CN107107456B - 聚酯膜、层叠体和聚酯膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚酯膜,其特征在于,对于将膜面的任意的方向设为0°且相对于该方向以顺时针旋转45°、90°、135°的4个方向的各自的5%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为50MPa以下,对于上述4个方向的各自的15%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为70MPa以下,上述4个方向中的弹性模量在任一方向均为2.0~3.5GPa的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及伸长时应力和弹性模量为特定的范围的新型的聚酯膜和其制造方法。进而,本发明涉及包含所述聚酯膜的层叠体。
背景技术
聚酯膜由于耐热性、耐化学药品性、绝缘性等优异,因此,在包装用膜、磁带用膜、光学用膜、电子部件用膜等广泛的领域中被利用。
近年来,层压型锂离子电池外装材料、挤压包装等可以通过将由树脂膜、金属箔构成的层叠体进行冷成型而得到。
一般而言,用于进行上述冷成型的层叠体采用尼龙膜(Ny)/Al箔/未拉伸聚丙烯膜(CPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)/Ny/Al箔/CPP等构成,为了赋予延展性而使其能够冷成型,在包含Al箔的层叠体层叠有尼龙膜。
然而,层叠体由于聚酰胺膜的层叠,直接关系到成本上升,此外,由于聚酰胺膜与聚酯膜相比耐热性差,因此存在在高温高湿度下由于热劣化而物性下降的问题,另外,由于为吸湿性,因此,存在由于吸湿而尺寸发生变化的问题,得到的包装袋存在有可能卷曲等问题。
另一方面,聚酯膜与尼龙膜相比硬且脆,另外,通常以拉幅机式逐次拉伸法进行制造,因此,各向异性大,难以对层叠于该聚酯膜的金属箔赋予延展性。然而,提出了能够构成冷成型性优异的层叠体的聚酯膜,例如,在专利文献1、2中公开了将膜的长边方向和宽度方向的伸长时应力规定在特定范围的锂电池包装用的聚酯膜。而且,近年来,作为层压型锂离子电池外装材料、挤压包装等中使用的层叠体,采用不使用尼龙膜而仅在外层使用聚酯膜的PET/Al/CPP这样的构成的层叠体。
在包含树脂膜和金属箔的层叠体中,在进行冷成型时,重要的是利用树脂膜对金属箔赋予延展性,为此,需要树脂膜在全部方向均匀地伸长。若树脂膜在其MD、45°、TD、135°这4个方向的物性存在偏差,则在冷成型时难以向全部方向均匀地伸展。即,由于在树脂膜存在容易伸长的方向和难以伸长的方向,因此在冷成型时金属箔断裂或在树脂膜产生分层或针孔。若发生这样的问题,则成型体有可能无法发挥作为包装体等的功能,导致被包装体(内容物)的损伤等。因此,需要尽可能减少树脂膜在各方向的物性的偏差。
作为对冷成型时的成型性产生影响的主要原因,可举出树脂膜的柔软性。若树脂膜的柔软性低,则有可能在冷成型的伸长时施加强负荷,产生针孔、分层。相反,若树脂膜的柔软性过高,则保护作为基材的包含金属箔的层叠体的效果薄弱,得到的层叠体的物性下降。因此,重要的是树脂膜具有不会过高也不会过低的柔软性。
另外,作为对冷成型时的成型性产生影响的其它物性之一,有树脂膜的厚度。若将层叠有厚度存在偏差的聚酯膜的层叠体进行冷成型,则聚酯膜的相对薄的部分破裂而产生针孔或引起分层的可能性变高。因此,冷成型中所使用的聚酯膜在膜整体均匀地控制厚度也是重要的。
近年来,对于锂离子电池的外装材中所使用的树脂膜和其层叠体,随着电池的进一步的高输出化、小型化、降低成本的要求等,要求使树脂膜的厚度更薄。一般而言,树脂膜的厚度越厚越容易确保厚度的均匀性,厚度越薄(特别是厚度25μm以下),厚度的均匀性越差,因此对成型性产生的影响变得更加显著。
如此,作为上述4个方向的物性的偏差较小,柔软性为适当的范围,进而,厚度的均匀性优异,并且即使更薄也具有良好的冷成型性的树脂膜,迫切希望聚酯膜的开发,但现状是仍未未开发这样的膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-362953号公报
专利文献2:国际公开第2015/125806号
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过所述4个方向的物性的偏差得到抑制、具有没有过度或不足的柔软性、厚度的均匀性也优异,因此,对层叠的金属箔赋予良好的延展性、耐热性也优异、适合于冷成型用途的聚酯膜。
本发明人为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现通过将拉伸倍率和拉伸时的温度调整为特定的范围内,能够得到上述4个方向的物性的偏差得到抑制、具有适度的柔软性且厚度的均匀性也优异的聚酯膜,完成了本发明。
即,本发明的主旨如下。
(1)一种聚酯膜,其特征在于,
对于将膜面的任意方向设为0°且相对于该方向以顺时针旋转45°、90°、135°的4个方向的各自的5%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为50MPa以下,
对于上述4个方向的各自的15%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为70MPa以下,
