JP2006035680A - Polybenzazole film and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高強度、高弾性率を有し、かつ表面平滑性とを兼ね備え、長手方向と幅方向の機械的物性のバランスがとれたポリベンザゾール系フィルムおよびその製造法に関するものである。特に磁気記録用基材フィルムや電子材料用途に好適なポリベンザゾール系フィルムに関するものである。 The present invention relates to a polybenzazole film having a high strength and a high elastic modulus, having a surface smoothness and having a balance between mechanical properties in the longitudinal direction and the width direction, and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a polybenzazole-based film suitable for a magnetic recording base film and an electronic material application.
磁気テープ用基材フィルムとしては、2軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルムが広く一般的に使用されている。しかし、基材フィルムを薄くすることで記録時間と記録容量を増やしたい要求に対して機械的強度において限界があった。そこでより高強力な全芳香族ポリアミドや全芳香族ポリエステルなどのフィルムの開発が行われている。特にポリベンザゾールは、棒状ポリマーでそれの配向フィルムは極めて高い機械的強度を有することが開示されている(特許文献1参照)。しかし、磁気テープ用ベースとして使用する場合、フィルム表面には平滑性と無欠点性が必要である。
以上の方法は、剛直性高分子の溶液が光学的異方性すなわち液晶性を示す高濃度領域で加工時のせん断粘度が比較的低くなる特性に着目し、さらには液晶状態での高配向性による機械的物性の向上をはかったものであるが、光学的異方性を示す溶液で製膜すると、フィルムの長手方向(MD、フィルムの流れ方向、マシンダイレクション)の機械的物性は著しく向上するものの、該長手方向および幅方向(TD、MDと直角の方向、トランスバースダイレクション)の機械的物性のバランスをとるのが難しい。力学特性のバランスに関する問題を解決する方法として、ダイ押出しまでを光学的異方性相で実施し、ダイ押出し後は組成変化若しくは温度変化により光学的等方相へ相転移させる製膜方式が開示されている(特許文献2参照)。一方、光学的に異方性を有するポリベンザゾール溶液を支持体上に流延し、その後光学的に等方性を示す状態に変化させることにより得られる、高弾性率かつ適度な伸度を示すポリベンザゾール系フィルムが開示されている(特許文献3参照)。
The above method pays attention to the characteristic that the shear viscosity during processing is relatively low in a high concentration region where the solution of the rigid polymer exhibits optical anisotropy, that is, liquid crystallinity, and further, high orientation in the liquid crystal state. The mechanical properties of the film are improved, but when the film is formed with a solution exhibiting optical anisotropy, the mechanical properties of the film in the longitudinal direction (MD, film flow direction, machine direction) are remarkably improved. However, it is difficult to balance the mechanical properties of the longitudinal direction and the width direction (TD, direction perpendicular to MD, transverse direction). As a method for solving the problem related to the balance of mechanical properties, a film forming method is disclosed in which the process up to die extrusion is performed in an optically anisotropic phase, and after die extrusion, the phase is changed to the optically isotropic phase by composition change or temperature change. (See Patent Document 2). On the other hand, a high elasticity modulus and an appropriate elongation obtained by casting a polybenzazole solution having optical anisotropy on a support and then changing it to an optically isotropic state. A polybenzazole-based film is disclosed (see Patent Document 3).
しかし上記のいずれの方式においても液晶性非等方性溶液から形成されたフィルムであり、液晶相の高配向性のため、長手方向と幅方向の機械的物性のバランスも十分に解決されているとはいえない。さらに、液晶性非非等方性溶液をTダイ等により押出されると、押出されたシート状物には表面荒れが観察されるが、これらの問題はいまだ解決されていない。
以上の点から、従来開示されているポリベンザゾールフィルムは実用的な磁気テープとして使用することは難しかった。これに対する改良も試みられてはいるが、表面平滑性の良好なフィルムは得られていないのが現状である(特許文献4、5参照)。
From the above points, it has been difficult to use the conventionally disclosed polybenzazole film as a practical magnetic tape. Although the improvement with respect to this is also tried, the present condition is that the film with favorable surface smoothness is not obtained (refer patent document 4, 5).
本発明は、上記の点を解決しようとするもので高強度、高弾性率を有し、かつ表面平滑性とを兼ね備え、長手方向と幅方向の機械的物性のバランスがとれたポリベンザゾール系フィルムおよびその製造法を提供することを課題とする。 The present invention is intended to solve the above-described points, and has a high strength, a high elastic modulus, a surface smoothness, and a polybenzazole system having a balance between mechanical properties in the longitudinal direction and the width direction. It is an object to provide a film and a method for producing the film.
すなわち本発明は、光学的に異方性のポリベンザゾール系溶液から形成したコア層と該コア層の両表面に光学的に等方性のポリベンザゾール系溶液から形成したスキン層とで構成されたポリベンザゾール系フィルムであり、また下式(1)〜(6)を満たすことを特徴とする前記のポリベンザゾール系フィルムである。
(1)長手方向および幅方向の引張弾性率≧10.0GPa、
(2)長手方向および幅方向の引張破断強度≧350MPa、
(3)長手方向および幅方向の引張破断伸度≧10%、
(4)0.85≦(幅方向の引張弾性率)/(長手方向の引張弾性率)≦1.20、
(5)0.85≦(幅方向の引張破断強度)/(長手方向の引張破断強度)≦1.20、
(6)0.85≦(幅方向の引張破断伸度)/(長手方向の引張破断伸度)≦1.20。
また光学的に異方性のポリベンザゾール系溶液から形成したコア層の厚さがフィルム全厚さの25〜75%である前記のポリベンザゾール系フィルムであり、さらにまたポリベンザゾールがポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールである前記のポリベンザゾール系フィルムである。
また本発明は、光学的に異方性のポリベンザゾール系溶液から形成させるコア層の両表面に光学的に等方性のポリベンザゾール系溶液から形成されるスキン層を積層する工程を含むことを特徴とする前記のポリベンザゾール系フィルムの製造法であり、より好ましい態様は、光学的に異方性のポリベンザゾール系ポリマー溶液のポリマー濃度が8.0〜16.0質量%、光学的に等方性のポリベンザゾール系ポリマー溶液の濃度が0.5から5質量%である前記のポリベンザゾール系フィルムの製造法である。
That is, the present invention comprises a core layer formed from an optically anisotropic polybenzazole solution and a skin layer formed from an optically isotropic polybenzazole solution on both surfaces of the core layer. The polybenzazole film is characterized by satisfying the following formulas (1) to (6).
