得られた固形分は室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕後、窒素雰囲気下260℃で10時間保持し、固層で重合反応を進め、流動温度が254℃の粒子状の下記の繰り返し単位からなる全芳香族ポリエステルを得た。
以下該液晶ポリエステルをA−2と略記する。このポリマーは加圧下で265℃以上で光学異方性を示した。
液晶ポリエステルA−2の構造単位およびその比率は次の通りである。
Figure 0004363057
=60:40
A−2を280℃、50kg/cm2の条件でプレス成形し、2mm厚の板状試験片を作製した。吸水率は0.03%であった。また、1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率2.95、誘電正接0.0012と非常に良好な値が得られた。
【0044】
参考例2(液晶性芳香族ポリエステルA−3)
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸375.4g(2.72モル)、m−ヒドロキシ安息香酸93.8g(0.68モル)及び無水酢酸382g(3.74モル)、を仕込んだ。反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下で15分かけて150℃まで昇温し、温度を保持して3時間還流させた。
その後、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら1℃/分の昇温速度で320℃まで昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、内容物を取り出した。得られた固形分は室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕後、窒素雰囲気下300℃で10時間保持し、固相で重合反応を進め、流動温度が288℃の粒子状の全芳香族ポリエステルを得た。
以下該液晶ポリエステルをA−3と略記する。このポリマーは加圧下で305℃以上で光学異方性を示した。
液晶ポリエステルA−3の構造単位およびその比率は次の通りである。
Figure 0004363057
=80:20
A−3を320℃、50kg/cm2の条件でプレス成形し、2mm厚の板状試験片を作製した。吸水率は0.03%であった。1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率2.80、誘電正接0.0014と非常に良好な値が得られた。
【0045】
参考例3
特開昭61−127709号公報の実施例5に記載の方法に準じて、アクリル酸メチル/エチレン/グリシジルメタクリレート=59.0/38.0/3(重量比)、MFR=9.0g/分の共重合体を得た。以下該共重合体をB−1と略称することがある。
参考例1の操作を繰り返して得たA−295.0重量%およびB−1を5.0重量%となるように混合し、日本製鋼(株)製TEX−30型二軸押出機を用いてシリンダー設定温度275℃、スクリュー回転数200rpmで溶融混練を行ってペレットを得た。得られたペレット(P−1と略称することがある)は加圧下で288℃以上で光学的異方性を示した。該ペレットの流動温度は276℃であった。
次に、得られたペレットを、円筒ダイを備えた直径30mmの単軸押出機に供給して、シリンダー設定温度270℃、スクリュー回転数60rpmで溶融混練し、直径30mm、リップ間隔1.0mm、ダイ設定温度275℃の円筒ダイから上方へ溶融樹脂を押出し、その際この筒状フィルムの中空部へ乾燥空気を圧入して筒状フィルムを膨張させ、続いて冷却させた後、ニップロールに通して引取り、液晶ポリエステル樹脂組成物からなるフィルムを得た。
この際フィルムMD方向の延伸倍率(引き取り速度/円筒ダイスからの樹脂吐出速度)を5.2、ブロー比(膨張した筒状フィルムの直径/ダイスの直径)を2.0としたフィルムの実測平均厚さは100μmであった。以下、このフィルムをG−1と略記する。吸水率は0.04%、水蒸気透過度は0.2g/m2・24hrと非常に良好であった。
G−1を、1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率2.90、誘電正接0.0015と非常に良好な値が得られた。
【0046】
参考例4
A−2を市販の炭酸系発泡剤1重量部と共に池貝鉄鋼製PCM−30で、275℃、100rpmで溶融混練した。得られたペレットは既に発泡状態であった。そのペレットを、発泡部を潰さないようにスペーサーを用いた熱プレス法により280℃、20kg/cm2の条件で成形し、2mm厚の板状試験片を作製、1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率2.45、誘電正接0.0014と非常に良好な値が得られた。
【0047】
比較例1
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸167g(1.21モル)と6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸84.6g(0.45モル)および無水酢酸186g(1.82モル)を仕込んだ。反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下で15分かけて150℃まで昇温し、温度を保持して3時間還流させた。
その後、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら1℃/分の昇温速度で320℃まで昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、内容物を取り出した。得られた固形分は室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕後、窒素雰囲気下260℃で10時間保持し、固層で重合反応を進め、流動温度が270℃の粒子状の下記繰り返し単位からなる全芳香族ポリエステルを得た。
以下該液晶ポリエステルをD−1と略記する。このポリマーは加圧下で280℃以上で光学異方性を示した。
液晶ポリエステルD−1の構造単位およびその比率は次の通りである。
Figure 0004363057
=73:27
D−1を280℃、50kg/cm2の条件でプレス成形し、2mm厚の板状試験片を作製、1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率2.85、誘電正接0.0023であった。
【0048】
比較例2
p−アセトキシ安息香酸830g(6モル)、テレフタル酸249g(1.5モル)、イソフタル酸83kg(0.5モル)および4,4’−ジアセトキシジフェニル545g(2.02モル)無水酢酸 1123.5g(11モル)を、櫛型撹拌翼をもつ重合槽に仕込み、窒素ガス雰囲気下で撹拌しながら昇温し330℃で1時間重合させた。この間に副生する酢酸ガスを冷却管で液化し回収、除去しながら、強力な撹拌下で重合させた。その後、反応系を徐々に冷却し、200℃で得られたポリマーを系外へ取り出した。この得られたポリマーを細川ミクロン株式会社製のハンマーミルで粉砕し、2.5mm以下の粒子とした。
これを更に窒素ガス雰囲気下に290℃で6時間処理することによって固層で重合反応を進め、流動温度が324℃の粒子状の下記構造単位からなる全芳香族ポリエステルを得た。
以下、該液晶ポリエステルをC−1と略記する。このポリマーは、加圧下で335℃以上で光学異方性を示した。液晶性芳香族ポリエステルC−1の構造単位およびその比率は次の通りである。
【0049】
Figure 0004363057
=60:15:5:20
C−1を、 335℃、50kg/cm2の条件でプレス成形し、2mm厚の板状試験片を作製、1GHzで誘電特性を評価したところ、比誘電率は3.0、誘電正接は0.0045であった。
【0050】
【発明の効果】
本発明によって、極めて良好な低誘電正接を有する液晶性芳香族ポリエステルからなる回路基板用の絶縁材料を提供することができる。

Claims (3)

  1. 下記(a)および(c)からなり、(a)および(c)の合計モル数に対する(a)の含有割合が20〜35モル%の範囲である(A)液晶性芳香族ポリエステルからなることを特徴とする回路基板用の絶縁材料。
    (a)p−ヒドロキシ安息香酸に由来する構造単位
    (c)1種以上のヒドロキシナフトエ酸に由来する構造単位
  2. (c)が6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する構造単位および/または5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸に由来する構造単位であることを特徴とする請求項1に記載の回路基板用の絶縁材料。
  3. インフレーション成形法により得られる絶縁フィルムであることを特徴とする請求項1または2に記載の回路基板用の絶縁材料。
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