JP2004051648A - 微多孔膜の製造方法 - Google Patents
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
【課題】膜厚偏肉精度を低下させることなく薄膜化でき、かつ従来にない微多孔膜の高い生産性を提供する。
【解決手段】Ａ）高分子量体と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）工程で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法。
【選択図】 選択図なし
【解決手段】Ａ）高分子量体と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）工程で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法。
【選択図】 選択図なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生産性が高く、かつ厚み斑の少ない薄膜に好適な微多孔膜の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム状の微多孔膜は、分離膜や吸収材料などとして広く用いられている。なかでもポリオレフィン製微多孔膜は精密濾過膜、電池用セパレータ、コンデンサー用セパレータ等に使用され、その需要はますます増加しており、より均一で薄い微多孔膜が求められている。
特に電池セパレータ用途では、セパレータを薄くするほど電池の電極活物質を多く詰め込むことが可能になり、電池高容量化には欠かせない技術となっている。
【０００３】
例えば、リチウムイオン二次電池の場合では、現状、２０〜２５μｍ程度の厚みの微多孔膜が使用されているが、前記高容量化の観点から２０μｍ以下の膜厚への要求が高まってきている。
しかし、通常、均一で薄い微多孔膜を生産するには、各生産工程での精密な精度や高度な厚み調整技術が必要であり、また生産性が低下してしまう問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の設備で膜厚偏肉精度を低下させることなく薄膜化でき、かつ従来にない微多孔膜の高い生産能力を達成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の多孔化手法を用いることにより、所期の課題が達成できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記の通りである。
（１）（Ａ）ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程の後、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程を経て、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）工程で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸を行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法。
（２）重ね合わせるゲル状シートの間に、易剥離性の高分子量体層を設けることを特徴とする上記（１）記載の微多孔膜の製造方法。
（３）重ね合わせるゲル状シートの間に、気体または液体層を設けることを特徴とする上記（１）記載の微多孔膜の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、特にその好ましい態様を中心に、詳細に説明する。
本発明の製造方法は、（Ａ）ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程の後、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程を経て、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸を行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法である。
【０００７】
ポリオレフィン組成物を構成する樹脂としては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセンおよび１−オクテンのホモ重合体、または共重合体であって、上記重合体の混合物でもかまわない。多孔膜の性能の観点から、ポリエチレンおよびその共重合体が好ましい。
ここでいう溶剤とは、沸点以下の温度でポリオレフィンと均一な溶液を形成しうる有機化合物の事であり、具体的にはデカリン、キシレン、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、デシルアルコール、ノニルアルコール、ジフェニルエーテル、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、パラフィン油等が挙げられる。このうちパラフィン油、ジオクチルフタレートが好ましい。溶剤の割合は特に限定されないが、得られる膜の気孔率の観点から２０ｗｔ％以上が好ましく、粘度の観点から９０ｗｔ％以下が好ましい。より好ましくは５０ｗｔ％から７０ｗｔ％である。
【０００８】
上記ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程は、例えば押出機に樹脂組成物と溶剤を供給し、２００℃程度で溶融混練したあと、通常のハンガーコートダイから結晶化温度以下に温調された冷却ロール上へキャストすることによって連続的にシート化することができる。