(1) Tensile elastic modulus in the longitudinal direction and the width direction ≧ 10.0 GPa,
(2) Tensile breaking strength in the longitudinal direction and the width direction ≧ 350 MPa,
(3) Tensile breaking elongation in the longitudinal direction and the width direction ≧ 10%,
(4) 0.85 ≦ (tensile modulus in the width direction) / (tensile modulus in the longitudinal direction) ≦ 1.20,
(5) 0.85 ≦ (tensile breaking strength in the width direction) / (tensile breaking strength in the longitudinal direction) ≦ 1.20,
(6) 0.85 ≦ (tensile elongation at break in the width direction) / (tensile elongation at break in the longitudinal direction) ≦ 1.20.
The core layer formed from an optically anisotropic polybenzazole solution is 25 to 75% of the total thickness of the film, and the polybenzazole film is a polybenzazole film. The polybenzazole-based film is paraphenylene benzobisoxazole.
The present invention also includes a step of laminating a skin layer formed from an optically isotropic polybenzazole-based solution on both surfaces of a core layer formed from an optically anisotropic polybenzazole-based solution. In the method for producing the polybenzazole-based film, a more preferable aspect is that the polymer concentration of the optically anisotropic polybenzazole-based polymer solution is 8.0 to 16.0% by mass, In this method, the concentration of the optically isotropic polybenzazole polymer solution is 0.5 to 5% by mass.
本発明のポリベンザゾール系フィルムは、前記特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用することにより、異方性ポリマー溶液からのみ作製されるフィルムの持つ欠点を補正改良し得て、かつフィルムの長手方向(MD)と幅方向(TD)での強伸度などの物性バランスが良好であり、滑り性が良好でフィルムの取り扱い性や磁気テープにした時などの走行性が良好である。また表面が平滑で粗大突起を持たないので磁気記録特性が良好である。更に極めて高い引張弾性率を持つので薄膜基材フィルムとして使用できる。特に磁気記録用の薄膜基材フィルムとして有用である。 The polybenzazole-based film of the present invention can correct and improve the defects of the film produced only from the anisotropic polymer solution by adopting the configuration as described in the claims, and the film The balance of physical properties such as the strength and elongation in the longitudinal direction (MD) and the width direction (TD) is good, the slipperiness is good, the handling property of the film and the running property such as a magnetic tape are good. Also, since the surface is smooth and does not have coarse protrusions, the magnetic recording characteristics are good. Furthermore, since it has a very high tensile modulus, it can be used as a thin film substrate film. In particular, it is useful as a thin film substrate film for magnetic recording.
本発明におけるポリベンザゾール系ポリマーとは、ポリベンゾオキサゾール(PBO)ホモポリマー、ポリベンゾチアゾール(PBT)ホモポリマー及びポリベンズイミダゾール(PBI)ホモポリマー、もしくは、それらPBO、PBT、および/又はPBIのランダム共重合ポリマー、交互共重合ポリマーあるいはブロック共重合ポリマーをいう。ここでポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール及びそれらのランダム、交互あるいはブロック共重合ポリマーは、例えば米国特許第4703103号、米国特許4533692号、米国特許第4533724号、米国特許第4533693号、米国特許第4539567号、米国特許第4578432号等に記載されたものである。 The polybenzazole-based polymer in the present invention is a polybenzoxazole (PBO) homopolymer, a polybenzothiazole (PBT) homopolymer and a polybenzimidazole (PBI) homopolymer, or PBO, PBT and / or PBI. Random copolymer, alternating copolymer or block copolymer. Here, polybenzoxazole, polybenzothiazole and their random, alternating or block copolymer may be exemplified by US Pat. No. 4,703,103, US Pat. No. 4,533,692, US Pat. No. 4,533,724, US Pat. No. 4, U.S. Pat. No. 4,578,432, and the like.
ポリベンザゾール系ポリマーに含まれる構造単位としては、好ましくはライオトロピック液晶ポリマーから選択される。構造単位は構造式(a)〜(n)に記載されている構造単位からなり、さらに好ましくは、構造式(a)〜(f)から選択された構造単位からなる。特に好ましくは、構造式(a)〜(b)から選択されたモノマー単位からなるPBOポリマーである。 The structural unit contained in the polybenzazole polymer is preferably selected from lyotropic liquid crystal polymers. The structural unit is composed of structural units described in structural formulas (a) to (n), and more preferably is a structural unit selected from structural formulas (a) to (f). Particularly preferred is a PBO polymer comprising monomer units selected from structural formulas (a) to (b).
本発明においては上記したポリベンザゾール系ポリマーが80質量%以上を含有することが好ましく、20質量%未満は他のポリマー、例えば芳香族ポリイミド等を含有してもよい。より機械的特性に優れるポリベンザゾール系フィルムを得る為には、ポリベンザゾール系ポリマーの含量は90質量%以上が望ましい。 In the present invention, the above-described polybenzazole-based polymer preferably contains 80% by mass or more, and less than 20% by mass may contain other polymers such as aromatic polyimide. In order to obtain a polybenzazole film having more excellent mechanical properties, the content of the polybenzazole polymer is desirably 90% by mass or more.