上述4个方向的弹性模量在任一方向均为2.0~3.5GPa的范围内。
(2)如(1)所述的聚酯膜,其特征在于,所述4个方向的干热收缩率均为0~10%的范围内。
(3)如(1)或(2)所述的聚酯膜,其特征在于,所述4个方向的厚度的平均值为30μm以下。
(4)如(1)~(3)中任一项所述的聚酯膜,其特征在于,所述4个方向的厚度的标准偏差为0.4μm以下。
(5)一种层叠体,包含上述(1)~(4)中任一项所述的聚酯膜和金属箔。
(6)一种层叠体,是依次层叠金属箔、粘接剂层、(1)~(4)中任一项所述的聚酯膜而成的。
(7)一种聚酯膜的制造方法,是用于制造上述(1)~(4)中任一项所述的聚酯膜的方法,其特征在于,将未拉伸片以纵向(MD)的拉伸倍率(DRMD)和横向(TD)的拉伸倍率(DRTD)满足下述(a)、(b)的方式逐次或同时地进行双轴拉伸。
0.70≤DRMD/DRTD≤0.90 (a)
12.5≤DRMD×DRTD≤15.5 (b)
(8)如(7)所述的聚酯膜的制造方法,其特征在于,
拉伸为逐次双轴拉伸,
在65~105℃的温度范围进行将未拉伸片在纵向(MD)拉伸而得到第1拉伸膜的第1拉伸,
在90~160℃的温度范围进行将第1拉伸膜在横向(TD)拉伸而得到第2拉伸膜的第2拉伸。
(9)如(7)或(8)所述的聚酯膜的制造方法,其特征在于,在
160~210℃的温度范围对双轴拉伸后的膜进行热处理。
本发明的聚酯膜在4个方向的伸长时的应力平衡优异,并且具有适当的柔软性,因此,在本发明的聚酯膜层叠有金属箔的层叠体的金属箔具有良好的延展性,在以冷成型进行拉深成型(特别是深拉深成型或鼓凸成型)时,不会产生金属箔的断裂、分层、针孔等,可得到可靠性高的高品质的制品(成型体)。
进而,本发明的聚酯膜即使是厚度为25μm以下这样的薄的聚酯膜,所述4个方向的伸长时应力的平衡也优异,并且厚度的均匀性优异,因此,与金属箔层叠而成的层叠体能够通过冷成型得到小型化的制品,在成本方面也有利。
而且,由于以往的聚酯膜的冷成型性差,因此,在制成层叠体时,需要层叠聚酰胺膜等具有延展性的树脂膜,但本发明的聚酯膜即使不层叠聚酰胺膜也具有非常优异的冷成型性,因此,能够得到缩短层压工序、小型化的制品,能够提供经济性优异的层叠体。
另外,根据本发明的制造方法,通过将MD和TD的拉伸倍率、拉伸时的温度调整为特定的范围内,能够高效且生产率良好地制造如上所述的具有优异的特性的聚酯膜。
附图说明
图1是表示用于测定聚酯膜的伸长时应力的试样的采取位置的图。
图2是表示测定聚酯膜的厚度的方法的图。
具体实施方式
以下,对本发明详细地进行说明。
作为构成本发明的聚酯膜的聚酯树脂,可举出由二羧酸成分和二醇成分构成的聚酯树脂、由羟基羧酸成分构成的聚酯树脂。
作为二羧酸成分,可举出对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、间苯二甲酸5-磺酸钠、草酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、壬二酸、十二烷二酸、二聚酸、马来酸酐、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、环己烷二羧酸等。
另外,作为二醇成分,可举出乙二醇、二乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇、三乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、双酚A、双酚S的环氧乙烷加成物等。
作为羟基羧酸成分,可举出ε-己内酯、乳酸、4-羟基苯甲酸等。
构成本发明的聚酯膜的聚酯树脂(以下有时简称为“本发明中的聚酯树脂(R)”)可以是由上述成分构成的均聚物,也可以是共聚物,进而,也可以少量含有偏苯三酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇等3官能化合物成分。
另外,本发明中的聚酯树脂(R)也可以并用2种以上的由上述成分构成的均聚物、共聚物。
其中,对于本发明中的聚酯树脂(R),供给至本发明的聚酯膜的制造方法之前的特性粘度优选为0.65~0.88,其中,优选为0.67~0.84。若聚酯树脂(R)的特性粘度为上述范围内,则通过后述的本发明的制造方法,能够得到本发明的聚酯膜。在聚酯树脂(R)的特性粘度不在上述范围内的情况下,容易变得难以得到满足本发明中规定的4个方向的伸长时的应力平衡、弹性模量的膜。
应予说明,为了将本发明中的聚酯树脂(R)的特性粘度调整为上述范围内,只要调整聚合时的温度、时间即可,除熔融聚合以外,也可以进行固相聚合。
本发明中的聚酯树脂(R)的特性粘度如下进行测定,即,将聚酯树脂0.25g溶解于苯酚/四氯乙烷=5/5(质量比)50ml中,使用乌氏粘度管在25℃下进行测定。
进而,具体而言,本发明中的聚酯树脂(R)优选含有聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)。其中,本发明中的聚酯树脂(R)中,聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)的比例优选为90质量%以上,其中,优选为95质量%以上。
