JPH09110968A - 高分子エレクトレット材料及びその製造法 - Google Patents
高分子エレクトレット材料及びその製造法Info
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- JPH09110968A JPH09110968A JP27155995A JP27155995A JPH09110968A JP H09110968 A JPH09110968 A JP H09110968A JP 27155995 A JP27155995 A JP 27155995A JP 27155995 A JP27155995 A JP 27155995A JP H09110968 A JPH09110968 A JP H09110968A
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- piezoelectric
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
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- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電率がポリフッ化ビニリデン等より低く、
圧電性が従来のもと同等もしくはそれ以上であり、しか
も機械的強度が大きく、フィルムから異形物まで種々の
形状のものを得ることができる新規な高分子エレクトレ
ット材料を提供する。 【解決手段】 本発明は、ポリ乳酸を融点ないし２２０
℃の範囲に設定し、その後ガラス転移点（６０℃）以下
に急冷成型した後、温度６０〜１８０℃，電界１０〜１
００ＭＶ／ｍで分極処理することによりエレクトレット
材料を製造する。本発明によれば、図１に示す如く応力
あたりの圧電率ｄ33は、およそ１５×１０-12 Ｃ／Ｎの
値を示した。
圧電性が従来のもと同等もしくはそれ以上であり、しか
も機械的強度が大きく、フィルムから異形物まで種々の
形状のものを得ることができる新規な高分子エレクトレ
ット材料を提供する。 【解決手段】 本発明は、ポリ乳酸を融点ないし２２０
℃の範囲に設定し、その後ガラス転移点（６０℃）以下
に急冷成型した後、温度６０〜１８０℃，電界１０〜１
００ＭＶ／ｍで分極処理することによりエレクトレット
材料を製造する。本発明によれば、図１に示す如く応力
あたりの圧電率ｄ33は、およそ１５×１０-12 Ｃ／Ｎの
値を示した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医用超音波変性
器、音響変性器、超音波応用計測器、圧電振動子、圧電
トランス、遅延装置、光検知器、光センサー、焦電ビジ
コン、メモリー、エレクトレットフィルター、等の分野
に用途が見込まれる高分子エレクトレット材料に関する
ものである。
器、音響変性器、超音波応用計測器、圧電振動子、圧電
トランス、遅延装置、光検知器、光センサー、焦電ビジ
コン、メモリー、エレクトレットフィルター、等の分野
に用途が見込まれる高分子エレクトレット材料に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】現在知られている高分子エレクトレット
材料としては、強誘電型のポリフッ化ビニリデン、フッ
化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体、ビニリデンシ
アナイド酢酸ビニル共重合体があるが、これらは、既に
超音波探触子などに使用されている。また、延伸された
ポリ乳酸が、圧電性を示すことが知られている（特開平
５−１５２６３８）。
材料としては、強誘電型のポリフッ化ビニリデン、フッ
化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体、ビニリデンシ
アナイド酢酸ビニル共重合体があるが、これらは、既に
超音波探触子などに使用されている。また、延伸された
ポリ乳酸が、圧電性を示すことが知られている（特開平
５−１５２６３８）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ポリフッ化ビニリデ
ン、フッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体、ビニ
リデンシアナイド酢酸ビニル共重合体をエレクトレット
化するためには、電場による双極子の配向及び凍結が必
要である。従って、安定な分極を得るためには延伸処理