本発明においては、請求項4に記載のごとく、前記したポリベンザゾール系ポリマーがポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールであることが好ましい実施態様である。該ポリマーにすることでより優れた耐熱性と機械的物性が得られる。 In the present invention, as described in claim 4, it is a preferred embodiment that the polybenzazole-based polymer is polyparaphenylene benzobisoxazole. By using the polymer, better heat resistance and mechanical properties can be obtained.
本発明の好ましい態様として、ポリベンザゾール系フィルムは、(1)〜(6)式全てを満たすことを特徴とするポリベンザゾール系フィルムがある。
(1)長手方向および幅方向の引張弾性率≧10.0GPa、
(2)長手方向および幅方向の引張破断強度≧350MPa、
(3)長手方向および幅方向の引張破断伸度≧10%、
(4)0.85≦(幅方向の引張弾性率)/(長手方向の引張弾性率)≦1.20、
(5)0.85≦(幅方向の引張破断強度)/(長手方向の引張破断強度)≦1.20、
(6)0.85≦(幅方向の引張破断伸度)/(長手方向の引張破断伸度)≦1.20。
As a preferred embodiment of the present invention, there is a polybenzazole film characterized in that the polybenzazole film satisfies all of the formulas (1) to (6).
(1) Tensile elastic modulus in the longitudinal direction and the width direction ≧ 10.0 GPa,
(2) Tensile breaking strength in the longitudinal direction and the width direction ≧ 350 MPa,
(3) Tensile breaking elongation in the longitudinal direction and the width direction ≧ 10%,
(4) 0.85 ≦ (tensile modulus in the width direction) / (tensile modulus in the longitudinal direction) ≦ 1.20,
(5) 0.85 ≦ (tensile breaking strength in the width direction) / (tensile breaking strength in the longitudinal direction) ≦ 1.20,
(6) 0.85 ≦ (tensile elongation at break in the width direction) / (tensile elongation at break in the longitudinal direction) ≦ 1.20.
引張弾性率が10.0GPa未満であると後加工速度が上げられない、あるいは使用される際の高速巻き取り時の高張力や張力でフィルム変形が生じ好ましくなく、さらに製膜時の薄膜化が困難となる。本発明のポリオベンザゾール系フィルムの引張弾性率はより好ましくは12.0GPa以上である。さらに、引張破断強度が350MPa未満の場合は高速かつ高張力化で後加工した場合、フィルムの破断の原因となり好ましくない。また、引張破断伸度は10%以上が好ましい。引張破断伸度がこれ未満である場合、加工時のハンドリングが困難になるのみならず、使用時にフィルムが脆くなり好ましくない。 If the tensile modulus is less than 10.0 GPa, the post-processing speed cannot be increased, or film deformation occurs due to high tension and tension during high-speed winding at the time of use. It becomes difficult. The tensile modulus of the polyobenzazole film of the present invention is more preferably 12.0 GPa or more. Further, if the tensile strength at break is less than 350 MPa, it is not preferable that the film is broken when post-processing is performed at a high speed and high tension. The tensile elongation at break is preferably 10% or more. If the tensile elongation at break is less than this, not only is handling difficult during processing, but the film becomes brittle during use, which is not preferred.
さらに、本発明のポリベンザゾール系フィルムは長手方向の引張弾性率、引張破断強度および引張破断伸度と幅方向の引張弾性率、引張破断強度および引張破断伸度との関係が上記(4)〜(6)式を同時に満足する必要がある。上記の(4)〜(6)式を同時に満足することにより、フィルムの長手方向と幅方向の機械的物性値のバランスが取れるので、特定方向に裂け易いという従来公知の製造法で得られるフィルムの持っていた欠点を改善でき、各種用途に好適に展開することができる。 Furthermore, in the polybenzazole film of the present invention, the relationship between the tensile modulus in the longitudinal direction, the tensile breaking strength and the tensile breaking elongation and the tensile modulus in the width direction, the tensile breaking strength and the tensile breaking elongation is the above (4). It is necessary to satisfy the formula (6) at the same time. By satisfying the above equations (4) to (6) at the same time, the mechanical properties of the film in the longitudinal direction and the width direction can be balanced, so that the film can be obtained by a conventionally known production method that is easy to tear in a specific direction. Can be improved and can be suitably developed for various uses.
本発明で用いられるポリベンザゾール系フィルムの厚さは特に限定されないが、例えば、高密度の磁気テープとして使用する場合は0.5〜10μmが好適である。フィルムが厚い場合は、敢えて本発明の高強度フィルムを使用する必要はない場合が多い。加工工程やテープ走行の時の張力に耐える必要から一般的に0.5μm以上の厚さが好適である。 Although the thickness of the polybenzazole film used in the present invention is not particularly limited, for example, when used as a high-density magnetic tape, 0.5 to 10 μm is preferable. When the film is thick, it is often unnecessary to use the high-strength film of the present invention. In general, a thickness of 0.5 μm or more is suitable because it is necessary to withstand the tension during the processing step and tape running.