本发明中,聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)将对苯二甲酸和1,4-丁二醇作为主要聚合成分,也可以在其中共聚其它成分。作为共聚成分,可以使用上述例示的二羧酸成分、二醇成分。
本发明中,在使用共聚物作为聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)时,共聚的成分的种类只要适当选择即可,共聚成分的比例优选二羧酸成分、二醇成分均为20摩尔%以下,更优选为10摩尔%以下。若聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)的共聚成分的比例大于20摩尔%,则有时熔点低于后述的范围,作为结果,有时结晶性变低而聚酯膜的耐热性下降。
本发明的聚酯膜中,聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)的熔点优选为200~223℃,更优选为210~223℃。若熔点小于200℃,则聚酯膜的耐热性下降。
本发明中的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)将对苯二甲酸和乙二醇作为主要聚合成分,也可以在其中共聚其它成分。作为共聚成分,可使用上述例示的二羧酸成分、二醇成分。
另外,共聚成分的比例优选酸成分、醇成分均为20摩尔%以下,更优选为10摩尔%以下。
聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)的熔点优选为225~260℃,更优选为240~260℃。若熔点小于225℃,则聚酯膜的耐热性下降。
本发明中的聚酯树脂优选聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)与聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂(B)的质量比(A/B)为5/95~40/60,更优选为5/95~30/70,进一步优选为5/95~25/75。
聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)与聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)相比,单位骨架中所含的脂肪族链的碳原子数多2个,因此,分子链的移动性高,柔软性高。通过将聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)与聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)混合,得到的聚酯膜的柔软性增加。简言之,聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)的质量比在上述范围内越高,聚酯膜的柔软性越提高。另一方面,若聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)的质量比低于上述范围,则得到的聚酯膜缺乏柔软性,弹性模量变高。另外,若聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)的质量比高于上述范围,则得到的聚酯膜强烈地显现聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)的特性,变得过于柔软,弹性模量变低,此外,有时耐热性下降。
本发明中的聚酯树脂(R)除上述含有聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)的聚酯树脂以外,还优选含有2种聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B),即,含有包含共聚成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(Bc)和实质上不含共聚成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(Bh)的聚酯树脂。其中,本发明中的聚酯树脂(R)中,聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(Bc)与(Bh)的比例优选为90质量%以上,其中,优选为95质量%以上。
作为含有共聚成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(Bc),优选共聚有间苯二甲酸的聚对苯二甲酸乙二醇酯,含有共聚成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(Bc)的熔点优选为200~225℃,更优选为210~225℃。若熔点小于200℃,则聚酯膜的耐热性下降。
本发明中的聚酯树脂(R)含有聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(Bc)和(Bh)时,(Bc)与(Bh)的质量比(Bc/Bh)优选为5/95~40/60,更优选为5/95~30/70,进一步优选为5/95~25/75。
将上述的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)等聚酯树脂聚合的方法没有特别限定,例如可举出酯交换法、直接聚合法等。作为酯交换催化剂,可举出Mg、Mn、Zn、Ca、Li、Ti的氧化物、乙酸盐等。此外,作为缩聚催化剂,可举出Sb、Ti、Ge的氧化物、乙酸盐等。