とポーリング処理を必要とする。しかしながら、５０℃
以上では脱分極を生じ、熱的に不安定といえる。さら
に、ポリフッ化ビニリデンは、最も圧電性の高い材料で
あるが、誘電率が１３であり、高分子材料の高誘電率で
ある。従って、圧電ｄ定数（単位応力当たりの開放電
圧）は、大きくない。そのため、電気から音響への変換
効率は、良好であるが、音響から電気への変換効率が低
くなる。
ン、フッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体、ビニ
リデンシアナイド酢酸ビニル共重合体をエレクトレット
化するためには、電場による双極子の配向及び凍結が必
要である。従って、安定な分極を得るためには延伸処理
とポーリング処理を必要とする。しかしながら、５０℃
以上では脱分極を生じ、熱的に不安定といえる。さら
に、ポリフッ化ビニリデンは、最も圧電性の高い材料で
あるが、誘電率が１３であり、高分子材料の高誘電率で
ある。従って、圧電ｄ定数（単位応力当たりの開放電
圧）は、大きくない。そのため、電気から音響への変換
効率は、良好であるが、音響から電気への変換効率が低
くなる。
【０００４】また、ポリ乳酸は延伸処理のみで大きな圧
電性ｄ14を示すことが知られている（特開平５−１５２
６３８）。しかし、延伸処理のみでは、せん断ひずみに
よる圧電効果を生じるが、このモードの圧電効果では、
超音波などの応用はできず、さらに焦電性を示さないこ
とから熱的な応用もできない。
電性ｄ14を示すことが知られている（特開平５−１５２
６３８）。しかし、延伸処理のみでは、せん断ひずみに
よる圧電効果を生じるが、このモードの圧電効果では、
超音波などの応用はできず、さらに焦電性を示さないこ
とから熱的な応用もできない。
【０００５】本発明は、上記に鑑みてその目的とされる
ところは、誘電率がポリフッ化ビニリデン等より低く、
圧電性が従来のもと同等もしくはそれ以上であり、しか
も機械的強度が大きく、フィルムから異形物まで種々の
形状のものを得ることができる新規な高分子エレクトレ
ット材料を提供することにある。
ところは、誘電率がポリフッ化ビニリデン等より低く、
圧電性が従来のもと同等もしくはそれ以上であり、しか
も機械的強度が大きく、フィルムから異形物まで種々の
形状のものを得ることができる新規な高分子エレクトレ
ット材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、ポリ乳酸
の溶融急冷成形物をポーリング処理することによって得
られる高分子エレクトレット材料によって達成される。
本発明に用いるポリ乳酸には、ポリ乳酸（重合度１００
以上）のセグメントを有するブロック共重合体も含む。
ポリ乳酸以外のセグメントとしては、ポリエーテル、ポ
リエステル、ポリカーボネート、ポリアミド等の縮合系
高分子を用いることができる。
の溶融急冷成形物をポーリング処理することによって得
られる高分子エレクトレット材料によって達成される。
本発明に用いるポリ乳酸には、ポリ乳酸（重合度１００
以上）のセグメントを有するブロック共重合体も含む。
ポリ乳酸以外のセグメントとしては、ポリエーテル、ポ
リエステル、ポリカーボネート、ポリアミド等の縮合系
高分子を用いることができる。
【０００７】本発明に用いるポリ乳酸の重合法は特に限
定されない。光学活性を有するＬ体又はＤ体の乳酸から
直接脱水縮合あるいは常法に従って乳酸の環状二量体で
あるラクチドを合成し、そのラクチドを開環重合するこ
とによって得られるものどちらでもよい。このポリ乳酸
は、Ｌ体とＤ体の乳酸のブロックコポリマーであっても
よい。また、乳酸のセグメントを有するブロックポリマ
ーであってもよい。
定されない。光学活性を有するＬ体又はＤ体の乳酸から
直接脱水縮合あるいは常法に従って乳酸の環状二量体で
あるラクチドを合成し、そのラクチドを開環重合するこ
とによって得られるものどちらでもよい。このポリ乳酸
は、Ｌ体とＤ体の乳酸のブロックコポリマーであっても
よい。また、乳酸のセグメントを有するブロックポリマ
ーであってもよい。
【０００８】このポリマーは、延伸処理のみで大きな圧
電性ｄ14を示すことが知られている（特開平５−１５２
６３８）。しかし、非極性結晶であるがゆえ電界によっ
て双極子が配向するような強誘電的性質を示すことは知
られていなかった。ところが、分子量及び溶融成形条件
を選ぶことにより強誘電体的性質をもつことが明らかに
なった。
電性ｄ14を示すことが知られている（特開平５−１５２
６３８）。しかし、非極性結晶であるがゆえ電界によっ
て双極子が配向するような強誘電的性質を示すことは知
られていなかった。ところが、分子量及び溶融成形条件