ここでいう熱溶液の温度は１５０〜３００℃の範囲であることが必要である。ゲル状シートの厚さは、延伸倍率や最終段階での微多孔膜の厚さにもよるが、０．１〜３ｍｍが好ましい。熱溶液を押出して冷却する温度としては、１０〜１３０℃が好ましい。
【０００９】
延伸工程は溶剤を抽出する前に少なくとも１回行うことが好ましい。延伸はテンター法による同時二軸延伸が好ましい。延伸温度は常温からポリオレフィンの融点、好ましくは８０〜１５０℃、さらに好ましくは１００〜１４０℃である。延伸倍率は面積倍率で４〜４００倍が好ましく、より好ましくは８〜２００倍、さらに好ましくは１６〜１００倍である。セパレーターとして十分な強度を確保する観点から延伸倍率は４倍以上、延伸の容易性、気孔率の確保等の観点から４００倍以下が好ましい。
【００１０】
本発明では、上記延伸工程で前記ゲル状シートを２層以上重ね合わせて行う。重ね合わせの際、厚み偏肉精度を向上させるためにゲル状シート間に他の高分子量体フィルム層を設けることが好ましい。高分子量体フィルム層としては、ゲル状シートと同時に延伸することが可能なポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどが好ましい。この高分子量体フィルムとゲル状シートは剥離しやすいことが好ましい。
【００１１】
また、延伸後の各層の分離を円滑にするために、ゲル状シートの間に液体層を塗布することも好ましい。塗布する液体としては、延伸温度で気化、変性せず、続く抽出工程で抽出可能なものが好ましい。例えば、界面活性剤およびその水溶液、融点の高い有機溶剤、パラフィン油、グリセリン、高分子量体に用いられる通常の可塑剤、離型剤等をあげることができる。
また、各層の間に気体層を設けることによって、分離を円滑にすることも好ましい。例えば、気体層を設けるには、重ね合わせ層間に加圧された空気を吹き込む手法をあげることができる。
【００１２】
溶剤の抽出方法としては特に限定されないが、パラフィン油やジオクチルフタレートを使用する場合は塩化メチレンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶媒で抽出したあと、乾燥することにより除去する事が出来る。また、溶剤にデカリン等の低沸点化合物を使用する場合は加熱乾燥する事により除去する事が出来る。いずれの場合も膜の収縮による物性低下を防ぐため、膜を拘束する事が好ましい。
【００１３】
フィルム状に積層延伸された延伸膜は、抽出工程の前または後に、単層に分離する。延伸工程または抽出工程を出てきた膜の単層をそれぞれ別々に巻き取るなどして分離した単層膜を得る。中間層を使用した場合は、中間層も別に巻き取る必要がある。
また、透過性や孔構造を調節するために、熱固定や後延伸を行ってもかまわない。この時、積層状態あるいは分離後の単層状態いずれの場合でも良い。
このようにして生産された微多孔膜は、薄くても膜厚偏肉精度に優れ、しかも従来と同様の機械的生産速度で、２倍以上の面積の微多孔膜を生産することができる。
【００１４】
次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
実施例において示される試験方法は次の通りである。
（１）膜厚
ダイヤルゲージ（尾崎製作所：「ＰＥＡＣＯＣＫ Ｎｏ．２５」（商標））にて測定した。
（２）膜厚分布
得られた微多孔膜の膜厚を連続的に測定し、平均値を算出し、さらに最大値および最小値から偏肉率を算出した。
（３）気孔率
２０ｃｍ角のサンプルをとり、その体積と質量から次式を用いて計算した。
気孔率（％）＝（体積（ｃｍ３ ）−質量（ｇ）／ポリマー組成物の密度）／体積（ｃｍ３ ）×１００
【００１５】
（４）突刺強度
カトーテック製「ＫＥＳ−Ｇ５ハンディー圧縮試験器」（商標）を用いて、針先端の曲率半径０．５ｍｍ、突き刺し速度２ｍｍ／ｓｅｃの条件で突き刺し試験を行い、最大突き刺し荷重（Ｎ）を測定した。測定値に１／膜厚（μｍ）を乗じることによって１μｍ換算突き刺し強度（Ｎ）とした。
（５）透気度
ＪＩＳ Ｐ−８１１７準拠のガーレー式透気度計にて測定した。
【００１６】
【実施例１】
高密度ポリエチレン（密度０．９５、粘度平均分子量２８万）４０重量部、および酸化防止剤として該組成物に対して０．３重量部のテトラキス−［メチレン−３−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタンを混合し、二軸押出機にフィーダーを介して投入した。さらに流動パラフィン（松村石油（株）製Ｐ−３５０（商標））６０重量部をサイドフィードで押出機に注入し、２００℃条件で混練し、押出機先端に設置したＴダイから押出した後、ただちに２５℃に冷却したキャストロールで冷却固化させ、厚さ０．５ｍｍのゲル状シートを成形した。
【００１７】
このゲル状シート２層を重ね合わせ、１２０℃で同時二軸延伸機で７×７倍に延伸した後、この延伸フィルムをメチルエチルケトンに浸漬し、流動パラフィンを抽出除去後、乾燥し、２層を再び分離して微多孔膜を得た。
得られた膜の物性を表１に示した。
【００１８】
【実施例２】
重ね合わせの際、２層の間に厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン製シートを挟んだ以外は、実施例１と同様の製膜を行った。
得られた微多孔膜の物性を表１に示した。
【００１９】
【実施例３】
重ね合わせの際、２層の間にグリセリンを塗布した以外は、実施例１と同様の製膜を行った。
得られた微多孔膜の物性を表１に示した。
【００２０】
【比較例１】
ゲル状シートの厚さを０．２５ｍｍ、延伸を単層とした以外は実施例１と同様の製膜を行った。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】