聚合后的聚酯含有单体或低聚物、副生成物的乙醛或四氢呋喃等,因此,也可以在减压或非活性气体流通下以200℃以上的温度进行固相聚合。
聚酯树脂的聚合中,可以根据需要添加添加剂,例如,抗氧化剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、防静电剂等。作为抗氧化剂,例如可举出受阻酚系化合物、受阻胺系化合物等,作为热稳定剂,例如可举出磷系化合物等,作为紫外线吸收剂,例如可举出二苯甲酮系化合物、苯并三唑系化合物等。另外,聚酯树脂如含有聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)那样含有2种以上的树脂时,作为抑制它们发生反应的反应抑制剂,优选添加磷系化合物。
接着,对本发明的聚酯膜的特性值进行说明。作为表示二次加工时的伸长时的应力平衡非常优异的指标,本发明的聚酯膜需要同时满足下述(1)和(2)。即,本发明的聚酯膜需要(1)对于将膜面的任意的方向设为0°且相对于该方向以顺时针旋转45°、90°、135°的4个方向的各自的5%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为50MPa以下;(2)对于上述4个方向的各自的15%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为70MPa以下。
若4个方向的5%伸长时的应力(F5)的最大值与最小值的差(ΔF5)和4个方向的15%伸长时的应力(F15)的最大值与最小值的差(ΔF15)大于上述范围,则聚酯膜在全部方向的应力平衡差,难以得到均匀的成型性。成型性不均匀的聚酯膜例如在对层叠有金属箔的层叠体进行冷成型时,无法对金属箔赋予充分的延展性(即,聚酯膜难以追随金属箔),因此产生金属箔的断裂,或者容易产生分层、针孔等不良情况。
上述ΔF5需要为50MPa以下,优选为35MPa以下,更优选为25MPa以下,进一步优选为15MPa以下。上述ΔF15需要为70MPa以下,优选为60MPa以下,更优选为50MPa以下,进一步优选为35MPa以下。
一般而言,以拉幅机式逐次拉伸法制造膜时,膜以卷取成圆筒的膜卷的形态得到,得到的膜卷的卷绕宽度通常为2~8m左右。然后,对得到的膜卷实施切槽加工,作为1~3m左右的卷绕宽度的制品出货。在拉幅机式逐次拉伸法中,将膜的两端部用夹子夹住而实施拉伸,因此,在膜卷的卷绕宽度的中央部附近和端部容易产生伸长时应力的差。
然而,根据本发明的制造方法,在得到的膜卷的端部和中央部附近难以产生所卷取的膜的伸长时应力的差,即使是卷取于膜卷的端部的聚酯膜,ΔF5和ΔF15的值也在上述范围内。
而且,根据本发明的制造方法,在得到的聚酯膜中,膜卷的中央部附近的聚酯膜能够使ΔF5为15MPa以下,能够使ΔF15为35MPa以下。
另外,聚酯膜的4个方向的5%伸长时的应力(F5)从制成层叠体时的冷成型性的方面考虑,均优选为80~130MPa,更优选为85~125MPa,进一步优选为90~120MPa。另外,15%伸长时的应力(F15)也从制成层叠体时的冷成型性的方面考虑,均优选为80~160MPa,更优选为90~155MPa,进一步优选为95~150MPa。
本发明的聚酯膜在5%和15%伸长时的上述4个方向的应力不满足上述范围时,无法得到充分的冷成型性。
本发明膜的上述4个方向的应力如下进行测定。首先,将聚酯膜以23℃×50%RH调湿2小时后,如图1所示,以膜上的任意的点A为中心点,任意地确定膜的基准方向(0°方向),将从该基准方向(a)以顺时针旋转45°方向(b)、90°方向(c)和135°方向(d)的4个方向作为测定方向,裁剪成从中心点A起在各测定方向为100mm且相对于测定方向在垂直方向为15mm的长条状,将得到的膜作为试样。例如,如图1所示,在0°方向时,在距中心点A30mm~130mm的范围如试样X(纵100mm×横15mm)那样切取。对于其它方向,也同样地切取试样。对于这些试样,使用安装有1kN测定用的测力传感器和样品卡盘的拉伸试验机(岛津制作所公司制的AG-1S),以拉伸速度500mm/min分别测定5%伸长时的应力(F5)和15%伸长时的应力(F15)。对各方向分别以试样数5实施测定,算出平均值,作为各方向的应力值。然后,分别求出4个方向的应力值的最大值与最小值的差。
应予说明,对于上述的基准方向(0°),在判定了膜制造时的拉伸工序中的MD时,优选以MD为基准方向。
接着,作为表示具有适于冷成型性的柔软性的指标,本发明的聚酯膜需要上述4个方向的弹性模量在任一方向均为2.0~3.5GPa的范围内,其中,优选为2.2~3.4GPa的范围内,更优选为2.4~3.3GPa的范围内。
对于本发明的聚酯膜,上述4个方向的伸长时的应力平衡同时满足(1)和(2)且上述4个方向的弹性模量为上述范围内时,能够发挥本发明的效果。简言之,在本发明的聚酯膜层叠有金属箔的层叠体的金属箔具有良好的延展性,在以冷成型进行拉深成型(特别是深拉深成型或鼓凸成型)时,不会产生金属箔的断裂、分层、针孔等,能够得到可靠性高的高品质的制品(成型体)。若聚酯膜的上述4个方向的弹性模量均小于2.0GPa,则柔软性变得过大。另一方面,若聚酯膜的上述4个方向的弹性模量均大于3.5GPa,则柔软性下降。而且,聚酯膜的上述4个方向的弹性模量均为本发明的范围外时,即使上述的4个方向的伸长时的应力平衡同时满足(1)和(2),也无法对金属箔赋予良好的延展性,冷成型性下降。