を選ぶことにより強誘電体的性質をもつことが明らかに
なった。
【０００９】ポリ乳酸の分子量については、溶融成形が
可能な範囲内であれば特に制限されないが、溶融成形時
の分子量低下防止や結晶化速度を遅くするため少なくと
も重量平均分子量が５万以上のポリ乳酸、好ましくは１
０万〜３０万のポリ乳酸を使用するのがよい。
可能な範囲内であれば特に制限されないが、溶融成形時
の分子量低下防止や結晶化速度を遅くするため少なくと
も重量平均分子量が５万以上のポリ乳酸、好ましくは１
０万〜３０万のポリ乳酸を使用するのがよい。
【００１０】本発明の高分子エレクトレット材料は、上
記のポリ乳酸を原料とし、これを適宜の形状に溶融成形
する。溶融成形条件は、ポリ乳酸の融点ないし２２０℃
の範囲に設定し、その後ガラス転移点（６０℃）以下へ
急冷する。この時結晶を作らないか、または、非常に結
晶化度を下げた状態を実現しなければならない。急冷処
理は、空冷、水冷などいかなる方法を用いてもよい。本
発明の好ましい急冷処理温度は、６０℃以下、より好ま
しくは室温程度の１０〜４０℃である。急冷速度は、５
０℃／ｍｉｎ〜１０００℃／ｍｉｎ、好ましくは２００
℃／ｍｉｎ以上がよい。更に好ましくは、ポリ乳酸の溶
融物の温度（ポリ乳酸の融点〜約２００℃程度）を６０
℃以下に５秒〜５分以内に下げるのがよい。
記のポリ乳酸を原料とし、これを適宜の形状に溶融成形
する。溶融成形条件は、ポリ乳酸の融点ないし２２０℃
の範囲に設定し、その後ガラス転移点（６０℃）以下へ
急冷する。この時結晶を作らないか、または、非常に結
晶化度を下げた状態を実現しなければならない。急冷処
理は、空冷、水冷などいかなる方法を用いてもよい。本
発明の好ましい急冷処理温度は、６０℃以下、より好ま
しくは室温程度の１０〜４０℃である。急冷速度は、５
０℃／ｍｉｎ〜１０００℃／ｍｉｎ、好ましくは２００
℃／ｍｉｎ以上がよい。更に好ましくは、ポリ乳酸の溶
融物の温度（ポリ乳酸の融点〜約２００℃程度）を６０
℃以下に５秒〜５分以内に下げるのがよい。
【００１１】上記のようにして得られたロッド状、帯板
状、フィルム状、繊維状のポリ乳酸成形物は、分子双極
子が無配向であるためエレクトレット特性を示さない。
そこでポーリング処理を行わなければならない。この処
理は、６０〜１８０℃、好ましくは、８０〜１６０℃
で，１０〜１００ＭＶ／ｍの電界を印加する。
状、フィルム状、繊維状のポリ乳酸成形物は、分子双極
子が無配向であるためエレクトレット特性を示さない。
そこでポーリング処理を行わなければならない。この処
理は、６０〜１８０℃、好ましくは、８０〜１６０℃
で，１０〜１００ＭＶ／ｍの電界を印加する。
【００１２】以上のような本発明の高分子エレクトレッ
ト材料は、ポリ乳酸の結晶中のＣ＝Ｏ双極子が電界方向
に配向し、極性結晶を形成し安定な分極をつくることに
特徴がある。このようなエレクトレットは、従来の高分
子圧電材料と同等若しくはそれ以上の圧焦電性を示す。
また、誘電率が低いため、圧電ｇ定数が大きく、強誘電
体型のポリフッ化ビニリデンより高い電圧感度が得られ
る。
ト材料は、ポリ乳酸の結晶中のＣ＝Ｏ双極子が電界方向
に配向し、極性結晶を形成し安定な分極をつくることに
特徴がある。このようなエレクトレットは、従来の高分
子圧電材料と同等若しくはそれ以上の圧焦電性を示す。
また、誘電率が低いため、圧電ｇ定数が大きく、強誘電
体型のポリフッ化ビニリデンより高い電圧感度が得られ
る。
【００１３】
【実施例】次に本発明の高分子エレクトレット材料の実
施例について説明する。重量平均分子量が２０万のポリ
Ｌ−乳酸を溶融後急冷しアモルファスのフィルムを得
た。溶融急冷条件は、ポリＬ−乳酸を２００℃で溶融し
て、３０秒で２０℃まで温度を下げた。この急冷は、水
を用いて行った。
施例について説明する。重量平均分子量が２０万のポリ
Ｌ−乳酸を溶融後急冷しアモルファスのフィルムを得
た。溶融急冷条件は、ポリＬ−乳酸を２００℃で溶融し
て、３０秒で２０℃まで温度を下げた。この急冷は、水
を用いて行った。
【００１４】得られたフィルムを３〜４cm幅にカット
し、１０８℃に設定された恒温室の窒素中に該フィルム
をセットし、電界１００ＭＶ／ｍを印加した。このフィ
ルムを長さ２cm、幅１cmに切断して試験片を作製し、１
KHz における厚みの変化から圧電率を、またパルス状レ
ーザー光（６７０nm）を試料に照射し、この時の電流出
力から焦電率を算出した。その結果を図１に示す。
し、１０８℃に設定された恒温室の窒素中に該フィルム
をセットし、電界１００ＭＶ／ｍを印加した。このフィ