本発明においては、前記した特性を発現するには請求項に記載のごとく、光学的に異方性のポリベンザゾール系溶液から形成させるコア層の両表面に光学的に等方性であるポリベンザゾール系溶液から形成されるスキン層を積層し製膜する必要がある。該方法により製膜することにより、光学的異方性のポリベンザゾール系ポリマー溶液のみを用いて製膜した場合に発生する流動方向にポリマー分子鎖が配向し、この分子鎖の配向により発現されるフィルムのフィルムの長手方向と幅方向との機械的物性バランスが崩れるという従来公知技術の欠点及びダイ押出し時等に発生するフィルム表面の荒れが著しく改善される。 In the present invention, in order to exhibit the above-described properties, as described in the claims, the optically isotropic polycrystal is formed on both surfaces of the core layer formed from the optically anisotropic polybenzazole-based solution. It is necessary to laminate and form a skin layer formed from a benzazole-based solution. By forming the film by this method, the polymer molecular chain is oriented in the flow direction generated when the film is formed using only the optically anisotropic polybenzazole polymer solution, and is expressed by the orientation of this molecular chain. The disadvantage of the prior art that the balance between the mechanical properties of the film in the longitudinal direction and the width direction of the film is lost and the roughness of the film surface that occurs during die extrusion are remarkably improved.
ポリベンザゾール系溶液が光学的に等方性であるかどうかの確認は、該溶液をスライドガラス上に薄く延ばしカバーガラスで挟んだプレパラートを偏光顕微鏡により直交ニコル下での観察することにより行う。すなち、光学的に異方性を示す液晶状態であれば、サンプルステージを回転させると液晶構造に由来するドメイン構造が観察され明視野となるが、光学的に等方性な溶液であればサンプルステージを回転させても暗視野のままであり、両者違いを区別することができる。 Whether or not the polybenzazole-based solution is optically isotropic is confirmed by observing a preparation prepared by thinly extending the solution on a slide glass and sandwiching the solution with a cover glass under a crossed Nicol. In other words, if the liquid crystal state is optically anisotropic, when the sample stage is rotated, a domain structure derived from the liquid crystal structure is observed and a bright field is obtained. For example, even if the sample stage is rotated, the dark field remains, and the difference between the two can be distinguished.
本発明においては、ポリベンザゾール系フィルムは前記した光学的に等方性を示す溶液と光学的に異方性を示す溶液から製膜する。光学的に異方性を示す溶液と光学的に等方性を示す溶液を共押出により積層し薄膜状に成形してもよいが、コア層となる光学的異方性の溶液をTダイより薄膜化し、ついで、コア層の両表面に光学的に等方性の溶液を塗布しスキン層を形成してもよい。その後得られた薄膜状積層体を凝固、洗浄および乾燥等を実施することにより積層ポリベンザゾール系フィルムを得ることができる。薄膜状に成形する工程おいては、Tダイ方式やサーキュラーダイ方式等公知の方法により成形することができるが、機械的物性の制御の点で、凝固前に長手方向及びもしくは幅方向の延伸処理を施してもよい。 In the present invention, the polybenzazole film is formed from the above optically isotropic solution and the optically anisotropic solution. An optically anisotropic solution and an optically isotropic solution may be laminated by coextrusion to form a thin film. The skin layer may be formed by thinning and then applying an optically isotropic solution to both surfaces of the core layer. A laminated polybenzazole-based film can be obtained by coagulating, washing, drying and the like for the obtained thin film laminate. In the process of forming into a thin film, it can be formed by a known method such as a T-die method or a circular die method. However, in terms of control of mechanical properties, stretching treatment in the longitudinal direction and / or the width direction is performed before solidification. May be applied.
延伸処理を施す場合は以下の方法が例示できる。すなわち、共押出法によりコア層に光学的異方性を示すポリベンザゾール溶液、両スキン層に光学的に等方性を示すポリベンザゾール溶液からなる積層体を形成し、次いで対抗ロール、圧延装置あるいはプレス装置を介して、少なくとも二枚の支持体の間に該積層体を挟んだ、支持体と積層ポリベンザゾールフィルム前駆体との複合積層構造体を形成する。得られたサンドイッチ状の複合積層体は凝固浴に導かれ、凝固浴中で支持体を剥離、凝固させることを特徴とするものである。対向ロール、圧延装置およびプレス装置等の構成および配置はさまざまな組合わせをとることができる。望ましくは、少なくとも二枚の支持体の間に挟んだポリベンザゾールフィルム前駆体を、少なくとも一対の対向ロールにはさみ、向かい合ったロールを反対方向に回転させ、支持体/ポリベンザゾールフィルム前駆体/支持体のサンドイッチ状の複合積層体を形成する方式である。 The following method can be illustrated when performing a extending | stretching process. That is, a co-extrusion method is used to form a laminate comprising a polybenzazole solution exhibiting optical anisotropy in the core layer and a polybenzazole solution exhibiting optical isotropy in both skin layers, followed by a counter roll, rolling A composite laminate structure of a support and a laminated polybenzazole film precursor is formed by sandwiching the laminate between at least two supports via an apparatus or a press apparatus. The obtained sandwich composite laminate is guided to a coagulation bath, and the support is peeled off and coagulated in the coagulation bath. The configuration and arrangement of the facing roll, the rolling device, the pressing device, and the like can be variously combined. Desirably, a polybenzazole film precursor sandwiched between at least two supports is sandwiched between at least a pair of opposing rolls, and the opposite rolls are rotated in the opposite direction to provide a support / polybenzazole film precursor / This is a system for forming a sandwich-like composite laminate of the support.