另外,本发明的聚酯膜的上述4个方向的弹性模量在测定上述4个方向的应力时,使用拉伸试验机(岛津制作所公司制的AG-1S)进行测定。
进而,作为表示具有适于冷成型性的柔软性的指标,本发明的聚酯膜优选上述4个方向的干热收缩率均为0~10%的范围内,更优选为2~9.5%的范围内,进一步更优选为2.5~9.0%的范围内。聚酯膜通过上述4个方向的干热收缩率均为上述范围内,结晶化成为最佳的范围,具有适于冷成型性的柔软性。
若聚酯膜的上述4个方向的干热收缩率均大于10%,则有时结晶化无法充分地进行,柔软性变得过大。另一方面,若聚酯膜的上述4个方向的干热收缩率小于0%,则有时结晶化过度进行,柔软性下降。而且,在任何情况下,冷成型性均下降。
本发明的聚酯膜的上述4个方向的干热收缩率如下进行测定。
按照上述的伸长时应力的测定中使用的试样的采取方法,以从中心点A起在各自的测定方向为100mm、相对于测定方向在垂直方向为10mm的方式将聚酯膜裁切成长条状,采取试样。
将试样以23℃×50%RH调湿(调湿1)2小时后,在160℃的干燥空气中暴露15分钟,然后,进一步在23℃×50%RH中调湿(调湿2)2小时。对调湿1后的试样长度和调湿2后的试样长度进行测定,以下式求出干热收缩率。另外,以试样数5实施测定,将平均值作为干热收缩率。
干热收缩率(%)={(调湿1后的试样长度-调湿2后的试样长度)/调湿1后的试样长度}×100
对于本发明的聚酯膜,作为表示厚度精度(厚度的均匀性)非常高的指标,优选在膜上设定基准点,并且从基准点沿着上述4个方向分别设定多个测定点,在各测定点测定厚度时的测定值的标准偏差为0.4μm以下,更优选为0.3μm以下,进一步优选为0.28μm以下。
若聚酯膜的表示厚度精度(厚度的均匀性)的标准偏差为0.4μm以下,则厚度的偏差非常小,例如即使厚度为15μm以下,与金属箔贴合的层叠体在进行深拉深冷成型时也不会产生分层、针孔等不良情况,能够得到良好的成型性。
标准偏差大于0.4μm的厚度精度低的聚酯膜特别是厚度小时,有时在与金属箔贴合时无法对金属箔赋予充分的延展性,分层或针孔的产生变得显著,无法得到良好的成型性。
上述厚度精度的评价方法如下进行。将聚酯膜以23℃×50%RH调湿2小时后,如图2所示,以膜上的任意的位置为中心点A,任意确定膜的基准方向(0°方向),向从该基准方向(a)以顺时针旋转45°方向(b)、90°方向(c)、135°方向(d)的4个方向分别引合计4条的100mm的直线L1~L4。利用长度计(HEIDENHAIN公司制的HEIDENHAIN-METRO MT1287)从各自的直线上的中心点以10mm间隔测定10点的厚度。然后,算出在4条直线中进行测定而得到的40点的厚度的平均值,将其作为厚度。另外,使用40点的厚度的测定值算出标准偏差。应予说明,上述基准方向优选在判明了膜制造时的拉伸工序中的MD时以MD为基准方向。
本发明中,平均厚度和标准偏差只要以聚酯膜的任意一处的点(点A)为基准即可,根据本发明的制造方法,即使是在得到的膜卷的端部和中央部附近卷取的聚酯膜,也可以形成上述范围内的平均厚度和标准偏差的聚酯膜。
本发明的聚酯膜的厚度的平均值优选为30μm以下,更优选为26μm以下,进一步优选为16μm以下。本发明的聚酯膜适合形成与金属箔贴合的层叠体,适用于冷成型用途,但通过在满足特定条件的拉伸条件下进行如后所述的使用拉幅机的双轴拉伸,即使是厚度小的膜,也能够得到上述4个方向的伸长时的应力平衡优异且上述4个方向的厚度精度(厚度的均匀性等)非常高的膜。
若聚酯膜的厚度的平均值大于30μm,则有时成型性下降,难以用于小型的电池外装材料,另外,有可能在成本方面也不利。
聚酯膜越薄,越难以对金属箔赋予充分的延展性。简言之,厚度越薄,得到的膜的厚度精度越容易变低,伸长时的应力越容易产生偏差,因此,由于冷成型时的压入力,聚酯膜或金属箔的断裂变得显著。与此相对,本发明的聚酯膜通过采用后述的特定的制造方法,特别是即使厚度为26μm以下,也成功地提供上述4个方向的伸长时的应力平衡也优异且厚度的均匀性高的聚酯膜。本发明的聚酯膜的厚度的平均值的下限没有特别限定,通常只要为2μm左右即可。厚度的平均值小于2μm时,对与金属箔贴合时的金属箔赋予的延展性容易变得不充分。
对于本发明的聚酯膜,在后述的本发明的制造方法中,为了改善所得的聚酯膜的卷取性,可以在膜中添加粒子。作为在聚酯膜中配合的粒子,只要是能够赋予易滑性的粒子就没有特别限定,例如可举出二氧化硅、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、硫酸钙、磷酸钙、磷酸镁、高岭土、氧化铝、氧化钛等无机粒子。另外,也可以使用热固性尿素树脂、热固性酚醛树脂、热固性环氧树脂、苯并胍胺树脂等耐热性有机粒子。进而,在聚酯树脂的制造工序中,也可以使用使催化剂等金属化合物的一部分沉淀、微分散的析出粒子。
使用的粒子的形状没有特别限定,可以使用球状、块状、棒状、扁平状等中的任一者。此外,对其硬度、比重、颜色等也没有特别限制。这些粒子可以根据需要并用2种以上。
可以在本发明的聚酯膜的至少单面根据目的层叠一层以上的涂布层。例如可举出能够赋予耐电解液性、耐酸性、耐醇性、耐擦性、防静电性、印刷适性、粘接性的涂布层。