ルムを長さ２cm、幅１cmに切断して試験片を作製し、１
KHz における厚みの変化から圧電率を、またパルス状レ
ーザー光（６７０nm）を試料に照射し、この時の電流出
力から焦電率を算出した。その結果を図１に示す。
【００１５】図１は、圧電ｄ定数と焦電率βの温度スペ
クトルである。図１より３０〜１７０℃の測定温度域に
おいて、応力あたりの圧電率ｄ33は、およそ１５×１０
-12Ｃ／Ｎの値を示した。温度特性は、ほぼフラットで
ある。
クトルである。図１より３０〜１７０℃の測定温度域に
おいて、応力あたりの圧電率ｄ33は、およそ１５×１０
-12Ｃ／Ｎの値を示した。温度特性は、ほぼフラットで
ある。
【００１６】図２は、この試料の１１０℃におけるＤ−
Ｅヒテリシス曲線である。一般の強誘電体のようにふる
まうことがわかる。
Ｅヒテリシス曲線である。一般の強誘電体のようにふる
まうことがわかる。
【００１７】図３は、電解印加によるＸ線回折の変化で
ある。主回折曲線は、大きく変化し、電界により極性結
晶へ転移していることがうかがえる。従って、ここで強
誘電体的挙動により分極が形成し、大きなエレクトレッ
ト特性（圧電焦電性）が得られたと考えられる。
ある。主回折曲線は、大きく変化し、電界により極性結
晶へ転移していることがうかがえる。従って、ここで強
誘電体的挙動により分極が形成し、大きなエレクトレッ
ト特性（圧電焦電性）が得られたと考えられる。
【００１８】
【発明の効果】このような効果を有する本発明の高分子
エレクトレット材料は、医用超音波変性器、音響変性
器、超音波応用計測器、圧電振動子、圧電トランス、遅
延装置、光検知器、光センサー、焦電ビジコン、メモリ
ー、エレクトレットフィルター、等への応用が見込まれ
る。また、骨成長促進効果を有する骨接合材として応用
することが可能である。
エレクトレット材料は、医用超音波変性器、音響変性
器、超音波応用計測器、圧電振動子、圧電トランス、遅
延装置、光検知器、光センサー、焦電ビジコン、メモリ
ー、エレクトレットフィルター、等への応用が見込まれ
る。また、骨成長促進効果を有する骨接合材として応用
することが可能である。
【図１】本発明の高分子エレクトレット材料の圧電ｄ定
数と焦電率βと温度の関係を示すグラフである。
数と焦電率βと温度の関係を示すグラフである。
【図２】本発明の高分子エレクトレット材料の圧電変位
−電界特性である（ＤＥヒテリシス）。
−電界特性である（ＤＥヒテリシス）。
【図３】本発明の高分子エレクトレット材料の電界によ
る構造変化をＸ線回折により調べたものである。
る構造変化をＸ線回折により調べたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/26 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｃ
Claims (4)
- 【請求項１】 ポリ乳酸を溶融急冷後、分極処理したエ
レクトレット材料。 - 【請求項２】 ポリ乳酸を溶融急冷したのち分極処理す
る高分子エレクトレット材料の製造方法。 - 【請求項３】 溶融急冷速度が５０℃／ｍｉｎ〜１００
０℃／ｍｉｎである請求項２記載の高分子エレクトレッ
ト材料の製造方法。 - 【請求項４】 分極処理を温度６０〜１８０℃、電界１
０〜１００ＭＶ／ｍで行う請求項２、３記載の高分子エ
レクトレット材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27155995A JP3470471B2 (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | 高分子エレクトレット材料及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27155995A JP3470471B2 (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | 高分子エレクトレット材料及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09110968A true JPH09110968A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3470471B2 JP3470471B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=17501771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27155995A