本発明の微多孔膜製法は、従来の設備で膜厚偏肉精度を低下させることなく薄膜化でき、かつ従来にない微多孔膜の高い生産能力を達成することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は生産性が高く、かつ厚み斑の少ない薄膜に好適な微多孔膜の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム状の微多孔膜は、分離膜や吸収材料などとして広く用いられている。なかでもポリオレフィン製微多孔膜は精密濾過膜、電池用セパレータ、コンデンサー用セパレータ等に使用され、その需要はますます増加しており、より均一で薄い微多孔膜が求められている。
特に電池セパレータ用途では、セパレータを薄くするほど電池の電極活物質を多く詰め込むことが可能になり、電池高容量化には欠かせない技術となっている。
【０００３】
例えば、リチウムイオン二次電池の場合では、現状、２０〜２５μｍ程度の厚みの微多孔膜が使用されているが、前記高容量化の観点から２０μｍ以下の膜厚への要求が高まってきている。
しかし、通常、均一で薄い微多孔膜を生産するには、各生産工程での精密な精度や高度な厚み調整技術が必要であり、また生産性が低下してしまう問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の設備で膜厚偏肉精度を低下させることなく薄膜化でき、かつ従来にない微多孔膜の高い生産能力を達成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の多孔化手法を用いることにより、所期の課題が達成できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記の通りである。
（１）（Ａ）ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程の後、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程を経て、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）工程で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸を行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法。
（２）重ね合わせるゲル状シートの間に、易剥離性の高分子量体層を設けることを特徴とする上記（１）記載の微多孔膜の製造方法。
（３）重ね合わせるゲル状シートの間に、気体または液体層を設けることを特徴とする上記（１）記載の微多孔膜の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、特にその好ましい態様を中心に、詳細に説明する。
本発明の製造方法は、（Ａ）ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程の後、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程を経て、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸を行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法である。
【０００７】
ポリオレフィン組成物を構成する樹脂としては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセンおよび１−オクテンのホモ重合体、または共重合体であって、上記重合体の混合物でもかまわない。多孔膜の性能の観点から、ポリエチレンおよびその共重合体が好ましい。
ここでいう溶剤とは、沸点以下の温度でポリオレフィンと均一な溶液を形成しうる有機化合物の事であり、具体的にはデカリン、キシレン、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、デシルアルコール、ノニルアルコール、ジフェニルエーテル、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、パラフィン油等が挙げられる。このうちパラフィン油、ジオクチルフタレートが好ましい。溶剤の割合は特に限定されないが、得られる膜の気孔率の観点から２０ｗｔ％以上が好ましく、粘度の観点から９０ｗｔ％以下が好ましい。より好ましくは５０ｗｔ％から７０ｗｔ％である。
【０００８】
上記ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程は、例えば押出機に樹脂組成物と溶剤を供給し、２００℃程度で溶融混練したあと、通常のハンガーコートダイから結晶化温度以下に温調された冷却ロール上へキャストすることによって連続的にシート化することができる。
ここでいう熱溶液の温度は１５０〜３００℃の範囲であることが必要である。ゲル状シートの厚さは、延伸倍率や最終段階での微多孔膜の厚さにもよるが、０．１〜３ｍｍが好ましい。熱溶液を押出して冷却する温度としては、１０〜１３０℃が好ましい。
【０００９】
延伸工程は溶剤を抽出する前に少なくとも１回行うことが好ましい。延伸はテンター法による同時二軸延伸が好ましい。延伸温度は常温からポリオレフィンの融点、好ましくは８０〜１５０℃、さらに好ましくは１００〜１４０℃である。延伸倍率は面積倍率で４〜４００倍が好ましく、より好ましくは８〜２００倍、さらに好ましくは１６〜１００倍である。セパレーターとして十分な強度を確保する観点から延伸倍率は４倍以上、延伸の容易性、気孔率の確保等の観点から４００倍以下が好ましい。
【００１０】