另外,作为用于提高基材与铝箔的粘接性的易粘接处理,可以对聚酯膜进行表面处理而表现出易粘接效果。
其中,本发明的聚酯膜优选在至少单面具有底漆层作为用于提高粘接性的涂布层。通过具有底漆层,层叠有本发明的聚酯膜和金属箔的层叠体的聚酯膜与金属箔的粘接性提高,在冷成型的情况下,能够更有效地对金属箔赋予延展性,因此,除金属箔难以断裂以外,对分层的抑制也发挥效果。
作为底漆层的主成分,可举出水溶性或水分散性的聚氨酯化合物、丙烯酸化合物、聚酯化合物,优选为阴离子型水分散性聚氨酯树脂。作为底漆层的固化剂,可举出三聚氰胺化合物、异氰酸酯化合物、唑啉化合物。
底漆层的厚度优选为0.01~0.5μm。若底漆层的厚度比0.01μm薄,则粘接性下降。若底漆层的厚度比0.5μm厚,则对易粘接性提高等未发现显著的变化,反而在膜卷物产生刷擦(Brushing)或粘连,产生底漆层的透印、膜卷出时的底漆层的损坏、以及产生膜切断等弊病,在成本方面也不利。
作为为了形成底漆层而涂布上述化合物的水溶液、水分散液的方法,可以选择已知的任意的方法,例如可以应用棒涂法、气刀涂布法、逆转辊涂布法、凹版辊涂布法。
在底漆层中,可以根据需要在不对粘接性产生影响的范围添加用于防止粘连的润滑材料、用于提高涂布性的润湿材料。
以下,对本发明的聚酯膜的制造方法进行详述。满足上述特性值的本发明的聚酯膜可以通过本发明的制造方法得到。
以由含有聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)的聚酯树脂(R)构成的聚酯膜的制造方法为例进行说明。本发明的聚酯膜可以通过片成型工序和接下来的拉伸工序而制造。
在片成型工序中,通过将聚酯树脂(R)成型为片状,得到未拉伸片。
聚酯树脂(R)可以依照公知的方法制备。例如,可以通过在具备加热装置的挤出机中投入含有聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(A)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(B)的原料,在270~300℃熔融混炼3~15分钟而得到。将经熔融混炼的树脂组合物利用T型模头挤出,利用温度调整至50℃以下的流延鼓等进行冷却固化,由此能够得到作为片状的成型体的未拉伸片。
未拉伸片的厚度的平均值没有特别限定,一般而言,优选为15~250μm左右,更优选为50~235μm。未拉伸片通过厚度的平均值为上述范围内,能够更有效率地进行拉伸。
在拉伸工序中,通过将上述未拉伸片在纵向(MD)和横向(TD)逐次或同时地进行双轴拉伸而得到拉伸膜。
作为同时双轴拉伸,可举出使用拉幅机把持未拉伸膜的两端,在MD进行拉伸的同时在TD也进行拉伸,由此同时进行MD和TD的双轴拉伸的方法。
另一方面,在逐次双轴拉伸中,优选利用拉幅机在MD和TD的至少一个方向进行拉伸,由此,能够得到更均匀的膜厚度。使用拉幅机的逐次双轴拉伸有如下方法:(1)通过使未拉伸片通过转速不同的多个辊而在MD进行拉伸后,将该经拉伸的膜利用拉幅机在TD进行拉伸的方法;(2)将未拉伸片利用拉幅机在MD进行拉伸后,将该经拉伸的膜利用拉幅机在TD进行拉伸的方法等。从得到的膜的物性、生产率等方面考虑,特别优选上述(1)的方法。使用拉幅机的逐次双轴拉伸由于利用辊在MD进行拉伸,因此,在生产率、设备方面等有利,由于利用拉幅机在TD进行拉伸,因此,在膜厚度的控制等方面有利。
在本发明的制造方法中,在拉伸工序中,需要以MD的拉伸倍率(DRMD)和TD的拉伸倍率(DRTD)同时满足下述(a)和(b)的方式逐次或同时地双轴拉伸未拉伸片,是重要的一点。
0.70≤DRMD/DRTD≤0.90 (a)
12.5≤DRMD×DRTD≤15.5 (b)
若上述(a)和(b)中的任一者均不满足,则得到的聚酯膜的4个方向的应力的平衡差,难以得到本发明的聚酯膜。
简言之,拉伸倍率比(DRMD/DRTD)小于0.70时,相对于MD倍率,TD倍率成为高倍率,因此,聚酯膜的TD的应力-应变曲线中的应力值高,成为低伸长率。另一方面,拉伸倍率比(DRMD/DRTD)大于0.90时,相对于TD倍率,MD倍率成为高倍率,因此,聚酯膜的MD的应力-应变曲线中的应力值高,成为低伸长率。此外,由于对45°方向和135°方向的应力-变形曲线也造成影响,因此,作为结果,难以得到同时满足本发明中规定的伸长时的应力的最大值与最小值的差(ΔF5、ΔF15)的条件的聚酯膜。
另外,面倍率(DRMD×DRTD)小于12.5时,面倍率过低而拉伸变得不充分,因此,聚酯膜无法得到充分的分子取向。另一方面,面倍率(DRMD×DRTD)大于15.5时,面倍率过高,因此,聚酯膜在拉伸时无法均匀地进行全部方向的拉伸,作为结果,难以同时满足本发明中规定的伸长时的应力的最大值与最小值的差(ΔF5、ΔF15)的条件。
拉伸倍率比(DRMD/DRTD)和面倍率(DRMD×DRTD)需要如上满足(a)和(b),其中,优选使DRMD为3.0~3.7,进一步优选为3.1~3.6。
进行逐次双轴拉伸时,优选在65~105℃的温度范围进行将未拉伸片在纵向(MD)拉伸而得到第1拉伸膜的第1拉伸,其中,优选在70~100℃的温度范围进行。接着,优选在90~160℃的温度范围进行将第1拉伸膜在横向(TD)拉伸而得到第2拉伸膜的第2拉伸,其中,优选在100~150℃的温度范围进行。拉伸工序中的温度例如可以在预热用辊、拉幅机的预热区等一边进行预热一边进行设定·控制。