Expired - Fee Related JP3470471B2 (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | 高分子エレクトレット材料及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470471B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004057976A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-02-26 | Toyobo Co Ltd | 生分解性を有するエレクトレット濾材およびその製造方法 |
| EP1510241A1 (en) * | 2002-06-06 | 2005-03-02 | Toyo Boseki Kabushiki Kaisha | Electret filter and process for producing the same |
| CN1309448C (zh) * | 2002-05-20 | 2007-04-11 | 东洋纺织株式会社 | 成形纤维状薄片、以及过滤装置 |
| JP2010109121A (ja) * | 2008-10-30 | 2010-05-13 | Tokai Rubber Ind Ltd | 誘電膜、およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ |
| WO2010147074A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | 株式会社村田製作所 | 圧電体シート、ならびに圧電体シートの製造方法および製造装置 |
| WO2013054918A1 (ja) * | 2011-10-13 | 2013-04-18 | 三井化学株式会社 | 高分子圧電材料、およびその製造方法 |
| US20150362647A1 (en) * | 2013-02-01 | 2015-12-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Display device and laminated optical film |
| US20160099403A1 (en) * | 2013-04-10 | 2016-04-07 | Mitsui Chemicals, Inc. | Layered body |
| US20160204337A1 (en) * | 2013-09-02 | 2016-07-14 | Mitsui Chemicals, Inc. | Layered body |
-
1995
- 1995-10-19 JP JP27155995A patent/JP3470471B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP5318203B2 (ja) * | 2009-06-15 | 2013-10-16 | 株式会社村田製作所 | 圧電体シート、ならびに圧電体シートの製造方法および製造装置 |
| US9537084B2 (en) | 2009-06-15 | 2017-01-03 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric sheet, method for manufacturing piezoelectric sheet, and manufacturing apparatus |
| US9711710B2 (en) | 2009-06-15 | 2017-07-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric sheet, method for manufacturing piezoelectric sheet, and manufacturing apparatus |
| JPWO2010147074A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2012-12-06 | 株式会社村田製作所 | 圧電体シート、ならびに圧電体シートの製造方法および製造装置 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3470471B2 (ja) | 2003-11-25 |
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