得られた支持体/ポリベンザゾールフィルム前駆体/支持体のサンドイッチ状の複合積層体は、縦延延伸機及びまたはテンター等の横延伸機にて延伸される。その後、凝固浴に導かれ、凝固浴中で支持体を剥離することにより、該ポリベンザゾール系溶液は凝固される。上記支持体としてはPETフィルムに代表されるポリエステル系フィルムやポリプロピレン(PPともいう)フィルムなどのポリオレフィン系フィルム等のプラスチックフィルムを用いることが出来る。さらに支持体として透湿性を有する多孔質フィルムや布帛、不織布をそのまま、あるいは上記プラスチックフィルム支持体と併用してもよい。プラスチックフィルムを支持体とした場合は支持体剥離後の凝固時間が、多孔質フィルムを単独で支持体とした場合では上記サンドイッチ状の複合積層体を凝固浴に浸漬後支持体剥離までの時間および支持体剥離後の凝固浴浸漬時間が得られる凝固湿潤フィルムの膜構造および物性に影響し重要である。 The obtained support / polybenzazole film precursor / support sandwich composite laminate is stretched by a longitudinal stretching machine and / or a transverse stretching machine such as a tenter. Thereafter, the polybenzazole-based solution is solidified by being guided to a coagulation bath and peeling the support in the coagulation bath. As the support, a plastic film such as a polyester film typified by a PET film or a polyolefin film such as a polypropylene (also referred to as PP) film can be used. Further, a porous film, fabric or nonwoven fabric having moisture permeability as a support may be used as it is or in combination with the plastic film support. When the plastic film is used as a support, the solidification time after the support is peeled off. When the porous film is used as a support alone, the time until the support is peeled off after the sandwich composite laminate is immersed in the coagulation bath and This is important because it affects the film structure and physical properties of the coagulated wet film that provides the time for immersion in the coagulation bath after peeling off the support.
本発明のポリベンザゾールフィルムでは光学的に異方性のポリベンザゾール系溶液から形成させるコア層の厚さがフィルム全厚さ(積層体全体の厚さ)の25〜75%が重要である。コア層の厚さが、積層体全体の厚さに対して25%より小さくなると、長手方向及び幅方向の機械的物性のバランスは優れるものの、機械的強度の低下につながる。一方、コア層の厚さが、積層体全体の厚さに対して75%より大きくなると、特に長手方向の機械的物性は向上するが、長手方向及び幅方向の機械的物性のバランスが崩れてしまうという問題が生じる。 In the polybenzazole film of the present invention, it is important that the thickness of the core layer formed from the optically anisotropic polybenzazole-based solution is 25 to 75% of the total film thickness (the thickness of the entire laminate). . When the thickness of the core layer is less than 25% with respect to the total thickness of the laminate, the mechanical properties in the longitudinal direction and the width direction are excellent, but the mechanical strength is reduced. On the other hand, when the thickness of the core layer is greater than 75% of the total thickness of the laminate, the mechanical properties in the longitudinal direction are improved, but the balance between the mechanical properties in the longitudinal direction and the width direction is lost. Problem arises.
本発明においては、前記した光学的に異方性を示す溶液を得る為には、ポリマー濃度を8.0〜16.0質量%にするのが望ましい。8%質量%を下回ると光学的異方性が発現しにくく、16質量%をこえると溶液の粘度が上昇し成形加工が困難となる。光学的に等方性の溶液を得るためには、ポリベンザゾール系ポリマーの濃度を0.5〜5質量%にするのが好ましい。より好ましくは3質量%以下である。一方、0.5質量%未満の濃度では、ポリマー溶液の粘度が小さくなり、適用できる製膜方法が限られるほか、得られるポリベンザゾール系フィルムの引張弾性率や引張破断強度及び引張破断伸度等の機械的物性が小さくなるため好ましくない。経済的にも不利になるので、0.5質量%以上が好ましい。溶液濃度が5質量%を超えると溶液の光学的な異方性が発現し易くなり、かつ溶液粘度が増大し成形性が困難となる。 In the present invention, in order to obtain the above optically anisotropic solution, the polymer concentration is desirably 8.0 to 16.0% by mass. When the content is less than 8% by mass, optical anisotropy is hardly exhibited, and when the content exceeds 16% by mass, the viscosity of the solution increases and molding processing becomes difficult. In order to obtain an optically isotropic solution, the concentration of the polybenzazole-based polymer is preferably 0.5 to 5% by mass. More preferably, it is 3 mass% or less. On the other hand, when the concentration is less than 0.5% by mass, the viscosity of the polymer solution becomes small, and the applicable film forming methods are limited. In addition, the resulting polybenzazole-based film has a tensile elastic modulus, tensile breaking strength, and tensile breaking elongation. It is not preferable because mechanical properties such as the above become small. Since it becomes economically disadvantageous, 0.5 mass% or more is preferable. If the solution concentration exceeds 5% by mass, the optical anisotropy of the solution tends to be developed, and the solution viscosity increases and the moldability becomes difficult.
ポリベンザゾール系ポリマー溶液の濃度を上記で示したような範囲に調整するには次に示すような方法をとる事ができる。すなわち、重合されたポリベンザゾール系ポリマー溶液から一旦ポリマー固体を分離し、再度溶媒を加えて溶解することで濃度調整を行う方法。さらには、ポリ燐酸中で縮合重合されたままのポリマー溶液からポリマー固体を分離することなく、そのポリマー溶液に溶媒を加えて希釈し、濃度調整を行う方法。さらにはポリマーの重合組成を調整することで上記濃度範囲のポリマー溶液を直接得る方法などである。 In order to adjust the concentration of the polybenzazole polymer solution to the range shown above, the following method can be used. That is, a method in which a polymer solid is once separated from a polymerized polybenzazole-based polymer solution, and the concentration is adjusted by adding a solvent again and dissolving. Furthermore, the method of adjusting the concentration by adding a solvent to the polymer solution and diluting the polymer solution without separating the polymer solid from the polymer solution that has been subjected to condensation polymerization in polyphosphoric acid. Furthermore, there is a method of directly obtaining a polymer solution in the above concentration range by adjusting the polymerization composition of the polymer.
ポリマー溶液の濃度調整に用いるのに好ましい溶媒としては、メタンスルホン酸、ジメチル硫酸、ポリ燐酸、硫酸、トリフルオロ酢酸などがあげられ、あるいはこれらの溶媒を組み合わせた混合溶媒を用いることもできる。中でも特にメタンスルホン酸、ポリリン酸が好ましい。 Preferable solvents used for adjusting the concentration of the polymer solution include methanesulfonic acid, dimethylsulfuric acid, polyphosphoric acid, sulfuric acid, trifluoroacetic acid and the like, or a mixed solvent combining these solvents can also be used. Of these, methanesulfonic acid and polyphosphoric acid are particularly preferable.