通过使第1拉伸的温度范围、第2拉伸的温度范围为上述范围内,能够可靠地得到本发明的聚酯膜。而且,第1拉伸、第2拉伸均优选在上述的温度范围沿着膜的取回方向依次提高温度。
另外,使用拉幅机的同时双轴拉伸和逐次双轴拉伸均优选在拉伸后进行松弛热处理。松弛热处理中的温度优选为160~210℃,更优选为170~210℃。松弛热处理中的温度可以在拉幅机的松弛热处理区进行设定·控制。另外,松弛热处理中的松弛率优选为2~9%,其中,优选为3~7%。
作为用于使拉伸时、松弛热处理时的温度为上述范围的方法,有对膜表面吹附热风的方法、使用远红外线或近红外线加热器的方法以及将它们组合的方法等,本发明中,优选包含吹附热风的方法。
另外,得到在膜表面的至少单面具有易粘接层的本发明的聚酯膜时,也优选在与上述同样的拉伸方法和拉伸条件下进行。应予说明,为了在膜表面形成易粘接层,上述制造方法中,优选对在MD进行拉伸后的聚酯膜涂布易粘接层形成用水性涂布剂。然后,优选接下来将该膜与水性涂布剂一起在与上述同样的拉伸条件下在TD进行拉伸(模内涂布)。水性涂布剂的涂布量优选以拉伸后的膜表面所形成的易粘接层的厚度为0.01~0.10μm的方式进行调整。
而且,本发明的层叠体包含聚酯膜和金属箔。作为本发明的层叠体的代表例,可举出包含本发明的聚酯膜和层叠于该膜上的金属箔的层叠体。此时,本发明的聚酯膜与金属箔可以以直接接触的方式层叠,也可以在介设有粘接剂层等其它层的状态下层叠。特别是本发明优选为按照本发明膜/金属箔/密封剂膜的顺序层叠的层叠体。在此时,可以在各层间介设有粘接剂层,也可以不介设。
应予说明,本发明的聚酯膜能够对金属箔赋予良好的延展性,因此,无需层叠聚酰胺膜等具有延展性的其它树脂膜。
作为金属箔,可举出包含各种金属元素(铝、铁、铜、镍等)的金属箔(包含合金箔),特别优选使用纯铝箔或铝合金箔。对于铝合金箔,优选含有铁(铝-铁系合金等),对于其它成分,只要在不损害上述层叠体的成型性的范围且在JIS等所规定的公知的含量的范围,就可以含有任一成分。
金属箔的厚度没有特别限定,从成型性等观点出发,优选为15~80μm,特别是更优选为20~60μm。
作为构成本发明的层叠体的密封剂膜,优选采用例如聚乙烯、聚丙烯、烯烃系共聚物、聚氯乙烯等具有热封性的热塑性树脂。密封剂膜的厚度没有限定,通常优选为20~80μm,特别是更优选为30~60μm。
实施例
以下,通过实施例更详细地说明本发明。但是,本发明并不受下述实施例任何限制。聚酯膜和层叠体的特性通过下述的方法进行测定。
另外,将得到的膜卷在宽度方向3等分。将中央的膜卷设为“a”,将从膜的流动方向的上游侧观察在右面的膜卷设为“b”,将从膜的流动方向的上游侧观察在左面的膜卷设为“c”。
(1)聚酯膜的5%伸长时和15%伸长时的4个方向的应力、弹性模量、干热收缩率
聚酯膜的5%伸长时和15%伸长时的4个方向的应力、弹性模量、干热收缩率在将基准方向(0°方向)设为MD的基础上通过上述说明的方法进行测定、算出。
此时,从膜卷“a”和膜卷“b”采取样品进行测定。在膜卷“a”、“b”中,使用在相当于卷量的一半的位置所采取的膜,将宽度方向的中心点设为图1所示的中心点A。
膜卷“b”中的这些值仅在表7所示的实施例和比较例中进行测定。
(2)聚酯膜的平均厚度和标准偏差
聚酯膜的平均厚度和标准偏差通过上述的方法分别测定、算出。
此时,从膜卷“a”、膜卷“b”、膜卷“c”采取样品进行测定。在膜卷“a”、“b”中,使用在相当于卷量的一半的位置所采取的膜,将宽度方向的中心点设为图2所示的中心点A。在膜卷“c”中,使用在卷绕结束附近所采取的膜,将距从膜的流动方向的上游侧观察为左侧的端部20cm的位置设为图2所示的中心点A。
(3)冷成型性
将得到的层叠体以23℃×50%RH调湿1小时以上后,基于JISZ2247使用埃里克森试验机(安田精机制作所公司制的No.5755),在23℃×50%RH下将钢球冲头以规定的压入深度按压在层叠体,求出埃里克森值。应予说明,作为试样的层叠体的尺寸为纵10cm、横10cm,埃里克森值每隔0.5mm进行测定,以试样数10实施测定,算出平均值。
埃里克森值为6.5mm以上时,其中,将7mm以上的情况判断为适于深拉深成型。
作为聚酯树脂(R),使用下述的聚酯树脂。
A-1:聚对苯二甲酸丁二醇酯(三菱工程塑料公司制的NOVADURAN 5010S,特性粘度:1.10)
A-2:聚对苯二甲酸丁二醇酯(三菱工程塑料公司制的NOVADURAN 5505S,特性粘度:0.92)
Bh-1:聚对苯二甲酸乙二醇酯(日本酯公司制的UT-CBR,特性粘度:0.67)
Bh-2:聚对苯二甲酸乙二醇酯(日本酯公司制的NEH2050,特性粘度:0.78)
Bc-3:共聚有间苯二甲酸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(日本酯公司制的MA-1342,特性粘度:0.63)
Bc-4:共聚有间苯二甲酸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(日本酯公司制的SA-1345,特性粘度:0.78)
实施例1
(聚酯膜的制作)
将作为聚酯树脂(R)的上述A-1和Bh-1以质量比(A-1/Bh-1)5/95混合,将凝聚二氧化硅母料(日本酯公司制的GS-BR-MG)以二氧化硅含量为0.05质量%的方式添加,在280℃下进行熔融,以滞留时间5分钟从T型模头出口挤出,进行骤冷固化,以拉伸后的厚度为25μm的方式得到未拉伸膜。