本発明では、上記延伸工程で前記ゲル状シートを２層以上重ね合わせて行う。重ね合わせの際、厚み偏肉精度を向上させるためにゲル状シート間に他の高分子量体フィルム層を設けることが好ましい。高分子量体フィルム層としては、ゲル状シートと同時に延伸することが可能なポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどが好ましい。この高分子量体フィルムとゲル状シートは剥離しやすいことが好ましい。
【００１１】
また、延伸後の各層の分離を円滑にするために、ゲル状シートの間に液体層を塗布することも好ましい。塗布する液体としては、延伸温度で気化、変性せず、続く抽出工程で抽出可能なものが好ましい。例えば、界面活性剤およびその水溶液、融点の高い有機溶剤、パラフィン油、グリセリン、高分子量体に用いられる通常の可塑剤、離型剤等をあげることができる。
また、各層の間に気体層を設けることによって、分離を円滑にすることも好ましい。例えば、気体層を設けるには、重ね合わせ層間に加圧された空気を吹き込む手法をあげることができる。
【００１２】
溶剤の抽出方法としては特に限定されないが、パラフィン油やジオクチルフタレートを使用する場合は塩化メチレンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶媒で抽出したあと、乾燥することにより除去する事が出来る。また、溶剤にデカリン等の低沸点化合物を使用する場合は加熱乾燥する事により除去する事が出来る。いずれの場合も膜の収縮による物性低下を防ぐため、膜を拘束する事が好ましい。
【００１３】
フィルム状に積層延伸された延伸膜は、抽出工程の前または後に、単層に分離する。延伸工程または抽出工程を出てきた膜の単層をそれぞれ別々に巻き取るなどして分離した単層膜を得る。中間層を使用した場合は、中間層も別に巻き取る必要がある。
また、透過性や孔構造を調節するために、熱固定や後延伸を行ってもかまわない。この時、積層状態あるいは分離後の単層状態いずれの場合でも良い。
このようにして生産された微多孔膜は、薄くても膜厚偏肉精度に優れ、しかも従来と同様の機械的生産速度で、２倍以上の面積の微多孔膜を生産することができる。
【００１４】
次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
実施例において示される試験方法は次の通りである。
（１）膜厚
ダイヤルゲージ（尾崎製作所：「ＰＥＡＣＯＣＫ Ｎｏ．２５」（商標））にて測定した。
（２）膜厚分布
得られた微多孔膜の膜厚を連続的に測定し、平均値を算出し、さらに最大値および最小値から偏肉率を算出した。
（３）気孔率
２０ｃｍ角のサンプルをとり、その体積と質量から次式を用いて計算した。
気孔率（％）＝（体積（ｃｍ３ ）−質量（ｇ）／ポリマー組成物の密度）／体積（ｃｍ３ ）×１００
【００１５】
（４）突刺強度
カトーテック製「ＫＥＳ−Ｇ５ハンディー圧縮試験器」（商標）を用いて、針先端の曲率半径０．５ｍｍ、突き刺し速度２ｍｍ／ｓｅｃの条件で突き刺し試験を行い、最大突き刺し荷重（Ｎ）を測定した。測定値に１／膜厚（μｍ）を乗じることによって１μｍ換算突き刺し強度（Ｎ）とした。
（５）透気度
ＪＩＳ Ｐ−８１１７準拠のガーレー式透気度計にて測定した。
【００１６】
【実施例１】
高密度ポリエチレン（密度０．９５、粘度平均分子量２８万）４０重量部、および酸化防止剤として該組成物に対して０．３重量部のテトラキス−［メチレン−３−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタンを混合し、二軸押出機にフィーダーを介して投入した。さらに流動パラフィン（松村石油（株）製Ｐ−３５０（商標））６０重量部をサイドフィードで押出機に注入し、２００℃条件で混練し、押出機先端に設置したＴダイから押出した後、ただちに２５℃に冷却したキャストロールで冷却固化させ、厚さ０．５ｍｍのゲル状シートを成形した。
【００１７】
このゲル状シート２層を重ね合わせ、１２０℃で同時二軸延伸機で７×７倍に延伸した後、この延伸フィルムをメチルエチルケトンに浸漬し、流動パラフィンを抽出除去後、乾燥し、２層を再び分離して微多孔膜を得た。
得られた膜の物性を表１に示した。
【００１８】
【実施例２】
重ね合わせの際、２層の間に厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン製シートを挟んだ以外は、実施例１と同様の製膜を行った。
得られた微多孔膜の物性を表１に示した。
【００１９】
【実施例３】
重ね合わせの際、２層の間にグリセリンを塗布した以外は、実施例１と同様の製膜を行った。
得られた微多孔膜の物性を表１に示した。
【００２０】
【比較例１】
ゲル状シートの厚さを０．２５ｍｍ、延伸を単層とした以外は実施例１と同様の製膜を行った。
【００２１】
【表１】
【発明の効果】
本発明の微多孔膜製法は、従来の設備で膜厚偏肉精度を低下させることなく薄膜化でき、かつ従来にない微多孔膜の高い生産能力を達成することができる。
Claims (3)
- （Ａ）ポリオレフィン組成物と溶剤を混練し、熱溶液として押出し冷却後ゲル状シートとする工程の後、（Ｂ）そのゲル状シートを延伸する工程を経て、（Ｃ）延伸後溶剤を抽出する工程を含む微多孔膜の製造方法であって、（Ｂ）工程では（Ａ）工程で作成したゲル状シートを２層以上重ね合わせて延伸を行い、（Ｂ）工程または（Ｃ）工程の後に重ね合わせた層を再び分離することを特徴とする微多孔膜の製造方法。
- 重ね合わせるゲル状シートの間に、高分子量体層を設けることを特徴とする請求項１記載の微多孔膜の製造方法。
- 重ね合わせるゲル状シートの間に、気体または液体層を設けることを特徴とする請求項１記載の微多孔膜の製造方法。
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