本発明のポリベンザゾール系フィルムを得る為に用いられる、前記ポリベンザゾール系ポリマー溶液中のポリマーの重合度は極限粘度で表される。この極限粘度は15dl/g以上35dl/g以下が好ましく、20dl/g以上30dl/g以下であることがより好ましい。この範囲未満では、得られるポリベンザゾール系フィルムの力学物性が低下し、またこの範囲を越えると、溶液の粘度が高く加工困難となる。 The degree of polymerization of the polymer in the polybenzazole-based polymer solution used for obtaining the polybenzazole-based film of the present invention is represented by an intrinsic viscosity. The intrinsic viscosity is preferably 15 dl / g or more and 35 dl / g or less, and more preferably 20 dl / g or more and 30 dl / g or less. If it is less than this range, the mechanical properties of the resulting polybenzazole-based film will decrease, and if it exceeds this range, the viscosity of the solution will be high and processing will be difficult.
上記の凝固液としては前記した溶液を形成する溶媒と相溶し、かつポリマーの貧溶媒であるものであれば限定されず任意であるが、例えば、水、金属塩水溶液、多価アルコール、非プロトン性極性溶媒、プロトン性極性溶媒等が挙げられる。 The coagulating liquid is not limited as long as it is compatible with the solvent forming the above solution and is a poor solvent for the polymer. For example, water, aqueous metal salt solution, polyhydric alcohol, Examples include protic polar solvents and protic polar solvents.
凝固されたフィルムはポリマー溶液の溶媒である酸等を含むため、酸の洗浄、除去をおこなう必要がある。洗浄液は通常、水が用いられるが、必要に応じて温水で行ったり、アルカリ水溶液で中和洗浄した後、水等で洗浄してもよい。洗浄は、例えば洗浄液中でフィルムを走行させたり、洗浄液を噴霧する等の方法がある。 Since the coagulated film contains an acid that is a solvent of the polymer solution, it is necessary to wash and remove the acid. Water is usually used as the cleaning liquid, but it may be washed with warm water as necessary, or may be washed with water after neutralizing and washing with an aqueous alkali solution. Cleaning includes, for example, a method of running the film in the cleaning liquid or spraying the cleaning liquid.
本発明における乾燥工程とは、緊張下、定張下フィルムの収縮を制限して行うことが望ましい。自由収縮で乾燥させた場合には、部分収縮がおこるため厚さ斑となったり、さらにはフィルムの平面性が損なわれる場合がある。収縮を制限しつつ乾燥するには、例えばテンター乾燥機や金属枠に挟んでの乾燥などをおこなうことができる。乾燥に懸かる他の条件は特に制限されるものではなく、空気、窒素などの加熱気体や常温気体を用いた乾燥方法や、ヒーターや赤外線ランプを用いた乾燥方法等が挙げられる。 In the present invention, the drying step is desirably performed under tension and by restricting shrinkage of the film under constant tension. When the film is dried by free shrinkage, partial shrinkage occurs, resulting in uneven thickness, and further, the flatness of the film may be impaired. In order to dry the film while restricting the shrinkage, for example, a tenter dryer or a metal frame can be used for drying. Other conditions related to drying are not particularly limited, and examples include a drying method using a heated gas such as air or nitrogen or a room temperature gas, a drying method using a heater or an infrared lamp, and the like.
フィルム状に成形する工程、凝固工程、洗浄工程および乾燥工程等は連続的に行ってもよく、また、バッチ式で行ってもよい。さらに各工程の間に、その他の特別な工程を加えてもよい。 The film forming step, the coagulation step, the washing step, the drying step, and the like may be performed continuously or in a batch manner. Furthermore, you may add another special process between each process.
本発明で用いられるポリベンザゾール系フィルムは、磁気記録層や金属蒸着層などとの接着力を上げるために、アンカー剤を塗布したり、ケミカルエッチング処理、コロナ処理、プラズマ処理などを行ってもよい。 The polybenzazole-based film used in the present invention may be applied with an anchor agent or subjected to chemical etching treatment, corona treatment, plasma treatment, etc. in order to increase the adhesive strength with a magnetic recording layer or a metal vapor deposition layer. Good.
本発明のフィルムには公知の添加剤、たとえば、紫外線吸収剤、熱安定剤、延伸助剤、滑剤などが添加されていてもよい。
本発明における、コア層とスキン層とは同一のポリベンザゾール系ポリマーを使用してもよく、異なるポリベンザゾール系ポリマーを使用してもよい。ポリベンザゾール系ポリマーにおける、ポリオキサゾール系ポリマー、ポリチアゾール系ポリマー、ポリイミダゾール系ポリマーの中から選んだ一種のポリベンザゾール系ポリマーの異方性溶液からコア層を、ポリベンザゾール系ポリマーにおける、ポリオキサゾール系ポリマー、ポリチアゾール系ポリマー、ポリイミダゾール系ポリマーの中から選んだ一種のポリベンザゾール系ポリマーの等方性溶液からスキン層を積層し、本発明のポリベンザゾール系フィルムとすることが出来る。
The film of the present invention may contain known additives such as ultraviolet absorbers, heat stabilizers, stretching aids, lubricants and the like.