接下来,将未拉伸膜进行逐次拉伸。首先,利用纵向拉伸机,使用加热辊加热至85℃,在MD拉伸3.4倍,接下来,在120℃下开始横向拉伸,在TD拉伸4.25倍。在该拉伸中,拉伸倍率比(DRMD/DRTD)为0.80,面倍率(DRMD×DRTD)为14.5。
接着,使松弛热处理温度为190℃、使TD的松弛率为6.0%而实施4秒的松弛热处理后,冷却至室温而得到厚度为25μm的聚酯膜。得到的聚酯膜卷取成辊状。
(层叠体的制作)
接着,以涂布量为5g/m2的方式在得到的聚酯膜涂布二液型聚氨酯系粘接剂(ToyoMorton公司制的TM-K55/CAT-10L),在80℃下干燥10秒。在该粘接剂涂布面贴合铝箔(AA标准8079P,厚度50μm)。接着,在贴合于聚酯膜的铝箔的铝箔侧,在同样的条件下涂布同种粘接剂,贴合未拉伸聚丙烯膜(Mitsui Chemicals Tohcello公司制的GHC,厚度50μm),在40℃的环境下实施72小时老化处理,制作层叠体。
实施例2~67、比较例1~34
将用作聚酯树脂(R)的聚酯树脂的种类、质量比、MD和TD的拉伸倍率、拉伸温度、松弛热处理温度、松弛率、拉伸后的厚度以表1~7记载那样进行变更,除此以外,通过与实施例1同样的方法进行,得到聚酯膜。在变更拉伸后的厚度时,变更从T型模头出口挤出的聚酯树脂(R)的供给量而进行。
使用得到的聚酯膜,与实施例1同样地得到层叠体。
将实施例1~67、比较例1~34中得到的聚酯膜的构成、制造条件和特性值、所得的层叠体的冷成型性示于表1~7。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
由这些结果明确,在实施例1~67中,拉伸倍率比(DRMD/DRTD)、面倍率(DRMD×DRTD)为本发明中规定的范围,因此,得到的聚酯膜的4个方向的5%伸长时的应力的最大值与最小值的差为50MPa以下且15%伸长时的应力的最大值与最小值的差为70MPa以下的值,另外,4个方向的弹性模量均为2.0~3.5GPa的范围内。进而,4个方向的厚度的标准偏差为0.4μm以下,厚度的均匀性也优异。
另外,由表7所示的实施例明确,在卷取的膜卷的卷绕宽度的端部也满足如上所述的特性值,能够得到在膜卷的整体宽度满足本发明的特性值的聚酯膜。
而且,使用这样的满足本发明中规定的特性值的聚酯膜而得到的层叠体的埃里克森值高,在冷成型时在全部方向具有均匀的延展性。简言之,各实施例的聚酯膜在冷成型时不会产生铝箔断裂或分层、针孔等,具有优异的冷成型性。
另一方面,在比较例1~33中,得到聚酯膜时的拉伸倍率比(DRMD/DRTD)、面倍率(DRMD×DRTD)不在本发明中规定的范围,因此,得到的聚酯膜不满足上述的本发明的特性值。另外,在比较例34中,构成聚酯膜的聚酯树脂的特性粘度高,松弛热处理温度过低,因此,得到的聚酯膜不满足上述的本发明的特性值。因此,使用这些比较例1~34的聚酯膜得到的层叠体的埃里克森值低,在冷成型时不具有在全部方向均匀的延展性。因此,在冷成型时产生铝箔断裂或分层、针孔等,冷成型性差。
符号说明
A 中心点
X 聚酯膜的基准方向(0°方向)的伸长时应力测定用试样
Claims (8)
1.一种聚酯膜,其特征在于,
是用于冷成型的聚酯膜,对于将膜面的任意方向设为0°且相对于该方向以顺时针旋转45°、90°、135°的4个方向的各自的5%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为50MPa以下,
对于所述4个方向的各自的15%伸长时的应力,这些应力的最大值与最小值的差为70MPa以下,
所述4个方向的弹性模量在任一方向均为2.0~3.5GPa的范围内,
所述4个方向的厚度的平均值为30μm以下。
2.如权利要求1所述的聚酯膜,其特征在于,所述4个方向的干热收缩率均为0~10%的范围内。
3.如权利要求1或2所述的聚酯膜,其特征在于,所述4个方向的厚度的标准偏差为0.4μm以下。
4.一种层叠体,是用于冷成型的层叠体,包含权利要求1~3中任一项所述的聚酯膜和金属箔。
5.如权利要求4所述的层叠体,其中,金属箔的厚度为15~80μm。
6.如权利要求4或5所述的层叠体,是依次层叠金属箔、粘接剂层、权利要求1~3中任一项所述的聚酯膜而成的。
7.一种聚酯膜的制造方法,是用于制造权利要求1~3中任一项所述的聚酯膜的方法,其特征在于,将未拉伸片以纵向MD的拉伸倍率DRMD和横向TD的拉伸倍率DRTD满足下述(a)和(b)的方式进行逐次双轴拉伸,
在65~105℃的温度范围进行将未拉伸片在纵向MD拉伸而得到第1拉伸膜的第1拉伸,
在100~150℃的温度范围进行将第1拉伸膜在横向TD拉伸而得到第2拉伸膜的第2拉伸,
沿着膜的取回方向依次提高温度,
0.70≤DRMD/DRTD≤0.90 (a),
12.5≤DRMD×DRTD≤15.5 (b)。
8.如权利要求7所述的聚酯膜的制造方法,其特征在于,在160~210℃的温度范围对双轴拉伸后的膜进行热处理。
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REG | Reference to a national code |
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