In the present invention, the same polybenzazole polymer may be used for the core layer and the skin layer, or different polybenzazole polymers may be used. In the polybenzazole-based polymer, the core layer is formed from an anisotropic solution of one kind of polybenzazole-based polymer selected from polyoxazole-based polymer, polythiazole-based polymer, and polyimidazole-based polymer. A skin layer is laminated from an isotropic solution of a kind of polybenzazole polymer selected from polyoxazole polymer, polythiazole polymer, and polyimidazole polymer to form the polybenzazole film of the present invention. I can do it.
以下、本発明の内容および効果を実施例によって説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例における測定・評価方法は以下の通りである。
1.極限粘度
メタンスルホン酸を溶媒として、0.5g/lの濃度に調整したポリマー溶液の粘度をオストワルド粘度計を用いて30℃恒温槽中で測定し、算出した。
Hereinafter, the contents and effects of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. In addition, the measurement / evaluation method in an Example is as follows.
1. Intrinsic viscosity The viscosity of a polymer solution adjusted to a concentration of 0.5 g / l using methanesulfonic acid as a solvent was measured in an oven at 30 ° C. using an Ostwald viscometer and calculated.
2.ポリマー溶液の光学的等方性評価
溶液をスライドガラス上にのせ、カバーガラスで挟み薄く伸ばしたものを、偏光顕微鏡を用いた直交ニコル下の観察することにより行った。サンプルステージを回転させても暗視野であり、ドメイン構造が観察されない場合を、光学的に等方性な溶液であると判断した。サンプルステージを回転させることによって暗視野から明視野に変化するドメイン構造が観察される場合、光学的に異方性な溶液であると判断した。
2. Evaluation of optical isotropy of polymer solution The solution was placed on a slide glass, sandwiched between cover glasses and stretched thinly, and observed under crossed Nicols using a polarizing microscope. Even when the sample stage was rotated, it was a dark field, and when the domain structure was not observed, it was judged as an optically isotropic solution. When a domain structure changing from a dark field to a bright field was observed by rotating the sample stage, the solution was judged to be an optically anisotropic solution.
3.引張弾性率、引張破断強度及び引張破断伸度
乾燥後のフィルムを長手方向(MD方向)および幅方向(TD方向)にそれぞれ長さ100mm、幅10mmの短冊状に切り出して試験片とし、引張試験機(島津製作所(株)製オートグラフ(R)、機種名AG−5000A)を用い、引張速度50mm/分、チャック間距離40mmで測定し、引張弾性率、引張破断強度及び引張破断伸度を求めた。
3. Tensile modulus, tensile strength at break, and tensile elongation at break The dried film was cut into strips of length 100 mm and width 10 mm in the longitudinal direction (MD direction) and width direction (TD direction), respectively, and used as a test piece. Using a machine (Shimadzu Corporation Autograph (R), model name AG-5000A), measured at a tensile speed of 50 mm / min and a distance between chucks of 40 mm, the tensile modulus, tensile breaking strength and tensile breaking elongation were measured. Asked.
4.フィルムの3次元表面粗さ
フィルム表面を触針式3次元表面粗さ計(SE−3AK、株式会社小坂研究所製)を用いて、針の半径2μm、荷重30mgfの条件下に、フィルムの機械方向にカットオフ値0.25mm測定長1mmにわたって測定し、2μmピッチで500点に分割し、各点の高さを3次元粗さ解析装置(SPA−11)に取り込ませた。これと同様の操作をフィルムの幅方向について2μm間隔で連続的に150回、即ちフィルムの幅方向0.3mmにわたって行い、解析装置にデータを取り込ませた。そして解析装置に3次元平均表面粗さSRaを計算させた。
4). 3D surface roughness of film Using a stylus type 3D surface roughness meter (SE-3AK, manufactured by Kosaka Laboratories), the film surface was measured under the conditions of a needle radius of 2 μm and a load of 30 mgf. A cut-off value of 0.25 mm in the direction was measured over a measurement length of 1 mm, divided into 500 points at a pitch of 2 μm, and the height of each point was taken into a three-dimensional roughness analyzer (SPA-11). The same operation was performed 150 times continuously at intervals of 2 μm in the width direction of the film, that is, over 0.3 mm in the width direction of the film, and the data was taken into the analyzer. Then, the analyzer was made to calculate the three-dimensional average surface roughness SRa.
(ポリベンザゾール溶液の調整)
(1)ポリマー溶液(溶液A)の作製
1バッチ当たり、116質量%のポリリン酸43.86kgに窒素気流下、五酸化二リン14.49kgを加えた後、4,6−ジアミノレゾルシノール二塩酸塩9.10kg、及び、平均粒径2μmにまで微粉化したテレフタル酸7.10kg、80℃で槽型反応器内で、撹拌混合した。さらに150℃で10時間加熱混合した後、200℃に加熱した2軸押し出し機を用いて重合し、公称目開き50μmフィルターを通してポリパラフェニレンベンゾオキサゾール(PBO)の14質量%溶液を得た。ポリマー溶液の色は黄色であり、メタンスルホン酸溶液で測定した極限粘度は27dl/gであった。
(2)ポリマー溶液(溶液B)の製作
溶液(A)にポリリン酸を加えて希釈し、PBO濃度1.0質量%の製膜用ポリマー溶液を調製した。この製膜用ポリマー溶液は光学的に等方性を示した。
(Preparation of polybenzazole solution)
(1) Preparation of polymer solution (solution A) After adding 14.49 kg of diphosphorus pentoxide to 43.86 kg of polyphosphoric acid 116 mass% per batch under a nitrogen stream, 4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride per batch 9.10 kg and 7.10 kg of terephthalic acid pulverized to an average particle size of 2 μm were stirred and mixed at 80 ° C. in a tank reactor. The mixture was further heated and mixed at 150 ° C. for 10 hours and then polymerized using a biaxial extruder heated to 200 ° C. to obtain a 14% by mass solution of polyparaphenylenebenzoxazole (PBO) through a nominal aperture 50 μm filter. The color of the polymer solution was yellow, and the intrinsic viscosity measured with a methanesulfonic acid solution was 27 dl / g.
(2) Production of polymer solution (solution B) Polyphosphoric acid was added to the solution (A) and diluted to prepare a polymer solution for film formation having a PBO concentration of 1.0% by mass. This film-forming polymer solution was optically isotropic.
(実施例1)
マルチマニホールド方式の2種3層積層Tダイ式押出機を用い、コア層に溶液A、スキン層に溶液Bとした積層PBOフィルム前駆体を作成し、0.30m/分の速さで引き取りつつ、20℃の凝固水槽に導入した。凝固水槽中での滞留時間は約2分とし、凝固した積層PBOフィルムは0.31m/分で巻き上げた。さたに凝固させたフィルムを十分に水洗した後にテンターで両端を把持しつつ150℃で30秒間熱固定して厚さ5.0μmのPBOフィルムを得た。この際、完成したフィルムの全体厚さがコア層の厚さが約5.0μm、コア層の厚さが2.5μmになるよう、各種溶液の吐出量とリップギャップを調整した。尚、押出し時の溶液温度は170℃となるように設定した。
Example 1
Using a multi-manifold type two-layer three-layer laminated T-die extruder, create a laminated PBO film precursor with solution A as the core layer and solution B as the skin layer, and pulling it at a rate of 0.30 m / min. And introduced into a 20 ° C. coagulation water bath. The residence time in the coagulation water tank was about 2 minutes, and the solidified laminated PBO film was wound up at 0.31 m / min. The coagulated film was sufficiently washed with water, and then heat fixed at 150 ° C. for 30 seconds while holding both ends with a tenter to obtain a PBO film having a thickness of 5.0 μm. At this time, the discharge amounts of various solutions and the lip gap were adjusted so that the total thickness of the completed film was about 5.0 μm for the core layer and 2.5 μm for the core layer. The solution temperature at the time of extrusion was set to 170 ° C.
(実施例2)
コア層の厚さを1.3μmとした以外は実施例1と同様の方法で厚さ4.9μmのPBOフィルムを得た。
(Example 2)
A PBO film having a thickness of 4.9 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the core layer was 1.3 μm.
(比較例1)
溶液(A)のみを用いた以外は実施例1と同様の方法で厚さ5.0μmのPBOフィルムを得た。この際、Tダイから押出されたPBOフィルム前駆体の表面は著しい表面荒れが観察された。
このため、三次元表面粗さは測定していない。
(Comparative Example 1)
A PBO film having a thickness of 5.0 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the solution (A) was used. At this time, remarkable surface roughness was observed on the surface of the PBO film precursor extruded from the T-die.
For this reason, the three-dimensional surface roughness is not measured.
(比較例2)
コア層の厚さを4.5μmとした以外は実施例1と同様の方法で厚さ5.1μmのPBOフィルムを作成した。尚、比較例1と比較しフィルムの表面荒れは改善されたが、三次元表面粗さを評価するレベルにはないと判断しSRaは測定していない。
(Comparative Example 2)
A 5.1 μm thick PBO film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the core layer was 4.5 μm. In addition, although the surface roughness of the film was improved as compared with Comparative Example 1, it was determined that the three-dimensional surface roughness was not at a level for evaluation, and SRa was not measured.
(比較例3)
コア層の厚さを1.0μmとした以外は実施例1と同様の方法で厚さ5.1μmの積層PBOフィルムを作成した。
上述の各実施例と各比較例で得たフィルムを評価した結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
A laminated PBO film having a thickness of 5.1 μm was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the core layer was 1.0 μm.
Table 1 shows the results of evaluating the films obtained in each of the above Examples and Comparative Examples.
本発明のポリベンザゾール系フィルムは、前記特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用することにより、滑り性が良好なのでフィルムの取り扱い性や磁気テープにした時などの走行性が良好で、磁気記録用の薄膜基材フィルムや電子材料用途として有用である。また、極めて高い引張弾性率を持ち薄膜で用いることができるので、特に高容量の磁気記録用媒体の基材フィルムとして有用である。 The polybenzazole-based film of the present invention adopts the configuration as described in the claims, so that the slipperiness is good, so that the film is easy to handle and has a running property such as a magnetic tape, It is useful as a thin film base film for magnetic recording or as an electronic material. Further, since it has a very high tensile modulus and can be used as a thin film, it is particularly useful as a base film for a high-capacity magnetic recording medium.
Claims (6)
(1)長手方向および幅方向の引張弾性率≧10.0GPa、
(2)長手方向および幅方向の引張破断強度≧350MPa、
(3)長手方向および幅方向の引張破断伸度≧10%、
(4)0.85≦(幅方向の引張弾性率)/(長手方向の引張弾性率)≦1.20、
(5)0.85≦(幅方向の引張破断強度)/(長手方向の引張破断強度)≦1.20、
(6)0.85≦(幅方向の引張破断伸度)/(長手方向の引張破断伸度)≦1.20。 The polybenzazole film according to claim 1, which satisfies the following formulas (1) to (6).
(1) Tensile elastic modulus in the longitudinal direction and the width direction ≧ 10.0 GPa,
(2) Tensile breaking strength in the longitudinal direction and the width direction ≧ 350 MPa,
(3) Tensile breaking elongation in the longitudinal direction and the width direction ≧ 10%,
(4) 0.85 ≦ (tensile modulus in the width direction) / (tensile modulus in the longitudinal direction) ≦ 1.20,
(5) 0.85 ≦ (tensile breaking strength in the width direction) / (tensile breaking strength in the longitudinal direction) ≦ 1.20,
(6) 0.85 ≦ (tensile elongation at break in the width direction) / (tensile elongation at break in the longitudinal direction) ≦ 1.20.
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